JPS6282345A - Method and sensor for measuring carbon dioxide - Google Patents

Method and sensor for measuring carbon dioxide

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Publication number
JPS6282345A
JPS6282345A JP60222723A JP22272385A JPS6282345A JP S6282345 A JPS6282345 A JP S6282345A JP 60222723 A JP60222723 A JP 60222723A JP 22272385 A JP22272385 A JP 22272385A JP S6282345 A JPS6282345 A JP S6282345A
Authority
JP
Japan
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carbon dioxide
sensor
measuring
membrane
permeable membrane
Prior art date
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Pending
Application number
JP60222723A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masao Karube
征夫 軽部
Hiroaki Suzuki
博章 鈴木
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.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP60222723A priority Critical patent/JPS6282345A/en
Publication of JPS6282345A publication Critical patent/JPS6282345A/en
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  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a carbon dioxide sensor which is so constructed that the deterioration of the life thereof by drying of microorganism bacteria is prevented and that the carbon dioxide past a gas permeable membrane is made hardly dissipatable by providing a buffer soln. reservoir or layer near the microorganism bacteria. CONSTITUTION:The sensor for measuring carbon dioxide has an oxygen electrode body 7, a cathode 5 consisting of platinum and an anode 6 consisting of lead and is provided with an electrolyte 8. The top end of the electrode 7 is coated with the gas permeable membrane 4 in such a manner that the part of the cathode 5 is fully coated. An immobilizing film 2 for the microorganisms 3 disposed to the outside of the membrane 4 is coated with a dialysis membrane 10 made of acetyl cellulose in the form of enclosing the entire part thereof. The immobilized microorganisms 2 and the membrane 10 are immersed into the buffer soln. 13 of a high pH value stored form a spacer 11. The sensor is so constituted that the buffer soln. 13 and the outside contact each other via a gas permeable membrane 12. The membrane 12 is fixed by rubber ring (may be an O-ring) 9. The microorganism bacteria are thus preserved without being dried.

Description

【発明の詳細な説明】 〔1既  要〕 微生物を用いた二酸化炭素(COZ)センサーが開示さ
れる。本発明のCO2センサーは、アンペロメトリック
にCO2を計測できるという点で画期的であり、医療、
環境、醗酵工業プロセスをはじめとする数多(の計測分
野において有利に使用することができる。本発明のセン
サーでは、微生物菌体の寿命を長く保つことができ、ま
た、測定誤差を小さくすることができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [1] A carbon dioxide (COZ) sensor using microorganisms is disclosed. The CO2 sensor of the present invention is revolutionary in that it can measure CO2 amperometrically, and is
It can be advantageously used in a number of measurement fields including the environment and fermentation industrial processes.The sensor of the present invention can maintain the lifespan of microorganisms for a long time, and can also reduce measurement errors. I can do it.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、溶液中あるいは空気中の二酸化炭素の濃度を
測定するための方法及び装Hに関する。
The present invention relates to a method and apparatus for measuring the concentration of carbon dioxide in a solution or in air.

本発明は、さらに詳しく述べると、微生物機能と電気化
学的な電極を利用した二酸化炭素計測方法、そして二酸
化炭素計測用センサーに関する。本発明は、上記した通
り、医療、環境、醗酵工業プロセスをはじめとする数多
くの計測分野において有利に利用することができる。
More specifically, the present invention relates to a method for measuring carbon dioxide using microbial functions and electrochemical electrodes, and a sensor for measuring carbon dioxide. As described above, the present invention can be advantageously used in many measurement fields including medicine, the environment, and fermentation industrial processes.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

計測の分野において、二酸化炭素の計測が重要視されて
いることは周知の通りである。従来、二酸化炭素計測用
のセンサーとしては、特に体液(血液)中の二酸化炭素
成分の測定を目的として、ポテンシオメトリーに基づく
二酸化炭素電極が開発され、そして実際に用いられてい
る(このタイプの二酸化炭素電極についての詳細は、例
えば、J、W、セパ−リングハウス(Severing
house)及び八、F、フ′ラドレイ(Bradle
y)、 J、A pl、Ph 5iol、、 13゜5
15(1958)を参照されたい)。しかし、このポテ
ンショメトリックな方式の二酸化炭素電極は、その構成
に原因して、測定に際して発生するいろいろな問題点を
存する。例えば、この方式では、夾雑物質の影響を受け
やすい、感度がネルンストの式により左右されるために
あるレベル以上の感度の向上を計ることができない、な
どの問題点がある。
It is well known that in the field of measurement, carbon dioxide measurement is considered important. Conventionally, carbon dioxide electrodes based on potentiometry have been developed and actually used as sensors for measuring carbon dioxide, especially for the purpose of measuring carbon dioxide components in body fluids (blood). For details about carbon dioxide electrodes, see, for example, J.W.
house) and 8, F. Bradle.
y), J, A pl, Ph 5iol,, 13゜5
15 (1958)). However, this potentiometric type carbon dioxide electrode has various problems that occur during measurement due to its configuration. For example, this method has problems such as being susceptible to the influence of contaminants and being unable to measure improvements in sensitivity beyond a certain level because the sensitivity depends on the Nernst equation.

