TWI815195B - 電化學檢測之起始時間判斷方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種電化學檢測之起始時間判斷方法，包含下列步驟：檢測裝置在一判定時間內取得一檢測晶片之一電壓訊號；將一待測物注入檢測晶片之一檢測部；檢測裝置在判定時間內監測電壓訊號，當電壓訊號滿足一檢測觸發條件時，檢測裝置生成一檢測指令，其中，檢測觸發條件包含：在一單位時間內電壓訊號的變化小於20毫伏；檢測裝置依據檢測指令，對待測物進行電化學檢測，以獲得待測物之檢測資訊；藉此，檢測裝置能夠根據檢測晶片的狀態自動開始電化學檢測，而達到準確的電化學檢測效果。
Description
本發明係關於一種電化學檢測相關技術，尤指一種電化學檢測之起始時間判斷方法。
電化學分析法為一快速且簡便的檢測技術，電化學分析法包含多樣的分析技術，如循環伏安法(Cyclic Voltammetry,CV)、安培法(Amperometry,IT)以及電化學阻抗頻譜法(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)等分析方法，以電化學分析方法為基礎並結合檢測晶片，已被廣泛應用於環境、農業、醫學、生化等各種領域。
電化學分析法能夠快速檢測的關鍵在於，在檢測物的分析上不需要複雜的前處理程序，只需對檢測晶片的電極施加能量，即能取得檢測物與電極之間發生氧化還原(得失電子)變化所產生的電訊號，根據所得的電訊號即可對檢測物的特定成分進行分析。
檢測晶片電極的穩定度是電化學量測的必備條件，在檢測開始前，需要將液態的檢測物佈滿檢測晶片的電極表面，電極表面與液體接觸的當下會在電極表面產生一層電雙層，而電雙層的生成則會影響後續的量測結果。由於
電雙層可以視為量測訊號的背景值，在不同檢測晶片進行不同次量測的情況下，若各檢測晶片電極表面與液體接觸的時間長度越一致，所生成的電雙層厚度越接近，量測訊號的背景值也越近似，各檢測晶片所測得的結果誤差越小。
一般進行電化學檢測，使用者需要以手動控制的方式，控制檢測裝置開始進行電化學分析，因此，若沒有在固定的一段時間內開始量測，會導致量測訊號的背景值不一致，無法確保檢測晶片量測的準確性。此外，若使用者忘記控制檢測裝置開始進行電化學分析，檢測物在電極表面停留時間過久，會對電極造成汙染或是對電極產生攻擊的現象，同樣會導致檢測晶片產生量測誤差。
再者，商用之拋棄式電極晶片，所需的液態檢測物的體積極小，在量測的過程可能有液體未佈滿電極的狀況發生，液體未確實佈滿電極，會導致電化學量測的電極迴路不穩定，而無法對檢測物提供準確的分析。
本發明主要目的在於能夠在一固定的時間內，根據檢測晶片的狀態自動開始電化學檢測，而達到準確的電化學檢測效果。
為達上述目的，本發明提供一種電化學檢測之起始時間判斷方法，包含下列步驟：一訊號擷取步驟、一待測物注入步驟、一判斷步驟以及一檢測起始步驟；訊號擷取步驟：一檢測裝置在一判定時間內取得一檢測晶片之一電壓訊號；待測物注入步驟：將一待測物注入檢測晶片之一檢測部；判斷步驟：在判定時間內監測電壓訊號，當電壓訊號滿足一檢測觸發條件時，檢測裝置生成一檢測指令，其中，檢測觸發條件包含：在一單位時間內電壓訊號的變化小於20毫伏；檢測起始步驟：檢測裝置依據檢測指令，對待測物進行電化學檢測，以獲得
待測物之檢測資訊。
藉此，本發明電化學檢測之起始時間判斷方法，透過在一定時間內監測檢測晶片之電壓訊號，當電壓訊號滿足檢測觸發條件時，自動開始電化學檢測，以使檢測晶片量測的背景條件一致，並避免電極受汙染或攻擊，而保持檢測晶片量測過程的穩定性，進而降低量測誤差且確保量測的準確性。
