JPH07103936A

JPH07103936A - 電気化学測定部

Info

Publication number: JPH07103936A
Application number: JP5244212A
Authority: JP
Inventors: Yukie Inoue; 幸枝井上; Akio Karigome; 昭夫刈米; Ryuzo Hayashi; 隆造林
Original assignee: New Oji Paper Co Ltd
Current assignee: New Oji Paper Co Ltd
Priority date: 1993-09-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】容易に測定感度を調整できる電気化学測定部
を提供する。【構成】１つのセル９に１対の参照電極１と作用電極
２を有し、更に別の作用電極３，４を装着した別のセル
１０を１つ以上連結したフロー型電気化学測定部であ
り、すべての作用電極２，３，４の上流側と下流側に１
対の対極５，６を設け、対極５，６を同電位にした電気
化学測定部。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、簡単な構成で精度良く
多様な測定に対処できるフロー型測定装置用の電気化学
測定部に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気化学的測定法は分光光度計を用いた
光学的な測定法に比較して、試料の濁りや、着色に強い
という利点があり、各種分野に利用されている。また、
電気化学的測定法は、物質量を直接電流量に変換して測
定するので簡単に測定が行え、しかも高感度である、ま
た再現性が良好である等の利点がある。

【０００３】特に、食品、発酵液、および体液中の成分
の分析に関して、酵素反応を利用した測定、いわゆるバ
イオセンサーの最終検出手段としての利用価値は大き
い。さらにこの電気化学測定法とフロー型測定方法（フ
ローインジェクション分析法など）を組み合わせた測定
装置は簡単な構成で、高速かつ高精度が得やすいため近
年活発に開発が行われている。

【０００４】しかし、電気化学的測定法の問題点として
は試料中の酸化還元物質が、電極に応答し測定を妨害す
ることがある。この問題を解決するために電極表面上に
選択透過膜を形成し不必要な物質が電極表面に接触する
ことを防ぐ方法が用いられているが、選択透過膜を形成
することにより、妨害物の影響を除くことはできるもの
の、同時に電極感度が低下するという問題があった。ま
た、還元性物質をアノード分極した作用電極で検出する
場合も、Ｓ／Ｎ比を劣化することなく高感度が要求され
ることがある。つまり、いずれの電気化学測定法におい
ても測定する物質の濃度が低く、高感度化が必要とされ
る場合が多い。

【０００５】高感度化を達成するための手段としては、
電極面積の増大、電気回路増幅率の増加、電極と接触す
る試料量の増加を行うなどが挙げられる。回路の変更
や、試料量の増加は測定系の安定性や反応率の関係から
どのような場合にも適用できるわけではない。また電極
面積を増大する方法は一般的に有効であが、作用電極面
積を増大させるとそれに応じて対極面積を増大させる必
要があり、フロー型測定装置において電極面積を増大す
るとセル部の死容積も増加する結果となり、ピーク波形
の歪みや、測定時間の増大等の欠点もある。さらに最大
の問題は、電極面積を変更するためにはセル部の設計自
体を変更することが必要であり簡便に行えるものではな
い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、フロー
型の電気化学的測定法では必ずしも充分な感度が得られ
ない場合があった。本発明は、簡単な構成で精度良く多
様な濃度範囲の物質の測定に利用できるフロー型測定装
置用の電気化学測定部を提供することを目的とする。電
気化学測定法としては、ｐＨ、イオン濃度等を対象とす
るポテンシオメトリック法と酸素、過酸化水素等の測定
を行う場合に多用されるアンペロメトリック法があり、
本発明は特にアンペロメトリック法に好適である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は下記に示す実施
態様に例示されるが、これらに限定されるものではな
い。（１）１対の参照電極と作用電極を有するセルに別の
作用電極を有する別のセルを１もしくは２以上連結した
フロー測定用の電気化学測定部であり、前記電気化学測
定部の上流側と下流側に１対の導電性材料よりなる電極
を有し、この１対の導電性材料よりなる電極を同電位に
保ち対極として用いるフロー測定用の電気化学測定部。