本発明者らは、これらの問題点を解決すべく研究を行な
った結果、二酸化炭素を資化する微生物の呼吸活性が微
生物近傍の二酸化炭素の濃度変化により変わることに着
目し、この呼吸活性の変1ヒを酸素電極により検出して
二酸化炭素4度の定星を行なうのが問題点の解決につな
がることを見い出した。本発明者らの開発した、アンベ
ロメトリーに基づく二酸化炭素計測用センサー(二酸化
炭素センサー)は、昭和60年10月3日付けで別途出
潮した特許出願明細書に開示されるように、例えば血液
のような体液等の溶液中あるいは空気中の二酸化炭素の
濃度を測定するための計測用センサーであって、酸素電
極と、該酸素電極のカソードの近傍に固定されたもので
あって前記二酸化炭素を選択的に資化可能な微生物と、
前記カソードの全体及び前記微生物のそれぞれを被)W
したガス透過性膜とを組み合わせて含んでなることを特
徴とする。この二酸化炭素センサーの構造は、例えば、
添付の第2図に略示して示される通りである。
As a result of conducting research to solve these problems, the present inventors focused on the fact that the respiratory activity of microorganisms that assimilate carbon dioxide changes depending on changes in the concentration of carbon dioxide near the microorganisms. It was discovered that detecting the 1st phase with an oxygen electrode and performing a fixed star of 4 degrees carbon dioxide would lead to a solution to the problem. The carbon dioxide measuring sensor (carbon dioxide sensor) based on amberometry developed by the present inventors is disclosed in a patent application separately filed on October 3, 1985, for example. A measurement sensor for measuring the concentration of carbon dioxide in a solution such as a body fluid such as blood or in the air, which includes an oxygen electrode and a sensor fixed near the cathode of the oxygen electrode. microorganisms that can selectively assimilate carbon;
covering the entire cathode and each of the microorganisms) W
and a gas permeable membrane. The structure of this carbon dioxide sensor is, for example,
As shown schematically in the accompanying FIG.

図中の7はセンサ一本体(酸素電極)であり、春 カソード5及びアノード6を有している。酸素電極7ば
、また、その内部に電解液8を有している。
7 in the figure is a sensor main body (oxygen electrode), which has a spring cathode 5 and an anode 6. The oxygen electrode 7 also has an electrolyte 8 therein.

酸素電極7は、そのカソード5の部分が完全に覆われる
ようにテフロン(商品名)製のガス透過性膜4で被覆さ
れている。さらに、この膜4の外側に配置された微生物
3の固定化膜2もまたテフロン製のガス透過性膜1で被
覆されている。9は、ガス透過性膜を固定するための輪
ゴム(0リングでもよい)である。
The oxygen electrode 7 is covered with a gas permeable membrane 4 made of Teflon (trade name) so that the cathode 5 portion thereof is completely covered. Further, the microorganism 3 immobilization membrane 2 placed outside this membrane 4 is also covered with a gas permeable membrane 1 made of Teflon. 9 is a rubber band (0 ring may be used) for fixing the gas permeable membrane.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

本発明者らがこのたび開発した二酸化炭素センサーは、
従来のポテンショメトリックな二酸化炭素電極よりもよ
り高怒度な計測を可能にすることができ、また、センサ
ーの応用分野も拡げることができる。しかし、このよう
なセンサーの構造では、微生物菌体及び酸素電極のカソ
ードの全体をガス透過性膜で覆っているため、菌体付近
が乾燥しやすく、したがって、センサーの寿命が影響を
被る恐れが大である。また、ガス透過性膜を通過した二
酸化炭素が微生物により資化されないうちに再びガス透
過性膜から抜は出て、新たな測定誤差を生む恐れもある
。本発明者らの開発した二酸化炭素センサーにおいて発
生する恐れのあるこれらの問題点が、いま本発明が解決
しようとする問題点である。
The carbon dioxide sensor recently developed by the inventors is
It allows for higher intensity measurements than conventional potentiometric carbon dioxide electrodes, and also expands the range of applications for the sensor. However, in this sensor structure, the entire microbial cells and the cathode of the oxygen electrode are covered with a gas-permeable membrane, which tends to dry out the area around the microbial cells, which may affect the lifespan of the sensor. It's large. Furthermore, there is a risk that the carbon dioxide that has passed through the gas permeable membrane may be extracted from the gas permeable membrane again before it is assimilated by microorganisms, resulting in new measurement errors. These problems that may occur in the carbon dioxide sensor developed by the present inventors are the problems that the present invention attempts to solve.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明者らは、上述の問題点を解決すべく研究を行なっ
た結果、微生物菌体の近傍に緩衝液のだめ又は層を設け
ることにより、微生物菌体の乾燥による寿命の低下を防
止するとともに、ガス透過性膜を通過した二酸化炭素が
敗逸しにくいような構造の二酸化炭素センサーを提供し
得ることを見い出した。
The present inventors conducted research to solve the above-mentioned problems, and found that by providing a buffer reservoir or layer near the microbial cells, it is possible to prevent the lifespan of the microorganisms from being shortened due to drying out, and to It has been discovered that it is possible to provide a carbon dioxide sensor with a structure in which carbon dioxide that has passed through a gas permeable membrane is unlikely to be lost.

