(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性ダイヤモンド電極を用いた被検物質濃度の測定方法であって、
共に導電性ダイヤモンド電極上で同一電圧の印加により酸化または還元反応を生じうる、第一の被検物質および第二の被検物質を含む被検試料液を用意し、
該被検試料液に、導電性ダイヤモンド電極からなる第一作用電極と、導電性ダイヤモンド電極からなる第二作用電極と、対電極とを接触させ、
前記第一作用電極と前記対電極との間に、第一作用電極上で前記第二の被検物質の酸化または還元反応が生じるが、前記第一の被検物質の酸化または還元反応が実質的に生じない電圧を印加し、該電圧下における電流値を測定し、得られた電流値から前記被検試料液中の第二の被検物質の濃度を算出し、
該第二の被検物質濃度から、前記第二作用電極と前記対電極との間に第二作用電極上で前記第一の被検物質および前記第二の被検物質の両方の酸化または還元反応が生じる電圧を印加した場合における、得られる電流値への前記第二の被検物質の寄与分を算出し、
前記第二作用電極と前記対電極との間に、第二作用電極上で前記第一の被検物質および第二の被検物質の両方の酸化または還元反応が生じる電圧を印加し、該電圧下における電流値を測定し、該電流値から前記第二の被検物質の寄与分を差し引いて、前記第一の被検物質単独に由来する電流値を算出し、該電流値から前記被検試料中の第一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】
前記第一の被検物質が濃度測定の対象とされる測定対象物質であり、第二の被検物質が前記測定対象物質の濃度測定において排除されるべき測定妨害物質である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記測定対象物質が尿酸であり、かつ前記測定妨害物質がアスコルビン酸である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記被検試料液のｐＨが５〜８である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
測定に先立ち、前記被検試料液のｐＨを５〜８に調整する工程をさらに含んでなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第一作用電極と前記対電極との間に印加する電圧が０．１〜０．３Ｖ（対Ａｇ／ＡｇＣｌ電極）であり、前記第二作用電極と前記対電極との間に印加する電圧が０．７〜０．９Ｖ（対Ａｇ／ＡｇＣｌ電極）である、請求項３〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記導電性ダイヤモンド電極が陽極酸化されたものである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記導電性ダイヤモンド電極の表面が酸素終端化されてなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記被検試料液が尿または血清を含んでなる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記被検試料液がリン酸緩衝液をさらに含んでなる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記被検試料液の供給が、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被検試料液を注入することにより行われる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
第一作用電極における酸化または還元反応による電流値から第二の被検物質の濃度を算出する工程が、予め作成された第二の被検物質濃度と電流値との検量線と、得られた電流値とを対比することにより行われる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