【０００８】上記の態様を言い換えると、少なくとも１
つのセルに１対の参照電極と作用電極を有し、更に別の
作用電極を装着した別のセルを１もしくは２以上連結し
たフロー型電気化学測定部であり、すべての作用電極の
上流側と下流側に１対の導電性材料よりなる電極を設
け、この１対の導電性材料よりなる電極を同電位にして
対極として用いる電気化学測定部、となる。ただし、す
べての作用電極の上流側或いは下流側とは、最も上流側
に位置する作用電極近傍或いはそれより上流側或いは最
も下流側に位置する作用電極近傍或いはそれより下流側
を意味する。上流或いは下流とは、フロー式の測定にお
いてキャリヤー液が流れてくる上流側或いは下流側を意
味する。

【０００９】（２）前記１対の導電性材料よりなる電
極が、複数のセルを連結した電気化学測定部の上流側と
下流側に設けた１対の導電性材料製の流路である（１）
記載の電気化学測定部。

【００１０】（３）この電気化学測定部は複数のセルか
らなる。少なくとも１つのセルに１対の参照電極と作用
電極を装着し、セルとセルを連結する結合部を介して着
脱自在に複数のセルを連結する。セルには任意個数の作
用電極を装着し、複数のセルよりなる測定部の少なくと
も最上流と最下流部に金属製の流路を接続し、この金属
製流路を同電位にし対極に用いることができる。

【００１１】

【作用】本発明の電気化学的測定部の構成は、作用電
極、対極より構成される２電極系、または作用電極、参
照電極、対極より構成される３電極系のものがある。た
だし、２電極系では対極は参照電極も兼ねるため、たと
えば本発明の各態様を２電極系について解釈する際に
は、参照電極が対極でもあるとして理解すべきである。

【００１２】アンペロメトリック法に用いられる電極の
種類としては試料中の酸素を測定する酸素電極や、過酸
化水素電極が代表例として挙げられる。例えば酸素を測
定する酸素電極には、ガルバニ型、クラーク型等があ
る。過酸化水素を測定する過酸化水素電極としては、ア
ノード基体に炭素、白金、ニッケル、パラジウム等を用
い、カソード側に銀等を用いたものがある。一般にアノ
ードとしては、過酸化水素に対する過電圧が低く高感度
が得られるという理由から白金を用いることが多い。そ
の他に、アスコルビン酸やフェロシアン化カリウム等を
アノード分極した作用電極で検出する場合にはパイロリ
ティックグラファイトやカーボン粉末をペースト状に
し、適当な支持体に充填したカーボンペーストを電極と
して用いることもできる。

【００１３】特に高速液体クロマトグラフやフローイン
ジェクション分析装置等のフロー型測定装置で用いられ
る電極の形態としては試料が通液するセルの内部に作用
電極と参照電極を設けた形式のものが多い。またセル近
傍に存在する金属部分を利用して対極とすることもでき
る。通常のセルではそれぞれ１本ずつの作用電極、対
極、および必要に応じて参照電極を設けこれを測定部と
することが多い。

【００１４】測定部の感度は作用電極の電極面積によっ
て決定されるので同じセル、作用電極、参照電極、対極
からなる測定部の感度はほぼ同一である。そこで、簡便
な方法で任意の感度を得る１つの態様として複数個のセ
ルを接続し作用電極の本数を増加させればよい。つま
り、１個のセル内に作用電極と参照電極各１本を有し、
セル近傍の金属より対極を得る測定部を２個連結すれば
作用電極の面積が２倍になり、感度が２倍になる。また
２個のセルのうち１個のセルについては参照電極の代わ
りに作用電極を配置し、合計３本の作用電極と１本の参
照電極にすることもできる。この場合作用電極は３本で
あるから感度は３倍になる。感度は作用電極の表面積に
比例するので同じ表面積の電極を使用する場合は電極本
数と比例する。そのため、セルとセルを結合部を介して
連結させ必要な感度に応じた個数の作用電極を配置すれ
ば必要とする感度を有する測定部が得られる。

