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JP5362891B2 - Electrochemical sensor, electrochemical detection device, and electrochemical detection method - Google Patents

Electrochemical sensor, electrochemical detection device, and electrochemical detection method Download PDF

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JP5362891B2 JP2012183799A JP2012183799A JP5362891B2 JP 5362891 B2 JP5362891 B2 JP 5362891B2 JP 2012183799 A JP2012183799 A JP 2012183799A JP 2012183799 A JP2012183799 A JP 2012183799A JP 5362891 B2 JP5362891 B2 JP 5362891B2
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrochemical sensor and an electrochemical detection device and method for detecting inclusion of a detection object while maintaining conventional detection sensitivity, and especially for detecting a chemically unstable reaction intermediate. <P>SOLUTION: An electrochemical detection device 21 includes: an electrochemical sensor 11 configured such that an electrode 11A for electrochemical sensor for working electrode formed obtained by forming a conductive film on the surface of a filtering film whose hole path is cylindrical, straight in shape, and uniform in hole diameter, and an electrode 11B for electrochemical sensor for counter electrode obtained by forming a conductive film on the surface of the filtering film whose hole path is cylindrical, straight in shape, and is uniform in hole diameter are overlapped so as not to be short-circuited; potential control means 22 that fixes a potential difference between the working electrode and the counter electrode constant; and current measurement means 23 that measures the change of a current value due to oxidation or reduction of a detection object in the electrode for electrochemical sensor. <P>COPYRIGHT: (C)2013,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、電気化学センサー、電気化学的検出装置及び電気化学的検出方法に関し、特に、表面が平滑で、孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜の表面に導電膜を形成した電極を用いることで溶液中の検出対象物を電気化学的に簡便かつ正確に検出することができる装置及び方法に関する。   The present invention relates to an electrochemical sensor, an electrochemical detection device, and an electrochemical detection method, and in particular, a conductive film is formed on the surface of a filtration membrane having a smooth surface, a cylindrical and straight pore path, and a uniform pore diameter. The present invention relates to an apparatus and method that can detect a detection target in a solution electrochemically simply and accurately by using a formed electrode.

電極を多重化した分析手法は、電極反応生成物や反応中間体の検出、さらには反応速度に関する情報を得るための有用な手段である。例えば、回転リング・ディスク電極法では、電極を回転させることで電解液の対流を引き起こし、ディスク電極での反応生成物はただちにリング電極に輸送され、リングとディスクの電位をそれぞれ独立して設定することによって、ディスク電極での生成物をリング電極で検出することができる(非特許文献1)。   An analysis method in which electrodes are multiplexed is a useful means for detecting electrode reaction products and reaction intermediates and for obtaining information on reaction rate. For example, in the rotating ring disk electrode method, convection of the electrolyte is caused by rotating the electrode, and the reaction product at the disk electrode is immediately transported to the ring electrode, and the potentials of the ring and disk are set independently. Thus, the product at the disk electrode can be detected by the ring electrode (Non-patent Document 1).

一方、チャンネルフロー二重電極は、フローセルにチャンネルを設けて電解液を流し、下流に複数の電極(作用極と対極)が配置された構造となっており、作用極での反応生成物や反応中間体を対極で検出するというものである(非特許文献2)。   On the other hand, a channel flow double electrode has a structure in which a channel is provided in a flow cell and an electrolyte is flowed, and a plurality of electrodes (working electrode and counter electrode) are arranged downstream, and reaction products and reactions at the working electrode. An intermediate is detected at the counter electrode (Non-patent Document 2).

これらいずれの手法においても、電解セルを満たすだけの試料溶液が必要であり、また反応物質を検出する感度は、電極の表面積の他に、前者においては電極の回転速度の1/2乗(非特許文献3)、後者ではセル内での電解液のみかけの流速の1/3乗(非特許文献4)に依存する。   In any of these methods, a sample solution sufficient to fill the electrolytic cell is required. In addition to the electrode surface area, the sensitivity of detecting the reactants is ½ of the electrode rotation speed (non- Patent Document 3) and the latter depend on the apparent power of 1/3 of the electrolyte in the cell (Non-Patent Document 4).

A. Frumkin, L. Nekrasov, B. Levich, Ju. Ivanov, “Die anwendung der rotierenden scheibenelektrode mit einem ringe zur untersuchung von zwischenprodukten elektrochemischer reaktionen”, Journal of Electroanalytical Chemistry, 1, August 1959, Vol.1, p84−90A. Frumkin, L.M. Nekrasov, B.A. Levich, Ju. Ivanov, “Die and Wender Rotierenden Scheibenelektrode mit elenem ringe zur und er en ren er ench er ench er ench er en er, 1, p84-90 Heinz Gerischer, Ingeborg Mattes, Rainer Brau, “Elektrolyse im str▲o▼mungskanal Ein verfahren zur untersuchung von reaktions und zwischenprodukten”, Journal of Electroanalytical Chemistry, 5−6, November−December 1965, Vol.10, p553−567(▲o▼はoウムラウトを表す。)Heinz Gerischer, Ingeborg Mattes, Rainer Brau, "Elektrolyse im str ▲ o ▼ mungskanal Ein verfahren zur untersuchung von reaktions und zwischenprodukten", Journal of Electroanalytical Chemistry, 5-6, November-December 1965, Vol. 10, p553-567 (o represents oumlaut) 藤嶋昭ほか,「電気化学測定法(下)」,技報堂出版,1984年,p.247−269Akira Fujishima et al., “Electrochemical measurement method (bottom)”, Gihodo Shuppan, 1984, p. 247-269 Noriaki Wakabayashi, Masayuki Takeichi, Masayuki Itagaki, Hiroyuki Uchida, Masahiro Watanabe, “Temperature−dependence of oxygen reduction activity at a platinum electrode in an acidic electrolyte solution investigated with a channel flow double electrode”, Journal of Electroanalytical Chemistry, 2, 1 January 2005, Vol.574, p339−346Noriaki Wakabayashi, Masayuki Takeichi, Masayuki Itagaki, Hiroyuki Uchida, Masahiro Watanabe, "Temperature-dependence of oxygen reduction activity at a platinum electrode in an acidic electrolyte solution investigated with a channel flow double electrode", Journal of Electroanalytical Chemistry, 2, 1 January 2005, Vol. 574, p339-346

また、化学的に不安定な反応中間体を検出するためには、作用極と対極の距離を小さくする必要があるが、検出感度を維持しつつ、すなわち電極の表面積の大きさを保ったまま高機能化を行うには構造的に限界があった。   In addition, in order to detect chemically unstable reaction intermediates, it is necessary to reduce the distance between the working electrode and the counter electrode. However, while maintaining the detection sensitivity, that is, while maintaining the surface area of the electrode. There were structural limitations in achieving high functionality.

そこで、本発明においては、従来の検出感度を維持しつつ、検出対象物の検出を簡便、かつ正確に行うことができる電気化学的検出装置及び方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrochemical detection apparatus and method that can easily and accurately detect a detection target while maintaining conventional detection sensitivity.

本発明の電気化学センサー用電極は、孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜であって、ろ過膜の表面に、導電膜を形成したことを特徴とするものである。   The electrode for an electrochemical sensor of the present invention is a filtration membrane having a cylindrical and straight pore path and a uniform pore diameter, and is characterized in that a conductive film is formed on the surface of the filtration membrane.

