KR100943114B1 - 카트리지식 전기 화학 분석 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카트리지 내 유로의 오염을 효과적으로 방지할 수 있고, 유로 내에서의 미세 기포의 발생을 억제하는 것이 용이하며, 검사 장소에 제한 없이 어떤 장소에서도 용이하게 사용할 수 있는 휴대 용이한 카트리지식 전기 화학 분석 장치를 제공한다.

분석 장치는 피검액을 통과시키는 유로를 갖는 검출용 카트리지와, 상기 검출용 카트리지에 통과되는 피검액에 포함되는 피검출 물질에 관한 정보를 생성하는 처리 유닛을 포함한다. 검출용 카트리지는 외면에 개구하는 복수개의 포트를 갖고, 제1 포트를 저류부에 접속하는 제1 내부 유로와, 제2 포트에 접속되는 제2 내부 유로와, 저류부를 제2 포트에 접속하는 제3 내부 유로와, 제2 내부 유로에 면하여 배치된 검출용 전극 배열을 구비한다. 처리 유닛은 검출용 카트리지를 처리 유닛에 접속했을 때 토출구가 제1 토출측 밸브를 통해 검출용 카트리지의 제1 포트에 접속되는 제1 펌프와, 토출구가 제2 토출측 밸브를 통해 검출용 카트리지의 제2 포트에 접속되는 제2 펌프와, 제1 및 제2 펌프의 각각에 접속되는 제1 및 제2 약액 탱크를 구비한다. 약액 탱크에 소정의 약액을 넣어, 펌프와 토출측 밸브를 적절하게 작동시킴으로써 소정의 분석을 행할 수 있다.

카트리지, 내부 유로, 포트, 약액 탱크

Description

카트리지식 전기 화학 분석 장치 및 방법{CARTRIDGE-TYPE ELECTROCHEMICAL ANALYSIS APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 카트리지식의 전기 화학 분석 장치에 관한 것이다. 더욱 상세히 서술하면, 본 발명은 피검출 물질을 포함하는 피검액을 통과시키는 유로를 갖는 검출용 카트리지와, 상기 검출용 카트리지에 접속 가능하고, 상기 검출용 카트리지 내에 통과되는 피검액에 포함되는 피검출 물질에 관한 정보를 생성하는 처리 유닛을 포함하는 카트리지식 전기 화학 분석 장치에 관한 것이다.

일본 특허 공개 (평)10-311829호 공보는, 카드식의 휴대형 일회용 분석 시스템을 개시한다. 이 분석 시스템은 사람 또는 동물의 체액 중 하나 이상의 검사값을 검출하여 그것에 상응한 출력 신호를 발생하는 센서를 구비한 카드식 일회용 검사구와, 상기 검사구로부터 신호를 받아 연산 처리하는 연산 처리부 및 표시부를 포함하는 휴대형 분석기를 포함한다.

카드식 일회용 검사구는, 사이에 얇은 구획판을 끼워 서로 액체 밀폐로 중첩되는 2장의 기판으로 구성된다. 기판의 한쪽은, 내면에 검사 대상이 되는 사람 또는 동물의 체액을 통과시키는 통로와, 이 통로의 하나의 단부에 연통하도록 체액 저장부가 설치된다. 통로의 다른 단부에는 기판을 두께 방향으로 관통하는 체액 주입 구멍이 설치된다. 센서는 다른쪽의 기판의 내면에 설치된다. 또한, 상기 다른쪽의 기판 내면에는, 센서 교정용의 시약 용기를 받는 오목부와, 구획판의 개구부를 개재시켜 상기 한쪽의 기판에 설치한 체액 저장부에 연통하는 제2 체액 저장부가 설치된다.

휴대형 분석기는 검사구를 삽입하기 위한 삽입구를 갖고, 검사구가 삽입되었을 때, 시약 용기 수용 오목부에 위치하는 시약 용기가 깨져 센서까지 흘러 실제의 분석에 앞서서 상기 센서의 교정이 행해진다. 그 후, 체액 주입구로부터 사람 또는 동물의 체액이 주입되고, 기판 내면에 형성된 통로를 통과해 센서까지 흘러 측정이 행해진다. 측정에 의해 발생하는 전기 신호는 분석기에 보내져 연산 처리부에 의해 처리되고, 분석의 결과가 표시부에 표시된다.

이 분석 시스템은 경편이고, 현장에서 검사가 가능하며, 검사하여야 할 체액을 주사기 등의 주입기로 직접 주입할 수 있기 때문에, 검사하여야 할 체액이 분위기에 닿는 것을 피할 수 있다는 이점이 있다. 그러나 검사 대상은 사람 또는 동물의 체액이라는 고농도의 액체이고, 예를 들면 토양에 포함되는 유해 중금속과 같이 매우 미량인 피검출 물질의 농도 측정에는 사용할 수 없다.

미국 특허 제6,110,354호 명세서는 음용수나 폐수, 및 혈액이나 소변과 같은 생물학적 유체 등의 분석에 사용되는 미소 밴드 전극 어레이를 구비한 분석 장치를 개시한다. 분석의 원리는 분석 대상의 전해질 액체가 전극에 접촉함으로써 발생하는 전류의 패러데이 성분을 검출하는 것이다. 이 분석 장치의 일례로서 나타나는 구조는 평탄한 기판을 포함하는 평판상의 센서를 구비하는 것으로, 미소 밴드 전극 어레이를 이용함으로써 비패러데이 성분의 발생을 억제하여 검출 감도를 높일 수 있고, 수용액에 미소량 포함되는 유해 금속의 검출이 가능해진다고 생각된다. 그러나 토양에 포함되는 유해 중금속과 같이 매우 미량인 피검출 물질을 대상으로 하는 경우에는, 이 장치를 이용하여 농도 측정을 행하는 것은 검출 감도가 불충분하기 때문에 곤란하다.

국제 공개 WO 2004/039500 A1은, 핵산의 분석에 사용되는 카트리지식 분석 장치를 개시한다. 이 장치는 칩 카트리지와 상기 칩 카트리지에 접속되는 측정계, 송액계 및 온도 제어 기구로 구성된다. 칩 카트리지는 상기 문헌의 도 2에 도시되어 있고, 인쇄 기판과, 상기 인쇄 기판을 하부측으로부터 지지하는 지지체와, 상기 지지체와 함께 인쇄 기판을 상부측으로부터 끼워 고정 지지하는 상부 덮개로 구성된다. 상부 덮개에는 2개의 유로가 형성되어 있고, 이들 유로는 셀을 통과하도록 배치되어 있다.

인쇄 기판에는, DNA 프로브가 고정화되는 염기 서열 검출칩이 실장되어 있고, 상기 인쇄 기판은 칩 카트리지에 부착된다.

이 문헌에 개시된 장치에서는, 피검출 물질인 DNA 프로브가 고정화되는 염기 서열 검출칩이 놓여진 위치에 "각종 용액"이 통과되어, 그 위치에서 검출을 위한 전기 화학 반응이 발생된다. 이 종래의 장치에서는 각종 유로의 세정이 곤란하여 유로 오염의 문제가 있다. 또한, 장치의 일부만, 예를 들면 염기 서열 검출칩만을 일회용 부품으로서 구성하는 것이 곤란하다.

이들 종래의 장치에서의 문제점을 해소할 수 있고, 피검체에 포함되는 피검출 물질의 농도가 매우 미량이어도 지장없이 농도 검출을 행할 수 있고, 경량으로 운반하기 편리한 카트리지식 검출 장치를 본 출원인은 일본 특원 제2007-500449호에 의해 제시하였다. 이 출원에 개시된 검출 장치는 검출용 카트리지와 처리 유닛으로 구성되고, 상기 처리 유닛에는 피검출 물질을 저류하는 저류부가 있고, 또한 시약 탱크와 송액 펌프가 구비된다. 검출용 카트리지에는, 피검액 유로와 검출용 유체 유로가 설치되고, 상기 검출용 유체 유로는 검출용 카트리지가 처리 유닛에 장착된 상태에서 시약 탱크에 연통시켜진다. 이 상태에서 송액 펌프를 작동시킴으로써, 시약 탱크 내의 시약이 검출용 유체 유로에 통과되어, 저류부에 저류된 피검출 물질을 상기 시약 내에 용출시키고 검출 기구에 보낸다. 이 출원에 바람직한 실시 형태로서 개시된 장치에서는 검출용 카트리지의 복수개의 유로에 소정의 약액을 전환하여 유통시키기 위해서, 단일한 송액 펌프와 복수개의 밸브 기구가 설치된다.

이 일본 특원 제2007-500449호에 개시된 장치는, 미소 농도의 피검출 물질로도 지장없이 검출할 수 있고, 소형으로 운반하기에도 편리하다는 이점을 갖는다. 그러나 이 종류의 장치에서는, 여러 가지 약액을 카트리지 내에 유통시키기 때문에, 유로 내의 세정이 필요하지만, 유로나 밸브 기구 근방의 세정을 반드시 완전히 수행할 수 없다는 것으로 인한 유로 오염의 문제가 있다. 또한, 이 종류의 장치에서는, 유로 내에 미세 기포가 발생하는 것을 최대한 방지할 필요가 있지만, 이 관점으로부터도, 이 출원에 개시된 장치에는 개선의 여지가 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 (평)10-311829호 공보

[특허 문헌 2] 미국 특허 제6,110,354호 명세서

[특허 문헌 3] 국제 공개 WO 2004/039500 A1

[특허 문헌 4] 일본 특원 제2007-500449호의 명세서 및 도면(선원)

본 발명은 유로의 오염을 효과적으로 방지할 수 있고, 유로 내에서의 미세 기포의 발생을 억제하는 것이 용이한 카트리지식 전기 화학 분석 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 다른 과제는 검사 장소에 제한이 없고, 어떤 장소에서도 용이하게 사용할 수 있는 휴대 용이한 카트리지식 전기 화학 분석 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 피검출 물질을 포함하는 피검액을 통과시키는 유로를 갖는 검출용 카트리지와, 상기 검출용 카트리지에 접속 가능하고, 상기 검출용 카트리지 내에 통과되는 피검액에 포함되는 피검출 물질에 관한 정보를 생성하는 처리 유닛을 포함하는 카트리지식 전기 화학 분석 장치의 개선된 구성을 제공한다.

