(57)【要約】【課題】外乱による測定結果のバラツキを低減し、二酸化炭素の濃度を安定して精度よく測定する。【解決手段】二酸化炭素濃度導出装置１００は、作用極１２０、参照極１３０、および、対極１４０で構成される３つの電極と、３つの電極が、測定対象である液体にマーカ分子が分散された液である被測定液に接触するように、被測定液を維持する維持機構（収容槽１１０）と、参照極１３０に対して作用極１２０の電位を変化させる電圧印加部１６０と、電圧印加部１６０が電位を変化させることで作用極１２０と対極１４０との間に流れる電流値を測定する電流値測定部１６２と、を備え、マーカ分子は、酸化還元電位が作用極の電位窓に含まれる物質であり、作用極１２０は、アミノ基を有する有機分子が、電極基材の表面に共有結合された電極である。【選択図】図１
2015210096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中の二酸化炭素の濃度を導出する二酸化炭素濃度導出装置であって、
作用極、参照極、および、対極で構成される３つの電極と、
前記３つの電極が、測定対象である液体にマーカ分子が分散された液である被測定液に接触するように、該被測定液を維持する維持機構と、
前記参照極に対して前記作用極の電位を変化させる電圧印加部と、
前記電圧印加部が電位を変化させることで前記作用極と前記対極との間に流れる電流値を測定する電流値測定部と、
を備え、
前記マーカ分子は、酸化還元電位が前記作用極の電位窓に含まれる物質であり、
前記作用極は、アミノ基を有する有機分子が、電極基材の表面に共有結合された電極であることを特徴とする二酸化炭素濃度導出装置。
【請求項２】
前記作用極の電位を変化させることで変化する、該作用極と前記対極との間に流れる電流値と、液体中の二酸化炭素の濃度とが予め関連付けられた情報である濃度情報を保持するメモリと、
前記メモリに保持された濃度情報を参照し、前記電流値測定部によって測定された電流値に基づいて、前記被測定液中の二酸化炭素濃度を導出する濃度導出部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素濃度導出装置。
【請求項３】
前記濃度情報は、作用極の電位を変化させることで変化する、該作用極と前記対極との間に流れる電流値のうち、最も高い電流値である酸化ピーク電流値と、液体中の二酸化炭素の濃度とが予め関連付けられた情報であり、
前記濃度導出部は、前記メモリに保持された濃度情報を参照して、前記電流値測定部によって測定された酸化ピーク電流値から二酸化炭素濃度を導出することを特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素濃度導出装置。
【請求項４】
前記濃度情報は、作用極の電位を変化させることで変化する、該作用極と前記対極との間に流れる電流値のうち、最も低い電流値である還元ピーク電流値と、液体中の二酸化炭素の濃度とが予め関連付けられた情報であり、
前記濃度導出部は、前記メモリに保持された濃度情報を参照して、前記電流値測定部によって測定された還元ピーク電流値から二酸化炭素濃度を導出することを特徴とする請求項２に記載の二酸化炭素濃度導出装置。
【請求項５】
前記作用極の電極基材は、Ａｕであり、
前記作用極において前記アミノ基を有する有機分子は、スルフィド結合によって前記電極基材の表面に共有結合されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の二酸化炭素濃度導出装置。
【請求項６】
前記作用極は、Ａｕで構成された電極基材と、アミノ基およびチオール基を有する有機化合物とを接触させることで形成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の二酸化炭素濃度導出装置。
【請求項７】
前記アミノ基およびチオール基を有する有機化合物は、アミノエタンチオールであることを特徴とする請求項６に記載の二酸化炭素濃度導出装置。
【請求項８】