第二作用電極における酸化または還元反応による電流値に対する第二の被検物質の寄与分を算出する工程が、予め作成された第二の被検物質濃度と電流値との検量線と、第一作用電極で測定された第二の被検物質濃度とを対比することにより行われる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第一の被検物質単独に由来する電流値から前記被検試料中の第一の被検物質濃度を算出する工程が、予め作成された第一の被検物質濃度と電流値との検量線と、得られた電流値とを対比することにより行われる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記被検試料液中に被検物質が３種以上存在しており、かつ、前記第一作用電極が２個以上独立して存在しており、これらの各第一作用電極上でそれぞれ異なる被検物質の酸化または還元反応が生じるように、各電極毎に異なる電圧が印加される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記被検試料液中に測定妨害物質が２種以上存在しており、かつ、前記第一作用電極が２個以上独立して存在しており、これらの各第一作用電極上でそれぞれ異なる測定妨害物質の酸化または還元反応が生じるように、各電極毎に異なる電圧が印加される、請求項２〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
導電性ダイヤモンド電極を用いた被検物質濃度の測定装置であって、
導電性ダイヤモンド電極からなる第一作用電極と、
導電性ダイヤモンド電極からなる第二作用電極と、
対電極と、
前記第一作用電極、第二作用電極、および対電極を被検試料液に接触させる手段と、
前記第一作用電極と前記対電極との間に、第一作用電極上で第二の被検物質の酸化または還元反応が生じるが、第一の被検物質の酸化または還元反応が実質的に生じない電圧を印加して、該電圧下における電流値を測定するとともに、前記第二作用電極と前記対電極との間に、前記第一の被検物質および第二の被検物質の両方の酸化または還元反応が生じる電圧を印加して、該電圧下における電流値を測定する測定手段と、
前記第一作用電極で得られた電流値から前記被検試料液中の第二の被検物質濃度を算出して、該第二の被検物質濃度から第二作用電極における電流値への前記第二の被検物質の寄与分を算出し、さらに、前記第二作用電極における電流値から前記第二の被検物質の寄与分を差し引いて、第一の被検物質単独に由来する電流値を算出し、該電流値から前記被検試料液中の第一の被検物質濃度を算出する算出手段と
を備えてなる、測定装置。
【請求項１８】
前記第一の被検物質が濃度測定の対象とされる測定対象物質であり、第二の被検物質が前記測定対象物質の濃度測定において排除されるべき測定妨害物質である、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記測定対象物質が尿酸であり、かつ前記測定妨害物質がアスコルビン酸である、請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
発明の分野
本発明は、導電性ダイヤモンド電極を用いた被検物質濃度を測定するための方法および装置に関する。具体的には、測定妨害物質を含む被検試料液中における被検物質濃度、特に尿酸およびアスコルビン酸を含む被検試料液中における尿酸濃度、を測定するための方法および装置に関する。
【０００２】
背景技術
尿酸は、人体内ではプリン体の最終分解産物として生成されるものである。人間の血清中における尿酸濃度の正常値は、男性では４〜７ｍｇ／ｄｌ、女性では２．５〜６ｍｇ／ｄｌである。また、人間の尿中に排せつされる尿酸量の正常値は、０．２〜１ｇ／２４時間であり、これは尿量を１Ｌと仮定した場合には約１．２〜６ｍＭの濃度に換算される。しかしながら、体内における尿酸の過剰な生成、あるいは腎機能の低下による尿酸の体外排出量の減少により、血液中の尿酸値が高くなることがある。これは、高尿酸血症や関節などに尿酸塩が析出する痛風の原因となる。したがって、体内尿酸値を測定することは、これらの疾患を予防し、あるいは痛風患者の尿酸値を制御する上で極めて重要である。
【０００３】
従来の尿酸測定法として、酵素を用いた方法、および高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）を用いた分析法が知られている。これらの方法にあっては、操作が複雑であるため専門的知識を必要とし、分析機器も高価となる。
【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（Iwaki et al., Nuclear Instruments and Methods, 209-210, 1129(1983)）。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（Pleskov et al., J. Electroanal. Chem., 228, 19(1993)）。
