(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧の印加によりラジカルを生じる被検物質の濃度測定方法であって、前記被検物質が、アミン類、アミノ酸類、カルボン酸類、カルボニル化合物、およびそれらの誘導体からなる群から選択されるものであり、
前記被検物質を含んでなる試料液を用意し、
該試料液に、導電性ダイヤモンド電極からなる作用電極と、対電極とを接触させ、
電解発光性物質の共存下に、前記作用電極と前記対電極との間に、前記作用電極上で前記被検物質の酸化または還元によりラジカルを生じさせ、該ラジカルが前記電解発光性物質を介して電解発光を生じる２．０Ｖ以上（対Ａｇ／ＡｇＣｌ電極）の電圧を印加し、
前記電解発光の発光量を測定し、得られた発光量から前記試料中の被検物質濃度を算出すること
を含んでなる、方法。
【請求項２】
前記電解発光性物質が前記試料液に添加されてなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電解発光性物質が前記導電性ダイヤモンド電極の表面に担持されてなる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記被検物質が一級アミンである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記電解発光性物質が、ルテニウム錯体またはルミノールである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記電解発光性物質がルテニウム錯体である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記試料液がリン酸緩衝液をさらに含んでなる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記試料液の供給が、キャリアとしての溶液を一定流速で系内を流しながら、該キャリア溶液中に試料液を注入するフローインジェクション法により行われる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
得られた発光量から被検物質の濃度を算出する工程が、予め作成された被検物質濃度と発光量との検量線と、得られた発光量とを対比することにより行われる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
電圧の印加によりラジカルを生じる被検物質の濃度測定装置であって、前記被検物質が、アミン類、アミノ酸類、カルボン酸類、カルボニル化合物、およびそれらの誘導体からなる群から選択されるものであり、
導電性ダイヤモンド電極からなる作用電極と、
対電極と、
前記作用電極および対電極を、前記被検物質および電解発光性物質を含んでなる試料液に接触させる手段と、
前記作用電極と前記対電極との間に、前記作用電極上で前記被検物質の酸化または還元によりラジカルを生じさせ、該ラジカルが前記電解発光性物質を介して電解発光を生じる２．０Ｖ以上（対Ａｇ／ＡｇＣｌ電極）の電圧を印加する手段と、
前記発光の発光量を測定し、得られた発光量から前記試料中の被検物質濃度を算出する手段と
を備えてなる、装置。
【請求項１１】
前記試料液に電解発光性物質を添加する手段をさらに備えた、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
電圧の印加によりラジカルを生じる被検物質の濃度測定装置であって、前記被検物質が、アミン類、アミノ酸類、カルボン酸類、カルボニル化合物、およびそれらの誘導体からなる群から選択されるものであり、
表面に電解発光性物質が担持されてなる、導電性ダイヤモンド電極からなる作用電極と、
対電極と、
前記作用電極および対電極を、前記被検物質を含んでなる試料液に接触させる手段と、
前記作用電極と前記対電極との間に、前記作用電極上で前記被検物質の酸化または還元によりラジカルを生じさせ、該ラジカルが前記電解発光性物質を介して電解発光を生じる２．０Ｖ以上（対Ａｇ／ＡｇＣｌ電極）の電圧を印加する手段と、
前記発光の発光量を測定し、得られた発光量から前記試料中の被検物質濃度を算出する手段と
を備えてなる、装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
発明の分野
本発明は、電圧の印加によりラジカルを生じる被検物質、例えば一級アミン、を電解発光を利用して検出または定量するための方法および装置に関する。
【０００２】
背景技術
被検物質を検出する方法の一つとして、電解発光（electro chemiluminescence）を利用する方法が知られている。この方法では、ルテニウム錯体等の電解発光性物質を用いて、電解発光性物質と被検物質との間の電荷移動によって生じた励起分子から生じる発光を検出する。
【０００３】
電解発光を用いた濃度測定方法として、ルテニウム錯体を用いた電解発光によりダイオキシン濃度を測定する方法が知られている（例えば、特開２００２−２１４２３１号公報（特許文献１）参照）。この方法では、作用電極として金電極等の一般的な電極が用いられている。