また、本発明の電気化学センサーは、孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜であって、表面に導電膜を形成した対極用の電気化学センサー用電極と、孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜であって、表面に導電膜を形成した作用極用の電気化学センサー用電極と、を有し、これらの電気化学センサー用電極を短絡しないように重ねたことを特徴とするものである。   The electrochemical sensor of the present invention is a filtration membrane having a cylindrical and straight pore path and a uniform pore diameter, the electrode for an electrochemical sensor for a counter electrode having a conductive film formed on the surface, and the pore path is a cylinder. The electrode is for a working electrode having a uniform pore size and a uniform pore size, and has a conductive film formed on the surface thereof, so as not to short-circuit these electrodes for electrochemical sensor It is characterized by being superimposed on.

さらに、本発明の電気化学的検出装置は、孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜の表面に導電膜を形成した作用極となる電気化学センサー用電極と、孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜の表面に導電膜を形成した対極となる電気化学センサー用電極と、を有し、作用極及び対極となる電気化学センサー用電極を短絡しないように重ねてなる電気化学センサーと、作用極及び対極間の電位差を一定にする電位制御手段と、電気化学センサー用電極において、検出対象物の酸化又は還元による電流値の変化を測定する電流測定手段と、を有することを特徴とするものである。   Furthermore, the electrochemical detection device of the present invention includes an electrode for an electrochemical sensor serving as a working electrode in which a pore is cylindrical and straight and a conductive film is formed on the surface of a filtration membrane having a uniform pore diameter, and the pore is cylindrical. Electrochemical sensor electrode that is a counter electrode with a conductive film formed on the surface of a filtration membrane that is shaped and straight and has a uniform pore size, so that the electrochemical sensor electrode that is the working electrode and the counter electrode is not short-circuited An electrochemical sensor superimposed on the electrode, a potential control means for making the potential difference between the working electrode and the counter electrode constant, and a current measuring means for measuring a change in a current value due to oxidation or reduction of a detection target in the electrochemical sensor electrode It is characterized by having.

また、本発明の電気化学的検出方法は、ストリッピング・ボルタンメトリーを用いる電気化学的検出方法において、孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜の表面に導電膜を形成した作用極となる電気化学センサー用電極と、孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜の表面に導電膜を形成した対極となる電気化学センサー用電極と、を有し、作用極及び対極となる電気化学センサー用電極を短絡しないように重ねてなる電気化学センサーに、検出対象溶液を通水しながら、作用極及び対極間の電位差を一定にし、電気化学センサー用電極において、検出対象物の酸化又は還元による電流値の変化を測定することを特徴とするものである。   Further, the electrochemical detection method of the present invention is an electrochemical detection method using stripping voltammetry, in which the pore path is cylindrical and straight, and a conductive film is formed on the surface of the filtration membrane having a uniform pore diameter. An electrode for an electrochemical sensor, and an electrode for an electrochemical sensor serving as a counter electrode in which a conductive film is formed on the surface of a filtration membrane having a cylindrical pore shape and a uniform pore diameter. In addition, the electrochemical sensor electrode, which is the counter electrode, is overlapped so as not to short-circuit, and the potential difference between the working electrode and the counter electrode is made constant while water is passed through the solution to be detected. A change in current value due to oxidation or reduction of an object is measured.

本発明の電気化学センサー用電極は、その電極となる導電膜が、フィルターの細孔内部まで導電膜でコーティングされているため電極としての表面積が大きく、さらに測定に用いる際に、フィルター細孔への電解液の強制流によって反応物質の電極表面への輸送を促すことができる。   The electrode for an electrochemical sensor of the present invention has a large surface area as an electrode because the conductive film serving as the electrode is coated with the conductive film up to the inside of the filter pores. The forced flow of the electrolyte can facilitate the transport of the reactant to the electrode surface.

そして、このような電気化学センサー用電極を用いた電気化学センサー及び電気化学的検出装置は、反応物質の電極表面への輸送が促される結果、検出漏れを抑制しながら測定を行うことができるため優れた反応効率を示し、高感度に検出対象物質を検出することができる。   And since the electrochemical sensor and electrochemical detection apparatus using such an electrode for electrochemical sensors can carry out a measurement while suppressing detection omission as a result of the transportation of the reactant to the electrode surface being promoted It exhibits excellent reaction efficiency and can detect a detection target substance with high sensitivity.

電気化学センサー用電極の構成を示した概略断面図Schematic sectional view showing the structure of the electrode for electrochemical sensors 本発明の一実施形態における電気化学的検出装置の概略構成図1 is a schematic configuration diagram of an electrochemical detection device according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態における電気化学的検出装置の概略構成図The schematic block diagram of the electrochemical detection apparatus in other embodiment of this invention 実施例1における電解溶液の濃度と電流値との関係を示した図The figure which showed the relationship between the density | concentration of the electrolyte solution in Example 1, and an electric current value 実施例3における第1の作用極についての電流−電位曲線を示した図The figure which showed the electric current-potential curve about the 1st working electrode in Example 3. 実施例3における電流の時間変化曲線を示した図The figure which showed the time change curve of the electric current in Example 3. FIG.

以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の電気化学的検出装置及び方法は、その電気化学センサーに特徴があるものであって、特に、そのセンサーには新規な電気化学センサー用電極を用いることにより、検出対象物を簡便、かつ正確に検出することができるものである。   The electrochemical detection apparatus and method of the present invention are characterized by the electrochemical sensor, and in particular, the detection object can be easily and easily used by using a novel electrode for an electrochemical sensor for the sensor. It can be accurately detected.

まず、本発明の電気化学センサー用電極について説明する。この電気化学センサー用電極は、例えば、図1に示したような構造を有するものであり、図1は電気化学センサー用電極の構成を示した概略断面図である。   First, the electrode for an electrochemical sensor of the present invention will be described. This electrode for electrochemical sensors has, for example, the structure as shown in FIG. 1, and FIG. 1 is a schematic sectional view showing the configuration of the electrode for electrochemical sensors.

すなわち、この電気化学センサー用電極1は、基材となっている孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜2の表面に、導電膜3を形成して構成されたものである。   That is, the electrode 1 for an electrochemical sensor is configured by forming a conductive film 3 on the surface of a filtration membrane 2 having a cylindrical pore and a straight hole and having a uniform pore diameter. is there.

本発明に用いるろ過膜2は、その形成された孔に特徴を有するものであり、その孔構造について、孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するという物理的な特徴を有している。   The filtration membrane 2 used in the present invention is characterized by the formed pores, and has a physical feature that the pore structure is cylindrical and straight and has a uniform pore diameter. Yes.

このろ過膜2は、例えば、ポリカーボネートやポリエステル等のポリマー製のフィルムに、高エネルギーの重イオンでトラッキング(軌跡付け)するプロセスと、円筒状の孔構造を作るエッチングのプロセスによるトラックエッチングにより製造することができる。   The filtration membrane 2 is manufactured, for example, by track etching using a process of tracking (tracing) high-energy heavy ions on a polymer film such as polycarbonate or polyester and an etching process for creating a cylindrical pore structure. be able to.

