(57)【要約】  特に、サンプル液体中の重金属イオンの痕跡レベルを検出するための技術及びシステムが開示されている。電圧は金属錯体を含むサンプル液体に供給される。金属錯体に関連される電流信号が測定される。測定された電流信号は金属錯体に関連される２以上の金属イオンの存在を同時に検出するように処理される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属錯体を含んでいるサンプル液体を感知電極を横切って流しながら前記感知電極に電流を供給し、
前記供給された電圧に応答して、前記金属錯体に関連する電流信号は周期的に測定し、
前記周期的に測定された電流信号を処理して前記金属錯体に関連される２以上の金属イオンの存在を同時に検出するステップを含んでいる方法。
【請求項２】
前記電圧の供給は累積電位とそれに後続する走査電位を供給するステップを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
走査電位の供給は２５ミリボルトの振幅、４ミリボルト（ｍＶ）のステップ電位、２５ヘルツの周波数の少なくとも１つを有する走査電位の供給を含む請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記電圧の供給は、
前記サンプル液体を前記感知電極を横切って流しながら、前記電圧を前記感知電極へ適用し、
前記サンプル液体を別の感知電極を横切って流しながら、前記電圧を前記別の感知電極へ適用するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記処理は、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、銅（Ｃｕ）、水銀（Ｈｇ）、砒素（Ａｓ）の２以上を含む２以上の金属イオンの存在を同時に検出するために前記周期的に測定される電流信号を処理するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記電圧の供給は、ビスマス、金、炭素、水銀の少なくとも１つを含む前記感知電極へ前記電圧を供給するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記電圧の供給は、スクリーン印刷電極で構成される前記感知電極に電圧を供給するステップを含んでいる請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記電流信号の測定は、ボルタンメトリー信号の測定を含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記ボルタンメトリー信号の測定は、前記ボルタンメトリー信号を測定するために剥離電圧電流計を使用するステップを含んでいる請求項８記載の方法。
【請求項１０】
剥離電圧電流計を使用する前記ボルタンメトリー信号の測定は、前記ボルタンメトリー信号を測定するために使い捨ての剥離電圧電流計を使用するステップを含んでいる請求項９記載の方法。
【請求項１１】
さらに、前記サンプル液体を容器を通して流す前に、前記サンプル液体をバッファにより事前処理するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項１２】
検出装置とデータ処理装置を含んでいるシステムにおいて、
前記検出装置は、
１以上の金属錯体を含んでいるサンプル液体を少なくとも部分的に保持する容器と、
前記サンプル液体中に少なくとも部分的に浸漬される導電部材を含み、前記容器と、前記溶液と、前記導電部材とは各金属錯体に対応するボルタンメトリー信号を測定するように構成され、前記導電部材は、
電気的に直列接続されている２以上の感知電極と、
前記直列接続された感知電極に結合され前記感知電極間で共有されている基準電極とを具備し、
前記データ処理装置は、前記測定されたボルタンメトリー信号に基づいて前記金属錯体に関連される２以上の金属イオンを並列に識別するように構成されているシステム。
【請求項１３】
前記導電部材は、ビスマス、金、炭素又は水銀の少なくとも１つを含んでいる請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記導電部材は、スクリーン印刷電極を含んでいる請求項１２記載のシステム。