【０００４】
一方、ダイヤモンドは本来抵抗率が１０１３Ωｃｍ程度の絶縁材料であるが、微量不純物のドープにより導電性を獲得する。この導電性ダイヤモンドには、種々の用途が期待されている。その一つに電気化学用の電極としての利用がある。導電性とされたダイヤモンドを電気化学用の電極として見ると、広い電位窓を有し、かつバックグラウンド電流が極めて小さいという優れた特長を有する。さらに、物理的、化学的に安定であり、耐久性に優れるとの特長もまた有する。導電性ダイヤモンド（好ましくはその薄膜）を有する電極は、ダイヤモンド電極と一般的に呼ばれるに至っている。
【０００５】
ダイヤモンド電極に関する先駆的研究はIwakiらによって行われた（例えば、Iwaki et al., Nuclear Instruments and Methods, 209-210, 1129(1983)（非特許文献１）参照）。彼らは、アルゴンや窒素イオンを打ち込んで表面導電性を付与した単結晶ダイヤモンドの電気伝導材料としての性質を研究したものである。同時に、電解質溶液中におけるサイクリックボルタモグラムも示した。その後、ホットフィラメントを用いて気相合成した多結晶ダイヤモンド電極の特性が報告されている（例えば、Pleskov et al., J. Electroanal. Chem., 228, 19(1987)（非特許文献２）参照）。
【０００６】
本発明者らの一部は、気相合成したダイヤモンド電極を用いて、窒素酸化物の還元について先に報告した（例えば、Tenne et al., J. Electroanal. Chem., 347, 409(1993)（非特許文献３）参照）。この研究では、ドーパントとしてホウ素を導入したｐ型半導体ダイヤモンドを電極として使用した。その後、ダイヤモンド電極としては、ホウ素をドーパントとするｐ型半導体またはより導電性の高い金属様導電性ダイヤモンドの利用が主流となるに至る。１９９０年代に入って、ダイヤモンド電極の研究が複数のグループにより行われ、１９９５年以降は、より大面積のダイヤモンド薄膜が得られるプラズマＣＶＤ（ＰＣＶＤ）装置を用いて得られたダイヤモンド電極の研究が、電気化学分野にも散見されるに至っている。
【０００７】
一方で、アミン類は、生体においてホルモンや神経伝達物質等の生体化学情報物質として機能する物質である。したがって、簡便な方法でアミン濃度を測定することができれば医療上極めて有益である。
【０００８】
また、アミン類、特に一級アミンおよび二級アミンは、下水処理水に臭気成分として多く含まれる物質でもある。したがって、一級アミンおよび二級アミンを簡便な方法で測定することができれば、下水処理水の臭気成分を制御する上でも有益である。
【０００９】
なお、一級アミンは、二級アミンおよび三級アミンよりも酸化電位が高いため、二級および三級アミンよりも電気化学的検出が困難な物質である一般的に言われている。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００２−２１４２３１号公報
【非特許文献１】
Iwaki et al., Nuclear Instruments and Methods, 209-210, 1129(1983)
【非特許文献２】
Pleskov et al., J. Electroanal. Chem., 228, 19(1987)
【非特許文献３】
Tenne et al., J. Electroanal. Chem., 347, 409(1993)
【００１１】
【発明の概要】
本発明者らは、今般、導電性ダイヤモンド電極上で、電気化学的検出が困難であったある種の物質を電解発光により検出し、かつ定量できるとの知見を得た。例えば、導電性ダイヤモンド電極上で電気化学的検出が困難と言われてきた一級アミンを電解発光させ、その発光量から濃度を測定できるとの知見を得た。
【００１２】
したがって、本発明は、被検物質、特に電気化学的検出が困難であった酸化または還元電位の高い物質を電解発光させることにより簡便かつ高精度に検出することを目的としている。
【００１３】
本発明の電圧の印加によりラジカルを生じる被検物質の検出方法は、
前記被検物質を含んでなる試料液を用意し、
該試料液に、導電性ダイヤモンド電極からなる作用電極と、対電極とを接触させ、
電解発光性物質の共存下に、前記作用電極と前記対電極との間に、前記作用電極上で前記被検物質の酸化または還元によりラジカルを生じさせ、該ラジカルが前記電解発光性物質を介して電解発光を生じる電圧を印加し、
前記電解発光を検出すること
を含んでなる。
【００１４】
本発明の第一の態様による、電圧の印加によりラジカルを生じる被検物質の検出装置は、
導電性ダイヤモンド電極からなる作用電極と、
対電極と、
前記作用電極および対電極を、前記被検物質および電解発光性物質を含んでなる試料液に接触させる手段と、
前記作用電極と前記対電極との間に、前記作用電極上で前記被検物質の酸化または還元によりラジカルを生じさせ、該ラジカルが前記電解発光性物質を介して電解発光を生じる電圧を印加する手段と、