【００１５】しかしセル数を増加した場合、流路を送液
される試料がそれぞれのセル内の作用電極と接触する時
間に差ができるのでピークが拡散することになる。その
ため、実用的に使用できるセルの最大個数は１つの測定
部において１０個程度が望ましい。１個のセルからなる
測定部において、セルの上流側または下流側の一方の金
属配管を対極として使用する場合、高精度が得られる。
しかし、１つの測定部内に複数のセルを設けて１つの測
定部とした場合、最上流のセルの上流側または最下流の
セルの下流側かの一方の金属配管のみを対極として測定
した場合、ベース電流値の安定性が悪く測定精度が悪
い。そこで、複数個のセルを接続する場合は最上流側の
上流側の配管だけでなく、最下流側の下流側の金属配管
も対極として使用することにより、ベース電流値が安定
し、複数個のセルにおいても、高精度で測定することが
可能となった。この理由は作用電極と対極間の距離が短
くなることによる効果と対極が流路の中で作用電極を包
囲する形になり、作用電極に影響する電気ノイズを低減
するためと考えられる。

【００１６】本発明の電気化学測定部の一例を図１に示
し、より具体的に説明する。この測定部は２つのセル
（９）および（１０）が結合部（７）を介して連結して
いる。それぞれ１個のセルに２本の電極が装着され合計
４本の電極（１）、（２）、（３）および（４）の導電
面が流路に面して配置されている。このうち電極（１）
は銀・塩化銀参照電極である。残りの電極（２）〜
（４）は白金作用電極である。測定部の入口および出口
にはステンレス製の配管接続部品をつけ、その内部を液
が流通する構造となっている。つまり流路（５）および
（６）が対極として使用される。

【００１７】図２に作用電極を例示した。（Ａ）は導電
性基体、（Ｂ）は支持体を示す。（Ｃ）は直接流路に面
する部分で、選択透過膜を設けることができ、導電性基
体が直接試料や流路に接することを防ぐことができる。
尚、参照電極の構造も図２と近似するものが例示され、
この場合は（Ｃ）の部分の膜としては銀・塩化銀膜を有
するもの等がある。測定部を構成するセルの材質はテフ
ロン、塩化ビニル、アクリル樹脂、プラスチック等があ
る。またセルの形態は円筒型、立方体、直方体等があ
る。また作用電極や参照電極の導電性基体には前記した
各種の導電性材料が使用できる。そして電極の支持体お
よびセル間の結合部の材質はセルと同様の材質のものが
使用できる。

【００１８】また対極を得るための金属配管等の導電性
材料の材質としてはステンレスが錆びにくく好ましい。
電極の支持体、結合部および金属配管は、特に限定され
ず各種形態の部品を用いることができる。なかでもセル
内にネジをきりそれに適合する形態のものを利用すると
着脱が簡単でしかも漏れが起こりにくく好ましい。また
このネジ部分をテフロンやシリコン等でできたワッシャ
ーや薄膜で被うことにより、より密閉性が高くなる。

【００１９】作用電極や参照電極の導電性基体の電極表
面は直接試料や流路と接触させてもよいが、試料中のア
スコルビン酸のような酸化還元物質が電極に応答し妨害
物として作用する場合がある。そのため電極表面に選択
透過膜を設けて、妨害物の影響を除去することが望まし
い。選択透過膜としてはポリシロキサン膜、アクリル樹
脂膜、蛋白膜、アセチルセルロース膜等が挙げられる。

【００２０】

【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明の内容をさら
に詳細に説明するが、もちろん本発明はこれらに限定さ
れるものではない。