10:檢測裝置
11:電壓訊號
12:電源
13:伏特計
14:安培計
15:微控制器
16:預設電位區間
20:檢測晶片
21:工作電極
22:參考電極
23:輔助電極
24:檢測部
30:待測物
S1:訊號擷取步驟
S2:待測物注入步驟
S3:判斷步驟
S4:檢測起始步驟
圖1係本發明實施例之方法流程圖。
圖2係本發明實施狀態示意圖，用於表示將待測物注入檢測試片之示意圖。
圖3係本發明實施例之開路電位量測電路示意圖。
圖4係本發明實施例之電壓訊號示意圖(一)，表示檢測裝置進行咖啡因以及綠原酸濃度檢測。
圖5係本發明實施例之電壓訊號示意圖(二)，表示檢測裝置進行鐵氰化鉀濃度檢測。
圖6係本發明實施例之電壓訊號示意圖(三)，表示檢測裝置進行碘化鉀濃度檢測。
圖7係本發明實施例之電壓訊號示意圖(四)，表示檢測裝置進行磷酸濃度檢測。
圖8係本發明實施例之電壓訊號示意圖(五)，表示檢測裝置透過檢測觸發條件，判斷待測物確實佈滿檢測部。
圖9係本發明實施例之電化學檢測待測物電路示意圖。
為便於說明本發明於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達。實施例中各種不同物件係按適於說明之比例、尺寸、變形量或位移量而描繪，而非按實際元件的比例予以繪製，合先敘明。
請參閱圖1至圖9所示，本發明提供一種電化學檢測之起始時間判斷方法，本發明之電化學檢測係透過一檢測裝置10，並搭配一檢測晶片20而進行一待測物30之濃度測量，如圖2所示。
檢測裝置10能夠通訊連結一終端裝置(圖中未示)以檢測並顯示待測物30之檢測資訊；其中，終端裝置為可攜式行動裝置，例如智慧型手機、平板電腦或筆記型電腦，終端裝置也可以是桌上型電腦。除此之外，檢測裝置10本身亦可以具有微控制器(Microcontroller Unit,MCU)以及顯示模組，而可獨立運作，不需要透過終端裝置進行配合使用。
於本說明書之一實施例中，檢測裝置10係以藍芽(Bluetooth)無線傳輸技術通訊地連結終端裝置，但不以此為限，檢測裝置10和終端裝置之間亦可透過其他有線或無線傳輸技術(例如Wi-Fi)進行連結。此外，待測物30之檢測資訊不以前述由終端裝置之介面顯示為限，在無終端裝置通訊連結時，亦可顯示於檢測裝置10之獨立螢幕。
於本說明書之實施例中，檢測晶片20為三極式晶片，檢測晶片20表面包含一工作電極21、一參考電極22、一輔助電極23以及一檢測部24。
本發明電化學檢測之起始時間判斷方法包括：一訊號擷取步驟S1、一待測物注入步驟S2、一判斷步驟S3以及一檢測起始步驟S4。
在訊號擷取步驟S1中，檢測晶片20將設有導電端的一端插設於檢測裝置10之插槽，以使檢測晶片20與檢測裝置10電性連接，進而使檢測裝置10在
一判定時間內取得檢測晶片20之一電壓訊號11。於本實施例中，判定時間自檢測晶片20插入檢測裝置10檢測裝置10開始起算；判定時間為180秒。
進一步說明，檢測裝置10根據檢測晶片20之開路電位(Open Circuit Potential,OCP)而取得電壓訊號11，一般電化學三電極系統包含一電源12以輸出電壓、一伏特計13以及一安培計14以分別量測電極之電位以及電流。如圖3所示，於量測開路電位時，檢測裝置10之一微控制器15首先會將輔助電極23與安培計14之間進行斷路，接著檢測裝置10透過伏特計13量測工作電極21之端電壓以及參考電極22之端電壓，而取得檢測晶片20之開路電位；於本實施例中，檢測裝置10每間隔0.1秒擷取一次檢測晶片20之開路電位，以取得電壓訊號11。