【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（Tenne et al., J. Electroanal. Chem., 347, 409(1993)）。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】
陽極酸化処理されたダイヤモンド薄膜電極を用いて尿酸を測定する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、被測定液を好ましくはｐＨ１という極めて強い酸性域に制御することにより、測定妨害物質であるアスコルビン酸のピーク電圧と尿酸のピーク電圧とを分離して、尿酸濃度の測定を可能としている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１４７２１１号公報
【０００９】
【発明の概要】
本発明者らは、今般、ある種の被検試料液において、導電性ダイヤモンド電極により二種以上の被検物質が検出され、しかもその二種以上の被検物質のそれぞれの濃度を簡便かつ高精度に測定できるとの知見を得た。また、本発明者らは、二種以上の被検物質のうち一種のみが濃度測定の対象とされる測定対象物質であり、残りの被検物質が測定対象物質の濃度測定において排除されるべき物質である場合において、測定妨害物質の影響を排除するための煩雑な操作を行うことなく、導電性ダイヤモンド電極により測定対象物質の濃度を簡便かつ高精度に測定できるとの知見を得た。より具体的には、尿酸およびアスコルビン酸を含む被検試料液において、弱酸性〜中性（例えばｐＨ５〜８）という穏やかな液性下で、導電性ダイヤモンド電極により尿酸濃度を簡便かつ高精度に測定できるとの知見を得た。
【００１０】
したがって、本発明は、二種以上の被検物質のそれぞれの濃度、特に測定対象物質および測定妨害物質を含む被検試料液中の測定対象物質濃度、を簡便かつ高精度に測定することをその目的としている。
【００１１】
そして、本発明による、導電性ダイヤモンド電極を用いた被検物質濃度の測定方法は、
共に導電性ダイヤモンド電極上で同一電圧の印加により酸化または還元反応を生じうる、第一の被検物質および第二の被検物質を含む被検試料液を用意し、
該被検試料液に、導電性ダイヤモンド電極からなる第一作用電極と、導電性ダイヤモンド電極からなる第二作用電極と、対電極とを接触させ、
前記第一作用電極と前記対電極との間に、第一作用電極上で前記第二の被検物質の酸化または還元反応が生じるが、前記第一の被検物質の酸化または還元反応が実質的に生じない電圧を印加し、該電圧下における電流値を測定し、得られた電流値から前記被検試料液中の第二の被検物質の濃度を算出し、
該第二の被検物質濃度から、前記第二作用電極と前記対電極との間に第二作用電極上で前記第一の被検物質および前記第二の被検物質の両方の酸化または還元反応が生じる電圧を印加した場合における、得られる電流値への前記第二の被検物質の寄与分を算出し、
前記第二作用電極と前記対電極との間に、第二作用電極上で前記第一の被検物質および第二の被検物質の両方の酸化または還元反応が生じる電圧を印加し、該電圧下における電流値を測定し、該電流値から前記第二の被検物質の寄与分を差し引いて、前記第一の被検物質単独に由来する電流値を算出し、該電流値から前記被検試料中の第一の被検物質濃度を算出すること
を含んでなる。
【００１２】
また、本発明による、導電性ダイヤモンド電極を用いた被検物質濃度の測定装置は、
導電性ダイヤモンド電極からなる第一作用電極と、
導電性ダイヤモンド電極からなる第二作用電極と、
対電極と、
前記第一作用電極、第二作用電極、および対電極を被検試料液に接触させる手段と、
前記第一作用電極と前記対電極との間に、第一作用電極上で第二の被検物質の酸化または還元反応が生じるが、第一の被検物質の酸化または還元反応が実質的に生じない電圧を印加して、該電圧下における電流値を測定するとともに、前記第二作用電極と前記対電極との間に、前記第一の被検物質および第二の被検物質の両方の酸化または還元反応が生じる電圧を印加して、該電圧下における電流値を測定する測定手段と、
前記第一作用電極で得られた電流値から前記被検試料液中の第二の被検物質濃度を算出して、該第二の被検物質濃度から第二作用電極における電流値への前記第二の被検物質の寄与分を算出し、さらに、前記第二作用電極における電流値から前記第二の被検物質の寄与分を差し引いて、第一の被検物質単独に由来する電流値を算出し、該電流値から前記被検試料液中の第一の被検物質濃度を算出する算出手段と
