JPS5994059A - 諸成分の測定用センサ− - Google Patents

諸成分の測定用センサ−

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JPS5994059A
JPS5994059A JP57203565A JP20356582A JPS5994059A JP S5994059 A JPS5994059 A JP S5994059A JP 57203565 A JP57203565 A JP 57203565A JP 20356582 A JP20356582 A JP 20356582A JP S5994059 A JPS5994059 A JP S5994059A
Authority
JP
Japan
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oxygen
electrode
electrolyte
sensor
enzyme
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Pending
Application number
JP57203565A
Other languages
English (en)
Inventor
Minoru Ohashi
実 大橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Oriental Yeast Co Ltd
Original Assignee
Oriental Yeast Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Oriental Yeast Co Ltd filed Critical Oriental Yeast Co Ltd
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Publication of JPS5994059A publication Critical patent/JPS5994059A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/001Enzyme electrodes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸素圧平衡式酸素モニターの隔膜上に触媒層を
重層した諸成分の迅速測定用センサーに関する。
第1図に示すようにクラーク(C1ark)型酸素電極
とグルコースオキシダーゼの#素ゲル層を組み合わせて
、(1)式の反応によって消費される#素置に基づく酸
素還元電流の減少が、グルコース濃度に対応することを
利用した酵素′電極(Enzyme electrod
e )は、ニス・ティ・アンプダイク(S、 T、 U
PDIKE ) (Nature、 vol、214゜
986〜988.1967年)により明らかにされてい
る。
グルコース+02.2ンヒミL=≧5」:六コとンウ=
二翠。グ/レコン酸゛+H20,・・・・・・・・(1
) この方法は、単にグルコースの濃度測定にその応用が限
られるものでなく、例えばアルコール、アミノ酸、アス
コルビン酸、コレステロール、グリセライド等の酸化酵
素層を用いるとそれぞれの酵素によって酸化される成分
を測定できることから、その応用が目覚ましく広がりつ
\あるものである。
しか゛し、本発明者はクラーク電極(および類似の酸素
電極)を用いる従来の酵素電極につきその機能を詳しく
検討の結果、下記の改良を要する問題点を見出した。
1)酸素電極自体の酸素消費に関する問題クラーク電極
は第1図および(2)式に示されるように、電極を被援
したプラスチック隔膜を透過した酸素を内部のカンード
で電解還元し、そのさいに流れる電解電流が酸素圧に比
例する関係に基づいて、試料中の酸素濃度を測定するも
のである。
カンード反応: (C1舊rk電極) 02+ 2HzO+ 4 e  →4 (OH) −−
−(2)したがって、試料が比較的多量の場合は無視で
きるのであるが第2図(、)の曲線2に例示されるよう
に試料液が微量のときには、酸素電極が消費する酸素量
が試料液の酸素濃度を無視できぬ程度まで減少させると
いう問題がある。そのため、(ホ) △’(t) =△i(す+△’(R)・・・・・・・・
・・・・(3)(ホ)上記した各種酸化酵素が試料中の
成分に作用したときのセンサーの出力電流の挙動は第2
図(−)の曲線3のようにモデル化して示されるが、酵
素反応開始後tの時点における溶存酸素の減少分に対応
する出力変化Ca1(t))は(3)式に示すように上
記酵素反応による変化分△i(りに  、−一    
−、酸素電極自身の作動の結果による酸素消費による変
化分△’(R)が加わる結果、反応の終点もあいまいに
なり勝ちであり酵素反応に由来する電流変化を正確にと
らえにくい結果となる。     特開昭59−940
59 (2)こうした問題の対策としては、 (a)試料室(試料液量)を電極の検出面に対して大き
くとる (b)検出面積の小さい微小電極を用いる(c)同じ形