前記マーカ分子は、フェリシアン酸イオンであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の二酸化炭素濃度導出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中の二酸化炭素の濃度を測定する二酸化炭素濃度導出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所、製鉄所、ボイラー等のプラントにおいては、大量の化石燃料（例えば、石炭、重油、超重質油）を燃焼させている。したがって、化石燃料の燃焼に伴って、二酸化炭素（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む排気ガスが上記プラントから排出されることとなる。排気ガスに含まれる物質の中で、二酸化炭素は、地球温暖化の要因となっており、気候変動に関する国際連合枠組条約等において大気への排出量が規制されている。
【０００３】
そこで、二酸化炭素の大気への排出を削減するために、二酸化炭素回収貯留技術（ＣＣＳ：Carbon dioxide Capture and Storage）が開発されている。二酸化炭素回収貯留技術は、分離回収プロセス、輸送プロセス、圧入プロセス、貯留プロセスの４つのプロセスで構成される。具体的に説明すると、分離回収プロセスは、燃焼で生じる排気ガスや、製造過程で生じる排気ガス等の二酸化炭素を含む排気ガスから二酸化炭素を分離して回収するプロセスである。輸送プロセスは、分離回収プロセスで回収された二酸化炭素を海底まで輸送するプロセスである。圧入プロセスは、輸送プロセスで輸送された二酸化炭素を海底の岩盤に圧入するプロセスである。貯留プロセスは、圧入プロセスで圧入した二酸化炭素を海底の岩盤中に貯留するプロセスである。
【０００４】
このように、二酸化炭素回収貯留技術では、最終的に海底の岩盤中に二酸化炭素を貯留することとなるが、貯留プロセス中に岩盤から二酸化炭素が漏洩し、海水中に分散してしまうおそれがある。そこで、貯留プロセスにおいて、岩盤からの二酸化炭素の漏洩を監視するために、海水中の二酸化炭素の濃度をモニタリングすることが求められている。
【０００５】
二酸化炭素の濃度を導出する技術として、炭酸水素イオンを取り込むと、電気伝導度、荷電容量、および、交流インピーダンスのうちいずれかが変化する導電性ポリマーと、水を保持する絶縁性ポリマーとを含んで構成される二酸化炭素センサが開示されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の技術では、絶縁性ポリマーが保持する水と大気中の二酸化炭素とが反応することにより生じた炭酸水素イオンを、導電性ポリマーが取り込むことにより生じる電気伝導度、荷電容量、および、交流インピーダンスのいずれかの変化に基づいて、炭酸水素イオン濃度を導出し、炭酸水素イオン濃度に基づいて間接的に二酸化炭素の濃度を導出している。
【０００６】
また、内部液と、内部液に浸漬され、内部液のｐＨの変化を測定する２つの電極（イオン感応性電界効果型トランジスタ、塩素イオン選択性電極）と、内部液および２つの電極を覆い、外部のガスを内部液に透過させるガス透過性膜とを含んで構成され、ガス透過性膜を透過した二酸化炭素による内部液のｐＨの変化を測定することで、外部の二酸化炭素の濃度を間接的に導出する技術も開発されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−３６１３３５号公報
【特許文献２】特許第４５５７２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の技術は、気体中の二酸化炭素の濃度を導出するための技術であるため、海水等の液体中の二酸化炭素の濃度を導出することはできない。仮に、特許文献１の技術を改良して液体中の二酸化炭素の濃度の導出を試みたとしても、海水は、二酸化炭素以外の要因、例えば、海水の塩濃度の変化、ｐＨの変化、水温によって、炭酸水素イオンの濃度が変化することがあるため、炭酸水素イオンの濃度を導出することで間接的に二酸化炭素の濃度を導出する特許文献１の技術では、二酸化炭素の濃度を正確に導出することができない。