トラッキングプロセスでは、ポリマーフィルムにアクセラレーターで加速した高エネルギーの重イオンを貫通させ、トラック(軌跡)を形成させ、このとき、重イオンの数量とフィルムの巻き取りスピードにより単位面積当たりのトラック数(孔密度)をコントロールする。次いで、エッチングプロセスでは、トラックしたフィルムをエッチング液へ浸漬し、トラック部分を優先的に溶解し孔を形成させ、このとき、エッチング条件により孔径をコントロールする。このときろ過膜の孔径は均一なものとして得られ、その孔道はフィルムの厚さ方向(フィルムの表面に対して垂直又は略垂直)に形成される。   In the tracking process, high-energy heavy ions accelerated by an accelerator are penetrated through the polymer film to form tracks (tracks). At this time, the number of tracks per unit area (number of heavy ions and film winding speed ( (Pore density) is controlled. Next, in the etching process, the tracked film is immersed in an etching solution, and the track portion is preferentially dissolved to form holes. At this time, the hole diameter is controlled by the etching conditions. At this time, the pore diameter of the filtration membrane is obtained as uniform, and the pore path is formed in the thickness direction of the film (perpendicular or substantially perpendicular to the film surface).

そして、この孔道について、従来良く用いられているろ過膜と比較して説明すると、例えば、両ろ過膜とも公称孔径が1μmである場合でも、従来のろ過膜の孔径分布が0.1〜10μmに広がっているのに対し、本発明のろ過膜のように、孔道が円筒状かつ真直であり、均一な特徴を有するものは孔径分布が0.8〜1μm(−20%〜+0%)と非常にシャープなものとなる。   And this pore path will be described in comparison with a conventionally used filtration membrane. For example, even when both filtration membranes have a nominal pore size of 1 μm, the pore size distribution of the conventional filtration membrane is 0.1 to 10 μm. In contrast to the filter membrane of the present invention, the pores are cylindrical and straight, and those having uniform characteristics have a pore size distribution of 0.8 to 1 μm (−20% to + 0%). It will be sharp.

また、本発明で用いるろ過膜2と従来のろ過膜の開孔率を比較すると、従来のろ過膜の開孔率が50%以上、あるいは70〜90%に対し、本発明のろ過膜の開孔率が15%未満と小さい。   Moreover, when comparing the aperture ratio between the filtration membrane 2 used in the present invention and the conventional filtration membrane, the aperture ratio of the conventional filtration membrane is 50% or more, or 70 to 90%. Porosity is as small as less than 15%.

本発明で用いるろ過膜2としては、その厚みが6〜11μm、開孔率が15%未満、孔密度が1×10〜6×10個/cmであり、孔径が0.015〜12.0μmのものが知られ、これらを適宜用いることができ、その目的に応じて使用することが好ましい。 The filtration membrane 2 used in the present invention has a thickness of 6 to 11 μm, a porosity of less than 15%, a pore density of 1 × 10 5 to 6 × 10 8 pieces / cm 2 , and a pore diameter of 0.015 to Those having a size of 12.0 μm are known, and these can be used as appropriate, and are preferably used according to the purpose.

また、このろ過膜2は、上記したようにポリマー製のフィルムとして形成されるようにその表面が平滑度、すなわち表面粗さRa=1μm以下であることが好ましい。なお、ここでのRaは、算術平均高さを示すものであり、JIS B 0601−2001に準拠するものである。   The filtration membrane 2 preferably has a smooth surface, that is, a surface roughness Ra = 1 μm or less so that it is formed as a polymer film as described above. In addition, Ra here shows arithmetic mean height and is based on JISB0601-2001.

このろ過膜2の表面に、導電膜3を形成して電気化学センサー用電極とするが、このとき導電膜3は、白金、金等の金属膜や、グラファイトカーボン、ボロンドープダイヤモンド等の膜、ポリアニリン、ポリチオフェン等の導電性ポリマーによる高分子膜を形成するようすればよい。   A conductive film 3 is formed on the surface of the filtration membrane 2 to form an electrode for an electrochemical sensor. At this time, the conductive film 3 is made of a metal film such as platinum or gold, a film such as graphite carbon or boron-doped diamond, A polymer film made of a conductive polymer such as polyaniline or polythiophene may be formed.

このような導電膜3をろ過膜2上に形成するには、金属膜であれば、スパッタリング、気相合成法等、高分子膜であれば、化学修飾等により形成することができる。   In order to form such a conductive film 3 on the filtration film 2, a metal film can be formed by sputtering, a vapor phase synthesis method or the like, and a polymer film can be formed by chemical modification or the like.

また、この電気化学センサー用電極における、ろ過膜の厚さは1〜500μmであることが好ましく、1〜100μmであることが特に好ましい。また、導電膜の厚さは0.001〜0.5μmであることが好ましいが、安定的に導電性を保つことができれば特に限定されるものではない。   In addition, the thickness of the filtration membrane in this electrochemical sensor electrode is preferably 1 to 500 μm, and particularly preferably 1 to 100 μm. The thickness of the conductive film is preferably 0.001 to 0.5 μm, but is not particularly limited as long as the conductivity can be stably maintained.

また、このろ過膜は、その構造が検出対象物を検出できるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、通常の平膜状であってもよいし、ろ過面積を稼ぐためにプリーツ状に加工したフィルターカートリッジとしてもよいが、平膜状であることが好ましい。   Further, the filtration membrane is not particularly limited as long as its structure can detect the detection target. For example, the filtration membrane may be a normal flat membrane shape, or a pleated shape for increasing the filtration area. The filter cartridge may be processed into a flat film, but is preferably a flat membrane.

次に、この電気化学センサー用電極を用いた電気化学センサー、その電気化学センサーを用いた電気化学的検出装置及び検出方法について説明する。   Next, an electrochemical sensor using the electrochemical sensor electrode, an electrochemical detection apparatus and a detection method using the electrochemical sensor will be described.

本発明の電気化学センサーは、孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜の表面に導電膜を形成した作用極となる電気化学センサー用電極と、孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜の表面に導電膜を形成した対極となる電気化学センサー用電極と、を有し、これらの電気化学センサー用電極を短絡しないように重ねてなるものである。   The electrochemical sensor of the present invention has an electrode for an electrochemical sensor that is a working electrode in which a pore is cylindrical and straight and a conductive film is formed on the surface of a filtration membrane having a uniform pore diameter, and the pore is cylindrical and straight. There is an electrode for an electrochemical sensor as a counter electrode in which a conductive film is formed on the surface of a filtration membrane having a uniform pore diameter, and these electrochemical sensor electrodes are stacked so as not to be short-circuited.

すなわち、この電気化学センサーは、本発明の電気化学センサー用電極を複数枚重ねて構成されるものであり、その際に電極が短絡しないようにしたものである。例えば、図2及び3には、電気化学的検出装置の概略構成図を示しているが、電気化学センサーはそのうち、図2における11、図3における12で表されるものである。   That is, this electrochemical sensor is constituted by stacking a plurality of electrodes for electrochemical sensors of the present invention, and the electrodes are not short-circuited at that time. For example, FIGS. 2 and 3 show schematic configuration diagrams of the electrochemical detection apparatus. Among them, the electrochemical sensor is represented by 11 in FIG. 2 and 12 in FIG.

例えば、図2に示した電気化学センサー11は、作用極となる電気化学センサー用電極11Aと、対極となる電気化学センサー用電極11Bと、から構成されるものである。   For example, the electrochemical sensor 11 shown in FIG. 2 includes an electrochemical sensor electrode 11A serving as a working electrode and an electrochemical sensor electrode 11B serving as a counter electrode.