本発明は、その1つの面によれば、例えば体液などの溶
液中あるいは空気中の二酸化炭素の濃度を測定するため
の計測方法であって、前記溶液あるいは空気中の二酸化
炭素をガス透過性膜により選択的に透過させ、透過せる
二酸化炭素を前記ガス透過性膜に接して配された緩衝液
中で炭酸及び(又は)炭酸イオンの形となし、この炭酸
及び(又は)炭酸イオンを前記緩衝液に接していて二酸
化炭素を選択的に資化可能な微生物で資化し、その際に
ひきおこされる前記緩衝液中の酸素濃度の減少を酸素電
極により電流値として測定し、この電流値の変化量から
二酸化炭素の濃度を測定することを特徴とする二酸化炭
素計測方法にある。
According to one aspect of the present invention, there is provided a measuring method for measuring the concentration of carbon dioxide in a solution such as a body fluid or in the air, the method comprising: measuring the concentration of carbon dioxide in the solution or the air through a gas-permeable membrane; The permeable carbon dioxide is converted into carbonic acid and/or carbonate ions in a buffer solution placed in contact with the gas permeable membrane, and the carbonic acid and/or carbonate ions are converted into carbonic acid and/or carbonate ions in the buffer solution. Microorganisms that are in contact with the solution and can selectively assimilate carbon dioxide are assimilated, and the decrease in oxygen concentration in the buffer solution caused at that time is measured as a current value using an oxygen electrode, and the change in this current value is A method for measuring carbon dioxide is characterized in that the concentration of carbon dioxide is measured from the amount of carbon dioxide.

本発明は、そのもう1つの面によれば、溶液中あるいは
空気中の二酸化炭素の濃度をアンペロメ1−リーに基い
て4+1定するための計測用センサーであって、酸素電
極と、該酸素電極のカソードの近傍に固定されたもので
あって前記二酸化炭素を選択的に資化可能な微生物と、
該微生物を取り囲んで配置された緩衝液だめと、前記緩
衝液だめを覆って配置されたガス透過性膜とを組み合わ
せて含んでなることを特徴とする二酸化炭素計測用セン
サーにある。
According to another aspect of the present invention, there is provided a measuring sensor for determining the concentration of carbon dioxide in a solution or in the air based on amperometry, comprising: an oxygen electrode; a microorganism that is fixed near the cathode and is capable of selectively assimilating the carbon dioxide;
A sensor for measuring carbon dioxide is characterized in that it comprises a combination of a buffer reservoir disposed surrounding the microorganism and a gas permeable membrane disposed covering the buffer reservoir.

本発明の実施において有利に使用することのできる微生
物は、二酸化炭素を選択的に資化可能な微生物、例えば
ヒドロゲノモナス属、その他の属に属する菌体である。
Microorganisms that can be advantageously used in carrying out the present invention are microorganisms that can selectively assimilate carbon dioxide, such as cells belonging to the genus Hydrogenomonas and other genera.

本発明者らは、ヒドロゲノモナス属TIT/FJ−00
01菌(微工研菌寄第8473号)。
The present inventors discovered that Hydrogenomonas sp.TIT/FJ-00
01 bacteria (Feikoken Bacteria No. 8473).

未同定のTIT/FJ−0002菌(微工研菌寄第84
74号)を用いて、特に好ましい結果を得ることができ
た。
Unidentified TIT/FJ-0002 bacterium (Microtechnical Research Institute No. 84
No. 74), particularly favorable results were obtained.

これらの菌体の菌学的諸性質は次の通りである。The mycological properties of these bacterial cells are as follows.

1、’ TIT/FJ−0001菌(工業技術院微生物
工業技術研究所、微生物受託番号:徹工研菌寄第847
3号)−酸化炭素を主な炭素源2窒素ガスを主な窒素源
、水素ガス及び酸素ガスを化学エネルギー源とし、その
他通常使用される無機化合物と水により増殖させること
が可能な微生物である。
1,' TIT/FJ-0001 bacterium (National Institute of Microbial Technology, Agency of Industrial Science and Technology, Microbial Accession Number: Tetsukoken Bacterium No. 847
No. 3) - A microorganism that uses carbon oxide as its main carbon source 2 Nitrogen gas as its main nitrogen source, hydrogen gas and oxygen gas as its chemical energy sources, and that can be grown using other commonly used inorganic compounds and water. .

fa)  形態的性質 ビーフェキス0.3%、ペプトン0.5%の寒天培地上
で30℃で4日間培養するときは1×4〜5ミクロンの
桿菌で直状または油状、7日間培養では、上記の形も若
干残るが大部分は長径が1.9〜2.1ミクロンの短稈
形となる。大部分は単独に存在するが、まれに2個位つ
ながっていることもある。液体培養したときも同様だが
、凹形の変化に要する時間はやや短縮される。ずなわら
、多形性を示す。運動性なし。ライフソン(Leifs
on)法による染色によっては鞭毛は見当らない。胞子
の形成は見られない。ダラム陰性。非抗酸性。
fa) Morphological Properties When cultured on agar medium containing Beefex 0.3% and peptone 0.5% at 30°C for 4 days, 1 x 4-5 micron rods, straight or oily; when cultured for 7 days, the above Although some shapes remain, most of them have a short culm shape with a major axis of 1.9 to 2.1 microns. Most exist singly, but in rare cases two or more may be connected. The same goes for liquid culture, but the time required for the concave shape to change is slightly shorter. However, it shows polymorphism. No motility. Lifeson (Leifs)
No flagella are found by staining using the on) method. No spore formation is observed. Durham negative. Non-acid-fast.