を備えてなる。
【００１３】
【発明の具体的説明】
被検試料液
本発明による方法の被検対象となるものは、共に導電性ダイヤモンド電極上で同一電圧の印加により酸化または還元反応を生じうる、第一の被検物質および第二の被検物質を含む被検試料液である。第一の被検物質は、導電性ダイヤモンド電極上において、ある特定の電圧の印加により酸化または還元反応を生じる物質であり、その反応により生じる電流値を利用して濃度測定を行う対象となるものである。一方、第二の被検物質は、導電性ダイヤモンド電極上において第一の被検物質と同一の電圧の印加により酸化または還元反応を生じるとともに、第一の被検物質の酸化または還元反応を実質的に生じない別の電圧の印加によっても酸化または還元反応を生じるものである。第二の被検物質は、互いに異なる電圧の印加によっても酸化または還元反応を生じることができるものであれば２種以上であってもよい。このように、第一および第二の被検物質には、共に導電性ダイヤモンド電極上で酸化または還元反応を生じる電圧が存在する。したがって、第一の被検物質の濃度測定に際して、第二の被検物質は、第一の被検物質の濃度測定を妨害する結果となる。これは、第一の披検物質の酸化または還元反応の際、第二の被検物質も酸化または還元反応による余分な電流を生じるため、電流値に基づく第一の被検物質の正確な定量を行うことができなくなるからである。
【００１４】
上述したように、第二の被検物質には、第一の被検物質と共に酸化または還元反応を生じる電圧以外に、第二の被検物質の酸化または還元反応が生じるが、第一の被検物質の酸化または還元反応が実質的に生じない電圧が存在する。そして、この電圧を導電性ダイヤモンド電極に印加することにより第二の被検物質の濃度を測定することができる。本発明においては、そのようにして得られた第二の被検物質の濃度に基づいて、第一の被検物質の酸化または還元反応の際に生じる電流値の補正を行うことにより、第一の被検物質の濃度測定を可能とする。
【００１５】
本発明によれば第一の被検物質および第二の被検物質の両方の濃度を測定できるので、第一および第二の被検物質の両方が測定対象物質とされる場合が、本発明の一つの典型的な態様である。一方、本発明による方法は、第一の被検物質が濃度測定の対象とされる測定対象物質であり、第二の被検物質が測定対象物質の濃度測定において排除されるべき測定妨害物質であるときに、好ましく用いられる。いずれの態様も、いずれかまたは一方の被検物質量を知るとの目的において相違するのみで、その本質においては同じであるから、以下、後者の態様に基づいて本発明の内容を説明する。
【００１６】
本発明の好ましい態様によれば、測定対象物質が尿酸であり、かつ測定妨害物質がアスコルビン酸であるのが好ましい。尿酸は、尿または血清中にアスコルビン酸と共に含まれる物質であり、その尿酸濃度を知ることは医学上極めて有益である。一方、アスコルビン酸は尿酸測定を妨害する測定妨害物質となる。これは、尿酸およびアスコルビン酸が、共に、陽極酸化ダイヤモンド電極上において０．８Ｖ付近で酸化反応によるピーク電流を生じるためである。すなわち、尿中の尿酸濃度を導電性ダイヤモンド電極により測定しようと試みても、そのままではアスコルビン酸に起因する電流に妨害されて、尿酸濃度の正確な測定を行うことは出来ない。ところが、アスコルビン酸には、上記０．８Ｖにも、０．２Ｖ付近でアスコルビン酸単独のピーク電流を生じる。そこで、本発明によれば、このアスコルビン酸の０．２Ｖ付近における電流値を利用して、アスコルビン酸の濃度をまず算出する。次いで、この濃度に基づく所定の補正を行うことにより、尿酸濃度を測定することができる。したがって、本発明の測定方法によれば、アスコルビン酸を分離する操作を行ったり、あるいは、被検試料液を極めて強い酸性域に制御して尿酸とアスコルビン酸の各ピーク電位を分離することなく、簡便かつ高精度に尿酸を測定することができる。
【００１７】
上記好ましい態様における被検試料液は、尿酸およびアスコルビン酸が含まれていると考えられる、血清、尿、その他の生体由来の液などであることができる。尿または血清を被験試料とし、本発明の方法により尿中の尿酸濃度を知ることにより、高尿酸血症、通風、尿路結石症などの即時診断に有効となる。
【００１８】