このとき、電気化学センサー用電極11Aと11Bは、互いの電極が短絡しないように、上から電気化学センサー用電極11Aを上向き(導電膜が検出対象溶液供給部25側)に、電気化学センサー用電極11Bを下向き(導電膜が吸引部26側)にして重ねることが好ましい。その他にも電極の孔道を塞ぐことなく、電極同士が短絡しないようにするものであれば特に限定されずに適用することができ、例えば、電気化学センサー用電極11Aと11Bの間に孔の空いた絶縁膜などをスペーサーとして挿入する方法等が挙げられる。   At this time, the electrodes 11A and 11B for the electrochemical sensor are for the electrochemical sensor so that the electrode 11A for the electrochemical sensor faces upward (the conductive film is on the detection target solution supply unit 25 side) so that the electrodes do not short-circuit each other. It is preferable to overlap the electrodes 11B facing downward (the conductive film is on the suction part 26 side). In addition, any electrode can be applied without particular limitation as long as the electrodes are not short-circuited without blocking the hole paths of the electrodes. For example, there is a gap between the electrodes 11A and 11B for electrochemical sensors. And a method of inserting an insulating film or the like as a spacer.

そして、図3に示した電気化学センサー12は、第1の作用極となる電気化学センサー用電極12Aと、第2の作用極となる電気化学センサー用電極12Bと、対極となる電気化学センサー用電極12Cと、から構成されるものである。   The electrochemical sensor 12 shown in FIG. 3 has an electrochemical sensor electrode 12A as a first working electrode, an electrochemical sensor electrode 12B as a second working electrode, and an electrochemical sensor electrode as a counter electrode. And electrode 12C.

このとき、電気化学センサー用電極12A、12B及び12Cは、互いの電極が短絡しないように、上から電気化学センサー用電極12Aを上向き(導電膜が検出対象溶液供給部35側)に、電気化学センサー用電極12Bを上向き(導電膜が検出対象溶液供給部35側)に、電気化学センサー用電極12Cを下向き(導電膜が吸引部36側)に、して重ね、さらに、電気化学センサー12Aと12Bとの間にスペーサー12Dを挟んで重ねるようにすることで、短絡を防止するようにしている。このスペーサー12Dとしては、本発明の電気化学センサー用電極で基材として用いるろ過膜を用いることが好ましい。   At this time, the electrochemical sensor electrodes 12A, 12B, and 12C are electrochemically placed so that the electrochemical sensor electrode 12A faces upward from above (the conductive film is on the detection target solution supply unit 35 side) so that the electrodes are not short-circuited. The sensor electrode 12B is directed upward (the conductive film is on the detection target solution supply unit 35 side) and the electrochemical sensor electrode 12C is directed downward (the conductive film is on the suction unit 36 side), and further overlapped with the electrochemical sensor 12A. A short circuit is prevented by overlapping the spacer 12D with the spacer 12D. As this spacer 12D, it is preferable to use the filtration membrane used as a base material in the electrode for an electrochemical sensor of the present invention.

次に、本発明の電気化学的検出装置及び方法について説明する。   Next, the electrochemical detection apparatus and method of the present invention will be described.

本発明の電気化学的検出装置は、上記したように、例えば、図2及び図3に示した構成のものが挙げられる。   As described above, the electrochemical detection device of the present invention includes, for example, the configuration shown in FIGS.

まず、図2に示した電気化学的検出装置21について説明する。この電気化学的検出装置21は、電気化学センサー11と、電位制御手段22と、電流測定手段23と、参照電極24と、検出対象溶液供給部25と、吸引部26と、から構成されるものである。   First, the electrochemical detection device 21 shown in FIG. 2 will be described. The electrochemical detection device 21 includes an electrochemical sensor 11, a potential control unit 22, a current measurement unit 23, a reference electrode 24, a detection target solution supply unit 25, and a suction unit 26. It is.

電気化学センサー11は、上記説明したとおりのものである。そして、この電気化学センサー11は、11A及び11Bの各電極が電位制御手段22に接続されている。電位制御手段22は、このように接続した電極に電位を与えるものであり、さらにこの電位差を一定にする機能を有するものであり、例えば、ポテンショスタットが挙げられる。ポテンショスタットには、ファンクションジェネレーターを用いるようにしてもよい。また、このようにポテンショスタットからなるような電位制御手段22には、電流測定手段23が接続され、作用極上における検出対象物の酸化又は還元による電流値の変化を測定し、記録することができるようになっている。また、電位制御手段22には参照極24が接続され、参照極24は、作用極の電位を決定する際の基準となる電極として働き、飽和カロメル(水銀)電極や銀電極等が用いられる。   The electrochemical sensor 11 is as described above. In the electrochemical sensor 11, the electrodes 11 </ b> A and 11 </ b> B are connected to the potential control means 22. The potential control means 22 applies a potential to the electrodes connected in this way, and further has a function of making this potential difference constant. For example, a potentiostat can be mentioned. A function generator may be used for the potentiostat. Further, the current measuring means 23 is connected to the potential control means 22 composed of a potentiostat in this way, and the change in the current value due to the oxidation or reduction of the detection object on the working electrode can be measured and recorded. It is like that. A reference electrode 24 is connected to the potential control means 22, and the reference electrode 24 serves as an electrode serving as a reference when determining the potential of the working electrode, and a saturated calomel (mercury) electrode, a silver electrode, or the like is used.

そして、この電気化学的検出装置21は、検出対象溶液を電気化学センサー11に供給しながら電気化学センサー11を通過させることができるように、作用極側に検出対象溶液供給部25が、対極側に吸引部26が電気化学センサー11を挟むようにして設けられている。   The electrochemical detection device 21 includes a detection target solution supply unit 25 on the working electrode side and a counter electrode side so that the electrochemical sensor 11 can be passed while supplying the detection target solution to the electrochemical sensor 11. The suction part 26 is provided so as to sandwich the electrochemical sensor 11.

この電気化学的検出装置21を用いた電気化学的検出方法は、電気化学センサー11に検出対象溶液を通水しながら、作用極となる電気化学センサー用電極11A及び対極となる電気化学センサー用電極11B間に電位制御手段22により所定の電圧を印加し、電位差を設けるようにする。このとき、参照電極24の電位を参照しながら所定の電位に設定するようにする。   In the electrochemical detection method using the electrochemical detection device 21, the electrochemical sensor electrode 11A serving as a working electrode and the electrochemical sensor electrode serving as a counter electrode while passing a detection target solution through the electrochemical sensor 11 are used. A predetermined voltage is applied between 11B by the potential control means 22 so as to provide a potential difference. At this time, a predetermined potential is set while referring to the potential of the reference electrode 24.

このように所定の電位が設けられた状態で、検出対象物を含む検出対象溶液においては、検出対象物が、作用極となる電気化学センサー用電極11Aの導電膜の表面や孔道の側面に接近して電子の授受を行うことで酸化又は還元反応が起こり、そのときの電流値の変化を測定して検出対象物の有無の判断や存在量の算出等を行うことができるものである。そして、この作用極となる電気化学センサー用電極11Aは電気化学センサー用電極1で構成されており、その基材となっているろ過膜2の表面が平滑で孔道が円筒状かつ真直であり、孔径が均一であるという特徴を有しているため、検出対象溶液中の検出対象物がそのろ過膜の孔道に強制的に流されるようになり、簡便かつ正確に検出操作を行うことができるものである。   In the detection target solution including the detection target in a state where the predetermined potential is provided as described above, the detection target approaches the surface of the conductive film of the electrochemical sensor electrode 11A serving as the working electrode or the side surface of the hole. Then, the exchange of electrons causes an oxidation or reduction reaction, and the change in the current value at that time can be measured to determine the presence or absence of the detection target, calculate the abundance, and the like. The electrode 11A for an electrochemical sensor serving as the working electrode is composed of the electrode 1 for an electrochemical sensor, the surface of the filtration membrane 2 serving as the base material is smooth, and the pore path is cylindrical and straight. Since the pore diameter is uniform, the detection target in the detection target solution is forced to flow through the pores of the filtration membrane, and the detection operation can be performed easily and accurately. It is.