前記発光を検出する手段と
を備えてなる。
【００１５】
本発明の第二の態様による、電圧の印加によりラジカルを生じる被検物質の検出装置は、
表面に電解発光性物質が担持されてなる、導電性ダイヤモンド電極からなる作用電極と、
対電極と、
前記作用電極および対電極を、前記被検物質を含んでなる試料液に接触させる手段と、
前記作用電極と前記対電極との間に、前記作用電極上で前記被検物質の酸化または還元によりラジカルを生じさせ、該ラジカルが前記電解発光性物質を介して電解発光を生じる電圧を印加する手段と、
前記発光を検出する手段と
を備えてなる。
【００１６】
【発明の具体的説明】
試料物質
本発明による方法の検出対象は、電圧の印加によりラジカルを生じる物質（以下、この物質を被検物質ということがある）であり、具体的な測定対象はこの被検物質を含む試料液である。このような被検物質は、同一系内に電解発光性物質が存在すると、電圧の印加によりこの電解発光性物質を介して電解発光を生じさせる。この発光は、生成されたラジカルが、電解発光性物質を励起して励起分子を生じさせ、この励起分子が電解発光を生じさせることによるものと考えられる。本発明にあっては、ダイヤモンド電極上に電圧を印加することにより被検物質を酸化または還元し、ラジカルを発生させる。被検物質の酸化または還元によるラジカルの生成は、導電性ダイヤモンド電極による披検物質の直接的な酸化または還元（例えばアミン類の脱アルキル化）のみならず、ルテニウム錯体等の電解発光性物質を介した披検物質の触媒的な酸化または還元によっても引き起こされる。
【００１７】
ところで、ダイヤモンド電極上で被検物質を酸化または還元することにより特定電位で特異的なピーク電流が発生する場合には、該電圧下における電流値を測定することにより被検物質の定量を行うことができる。しかし、アミン類を始めとするある種の物質は、ダイヤモンド電極上で酸化または還元されてもそのような特異的なピーク電流が観察されにくい。そのため、電流値の測定による定量には困難を伴う。また、一級アミンのように酸化電位の高い物質にあっては、電位窓が狭い従来の電極を用いたのでは酸化または還元反応を起こさせること自体が困難である。この点、本発明によれば、上記のように電気化学的検出が困難であった物質であっても、電解発光させて検出および定量することができる。
【００１８】
本発明の方法における被検物質は、電圧の印加によりラジカルを生じさせる物質であれば限定されないが、その具体例としては、アミン類、アミノ酸類、カルボン酸類、カルボニル化合物、およびそれらの誘導体などが挙げられる。本発明の好ましい態様によれば、本発明による方法は、一級アミンの検出に好ましく用いられる。一級アミンは、二級アミンおよび三級アミンよりも酸化電位が高いため、これらのアミンよりも電気化学的検出が困難な物質であるが、本発明の方法によればこのような物質であっても簡便かつ高精度に検出および定量することができる。
【００１９】
本発明において試料液は、上記したような被検物質を含むと考えられる、血清、尿、その他の生体由来の液；食品、飲料；および下水処理水などであることができる。例えば、食品もしくは飲料を試料液とすることにより、発癌性の疑いがある特定アミン類の定量を行うことができるので、食品等の安全性を確認する上で有効となる。なお、発癌性の疑いがある特定アミン類としては、以下の２０種類が知られている：４−アミノジフェニル、ベンジジン、４−クロロ−ｏ−トルジジン、２−ナフチルアミン、ｏ−アミノアゾトルオール、２−アミノ−４−ニトロトルオール、ｐ−クロロアニリン、２，４−ジアミノアニソール、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジクロロベンジジン、３，３’−ジメトキシベンジジン、３，３’−ジメチルベンジジン、３，３’−ジメチル−４．４’−ジアミノジフェニルメタン、ｐ−クレシジン、４，４’−メチレン−ビス−（２−クロロアニリン）、４，４’−オキシジアニリン、４，４’−チオジアニリン、ｏ−トルジジン、２，４−トルイレンジアミン、および２，４，５−トリメチルアニリン。
【００２０】
また、生体由来の液を試料液とすることにより、必須アミノ酸の定量を行うことができる。さらに、前述したように、下水処理水を試料液とすることにより、臭気成分であるアミン類、特に一級アミンおよび二級アミンの定量を行い、臭気成分量を制御する上で有効となる。
【００２１】
本発明の好ましい態様によれば、試料液のｐＨが５〜８であるのが好ましい。この範囲内であると、発光輝度が高くなるので、より高い感度で分析を行うことが可能となる。また、本発明の好ましい態様によれば、試料液がリン酸緩衝液をさらに含んでなるのが好ましく、リン酸緩衝液によりｐＨの調整を行うことができる。
【００２２】
電解発光性物質