本発明の好ましい態様によれば、被検試料液のｐＨが５〜８であるのが好ましい。本発明の測定方法は、測定対象物質と測定妨害物質の酸化または還元反応が同一電位となることを許容するため、例えば、前述した特開２００１−１４７２１１号公報のように、好ましくはｐＨ１という極めて強い酸性下において、測定妨害物質であるアスコルビン酸のピーク電位を、尿酸のピーク電位と分離する必要がない。したがって、尿酸およびアスコルビン酸を含む被検試料液において、弱酸性〜中性（例えばｐＨ５〜８）という穏やかな液性下で、尿酸濃度を測定できるので、披検試料液の取り扱いがし易く、安全性が高くなる。また、本発明の別の好ましい態様によれば、測定に先立ち、前記被検試料液のｐＨを５〜８に調整する工程をさらに行ってもよい。
【００１９】
本発明の好ましい態様によれば、被検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。この場合、尿酸によるピーク電位と、アスコルビン酸による尿酸と重ならないピーク電位との差が大きくなり、より精度の高い測定が可能となる。
【００２０】
測定系および測定方法
本発明による測定方法において、被検物質測定のための電気化学的系は、作用電極としてのダイヤモンド電極を２個以上設けたこと以外は、一般的な電気化学的な系であることが出来る。すなわち、本発明にあっては、作用電極としての２個以上のダイヤモンド電極を、対電極とともに被検試料液に接触させ、作用電極の各々について対電極との間にそれぞれ異なる電圧を印加する。
【００２１】
この系を模式的に表せば図１の通りとなる。図１に示される系は、被検試料液１を収納した容器２に、被検試料液１と接触するように、第一作用電極３、第二作用電極４、および対電極５を備えてなる。第一作用電極３および第二作用電極４は共に導電性ダイヤモンド電極である。本発明の好ましい態様によれば、参照電極６を系に更に備え、各作用電極３，４と、対電極５とに印加される電圧の絶対値をそれぞれ知ることができるように構成されてもよい。なお、以下の説明において、被検試料液１は、第一の被検物質としての測定対象物質および第二の被検対象物質としての測定妨害物質を含むものとする。
【００２２】
本発明において、第一作用電極と対電極との間に印加される電圧は、第一作用電極上で測定妨害物質の酸化または還元反応が生じるが、測定妨害物質の酸化または還元反応が実質的に生じない電圧とする。すなわち、この印加電圧下では測定妨害物質の酸化または還元反応のみが生じる。本発明の好ましい態様によれば、測定効率および精度の観点から、この印加電圧は、測定妨害物質の酸化または還元のピーク電流を与える電圧であることが好ましい。ここで、ピーク電流を与える電圧とは、例えばサイクリックボルタンメトリーにより、最大電流値を与える電圧として求めることが出来る。本発明者らの得た知見によれば、測定対象物質が尿酸であり、かつ測定妨害物質がアスコルビン酸である弱酸性〜中性付近の被検試料液の場合、陽極酸化導電性ダイヤモンド電極上で測定妨害物質のピーク電流のみを与える電圧は、０．１〜０．３Ｖ（対Ａｇ／ＡｇＣｌ電極）範囲内であり、より具体的には、約０．２Ｖ（対Ａｇ／ＡｇＣｌ電極）である。
【００２３】
上記印加電圧下、第一作用電極と対電極との間に生じる電流値を測定し、得られた電流値から被検試料液中の測定妨害物質濃度を算出する。アスコルビン酸などの測定妨害物質の酸化または還元により第一作用電極と対電極との間に生じる電流値は、系内の測定妨害物質の濃度に正比例する。従って、一旦ある電圧値における電流値と測定妨害物質濃度との関係を求めておけば、その関係から、得られた電流値に対応する被験試料液中の測定妨害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、測定妨害物質の濃度と電流値との検量線を予め作成しておき、この検量線と、得られた電流値とを対比することにより、測定妨害物質の濃度を知ることが出来る。
【００２４】
測定妨害物質は第二作用電極においても測定対象物質と共に検出されるが、上記のように得られた測定妨害物質の濃度から、第二作用電極で測定される電流値への測定妨害物質の寄与分を算出する。すなわち、第二作用電極の場合においても、第一作用電極の場合と同様に、予め、印加しようとする電圧値における電流値と測定妨害物質濃度との関係を求めておけば、その関係から、得られた被験試料液中の測定妨害物質の濃度に対応する電流値を容易に知ることが出来る。本発明の好ましい態様にあっては、測定妨害物質の濃度と電流値との検量線を予め作成しておき、この検量線と、第一作用電極で測定された測定妨害物質濃度とを対比することにより、第二作用電極で測定される電流値への測定妨害物質の寄与分を知ることが出来る。
【００２５】