【請求項１５】
前記検出装置は、剥離電圧電流計として構成されている請求項１２記載のシステム。
【請求項１６】
前記剥離電圧電流計は、使い捨ての剥離電圧電流計を具備している請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記検出装置は、累積電位とそれに後続する走査電位を供給することによりボルタンメトリー信号を測定するように構成されている請求項１２記載のシステム。
【請求項１８】
さらに、前記サンプル液体が前記検出器装置を流れることを可能にするために前記容器に接続されたサンプルの入口とサンプルの出口を具備している請求項１２記載のシステム。
【請求項１９】
前記容器は、前記サンプル液体が前記容器中を通って前記導電部材を横切って流れることを可能にする流路を形成するように形成されており、
前記データ処理装置は、前記サンプル液体が前記導電部材を横切って流れている間に前記ボルタンメトリー信号を周期的に測定するように構成されている請求項１２記載のシステム。
【請求項２０】
前記容器は、前記サンプル液体が前記容器を通って前記感知電極の１つを横切って流れることを可能にし、別のサンプル液体が前記容器を通って別の感知電極を横切って流れることを可能にする２以上のチャンネルを形成するように成形されており、
前記データ処理装置は、前記サンプル液体が前記感知電極の１つを横切って流れ、前記他のサンプル液体が前記他の感知電極を横切って流れるとき前記ボルタンメトリー信号を周期的に測定するように構成されている請求項１２記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の電気化学的検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体中の重金属イオンのような汚染物質の検出は河川および小川のような水源を検査および保護するために重要である。化学発光に基づく検出技術は閃光を発生するために触媒酵素の存在を必要とする。例えばHach Eclox Rapid Response Water Test Kitは触媒酵素西洋ワサビペルオキシダーゼ（ＨＲＰ）の存在下におけるルミノールと酸化剤の反応に基づいている。その反応はエンハンサーが添加されるときに検出されることができる閃光を発生する。
【発明の概要】
【０００３】
材料の電気化学的検出のための技術、システム、装置が開示されている。特に、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、銅（Ｃｕ）、水銀（Ｈｇ）、砒素（Ａｓ）等のような重金属イオンの痕跡レベルは電気化学的検出を使用して検出されることができる。
【０００４】
１特徴では、金属イオンの痕跡レベルの検出は、金属錯体を含んでいるサンプル液体が感知電極を横切って流れることを可能にしながら、感知電極へ電流を加えることを含んでいる。与えられた電圧に応答して、金属錯体に関連される電流信号は周期的に測定される。周期的に測定された電流信号は金属錯体に関連される２以上の金属イオンの存在を同時に検出するように処理される。
【０００５】
実装は以下の特徴の１以上を随意選択的に含むことができる。電圧の供給は走査電位が後続する累積電位を適用することを含むことができる。走査電位の供給は２５ミリボルト（ｍＶ）の振幅、４ミリボルト（ｍＶ）のステップ電位、２５ヘルツの周波数の少なくとも１つを有する走査電位の供給を含むことができる。電圧はサンプル液体が感知電極を横切って流れることを可能にする期間中感知電極へ供給されることができる。さらに、電圧はサンプル液体が他の感知電極を横切って流れるとき別の感知電極へ適用されることができる。電流信号は亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、銅（Ｃｕ）、水銀（Ｈｇ）、砒素（Ａｓ）の２以上を含む２以上の金属イオンの存在を同時に検出するために周期的に測定される。電圧の供給はビスマス、金、炭素、水銀の少なくとも１つで構成される感知電極へ電圧を供給することを含むことができる。さらに、電圧の供給はスクリーン印刷電極で構成される感知電極に電圧を供給することを含むことができる。電流信号の測定はボルタンメトリー信号の測定を含むことができる。ボルタンメトリー信号の測定はボルタンメトリー信号を測定するために剥離電圧電流計を使用することを含んでいる。剥離電圧電流計を使用するボルタンメトリー信号の測定はボルタンメトリー信号を測定するための使い捨ての剥離電圧電流計を使用することを含むことができる。さらにサンプル液体はこのサンプル液体が容器を通って流れることを可能にする前にバッファで事前処理されることができる。