(b)  培養的性質 (1)  肉汁寒天平板培養:生育して黄色の平滑で光
沢あるコロニーを形成する。コロニーは円形。色素の拡
散は見られない。
(b) Culture properties (1) Broth agar plate culture: Grows to form yellow, smooth and shiny colonies. Colonies are circular. No dye diffusion is observed.

(2)肉汁寒天斜面培養:肉汁寒天平板培養に同じ。(2) Meat juice agar slant culture: Same as meat juice agar plate culture.

(3)肉汁液体培養二表面発育は認められない。(3) No growth on the surface of meat juice liquid culture.

粘質物生成のために培養液の粘性がやや増加する。The viscosity of the culture solution increases slightly due to mucilage production.

(4)肉汁ゼラチン穿刺培養:生育しない。液化も見ら
れない。
(4) Meat juice gelatin puncture culture: No growth. No liquefaction is observed.

(5)  リドマスミルク:凝固、液化は見られない。(5) Lidmus milk: No coagulation or liquefaction observed.

長時間培養するときはアルカリ性となる。When cultured for a long time, it becomes alkaline.

(C)  生理的性質 硝酸塩の還元:陰性 脱窒反応:陰性 MRテスト:陰性 v−pテスト:陰性 インドール生成:陰性 硫化水素の生成:陽性 デンプンの加水分解:陰性 クエン酸の利用(にoser培地):陽性クエン酸の利
用(Christensen培地):陽性硝酸塩の利用
:陽性 色素の菌体外生成:陰性 アンモニウム塩の利用:陽性 ウレアーゼ:陽性 オキシダーゼ:陽性 カタラーゼ:陽性 生育の温度範囲 30℃付近(20℃〜34℃)が良好 生育のpH範囲 7.0付近(4,0〜8.6)が良好 酸素に対する態度 好気性、但し嫌気性においてわずか
ながら生育す る。
(C) Physiological properties Nitrate reduction: Negative denitrification reaction: Negative MR test: Negative VP test: Negative indole production: Negative hydrogen sulfide production: Positive Starch hydrolysis: Negative citric acid utilization (in Oser medium ): Positive use of citric acid (Christensen medium): Positive use of nitrate: Positive extracellular production of pigment: Negative use of ammonium salt: Positive urease: Positive oxidase: Positive catalase: Positive growth temperature range around 30°C (20 The pH range for good growth is around 7.0 (4.0 to 8.6).The pH range for good growth is around 7.0 (4.0 to 8.6).Attitude towards oxygen is aerobic, but grows slightly in anaerobic conditions.

0−Fテスト(llugh Leifson法による)
:陰性炭素源の資化性、酸及びガスの生成(資化性、酸
及びガスの生成があるもの、ないもの、不明瞭なものを
、それぞれ+、−1士で示す)無機培地による生育性:
無機化合物のみの固体または液体培地で培養するときは
、水素ガスおよび酸素ガスの共存下に、炭酸ガス又は−
酸化炭素および窒素ガスを固定利用して旺盛に生育する
0-F test (by lugh Leifson method)
:Negative carbon source assimilation, acid and gas production (Assimilation, acid and gas production, non-existence, and ambiguity are indicated by + and -1, respectively)Growth in inorganic medium sex:
When culturing in a solid or liquid medium containing only inorganic compounds, in the presence of hydrogen gas and oxygen gas, carbon dioxide or -
Grows vigorously using fixed carbon oxide and nitrogen gas.

以上の性質、特に無機培地で水素ガス、酸素ガス、炭酸
ガス共存下で生育するという著しい特徴によって、本国
は明らかにヒドロゲノモナス属に分類されると考えられ
る〔バーシーズ・マニュアル・オブ・デターミナティブ
・ハタテリオロジイ(Bergey’s Manual
 of Determinative Bacteri
ology)8版、 The WilHarms & 
Wilkins Company/Baltimora
による〕。
Due to the above properties, especially the remarkable feature of growing in the presence of hydrogen gas, oxygen gas, and carbon dioxide gas in an inorganic medium, it is thought that the native species is clearly classified as a member of the genus Hydrogenomonas. Bergey's Manual
of Determinative Bacteri
8th Edition, The WilHarms &
Wilkins Company/Baltimora
by〕.

しかしながら、ヒドロゲノモナス属は一般に極性鞭毛を
持つとされる点、又ヒドロゲノモナス属については窒素
ガス固定能力が知られておらず、また、例えばヒドロゲ
ノモナス・ニートロバ^TCC17707も窒素ガス固
定能力を示さない点、本国は既記載のヒドロゲノモナス
属とは昇る点があるので、別に属を設けるのが本来適当
かも知れない。
However, the genus Hydrogenomonas is generally said to have polar flagella, and the ability to fix nitrogen gas is not known for the genus Hydrogenomonas.For example, Hydrogenomonas nitroba^TCC17707 also does not show the ability to fix nitrogen gas. Since it is different from the previously described genus Hydrogenomonas, it may be appropriate to create a separate genus.