【０００９】
また、特許文献２に記載されたガス透過性膜は、二酸化炭素のみならず、二酸化炭素以外のガスを透過させる機能を有する。したがって、海水に含まれる二酸化炭素以外のガスによって内部液のｐＨが変化することがあるため、ｐＨの変化を測定することで間接的に二酸化炭素の濃度を導出する特許文献２の技術では、二酸化炭素の濃度を正確に導出することができない。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑み、外乱による導出結果のバラツキを低減し、二酸化炭素の濃度を安定して精度よく導出することが可能な二酸化炭素濃度導出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の二酸化炭素濃度導出装置は、液体中の二酸化炭素の濃度を導出する二酸化炭素濃度導出装置であって、作用極、参照極、および、対極で構成される３つの電極と、３つの電極が、測定対象である液体にマーカ分子が分散された液である被測定液に接触するように、被測定液を維持する維持機構と、参照極に対して作用極の電位を変化させる電圧印加部と、電圧印加部が電位を変化させることで作用極と対極との間に流れる電流値を測定する電流値測定部と、を備え、マーカ分子は、酸化還元電位が作用極の電位窓に含まれる物質であり、作用極は、アミノ基を有する有機分子が、電極基材の表面に共有結合された電極であることを特徴とする。
【００１２】
また、作用極の電位を変化させることで変化する、作用極と対極との間に流れる電流値と、液体中の二酸化炭素の濃度とが予め関連付けられた情報である濃度情報を保持するメモリと、メモリに保持された濃度情報を参照し、電流値測定部によって測定された電流値に基づいて、被測定液中の二酸化炭素濃度を導出する濃度導出部と、を備えるとしてもよい。
【００１３】
また、濃度情報は、作用極の電位を変化させることで変化する、作用極と対極との間に流れる電流値のうち、最も高い電流値である酸化ピーク電流値と、液体中の二酸化炭素の濃度とが予め関連付けられた情報であり、濃度導出部は、メモリに保持された濃度情報を参照して、電流値測定部によって測定された酸化ピーク電流値から二酸化炭素濃度を導出するとしてもよい。
【００１４】
また、濃度情報は、作用極の電位を変化させることで変化する、作用極と対極との間に流れる電流値のうち、最も低い電流値である還元ピーク電流値と、液体中の二酸化炭素の濃度とが予め関連付けられた情報であり、濃度導出部は、メモリに保持された濃度情報を参照して、電流値測定部によって測定された還元ピーク電流値から二酸化炭素濃度を導出するとしてもよい。
【００１５】
また、作用極の電極基材は、Ａｕであり、作用極においてアミノ基を有する有機分子は、スルフィド結合によって電極基材の表面に共有結合されているとしてもよい。
【００１６】
また、作用極は、Ａｕで構成された電極基材と、アミノ基およびチオール基を有する有機化合物とを接触させることで形成されるとしてもよい。
【００１７】
また、アミノ基およびチオール基を有する有機化合物は、アミノエタンチオールであるとしてもよい。
【００１８】
また、マーカ分子は、フェリシアン酸イオンであるとしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、外乱による測定結果のバラツキを低減し、二酸化炭素の濃度を安定して精度よく測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態にかかる二酸化炭素濃度導出装置を説明するための図である。
【図２】作用極の表面で生じる現象について説明するための図である。
【図３】電圧印加部が印加する電位の変化および電流値測定部によって測定される電流値の挙動について説明するための図である。
【図４】二酸化炭素の濃度の違いによる、酸化ピーク電流値および還元ピーク電流値の変化について説明するための図である。