【０００６】
別の特徴では、重金属イオンの痕跡レベルを検出するためのシステムは検出装置とデータ処理装置を含んでいる。検出装置はサンプル液体が１以上の金属錯体を含んだ状態でそのサンプル液体を容器中に少なくとも部分的に保持するための容器を含んでいる。検出装置はまたサンプル液体に少なくとも部分的に沈められる導電部材を含む。容器、溶液、導電部材は各金属錯体に対応するボルタンメトリー信号を測定するように構成される。導電部材は電気的に直列接続されている２以上の感知電極と、直列接続された感知電極に結合され感知電極間で共有されている基準電極を含んでいる。データ処理装置は測定されたボルタンメトリー信号に基づいて金属錯体に関連される２以上の金属イオンを平行して識別するように構成されている。
【０００７】
実装は以下の特徴の１以上を随意選択的に含むことができる。導電部材はビスマス、金、炭素又は水銀の少なくとも１つを含むことができる。導電部材はスクリーン印刷された電極を含むことができる。検出装置は剥離電圧電流計として構成されることができる。剥離電圧電流計は使い捨ての剥離電圧電流計を含むことができる。また、検出装置は走査電位が後続する累積電位を供給することによりボルタンメトリー信号を測定するように構成されることができる。システムはサンプル液体が検出器装置を通って流れることを可能にするために容器に接続されたサンプルの入口とサンプルの出口も含むことができる。容器はサンプル液体が容器を通って導電部材を横切って流れることを可能にする流路を形成するように形成される。さらに、データ処理装置はサンプル液体が導電部材を横切って流れるときボルタンメトリー信号を定期的に測定するように構成されている。容器はサンプル液体が容器を通って感知電極の１つを横切って流れることを可能にし、別のサンプル液体が容器を通って別の感知電極を横切って流れることを可能にする２以上のチャンネルを成形するように成形される。また、データ処理装置はサンプル液体が感知電極の１つを横切って流れ、また他のサンプル液体が他の感知電極を横切って流れるときボルタンメトリー信号を定期的に測定するように構成されている。
【０００８】
この明細書に記載されている主題は以下の利点の１以上を潜在的に提供できる。この明細書に記載されている技術及びシステムは価格を最小又は減少するために小型化された電気化学解析装置として構成されることができる。小型化された電気化学解析装置はさらに一体化された補助及び基準電極を備えたスクリーン印刷電極を構成することによってさらに価格を減少できる。スクリーン印刷電極は置換を容易にするために廃棄可能である。また、電気化学解析装置は同時に多数の重金属イオンを検出するために多数のスクリーン印刷電極を使用できる。多数の重金属イオンを検出するために、電気化学解析装置は剥離ボルタンメトリーのような解析技術を使用できる。小型化された電気化学解析装置はｐｐｔ（ｎｇ／Ｌ）範囲において金属イオンの痕跡レベルを検出できる。さらにこの明細書に記載されているシステム及び技術はボルタンメトリー信号のオンライン測定を行うことができる。
【０００９】
この明細書に記載されている主題は亜鉛、鉛、カドミウム、銅、水銀、砒素等のような材料の存在を検出するための電気化学的方法又はシステムとして構成されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１ａ】種々の重金属イオンを検出するための装置の開かれた形態を示すブロック図である。
【図１ｂ】種々の重金属イオンを検出するための装置の閉じた形態を示すブロック図である。
【図２】１例のサンプルと電極のインターフェースを示すブロック図である。
【図３】多数の重金属イオンを検出するための１例のプロセスのプロセスフロー図である。
【図４】異なる重金属イオンにおける例示的な電流と電圧の関係を示す図である。
【図５】異なる重金属イオンに対する例示的な較正プロット（電流−濃度依存）である。
