JP6920473B2 - オンライン基準較正 - Google Patents
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Description
本開示は、電気化学センサ用オンライン較正システムに関する。オンライン較正システムは、電気化学センサの参照セル内に配置され、その中の参照溶液に接触するように構成された較正電極を備える。較正電極は、pH/水素イオン濃度に感受性を有し、かつ較正電極の近くに存在する参照溶液のpHを設定するように構成された酸化還元種を含み、電気化学的/ボルタンメトリック信号が較正電極に印加されると、較正電極が、較正電極の近くに存在する参照溶液の設定pHに対応する一定の特徴を有する電気化学的/ボルタンメトリック応答(ピーク電位等)を生じるように構成されている。参照セルによって生じた電気化学センサの参照電位は、電気化学センサが配置及び/又は使用されている間に、較正電極の電気化学的/ボルタンメトリック応答の一定の特徴と、参照電位と、の差を比較することによって較正される。この差を繰り返し処理することによって、手動操作を介さずに、参照電位をオンラインで較正することができる。
本開示の実施形態では、ボルタンメトリック/電気化学的測定を行うために使用される、作用電極を含み得る較正電極を含む較正システムが提供され、この測定は、電位差センサの参照電極の電気化学ポテンシャルを検証/較正するために使用される。このようにして、上記較正システムは、手動介入無しで、参照電極のドリフトに対する補正を提供することを可能とする。さらに、イオン選択センサ及び/又は電流測定センサについては、較正測定は電気化学的/ボルタンメトリック測定であるので、ドリフトは、電気化学的センサの電位差測定動作によって覆い隠されず、且つ/又は電気化学的センサの電位差測定動作から独立している。
図面において、同様の構成要素及び/又は特徴は、同じ参照符号を有し得る。さらに、同じタイプの様々な構成要素は、ダッシュ及び類似の構成要素を区別する第2のラベルによって参照ラベルに従うことによって区別され得る。第1の参照ラベルのみが本明細書で使用される場合、説明は、第2の参照ラベルに関係なく、同じ第1の参照ラベルを有する類似の構成要素のいずれか1つに適用可能である。
以下の説明は本発明のいくつかの実施形態を説明するためのものであり、本発明の範囲、用途又は構成を限定することを意図するものではない。本明細書に記載されている本発明の範囲から逸脱することなく、要素の機能及び配置に様々な変更を加えてもよい。いくつかの実施形態は、全ての具体的詳細無しで実施され得る。例えば、不必要な詳細において実施形態を不明瞭にしないために、回路をブロック図で示してもよい。他の例では、実施形態を不明瞭にすることを避けるために、不必要な詳細無しで、周知の回路、プロセス、アルゴリズム、構造及び技法を示すことができる。
図1Bにおいて、電気化学センサ30は、感知システム35及び基準システム33を備える。感知システム35は、作用電極を備えてよく、試験溶液45と接触するように構成されていてもよい。感知システム35は、感知システム35に電気信号が印加された場合に、酸化/還元を受けるように構成された化学物質を含む。化学物質は、電気化学センサが検出/測定するように設計された特定のイオン/化学種の濃度に応じて、酸化/還元電流の振幅及び/又は酸化/還元電流のピークに関連する電位が変更するように選択される。
AgCl+e− <=> Ag+Cl−
本発明の態様の例を以下に記載する。
<1> 酸化還元種を含み、電気化学センサの参照溶液と接触するように構成された較正電極を備える、電気化学センサ用オンライン較正システムであって、
前記酸化還元種は、前記較正電極の近傍における前記参照溶液の局所環境において、前記参照溶液のpHを設定するように構成され、
前記酸化還元種は、電気化学的信号が前記較正電極に印加されると、酸化及び/又は還元を受けるように構成され、
前記酸化還元種はpH感受性であり、前記較正電極の近傍における前記参照溶液の局所環境のpHに依存する、印加された電気化学的信号に対する応答を生じる、前記オンライン較正システム。
<2> 前記酸化還元種は、酸、塩基、酸性部分、及び塩基部分のうちの少なくとも1つを含む、<1>に記載のオンライン較正システム。
<3> 前記酸化還元種は、前記電気化学的信号が前記較正電極に印加されるとプロトンを消費又は供与するように構成されている、<1>に記載のオンライン較正システム。
<4> 前記電気化学的信号が、電位掃引及び/又はボルタンメトリック信号を含む、<1>〜<3>のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
<5> 前記酸化還元種がアントラキノン又はその誘導体を含む、<3>に記載のオンライン較正システム。
<6> 前記参照溶液が、塩化ナトリウム又は塩化カリウムを含む、<1>〜<5>のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
<7> 前記電気化学センサの前記較正電極及び参照電極と連絡し、電気化学的応答を用いて前記参照電極の参照電位を較正するように構成されたプロセッサをさらに備える、<1>〜<6>のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