본 발명의 한 실시 형태에 의한 전기 화학 분석 장치에서, 검출용 카트리지는 외면에 개구하는 3개 이상의 포트와, 상기 3개의 포트 중 제1 포트를 저류부에 접속하는 제1 내부 유로와, 상기 3개의 포트 중 제2 및 제3 포트를 서로 접속하는 제2 내부 유로와, 저류부를 제2 포트에 접속하는 제3 내부 유로와, 제2 내부 유로에 면하도록 배치된 검출용 전극 배열을 구비한다. 처리 유닛은 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 토출구가 제1 토출측 밸브를 통해 검출용 카트 리지의 상기 제1 포트에 접속되는 제1 펌프와, 상기 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 토출구가 제2 토출측 밸브를 통해 상기 검출용 카트리지의 상기 제2 포트에 접속되는 제2 펌프와, 제1 및 제2 펌프의 각각에 접속되는 제1 및 제2 약액 탱크와, 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 상기 검출용 카트리지의 상기 제3 포트에 접속되는 폐액 탱크를 구비한다. 또한, 제1 및 제2 약액 탱크에 소정의 약액을 넣고, 상기 제1 및 제2 펌프와, 제1 및 제2 토출측 밸브를 적절하게 작동시킴으로써 소정의 분석을 행할 수 있도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 양태에서는, 제1 및 제2 펌프는 액체를 흡입하여 상기 흡입한 액체를 일정 유속으로 토출하는 형식의 펌프로 한다. 제1 약액 탱크는 제1 흡입측 밸브를 통해 제1 펌프의 흡입측에 접속되고, 제2 약액 탱크는 제2 흡입측 밸브를 통해 상기 제2 펌프의 흡입측에 접속된다.

또한, 본 발명의 다른 양태에서는, 검출용 카트리지에는 외면에 개구하는 제4 포트가 형성되고, 상기 제4 포트는 참조 전극용 유로를 통해 제3 내부 유로와 제3 포트에 접속되고, 참조 전극용 유로에 면하여 참조 전극이 배치된다. 또한, 처리 유닛은 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 토출구가 제3 토출측 밸브를 통해 검출용 카트리지의 제4 포트에 접속되는 제3 펌프와, 제3 펌프의 흡입측에 접속되는 참조 전극용 약액 탱크를 구비한다. 또한, 제3 펌프는 액체를 흡입하여 상기 흡입한 액체를 일정 유량으로 토출하는 형식의 펌프이고, 참조 전극용 약액 탱크는 제3 흡입측 밸브를 통해 제3 펌프의 흡입측에 접속된다. 또한, 검출용 카트리지에 존재하는 외면에 개구하는 제3 포트가 폐액 탱크에 접속되지 않 고, 검출용 카트리지 내에 형성된 폐액 저장소에 접속된다.

본 발명의 다른 실시 형태에서는, 검출용 카트리지는 외면에 개구하는 4개 이상의 포트와, 상기 4개의 포트 중 제1 및 제2 포트를 서로 접속하는 제1 내부 유로와, 상기 4개의 포트 중 제3 및 제4 포트를 서로 접속하는 제2 내부 유로를 구비한다. 또한, 검출용 카트리지는 제1 내부 유로 내에 배치된 저류부와, 제2 내부 유로에 면하도록 배치된 검출용 전극 배열을 구비한다. 또한, 이 분석 장치는 검출용 카트리지 또는 처리 유닛 중 어느 한쪽에, 검출용 카트리지의 제1 및 제2 내부 유로를 서로 접속하는 접속 유로를 구비한다. 처리 유닛은 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 토출구가 제1 토출측 밸브를 통해 검출용 카트리지의 제1 포트에 접속되는 제1 펌프와, 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 토출구가 제2 토출측 밸브를 통해 상기 검출용 카트리지의 제3 포트에 접속되는 제2 펌프와, 제1 및 제2 펌프의 각각에 접속되는 제1 및 제2 약액 탱크와, 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 상기 검출용 카트리지의 상기 제4 포트에 접속되는 폐액 탱크를 구비한다. 그리고, 제1 및 제2 약액 탱크에 소정의 약액을 넣어, 제1 및 제2 펌프와, 상기 제1 및 제2 토출측 밸브를 적절하게 작동시킴으로써 소정의 분석을 행할 수 있도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 양태에서는, 제1 및 제2 펌프는 액체를 흡입하여 상기 흡입한 액체를 일정 유속으로 토출하는 형식의 펌프로 한다. 제1 약액 탱크는, 제1 흡입측 밸브를 통해 제1 펌프의 흡입측에 접속되고, 제2 약액 탱크는 제2 흡입측 밸브를 통해 상기 제2 펌프의 흡입측에 접속된다. 처리 유닛에는 검출용 카트리지 가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 상기 검출용 카트리지의 포트가 형성된 면에 접촉하는 면을 갖는 배관 플레이트를 구비할 수 있다. 이 경우, 검출용 카트리지의 제1 및 제2 내부 유로를 서로 접속하는 상술한 접속 유로는 상기 배관 플레이트에 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 양태에서는, 검출용 카트리지에는 외면에 개구하는 제5 포트가 형성되고, 상기 제5 포트는 참조 전극용 유로를 개재시켜 제2 내부 유로와 제4 포트에 접속되고, 참조 전극용 유로에 면하여 참조 전극이 배치된다. 또한, 처리 유닛은 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 토출구가 제3 토출측 밸브를 통해 검출용 카트리지의 제5 포트에 접속되는 제3 펌프와, 제3 펌프의 흡입측에 접속되는 참조 전극용 약액 탱크를 구비한다. 또한, 제3 펌프는 액체를 흡입하여 상기 흡입한 액체를 일정 유량으로 토출하는 형식의 펌프이고, 참조 전극용 약액 탱크는 제3 흡입측 밸브를 통해 제3 펌프의 흡입측에 접속된다. 또한, 검출용 카트리지에 존재하는 외면에 개구하는 제4 포트가 폐액 탱크에 접속되지 않고, 검출용 카트리지 내에 형성된 폐액 저장소에 접속된다.

본 발명은 또한 상술한 분석 장치를 사용하는 분석 방법을 제공한다. 이 방법은 피검출 물질이 검출용 카트리지의 저류부에 저류된 상태의 검출용 카트리지가 처리 유닛에 접속된 상태로 하고, 제1 약액 탱크로서 용리액을 충전한 용리액 탱크를 준비하고, 제2 약액 탱크로서 전해액을 충전한 전해액 탱크를 준비하고, 제2 토출측 밸브를 개방하여 제2 펌프를 작동시킴으로써 제2 내부 유로에 전해액을 유통시키고, 상기 제2 펌프의 작동을 정지하고, 제2 토출측 밸브를 폐쇄하고, 제3 토출 측 밸브를 개방하여 제3 펌프를 작동시킴으로써 참조 전극에 약액을 보내고, 제3 펌프의 작동을 정지하고, 제3 토출측 밸브를 폐쇄하고, 제1 토출측 밸브를 개방하여 제1 펌프를 작동시킴으로써, 용리액을 제1 내부 유로로부터 저류부를 거쳐 제2 내부 유로에 유통시키고, 저류부에 저류된 피검출 물질을 용리시켜, 상기 피검출 물질을 포함하는 용리액을 상기 제2 내부 유로에 면하여 배치된 검출용 전극에 접촉시켜 피검출 물질의 검출을 행하는 단계를 포함한다.

피검출 물질을 포함하는 용리액을 검출용 전극에 접촉시키면서 소정의 전기 제어를 행함으로써, 이 전극에 용리액에 포함되는 피검출 물질에 관한 정보를 나타내는 전기 신호가 생성되고, 이 전기 신호는 처리 유닛에 보내져 처리 유닛 내의 전기적 처리 장치에 의해 정보의 판독이 행해진다.

상기 방법은 전압전류법에 의해서 행할 수 있다. 애노딕 전압전류법에 의해서 카드뮴, 납, 비소, 셀레늄, 아연, 구리, 니켈, 수산기를 갖는 화합물 등의 물질을 정성 및/또는 정량 분석할 수 있고, 캐소딕 전압전류법에 의해서 크롬 등의 물질을 정성 및/또는 정량 분석할 수 있다.

애노딕 전압전류법에서는, 검출용 전극에 피검출 물질의 산화 환원 전위 이하의 전위(플레이팅 전위)를 가한 상태에서 제1 펌프를 작동시켜 용리액을 저류부의 상류로부터 흘림으로써, 이온화된 피검출 물질이 검출용 전극(후술하는 작용 전극)에 접촉한다. 검출용 전극은 산화 환원 전위 이하로 되어 있기 때문에, 이온화된 피검출 물질은 금속으로서 검출용 전극에 석출된다.

소정량의 용리액을 흘린 후, 송액을 중지하고 검출용 전극의 전위를 높이면, 피검출 물질의 산화 환원 전위에 도달하자마자 전극 표면에 석출되고 있던 피검출 물질이 박리된다(스트리핑). 이 때 전극에 이온화한 피검출 물질의 양에 따른 전류가 흐르기 때문에 그것을 측정한다. 얻어진 전위-전극 피크 전위로부터 피검출 물질의 정성 분석, 피크 면적이나 높이로부터 정량 분석을 행할 수 있다.

캐소딕 전압전류법에서는, 검출용 전극에 피검출 물질의 흡착 이탈 전위 이상의 전위를 가한 상태에서 제1 펌프를 작동시켜 용리액을 저류부의 상류로부터 흘림으로써, 흡착된 피검출 물질이 검출용 전극(후술하는 작용 전극)에 접촉한다. 검출용 전극은 흡착 이탈 전위 이하로 되어 있기 때문에, 피검출 물질은 검출용 전극에 흡착한다.

소정량의 용리액을 흘린 후, 송액을 중지하고 검출용 전극의 전위를 낮추면, 피검출 물질의 흡착 이탈 전위에 도달하자마자 전극 표면에 흡착하고 있던 피검출 물질이 이탈한다. 이 때 전극에 이온화한 피검출 물질의 양에 따라 전류가 흐르기 때문에 그것을 측정한다. 얻어진 전위-전극 피크 전위로부터 피검출 물질의 정성 분석, 피크 면적이나 높이로부터 정량 분석을 행할 수 있다.