本発明において、第二作用電極と前記対電極との間に印加される電圧は、第二作用電極上で測定対象物質および測定妨害物質の酸化または還元反応が生じる電圧とする。すなわち、この印加電圧下では測定対象物質および測定妨害物質の両方の酸化または還元反応が生じている。本発明の好ましい態様によれば、測定効率および精度の観点から、この印加電圧は、測定対象物質および測定妨害物質の両方の酸化または還元のピーク電流を与える電圧であることが好ましい。ここで、ピーク電流を与える電圧とは、例えばサイクリックボルタンメトリーにより、最大電流値を与える電圧として求めることが出来る。本発明者らの得た知見によれば、測定対象物質が尿酸であり、かつ測定妨害物質がアスコルビン酸である弱酸性〜中性付近の被検試料液の場合、陽極酸化導電性ダイヤモンド電極上で測定対象物質および測定妨害物質の両方のピーク電流を与える電圧は、０．７〜０．９Ｖ（対Ａｇ／ＡｇＣｌ電極）の範囲内であり、より具体的には、約０．８Ｖ（対Ａｇ／ＡｇＣｌ電極）である。
【００２６】
上記電圧下、第二作用電極と対電極との間に生じる電流値を測定する。そして、得られた電流値から先に算出した測定妨害物質の寄与分を差し引いて、測定対象物質単独に由来する電流値を算出し、この電流値から被検試料中の測定対象物質濃度を算出する。尿酸などの測定対象物質の酸化または還元により第一作用電極と対電極との間に生じる電流値は、系内の測定対象物質の濃度に正比例する。従って、一旦ある電圧値における電流値と測定対象物質濃度との関係を求めておけば、その関係から、得られた電流値に対応する被験試料液中の測定対象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、測定対象物質の濃度と電流値との検量線を予め作成しておき、この検量線と、得られた電流値とを対比することにより、測定対象物質の濃度を知ることが出来る。
【００２７】
本発明の別の好ましい態様によれば、ピーク電流付近でバックグランド電流が著しく増大してしまう場合においては、バックグランド電流が測定に悪影響を及ぼさない程度に低い範囲内で最もピーク電流に近い電圧、例えばバックグラウンド電流と酸化反応により生じる電流との差が最も大きくなる電圧、を選択するのが、安定かつ高感度の測定を行える点で好ましい。さらに、本発明の別の好ましい態様によれば、最大電流値を与える電圧は、回転電極法またはマイクロ電極法により求めることが出来る。回転電極法またはマイクロ電極法によれば、測定条件等による測定誤差の可能性をより排除出来る点で有利である。
【００２８】
本発明において第一作用電極および第二作用電極の形状等は特に限定されないが、後記する図２に示されるような板状のものであっても、またディスク上の電極を回転させながら用いるいわゆる回転電極であってもよい。
【００２９】
本発明にお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。
【００３０】
本発明の好ましい態様によれば、参照電極を被験試料中に接触させ、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酸化または還元反応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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
この態様の電極を図２を用いて更に説明する。図２（ａ）は、ダイヤモンド電極１１の断面図であり、この電極は、基材１２の上に形成された導電性ダイヤモンド薄膜１３とからなり、さらにこの導電性ダイヤモンド薄膜１３には導線１５が例えば金コーティング１４を介して接続される。図２（ｂ）は、ダイヤモンド電極１１の斜視図であり、基材１２の上に形成された導電性ダイヤモンド薄膜１３からなり、さらにこの導電性ダイヤモンド薄膜１３を電極とするための金コーティング１４を介して導線１５が接続される。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
本発明の好ましい態様によれば、導電性ダイヤモンド電極が陽極酸化されたものであるのが好ましい。何ら処理が施されていない、作製されたままの（as grown）導電性ダイヤモンド電極は、表面が水素終端化されているが、陽極酸化を行うことにより、導電性ダイヤモンド電極の表面は酸素終端化される。そして、この陽極酸化ダイヤモンド電極、すなわち酸素終端化されたダイヤモンド電極を用いると、アスコルビン酸の酸化反応における２つのピーク電位間の差が、水素終端化された導電性ダイヤモンド電極の場合よりも大きくなる。本発明者らの知見によれば、アスコルビン酸の酸化反応における２つのピーク電位間の差は、酸素終端化ダイヤモンド電極の場合には０．５Ｖと大きいのに対して、水素終端化ダイヤモンド電極の場合には０．３Ｖと小さい。したがって、陽極酸化ダイヤモンド電極、すなわち酸素終端化されたダイヤモンド電極を用いることにより、０．２Ｖ（対Ａｇ／ＡｇＣｌ電極）付近に観察されるアスコルビン酸単独のピーク電流を高精度に測定することができる。その結果、尿酸濃度をより高い精度で測定することができる。