【図６】種々の重金属イオンの痕跡レベルにおける方形波吸収剥離ボルタンメトリー信号を示す図である。
【図７】電気化学的検出を使用して多数の重金属イオンを検出するシステムを示す図である。
【図８】多数の動作電極を含む１例のスクリーン印刷された電極を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
種々の図面の同じ参照符合および記号表示は同じ素子を示している。  
水のような液体中の材料を検出するための技術及びシステムが開示されている。特に亜鉛、鉛、カドミウム、銅、水銀、砒素等のような水中の重金属イオンの痕跡レベルを検出するための電気化学検出装置が与えられる。電気化学検出装置は例えば剥離ボルタンメトリーのような解析技術を使用できる。
【００１２】
剥離ボルタンメトリーは種々の水性サンプル中の重金属イオンを検出するための解析ツールとして使用されることができる。剥離ボルタンメトリーは付着剥離電ボルタンメトリーと吸収剥離ボルタンメトリーのような種々の構造で構成されることができる。この明細書に記載されている例示的な技術、システム、装置は吸収剥離ボルタンメトリーを使用する。吸収剥離解析は痕跡金属（例えばモリブデン（Ｍｏ））と配位子（例えばクロラニレート（ＣＡＡ））との表面活性錯体の形成、吸収累積、減少を含んでいる。したがって吸収剥離は配位子が存在する金属（例えば金属錯体）の濃度を測定するために使用されることができる。適切なキレート剤または配位子が使用されることができる。
【００１３】
図１ａは液体中の重金属イオンの痕跡レベルを検出するための１例の装置100を示している。装置100は吸収剥離ボルタンメトリーのような解析プロセスを使用して亜鉛、鉛、カドミウム、銅、水銀、砒素等のような水中の重金属イオンを検出することができる。装置100は基準電極140、感知または動作電極150、少なくとも部分的に液体を保持するためのハウジングまたは容器125を含んでいる。装置100は貫流装置として構成され、ターゲット液体の一部のみが実際に容器125中に保持される。構成によっては、装置100は随意選択的に補助基準（図示せず）を含むことができる。
【００１４】
基準電極140は少なくとも部分的に導電性に構成されている導電部材である。基準電極１40は種々の導電材料を使用して構成されることができる。例えば電極として設けられる変性された銀ワイヤ（例えばＡｇＣｌで被覆され記録液に浸されるとき銀／塩化銀Ａｇ／ＡｇＣｌ）が使用されることができる。
【００１５】
感知電極150はカーボン・ペースト電極、ガラス状炭素電極、裸炭素電極、網目炭素電極等のような広範囲の種々の炭素電極のうちの任意の１つを使用して構成されることができる。金属電極のような他の適切な導電電極が使用されることができる。金属電極は例えば金、水銀、ビスマス電極を含むことができる。さらに、感知電極150はビスマス被覆またはめっきされた導電電極を含むことができる。代わりにビスマスが含まれた検体液を有する導電電極が使用されることができる。ビスマスベースの電極は良好な導電性と低い毒性を与えることができる。
【００１６】
幾つかの構造では、感知電極150はビスマスのような導電材料を含む薄膜で被覆又はめっきされることができる。導電材料で被覆された感知又は動作電極150は炭素ファイバ又はガラス状炭素電極であることができる。感知電極150は平坦なスクリーン印刷炭素電極のような任意の導電材料で被覆されることができる。例えば感知電極150は補助電極を含んでいる使い捨てのスクリーン印刷電極として構成されることができる。使い捨てのスクリーン印刷電極はビスマス、金または炭素を使用して構成された感知又は動作電極を含むことができる。また、スクリーン印刷電極は基準140及び補助電極、典型的にはそれぞれ銀／塩化銀およびプラチナを含むことができる。動作において、フローセルのように構成される例示的な装置100が解体され、スクリーン印刷された動作電極150が所望なときに置換されることができる。
【００１７】