<8> 前記電気化学的応答が、酸化還元種によって生成される酸化電流の最大値又は還元電流の最小値に対応するピーク電位を含む、<1>〜<7>のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
<9> 前記電気化学的信号を生成するように構成されたポテンショスタットをさらに備える、<1>〜<8>のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
<10> 前記電気化学的信号が、方形波、傾斜波、及び/又はパルス波のうちの1つを含む、<1>〜<9>のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
<11> カウンター較正電極及び参照較正電極のうちの少なくとも1つをさらに備える、<1>〜<10>のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
<12> 前記電気化学的信号が、前記較正電極と、前記カウンター較正電極及び前記参照較正電極のうちの少なくとも1つと、の間に印加される、<11>に記載のオンライン較正システム。
<13> 前記参照較正電極が、前記電気化学センサの参照電極を含む、<11>に記載のオンライン較正システム。
<14> 前記較正電極が、微小電極及び微小電極アレイのうちの少なくとも1つを含む、<1>〜<13>のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
<15> 前記電気化学センサが、前記参照溶液及び前記較正電極を収容した参照セルを備える、<1>〜<14>のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
<16> 前記参照セルが、前記電気化学センサによって感知される流体に接触するように構成されたフリットを含む、<15>に記載のオンライン較正システム。
<17> <1>〜<16>のいずれか1項に記載の較正システムを備える電気化学センサ。
<18> 前記電気化学センサが、ガラス電極、ISFET、及び特定のイオンの濃度又は存在を測定するための電位差センサのうちの1つを含む、<17>に記載の電気化学センサ。
<19> 較正電極を電気化学センサの参照溶液と接触させること、ここで、前記較正電極は、電極近傍における参照溶液の局所環境のpHを制御するように構成された酸化還元種を含む;
ボルタンメトリック信号を前記較正電極に印加して、酸化還元種の酸化及び/又は還元を生じさせること;及び
酸化還元種によって生じる酸化又は還元電流の特徴に対応する較正電位を使用して、前記電気化学センサの参照電位を較正すること、
を含む、電気化学センサのオンライン較正方法。
<20> 前記特徴が、前記酸化又は還元電流の最大値、前記酸化又は還元電流の最小値、前記酸化又は還元電流の最大変化の位置、及び前記酸化又は還元電流の転換点のうちの1つを含む、<19>に記載の方法。
<21> 前記較正電位を使用して前記電気化学センサを較正することが、参照電極の参照電位と前記較正電位との差を使用して、前記参照電位を較正することを含む、<19>又は<20>に記載の方法。
<22> 前記較正電極にボルタンメトリック信号を印加することが、前記較正電極と較正参照電極との間にボルタンメトリック掃引を印加することを含む、<19>〜<21>のいずれか1項に記載の方法。
<23> 前記較正参照電極が、電位差センサの参照電極を含む、<22>に記載の方法。
<24> 前記参照溶液が、前記電気化学センサの参照セルに収容されている、<19>〜<23>のいずれか1項に記載の方法。
<25> 前記ボルタンメトリック信号が、前記較正電極に周期的に印加される、<19>〜<24>のいずれか1項に記載の方法。
<26> 電位差センサが、流体の特性を感知するために使用されるのと同時に較正される、<19>〜<25>のいずれか1項に記載の方法。
<27> 前記酸化還元種が、前記局所環境のpHを6未満のpH値又は8を超えるpH値に設定するように構成される、<19>〜<26>のいずれか1項に記載の方法。
<28> 前記参照溶液が、塩化カリウム及び塩化ナトリウムのうちの1つを含む、<19>〜<27>のいずれか1項に記載の方法。
Claims (28)
- 酸化還元種を含み、電気化学センサの参照溶液と接触するように構成され、電気化学センサの参照電極を較正するために使用される較正電極を備える、電気化学センサ用オンライン較正システムであって、
前記酸化還元種は、前記較正電極の近傍における前記参照溶液の局所環境において、前記参照溶液のpHを設定するように構成され、
前記酸化還元種は、電気化学的信号が前記較正電極に印加されると、酸化及び/又は還元を受けるように構成され、
前記酸化還元種はpH感受性であり、前記較正電極の近傍における前記参照溶液の局所環境のpHに依存する、印加された電気化学的信号に対する応答を生じる、前記オンライン較正システム。 - 前記酸化還元種は、酸、塩基、酸性部分、及び塩基部分のうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載のオンライン較正システム。