【図５】濃度情報の具体的な構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２２】
図１は、本実施形態にかかる二酸化炭素濃度導出装置１００を説明するための図である。なお、図１中、物質の流れを実線の矢印で、信号の流れを破線の矢印で示す。図１に示すように、二酸化炭素濃度導出装置１００は、収容槽１１０と、対象液供給部１１２と、マーカ分子供給部１１４と、作用極１２０と、参照極１３０と、対極１４０と、制御装置１５０とを含んで構成される。
【００２３】
収容槽１１０（維持機構）は、測定対象である液体にマーカ分子が分散された液である被測定液を収容する。ここでは、測定対象である液体（対象液）として海水を例に挙げ、マーカ分子としてフェリシアン酸イオン（Ｆｅ（ＩＩ）（ＣＮ）６４−）を例に挙げて説明する。
【００２４】
対象液供給部１１２は、例えば、ポンプで構成され、対象液供給源から収容槽１１０に海水（対象液）を供給する。マーカ分子供給部１１４は、例えば、ポンプで構成され、フェリシアン酸イオンが分散された液体（マーカ分子溶液、例えば、Ｋ４Ｆｅ（ＩＩ）（ＣＮ）６水溶液）の供給源（マーカ分子供給源）からマーカ分子溶液を収容槽１１０に供給する。対象液供給部１１２およびマーカ分子供給部１１４が駆動されることにより、収容槽１１０に被測定液が収容されることとなる。
【００２５】
作用極１２０、参照極１３０、対極１４０は、電極であり、これら３つの電極（作用極１２０、参照極１３０、対極１４０）は、収容槽１１０に収容された被測定液に接触するように、配される。
【００２６】
３つの電極について具体的に説明すると、作用極１２０は、アミノ基を有する有機分子が、電極基材の表面に共有結合された電極である。作用極１２０の電極基材は、例えば、金（Ａｕ）であり、作用極１２０においてアミノ基を有する有機分子は、スルフィド結合によって電極基材の表面に共有結合されている。
【００２７】
参照極１３０は、銀／塩化銀（Ａｇ／ＡｇＣｌ）電極、飽和カロメル電極、標準水素電極、可逆水素電極の群から選択されるいずれかの電極であり、好ましくは、銀／塩化銀電極である。飽和カロメル電極は、水銀が用いられているため、仮に参照極１３０が破損した場合、被測定液に水銀が混入してしまい、廃棄処理に要するコストが上昇してしまう。また、標準水素電極、および、可逆水素電極は、水素ガスを供給する必要があり、取り扱いが煩雑となるため、銀／塩化銀電極が好ましい。
【００２８】
対極１４０は、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ステンレス、アルミニウム（Ａｌ）等の金属で構成される。
【００２９】
制御装置１５０は、中央制御部１５２と、メモリ１５４とを含んで構成される。中央制御部１５２は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成され、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出し、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して制御装置１５０全体を管理および制御する。メモリ１５４は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ等で構成され、中央制御部１５２に用いられるプログラムや各種データ、例えば、濃度情報を保持する。濃度情報については、後に詳述する。
【００３０】
本実施形態において、中央制御部１５２は、電圧印加部１６０、電流値測定部１６２、濃度導出部１６４、結果出力部１６６としても機能する。
【００３１】
電圧印加部１６０は、作用極１２０と参照極１３０との間に電圧を印加し、参照極１３０に対して作用極１２０の電位を変化させる。電流値測定部１６２は、電圧印加部１６０が電位を変化させる（掃引する）ことで作用極１２０と対極１４０との間に流れる電流値を測定する。濃度導出部１６４は、メモリ１５４に保持された濃度情報を参照して、電流値測定部１６２によって測定された電流値から二酸化炭素濃度を導出する。