幾つかの構成では、他の電極構成が使用されてもよい。例えばここで参考文献とされている米国特許第6,682,647号および米国特許第5,292,423号明細書に記載されている電極が感知電極150として構成されることができる。簡潔に言えば、Medisense社のExact Tech Blood Glucose Stripsのようなスクリーン印刷電極が構成されることができる。これらの条帯は例えば両面に炭素コンタクトを備えた塩化ポリビニル（ＰＶＣ）基板上に印刷された炭素から作られる動作および基準電極を含んでいる。１つの印刷された炭素コンタクトは、当初の動作電極のターゲット領域がエンザイム／メディエーター層で被覆されているので水銀膜電極のための基板として機能する。別の条帯からの印刷電極（Ａｇ／ＡｇＣｌ）は電圧電流計検出期間中に基準電極として作用する。電位差剥離もまたTraceLabユニットの通常のＡｇ／ＡｇＣｌ電極を使用して行われることができる。さらにプラチナワイヤの補助電極が使用されることができる。
【００１８】
動作電極150はビスマスの異なる形態による被覆および／またはめっきにより構成されることができる。例えば粒子または粒状形態の固体ビスマスが使用されることができる。同様にビスマス塩がアクチブ電極材料として使用されることができる。幾つかの構成では、固体ビスマスまたはビスマス塩がペースト、ゲルまたは重合体材料で使用されることができ、これは感知電極150上に被覆又はめっきされる。
【００１９】
さらに、装置100は種々の随意選択的なコンポーネントを含むことができる。例えば装置100は貫流セルとしての動作を可能にするために随意選択的に入口ポート160と出口ポート170を含むことができる。貫流セルとして構成されるとき、液体（例えば水）流は入口ポート160と出口ポート170を使用して装置100を通って流れることができる。装置を通過して凪がれる液体中における亜鉛、鉛、カドミウム、銅、水銀、砒素等のようなターゲットの重金属イオンの存在は連続して検出されることができる。
【００２０】
その代わりに、装置100は液体を貫流させずに、ハウジング125中にディスクリートなサンプルを保持するためにバッチモードで動作されることができる。例えばサンプル液体の予め定められた体積は亜鉛、鉛、カドミウム、銅、水銀、砒素等のような１以上のターゲットの重金属イオンの存在を検出するために入口ポート160へ配置されることができ、ハウジング125で保持されることができる。
【００２１】
開かれた形態では、図１ａは第１の部材110と第２の部材120との間で気密および／または水密を行うように設計されたゴム又は他の適切な密封材料から作られる密封部材130を示している。第１の部材110は入口ポート160と出口ポート170と密封部材130を含んでいる。第２の部材120は基準電極140、感知電極150、液体ハウジング125を含んでいる。第１の部材110は装置100の上部であり、第２の部材120は装置100の下部である。また、第１の部材110はヒンジ、ボールおよびソケット接合、タブ、蟻継等のような接合機構155によって第２の部材120へ接続されることができる。
【００２２】
図１ｂは例示的な装置100の閉じた形態を示している。装置100が閉じられると、液体は入口ポート160を通って流れ、電流路は基準電極140とスクリーン印刷感知電極150を横切って形成される。
【００２３】
さらに、装置100の形状因子は亜鉛、鉛、カドミウム、銅、水銀、砒素等のような液体中の重金属イオンの痕跡レベルを検出するための解析プロセスを簡単にするために変更されることができる。例えば装置100はサンプルの準備を簡単にし、解析時間を加速するように設計されることができる。装置100はディスクリートなサンプルを使用するバッチモードまたは貫流モードで剥離ボルタンメトリーを使用するように設計されることができる。ユーザと装置100との間には、サンプル液体の導入および／または標準が必要とされる以外には相互動作はほとんど又は全く存在しない。
【００２４】
図２は、亜鉛、鉛、カドミウム、銅のような多数の重金属イオンの痕跡レベルを検出するための１例のインターフェースを示すブロック図である。例示的な装置100のハウジングまたは容器125は種々のサンプルと電極のインターフェースを提供するように構成されている。例えば図２は、多数のスクリーン印刷電極212、222、232、242、252を使用するための種々のサンプルと電極のインターフェースを示している。これらのスクリーン印刷電極はスクリーン印刷感知電極150に実質的に類似して構成されることができる。
【００２５】