また、その表面に形成された導電膜3は、ろ過膜2の表面に加え、その孔道4の側面にも導電膜3が形成されるものと考えられる(図1参照)。このことも、作用極となる電気化学センサー用電極11Aを用いてろ過操作を行った場合に、検出対象物は孔道4を通過する際に、ろ過膜の表面又は孔道の側面に形成された導電膜3に必ず接近することとなるため効果的に検出対象物の有無を検出することができると考えられる。   Moreover, it is thought that the electrically conductive film 3 formed in the surface forms the electrically conductive film 3 also in the side surface of the hole path 4 in addition to the surface of the filtration membrane 2 (refer FIG. 1). This is also the case where when the filtration operation is performed using the electrochemical sensor electrode 11A serving as the working electrode, when the detection object passes through the perforation 4, the conductive film formed on the surface of the permeation membrane or on the side of the perforation. It is considered that the presence / absence of the detection target can be effectively detected because the film 3 always approaches the film 3.

また、このように微小な孔道を通過させるようにして検出を行うため、溶液中の検出対象物の電極表面までの拡散距離が小さくなり、効果的に酸化還元反応が進行することから、特にストリッピング・ボルタンメトリーにおいて、従来法よりも前電解に要する時間を抑制して迅速に検出結果を得ることができる。   In addition, since detection is performed by passing through such minute holes, the diffusion distance of the detection target in the solution to the electrode surface is reduced, and the oxidation-reduction reaction proceeds effectively. In ripping voltammetry, the time required for pre-electrolysis can be suppressed as compared with the conventional method, and the detection result can be obtained quickly.

なお、ここで、検出対象物は、電気化学的測定であるストリッピング・ボルタンメトリーにより測定することが可能な電気活物質であって、酸化還元反応によって電極表面に析出するものであればよく、例えば、金属イオン等が挙げられる。   Here, the detection target is an electroactive material that can be measured by stripping voltammetry, which is electrochemical measurement, and may be any material that is deposited on the electrode surface by an oxidation-reduction reaction. And metal ions.

また、検出対象溶液の溶媒も電気化学的測定であるストリッピング・ボルタンメトリーにより測定することが可能なものであればよく、通常は電解質を用いるものであり、例えば、塩化カリウム水溶液等が挙げられる。   Moreover, the solvent of the solution to be detected may be any solvent as long as it can be measured by stripping voltammetry, which is electrochemical measurement. Usually, an electrolyte is used, and examples thereof include an aqueous potassium chloride solution.

検出操作を行う際にかける作用極と対極の電位差は検出対象物により固有のものであるため、それに合わせて調整する必要がある。すなわち、検出対象物は作用極上での酸化又は還元反応が生じるが、それ以外の物質は含まれていても検出されること無く、検出対象物を正確に測定することができるものである。   Since the potential difference between the working electrode and the counter electrode applied when performing the detection operation is specific to the object to be detected, it is necessary to adjust it accordingly. That is, the detection target object undergoes oxidation or reduction reaction on the working electrode, but even if other substances are included, the detection target object can be accurately measured without being detected.

次に、図3に示した電気化学的検出装置31について説明する。この電気化学的検出装置31は、電気化学センサー12と、電位制御手段32と、電流測定手段33と、参照電極34と、検出対象溶液供給部35と、吸引部36と、から構成されるものである。   Next, the electrochemical detection device 31 shown in FIG. 3 will be described. The electrochemical detection device 31 includes an electrochemical sensor 12, a potential control unit 32, a current measurement unit 33, a reference electrode 34, a detection target solution supply unit 35, and a suction unit 36. It is.

電気化学センサー12は、上記説明したとおりのものである。そして、この電気化学センサー12は、12A、12B及び12Cの各電極が電位制御手段32に接続されている。電位制御手段32は、このように接続した電極に電位を与えるものであり、さらにこの電位差を一定にする機能を有するものであり、例えば、バイポテンスタットが挙げられる。バイポテンショスタットには、ファンクションジェネレーターを用いるようにしてもよい。また、このようにバイポテンショスタットからなるような電位制御手段32には、電流測定手段33が接続され、作用極上における検出対象物の酸化又は還元による電流値の変化を測定し、記録することができるようになっている。また、電位制御手段32には参照電極34が接続され、参照極34は、作用極の電位を決定する際の基準となる電極として働き、飽和カロメル(水銀)電極や銀電極等が用いられる。   The electrochemical sensor 12 is as described above. In the electrochemical sensor 12, the electrodes 12 </ b> A, 12 </ b> B, and 12 </ b> C are connected to the potential control means 32. The potential control means 32 applies a potential to the electrodes connected in this way, and further has a function of making this potential difference constant, and examples thereof include a bipotent stat. A function generator may be used for the bipotentiostat. Further, the current measuring means 33 is connected to the potential control means 32 composed of a bipotentiostat in this way, and the change in the current value due to the oxidation or reduction of the detection object on the working electrode can be measured and recorded. It can be done. A reference electrode 34 is connected to the potential control means 32, and the reference electrode 34 serves as a reference electrode when determining the potential of the working electrode, and a saturated calomel (mercury) electrode, a silver electrode, or the like is used.

そして、この電気化学的検出装置31は、検出対象溶液を電気化学センサー12に供給しながら電気化学センサー12を通過させることができるように、作用極側に検出対象溶液供給部35が、対極側に吸引部36が電気化学センサー12を挟むようにして設けられている。このとき、第1の作用極となる電気化学センサー用電極12Aと検出対象溶液供給部35との間に目詰まり等による電極劣化の防止のためカバー37、またはガードカラム等を設けてもよい。   The electrochemical detection device 31 includes a detection target solution supply unit 35 on the working electrode side and a counter electrode side so that the electrochemical sensor 12 can be passed while supplying the detection target solution to the electrochemical sensor 12. The suction part 36 is provided so as to sandwich the electrochemical sensor 12. At this time, a cover 37, a guard column, or the like may be provided between the electrochemical sensor electrode 12A serving as the first working electrode and the detection target solution supply unit 35 to prevent electrode deterioration due to clogging or the like.

この電気化学的検出装置31を用いた電気化学的検出方法は、電気化学センサー12に検出対象溶液を通水しながら、第1の作用極となる電気化学センサー用電極12A及び対極となる電気化学センサー用電極12C、第2の作用極12Bとなる電気化学センサー用電極及び対極となる電気化学センサー用電極12C間に電位制御手段32により所定の電位差を設けるようにする。このとき、参照電極34の電位を参照しながら所定の電位に設定するようにする。   In the electrochemical detection method using the electrochemical detection device 31, an electrochemical sensor electrode 12A serving as a first working electrode and an electrochemical serving as a counter electrode while passing a detection target solution through the electrochemical sensor 12. A predetermined potential difference is provided by the potential control means 32 between the sensor electrode 12C, the electrochemical sensor electrode 12C serving as the second working electrode 12B, and the electrochemical sensor electrode 12C serving as the counter electrode. At this time, a predetermined potential is set while referring to the potential of the reference electrode 34.