【００４４】
導電性ダイヤモンド電極の陽極酸化は、水酸化ナトリウム溶液中で導電性ダイヤモンドに正の電圧を印加して、ダイヤモンドを酸化させることにより行うことができる。
【００４５】
測定装置
本発明による測定方法に用いる測定装置は、図１に示されるように、作用電極として２個のダイヤモンド電極を用いること以外は、一般的な電気化学的な系であることが出来るが、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験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装置を用いるのが好ましい。
【００４６】
フローセルを用いたフローインジェクション法を用いる測定装置の概略は図３に示される通りである。フローセル３１には、キャリア溶液溜２１から、ポンプ２２によりキャリア溶液が注入される。ポンプ２２とフローセル３１との間には、被験試料注入口２３および披検試料導入部２４が設けられ、キャリア溶液に被験試料が注入可能とされる。フローセル３１を通過したキャリア溶液は、廃液溜２６に集められる。フローセル３１の基本構成は、前述した図１に示される測定系と同様であり、被検試料液を収納する容器３２と、被検試料液と接触するように、第一作用電極３３、第二作用電極３４、対電極３５、および参照電極３６を備えてなる。
【００４７】
電源・電流計４１には、フローセル３１より、第一作用電極３３に接続される導線ＷＥ１、第二作用電極３４に接続される導線ＷＥ２、対電極３５に接続される導線ＣＥ、および参照電極３６に接続される導線ＲＥが接続される。この電源・電流計４１は、第一作用電極と対電極との間、および第二作用電極と対電極との間に、それぞれ所定の電圧を印加する手段と、この印加電圧下で第一作用電極および第二作用電極における各電流値を測定する手段とを兼ねるものである。すなわち、この電源・電流計４１によって、第一作用電極と対電極との間に、第一作用電極上で測定妨害物質の酸化反応が生じるが、測定対象物質の酸化反応が実質的に生じない電圧を印加し、該電圧下で第一作用電極における酸化または還元反応に伴う電流値を測定する。また、第二作用電極と対電極との間に、測定対象物質および測定妨害物質の酸化反応が生じる電圧を印加し、該電圧下で第二作用電極における酸化または還元反応に伴う電流値を測定する。これらの電流値は、電流値比較・濃度算出装置４２に送られる。
【００４８】
この装置４２には、第一作用電極に印加される電圧における測定妨害物質濃度対電流値の検量線データ４３ａ、第二作用電極に印加される電圧における測定妨害物質濃度対電流値の検量線データ４３ｂ、および第二作用電極に印加される披検物質対電流値の検量線データ４３ｃが送られ、この装置内において、電源・電流計４１から送られた第一作用電極における電流値と、検量線データ４３ａを比較し、測定妨害物質の濃度を算出する。得られた測定妨害物質濃度と、検量線データ４３ｂを比較し、第二作用電極における電流値への測定妨害物質の寄与分を算出する。そして、電源・電流計４１から送られた第二作用電極における電流値から測定妨害物質の寄与分を差し引く。こうして得られた測定対象物質単独に由来する電流値と、検量線データ４３ｃを比較し、測定対象物質の濃度を算出する。このように、この装置４２は、得られた各電流値から被験試料液中の測定対象物質の濃度を算出する手段を備える。得られた測定対象物質濃度は、表示装置４４により表示される。
【００４９】
測定は以下のように行われる。まず、被験試料を注入しないキャリア溶液のみを流し、いわゆるバックグラウンド電流を出来るだけ小さくし、かつ安定させる。ダイヤモンド電極はバックグラウンド電流が小さいことを特長とする。次に、被験試料を被験試料注入口２３より注入する。この注入は継続して行われてもよいが、ピーク電流を測定可能な程度の量を一時期に注入してもよい。
【００５０】
【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が、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００５１】