검출용 카트리지의 저류부는, 제1 내부 유로 내에 배치되어 피검출 물질을 흡착하도록 작용하는 흡착 담체를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 흡착 담체에 흡착된 피검출 물질을 용리시키는 용리액을 흡착 담체에 통과시켜 검출용 전극 배열을 향하여 흘림으로써 피검출 물질에 관련하는 전기 신호가 상기 검출용 전극에서 생성된다. 흡착 담체는 막, 미립자 또는 다공질체 중 어느 형태일 수도 있다. 흡착 담체는 양이온성의 물질 흡착 담체로 할 수 있다. 이 경우, 상기 흡착 담체는 상기 담체를 구성하는 재료를 술폰산기로 처리하여 형성할 수 있다. 또한, 흡착 담체는 음이온성의 물질 흡착 담체로 할 수 있다. 이 경우에는, 상기 흡착 담체는 상기 담체를 구성하는 재료를 4급 아민기로 처리하여 형성할 수 있다. 또한, 흡착 담체는, 상기 담체를 구성하는 재료를 피검출 물질 수용성 물질로 처리하여 형성할 수 있다. 이 피검출 물질 수용성 물질은 킬레이트 물질, 포접체 및 피검출 물질 흡착성 물질 중 어느 하나로 할 수 있다. 킬레이트 물질은 이미노2아세트산 또는 에틸렌디아민기 중 어느 하나로 할 수 있다. 포접체는 포르피린 및 카릭스아렌 중 어느 하나로 할 수 있다. 또한, 피검출 물질 흡착성 물질은 아포 효소 및 피검출 물질 흡착 항체 중 어느 하나로 할 수 있다.

카트리지는 카드상으로 형성할 수 있고, 이 경우 처리 유닛은 케이싱에 카드상의 카트리지를 삽입하는 삽입부를 형성하는 것이 바람직하다. 전극 배열은 치수가 10 ㎛보다 크지 않은 1개 이상의 미소 전극 요소를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 전극 요소의 상면에 절연체 시트를 배치하고, 상기 절연체 시트에 치수가 10 ㎛보다 크지 않은 구멍을 형성함으로써, 상기 미소 전극 요소로 하는 것이 바람직하다.

전극 배열은 1개 이상의 작용 전극 요소와, 상대 전극 요소를 포함하는 것으로 하고, 1개 이상의 참조 전극 요소를 설치할 수 있다. 작용 전극 요소는 서로 다른 면적으로서 다른 농도 범위의 측정을 위해 기능하는 복수개의 작용 전극 요소를 포함할 수 있다.

또한, 전극 배열은 1개 이상의 작용 전극 요소와, 1개 이상의 상대 전극 요 소와, 1개 이상의 참조 전극 요소를 포함할 수 있다.

또한, 저류부는 양이온성 물질을 흡착하는 양이온 흡착 담체와 음이온성 물질을 흡착하는 음이온 흡착 담체가 병렬 배치된 구성으로 하고, 전극 배열은 2조의 전극조를 포함하고, 각각의 전극조를 각각 양이온 흡착 담체와 음이온 흡착 담체에 대응시킬 수 있다.

상술한 본 발명에 의한 전기 화학 분석 장치는 검출용 카트리지의 각각의 포트에 각각 개별적인 펌프가 밸브를 통해 접속되기 때문에, 사용 후에 검출용 카트리지를 폐기하고 처리 유닛만을 재차 사용하는 경우에, 상기 처리 유닛의 세정이 용이하며, 세정 잔여물이 발생하는 개소를 없앨 수 있다. 또한, 작동시에도, 하나의 송액 펌프에 의해 복수개의 포트로 송액하는 것을 토출측 밸브의 교체에 의해 행하는 구성으로는, 우선 포트의 유로를 개폐하는 밸브 하나를 개방하여 펌프를 작동시켜 약액을 상기 포트에 접속된 유로로 보내고, 이어서 포트의 유로를 개폐하는 다른 하나의 밸브를 개방하여 동일한 펌프를 작동시켜 상이한 약액을 상기 포트에 접속된 유로로 보내어 세정하는 동작을 순차적으로 반복할 필요가 있지만, 검출용 카트리지의 각각의 포트에 각각 개별적인 펌프가 밸브를 통해 접속되는 본 발명의 구성에 따르면, 밸브의 개폐 동작을 일부 병렬적으로 행할 수 있기 때문에, 전체적으로 동작 시간을 단축하는 것이 가능해진다. 따라서, 전체적으로 분석 시간이 동등한 것으로서 비교하면, 본 발명에 의한 분석 장치에서는, 검출용 카트리지에 보내지는 액체의 유속을 낮게 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 장치는 검출용 카트리지에 통과되는 유체의 유속을 억제함으로써 미세 기포의 발생을 방지할 수 있으므 로, 분석 장치에 있어서 매우 유용한 효과를 달성할 수 있다.

본 발명의 분석 장치는 상기 피검출 물질을 포함하는 액체가 검출용 전극에 접촉했을 때, 이 전극에 피검출 물질에 관한 전기적 정보가 생성되는 물질이면 어떠한 물질의 분석에도 적용할 수 있다. 사용되는 전극 구성으로는, 전형적으로는 작용 전극, 상대 전극 및 참조 전극을 포함하는 것이 통상 이용된다. 작용 전극은 피검출 물질을 흡착하고, 용리액에 접촉했을 때에 상기 피검출 물질을 용리액 중에 방출하는 전극이다. 작용 전극에 요망되는 조건으로는, 인가할 수 있는 전위의 범위가 넓은 것, 즉 전위창이 넓은 것, 부식이나 산화에 내성이 있는 것이다. 전위창이란, 전기 화학상 바람직하지 않은 수소 이온이 발생하거나 산화 피막이 발생하지 않는 전위 영역을 가리키고, 이 영역은 전극의 재질 및 측정 대상 용액의 pH값에 따라 상이한 범위가 된다.

작용 전극으로서 바람직한 재료는 백금, 금, 수은, 은, 비스무스, 카본 등이다. 작용 전극을 형성함에 있어서는, 이들 재료로부터 적절하게 선택할 수 있지만, 측정 대상인 피검출 물질을 흡착하기 쉬운 재료인 것이 바람직하다. 피검출 물질이 카드뮴, 납 및 수은인 경우에는, 작용 전극으로는 카본 표면을 갖는 전극을 사용하고, 비소 및 수은 측정용의 작용 전극으로는 금 표면을 갖는 전극을 사용하는 것이 적절하다. 6가 크롬의 검출을 위해서는 카본 표면을 갖는 전극을 사용할 수 있다. 그 이유는, 카본 표면을 갖는 전극은 6가 크롬과 디페닐카르바지드의 회합체를 잘 흡착하는 성질을 갖기 때문이다.

카본 표면을 갖는 전극으로는, 흑연/유리상 탄소비가 70/30의 흑연의 카본 소결체를 포함하는 카본 전극이 바람직하다. 일반적으로, 흑연은 납이나 카드뮴, 수은 등을 흡착하기 쉽지만, 그 결정의 배향 방향을 일치시키기 어렵기 때문에, 물질의 흡착에 변동이 발생하거나, 접촉하는 액체에 의해 팽윤한다는 문제가 있다. 그러나 흑연에 유리상 카본을 일부 혼입하여 소결함으로써, 소결체를 치밀화하고, 액체 침투를 억제할 수 있다. 또한, 유리상 카본에 의해 흑연의 배향 방향을 랜덤화하여 흡착의 변동을 매우 작게 할 수 있다. 상술한 흑연/유리상 카본비가 약 70/30인 소결체는 고감도이고 재현성이 좋은 작용 전극을 구성하는 데에 최적이다.

금 표면을 갖는 전극으로는 특별히 재질에 제한은 없다. 본 발명에서는, 유리 기판 상에 크롬층을 개재시켜 금으로 피복한 구성을 이용함으로써, 양호하게 작동하는 작용 전극을 얻을 수 있다. 이 경우, 크롬 및 금의 성막은 스퍼터링에 의해 행할 수 있다. 막의 두께에 특별히 제한은 없지만, 크롬층은 약 40 nm, 금층은 약 400 nm로 할 수 있다.

상대 전극은 작용 전극 사이에서 전류를 흘리기 위한 것이다. 도전성의 재료이면, 어떠한 재료여도 상대 전극으로서 사용할 수 있다.

참조 전극은 이미 알려진 안정한 전위를 나타냄으로써 전위의 기준으로 할 수 있는 전극이다. 대표적인 참조 전극으로서, 수소 전극, 포화 칼로멜 전극(수은/염화수은 전극), 은할로겐화은 전극 등을 들 수 있다. 은/할로겐화은 전극으로는, 은 표면이 염소를 포함하는 용액과의 평형 반응에 의해 염화은을 형성하고 있는 은·염화은 전극이 있다. 이 전극에서는, 전압이 인가된 경우에도 은과 염화은과의 평형 상태가 항상 유지되기 때문에, 발현하는 전위가 항상 일정해지므로, 참 조 전극으로서 사용할 수 있다. 은·브롬화은 전극 및 은·요오드화은 전극도 사용할 수 있지만, 재료의 범용성 및 가공 비용의 관점에서는 은·염화은 전극이 바람직하다.

후술하는 참조 전극 용액으로서, 염화물 이온을 포함하는 용액을 이용하는 경우는, 간단한 구성의 은 인쇄 전극에 의해서 참조 전극으로서 기능시킬 수 있다. 이 경우, 측정 중에 참조 전극에 흐르는 미약한 전류에 의해서 은이 염화은으로 전화함으로써 은/염화은 전극으로서 기능한다.

전극의 크기는 특별히 한정은 되지 않지만, 예를 들면 3×8.4 mm의 직사각형 평면 형상을 갖는 두께 0.5 mm의 얇은 판자상의 전극에 직경 1 내지 2.5 mm 정도의 소구멍을 뚫은 양면 점착 테이프와 같은 시트를 접착하여 소정 면적의 전극 표면을 노출시키도록 할 수 있다. 전극은 얇은 판자상의 미리 성형한 전극 소재를 카트리지 기판에 접착하는 구성으로 하는 것이 성형 및 부착의 용이성의 관점에서 바람직하지만, 카트리지 기판에 직접 형성할 수도 있다. 또한, 전극 노출 크기가 10 ㎛ 이하의 미소 전극에 의해서 감도를 향상시킬 수 있다.

상기 작용 전극, 상대 전극, 참조 전극을 적당한 전해질을 포함하는 용액에 접촉시켜 전기 화학 측정을 행한다. 전해질은 용액 중에서 염을 형성하는 물질이면 어떤 물질일 수도 있지만, 염화칼륨, 황산, 질산, 질산칼륨, 수산화나트륨 등이 가격의 관점에서 바람직하다. 또한, 작용 전극의 전위창은 pH에 따라서 마이너스측 또는 플러스측으로 변하는 성질을 갖기 때문에, 전해질에 의해서 pH의 조정을 해둠으로써, 측정 대상 전위 범위에서의 작용 전극으로부터의 수소 발생이나 작용 전극 상의 산소 피막 형성 등의 결점을 방지할 수 있다.