ここでも基本的には電気化学的検出装置21と同様の操作により検出操作を行うものであり、異なるのは作用極を2つ設けている点である。このように複数の作用極を設けることにより、異なる電位差を有する作用極を作ることができる。そして、異なる電位差の作用極を利用することで、同一溶液中の複数の検出対象物を一度の操作で検出することを可能とし、化学的に不安定である物質の検出・観察もすることができる。   Here, the detection operation is basically performed by the same operation as that of the electrochemical detection device 21, and the difference is that two working electrodes are provided. Thus, by providing a plurality of working electrodes, working electrodes having different potential differences can be produced. By using working electrodes with different potential differences, it is possible to detect a plurality of detection objects in the same solution with a single operation, and to detect and observe chemically unstable substances. it can.

また、従来の測定では検出速度の限界により、2段階の反応が極めて速い場合に確認できなかった中間体物質の存在を確認することを可能とすることもできる。これは、本発明で使用しているろ過膜が非常に薄いため、第1の作用極と第2の作用極との間隔を短くできるためであり、本発明の電気化学的検出装置は極めて優れたものである。   Further, in the conventional measurement, it is possible to confirm the presence of an intermediate substance that could not be confirmed when the two-step reaction is extremely fast due to the limit of the detection speed. This is because the filtration membrane used in the present invention is very thin, so that the distance between the first working electrode and the second working electrode can be shortened, and the electrochemical detection device of the present invention is extremely excellent. It is a thing.

以上で説明したように、本発明の電気化学センサー用電極は、数十ナノメートル〜マイクロメートルオーダーの均一な円筒型直孔を持ち、表面が平滑で、かつ厚さが数ミクロン〜十ミクロン前後と極めて薄いという特徴を持つものであり、これを複数枚重ねてモジュール化して電気化学センサーとし、これを用いて検出対象物を測定することで従来の構造的限界を超えた新しい電気化学的検出装置及び方法を提供することができる。   As described above, the electrode for an electrochemical sensor of the present invention has a uniform cylindrical straight hole of the order of several tens of nanometers to micrometers, has a smooth surface, and has a thickness of several microns to about 10 microns. It is characterized by being extremely thin, and it is a new electrochemical detection that exceeds the conventional structural limit by measuring multiple objects by using multiple layers to form an electrochemical sensor and measuring the object to be detected. Apparatus and methods can be provided.

そして、作用極となる電気化学センサー用電極を複数枚重ねて用い、それぞれ独立して電位を設定することによって、極めて高い検出感度を有する多重電極が実現する。この電極の間に必要に応じて適当なスペーサーを挿入し、さらに電解液の流速をコントロールして、作用極から対極への反応物質の輸送時間を制御しながら電気活物質を検出する。   A plurality of electrodes for electrochemical sensors serving as working electrodes are used in an overlapping manner, and a potential is set independently, thereby realizing a multiple electrode having extremely high detection sensitivity. An appropriate spacer is inserted between the electrodes as required, and the electroactive material is detected while controlling the flow rate of the electrolyte from the working electrode to the counter electrode.

平膜型マイクロチャンネル白金電極は、ろ過膜の細孔内部まで白金でコーティングされているため電極としての表面積が大きく、さらにろ過膜細孔への電解液の強制流によって反応物質の電極表面への輸送が促されるため優れた反応効率を示し、高感度に電気活物質を検出することができる。またこの電極は極めて薄いという特長を持つことから、複数枚重ねて作製した多重電極では、作用極で生成した物質が瞬時に対極に到達することができる(数マイクロ秒〜数十マイクロ秒)。従って、優れた感度を維持しつつ高機能化を図ることが容易となる。   The flat membrane type microchannel platinum electrode has a large surface area as the electrode because it is coated with platinum to the inside of the pores of the filtration membrane. Furthermore, the forced flow of the electrolyte to the pores of the filtration membrane causes the reactants to flow onto the electrode surface. Since the transport is promoted, the reaction efficiency is excellent, and the electroactive material can be detected with high sensitivity. In addition, since this electrode has a feature that it is extremely thin, in a multiple electrode produced by stacking a plurality of electrodes, a substance generated at the working electrode can instantaneously reach the counter electrode (several microseconds to several tens of microseconds). Therefore, it becomes easy to achieve high functionality while maintaining excellent sensitivity.

次に、本発明の実施例について説明する。   Next, examples of the present invention will be described.

(実施例1)電気化学センサーの検出感度の確認
孔径が0.4μm、1.0μm、3.0μm及び5.0μmと異なる、直径47mmのニュークリポアメンブレンフィルター(ワットマン社製)4種類それぞれの表面に、オートファインコータ(日本電子株式会社製、商品名:JFC−1600)を用いて、スパッタリング電流40mAの条件で白金を300秒間真空蒸着して、白金の厚さ0.1μmの電気化学センサー用電極を作製した。
(Example 1) Confirmation of detection sensitivity of electrochemical sensor The surface of each of four types of Nuclepore membrane filters (manufactured by Whatman Corp.) having a diameter of 47 mm different from 0.4 μm, 1.0 μm, 3.0 μm and 5.0 μm in pore diameter In addition, using an auto fine coater (manufactured by JEOL Ltd., trade name: JFC-1600), platinum is vacuum-deposited for 300 seconds under the condition of a sputtering current of 40 mA for an electrochemical sensor having a platinum thickness of 0.1 μm. An electrode was produced.

得られた電気化学センサー用電極を、作用極として使用するものは蒸着面を上に、対極として用いるものは蒸着面を下にして2枚重ねにし、減圧濾過用フィルターホルダー(ADVANTEC社製、商品名:KG−25型、160mL容量のファンネル使用)に挟み、それぞれの電極をポテンショスタット/ガルバノスタット(北斗電工製、商品名:HA1010mM2B型)に接続した。参照電極には銀/塩化銀を用い、塩橋の先を作用極の上部、約1mmの位置にセットした(図2参照)。なお、作用極を孔径5.0μmのろ過膜を用いて製造した場合は孔径5.0μmのろ過膜を、作用極を孔径0.4μmのろ過膜を用いて製造した場合は孔径0.4μmのろ過膜を、それぞれ対極のろ過膜として使用するように、作用極及び対極で同じ孔径のろ過膜を用いるようにした。   The obtained electrode for an electrochemical sensor is used as a working electrode, and the one used as a counter electrode is stacked on top of the other, and the one used as a counter electrode is laminated with the deposition surface facing down, and a filter holder for vacuum filtration (manufactured by ADVANTEC, product Name: KG-25 type, 160 mL capacity funnel was used), and each electrode was connected to potentiostat / galvanostat (Hokuto Denko, trade name: HA1010 mM 2B type). Silver / silver chloride was used as the reference electrode, and the tip of the salt bridge was set at the top of the working electrode at a position of about 1 mm (see FIG. 2). When the working electrode is manufactured using a filtration membrane having a pore size of 5.0 μm, a filtration membrane having a pore size of 5.0 μm is used. When the working electrode is manufactured using a filtration membrane having a pore size of 0.4 μm, the pore size is 0.4 μm. The filtration membrane having the same pore diameter was used for the working electrode and the counter electrode so that the filtration membrane was used as a filtration membrane for the counter electrode.