例１：陽極酸化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。得られたダイヤモンド薄膜付シリコン基板を０．１Ｍの水酸化ナトリウム溶液に浸漬し、２．６Ｖ（対Ａｇ／ＡｇＣｌ電極）の電圧を７５分間印加して、ダイヤモンド薄膜の表面を酸化した。こうして、陽極酸化ダイヤモンド電極を得た。
【００５２】
例２：ディファレンシャルパルスボルタンメトリーの測定
尿酸濃度１００μＭの溶液、アスコルビン酸濃度５００μＭの溶液、尿酸濃度１００μＭおよびアスコルビン酸濃度５００μＭの混合溶液をそれぞれ用意した。これらの各溶液について、ディファレンシャルパルスボルタンメトリーを測定した。ディファレンシャルパルスボルタンメトリーの測定条件は、以下の条件で行った。
測定温度：室温
作用電極：例１で作製した陽極酸化ダイヤモンド電極
対電極：白金電極
参照電極：Ａｇ／ＡｇＣｌ電極
支持電解質：０．１Ｍリン酸緩衝液（ｐＨ６．８）
パルス幅：５０ｍ秒
パルス周期：５００ｍ秒
パルス高さ：５０ｍＶ
【００５３】
その結果は、図４に示される通りであった。図４において、「ＵＡ」とは尿酸濃度１００μＭの溶液に、「ＡＡ」とはアスコルビン酸濃度５００μＭの溶液に、「ＵＡ＋ＡＡ」とは尿酸濃度１００μＭおよびアスコルビン酸濃度５００μＭの混合溶液に、「ＢＧ」とはバックグラウンド電流にそれぞれ対応する。図４に示されるように、アスコルビン酸のピーク電流が０．２Ｖおよび０．８Ｖ付近に観察され、尿酸のピーク電流が０．８Ｖ付近に観察された。
【００５４】
例３：アスコルビン酸の検量線の作成
０．１Ｍのリン酸緩衝溶液（ｐＨ６．８）にアスコルビン酸を加え、アスコルビン酸濃度０、２５、５０、１００、および５００μＭの溶液を用意した。この溶液に、作用電極として例１で調製したダイヤモンド電極を浸け、また対電極として白金電極を浸け、さらに参照電極としてＡｇ／ＡｇＣｌ電極を浸けて、電気化学測定用フローセルを構成した。
作用電極に０．２Ｖ（対参照電極）の電圧を印加し、各尿酸濃度におけるピーク電流を測定した。得られたピーク電流値とアスコルビン酸濃度から、図５に示される検量線ＡＡ１が得られた。
また、印加電圧を０．８Ｖ（対参照電極）としたこと以外は上記同様にして、各尿酸濃度におけるピーク電流を測定した。得られたピーク電流値とアスコルビン酸濃度から、図５に示される検量線ＡＡ２が得られた。
図５に示されるように、０．２Ｖおよび０．８Ｖ（対参照電極）のいずれの電位においても、アスコルビン酸濃度に比例して検出電流も推移した。
【００５５】
例４：尿酸の検量線の作成
０．１Ｍのリン酸緩衝溶液（ｐＨ６．８）に尿酸を加え、尿酸酸濃度０、５、１０、２０、５０、および１００μＭの溶液を用意した。この溶液に、作用電極として例１で調製したダイヤモンド電極を浸け、また対電極として白金電極を浸け、さらに参照電極としてＡｇ／ＡｇＣｌ電極を浸けて、電気化学測定用フローセルを構成した。
作用電極に０．８Ｖ（対参照電極）の電圧を印加し、各尿酸濃度におけるピーク電流を測定した。得られたピーク電流値と尿酸濃度から、図６に示される検量線ＵＡが得られた。図６に示されるように、尿酸濃度に比例して検出電流も推移した。
【００５６】
このように、例３および４において各成分の濃度に比例する検量線が得られた。したがって、これらの検量線を用いることにより、尿酸およびアスコルビン酸を含む被検試料液における尿酸濃度を、ダイヤモンド電極により簡便かつ高精度に測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による測定法に用いられる測定系の概略を示す図である。
【図２】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の断面図であり、（ｂ）はダイヤモンド電極の斜視図である。
【図３】本発明による測定装置の基本構成を示す図である。
【図４】尿酸濃度１００μＭの溶液、アスコルビン酸濃度５００μＭの溶液、尿酸濃度１００μＭおよびアスコルビン酸濃度５００μＭの混合溶液の、ディファレンシャルパルスボルタンメトリーの測定結果である。
【図５】０．２Ｖおよび０．８Ｖ（対参照電極）の印加電圧において測定された、アスコルビン酸濃度とピーク電流の値との検量線である。
【図６】０．８Ｖ（対参照電極）の印加電圧において測定された、尿酸濃度とピーク電流の値との検量線である。
【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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