참조 전극은 작용 전극과 상대 전극 사이에서 전기적 상호 작용을 가지면서, 참조 전극에 이용되고 있는 은이온이 작용 전극에 영향을 미치지 않도록 격리되어 있는 것이 바람직하다. 이 때문에, 작용 전극 및 상대 전극이 수납되는 전해실과는 별도로 참조 전극실을 설치해 놓고, 참조 전극실과 용리액이 액로에 의해 접속되는 구조를 형성한다. 액로는 용이하게 분자 확산되지 않도록 미세 유로로 두는 것이 바람직하다. 다공질막은 참조 전극실과 용리액이 사이에 놓인 구조일 수도 있지만, 이 때는 다공질막에 참조 전극용 약액이 침투하기까지 어느 정도 긴 시간이 걸리기 때문에, 본 발명과 같이 단시간에 피검출 물질의 검출을 행하는 목적의 경우에는, 미세 유로쪽이 보다 바람직하다. 참조 전극실에는 참조 전극이 설치되고, 이 참조 전극실에 참조 전극용 약액이 미리 포함된 상태로 하거나, 참조 전극용 약액이 필요에 따라서 공급되는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 참조 전극용 약액은 전해실에 채워지는 전해실액과 마찬가지의 것을 사용할 수 있다. 검출용 카트리지에 미리 참조 전극 활성화액을 탑재해 놓은 경우에는, 액체의 증발에 의한 고체 물질의 석출을 방지하기 위해서, 참조 전극용 약액을 알루미늄제 팩 등에 봉입하여 놓은 것이 유용하다.

저류부에 배치되는 흡착 담체는 전극 구성의 상류측에 위치하는 제1 내부 유로 중에 설치된다. 이미 상술한 바와 같이, 흡착 담체는 막, 미립자, 다공질체 중 어느 형태일 수도 있고, 또한 이들의 조합일 수도 있다. 이하에 각각의 형태를 구체적으로 설명한다.

막 구조:

주로 섬유에 의해 필터상으로 형성된다. 고분자막, 금속막에 적당한 구멍을 뚫은 것으로 할 수도 있다. 막 구조의 예로는, 표면의 형태에 의해 피측정 대상 물질에 대한 흡착 기능을 갖는 것, 표면을 관능기로 수식함으로써 흡착 기능을 갖는 것, 섬유에 특정 기능을 갖는 입자를 담지시킨 것을 들 수 있다.

미립자:

이 구조에는, 미립자 표면의 형태에 의해 피측정 대상 물질 흡착 기능을 갖는 것, 미립자 표면을 관능기로 수식함으로써 흡착 기능을 갖는 것이 있다. 미립자를 유로의 길이 방향으로 약 10 mm 이상에 걸쳐서 연장되는 칼럼상으로 충전하면, 크로마토그래피를 행할 수 있다. 충전의 형상은 직방체상, 원통상 중 어느 하나일 수도 있다.

다공질체:

다수의 연통 구멍을 갖는 담체이다. 예로는, 다공질 세라믹, 다공질 유리 등의 모노리스형 다공질 무기 재료, 또는 폴리아크릴아미드겔, 스티렌디비닐벤젠 공중합체 등을 다공질화한 것 등을 들 수 있다. 연통 구멍 표면의 형태에 의해 피측정 대상 물질 흡착 기능을 갖는 것, 연통 구멍 표면을 관능기로 수식함으로써 흡착 기능을 갖는 것이 있다. 연통 구멍을 갖는 담체가 일체 구조를 갖는 경우에는, 이하에 이것을 모노리스라 부른다. 크로마토그래피가 가능한 길이보다 작은 경우에는, 이것을 모노리스 디스크라 부르고, 크로마토그래피가 가능한 길이는, 이것을 모노리스 칼럼이라 부르고, 모두 용어는 목적에 따라서 구별지어 쓸 수 있다. 모 노리스 칼럼은, 수지 충전 칼럼에 비하여 상대적으로 저압력으로 통액하는 것이 가능하기 때문에, 저압 송액 펌프를 사용할 수 있고, 동일한 분석 성능을 갖는 기기라도 보다 소형화, 저소비 전력화가 가능해진다. 모노리스 디스크에 대해서도 동일한 이유로 저압력에서 송액이 가능하기 때문에 기기의 소형화가 용이해진다. 모노리스 칼럼 및 모노리스 디스크 모두 일체화된 구조를 갖기 때문에, 카트리지식 마이크로 리액터 내에 설치할 때의 취급이 용이하다.

흡착 담체를 구성하는 재료의 예로는, 스티렌-디비닐벤젠 공중합체, 폴리메타크릴레이트 수지, 폴리히드록시메타크릴레이트 수지, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 에틸렌-프로필렌 공중합체 등으로 대표되는 폴리올레핀, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체로 대표되는 올레핀-할로겐화올레핀 공중합체, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴, 폴리클로로트리플루오로에틸렌 등으로 대표되는 할로겐화 폴리올레핀 및 폴리술폰, 실리카, 알루미나 등을 들 수 있다. 섬유상의 흡착 담체의 경우에는 셀룰로오스계 재료, 솜이나 삼 등의 식물성 섬유, 비단이나 양모 등의 동물성 섬유로 대표되는 각종 천연 섬유 또는 재생 섬유, 폴리에스테르 섬유나 폴리아미드 섬유 등의 각종 합성 섬유 등의 섬유상 재료가 이용된다.

또한 상기 구조를 취하지 않는 경우에도, 유로의 벽면이 피측정 대상 물질에 대한 흡착 기능을 갖는 경우에는, 마찬가지로 농축 기능이 발생할 수 있다.

흡착 담체의 표면에 피측정 대상 물질에 대한 흡착 기능을 갖게 하기 위해서는, 표면이 피측정 대상 물질에 대한 상보적인 구조를 갖거나, 또는 이온 결합, 배 위 결합, 킬레이트 결합, 소수성 상호 작용, 분자내 극성에 의한 상호 작용 등을 일으키는 기능성 분자가 고정화되도록 할 수 있다.

상호 작용을 갖는 기능성 분자로는, 예를 들면 술포기, 제4급 암모늄기, 옥타데실기, 옥틸기, 부틸기, 아미노기, 트리메틸기, 시아노프로필기, 아미노프로필기, 니트로페닐에틸기, 피레닐에틸기, 디에틸아미노에틸기, 술포프로필기, 카르복실기, 카르복시메틸기, 술폭시에틸기, 오르토인산기, 디에틸(2-히드록시프로필)아미노에틸기, 페닐기, 이미노디아세트산기, 에틸렌디아민, 황 원자를 포함하는 킬레이트 형성기, 예를 들면 각종 머캅토기, 디티오카르밤산기, 티오 요소기 등의 관능기를 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용하거나, 2종 이상을 동시에 이용할 수도 있다.

용리액은 저류부의 흡착 담체에 흡착하고 있는 피검출 물질을 흡착 담체로부터 이탈시키기 위한 것이다. 흡착의 형태에 따라서 유효한 용리액이 다르기 때문에, 흡착의 화학적 특성으로부터 판단하여 용리액을 선정한다. 예를 들면, 흡착 담체 표면에 흡착하기 쉬운 이온을 함유하는 용액으로서, 이 용액이 흡착 담체를 통과할 때에, 상기 흡착 담체에 이미 흡착하고 있는 이온의 형태의 측정 대상 성분이 용리액 중의 이온과 교환함으로써, 측정 대상 성분을 흡착 담체로부터 이탈시킬 수 있다. 본 발명에서는, 피검출 물질에 따라서 하기에 나타낸 바와 같은 조성을 갖는 용리액을 사용할 수 있다.

카드뮴, 납, 수은 측정의 경우:

흡착 담체로서, 3M사로부터 캐타이온(Cation)-SR의 상표로 입수 가능한 엠포 어(TM) 디스크 카트리지를 이용하고, 용리액으로서 0.4 M 염화칼륨, 10 mM 시트르산, 3.5 mM 에틸렌디아민을 포함하는 액체(pH=약 4)를 사용한다. 이 흡착 담체는 입경 50 내지 100 ㎛의 미립자를 섬유상 테플론(등록상표)에 고착시키고, 0.5 내지 0.75 mm 두께의 막상으로 한 것이다. 미립자 10 ％, 섬유상 테플론(등록상표) 90 ％의 구성이다. 미립자 표면은 술폰산기에 의해 수식되어 있다.

비소, 셀레늄, 6가 크롬 측정의 경우:

흡착 담체로서, 3M사로부터 애나이온(Anion)-SR의 상표로 입수 가능한 엠포어(TM) 디스크 카트리지를 이용하고, 용리액으로서 1 M-황산(pH=약 2)을 이용한다. 이 흡착 담체도 입경 50 내지 100 ㎛의 미립자를 섬유상 테플론(등록상표)에 고착시키고, 0.5 내지 0.75 mm의 두께의 막상으로 한 것이다. 미립자 표면은 4급 아민기에 의해 수식되어 있다.

용리액은 전해질을 함유하는 용액이 바람직하다. 전해질이 포함되어 있는 용리액을 일정 유량으로 송액함으로써, 용리부터 검출까지를 연속하여 행할 수 있다. 이와 같이 구성함으로써, 배관 및 조작을 간이화할 수 있고, 용액의 혼합비나 혼합 속도를 관리할 필요가 없어진다. 용리액과 전해질 용액을 별도로 준비하는 경우에는, 각각의 용액의 절대량의 관리가 필요해지지만, 본 발명의 농도 검출 장치와 같이, 유로나 전극을 설치하는 스페이스가 극소량인 경우에는, 용액의 절대량의 관리는 곤란하지만, 1 종류의 용리액, 및 전해질 용액이 양쪽으로 기능하는 용액에 의해 용리와 전기 화학 측정을 행할 수 있도록 하는 것은 매우 유효하다.

흡착 담체에 의해서는, 샘플액을 통과시키기 전에 흡착 담체를 활성화하는 액체를 통과시킬 필요가 있는 경우가 있다. 예를 들면, 비소, 셀레늄, 6가 크롬을 흡착하는 4급 아민은 OH-이온과 접촉함으로써 흡착 성능을 발휘하도록 되지만, 이는 목적으로 하는 음이온이 OH-이온과 치환하는 반응을 이용하는 것이다. 이 경우에는 흡착 담체 활성화액이 사용된다. 흡착 담체 활성화액으로는 수산화나트륨, 수산화칼륨 등이 이용된다.