接著，於待測物注入步驟S2中，使用者可透過滴管抽取適量之待測物30，並將待測物30注入檢測晶片20之檢測部24；於本實施例中，檢測部24可注入之待測物30的體積為0.1毫升至1毫升。
本發明以檢測咖啡之咖啡因及綠原酸濃度為例，透過滴管對咖啡原液進行取樣，並滴進微量離心管中，與一試劑均勻混合而形成待測物30，其中，用於混合之試劑能夠增強所取樣之咖啡原液之導電度並降低量側雜訊，以利後續電化學量測之準確性。
接著，在判斷步驟S3中，檢測裝置10根據在判定時間內監測之電壓訊號11，當電壓訊號11滿足一檢測觸發條件時，檢測裝置10生成一檢測指令，並接續後續檢測起始步驟S4。
其中，檢測觸發條件包含：在一單位時間內電壓訊號11的變化小於20毫伏，並在單位時間內介於一預設電位區間16之間；於本實施例中，單位時間為1秒；於本實施例中，預設電位區間16預存於檢測裝置10之資料庫，且根據
欲進行檢測之特定成分而有不同電壓範圍，以下分別舉例說明：如圖4所示，以檢測待測物30之咖啡因及綠原酸濃度為例，其中，符合檢測觸發條件之檢測起始時間為圖中圈起處，檢測咖啡因及綠原酸濃度之預設電位區間16為-100毫伏至300毫伏，檢測咖啡因及綠原酸濃度的檢測觸發條件為：在1秒的時間內，檢測裝置10所取得之電壓訊號11的變化小於20毫伏，且介於-100毫伏至300毫伏之間。
如圖5所示，以檢測待測物30之鐵氰化鉀濃度為例，其中，符合檢測觸發條件之檢測起始時間為圖中圈起處，檢測鐵氰化鉀濃度之預設電位區間16為0毫伏至200毫伏，檢測鐵氰化鉀濃度的檢測觸發條件為：在1秒的時間內檢測裝置10所取得之電壓訊號11的變化小於20毫伏，且介於0毫伏至200毫伏之間。
如圖6所示，以檢測待測物30之碘化鉀濃度為例，其中，符合檢測觸發條件之檢測起始時間為圖中圈起處，檢測碘化鉀濃度之預設電位區間16為300毫伏至500毫伏，檢測碘化鉀濃度的檢測觸發條件為：在1秒的時間內檢測裝置10所取得之電壓訊號11的變化小於20毫伏，且介於300毫伏至500毫伏之間。
如圖7所示，以檢測待測物30之磷酸濃度為例，其中，符合檢測觸發條件之檢測起始時間為圖中圈起處，預存於檢測裝置10之資料庫的預設電位區間16為-150毫伏至150毫伏，檢測磷酸濃度的檢測觸發條件為：在1秒的時間內檢測裝置10所取得之電壓訊號11的變化小於20毫伏，且介於-150毫伏至150毫伏之間。
進一步說明，檢測裝置10必須是在固定的判定時間內，判斷電壓訊號11是否滿足檢測觸發條件，由於檢測晶片20之電極表面與待測物30接觸的當下，會在電極表面產生一層電雙層，電雙層可以視為量測訊號的背景值，隨著
液體與電極表面接觸時間越長，電雙層的厚度也隨之增加。
因此，檢測裝置10在固定的判定時間內，判斷檢測晶片20之電壓訊號11是否滿足檢測觸發條件，而後進行電化學量測，可以確保不同檢測晶片20在不同次的量測中電雙層生長的厚度近似，藉以降低背景值之干擾所導致的量測誤差。
再者，待測物30同時與檢測晶片20的三個電極接觸，使工作電極21、參考電極22以及輔助電極23互相導通，才能保證電化學量測時電極迴路的穩定。而檢測裝置10根據檢測觸發條件，能夠判斷待測物30在注入檢測部24後，待測物30是否確實佈滿檢測部24，而使檢測晶片20之工作電極21、參考電極22以及輔助電極23互相導通，以確保後續電化學量測的準確性。
參閱圖2及圖8所示，本發明以檢測咖啡之咖啡因及綠原酸濃度為例，說明檢測裝置10能夠根據檢測觸發條件，而判斷待測物30確實佈滿檢測部24：