状で酵素を失活させたブランク電極を併用して暗電流を
差引く 等の方法が提案されているが、対策(a)は通液等の多
重採取が困難な場合には実用性がなく;対策(b)は電
極の出方の微小化を回路の増巾率の増大で補う必要が生
じ、無理な高増巾の結果、しばしばノイズの発生がおこ
り測定の安定性を失う。対策(c)は装置の複雑化をま
ねく、等の問題を派生するため、上記(、)(b) (
c)は完全な問題解決策とは言えないものである。
2)試料液の流動の必要性に関する問題クラークilf
、mの作動のさい試料液が静止しているかゆるやかに動
いている状態では上記(2)式の酸素消費反応により、
隔膜−試料液界面の溶存酸素濃度が減少しこれに伴って
出力電流が第2図(b)曲#5のように減少かつ不安定
となって試料液の濃度に対応攪拌するとか、ポンプで循
環するとかして、界面を巣新しながら使用する必要があ
る。
このような試料液の流動のための操作は液流速の変動が
出力の変動をまねく上、外気からの酸素の溶解をまねく
危険があるので、反応容器を厳密に密封することが必要
となってくる。このことは装置の複雑化をまねき、操作
の注意深さを特に要求することにもなる。
3)隔膜の酸素透過性の安定化の問題 クラーク電極の出力は、一定酸素濃度のもとにおいても
隔膜の酸素透過性の変化に影響され敏感に変動する。試
料液成分の隔膜面への付着は酸素透過性を低下させる原
因になるので膜面のクリーニングがしばしば必要となる
のはこのためである。また酵素膜の装着によっても出力
は約10%も減少する。このように酸素の移動抵抗は酵
素膜の厚さおよび内側の隔膜との密着状態で微妙に変動
し、こうしたことが酵素電極1の特性の長期安定化が困
難な原因になって(為る。
また、クラーク[極の酸素検出点&まその先端に位置し
、そこは気泡の付着し易〜・場所であることから、気泡
に原因する出力信号の不安定化が操作上のトラブルにな
る場最近、酵素を極、微生物電極等により試料中の鎖成
分を同時に測定する工夫力を進められる傾向にある(特
藺昭、t、t41Iデ紐号)。
このような酵素′電極の似合利用による機能の高度化の
ために従来採用された方法し1第3図に示ずように、ス
ターシー12付の反応セル10に複数の酸素電極(II
A−D)を装着し、それぞれの電極に異なる酵素膜をか
ぶせて各酵素に対する基質成分を検出しようとするもの
である。また第4図のように管路13に直列(または図
示してないが並列)に酵素電極を装溜した流通式が工夫
されているが、いづれのも測定成分の数に応じ独立した
数本の酸素モニターが必要であるかたちのため、反応槽
(反応管)を含む検出部の構造の複雑化と、それぞれの
酸素モニターの酸素消費性にかかわる問題が一層複雑化
するのを避けられないものである。
本発明は上記した諸問題を解決したものであり、その目
的はクラーク電極を用いるよりも」に簡易にしかも正確
に諸成分の測定の可能なセンサーを提供せんとするもの
である。
また、本発明の目的は、諸成分の分析を本発明は酸素圧
平衡式酸素モニターの隔膜上に有機触媒又は無機触媒か
らなる触媒層を重層した諸成分の測定用センサーを提供
する。
本発明の要件の一つは、ジェー・シイ・コネリイ(J、
 G、 Connery )ら(U、S、P、 407
a。
596、 (197眸) )の発明による酸素モニター
の原理を利用する点にある。
コネリイの酸素電極(以下コネリイ電極と略記)は、酸
素透過性隔膜を用いる点でクラーク電極と類似している
が二カソードとアノードが数10μの微小距離に配置さ
れ、かつ夫々の電位を比較電極でコントロールしている
ことにより、(4)式、(5)式に示したように1カソ
ードにおける酸素の還元反応により消費される酸素が、
アノードにおいて生起する逆反応(酸素生成反応)によ
り補給され試料相の酸素分圧と酸素モ二したがって、ク
ラーク電極は作動のさい試料相の酸素を吸収・消費する
に対し、 コネリイ電稜は試料相の酸素を吸収・消費することなく
、酸素濃度に対応する出力信号を与えるものである。ま
た電解液組成変化がない(クラーク電極は変イヒ)←希
ため半永久的使用ができる・ このようt【機能に伴っての利点を列記すれば a)小反応容器中においても第2図(a)曲線1のよう
に試料液の溶存酸*siが減少せず、一定に保たれる。
b)試料液を強いて攪拌、流通させないで安定した指示
が得られる(第2図(b)曲線4参照)。
本発明の第?の要件は第1図と同様にプラスチック隔膜
の上に酵素膜あるいは微生なお、コネリイ電極は、電気
絶縁板上にクシ型のアノードとカソードをはめ合わせた
平盤状の形状と棒状絶縁体に白金、銀等の直径約015
+m程の細線を交互に近接して40回くらい巻きつけた
棒状のものとが知られているが、棒状電極を第5図に示
したように多極化し、共通の隔膜チューブ4で被覆した
後図示されてないがそれぞれ独立したリード線を通じて
独立した増巾回路につながる単位電極(51L〜6a:
5b〜6b:5C〜6C)の検出面上に任意の異なる触
媒層をかぶせた構造をつくることができる。
なお第5図の(1)はカソード5、アノード6の電位制
御用の比較電極であり、2は電解液(例えばKOH)で