本発明における電解発光性物質は、電圧の印加による被検物質の酸化または還元に伴うラジカルの授受により被検物質濃度に応じた量の発光を生じる物質である。そのような電解発光性物質の例として、ルテニウム錯体、ルミノール等が挙げられる。前述したように、電解発光性物質は、酸化または還元された被検物質との間のラジカルの授受によって励起分子を生じ、この励起分子が発光を生じるものと考えられる。特に好ましい電解発光性物質としては、ルテニウム錯体、例えばＲｕ（ｂｐｙ）３２＋（ｂｐｙ＝２，２’−ビピリジル）が挙げられる。ルテニウム錯体を用いた場合、作用電極上でのみ発光が起こり対電極上では発光が起こらないため、発光量測定手段を作用電極に対峙または接近させて配置させることができる。したがって、装置設計がしやすく、発光量をより直接的かつより正確に検出できるとの利点がある。
【００２３】
本発明において、電解発光性物質は、被検物質が導電性ダイヤモンド電極上で酸化または還元される際に被検物質と共存していればよい。したがって、電解発光性物質は、試料液に添加してもよいし、あるいは導電性ダイヤモンド電極上に担持させてもよい。
【００２４】
測定法およびそのための装置
本発明による測定法にあっては、電圧が印加された導電性ダイヤモンド電極上で特定の被検物質が電解発光性物質を介して特異的な発光を生じるとの性質を利用して、試料液中の被検物質を検出する。また、本発明の好ましい態様によれば、その発光量が被検物質の濃度に正比例するとの性質を利用して、被検試料中の被検物質を定量する。この測定は発光または発光量を知ることにより行われるため、測定時間は短くかつ簡便であり、本発明による方法は短時間の内に容易に被検物質の検出および定量を行える点で極めて有利である。
【００２５】
電圧が印加されたダイヤモンド電極上では被検物質が酸化または還元されてラジカルを生成する。前述したように、この酸化または還元は、導電性ダイヤモンド電極による披検物質の直接的な酸化または還元、あるいはルテニウム錯体等の電解発光性物質を介した披検物質の触媒的な酸化または還元であることができる。そして、生成されたラジカルが、電解発光性物質を励起して励起分子を生じ、この励起分子が電解発光を生じると考えられる。
【００２６】
また、本発明のダイヤモンド電極は、被検物質以外の化合物を酸化または還元する可能性を有するが、その場合であっても、電解発光性物質を介して発光を生じる物質はアミン類等、ラジカルを生成する物質に限られる。アスコルビン酸のように酸化されてもラジカルを生成しない物質は、電解発光により検出されることはない。したがって、本発明の測定法は、一級アミンを始めとする被検物質を高い選択性で検出することを可能とする。
【００２７】
ただし、被検物質以外にダイヤモンド電極により電解発光を生じる物質が被検試料中に存在しているまたはその可能性がある場合、あるいは被検物質が二種類以上存在しその各々の定量を行いたい場合には、測定に先立ち、被検物質以外の応答性物質を分離する前処理を行い、被検物質をそれ以外の応答性物質と峻別して、本発明による測定法に付することができる。例えば、生体由来の液を試料液として試料の必須アミノ酸組成を定量する際に有効である。被検物質以外のダイヤモンド電極に反応しうる物質を分離する方法は特に限定されないが、分離カラムを用いた分離方法（例えば、液体クロマトグラフィー、好ましくは高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ））が迅速かつ簡便に応答性物質を分離できる点で好ましい。また、クーロメトリックセル、前電解処理等も好ましく挙げることができる。
【００２８】
また、本発明によるダイヤモンド電極を用いた測定法によれば、被検物質の濃度を幅広い範囲で測定可能である。例えば、被検物質がプロピルアミン（一級アミン）である場合、０．１〜１０００ｍＭ、より好ましくは１〜１００ｍＭ、さらに好ましくは４〜５０ｍＭの濃度範囲で測定を行うのが好ましい。
【００２９】
本発明による検出方法において、被検物質測定のための電気化学的系は、ダイヤモンド電極を作用電極としたこと、および作用電極に向けて発光検出手段を設けたこと以外は、一般的な電気化学的な系であることが出来る。すなわち、本発明による検出方法にあっては、ダイヤモンド電極を作用電極とし、対電極とともに被検試料に接触させ、この二つの電極間に、ダイヤモンド電極上で電解発光の生じる電圧を印加し、その際の発光を発光量検出手段で検出する。このとき、試料液中に電解発光性物質を添加させておくか、ダイヤモンド電極表面に電解発光性物質を担持させておく。上記したように、被検物質の酸化または還元によりダイヤモンド電極上で生じる発光量は、被検試料中の被検物質濃度に正比例する。従って、一旦ある電圧値における発光量と被検物質の濃度との関係を求めておけば、その関係から、得られた発光量に対応する被検試料中の被検物質の濃度を容易に知ることが出来る。すなわち、本発明の好ましい態様にあっては、被検物質の濃度と発光量の検量線を予め作成しておき、この検量線と、得られた発光量とを対比することにより、被検物質の濃度を知ることが出来る。
【００３０】
本発明にいて対電極としては、白金、炭素、ステンレス、金、ダイヤモンド、ＳｎＯ２等の利用が好ましい。
【００３１】