しかし一方、過去において本国と同様の性質を持つ菌が
分離され、窒素ガス固定能力を知られないままにヒドロ
ゲノモナス属に分類されている菌も当然あると考えられ
る。従って本国も差し当りヒドロゲノモナス属とするの
が適当と考える。
However, on the other hand, it is natural that bacteria with properties similar to those in Japan have been isolated in the past, and that some bacteria have been classified as Hydrogenomonas without knowing their ability to fix nitrogen gas. Therefore, I think it is appropriate to classify it as a genus Hydrogenomonas in its home country for the time being.

2、  TIT/FJ−0002菌(工業技術院微生物
工業技術研究所、微生物受託番号:微工研菌寄第847
4号)本国の同定は完了していない。しかし、科学的性
質として、二酸化炭素を資化する微生物であることはす
でに確認済みである。また、本国は好熱性を有すると考
えられる。
2. TIT/FJ-0002 bacterium (National Institute of Microbial Technology, Agency of Industrial Science and Technology, Microbial Accession Number: Microbiological Research Institute Bacteria No. 847)
No. 4) Identification of the country of origin has not been completed. However, it has already been scientifically confirmed that it is a microorganism that assimilates carbon dioxide. In addition, the home country is considered to be thermophilic.

上記した微生物は、この技術分野において一般的に用い
られている手法により酸素電極上に固定することができ
る。微生物をその呼吸活性を維持させたま\膜中に固定
化する微生物膜の調製法としては、例えば、微生物を化
学的に■りに結合させる方法(共有結合法)、微生物を
合成高分子や天然高分子マトリンラス中に包括固定化す
る方法(包括法)、物理的に膜に吸着させる方法(吸着
法)などがある。多孔性ニトロセルロースの膜にi敦生
物を吸着固定して微生物膜を調製するのがとりわけ有利
である。
The above-mentioned microorganisms can be immobilized on the oxygen electrode by techniques commonly used in this technical field. Methods for preparing microbial membranes that immobilize microorganisms in membranes while maintaining their respiratory activity include, for example, methods in which microorganisms are chemically bonded to membranes (covalent bonding method), microorganisms are bonded to synthetic polymers or natural There are methods such as entrapping immobilization in a polymer matrine lath (entrapping method) and physically adsorbing it to a membrane (adsorption method). It is particularly advantageous to prepare microbial membranes by adsorbing and immobilizing microorganisms on membranes of porous nitrocellulose.

酸素濃度の減少を測定するために用いられる酸素電極と
しては、ポーラ口型、ガルバニ型などの酸素電極をあげ
ることができる。特にガルバニ型の酸素電極は、特別な
増幅器の使用が不要となるので、簡便なセンサーの製作
に有利に使用することができる。
Examples of the oxygen electrode used to measure the decrease in oxygen concentration include polar mouth type and galvanic type oxygen electrodes. In particular, a galvanic type oxygen electrode does not require the use of a special amplifier, so it can be advantageously used for manufacturing a simple sensor.

また、二酸化炭素及び酸素を透過させるために用いられ
るガス透過性膜としては、シリコーンゴム膜や含ふっ素
高分子膜9例えばテフロン(商品名)のようなポリテト
ラフルオロエチレン(PTFIE)膜、テトラフルオロ
エチレンとへキサフルオロプロピレンの共重合体(FE
P)の膜などをあげることができる。
In addition, gas permeable membranes used for permeating carbon dioxide and oxygen include silicone rubber membranes, fluorine-containing polymer membranes 9, polytetrafluoroethylene (PTFIE) membranes such as Teflon (trade name), and tetrafluoroethylene (PTFIE) membranes such as Teflon (trade name). Copolymer of ethylene and hexafluoropropylene (FE
Examples include P) films.

微生物菌体を取り囲んで配置されるべき緩衝液だめの緩
衝液は、それにガス透過性膜を透過せる二酸化炭素を吸
収させるため、高pH値を有していることが必要である
。二酸化炭素ガスは、炭酸及び(又は)炭酸イオンの形
で緩衝液に溶け、より微生物に取り込まれやすい状態と
なる。本発明では、使用する緩衝液の種類及びpl−1
値を適宜選択することを通じて、微生物の活性を長FJ
J間にわたって安定に保つことができるばかりでなく、
ガス透過性膜を通して二酸化炭素が再び外部に散逸する
のを防ぐ効果があり、安定した測定が可能になる。適当
な緩衝液の一例として、0.05M KH2PO。
The buffer solution in the buffer reservoir to be placed surrounding the microbial cells needs to have a high pH value in order to allow it to absorb carbon dioxide that can pass through the gas-permeable membrane. Carbon dioxide gas dissolves in the buffer solution in the form of carbonic acid and/or carbonate ions, making it more easily taken up by microorganisms. In the present invention, the type of buffer used and pl-1
The activity of microorganisms can be determined by selecting the appropriate value.
Not only can it be kept stable over J periods, but
This has the effect of preventing carbon dioxide from escaping to the outside through the gas-permeable membrane, making stable measurements possible. An example of a suitable buffer is 0.05M KH2PO.

/Na0tl 緩衝液をあげることができる。/Na0tl buffer solution can be mentioned.