あり、高分子霜解質(ポリはプラスチック(例えばポリ
アセタール樹脂)セラミックス等からなる電気絶縁体の
先の閉じた管で、電解液の連通穴8a−cを有している
4は酸素透過性膜のチューブでシリコンゴ9のOリング
によって各部屋に仕切られている。
Tは反応物質および反応生成物が自由に拡散できる触媒
層の膜であり、測定の目的に応じて任意の組み合わせが
選択される。例えば7aにはグルコースオキシダーゼ、
7bにはアルコールオキシダーゼ、7eにはアスコルビ
ン酸オキシダーゼの固定化膜を用いたセンサーは飲料の
成分の簡易分析やパン生地の発(llモニター用等のセ
ンサーとして有効に利用できる。
また、イノシン酸(I M pQ ツノシン(HXR)
、ヒボキサンチン(HX)等のATP分解物系の酸化酵
素を単独あるいは複合的に固定化した酵素膜の組合わせ
を用いれば、各成分の濃度を1本のセンサーで単位電極
の出力電流の変化(減小)から即座に求め、さらに演算
回路を用いて、(6)、(7)式の計算値から魚肉の鮮
度指標な直示できる鮮度計をつくることができる。
なお、従来は液体クロマトグラフィーでこうした分析を
数時間を袂しておこなって(・た(日水誌3i976〜
992.1970)のであるが、本撥明を用いれば、わ
ずか1〜2分で鮮度指標を求めることができるので、魚
市場、スーツく−マーケット等で流通過程の魚類の鮮度
管理を数量化することができる。(IMP比の高℃・も
のは鮮度がよ(、Hx比の高いものは鮮匪力″−姑い。
) また、ブドー糖、コレステロ−7し、リン廃/A、等の
酸化酵素を組み合わせたものは、臨詠検食用に利用でき
る。
用いれは(8)式の反応で生成した02による出ンの増
加をとらえてH202の濃度ある(・はH2O,の生成
に関与する物質の濃度を求めることもできる0 H20□分解触媒H2O+ 202・・・・・・・・・
(8)−−−m−−−−÷ 機能にすぐれ、必要に応じていくつかの成分を同時に測
定して、食品発酵等の工程管理や、品質評価や、臨床化
学検査等に極めて有効に利用できるものである。
即ち、複数の成分が1本の棒状センサーでれない安定な
指示を得ることが容易となる。
[1だ、酸素モニターは半永久的耐久性を持っていて長
期連続使用に耐える。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の酵素電極の原理図であり、第2図は、ク
ラーク電極と本発明で用(・るコリ  ネリイのt極特
性の比較図である。第3図、第4図は従来の多成分測定
用酵素センサーの配置方法を示し、第5図は本発明の多
成分測定用センサーの構造を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 酸素圧平衡式酸素モニターの隔膜上に有機触媒又は無機
    触媒からなる触媒層を重層した諸成分の測定用センサー
       ゛
JP57203565A 1982-11-22 1982-11-22 諸成分の測定用センサ− Pending JPS5994059A (ja)

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JP57203565A JPS5994059A (ja) 1982-11-22 1982-11-22 諸成分の測定用センサ−

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JP57203565A JPS5994059A (ja) 1982-11-22 1982-11-22 諸成分の測定用センサ−

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JPS5994059A true JPS5994059A (ja) 1984-05-30

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ID=16476234

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JP57203565A Pending JPS5994059A (ja) 1982-11-22 1982-11-22 諸成分の測定用センサ−

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JP (1) JPS5994059A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS625169A (ja) * 1985-06-28 1987-01-12 マイルズ ラボラトリ−ス インコ−ポレ−テッド 電気化学的センサ−、該センサ−用の膜及び該膜の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS625169A (ja) * 1985-06-28 1987-01-12 マイルズ ラボラトリ−ス インコ−ポレ−テッド 電気化学的センサ−、該センサ−用の膜及び該膜の製造方法

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