電解液は、1.0×10−9〜1.0×10−4mol・dm−3のヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム水溶液(支持電解質として0.1M濃度のKClを含む)として、流速を15mL・min−1、作用極の電位を+0.6Vに固定してヘキサシアノ鉄(II)酸イオンの濃度と電流値の関係を調べた。 The electrolytic solution is 1.0 × 10 −9 to 1.0 × 10 −4 mol · dm −3 potassium hexacyanoferrate (II) aqueous solution (containing 0.1 M KCl as a supporting electrolyte), and the flow rate is The relationship between the concentration of hexacyanoferrate (II) ion and the current value was examined while fixing the potential of the working electrode at 15 mL · min −1 and +0.6 V.

その結果、図4に示すように、ヘキサシアノ鉄(II)酸イオンの濃度と電流値のとの間には良好な相関関係があり、作用極の孔径が小さいほど電流感度が大きくなることを確認した。また、作用極として孔径0.4μmのものを使用したときヘキサシアノ鉄(II)酸イオンの濃度が1.0×10−7mol・dm−3以上において安定した電流値が得られた。このときの1.0×10−7mol・dm−3に対する電流値は2.6±0.7μAであった。
この値は、通常の回転Ptディスク電極(2000rpm)における限界電流値が0.05μA前後であることと比較して、約50倍の検出シグナルに相当する。
As a result, as shown in FIG. 4, it was confirmed that there is a good correlation between the concentration of hexacyanoferrate (II) ions and the current value, and that the current sensitivity increases as the pore diameter of the working electrode decreases. did. When a working electrode having a pore diameter of 0.4 μm was used, a stable current value was obtained when the concentration of hexacyanoferrate (II) ion was 1.0 × 10 −7 mol · dm −3 or more. At this time, the current value with respect to 1.0 × 10 −7 mol · dm −3 was 2.6 ± 0.7 μA.
This value corresponds to a detection signal that is about 50 times as large as the limit current value of a normal rotating Pt disk electrode (2000 rpm) is around 0.05 μA.

(実施例2)電気化学センサーにおける電気活物質の検出率(捕捉率)の確認
孔径が0.4μm、直径47mmのニュークリポアメンブレンフィルター(ワットマン社製)の表面に、オートファインコータ(日本電子株式会社製、商品名:JFC−1600)を用いて、スパッタリング電流40mAの条件で白金を300秒間真空蒸着して、白金の厚さ0.1μmの電気化学センサー用電極を作製した。
(Example 2) Confirmation of detection rate (capture rate) of an electroactive material in an electrochemical sensor An auto fine coater (Nippon Denshi Co., Ltd.) was formed on the surface of a new clip pore membrane filter (manufactured by Whatman) having a pore diameter of 0.4 μm and a diameter of 47 mm. Using a product made by the company, trade name: JFC-1600), platinum was vacuum-deposited for 300 seconds under the condition of a sputtering current of 40 mA to produce an electrochemical sensor electrode having a platinum thickness of 0.1 μm.

得られた電気化学センサーを、作用極として使用するものは蒸着面を上に、対極として用いるものは蒸着面を下にして2枚重ねにし、減圧濾過用フィルターホルダー(ADVANTEC社製、商品名:KG−25型、160mL容量のファンネル使用)に挟み、それぞれの電極をポテンショスタット/ガルバノスタット(北斗電工製、商品名:HA1010mM2B型)に接続した。参照電極には銀/塩化銀を用い、塩橋の先を作用極の上部、約1mmの位置にセットした(図2参照)。   The obtained electrochemical sensor is used as a working electrode, the deposition surface is up, and the counter electrode is used as a counter electrode, with two deposition layers facing down, and a vacuum filtration filter holder (manufactured by ADVANTEC, trade name: Each electrode was connected to a potentiostat / galvanostat (trade name: HA1010mM2B type, manufactured by Hokuto Denko). Silver / silver chloride was used as the reference electrode, and the tip of the salt bridge was set at the top of the working electrode at a position of about 1 mm (see FIG. 2).

電解液は、1.0×10−5mol・dm−3のヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム水溶液100mL(支持電解質として0.1M濃度のKClを含む)として、流速を7.1及び18mL・min−1の2段階において、作用極の電位を+0.6Vに固定してヘキサシアノ鉄(II)酸カリウムの酸化電流から電気量を計算し、電極表面での捕捉率を求めた。 The electrolyte was 100 mL of a 1.0 × 10 −5 mol · dm −3 aqueous solution of potassium hexacyanoferrate (II) (containing 0.1 M KCl as a supporting electrolyte), and the flow rate was 7.1 and 18 mL · min. In step −1 , the potential of the working electrode was fixed at +0.6 V, and the amount of electricity was calculated from the oxidation current of potassium hexacyanoferrate (II) to obtain the capture rate on the electrode surface.

その結果、流速7.1及び18mL・min−1において、それぞれの捕捉率は63及び44%であった。これは、ストリッピング・ボルタンメトリーでの高感度分析を可能とする十分な値である。 As a result, the capture rates were 63 and 44%, respectively, at a flow rate of 7.1 and 18 mL · min −1 . This is a value sufficient to enable high-sensitivity analysis by stripping voltammetry.

水銀滴電極を用いる通常のストリッピング法では、例えば金属イオンの濃度が10−7〜10−9mol・dm−3である場合、数分〜60分間の前電解が必要となるが、本法は、ろ過に要する時間そのものが前電解の時間に相当するため、流速10mL・min−1で100mLの試料を処理するとすれば10分間で終了し、従来の手法に比べ1サンプルあたりに要する時間が大きく短縮されることになる。 In a normal stripping method using a mercury drop electrode, for example, when the concentration of metal ions is 10 −7 to 10 −9 mol · dm −3 , pre-electrolysis for several minutes to 60 minutes is required. Since the time required for filtration itself corresponds to the time for pre-electrolysis, if a 100 mL sample is processed at a flow rate of 10 mL · min −1 , it will be completed in 10 minutes, and the time required per sample compared to the conventional method It will be greatly shortened.

(実施例3)電気化学センサー二重電極におけるレドックスサイクルの確認
孔径5.0μm、直径47mmのニュークリポアメンブレンフィルター(ワットマン社製)に、オートファインコータ(日本電子株式会社製、商品名:JFC−1600)を用いて、スパッタリング電流40mAの条件で白金を300秒間真空蒸着して、白金の厚さ0.1μm電気化学センサー用電極を作製した。
Example 3 Confirmation of Redox Cycle in Electrochemical Sensor Double Electrode A fine clipper membrane filter (manufactured by Whatman) having a pore diameter of 5.0 μm and a diameter of 47 mm was applied to an auto fine coater (manufactured by JEOL Ltd., trade name: JFC-). 1600), platinum was vacuum-deposited for 300 seconds under the condition of a sputtering current of 40 mA to produce an electrochemical sensor electrode having a platinum thickness of 0.1 μm.

上から順に、カバー(未修飾のろ過膜)、白金電極(第1の作用極(WE1))、スペーサー(未修飾のろ過膜)、白金電極(第2の作用極(WE2))、白金電極(対極)となるように重ねて減圧濾過用フィルターホルダー(ADVANTEC社製、KG−25型、160mL容量のファンネル使用)に挟み、それぞれの電極をバイポテンショスタット(北斗電工製、商品名:HA1010mM2B型)に接続した。参照電極には銀/塩化銀を用い、塩橋の先を作用極の上部、約1mmの位置にセットした(図3参照)。ファンクションジェネレーターは、北斗電工株式会社製、商品名:HB−111型を使用した。   In order from the top, cover (unmodified filtration membrane), platinum electrode (first working electrode (WE1)), spacer (unmodified filtration membrane), platinum electrode (second working electrode (WE2)), platinum electrode (Counterelectrode) are stacked and sandwiched between filter holders for vacuum filtration (ADVANTEC, KG-25, 160 mL capacity funnel), and each electrode is bipotentiostat (Hokuto Denko, trade name: HA1010 mM 2B) ). Silver / silver chloride was used as the reference electrode, and the tip of the salt bridge was set at the top of the working electrode at a position of about 1 mm (see FIG. 3). As the function generator, HB-111 type manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd. was used.