本発明において、作用電極であるダイヤモンド電極と、対電極との間に印加される電圧は、作用電極上で被検物質の酸化または還元によりラジカルが生じ、ラジカルが電解発光性物質を介して電解発光を生じる電圧であれば特に限定されない。そのような電圧は、被検物質の酸化または還元電位もしくはそれ以上の電圧である。前述したように、ダイヤモンド電極は、広い電位窓を有するため、従来の一般的な電極と比べてかなり高い電位まで電圧を印加することができる。例えば、作用電極と対電極との間に印加する電圧を、２．０Ｖ以上、さらには２．４Ｖ以上、あるいはさらに２．８Ｖ以上（いずれも対Ａｇ／ＡｇＣｌ電極）まで高く設定することができる。したがって、印加電圧を高く設定すれば、従来の一般的な電極では電気化学的な検出が困難であった物質であっても、電解発光しさえすれば容易に検出可能である。被検物質の酸化または還元電位は、予め被検試料のサイクリックボルタンメトリーを発光量とともに測定しておき、得られた電圧−発光量曲線におけるピークまたはショルダーを与える電圧として知ることができる。
【００３２】
さらに、本発明の好ましい態様によれば、参照電極を被検試料中に接触させ、ダイヤモンド電極と、対電極との間に、ダイヤモンド電極上で電解発光の生じる電圧の絶対値を制御することが、測定精度の観点から好ましい。参照電極は公知のものを利用することが出来、飽和カロメル電極（ＳＣＥ）、標準水素電極、銀塩化銀電極、水銀塩化水銀電極、水素パラジウム電極等が利用可能である。
【００３３】
本発明において、作用電極上で生じた電解発光の発光量は、光電子増倍管などの発光量検出装置を用いて行うことができる。発光量検出装置は、作用電極に対峙または接近させるなど、作用電極上で生じる発光を観察可能な位置に適宜配置することができる。
【００３４】
ダイヤモンド電極およびその製造
ダイヤモンドは本来優れた絶縁体である。しかしながら、３族や５族の不純物を添加することによって、半導体〜金属様の導電性を示すようになる。本発明にあっては、半導体〜金属様の導電性を示すダイヤモンドを電極として使用する。
【００３５】
このような導電性を付与するために添加される物質としては、上記の通り３族および５族の元素が挙げられ、さらに好ましくはホウ素、窒素、リンが挙げられ、最も好ましくはホウ素または窒素である。この導電性を付与するために添加される物質の添加量は、ダイヤモンドに導電性を付与できる範囲で適宜決定されてよいが、例えば１×１０−２〜１０−６Ωｃｍ程度の導電性を与える量添加されることが好ましい。この導電性を付与するために添加される物質の添加量は、導電性ダイヤモンドの製造工程における添加量により制御されることが一般的である。
【００３６】
本発明の好ましい態様によれば、基材上に導電性ダイヤモンドの薄膜を形成させるとともに、導線を接続させ、電極とすることが好ましい。基材としては、Ｓｉ（例えば、単結晶シリコン）、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、黒鉛、単結晶ダイヤモンド、ｃＢＮ、石英ガラス等が挙げられ、特に単結晶シリコン、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔｉ、ＳｉＣ、単結晶ダイヤモンドの利用が好ましい。
【００３７】
この態様の電極を図１を用いて更に説明する。図１（ａ）は、ダイヤモンド電極１の断面図であり、この電極は、基材２の上に形成された導電性ダイヤモンド薄膜３とからなり、さらにこの導電性ダイヤモンド薄膜３には導線５が例えば金コーティング４を介して接続される。図１（ｂ）は、ダイヤモンド電極１の斜視図であり、基材２の上に形成された導電性ダイヤモンド薄膜３からなり、さらにこの導電性ダイヤモンド薄膜３を電極とするための金コーティング４を介して導線５が接続される。また、図１（ｂ）に点線で示されるように、ダイヤモンド電極１の最表面の外縁および端部側面に、保護膜６を形成してもよい。この保護膜６は、エポキシ樹脂等の絶縁性の樹脂で形成されるのが好ましく、これによりダイヤモンド電極１の端部側面、金コーティング４、および導線５を電気化学的に安定な状態が確保されるように保護して、より安定かつ正確な測定を可能にする。
【００３８】
導電性ダイヤモンド薄膜の厚さは、特に限定されないが、１〜１００μｍ程度の厚さが好ましく、より好ましくは５〜５０μｍ程度である。
【００３９】
さらに本発明の好ましい態様によれば、本発明によるダイヤモンド電極は、マイクロ電極の形態をとることが出来る。マイクロ電極の概念は既に公知であり、本発明においてマイクロ電極形態のダイヤモンド電極とは、Ｐｔ、Ｗ、Ｍｏ等の細線の末端を鋭利に切断し、電解研磨により末端をさらに鋭利にした後、その末端表面に導電性ダイヤモンドの薄膜を形成した構成のものを意味する。
【００４０】
本発明の好ましい態様によれば、導電性ダイヤモンド薄膜は、化学気相成長法により好ましく製造される。化学気相成長法とは、気相中で気体原料を化学反応させて物質を合成する方法であり、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法と一般に呼ばれる。この方法は、半導体製造プロセスにおいて広く利用されており、本発明における導電性ダイヤモンド薄膜の製造にも合目的的な改変のもと利用可能である。