【００２１】実施例１２個のセル、３本の白金作用電極、１本の銀・塩化銀参
照電極および２個のステンレス製対極からなる測定部を
用いて過酸化水素の測定を行った。（１）白金作用電極の製造直径２ｍｍの白金線の側面を熱収縮テフロンで被覆し、
直径６ｍｍのネジをきったダイフロン製の支持体に固定
する。白金線の一端をやすり及び１５００番のエメリー
紙で平滑に仕上げる。この白金線を作用電極、１ｃｍ角
型白金板を対極、飽和カロメル電極を参照電極として、
０．１Ｎ硫酸中、＋１．４Ｖで１５分間の電解処理を行
う。その後白金線をよく水洗した後、４０℃で１０分間
乾燥し、１０％γ−アミノプロピルトリエトキシシラン
の無水トルエン溶液に１時間浸漬後、洗浄する。牛血清
アルブミン（シグマ社製、ＦｒａｃｔｉｏｎＶ）２０
ｍｇを蒸留水１ｍｌに溶解し、その中にグルタルアルデ
ヒドを０．２％になるように加える。この混合液を手早
く先に用意した白金線上に５μｌのせ、４０℃で１５分
間乾燥硬化して選択透過膜とし、これを白金作用電極と
した。

【００２２】（２）銀・塩化銀参照電極の製造直径２ｍｍの銀線の側面を熱収縮テフロンで被覆し、直
径６ｍｍのネジをきったダイフロン製の支持体に固定す
る。銀線の一端をやすり及び１５００番のエメリー紙で
平滑に仕上げる。この銀線を作用電極、１ｃｍ角型白金
板を対極、飽和カロメル電極を参照電極として、０．１
Ｎ塩酸中、＋０．２５Ｖで１５分間の電解処理し塩化銀
化を行う。その後銀線をよく水洗した後、４０℃で１０
分間乾燥した。牛血清アルブミン（シグマ社製、Ｆｒａ
ｃｔｉｏｎＶ）５０ｍｇを蒸留水１ｍｌに溶解し、そ
の中にグルタルアルデヒドを５％になるように加える。
この混合液を手早く先に用意した銀線上に１０μｌの
せ、室温で６０分間乾燥硬化して補強膜とし、これを銀
・塩化銀参照電極とした。

【００２３】（３）測定部の製造縦２０ｍｍ横２０ｍｍ角厚さ１０ｍｍの塩化ビニル製の
ブロックの内部に流路と流路に垂直に電極を差し込むた
めの直径６ｍｍのネジを流路を挟んで２箇所きり、流路
の入口と出口には直径８ｍｍのネジをきる。このブロッ
クをセルとし、ダイフロン製の結合部を用いて２個接続
する。そして入口と出口にはステンレス製の配管部品を
接続する。４箇所の電極差し込み部には（１）で作製し
た作用電極を３本、（２）で作製した参照電極を１本差
し込み測定部とした（図１参照）。

【００２４】（４）測定装置図３に示すフロー型測定装置を用いた。まず、緩衝液槽
（１１）より緩衝液をポンプ（１２）により送液し、サ
ンプラ（１３）により試料を注入する。注入された試料
は、恒温槽（１４）中に設置された測定部（１５）によ
り電流値の変化をとらえる。測定部で得られた電流値の
変化は検出器により検出されコンピューターに送られ
る。

【００２５】緩衝液の組成は１００ｍＭリン酸ナトリウ
ム、５０ｍＭ塩化カリウム、１ｍＭアジ化ナトリウム、
を含みｐＨ７．０である。ポンプの流速は１．０ｍｌ／
分であった。（５）過酸化水素の測定（４）の測定装置に２ｍＭの過酸化水素２μｌを注入
し、電流値を得た。１０回測定し平均値、標準偏差、Ｃ
Ｖ値を求めた。

【００２６】（６）結果表１に測定値を示す。１０回測定における平均値は３０
７．５ｎＡ、標準偏差は１．１８、ＣＶ値は０．３８と
なり精度よく測定することができた。また、過酸化水素
１ｍＭあたりの電流値は１５４ｎＡとなった。