電解液は、1.0×10−4mol・dm−3のヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム水溶液(支持電解質として0.1M濃度のKClを含む)として、流速を8.6mL・min−1、WE1の電位を0〜+0.7Vの範囲で50mV・s−1で掃引して、電流−電位曲線を得た。なお、このときのWE2の電位は+0.1Vに固定した。結果を図5に示す。横軸はWE1の電位である。WE1の電位が0.3V vs. Ag/AgCl以上においてヘキサシアノ鉄(II)酸イオンの酸化によるアノード電流が観測され、それに伴ってWE2ではカソード電流が観測されている。すなわち、WE1で生成したヘキサシアノ鉄(II)酸イオンがWE2において還元されていることを示している。この時間変化の曲線を図6に示す。WE1のアノード電流の変化に、WE2でのカソード電流が対応しており、二重電極におけるレドックスサイクルが観測できた。 The electrolyte was a 1.0 × 10 −4 mol · dm −3 potassium hexacyanoferrate (II) aqueous solution (containing 0.1 M KCl as a supporting electrolyte), and the flow rate was 8.6 mL · min −1 . The potential of WE1 was swept at 50 mV · s −1 in the range of 0 to +0.7 V to obtain a current-potential curve. Note that the potential of WE2 at this time was fixed to + 0.1V. The results are shown in FIG. The horizontal axis is the potential of WE1. The potential of WE1 is 0.3 V vs. An anode current due to oxidation of hexacyanoferrate (II) ions is observed at Ag / AgCl or higher, and a cathode current is observed at WE2 accordingly. That is, it shows that the hexacyanoferrate (II) ion generated in WE1 is reduced in WE2. A curve of this time change is shown in FIG. The cathode current at WE2 corresponds to the change in the anode current of WE1, and a redox cycle at the double electrode could be observed.

以上の結果から、本発明の電気化学的検出装置及び方法によれば、検出対象物を簡便かつ正確に測定することができ、作用極を複数設けることにより、一度の検出操作により複数の反応の検出が可能であることがわかる。   From the above results, according to the electrochemical detection apparatus and method of the present invention, it is possible to easily and accurately measure an object to be detected. It can be seen that detection is possible.

1…電気化学センサー用電極、2…ろ過膜、3…導電膜、11,12…電気化学センサー、11A…作用極となる電気化学センサー用電極、11B…対極となる電気化学センサー用電極、12A…第1の作用極となる電気化学センサー用電極、12B…第2の作用極となる電気化学センサー用電極、12C…対極となる電気化学センサー用電極、12D…スペーサー、21…電気化学的検出装置、22…電位制御手段、23…電流測定手段、24…参照電極、25…検出対象溶液供給部、26…吸引部、31…電気化学的検出装置、32…電位制御手段、33…電流測定手段、34…参照電極、35…検出対象溶液供給部、36…吸引部、37…カバー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrochemical sensor electrode, 2 ... Filtration membrane, 3 ... Conductive film, 11, 12 ... Electrochemical sensor, 11A ... Electrochemical sensor electrode used as a working electrode, 11B ... Electrochemical sensor electrode used as a counter electrode, 12A ... Electrochemical sensor electrode as a first working electrode, 12B ... Electrochemical sensor electrode as a second working electrode, 12C ... Electrochemical sensor electrode as a counter electrode, 12D ... Spacer, 21 ... Electrochemical detection Device: 22 ... Potential control means, 23 ... Current measurement means, 24 ... Reference electrode, 25 ... Detection target solution supply part, 26 ... Suction part, 31 ... Electrochemical detection device, 32 ... Potential control means, 33 ... Current measurement Means 34... Reference electrode 35. Detection target solution supply unit 36 36 Suction unit 37 37 Cover

Claims (3)

孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜の表面に導電膜を形成した作用極となる電気化学センサー用電極と、孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜の表面に導電膜を形成した対極となる電気化学センサー用電極と、を有し、
前記作用極及び前記対極となる電気化学センサー用電極を短絡しないように重ねてなり、かつ、前記作用極となる電気化学センサー用電極を複数有することを特徴とする電気化学センサー。
Electrode for an electrochemical sensor that is a working electrode with a conductive film formed on the surface of a filtration membrane having a uniform and uniform pore size, and a filtration that has a uniform and uniform pore size. An electrode for an electrochemical sensor that is a counter electrode in which a conductive film is formed on the surface of the film,
Be overlaid so as not to short-circuit the electrochemical sensor electrode serving as the working electrode and the counter electrode, and an electrochemical sensor, characterized in that a plurality chromatic electrochemical sensor electrode serving as the working electrode.
孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜の表面に導電膜を形成した作用極となる電気化学センサー用電極と、孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜の表面に導電膜を形成した対極となる電気化学センサー用電極と、を有し、前記作用極及び前記対極となる電気化学センサー用電極を短絡しないように重ねてなる電気化学センサーと、
前記作用極及び前記対極間の電位差を一定にする電位制御手段と、
前記電気化学センサー用電極において、検出対象物の酸化又は還元による電流値の変化を測定する電流測定手段と、
を有することを特徴とする電気化学的検出装置。
Electrode for an electrochemical sensor that is a working electrode with a conductive film formed on the surface of a filtration membrane having a uniform and uniform pore size, and a filtration that has a uniform and uniform pore size. An electrochemical sensor electrode serving as a counter electrode in which a conductive film is formed on the surface of the film, and an electrochemical sensor stacked so as not to short-circuit the working electrode and the electrochemical sensor electrode serving as the counter electrode;
A potential control means for making a potential difference between the working electrode and the counter electrode constant;
In the electrochemical sensor electrode, current measuring means for measuring a change in current value due to oxidation or reduction of a detection object;
An electrochemical detection device comprising:
ストリッピング・ボルタンメトリーを用いる電気化学的検出方法において、
孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜の表面に導電膜を形成した作用極となる電気化学センサー用電極と、孔道が円筒状かつ真直であり、均一な孔径を有するろ過膜の表面に導電膜を形成した対極となる電気化学センサー用電極と、を有し、前記作用極及び前記対極となる電気化学センサー用電極を短絡しないように重ねてなる電気化学センサーに、検出対象溶液を通水しながら、前記作用極及び前記対極間の電位差を一定にし、前記電気化学センサー用電極において、検出対象物の酸化又は還元による電流値の変化を測定することを特徴とする電気化学的検出方法。
In an electrochemical detection method using stripping voltammetry,
Electrode for an electrochemical sensor that is a working electrode with a conductive film formed on the surface of a filtration membrane having a uniform and uniform pore size, and a filtration that has a uniform and uniform pore size. An electrochemical sensor electrode serving as a counter electrode having a conductive film formed on the surface of the film, and detecting the electrochemical sensor formed by stacking the working electrode and the electrochemical sensor electrode serving as the counter electrode so as not to be short-circuited. Electricity characterized in that a potential difference between the working electrode and the counter electrode is made constant while water is passed through the target solution, and a change in current value due to oxidation or reduction of the detection target is measured at the electrochemical sensor electrode. Chemical detection method.
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