さらに、緩衝液だめそのものには、/!(I+定効率と
精度を高めるため、酸素電極のカソードの全体及び微生
物を包み込む形で透析膜を配置するのが望ましい。適当
な透)1膜の例として、アセチルセルロースフィルムな
どをあげることができる。
Furthermore, the buffer reservoir itself contains /! (In order to improve I + constant efficiency and accuracy, it is desirable to arrange the dialysis membrane in such a way as to enclose the entire cathode of the oxygen electrode and the microorganisms. An example of a suitable membrane is an acetyl cellulose film. .

〔実施例〕〔Example〕

本例では、第1図に黙示されるような構造をもった二酸
化炭素計測用センサーを製作した。図中の7は酸素電極
本体であり、白金からなるカソード5及び鉛からなるア
ノード6を有している。この電極の電解液8は、IN 
KOHであった。酸素電極7の先端部分は、そのカソー
ド5の部分が完全に覆われるようにテフロン(商品名)
製のガス透過性膜4で被覆されている。また、この膜4
の外側に配置された微生物3の固定化膜2は、その全体
を包み込む形でアセチルセルロース製の透析膜10で被
覆されている。さらに、固定化微生物2と透析膜10は
、図示される通り、テフロン(商品名)製のスペーサ1
1によりため込んだ高pH値の緩衝液13中に浸されて
おり、また、この緩衝液13と外側とはテフロン(商品
名)製のガス透過性膜13を介して接触するように構成
されている。9は、ガス透過性膜を固定するための輪ゴ
ム(Oリングでもよい)である。このセンサーの装作例
を以下に示す: 予め滅菌した坂ロフラスコに、ビーフェキス0.3%、
ペプトン0.5%及び蒸留水99.2%からなる液体培
地Loom lを加えた。この培地にヒドロゲノモナス
属TIT/FJ −0001菌(微工研菌寄第8473
号)を接種し、好気的条件下で30℃で4日間培養した
。次いで、菌を培地ごと5 ml!の量で採取し、これ
を孔径0.2μmの多孔性ニトロセルロース製多孔)漠
」二に吸引濾過し、0.05M K11ZPO4/Na
0II緩衝液(pl!5.5)で洗浄した。
In this example, a carbon dioxide measuring sensor having the structure shown in FIG. 1 was manufactured. 7 in the figure is an oxygen electrode main body, which has a cathode 5 made of platinum and an anode 6 made of lead. The electrolyte 8 of this electrode is IN
It was KOH. The tip of the oxygen electrode 7 is coated with Teflon (trade name) so that the cathode 5 is completely covered.
It is coated with a gas permeable membrane 4 manufactured by. In addition, this film 4
The microorganism 3 immobilization membrane 2 placed outside is covered entirely with a dialysis membrane 10 made of acetyl cellulose. Further, as shown in the figure, the immobilized microorganism 2 and the dialysis membrane 10 are separated by a spacer 1 made of Teflon (trade name).
The buffer solution 13 is immersed in a high pH buffer solution 13 stored in the buffer solution 13, and the buffer solution 13 is in contact with the outside through a gas permeable membrane 13 made of Teflon (trade name). There is. 9 is a rubber band (an O-ring may be used) for fixing the gas permeable membrane. An example of mounting this sensor is shown below: In a pre-sterilized Sakalo flask, add Beefex 0.3%,
A liquid medium Loom 1 consisting of 0.5% peptone and 99.2% distilled water was added. In this medium, Hydrogenomonas TIT/FJ-0001 bacteria (Feikoken Bacterial Serial No. 8473) were added.
No.) was inoculated and cultured under aerobic conditions at 30°C for 4 days. Next, add 5 ml of the culture medium to the bacteria! 0.05M K11ZPO4/Na
Washed with 0II buffer (pl!5.5).

次いで、上記のようにして菌を濾過した膜2を、第1図
に示されるように、菌体3のついている側をガルバニ型
の酸素電極7のカソード5の面に向けて配置し、さらに
その外側を菌体固定膜2及び酸素1に極のカソード5の
部分が完全に覆われるようにアセチルセルロース製の透
析膜10で包み込んだ。さらに、これらを、スペーサ1
1によりため込んだ0.05M K11zPO4/Na
011 緩衝M(pH7,5)中に浸し、外部とテフロ
ン(商品名)製のガス透過性膜12で接触するようにし
た。最後に、輪ゴム9で固定することによって、図示の
二酸化炭素センサーが完成した。
Next, as shown in FIG. 1, the membrane 2 that has filtered the bacteria as described above is placed with the side with the bacteria 3 facing the cathode 5 of the galvanic type oxygen electrode 7, and then The outside thereof was wrapped with a dialysis membrane 10 made of acetyl cellulose so that the cathode 5 portion of the electrode was completely covered with the bacterial cell immobilization membrane 2 and oxygen 1. Furthermore, these are spacer 1
0.05M K11zPO4/Na accumulated by 1
011 immersed in buffer M (pH 7.5), and contacted with the outside through a gas permeable membrane 12 made of Teflon (trade name). Finally, by fixing with a rubber band 9, the illustrated carbon dioxide sensor was completed.