在訊號擷取步驟S1中，在檢測晶片20與檢測裝置10電連結後，檢測裝置10開始在判定時間180秒內每間隔0.1秒擷取一次檢測晶片20之開路電位而取得之電壓訊號11，其中，在0秒至55秒時間內，可以觀察到電壓訊號11的電壓較大，且極為不穩；接著，在待測物注入步驟S2中，在第55秒時將咖啡與試劑均勻混合所形成之待測物30注入檢測部24，在待測物30與檢測部24電極接觸後，可以觀察到電壓訊號11驟降後又漸漸上升，並在第120秒時再次下降並趨近穩定；在判斷步驟S3中，檢測裝置10在判定時間內監測電壓訊號11，判斷電壓訊號11是否滿足檢測觸發條件，並在第125秒判定電壓訊號11滿足檢測觸發條件。
其中，在第120秒之前，由於剛注入之待測物30液體中有些許氣
泡，導致待測物30無法立即佈滿檢測部24，而可以觀察到電壓訊號11的起伏十分劇烈且不穩定。然而，隨著待測物30中的氣泡漸漸排出，待測物30充分與檢測部24之電極接觸後，可觀察到在第120秒後電壓訊號11趨近穩定，並在1秒的時間內，監測得電壓訊號11的變化小於20毫伏，且介於-100毫伏至300毫伏的預設電位區間16之間，而滿足檢測咖啡之咖啡因及綠原酸濃度的檢測觸發條件。藉此，檢測裝置10能夠根據檢測觸發條件而判斷待測物30確實佈滿檢測部24。
參閱圖4所示，圖4同樣為檢測咖啡之咖啡因及綠原酸濃度之電壓訊號11，由於在待測物注入步驟S2中，在第75秒待測物30注入檢測部24時，待測物30中沒有氣泡殘留，待測物30立即佈滿檢測部24，而使檢測晶片20之工作電極21、參考電極22以及輔助電極23互相導通。因此，在判斷步驟S3中，第75秒待測物30與檢測部24電極接觸後，檢測裝置10判定時間180電壓訊號11電壓訊號11已趨近穩定，檢測裝置10判斷電壓訊號11滿足檢測咖啡之咖啡因及綠原酸濃度的檢測觸發條件，檢測裝置10即生成檢測指令，並進行後續檢測起始步驟S4。
在判斷步驟S3中，當電壓訊號11在判定時間內未滿足檢測觸發條件，單位時間內電壓訊號11的變化大於20毫伏，以及未介於預設電位區間16，檢測裝置10判斷檢測晶片20為異常，並生成一提醒訊號；其中，檢測晶片20為異常的情況包含：檢測晶片20超過使用期限、檢測晶片20並非初次使用，以及檢測晶片20之電極因保存不當而氧化等造成檢測晶片20檢測精度喪失之情況。
於本實施例中，使用者能夠根據提醒訊號更換檢測晶片20，而避免因檢測晶片20失效而產生之檢測誤差；於本實施例中，檢測裝置10生成提醒訊號，並將提醒訊號顯示於終端裝置之介面，但不以此為限，亦可顯示於檢測裝置10之獨立螢幕。
最後，在檢測起始步驟S4中，檢測裝置10依據檢測指令，對檢測晶片20進行電化學檢測，以獲得待測物30之檢測資訊；其中，電化學檢測所應用之分析法包含，循環伏安法(Cyclic Voltammetry,CV)、線性掃描伏安法(Linear Sweep Voltammetry,LSV)、脈衝伏安法(Differential Pulse Voltammetry,DPV)、安培法(Amperometry,IT)或電化學阻抗頻譜法(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)等分析方法。
參閱圖9所示，為本發明檢測裝置10進行電化學檢測之電路示意圖，於量測待測物30的檢測資訊時，檢測裝置10之微控制器15此時會將輔助電極23與安培計14之間進行短路連接，接著根據所應用的電化學分析法，透過伏特計13與安培計14以量測待測物30之電位以及電流。