【００３２】
本実施形態では、本測定を開始する前に、二酸化炭素の濃度が既知である被測定液を用いて、電流値と二酸化炭素の濃度との関係を定めた濃度情報を作成し、予めメモリ１５４に保持しておく。例えば、収容槽１１０に二酸化炭素の濃度が既知である被測定液を収容し、電圧印加部１６０が電圧を印加して電位を変化させ、電流値測定部１６２が電流値を測定して、濃度情報を作成する。以下、濃度情報の作成処理について説明し、続いて、本測定について説明する。
【００３３】
（濃度情報の作成処理）
ここでは、まず、作用極１２０の表面で生じる現象について説明し、続いて、電圧印加部１６０が印加する電圧の変化および電流値測定部１６２による測定結果について説明し、最後に、濃度情報の作成処理について説明する。
【００３４】
（作用極１２０の表面で生じる現象）
図２は、作用極１２０の表面で生じる現象について説明するための図である。上述したように、作用極１２０は、金で構成された電極基材の表面に、アミノ基を有する有機分子がスルフィド結合によって共有結合されたものである。ここでは、図２（ａ）に示すように、金とスルフィド結合を形成する、アミノ基を有する有機分子として、（−Ｓ−（ＣＨ２）２−ＮＨ２）を例に挙げて説明する。
【００３５】
図２（ａ）に示すように、作用極１２０の表面には、（−Ｓ−（ＣＨ２）２−ＮＨ２）が結合されている。二酸化炭素が分散されていない、または、ほとんど分散されていない被測定液に作用極１２０が浸漬されている場合、（−Ｓ−（ＣＨ２）２−ＮＨ２）のアミノ基（−ＮＨ２）は、中性（−ＮＨ２）である。被測定液中のフェリシアン酸イオン（マーカ分子）は、負電荷を帯びているが、（−Ｓ−（ＣＨ２）２−ＮＨ２）のアミノ基が中性であるため、フェリシアン酸イオンは、アミノ基と反発することなく、作用極１２０の表面（電極基材の表面）に到達することができる。ここで、電圧印加部１６０によって、作用極１２０に電位（電圧）が印加されると、作用極１２０の電極基材の表面と、フェリシアン酸イオンとの間で電子の授受が行われ、フェリシアン酸イオンの電子が電極基材に移動する。こうして、作用極１２０と対極１４０との間に電流が流れることとなる。
【００３６】
一方、図２（ｂ）に示すように、二酸化炭素が多く分散された被測定液に作用極１２０が浸漬されている場合、（−Ｓ−（ＣＨ２）２−ＮＨ２）のアミノ基の一部は、被測定液中の二酸化炭素と結合し、カルバメートイオン（−ＮＨ−ＣＯＯ−）となり、負電荷を帯びることとなる。上述したように、被測定液中のフェリシアン酸イオン（マーカ分子）は、負電荷を帯びているため、カルバメートイオンと反発（静電的反発）することとなり、作用極１２０の表面（電極基材の表面）に到達しにくくなってしまう。したがって、電圧印加部１６０によって、作用極１２０に電位（電圧）が印加されたとしても、作用極１２０の電極基材の表面と、フェリシアン酸イオンとの間で電子の授受が行われにくくなり、図２（ａ）の場合と比較して、作用極１２０と対極１４０との間に流れる電流値が低下することとなる。
【００３７】
カルバメートイオンの生成、すなわち、アミノ基と二酸化炭素との結合反応は、平衡反応であることから、被測定液中の二酸化炭素の濃度に応じて、作用極１２０の表面の負電荷の量が変化する。つまり、被測定液中の二酸化炭素の濃度に応じて、作用極１２０と対極１４０との間で流れる電流値が変化することとなる。
【００３８】
つまり、電圧印加部１６０が、電圧を印加することで、参照極１３０に対して作用極１２０の電位を変化させ、これに応じて変化する、作用極１２０と対極１４０との間で流れる電流値の挙動は、被測定液中の二酸化炭素濃度に応じて異なることとなる。
【００３９】
図３は、電圧印加部１６０が印加する電圧の変化および電流値測定部１６２によって測定される電流値の挙動について説明するための図である。図３（ａ）に示すように、本実施形態において、電圧印加部１６０は、作用極１２０および参照極１３０に電圧を印加して、参照極１３０に対して作用極１２０の電位を直線的に変化させる（掃引する）。具体的に説明すると、１の測定サイクルで、電圧印加部１６０は、最低電位Ｅｍｉｎ（例えば、−０．３Ｖ）から最高電位Ｅｍａｘ（０．６Ｖ）まで、正方向に、直線的に電位を掃引し、最高電位Ｅｍａｘに達すると、最高電位Ｅｍａｘから最低電位Ｅｍｉｎまで、負方向に、直線的に電位を掃引する（三角波で掃引する）。