흡착 담체의 크기는 흡착 담체의 흡착 용량이 목적으로 하는 성분을 흡착함에 있어서 포화가 되지 않는 범위에서 자유롭게 결정할 수 있다. 측정 대상 물질을 포함하는 용액 중에, 흡착 담체에 흡착할 수 있는 물질이 어느 정도 포함되어 있는지를 미리 상정하여 흡착 담체의 크기를 결정한다. 흡착 담체의 흡착 용량이 작은 경우에는, 농축 배율을 높이기 쉽지만, 포화 흡착이 되기 쉽기 때문에, 원하는 흡착 용량이 얻어지는 크기의 흡착 담체로 하는 것이 필요하다.

흡착 담체의 공극률, 연통 구멍의 크기 등은 용액과의 접촉을 확실하게 행할 수 있고, 클로깅이 문제가 되지 않는 범위에서 결정한다. 막 구조의 경우에는, 그 입자의 조도는 0.3 ㎛ 정도 이상, 미립자를 이용하는 경우에는, 그 입경은 2 내지 50 ㎛ 정도, 모노리스 칼럼의 경우의 연통 구멍은 1 내지 50 ㎛ 정도가 바람직하다.

본 발명에서는, 상술한 3M사의 엠포어(TM) 디스크 카트리지를 이용함으로써, 바람직한 결과가 얻어진다. 두께는 매우 얇기 때문에, 흡착한 중금속을 이탈시킬 때에 이용하는 용리액의 양이 구체적으로는 9 내지 15 ㎕와 같이 극소량이므로 용리액 중 중금속 농도가 높아지고, 결과적으로 고감도의 분석을 실현할 수 있다. 흡착 담체의 형태의 여하를 막론하고, 그 용적이 극소인 것은 미량 성분의 분석에서는 중요하다.

또한, 이와 같이 얇은 막 구조를 이용함으로써, 액체를 통과시키기 위해서 필요한 송액 압력이 거의 가해지지 않게 된다. 장치를 소형화하기 위해서는, 펌프의 소형화가 필수이고, 송액 압력을 감소시키는 것이 유효하다. 이 관점에서도 얇은 막 구조의 형태를 취하는 것은 바람직하다.

검출용 카트리지 내에서 각종 액체를 이송·저장하기 위해서 미소 유로가 형성된다. 액체를 이송하는 유로는 수백 ㎛ 내지 수 mm의 오더의 폭을 갖고, 수백 ㎛ 깊이를 갖는 홈에 의해 형성되고, 유로의 단면적은 100 ㎛² 내지 1 ㎟ 정도인 것이 바람직하다. 유로가 지나치게 크면, 유로 중에서 난류가 발생하기 쉬워져 목적으로 하는 물질의 수송이 불균일해진다. 유로가 지나치게 작으면, 유로 중에 존재하는 미립자 등에 의해 유로가 막히거나, 기포가 빠지기 어렵다는 등의 결점이 발생하는 경우가 있다. 액체의 이송을 확실하게 행하기 위해서, 유로의 내부를 친수화 처리할 수도 있다. 친수화 처리는 기포 체류의 발생을 어렵게 하는 작용도 함께 갖는다.

카트리지를 처리 유닛에 접속하기 위해서는, 카트리지를 상기 처리 유닛의 케이싱에 기계적으로 결합하는 것이 바람직하다. 카트리지 내의 전극이나 포트에 상당하는 위치와, 판독 장치의 단자, 밸브 기구, 각종 용액의 주입구가 정확하게 접속되는 것을 확실하게 하는 배치를 얻기 위해서, 판독 장치의 케이싱에는 상기 카트리지를 소정 위치에 유지하는 홀더부를 설치하는 것이 바람직하다. 카트리지와 케이싱에는, 서로의 형상에 맞춰 섬합하도록 오목부 및 돌기가 설치되고, 이들이 서로 꼭 들어맞아 카트리지를 판독 장치의 케이싱에 확실하게 유지한다. 본 발명의 하나의 양태에서는, 검출용 카트리지가 처리 유닛에 접속되었을 때, 배관 플레이트가 검출용 카트리지의 포트를 갖는 면에 밀착하여, 상기 배관 플래이트 내의 유로, 예를 들면 제1 및 제2 내부 유로를 접속하는 접속 유로나, 제1 및 제2 포트를 제1 및 제2 토출측 밸브에 접속하는 유로 등을 각각의 대응하는 포트에 액밀(液密)하게 접속한다.

전기 화학적 검출은 홀더부에 고정된 핀상의 단자를 통해 행해진다. 이들 단자와 처리 유닛은 미리 결선(結線)된다. 이 단자는 처리 유닛 내에 카트리지가 설치되었을 때에 전극이 위치하려는 지점에 설치되고, 그 내부에 스프링을 설치하여 신축 가능하게 하고, 접속이 확실해지는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 홀더부에 카트리지를 설치한 상태에서, 미리 전극 상측에 위치하도록 홀더에 고정된 단자가 스프링의 힘으로 전극과 확실하게 접촉한다. 이들 전극에는 미리 설정한 측정 프로파일에 따라서 전압이 인가되고, 전극에 흐른 전류를 검출하여 기록이나 표시부에 신호가 보내진다.

각 송액용 펌프는 소량의 액체를 안정적으로 송액할 수 있고, 맥동이 없으며, 유속이 일정한 것이 바람직하다. 5 내지 100 ㎕/분 정도의 유속을 안정적으로 실현할 수 있는 것이 바람직하고, 펌프가 송액 가능한 압력은 0.01 내지 10 Mpa인 것이 바람직하다. 또한, 본체가 소형 또한 경량으로 소비 전력이 적은 것이 바람 직하다. 이들 조건에 적합한 펌프로는 실린지 펌프를 들 수 있다. 바람직한 실린지 펌프로는 유니플로우사 제조 펜실 펌프가 있다. 그 밖에도, 기어 펌프 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 농도 검출 장치에서는, 피검출 물질을 검출용 전극 배열에 의해서 보충하는 공정, 보다 구체적으로는 애노딕 전압전류법에서의 산화 환원 전위 이하 또는 캐소딕 전압전류법에서의 흡착 이탈 전위 이상의 전위를 가해 피검출 물질을 작용 전극 상에 석출시키는 공정에서, 피검출 물질을 포함하는 피검액을 일정한 유속으로 흘리면서 측정을 행하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 유량 검출 수단을 채용할 수도 있다. 용액을 흘림으로써, 단위 시간당 전극 표면 근방을 통과하는 중금속 이온의 수가 많아지고, 그 결과 석출되는 피검출 물질의 양이 많아지기 때문에, 측정을 고감도로 행하는 것이 가능해진다. 또한, 일정한 유속으로 항상 용액을 계속 갱신할 수 있기 때문에, 흡착 담체 활성화액이나 세정액 등의 액잔분의 영향을 고려하거나, 용액의 전체 용적을 관리할 필요가 없어지고, 유속만을 관리하는 것만으로 정밀도가 높은 분석을 할 수 있게 된다. 또한, 분석 대상이나 농도에 따라서 유속을 변경함으로써, 적확한 조건으로 측정을 행할 수 있어, 공통의 칩을 여러 가지 분석 대상에 사용할 수 있게 된다.

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

이하, 본 발명을 도면에 나타내는 실시 형태에 기초하여 설명한다.

(검출용 카트리지에 의한 각종 중금속의 측정)

도 1(a)에 본 발명의 한 실시 형태에 의한 검출용 카트리지의 일례를 분해도 로 나타낸다. 도시한 실시 형태에서는, 검출용 카트리지 (1)은 3매의 수지제의 베이스 기판 (11, 12, 13)을 아래로부터 이 순서대로 중첩하고, 조합하여 구성되어 있다. 전형적인 예를 들면, 각 기판의 크기는 평면 형상이 35 mm×50 mm이고, 한 장의 기판의 두께는 1 mm이므로, 중첩시킨 상태에서 약 3 mm가 된다.

기판 (11, 12) 사이에는, 피검출 물질을 흡착하는 흡착 담체 (22), 피검출 물질을 검출하기 위한 작용 전극 (31), 상기 작용 전극 (31)에 대응하는 상대 전극 (33) 및 참조 전극 (34)가 배치된다. 기판 (11)은 흡착 담체 (22)를 담기 위한 오목부 (22a)가 형성된다. 이 오목부 (22a)는 저류부의 일부를 구성한다. 기판 (11)에는, 전극 (31, 33, 34)를 소정 위치에 담기 위해서 추가로 오목부가 형성된다. 도 1(a)에서 기판 (11)의 오목부 (31a)가 작용 전극 (31)을 담는 작용 전극실이고, 오목부 (33a)가 상대 전극 (33)을 담는 상대 전극실, 오목부 (34a)가 참조 전극 (34)를 담기 위한 참조 전극실이다. 또한, 기판 (11)에는 흡착 담체 (22)를 받는 오목부 (22a)가 형성되고, 기판 (12)에는 상기 오목부 (22a)에 대응하는 위치에 상기 오목부 (22a)와 동일한 직경의 원형 구멍 (22b)가 형성되어 있다.

비소 및 셀레늄 측정용의 작용 전극으로는, 유리 기재 상에 크롬층을 개재시켜 금층이 형성된 금 전극(3.5 mm×8.4 mm×0.5 mm)을 이용하고, 카드뮴, 납, 수은 및 6가 크롬 측정용의 작용 전극으로는 판상 카본 전극(3.5 mm×8.4 mm×0.5 mm)을 이용한다. 상대 전극 (33)에는 작용 전극 (32)와 마찬가지의 판상 카본 전극(3.5 mm×8.4 mm×0.5 mm)을 사용하고, 참조 전극 (34)에는 알루미나 기재 상에 은/염화은페이스트가 도포된 전극(바이오 디바이스사 제조)(3.5 mm×8.4 mm×0.5 mm)을 사 용할 수 있다. 물론, 다른 전극 구성을 채용하는 것도 가능하다.

전극의 크기는 전부 통일되어 있고, 전극 표면과 기판 (12)의 표면이 동일면이 되도록 각각의 전극 (31, 33, 34)가 기판 (12)의 오목부 (31a, 33a, 34a)에 각각 담아져 있다. 기판 (11)과 기판 (12) 사이, 기판 (12)와 기판 (13) 사이는, 점착 테이프 (24a, 24b)에 의해서 각각 액밀하게 고정된다. 도 1(a)에는, 기판 (12, 13) 사이에 배치되는 점착 테이프 (24)의 예가 나타나 있다. 각 점착 테이프는 필요한 개소에 개구 또는 구멍이 형성된다.