【００４１】
ダイヤモンドの化学気相合成は、メタンなどの含炭素気体と水素を混合したものを原料気体として、それを励起源により励起させ、基板上に供給して堆積させることにより行われる。
【００４２】
励起源としては、熱フィラメント、マイクロ波、高周波、直流グロー放電、直流アーク放電、燃焼炎などが挙げられる。また、これらを複数組み合わせて核生成密度を調整したり、大面積化や均一化を図ることも可能である。
【００４３】
原料としては、炭素の含まれている多くの種類の、励起源により分解、励起されて、Ｃ、Ｃ２などの活性な炭素、およびＣＨ、ＣＨ２、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ２などの炭化水素ラジカルを生じさせる化合物を利用可能である。好ましい具体例としては、気体としてＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ１０Ｈ１６、ＣＯ、ＣＦ４、液体としてＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、（ＣＨ３）２ＣＯ、固体として黒鉛、フラーレンなどが挙げられる。
【００４４】
気相合成法にあって、ダイヤモンドに導電性を付与する物質の添加は、例えば添加物質のディスクを系内に置き、炭素源原料と同様に励起させ、炭素気相に添加物質を導入する方法、炭素源に予め添加物質を添加し、系内に炭素源と共に導入し、励起源により励起し、炭素気相に添加物質を導入する方法等により行うことが出来る。本発明の好ましい態様によれば、後者の方法が好ましい。とりわけ、炭素源としてアセトン、メタノールなどの液体を用いる場合、これに酸化ボロン（Ｂ２Ｏ３）を溶解してボロン源とする方法が、ボロンの濃度の制御が容易で、かつ簡便であることから好ましい。例えば、気相合成法にあって、炭素源にホウ素を添加する場合、１０〜１２，０００ｐｐｍ程度が一般的であり、また１，０００〜１０，０００ｐｐｍ程度が好ましい。
【００４５】
本発明の好ましい態様によれば、導電性ダイヤモンド薄膜の製造はプラズマ化学気相合成法により行われることが好ましい。このプラズマ化学気相合成法は、化学反応を引き起こす活性化エネルギーが大きく、反応が速いとの利点を有する。さらに、この方法によれば、熱力学的に高温でなければ存在しない化学種を生成して、低い温度での反応が可能となる。プラズマ化学気相合成法による導電性ダイヤモンド薄膜の製造は、本発明者らの一部を含めいくつかの報告が既にあり（例えば、Yano et al., J. Electrochem. Soc., 145(1998) 1870）、これら報告に記載の方法に従って行うことが好ましい。
【００４６】
本発明の好ましい態様によれば、作用電極は、何ら処理が施されていない作製されたまま（as grown）の導電性ダイヤモンドからなるのが好ましい。このような未処理のダイヤモンド電極は電位窓が極めて広いため、高い電圧を印加することができる。
【００４７】
本発明の別の態様によれば、作用電極は、その表面に電解発光性物質が担持されてなるのが好ましい。この態様の場合によれば、試料液に電解発光性物質を添加する手間を省略して、より効率的かつ簡便に測定を行うことができる。電解発光性物質がルテニウム錯体の場合、ダイヤモンド電極表面への電解発光性物質の好ましい担持方法として、例えば、以下の二つの方法が挙げられる。
【００４８】
（１）まず、ダイヤモンド電極を塩素雰囲気中で加熱することにより、電極表面を塩素終端化する。次いで、アンモニア共存下で紫外光照射することにより、電極表面にアミノ基を導入する。こうして得られたアミノ修飾ダイヤモンド電極を、塩化カルボニル基を有するビピリジル配位子によるルテニウム錯体と混合する。ダイヤモンド電極表面にルテニウム錯体をアミド結合を介して化学結合により固定化する。
【００４９】
（２）ダイヤモンド電極表面を、負に帯電した官能基を有するナフィオン（Nafion）膜で被覆する。次いで、この薄膜内部に正に帯電したルテニウム錯体を溶液浸漬法により導入し、静電的な引力により膜内部にルテニウム錯体を固定化する。
【００５０】
測定装置
本発明の測定装置は、ダイヤモンド電極を作用電極としたこと、および作用電極に向けて発光検出手段を設けたこと以外は、一般的な電気化学的な系であることが出来る。本発明の好ましい態様によれば、所定の溶液を一定流速でキャリアとして系内を流し、そのキャリア溶液中に被検試料を注入して測定を行う、フローセルを用いたフローインジェクション法による測定が好ましい。
【００５１】