【００４０】
そして、電圧印加部１６０が電位を掃引している間に、電流値測定部１６２が測定した電流値に基づいて、横軸を電圧印加部１６０によって印加された電位とし、縦軸を電流値測定部１６２によって測定された電流値としたグラフを作成すると、図３（ｂ）に示す、固有の形状を有する曲線（サイクリックボルタモグラム）を得ることができる。
【００４１】
測定開始時刻（最低電位Ｅｍｉｎを印加する時刻）をＴ１、最高電位Ｅｍａｘに到達する時刻をＴ２、再度最低電位Ｅｍｉｎに到達する時刻をＴ３として、サイクリックボルタモグラムについて具体的に説明する。図３（ｂ）に示すように、電圧印加部１６０によって最低電位Ｅｍｉｎから最高電位Ｅｍａｘまで正方向に電位が掃引される（Ｔ１からＴ２まで時間が経過する）と、作用極１２０において酸化反応が進行し、図３（ｂ）中矢印で示すように、電流値は上昇し、電位が０．３Ｖ付近となったところで正のピークに達し、さらに電位を上げると電流値は低下することとなる。
【００４２】
また、電圧印加部１６０によって最高電位Ｅｍａｘから最低電位Ｅｍｉｎまで負方向に電位が掃引される（Ｔ２からＴ３まで時間が経過する）と、作用極１２０において還元反応が進行し、図３（ｂ）中矢印で示すように、電流値は低下し、電位が０．２Ｖ付近となったところで負のピークに達し、さらに電位を下げると電流値は上昇することとなる。
【００４３】
ここで、酸化反応が進行する際の電流のピーク値、すなわち、電流値測定部１６２が測定した電流値のうち、最も高い電流値を酸化ピーク電流値ＯＰとし、還元反応が進行する際の電流のピーク値、すなわち、電流値測定部１６２が測定した電流値のうち、最も低い電流値を還元ピーク電流値ＲＰとする。
【００４４】
このように、電圧印加部１６０が、三角波で電位を掃引して、電流値測定部１６２によって測定された電流値をプロットすると、２つのピーク（酸化ピーク電流値ＯＰ、還元ピーク電流値ＲＰ）を有するサイクリックボルタモグラム（曲線）を得ることができる。
【００４５】
図４は、二酸化炭素の濃度の違いによる、酸化ピーク電流値ＯＰおよび還元ピーク電流値ＲＰの変化について説明するための図である。なお、図４中、被測定液中の二酸化炭素の濃度が０ｍＭである場合のサイクリックボルタモグラムを実線で、被測定液中の二酸化炭素の濃度が０．１４ｍＭである場合のサイクリックボルタモグラムを破線で示す。
【００４６】
図４に示すように、被測定液中の二酸化炭素の濃度が０ｍＭである場合の酸化ピーク電流値ＯＰａは、被測定液中の二酸化炭素の濃度が０．１４ｍＭである場合の酸化ピーク電流値ＯＰｂより大きく、被測定液中の二酸化炭素の濃度が０ｍＭである場合の還元ピーク電流値ＲＰａは、被測定液中の二酸化炭素の濃度が０．１４ｍＭである場合の還元ピーク電流値ＲＰｂより小さいことが分かる。換言すれば、二酸化炭素が少ない方が、酸化ピーク電流値ＯＰが大きく、還元ピーク電流値ＲＰが小さい。また、酸化ピーク電流値ＯＰと還元ピーク電流値ＲＰとの電位差は、二酸化炭素が少ない方が、大きくなることが分かる。つまり、二酸化炭素の濃度に応じて、酸化ピーク電流値ＯＰ自体、還元ピーク電流値ＲＰ自体、酸化ピーク電流値ＯＰと還元ピーク電流値ＲＰとの電位差が変化することが分かる。
【００４７】
したがって、本測定の開始前に、二酸化炭素の濃度が既知である被測定液を用いて、電圧印加部１６０が電圧を印加して電位を変化させ、電流値測定部１６２が酸化ピーク電流値ＯＰを測定し、酸化ピーク電流値ＯＰと、液体中の二酸化炭素の濃度とを関連付けた濃度情報を作成して、予めメモリ１５４に保持しておく。なお、測定サイクル１回のみで酸化ピーク電流値ＯＰ（サイクリックボルタモグラム）を測定することができるが、本実施形態では、安定したデータを得るために、同じ測定サイクルを３回実施して、３回目の測定サイクル（Ｔ５からＴ７まで、図３（ａ）参照）における酸化ピーク電流値ＯＰを取り扱うこととしている。