작용 전극 (31) 및 그 밖의 전극의 표면은 점착 테이프 (24a)에 의해서 마스킹된다. 도 1(a)에 도시한 바와 같이, 마스크 (24a)의 전극에 대응하는 3개소의 위치에 소정의 면적의 구멍을 개구함으로써, 각 전극이 노출된다. 도 1(a)에서 구멍 (241)이 작용 전극 (31)에 대응하는 것이다. 도시한 실시 형태에서는, 작용 전극 (31)에 대응하는 구멍 (241)을 직경 1 mm의 원형 구멍으로 하고 있다. 이들 구멍은 각 전극 (31, 33, 34)가 액체와 접하도록 하기 위한 것이다. 또한, 점착 테이프 (24a)에는, 기판 (11) 상의 오목부 (22a)에 대응하는 위치에도 상기 오목부 (22a)와 동일한 크기의 구멍 (243)이 형성되어 있다. 개별적인 설명은 하지 않지만, 점착 테이프 (24a, 24b)에는 각각 기판에 형성되는 오목부 등에 대응하는 위치에 필요한 구멍 또는 개구가 형성된다.

도 1(a)에 도시한 바와 같이, 기판 (11)에는 제1 포트 (111), 제3 포트 (113), 제4 포트 (114) 및 제5 포트 (115)를 형성하는 두께 방향 관통 구멍이 형성되어 있다. 또한, 기판 (12)에는 기판 (11) 상의 오목부 (22a)에 대응하는 위치에 저류부의 상반분을 구성하는 오목부 (22b)가 형성되고, 추가로 제1 포트 (111)에 대응하는 위치에 관통 구멍 (211), 제3 포트 (113)과 제4 포트 (114)를 접속하는 홈 (201), 이 홈 (201)과 제5 포트 (115)를 접속하는 홈 (202)의 각각에 대응하는 위치에 두께 방향으로 연장되는 구멍 (211, 213, 214, 215)가 형성된다. 도 2(a)는, 기판 (11, 12, 13)을 다시 검출용 카트리지 (1)에 조립한 상태에서 각 포트 및 내부 유로의 관계를 나타내는 단면도이다. 도 3은 검출용 카트리지 (1)의 내부 유로를 투시적으로 나타내는 사시도이다.

도 2(a)를 참조하면, 기판 (11)에는 오목부 (22a)의 하측의 위치에 제2 포트 (112)가 형성되고, 상기 제2 포트 (112)는 기판 (11)의 하면으로부터 오목부 (22a)까지 연장되고 있다. 기판 (12)에 형성되는 오목부 (22b)는, 기판 (12)의 하면에 개구하고, 기판 (11)의 오목부 (22a)와 함께 저류부를 형성한다. 기판 (12)는 오목부 (22b)의 상부로부터 상기 기판 (12)의 상면에 도달하는 관통 구멍 (212)를 갖는다. 또한, 도 1(a), 도 2(a), 도 3에 도시한 바와 같이, 기판 (12)의 하면에는 구멍 (213)과 구멍 (214)를 연통시키는 유로홈 (201)과, 제5 포트 (115)에 접속된 구멍 (215)를 참조 전극 (34)에 연통시키는 유로홈 (202)가 형성된다. 2개의 유로홈 (201, 202)는 홈 (203)에 의해 접속된다. 기판 (13)에는 하면에 기판 (12) 상의 구멍 (211)과 구멍 (212)를 서로 접속하는 유로홈 (301)이 형성되어 있다.

상술한 검출용 카트리지 (1)의 구성에서, 제1 포트 (111)로부터 구멍 (211),유로홈 (301) 및 구멍 (212)를 거쳐 오목부 (22a, 22b)에 이르고, 추가로 제2 포트 (112)에 통하는 경로가 본 발명의 제1 내부 유로를 구성한다. 제3 포트 (113)으로 부터 구멍 (213), 유로홈 (201) 및 구멍 (214)를 거쳐 제4 포트 (114)에 이르는 경로가 제2 내부 유로를 구성한다. 제5 포트 (115), 구멍 (215) 및 유로홈 (202)가 참조 전극 유로를 구성한다.

도 4에 상술한 검출용 카트리지 (1)이 처리 유닛 (5)의 일부를 구성하는 배관 플레이트 (51)에 장전된 상태를 단면 모식도로 나타낸다. 배관 플레이트 (51)은 검출용 카트리지 (1)의 제2 포트 (112)와 제3 포트 (113)을 접속하는 접속 유로 (501)을 갖는다. 이 접속 유로 (501)은 배관 플레이트 (51)이 아닌, 검출용 카트리지 (1)의 기판 (11)에 형성하는 것도 가능하다. 그러나 후술하는 바와 같이 피검액을 제1 내부 유로에 통과시켜 피검출 물질을 흡착 담체 (22)에 흡착시키는 단계에서, 제1 내부 유로와 제2 내부 유로를 분리한 상태로 하기 위해서, 접속 유로 (501)은 배관 플레이트 (51)에 형성하는 것이 바람직하다. 도 4에 도시한 바와 같이, 배관 플레이트 (51)에는 제1 포트 (111), 제3 포트 (113), 제4 포트 (114) 및 제5 포트 (115)의 각각에 접속되는 유로 (511, 513, 514, 515)가 두께 방향으로 관통하여 형성되어 있다. 도 5는, 배관 플레이트 (51)의 외관을 나타내는 사시도이다. 도면에 도시한 바와 같이, 배관 플레이트 (51)의 상면에는 검출용 카트리지 (1)을끼우기 위한 오목부 (52)가 형성되어 있다. 이 오목부 (52)에 검출용 카트리지 (1)이 끼워지면, 검출용 카트리지 (1)의 포트 (111, 112, 113, 114, 115)가 형성된 하면이 배관 플레이트 (51)의 오목부 (52)의 저면에 밀착하여, 각 포트 (111, 113, 114, 115)와 배관 플레이트 (51)의 각각의 유로 (511, 513, 514, 515) 사이의 접속이 완성된다.

도 4에 개략적으로 도시한 바와 같이, 배관 플레이트 (51)의 유로 (511)에는, 제1 펌프 (521)이 제1 토출측 밸브 (531)을 통해 접속된다. 제1 펌프 (521)의 흡입구에는, 제1 약액 탱크 (541)이 제1 흡입측 밸브 (551)을 통해 접속된다. 마찬가지로, 유로 (513)에는 제2 펌프 (522)가 제2 토출측 밸브 (532)를 통해 접속되고, 제2 펌프 (522)의 흡입구에는 제2 약액 탱크 (542)가 제1 흡입측 밸브 (552)를 통해 접속된다. 또한, 유로 (515)에는 제3 펌프 (523)이 제3 토출측 밸브 (533)을 통해 접속되고, 제3 펌프 (523)의 흡입구에는 참조 전극용 약액 탱크 (543)이 제3 흡입측 밸브 (553)을 통해 접속된다. 유로 (514)에는, 폐액 탱크 (544)가 접속된다. 이들 펌프는 맥동이 없고 유속이 일정한 것이 바람직하고, 바람직한 펌프로는 유니플로우사 제조의 펜실 펌프와 같은 실린지 펌프를 들 수 있다. 이 펌프는, 오토 제로 설정에 의해 용적 제로로 설정되고, 다음 작동에 의해 일정 용적의 액체를 흡입하고, 이어서 흡입한 액체를 일정한 유속으로 토출할 수 있다. 또한, 제2 내부 유로 도중에는, 제3 포트 (113)의 상측에 유로 내의 공기를 제거하기 위한 공기 구멍이 형성되어 있고, 용리액겸 전해질 용액이 카트리지 밖으로 나오지 않도록 방수 투수성 소재(고어텍스(등록상표) 등)의 필터가 개재되어 있다.

도 1(b) 및 도 2(b)에 검출용 카트리지 (1a)를 4매의 수지제 베이스판 (11a, 12a, 13a, 14a)으로 구성한 실시 형태를 나타낸다. 이 실시 형태에서는, 전례에서 배관 플레이트 (51)에 형성되어 있던 접속 유로 (501)에 상당하는 내부 유로 (501a)가 4판째의 수지제 베이스판, 즉 최하층의 수지제 베이스판 (14a)에 형성된다. 도 1(b) 및 도 2(b)에 도시한 예에서, 도 1(a) 및 도 2(a)의 구조에서 각 포 트에 대응하는 포트는 동일한 부호로 나타낸다. 도 1(b)에서 베이스판 (14a)에는 베이스판 (11a) 내의 포트 (114)에 연통하는 포트 (114a)가 형성되어, 도 2(b)에 도시한 바와 같이 폐액 탱크 (544)에 접속된다.

그러나, 이 예에서는, 최하부의 베이스판 (14a)에 포트 (114a)를 형성하지 않고, 베이스판 (14a)의 상면에 도 1(b)에 상상선으로 나타낸 바와 같이 오목부를 설치함으로써, 폐액 저장소 (544a)를 형성할 수도 있다. 수지제 베이스판 (11a, 12a, 13a)에는 폐액 저장소 (544a)에 통과하는 공기 누설 구멍 V를 형성하는 것이 바람직하다. 이 구성에서는 검출용 카트리지에 최저한으로 필요한 외부 개구 포트는 2개이다. 참조 전극용 약액 탱크에 접속되는 포트를 설치하는 경우에는, 외부 개구 포트는 3개가 된다.

마찬가지로, 도 1(a)에 도시하는 실시 형태에서도, 도 1(a)에 상상선으로 나타낸 바와 같이 기판 (11)의 상면에 오목부를 설치함으로써, 폐액 저장소 (544b)를 형성할 수 있다. 이와 같이 기판 (11)의 상면에 폐액 저장소를 형성하는 경우에는, 도 1(a) 및 도 2(a)에 도시한 포트 (114)는 불필요해지고, 이 구성에서도 최저한으로 필요한 포트는 2개이다.