フローセルを用いたフローインジェクション法の概略は図２（ａ）に示される通りである。ミキサー１５には、キャリア溶液溜１０からポンプ１１によりキャリア溶液が注入される。ポンプ１１とミキサー１５との間には、被検試料注入口１４が設けられ、キャリア溶液に被検試料が注入可能とされる。また、ミキサー１５には、電解発光性物質溶液溜１２からポンプ１３により電解発光性物質を含有する溶液も注入される。ミキサー１５は、被検試料、電解発光性物質溶液、およびキャリア溶液を混合して、得られた混合液をフローセル１６に送り込む。フローセル１６を通過したキャリア溶液は、廃液溜１７に集められる。また、被検物質の測定に先立ち、被検物質以外の応答性物質を分離する前処理を行う場合には、被検試料注入口１４とミキサー１５との間、あるいはミキサー１５とフローセル１６との間に、分離カラムまたは前電解装置等の分離装置が設けられていてもよい。
【００５２】
フローセル１６の基本構造は図２（ｂ）に示されるとおりである。フローセル１６は、ダイヤモンド電極１、対電極１８、および参照電極１９が、キャリア溶液および被検試料が流れる流路２０内に露出され、被検試料と接触出来るよう構成されている。また、ダイヤモンド電極１の表面と対峙する位置に発光量測定装置２１が配置されている。ダイヤモンド電極１は、基本的に図１に示される構造を有し、その表面が流路２０内に露出され、キャリア溶液および被検試料と接触する。キャリア溶液は、流路２０の流入口２２から入り、図中の矢印のように流れ、流出口２３に至る。なお、排出口２３およびその近傍はステンレス製のチューブで構成されており、このステンレス製チューブ自体を対電極１８として機能させる。流路２０の両端部はガスケット２４を設けて密閉される。ダイヤモンド電極１の導線Ａおよび対電極１８の導線Ｂの間に、ダイヤモンド電極１上で被検物質による電解発光を生じさせる電圧を印加する。
【００５３】
なお、ダイヤモンド電極１として、電解発光性物質を担持させた電極を使用する場合には、電解発光性物質溶液溜１２、ポンプ１３およびミキサー１５を不要にすることができる。
【００５４】
測定は以下のように行われる。まず、被検試料を被検試料注入口１４より注入する。この注入は継続して行われてもよいが、電解発光を測定可能な程度の量を一時期に注入してもよい。被検物質が被検試料中に含まれている場合、被検物質がダイヤモンド電極１上で酸化または還元されてラジカルを生じ、電解発光性物質を介して電解発光を生じる。この発光を発光量測定装置２１により検出することにより、被検物質の存在を知ることができる。また、その際の発光量から、予め作成した検量線を用いて被検物質濃度を知ることができる。
【００５５】
さらに、本発明の別の態様によれば、被検試料中の被検物質濃度を測定する装置が提供される。この装置の基本構成は図３に示される通りである。図３の装置において、電源３１には、図２に記載のフローセルより、ダイヤモンド電極１に接続される導線Ａ、対電極１８に接続される導線Ｂ、および参照電極１９に接続される導線Ｃが接続される。この電源３１は、ダイヤモンド電極と対電極との間にダイヤモンド電極上で電解発光の生じる電圧を印加する手段である。発光量比較・濃度算出装置３２には、発光量測定装置２１に接続された導線Ｄを介して発光量が送られるとともに、電源３１から印加した電圧値が送られる。発光量比較・濃度算出装置３２には、上記電圧値に対応する被検物質の検量線データ３３が送られる。この装置３２内において、発光量測定装置２１から送られた発光量と、検量線データとを比較し、被検物質の濃度を算出する。すなわち、得られた発光量から被検試料中の被検物質濃度を算出する手段を備える。得られた被検物質濃度は、表示装置３４により表示される。
【００５６】
【実施例】
以下の実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００５７】
例１：導電性ダイヤモンド電極の作製
公知の方法に従い、導電性ｎ型シリコン（１１１）面上に、ホウ素を高濃度（１０，０００ppm、Ｂ／Ｃ比）で導入したダイヤモンド薄膜を、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用いて形成した。こうして、導電性ダイヤモンド電極を得た。得られたダイヤモンド薄膜の抵抗は１０−３Ωｃｍであった。シリコン基板の裏面に、銀ペーストを用いて銅線を固着した。
【００５８】
例２：サイクリックボルタンメトリー測定
作製したダイヤモンド電極について、被検物質であるトリプロピルアミン濃度の最適な測定条件を選定するために、サイクリックボルタンメトリーを行い、発光量および電流密度特性を測定した。
【００５９】
まず、ルテニウム錯体としてＲｕ（ｂｐｙ）３Ｃｌ２・６Ｈ２Ｏ（Aldrich, Milwaukee, WI）、トリプロピルアミン（Wako, Japan）を用意した。トリプロピルアミンを０．２Ｍのリン酸緩衝液（ＰＢＳ）に溶解した。得られた溶液にＮａＯＨまたはＮａＨ２ＰＯ４を添加してｐＨが７．５になるように調整した。溶液を窒素で１５分間脱酸した。こうして、トリプロピルアミン０．１Ｍおよびルテニウム錯体３００ｍＭを含有する溶液を得た。得られた溶液について、電位掃引速度を５０ｍＶｓ−１とするサイクリックボルタモグラムを測定して、発光量および電流密度特性を測定した。この測定は、ガラスセル中において、ポテンショスタット／ガルバノスタットとしてHokuto Denko Reserch, model HZ-3000を用い、光電子増倍管として、PMT, Hamamatsu R928を用いて行った。このとき、上記のようにして得られたダイヤモンド電極を作用電極として用い、また白金電極を対電極として用いた。参照電極としてＡｇ／ＡｇＣｌ電極を用いた。