【００２７】

【表１】

【００２８】比較例１１個のセル、１本の白金作用電極、１本の銀・塩化銀参
照電極および１個のステンレス製対極からなる測定部を
用いて過酸化水素の測定を行った。（１）白金作用電極の製造実施例１の（１）と同様に白金作用電極を作製した。（２）銀・塩化銀参照電極の製造実施例１の（２）と同様に銀・塩化銀参照電極を作製し
た。（３）測定部の製造実施例１の（３）と同様のセルを１個用いて（１）で作
製した作用電極を１本、（２）で作製した参照電極を１
本差し込み、セルの入口と出口にはステンレス製配管部
品を接続し上流側を対極とし測定部とした。（４）測定装置実施例１と同様に図３に示すフロー型測定装置を用い
た。（５）過酸化水素の測定（４）の測定装置に２ｍＭの過酸化水素２μｌを注入
し、電流値を得た。３回測定し平均値、標準偏差、ＣＶ
値を求めた。（６）結果表２に測定値を示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】３回測定における平均値は１８２ｎＡ、標
準偏差は０．００、ＣＶ値は０．００となった。また、
過酸化水素１ｍＭあたりの電流値は３６ｎＡとなった。
実施例１は比較例１に比べ感度は４．３倍になってい
る。

【００３１】比較例２実施例１と同様に２個のセル、３本の白金作用電極、１
本の銀・塩化銀参照電極を用いたが、対極を上流側のス
テンレス製配管部品１本とした測定部を用いて過酸化水
素の測定を行った。（１）白金作用電極の製造実施例１の（１）と同様に白金作用電極を作製した。（２）銀・塩化銀参照電極の製造実施例１の（２）と同様に銀・塩化銀参照電極を作製し
た。（３）測定部の製造実施例１の（３）と同様にセル２個を用いて作用電極を
３本、参照電極を１本差し込み、セルの入口と出口には
ステンレス製配管部品を接続し上流側のみを対極とし測
定部とした。（４）測定装置実施例１と同様に図３に示すフロー型測定装置を用い
た。（５）過酸化水素の測定（４）の測定装置に２ｍＭの過酸化水素２μｌを注入
し、電流値を得た。１０回測定し平均値、標準偏差、Ｃ
Ｖ値を求めた。（６）結果表３に測定値を示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】１０回測定における平均値は３２８．６ｎ
Ａ、標準偏差は２．９９、ＣＶ値は０．９１となり実施
例１と比較して電流値のバラツキが大きく精度が悪い。

【００３４】

【発明の効果】本発明では、容易に測定感度を向上させ
ることができる。また、連結する作用電極を有するセル
の数を増減できるため、感度を自由に調整できる。更
に、正確で再現性に優れた測定が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施例１で使用した電気化学測定部の断
面図である。

【図２】図２は作用電極の断面図を例示する。

【図３】図３は実施例および比較例で使用した測定装置
である。

【符号の説明】１銀・塩化銀参照電極２〜４白金作用電極５〜６ステンレス製配管部品からなる対極７結合部８流路９〜１０セルＡ導電性基体Ｂ支持体Ｃ選択透過膜１１緩衝液槽１２ポンプ１３サンプラ１４恒温槽１５測定部１６検出器１７サンプラ制御信号１８ポンプ制御信号１９シングルボードコンピュータ２０ＲＳ２３２Ｃコード２１パーソナルコンピュータ２２廃液

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１対の参照電極と作用電極を有するセル
に別の作用電極を有する別のセルを１もしくは２以上連
結したフロー測定用の電気化学測定部であり、前記電気
化学測定部の上流側と下流側に１対の導電性材料よりな
る電極を有し、この１対の導電性材料よりなる電極を同
電位に保ち対極として用いるフロー測定用の電気化学測
定部。
【請求項２】前記１対の導電性材料よりなる電極が、
セルを連結した電気化学測定部の上流側と下流側に設け
た１対の導電性材料製の流路である請求項１記載の電気
化学測定部。