도 6(a), (b), (c)에 처리 장치 (2)의 구성을 나타낸다. 처리 장치 (2)는, 케이싱 (620) 내에 담긴 인쇄 기판 (621)과, 개인용 컴퓨터에 인스톨된 연산 처리 소프트웨어(도시하지 않음)와 수납부 (622)를 구비한다. 수납부 (622)에는, 상술한 4개의 탱크 (541, 542, 543, 544)와, 펌프 (521, 522, 523), 및 이들에 수반하는 밸브 (531, 532, 533, 551, 552, 553)이 수용된다. 인쇄 기판 (621)은 개인용 컴퓨터에 접속되고 연산 처리 소프트웨어를 기동함으로써, 검출용 카트리지 (1)로부터의 전기 신호을 읽어내고, 피검출 물질에 관한 정보를 개인용 컴퓨터의 화면에 표시한다. 케이싱 (620) 내에는 필요한 전원으로서 배터리(도시하지 않음)가 담겨진다. 또한, 케이싱 (620) 내에는 도 4 및 도 5에 대해서 상술한 배관 플레이트 (51)이 배치되고, 상기 배관 플레이트 (51)에 검출용 카트리지 (1)이 끼워지도록 구성되어 있다. 검출용 카트리지 (1)의 출납 및 탱크의 교환을 위해, 케이싱 (620)에는 적당한 개폐 마개를 설치할 수 있다.

도 7은, 전처리로서 검출용 카트리지 (1)에 피검액을 주입하는 피검액 주입용 홀더 (70)을 나타내는 사시도이고, 도 8은 상기 홀더 (70)의 내부를 나타내는 단면도이다. 홀더 (70)은 상자상의 본체 (71)을 갖고, 상기 본체 위에 마개 (72)가 자유롭게 개폐할 수 있도록 씌워진다. 본체 (71)의 내부에는, 검출용 카트리지 (1)을 얹어 놓기 위한 플레이트 (73)이 배치되고, 상기 카트리지 (73) 위에 검출용 카트리지 (1)이 포트 (111, 112)를 위로 하여 놓인다. 설명을 간단히 하기 위해서, 검출용 카트리지 (1)의 다른 포트는 도시하지 않는다. 본체 (71) 내에서 플레이트 (73)으로부터 아래의 부분은 폐액 저장소 (74)이다. 마개 (72)에는 상측에 개구하는 주입구 (75)가 형성되고, 상기 주입구 (75)의 하단은 마개 (72)가 폐쇄되었을 때, 검출용 카트리지 (1)의 제1 포트 (111)에 접속된다. 마개 (71)에는, 추가로 마개 (72)가 폐쇄한 상태에서 하나의 단부가 검출용 카트리지 (1)의 제2 포트 (112)에 접속되는 폐액 통로 (76)이 형성되어 있다. 폐액 통로 (76)의 다른 단부는 플레이트 (73)에 두께 방향으로 관통하도록 설치된 폐액 파이프 (77)의 상단에 접속된다.

도 9부터 도 12까지 본 발명의 분석 장치를 사용하는 분석 방법을 설명한다. 도 9는, 검출용 카트리지 (1)에 피검액을 통과시키는 카트리지 전처리 단계를 나타낸다. 이 단계에서는, 도 7 및 도 8에 나타내는 피검액 주입용 홀더 (70)을 사용한다. 우선, 스텝 1에서 카트리지 (1)을 홀더 (70) 내에 도 8에 도시한 바와 같이 세팅한다. 여기서 카트리지 내의 저류부(흡착 담체)를 활성화하기 위해서 카트리지의 전처리를 행한다. 이어서, 스텝 2에서 주입구 (75)로부터 피검출 물질을 포함하는 피검액을 주입한다. 피검액은 주입구 (75)로부터 카트리지 (1)의 포트 (111)에 들어가고, 흡착 담체 (22)를 통과하여 포트 (112)로부터 홀더 (70)의 마개 (72)에 형성된 폐액 유로 (76)을 통과하여, 폐액 파이프 (77)로부터 폐액 저장소 (74)로 배출된다. 피검액이 흡착 담체 (22)를 통과하는 사이에, 피검액 내의 피검출 물질이 흡착 담체 (22)에 흡착된다.

도 10은, 측정전 준비 단계를 나타내는 플로우도이다. 스텝 3에서 전원이 투입되어, 스텝 4의 각 처리가 행해진다. 제1, 제2, 제3, 제4 탱크 (542, 542, 543, 544)의 위치에는 각각 시약을 수납한 탱크가 접지된다. 이 예에서는, 541 및 542에서는 용리액겸 전해질 용액 탱크, (543)은 참조 전극용 약액 탱크, (544)는 빈 탱크(폐액용)가 설치된다. 카트리지 (1)의 위치에는 세정용 카트리지 (1)이 설치된다. 세정용 카트리지는 검출용 카트리지와 마찬가지의 포트 및 유로를 구비하고, 피검액 등을 통수하지 않은 상태의 카트리지이다. 밸브의 조작 및 펌프의 작동은 도 10에 나타내는 시퀀스로 행해진다.

도 11은 측정 개시 준비 단계를 나타낸다. 처리 유닛 (2)로부터 세정용 카트리지를 제거하고, 도 9에 도시한 절차로 피검액이 주입된 검출용 카트리지 (1)을 처리 유닛 (2)에 설치하고, 이어서 도면에 나타내는 조작을 행하여 전해질 용액을 카트리지 (1) 내의 전극실 (201)에 주입하고, 참조 전극용 약액을 참조 전극실 (202)에 주입한다.

도 12는 본 측정을 위한 처리 절차를 나타내는 플로우도이다. 탱크 (541) 내의 용리액겸 전해질 용액을 제1 내부 유로 내에 설치된 저류부 (22)의 상류로부터 통액하고, 접속 유로, 제2 내부 유로로 송액함으로써, 저류부로부터 용리된 피검출 물질이 전극 상에서 전기 화학 상의 조작에 의해서 검출된다. 도 13, 도 14는 측정 종료 후의 세정 등의 후처리에서의 절차를 나타내는 플로우도이다.

<실시예>

〔검출용 카트리지 (1)〕

저류부(흡착 담체 (22)): 3M사 제조 엠포어 음이온용 필터

〔작용 전극 (31)〕

금 전극(실리콘 웨이퍼 기판에 스퍼터링에 의해 금을 증착)

〔상대 전극 (33)〕

카본 전극(미츠비시 엠피쯔사 제조 PFCE)

〔참조 전극〕

Ag/AgCl 전극(Ag/AgCl 혼합 폴리에스테르계 바인더액을 도포하여 제조)

〔카트리지 전처리〕

50 ％ 메탄올 용액과 1M-NaOH 용액을 이 순서대로 통액

〔피검액〕

10 ppb-As 용액

〔제1, 제2 탱크의 약액〕

용리액겸 전해질 용액 1M-NaCl,

0.53 M-L-시스테인 염산염

1M-염산

〔제3 탱크의 약액〕

참조 전극 용액 1.6-NaCl, 10 mM-시트르산 수화물

〔As 측정〕

애노딕 스트리핑 전압전류법(ASV)

플레이팅: -0.4 V에서 20 ㎕/분×5 분(100 ㎕)

스트리핑: -0.4 V로부터 0.8 V까지 LSV(선형 주사 전압전류법)로 0.4 V/초로 삽인

이상의 조건으로 측정을 행한 결과, 0.3 V 부근에 As의 피크가 얻어지고, 피크 면적으로부터 구한 농도는 10 ppb였다. 연속하여 10매의 검출용 카트리지에 대해서 측정하였다. 결과는 CV값 10 ％ 이내의 안정적인 결과가 얻어졌다.

[도 1(a)] 본 발명의 한 실시 형태의 검출용 카트리지를 분해하여 나타내는 사시도이다.

[도 1(b)] 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 검출용 카트리지를 도시한 도면1(a)와 마찬가지인 도면이다.

[도 2(a)] 검출용 카트리지의 조립 상태를 나타내는 단면도이다.

[도 2(b)] 도 1(a)의 검출용 카트리지의 조립 상태를 나타내는 단면도이다.

[도 3] 검출용 카트리지의 액체 유로를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

[도 4] 검출용 카트리지 내의 유로와 배관 플레이트와의 관계를 나타내는 단면도이다.

[도 5] 배관 플레이트의 사시도이다.

[도 6(a)] 처리 장치 전체를 나타내는 사시도이다.

[도 6(b)] 처리 장치 전체를 나타내는 정면도이다.

[도 6(c)] 처리 장치 전체를 나타내는 측면도이다.

[도 7] 피검액 주입용 카트리지 홀더의 외관을 나타내는 사시도이다.

[도 8] 도 7에 도시한 홀더의 단면도이다.

[도 9] 전처리로서 카트리지로의 피검액의 주입 절차를 나타내는 플로우도이다.

[도 10] 전처리 조작으로서의 세정 조작 절차를 나타내는 플로우도이다.

[도 11] 측정 개시 전의 준비 절차를 나타내는 플로우도이다.

[도 12] 본 측정의 절차를 나타내는 플로우도이다.

[도 13] 측정 종료 후의 후처리를 나타내는 플로우도이다.

[도 14] 후속 처리의 계속을 나타내는 플로우도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1: 검출용 카트리지

2: 처리 장치

11, 12, 13: 기판

22: 흡착 담체

24a, 24b: 점착 테이프

31: 작용 전극

33: 상대 전극

34: 참조 전극

111: 제1 포트

112: 제2 포트

113: 제3 포트

114: 제4 포트

115: 제5 포트

521: 제1 펌프

522: 제2 펌프

523: 제3 펌프

531: 제1 토출측 밸브

532: 제2 토출측 밸브

533: 제3 토출측 밸브

621: 연산 처리 장치

Claims (11)

1. 피검출 물질을 포함하는 피검액을 통과시키는 유로를 갖는 검출용 카트리지와, 상기 검출용 카트리지에 접속 가능하고, 상기 검출용 카트리지 내에 통과되는 피검액에 포함되는 피검출 물질에 관한 정보를 생성하는 처리 유닛을 포함하는 카트리지식 전기 화학 분석 장치이며,

   (1) 상기 검출용 카트리지는 (가) 외면에 개구하는 3개 이상의 포트와, (나) 상기 3개의 포트 중 제1 포트를 저류부에 접속하는 제1 내부 유로와, (다) 상기 3개의 포트 중 제2 및 제3 포트를 서로 접속하는 제2 내부 유로와, (라) 상기 저류부를 상기 제2 내부 유로에 접속하는 제3 내부 유로와, (마) 상기 제2 내부 유로에 면하도록 배치된 검출용 전극 배열을 구비하고,

   (2) 상기 처리 유닛은 (가) 상기 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 토출구가 제1 토출측 밸브를 통해 상기 검출용 카트리지의 상기 제1 포트에 접속되는 제1 펌프와, (나) 상기 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 토출구가 제2 토출측 밸브를 통해 상기 검출용 카트리지의 상기 제2 포트에 접속되는 제2 펌프와, (다) 상기 제1 및 제2 펌프의 각각에 접속되는 제1 및 제2 약액 탱크와, (라) 상기 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 상기 검출용 카트리지의 상기 제3 포트에 접속되는 폐액 탱크를 구비하고,