【００６０】
その結果は図４に示される通りであった。図４に示される電圧−発光量曲線において、１．２Ｖ、２．０Ｖ、および２．３Ｖ（対Ａｇ／ＡｇＣｌ電極）の３つの電位でピークないしショルダーが観察された。また、２．５Ｖという高電位領域まで発光が確認できた。なお、電圧−電流密度曲線においては、特異的なピークは観察されなかった。
【００６１】
例３：装置の作製
図２（ａ）および（ｂ）に示される装置を作製した。このとき、作用電極として例１で調製したダイヤモンド電極を、対電極としてステンレス電極を、参照電極としてＡｇ／ＡｇＣｌ電極を用いた。発光量測定装置としては、光電子増倍管（PMT, Hamamatsu R928）を用いた。さらに、キャリア溶液タンクには０．２Ｍのリン酸緩衝溶液（ＰＢＳ）を入れ、発光性材料供給タンクには３００ｍＭのルテニウム錯体Ｒｕ（ｂｐｙ）３２＋溶液を入れた。
【００６２】
例４：検量線の作成
一級アミンであるプロピルアミンを被検物質とする検量線を、以下のようにして作成した。まず、プロピルアミンを０．２Ｍのリン酸緩衝溶液（ＰＢＳ）に溶解した。得られた溶液にＮａＯＨまたはＮａＨ２ＰＯ４を添加してｐＨが７．５になるように調整した。溶液を窒素で１５分間脱酸した。こうして、５ｍＭ、１０ｍＭ、５０ｍＭ、１００ｍＭのプロピルアミン試料溶液を得た。得られた各濃度のプロピルアミン溶液を、被検試料注入口１４に注入し、フローセル１６を通過させながら、図３に示される装置を介して３．０Ｖ（対Ａｇ／ＡｇＣｌ電極）の電圧を印加して電解発光を生起した。このとき、その発光量を光電子増倍管により測定した。その間、キャリア溶液である０．２Ｍリン酸緩衝溶液と、発光性材料溶液である３００ｍＭルテニウム錯体Ｒｕ（ｂｐｙ）３２＋溶液を装置内に流しておいた。
【００６３】
得られた発光量とプロピルアミンの濃度から、図５に示される検量線が得られた。また、印加する電圧を１．３Ｖ（対参照電極）としたこと以外は上記同様にして１．３Ｖにおける検量線も得た。図５に示されるように、１．３Ｖおよび３．０Ｖのいずれの電圧においてもプロピルアミン濃度に比例して発光量も推移した。特に、３．０Ｖの高電圧を印加する場合には、１．３Ｖの電圧を印加する場合と比べて、より広い濃度範囲にわたって検量線の直線性が得られた。したがって、これらの検量線を使用することにより、電解発光量を測定することにより、未知のプロピルアミン濃度を簡便に知ることができる。
【００６４】
例５：プロピルアミン系化合物を用いた、一級、二級、および三級アミン間における発光特性の比較
また、トリプロピルアミン（三級アミン）の代わりに、プロピルアミン（一級アミン）またはジプロピルアミン（二級アミン）を用いたこと以外は例２と同様にして、電圧−発光曲線の測定を行った。その結果は、図６に示される通りであった。図６の結果から、一級アミンであるプロピルアミンが、３種類の化合物の中で発光量ピークを与える電位が最も高いことがわかる。
【００６５】
例６：エチルアミン系化合物を用いた、一級、二級、および三級アミン間における発光特性の比較
トリプロピルアミンの代わりに、エチルアミン（一級アミン）、ジエチルアミン（二級アミン）またはトリエチルアミン（三級アミン）を用いたこと以外は、例２と同様にして電圧−発光曲線の測定を行った。その結果は、図７に示される通りであった。図７の結果から、一級アミンであるエチルアミンが、３種類の化合物の中で発光量ピークを与える電位が最も高いことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるダイヤモンド電極の構造を示す図であり、（ａ）はダイヤモンド電極１の断面図であり、この電極は、基材２の上に形成された導電性ダイヤモンド薄膜３とからなる。（ｂ）はダイヤモンド電極１の斜視図である。
【図２】本発明によるフローインジェクション法を用いた測定系を示す模式図であり、（ａ）はフローセルを含む系全体の概略を示す図であり、（ｂ）はフローセルの基本構造を示す図である。
【図３】本発明による濃度測定装置の基本構成を示す図である。
【図４】例２におけるサイクリックボルタンメトリー測定により得られた、トリプロピルアミンの電圧−発光量曲線および電圧−電流密度曲線である。
【図５】例４において得られた、プロピルアミンの検量線である。
【図６】例５において得られた、プロピルアミン、ジプロピルアミン、およびトリプロピルアミンの電圧−発光量曲線である。
【図７】例６において得られた、エチルアミン、ジエチルアミン、およびトリエチルアミンの電圧−発光量曲線である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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