【００４８】
図５は、濃度情報の具体的な構成を説明するための図である。図５に示すように、濃度情報は、例えば、検量線である。
【００４９】
二酸化炭素の濃度が異なる複数の被測定液を用いて、酸化ピーク電流値ＯＰを測定し、検量線を作成した。濃度情報を作成するための被測定液は、海水の塩濃度程度の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を含む水溶液（５００ｍＭのＮａＣｌ水溶液）に、５ｍＭになるようにフェリシアン化カリウムを添加し、さらに、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ３）の添加量を異ならせることで、二酸化炭素の濃度が、０ｍＭ、０．００５６ｍＭ、０．０１４ｍＭ、０．０２８ｍＭ、０．０５６ｍＭ、０．０８４ｍＭ、０．１１２ｍＭ、０．１４ｍＭである被測定液を調製した。なお、炭酸水素ナトリウムから二酸化炭素への解離平衡から、添加した炭酸水素ナトリウムの０．２８％が水溶液中で二酸化炭素として存在すると仮定して、炭酸水素ナトリウムの添加量を決定した。
【００５０】
このようにして測定を行った結果を一次関数に近似すると、図５に示すような検量線が得られた。かかる検量線は、少なくとも、通常の海水の二酸化炭素の濃度（推定値０．２５ｐｐｍ）から２０倍の濃度（５ｐｐｍ）までを含む広い範囲で、寄与率Ｒ２が０．９９以上といった良好な相関性を有することが分かった。
【００５１】
（本測定）
本測定においては、二酸化炭素の濃度が未知である被測定液を用いるものの、濃度情報の作成処理と同様に、電圧印加部１６０が電圧を印加して、電位を変化させ（図３（ａ）参照）、電流値測定部１６２は、酸化ピーク電流値ＯＰを測定する。
【００５２】
そして、濃度導出部１６４は、メモリ１５４に保持された濃度情報を参照して、電流値測定部１６２によって測定された酸化ピーク電流値ＯＰから二酸化炭素濃度を導出する。
【００５３】
図１に戻って説明すると、結果出力部１６６は、濃度導出部１６４が導出した二酸化炭素の濃度を、外部の表示装置に出力する。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態にかかる二酸化炭素濃度導出装置１００によれば、二酸化炭素と特異的に結合するアミノ基を備えた作用極１２０を用いて、電流値の測定を行うため、二酸化炭素のみの濃度変化を捉えることができる。したがって、外乱による測定結果のバラツキを低減することができ、二酸化炭素の濃度を安定して精度よく導出することが可能となる。
【００５５】
（作用極１２０の製造方法）
続いて、上記作用極１２０の製造方法について説明する。まず、金で構成された電極基材を、アルミナのスラリーで研磨する。次に、研磨後の電極基材をイオン交換水で洗浄する。そして、洗浄後の電極基材を、アミノエタンチオール（ＨＳ−（ＣＨ２）２−ＮＨ２）水溶液に浸漬する。そうすると、アミノエタンチオールのチオール基（−ＳＨ）が電極基材の表面の金と共有結合し、電極基材の表面に（−Ｓ−（ＣＨ２）２−ＮＨ２）の自己集積単分子膜が形成されることとなる。
【００５６】
このように、金で構成された電極基材をアミノエタンチオール水溶液に浸漬するだけといった簡易な構成で作用極１２０を容易に製造することが可能となる。
【００５７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５８】
例えば、上記実施形態において、メモリ１５４が保持する濃度情報が、酸化ピーク電流値ＯＰと、液体中の二酸化炭素の濃度とが予め関連付けられた情報である場合を例に挙げて説明した。しかし、濃度情報は、還元ピーク電流値ＲＰと、液体中の二酸化炭素の濃度とが予め関連付けられた情報であってもよい。この場合、電流値測定部１６２は、還元ピーク電流値ＲＰを測定し、濃度導出部１６４は、メモリ１５４に保持された濃度情報を参照して、電流値測定部１６２によって測定された還元ピーク電流値ＲＰから二酸化炭素濃度を導出するとする。