本例では、二酸化炭素計測の一例として、緩衝液中の溶
存二酸化炭素濃度の測定を行なった。二酸化炭素によっ
て溶存酸素濃度が変化することが考えられたので、pH
を5〜8に保った緩衝液中に炭酸塩溶液を加え、炭酸イ
オンの一部を溶存二酸化炭素に変え、測定した。以下に
この測定の実際を示す: 上記のようにして製作した二酸化炭素センサーを0.0
5M K11zPO4/Na011緩衝液(30℃、 
 pH5,5)50m7!中に浸漬し、安定するまで放
置した。次いで、緩衝液中の溶存二酸化炭素濃度を測定
するため、I N K2CO3を緩衝液中に加え、炭酸
イオンの一部を二酸化炭素に変えることにより供給した
In this example, as an example of carbon dioxide measurement, the concentration of dissolved carbon dioxide in the buffer solution was measured. Since it was thought that the dissolved oxygen concentration changes due to carbon dioxide, the pH
A carbonate solution was added to a buffer solution maintained at 5 to 8 to convert some of the carbonate ions into dissolved carbon dioxide, which was then measured. The actual measurement is shown below: The carbon dioxide sensor manufactured as described above was
5M K11zPO4/Na011 buffer (30°C,
pH5,5) 50m7! It was immersed in water and left until it stabilized. Then, in order to measure the concentration of dissolved carbon dioxide in the buffer solution, I N K2CO3 was added into the buffer solution and supplied by converting some of the carbonate ions into carbon dioxide.

測定の結果、第3図に示されるような安定な検量線が得
られた。この図から、K2CO3?M度の変化(溶存二
酸化炭素濃度の変化)に対応してセンサーの電流値が減
少し、この電流値の変化量から溶存二酸化炭素濃度を測
定できることが判る。
As a result of the measurement, a stable calibration curve as shown in FIG. 3 was obtained. From this figure, K2CO3? It can be seen that the current value of the sensor decreases in response to a change in M degree (change in dissolved carbon dioxide concentration), and that the dissolved carbon dioxide concentration can be measured from the amount of change in this current value.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、二酸化炭素センサーをアンペロメトリ
ックに製作することができるので、夾雑物質の影舌を減
らし、従来のポテンショメトリックな二酸化炭素電極よ
りもより高感度な計測を可能にすることができ、また、
センサーの応用分野も拡げることができる。また、本発
明によれば、微生物菌体を乾燥させることなく保存する
ことができるので、微生物電極(センサー)自体の寿命
をのばすことが可能になる。また、ガス通過性膜を通過
した二酸化炭素が再びガス透過性膜を通って散逸するの
を防ぐことができので、安定した測定特性をえることが
可能になる。
According to the present invention, the carbon dioxide sensor can be manufactured amperometrically, which reduces the influence of contaminants and enables more sensitive measurement than conventional potentiometric carbon dioxide electrodes. I can do it, and also.
The application fields of the sensor can also be expanded. Further, according to the present invention, since microbial cells can be stored without drying, it is possible to extend the life of the microbial electrode (sensor) itself. Furthermore, since carbon dioxide that has passed through the gas-permeable membrane can be prevented from escaping through the gas-permeable membrane again, stable measurement characteristics can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、本発明の二酸化炭素センサーの好ましい一例
を示した構造図、 第2図は、本発明者らが開発し、別途特許出願した二酸
化炭素センサーの好ましい一例を示した構造図、そして 第3図は、第1図に図示の本発明のセンサーを用いて得
られた検量線の一例である。 図中、2は固定化微生物膜、3は微生物、4はガス透過
性膜、5はカソード、10は透析膜、12はガス透過性
膜、そして13は緩衝液である。 二酸化炭素センサーの構造図 第1 図 2・・・固定化微生物膜 3・・・微生物 4・・・ガス透過性膜 5・・・カソード 10・・・透析膜 12・・・ガス透過性膜 13・・・緩衝液 二酸化炭素センサーの構造図 第2図
FIG. 1 is a structural diagram showing a preferred example of the carbon dioxide sensor of the present invention; FIG. 2 is a structural diagram showing a preferred example of the carbon dioxide sensor developed by the present inventors and for which a patent application has been separately filed; FIG. 3 is an example of a calibration curve obtained using the sensor of the present invention shown in FIG. In the figure, 2 is an immobilized microorganism membrane, 3 is a microorganism, 4 is a gas permeable membrane, 5 is a cathode, 10 is a dialysis membrane, 12 is a gas permeable membrane, and 13 is a buffer solution. Structural diagram of carbon dioxide sensor 1 Fig. 2 Immobilized microorganism membrane 3 Microorganism 4 Gas permeable membrane 5 Cathode 10 Dialysis membrane 12 Gas permeable membrane 13 ...Structure diagram of buffer solution carbon dioxide sensor Figure 2