- 前記酸化還元種は、前記電気化学的信号が前記較正電極に印加されるとプロトンを消費又は供与するように構成されている、請求項1に記載のオンライン較正システム。
- 前記電気化学的信号が、電位掃引及び/又はボルタンメトリック信号を含む、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
- 前記酸化還元種がアントラキノン又はその誘導体を含む、請求項3に記載のオンライン較正システム。
- 前記参照溶液が、塩化ナトリウム又は塩化カリウムを含む、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
- 前記電気化学センサの前記較正電極及び参照電極と連絡し、前記電気化学的信号に対する応答を用いて前記参照電極の参照電位を較正するように構成されたプロセッサをさらに備える、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
- 前記電気化学的信号に対する応答が、酸化還元種によって生成される酸化電流の最大値又は還元電流の最小値に対応するピーク電位を含む、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
- 前記電気化学的信号を生成するように構成されたポテンショスタットをさらに備える、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
- 前記電気化学的信号が、方形波及び/又は傾斜波のうちの1つを含む、請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
- カウンター電極及び参照電極のうちの少なくとも1つをさらに備える、請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
- 前記電気化学的信号が、前記較正電極と、前記カウンター電極及び前記参照電極のうちの少なくとも1つと、の間に印加される、請求項11に記載のオンライン較正システム。
- 前記参照電極が、前記電気化学センサの参照電極を含む、請求項11に記載のオンライン較正システム。
- 前記較正電極が、微小電極及び微小電極アレイのうちの少なくとも1つを含む、請求項1〜請求項13のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
- 前記電気化学センサが、前記参照溶液及び前記較正電極を収容した参照セルを備える、請求項1〜請求項14のいずれか1項に記載のオンライン較正システム。
- 前記参照セルが、前記電気化学センサによって感知される流体に接触するように構成されたフリットを含む、請求項15に記載のオンライン較正システム。
- 請求項1〜請求項16のいずれか1項に記載の較正システムを備える電気化学センサ。
- 前記電気化学センサが、ガラス電極、ISFET、及び特定のイオンの濃度又は存在を測定するための電位差センサのうちの1つを含む、請求項17に記載の電気化学センサ。
- 較正電極を電気化学センサの参照溶液と接触させること、ここで、前記較正電極は、電極近傍における参照溶液の局所環境のpHを制御するように構成された酸化還元種を含む;
ボルタンメトリック信号を前記較正電極に印加して、酸化還元種の酸化及び/又は還元を生じさせること;及び
酸化還元種によって生じる酸化又は還元電流の特徴に対応する較正電位を使用して、前記電気化学センサの参照電位を較正すること、
を含む、電気化学センサのオンライン較正方法。 - 前記特徴が、前記酸化又は還元電流の最大値、前記酸化又は還元電流の最小値、前記酸化又は還元電流の最大変化の位置、及び前記酸化又は還元電流の転換点のうちの1つを含む、請求項19に記載の方法。
- 前記較正電位を使用して前記電気化学センサを較正することが、参照電極の参照電位と前記較正電位との差を使用して、前記参照電位を較正することを含む、請求項19又は請求項20に記載の方法。
- 前記較正電極にボルタンメトリック信号を印加することが、前記較正電極と参照電極との間にボルタンメトリック掃引を印加することを含む、請求項19〜請求項21のいずれか1項に記載の方法。
- 前記参照電極が、電位差センサの参照電極を含む、請求項22に記載の方法。
- 前記参照溶液が、前記電気化学センサの参照セルに収容されている、請求項19〜請求項23のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ボルタンメトリック信号が、前記較正電極に周期的に印加される、請求項19〜請求項24のいずれか1項に記載の方法。
- 電位差センサが、流体の特性を感知するために使用されるのと同時に較正される、請求項19〜請求項25のいずれか1項に記載の方法。
- 前記酸化還元種が、前記局所環境のpHを6未満のpH値又は8を超えるpH値に設定するように構成される、請求項19〜請求項26のいずれか1項に記載の方法。
- 前記参照溶液が、塩化カリウム及び塩化ナトリウムのうちの1つを含む、請求項19〜請求項27のいずれか1項に記載の方法。
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