【００５９】
また、上記実施形態において、メモリ１５４が保持する濃度情報が検量線を示す関数である場合を例に挙げて説明した。しかし、濃度情報は、酸化ピーク電流値ＯＰと、液体中の二酸化炭素の濃度とが予め関連付けられた情報、もしくは、還元ピーク電流値ＲＰと、液体中の二酸化炭素の濃度とが予め関連付けられた情報であれば、検量線を示す関数以外であってもよく、例えば、検量線を示すテーブルであってもよい。さらに、濃度情報は、酸化ピーク電流値ＯＰや還元ピーク電流値ＲＰにかかわらず、サイクリックボルタモグラムで囲まれた面積と、液体中の二酸化炭素の濃度とが予め関連付けられた情報であってもよい。少なくとも、濃度情報は、作用極１２０の電位を変化させることで変化する、作用極１２０と対極１４０との間に流れる電流値と、液体中の二酸化炭素の濃度とが予め関連付けられた情報であればよい。
【００６０】
また、上記実施形態において、二酸化炭素濃度導出装置１００が濃度導出部１６４を備える構成について説明したが、濃度導出部１６４は必須の構成ではない。例えば、電流値測定部１６２が測定した酸化ピーク電流値ＯＰが予め定められた閾値を超えた場合に、結果出力部１６６が、その旨を外部に出力（報知）するとしてもよい。同様に、電流値測定部１６２が測定した還元ピーク電流値ＲＰが予め定められた閾値未満となった場合に、結果出力部１６６が、その旨を外部に出力するとしてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態において、３つの電極（作用極１２０、参照極１３０、対極１４０）が被測定液に接触するように、被測定液を維持する維持機構として、収容槽１１０を例に挙げて説明した。しかし、３つの電極と被測定液との接触を維持できれば、収容槽１１０に代えて、他の構成を利用することもできる。
【００６２】
また、上記実施形態において、二酸化炭素濃度導出装置１００が、対象液供給部１１２、マーカ分子供給部１１４を備える構成について説明したが、対象液供給部１１２、マーカ分子供給部１１４は必須の構成ではない。
【００６３】
また、上記実施形態において、作用極１２０の電極基材が金である場合を例に挙げて説明した。しかし、作用極１２０の電極基材は、他の物質、例えば、炭素やダイヤモンドであってもよい。この場合、アミノ基を有する有機分子は、二酸化炭素とともにカルバメートイオンを形成するアミノ基以外の別のアミノ基を有しており、作用極１２０においてアミノ基を有する有機分子は、別のアミノ基によって電極基材の表面に共有結合（アミド結合）されることとなる。
【００６４】
また、上記実施形態において、アミノ基およびチオール基を有する有機化合物として、アミノエタンチオールを例に挙げて説明した。しかし、アミノエタンチオールに限らず、アミノ基およびチオール基を有する有機化合物であればよく、例えば、ＨＳ−（ＣＨ２） n−ＮＨ２（ｎは、１、または、３以上の整数）であってもよい。
【００６５】
また、上記実施形態において、マーカ分子としてフェリシアン酸イオンを例に挙げて説明した。しかし、マーカ分子は、酸化還元電位が作用極１２０の電位窓に含まれる物質あればよく、例えば、ヒドロキシメチルフェロセン（フェロセンメタノール）であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、液体中の二酸化炭素の濃度を測定する二酸化炭素濃度導出装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１００  二酸化炭素濃度導出装置
１１０  収容槽（維持機構）
１２０  作用極
１３０  参照極
１４０  対極
１５０  制御装置
１５２  中央制御部
１５４  メモリ
１６０  電圧印加部
１６２  電流値測定部
１６４  濃度導出部
【図１】
2015210096.tif 000003
【図２】
2015210096.tif 000004
【図３】
2015210096.tif 000005
【図４】
2015210096.tif 000006
【図５】
2015210096.tif 000007