   (3) 상기 제1 및 제2 약액 탱크에 소정의 약액을 넣고, 상기 제1 및 제2 펌프와, 상기 제1 및 제2 토출측 밸브를 작동시킴으로써 소정의 분석을 행할 수 있게 된 것을 특징으로 하는 카트리지식 전기 화학 분석 장치.
2. 피검출 물질을 포함하는 피검액을 통과시키는 유로를 갖는 검출용 카트리지와, 상기 검출용 카트리지에 접속 가능하고, 상기 검출용 카트리지 내에 통과되는 피검액에 포함되는 피검출 물질에 관한 정보를 생성하는 처리 유닛을 포함하는 카트리지식 전기 화학 분석 장치이며,

   (1) 상기 검출용 카트리지는 (가) 외면에 개구하는 4개 이상의 포트와, (나) 상기 4개의 포트 중 제1 및 제2 포트를 서로 접속하는 제1 내부 유로와, (다) 상기 4개의 포트 중 제3 및 제4 포트를 서로 접속하는 제2 내부 유로와, (라) 상기 제1 내부 유로 내에 배치된 저류부와, (마) 상기 제2 내부 유로에 면하도록 배치된 검출용 전극 배열을 구비하고,

   (2) 상기 분석 장치는 상기 검출용 카트리지의 상기 제1 및 제2 내부 유로를 서로 접속하는 접속 유로를 구비하고 있고,

   (3) 상기 처리 유닛은 (가) 상기 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 토출구가 제1 토출측 밸브를 통해 상기 검출용 카트리지의 상기 제1 포트에 접속되는 제1 펌프와, (나) 상기 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 토출구가 제2 토출측 밸브를 통해 상기 검출용 카트리지의 상기 제3 포트에 접속되는 제2 펌프와, (다) 상기 제1 및 제2 펌프의 각각에 접속되는 제1 및 제2 약액 탱크와, (라) 상기 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 상기 검출용 카트리지의 상기 제4 포트에 접속되는 폐액 탱크를 구비하고,

   (4) 상기 제1 및 제2 약액 탱크에 소정의 약액을 넣고, 상기 제1 및 제2 펌프와 상기 제1 및 제2 토출측 밸브를 작동시킴으로써 소정의 분석을 행할 수 있게 된 것을 특징으로 하는 카트리지식 전기 화학 분석 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 펌프는 액체를 흡입하여 상기 흡입한 액체를 일정 유속으로 토출하는 형식의 펌프이고,

   (마) 상기 제1 약액 탱크는 제1 흡입측 밸브를 통해 상기 제1 펌프의 흡입측에 접속되고,

   (바) 상기 제2 약액 탱크는 제2 흡입측 밸브를 통해 상기 제2 펌프의 흡입측에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 카트리지식 전기 화학 분석 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 펌프는 액체를 흡입하여 상기 흡입한 액체를 일정 유속으로 토출하는 형식의 펌프이고,

   (마) 상기 제1 약액 탱크는 제1 흡입측 밸브를 통해 상기 제1 펌프의 흡입측에 접속되고,

   (바) 상기 제2 약액 탱크는 제2 흡입측 밸브를 통해 상기 제2 펌프의 흡입측에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 카트리지식 전기 화학 분석 장치.
5. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 처리 유닛은 상기 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 상기 검출용 카트리지의 상기 포트가 형성된 면에 접촉 하는 면을 갖는 배관 플레이트를 구비하고, 상기 검출용 카트리지의 상기 제1 및 제2 내부 유로를 서로 접속하는 상기 접속 유로는 상기 배관 플레이트에 형성되는 것을 특징으로 하는 카트리지식 전기 화학 분석 장치.
6. 제2항에 있어서, 상기 검출용 카트리지에는 외면에 개구하는 제5 포트가 형성되고, 상기 제5 포트는 참조 전극용 유로를 개재시켜 상기 제2 내부 유로와 상기 제4 포트에 접속되어 있으며, 상기 참조 전극용 유로에 면하여 참조 전극이 배치되고,

   상기 처리 유닛은 상기 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 토출구가 제3 토출측 밸브를 통해 상기 검출용 카트리지의 상기 제5 포트에 접속되는 제3 펌프와, 상기 제3 펌프의 흡입측에 접속되는 참조 전극용 약액 탱크를 구비하는 것을 특징으로 하는 카트리지식 전기 화학 분석 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 검출용 카트리지에는 외면에 개구하는 제4 포트가 형성되고, 상기 제4 포트는 참조 전극용 유로를 개재시켜 상기 제2 내부 유로와 상기 제3 포트에 접속되어 있고, 상기 참조 전극용 유로에 면하여 참조 전극이 배치되고,

   상기 처리 유닛은 상기 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 토출구가 제3 토출측 밸브를 통해 상기 검출용 카트리지의 상기 제4 포트에 접속되는 제3 펌프와, 상기 제3 펌프의 흡입측에 접속되는 참조 전극용 약액 탱크를 구비 하는 것을 특징으로 하는 카트리지식 전기 화학 분석 장치.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제3 펌프는 액체를 흡입하여 상기 흡입한 액체를 일정 유량으로 토출하는 형식의 펌프이고, 상기 참조 전극용 약액 탱크는 제3 흡입측 밸브를 통해 상기 제3 펌프의 흡입측에 접속된 것을 특징으로 하는 카트리지식 전기 화학 분석 장치.
9. 피검출 물질을 포함하는 피검액을 통과시키는 유로를 갖는 검출용 카트리지와, 상기 검출용 카트리지에 접속 가능하고, 상기 검출용 카트리지 내에 통과되는 피검액에 포함되는 피검출 물질에 관한 정보를 생성하는 처리 유닛을 포함하는 카트리지식 전기 화학 분석 장치이며,

   (1) 상기 검출용 카트리지는 (가) 외면에 개구하는 2개 이상의 포트와, (나) 상기 2개의 포트 중 제1 포트를 저류부에 접속하는 제1 내부 유로와, (다) 하나의 단부가 제2 포트에 접속되고, 다른 단부가 상기 검출용 카트리지 내에 형성된 폐액 저장소에 접속된 제2 내부 유로와, (라) 상기 저류부를 상기 제2 내부 유로에 접속하는 제3 내부 유로와, (마) 상기 제2 내부 유로에 면하도록 배치된 검출용 전극 배열을 구비하고,

   (2) 상기 처리 유닛은 (가) 상기 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 토출구가 제1 토출측 밸브를 통해 상기 검출용 카트리지의 상기 제1 포트에 접속되는 제1 펌프와, (나) 상기 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 토출구가 제2 토출측 밸브를 통해 상기 검출용 카트리지의 상기 제2 포트에 접속되는 제2 펌프와, (다) 상기 제1 및 제2 펌프의 각각에 접속되는 제1 및 제2 약액 탱크를 구비하고,

   (3) 상기 제1 및 제2 약액 탱크에 소정의 약액을 넣어, 상기 제1 및 제2 펌프와, 상기 제1 및 제2 토출측 밸브를 작동시킴으로써 소정의 분석을 행할 수 있게 된 것을 특징으로 하는 카트리지식 전기 화학적 분석 장치.
10. 피검출 물질을 포함하는 피검액을 통과시키는 유로를 갖는 검출용 카트리지와, 상기 검출용 카트리지에 접속 가능하고, 상기 검출용 카트리지 내에 통과되는 피검액에 포함되는 피검출 물질에 관한 정보를 생성하는 처리 유닛을 포함하는 카트리지식 전기 화학 분석 장치이며,

    (1) 상기 검출용 카트리지는 (가) 외면에 개구하는 3개 이상의 포트와, (나) 상기 3개의 포트 중 제1 및 제2 포트를 서로 접속하는 제1 내부 유로와, (다) 하나의 단부가 상기 3개의 포트 중 제3 포트에 접속되고, 다른 단부가 상기 검출용 카트리지 내에 형성된 폐액 저장소에 접속된 제2 내부 유로와, (라) 상기 제2 내부 유로에 면하도록 배치된 검출용 전극 배열을 구비하고,

    (2) 상기 분석 장치는 상기 검출용 카트리지의 상기 제1 및 제2 내부 유로를 서로 접속하는 접속 유로를 구비하고 있고,

    (3) 상기 처리 유닛은 (가) 상기 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 토출구가 제1 토출측 밸브를 통해 상기 검출용 카트리지의 상기 제1 포트에 접속되는 제1 펌프와, (나) 상기 검출용 카트리지가 상기 처리 유닛에 접속되었을 때 토출구가 제2 토출측 밸브를 통해 상기 검출용 카트리지의 상기 제3 포트에 접속되는 제2 펌프와, (다) 상기 제1 및 제2 펌프의 각각에 접속되는 제1 및 제2 약액 탱크를 구비하고,

    (4) 상기 제1 및 제2 약액 탱크에 소정의 약액을 넣어, 상기 제1 및 제2 펌프와 상기 제1 및 제2 토출측 밸브를 작동시킴으로써 소정의 분석을 행할 수 있게 된 것을 특징으로 하는 카트리지식 전기 화학적 분석 장치.
11. 피검출 물질이 검출용 카트리지의 저류부에 저류된 상태의 검출용 카트리지를 처리 유닛에 접속된 상태로 하고, 제1 약액 탱크로서 용리액을 충전한 용리액 탱크를 준비하고, 제2 약액 탱크로서 전해액을 충전한 전해액 탱크를 준비하고, 제2 토출측 밸브를 개방하여 제2 펌프를 작동시켜 제2 내부 유로에 전해액을 유통시키고, 상기 제2 펌프의 작동을 정지하고, 상기 제2 토출측 밸브를 폐쇄하고, 제3 토출측 밸브를 개방하여 제3 펌프를 작동시킴으로써 참조 전극에 약액을 보내고, 상기 제3 펌프의 작동을 정지하고, 상기 제3 토출측 밸브를 폐쇄하고, 제1 토출측 밸브를 개방하여 제1 펌프를 작동시킴으로써, 용리액을 제1 내부 유로로부터 상기 저류부를 거쳐 제2 내부 유로에 유통시키고, 상기 저류부에 저류된 피검출 물질을 용리시켜, 상기 피검출 물질을 포함하는 용리액을 상기 제2 내부 유로에 면하여 배치된 검출용 전극에 접촉시켜 피검출 물질의 검출을 행하는 것을 특징으로 하는, 제8항에 기재된 카트리지식 전기 화학 분석 장치를 사용하는 분석 방법.

Images