進一步說明，檢測裝置10能夠依據檢測指令而自動開始對待測物30進行電化學分析，而不需透過使用者在檢測裝置10或是在終端裝置，以手動控制檢測裝置10的方式開始進行電化學分析。藉此，能夠避免使用者在檢測晶片20注入待測物30後，忘記控制檢測裝置10開始進行電化學分析，導致待測物30液體在電極表面停留時間過久，而對電極造成汙染或是產生攻擊的現象發生，並能夠對待測物30中特定成分提供準確的電化學分析。
綜合上述，本發明檢測裝置10透過在固定的判定時間內監測檢測晶片20之電壓訊號11，並在電壓訊號11滿足檢測觸發條件時，自動開始對待測物30進行電化學分析，除了使檢測晶片20量測的背景條件一致外，亦能避免電極與待測物30接觸過久而受汙染或攻擊，藉此，保持檢測晶片20量測過程的穩定性，並降低量測誤差而達到確保量測準確性之功效。
此外，若判定時間內電壓訊號11未滿足檢測觸發條件，檢測裝置
10能夠依此判斷檢測晶片20為異常，並提醒使用者更換檢測晶片20，而避免因檢測晶片20失效而產生之檢測誤差。
以上所舉實施例僅用以說明本發明而已，非用以限制本發明之範圍。舉凡不違本發明精神所從事的種種修改或變化，俱屬本發明意欲保護之範疇。
10:檢測裝置
20:檢測晶片
24:檢測部
30:待測物
Claims (9)
- 一種電化學檢測之起始時間判斷方法，該方法包含以下步驟：一訊號擷取步驟，一檢測裝置在一判定時間內取得一檢測晶片之一電壓訊號，該檢測裝置擷取該檢測晶片之開路電位而取得該電壓訊號；一待測物注入步驟，將一待測物注入該檢測晶片之一檢測部；一判斷步驟，在該判定時間內監測該電壓訊號，當該電壓訊號滿足一檢測觸發條件時，該檢測裝置生成一檢測指令，其中，該檢測觸發條件包含：在一單位時間內該電壓訊號的變化小於20毫伏；以及一檢測起始步驟，該檢測裝置依據該檢測指令，對該待測物進行電化學檢測，以獲得該待測物之檢測資訊。
- 如請求項1所述之電化學檢測之起始時間判斷方法，其中，於該訊號擷取步驟中，該檢測裝置每間隔0.1秒擷取該檢測晶片之開路電位。
- 如請求項1所述之電化學檢測之起始時間判斷方法，其中，該檢測觸發條件更包含：在該單位時間內該電壓訊號介於一預設電位區間。
- 如請求項3所述之電化學檢測之起始時間判斷方法，其中，該單位時間為1秒。
- 如請求項3所述之電化學檢測之起始時間判斷方法，其中，該預設電位區間為-100毫伏至300毫伏，並用以測量該待測物之咖啡因及綠原酸的濃度。
- 如請求項1所述之電化學檢測之起始時間判斷方法，其中，該判定時間自該檢測晶片與該檢測裝置電性連接後而開始起算。
- 如請求項6所述之電化學檢測之起始時間判斷方法，其中，該判 定時間為180秒。
- 如請求項1所述之電化學檢測之起始時間判斷方法，其中，該檢測部可注入之該待測物的體積為0.1毫升至1毫升。
- 如請求項1所述之電化學檢測之起始時間判斷方法，其中，於該判斷步驟中，當該電壓訊號在該判定時間內未滿足該檢測觸發條件時，該檢測裝置判斷該檢測晶片為異常，並生成一提醒訊號。
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| TW201333188A (zh) * | 2011-09-25 | 2013-08-16 | Theranos Inc | 用於多重分析的系統和方法 |
| TW201510522A (zh) * | 2013-04-30 | 2015-03-16 | Lifescan Scotland Ltd | 分析儀數位試樣偵測 |
-
2021
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Patent Citations (3)
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