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、溶液中あるいは空気中の二酸化炭素の濃度を測定す
るための計測方法であって、前記溶液あるいは空気中の
二酸化炭素をガス透過性膜により選択的に透過させ、透
過せる二酸化炭素を前記ガス透過性膜に接して配された
緩衝液中で炭酸及び(又は)炭酸イオンの形となし、こ
の炭酸及び(又は)炭酸イオンを前記緩衝液に接してい
て二酸化炭素を選択的に資化可能な微生物で資化し、そ
の際にひきおこされる前記緩衝液中の酸素濃度の減少を
酸素電極により電流値として測定し、この電流値の変化
量から二酸化炭素の濃度を測定することを特徴とする二
酸化炭素計測方法。 2、前記ガス透過性膜がシリコーンゴム膜である、特許
請求の範囲第1項に記載の二酸化炭素計測方法。 3、前記ガス透過性膜が含ふっ素高分子膜である、特許
請求の範囲第1項に記載の二酸化炭素計測方法。 4、前記微生物がヒドロゲノモナス属に属する菌体であ
る、特許請求の範囲第1項〜第3項のいずれか1項に記
載の二酸化炭素計測方法。 5、前記酸素電極がガルバニ型酸素電極である、特許請
求の範囲第1項〜第4項のいずれか1項に記載の二酸化
炭素計測方法。 6、前記緩衝液が高pH値を有している、特許請求の範
囲第1項〜第5項のいずれか1項に記載の二酸化炭素計
測方法。 7、溶液中あるいは空気中の二酸化炭素の濃度をアンペ
ロメトリーに基いて測定するための計測用センサーであ
って、酸素電極と、該酸素電極のカソードの近傍に固定
されたものであって前記二酸化炭素を選択的に資化可能
な微生物と、該微生物を取り囲んで配置された緩衝液だ
めと、前記緩衝液だめを覆って配置されたガス透過性膜
とを組み合わせて含んでなることを特徴とする二酸化炭
素計測用センサー。 8、前記緩衝液だめ内に透析膜が配置されていて、前記
カソードの全体及び前記微生物を包み込んでいる、特許
請求の範囲第7項に記載の二酸化炭素計測用センサー。 9、前記酸素電極がガルバニ型酸素電極である、特許請
求の範囲第7項又は第8項に記載の二酸化炭素計測用セ
ンサー。 10、前記ガス透過性膜がシリコーンゴム膜である、特
許請求の範囲第7項、第8項又は第9項に記載の二酸化
炭素計測用センサー。 11、前記ガス透過性膜が含ふっ素高分子膜である、特
許請求の範囲第7項、第8項又は第9項に記載の二酸化
炭素計測用センサー。 12、前記微生物がヒドロゲノモナス属に属する菌体で
ある、特許請求の範囲第7項〜第11項のいずれか1項
に記載の二酸化炭素計測用センサー。 13、前記緩衝液だめの緩衝液が高pH値を有している
、特許請求の範囲第7項〜第12項のいずれか1項に記
載の二酸化炭素計測用センサー。
[Claims] 1. A measuring method for measuring the concentration of carbon dioxide in a solution or in the air, which comprises selectively permeating the carbon dioxide in the solution or in the air through a gas-permeable membrane. carbon dioxide and/or carbonate ions in the form of carbonic acid and/or carbonate ions in a buffer solution placed in contact with the gas permeable membrane; The reduction in oxygen concentration in the buffer solution caused by selective assimilation by microorganisms is measured as a current value using an oxygen electrode, and the concentration of carbon dioxide is measured from the amount of change in this current value. A carbon dioxide measurement method characterized by: 2. The carbon dioxide measuring method according to claim 1, wherein the gas permeable membrane is a silicone rubber membrane. 3. The carbon dioxide measuring method according to claim 1, wherein the gas permeable membrane is a fluorine-containing polymer membrane. 4. The carbon dioxide measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein the microorganism is a bacterial cell belonging to the genus Hydrogenomonas. 5. The carbon dioxide measuring method according to any one of claims 1 to 4, wherein the oxygen electrode is a galvanic oxygen electrode. 6. The carbon dioxide measuring method according to any one of claims 1 to 5, wherein the buffer has a high pH value. 7. A measuring sensor for measuring the concentration of carbon dioxide in a solution or in the air based on amperometry, which is fixed in the vicinity of an oxygen electrode and a cathode of the oxygen electrode, and is fixed in the vicinity of the oxygen electrode and the cathode of the oxygen electrode. It is characterized by comprising a combination of a microorganism capable of selectively assimilating carbon dioxide, a buffer reservoir disposed surrounding the microorganism, and a gas permeable membrane disposed covering the buffer reservoir. A sensor for measuring carbon dioxide. 8. The sensor for measuring carbon dioxide according to claim 7, wherein a dialysis membrane is disposed within the buffer reservoir and surrounds the entire cathode and the microorganisms. 9. The sensor for measuring carbon dioxide according to claim 7 or 8, wherein the oxygen electrode is a galvanic oxygen electrode. 10. The sensor for measuring carbon dioxide according to claim 7, 8 or 9, wherein the gas permeable membrane is a silicone rubber membrane. 11. The sensor for measuring carbon dioxide according to claim 7, 8, or 9, wherein the gas permeable membrane is a fluorine-containing polymer membrane. 12. The sensor for measuring carbon dioxide according to any one of claims 7 to 11, wherein the microorganism is a bacterial cell belonging to the genus Hydrogenomonas. 13. The sensor for measuring carbon dioxide according to any one of claims 7 to 12, wherein the buffer in the buffer reservoir has a high pH value.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5148789A (en) * 1989-11-07 1992-09-22 Kubota Corporation Governor device of diesel engine
WO2008099455A1 (en) * 2007-02-09 2008-08-21 Ikeya Formula Co., Ltd. Shift operation device

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