各スクリーン印刷電極は１以上の特別な重金属イオンを監視するように設計されることができる。多数のスクリーン印刷電極212、222、232、242、252を構成することによって、多数の重金属イオンは同時にまたは平行して監視されることができる。図２に示されている例では、ハウジング125は例示的な装置100がビスマス、金、炭素等のような異なる動作電極214、224、234、244、254を有する各スクリーン印刷電極を備えた多数の異なるスクリーン印刷電極212、222、232、242、252を含むことができる。各動作電極はビスマス、金、炭素等から選択された同じ又は異なる材料を使用して構成されることができる。
【００２６】
例示的なハウジング125は異なるサンプル事前処理を同時に行うために２以上の別々の流路216、226、236、246、256を含むことができる。行われる事前処理は干渉の除去、酸化等のようなサンプルの掃除及び処理を含むことができる。別々の流路216、226、236、246、256を通って、装置100は単一のサンプル202から増加された数の重金属イオンを監視できる。例えば図１ａと１ｂに関して説明されたビスマスベースの動作電極は１つの流路（例えば216）で使用されることができる。別々の流路（例えば226）では、砒素、セレニウム、水銀用に選択されたスクリーン印刷された金電極が使用されることができる。
【００２７】
スクリーン印刷感知電極212、222、232、242、252は迅速で再生可能な方法を使用して構成されることができる。炭素の動作電極はスクリーン印刷され、金のような導電性材料は選択的に炭素上にスパッタリングされる。スクリーン印刷電極は基準及び補助電極の両者を含むことができる。各流路216、226、236、246、256はそれらのそれぞれの測定について同時に使用されることができるビスマスおよび金のような恐らく２つの異なる動作電極を有する別々のスクリーン印刷電極を収納できる。
【００２８】
さらに、異なる流路216、226、236、246、256は異なる事前処理システム210、220、230、240、250を各流路216、226、236、246、256へ適用することを可能にする。事前処理システム210、220、230、240、250は多数の重金属イオンの並列検出のために１以上の重金属イオンと反応するように特別なバッファおよび／または配位子を各流路へ提供できる。
【００２９】
水中の多数の重金属イオンを同時に検出するための多数の電気化学的ルートまたは流路は速度、最小化、感度の確かな利点を与える。したがって装置100は重金属イオンの種々の種類の現場検査のために構成されることができる。またビスマス又は金の使用によって、装置100は環境的に有害な水銀の使用を避けることができる。
【００３０】
図３は液体中の重金属イオンの電気的化学検出のための１例のプロセス300を示している。特に吸収剥離ボルタンメトリーが亜鉛、鉛、カドミウム、銅、水銀、砒素等の水中の重金属イオンの痕跡レベルを測定および／または検出するために使用されることができる。
【００３１】
サンプル水のような得られたサンプルは（入口ポート160を介して）ステップ302で装置100へ付加される。サンプルは異なる流路216、226、236、246、256へ分離され、１以上のバッファおよび／または配位子を使用して304で事前処理される。事前処理は例えばニッケル−ジメチルグリオキシメート（Ｎｉ−ＤＭＧ）、モリブデン−クロラニレート（Ｍｏ−ＣＡＡ）、鉄−カテコール（Ｆｅ−カテコール）等のような金属錯体を発生できる。（例えば方形波吸収剥離ボルタンメトリーを使用する）吸収剥離ボルタンメトリーを使用して、金属錯体のボルタンメトリー信号は304でアセテートｐＨバッファまたは他の適切な緩衝液で測定される。ボルタンメトリー信号は各流路216、226、236、246、256で異なる動作電極214、224、234、244、254（例えばビスマス、水銀、金等）を使用してこの構成及びその他の構成で測定される。
【００３２】
幾つかの重金属は錯体を形成せず、したがって錯化剤を必要としない。この重金属の例には鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）、銅（Ｃｕ）が含まれる。これらのタイプの重金属では、電解累積物はこのような錯化剤なしで使用されることができる。
【００３３】
金属錯体は電気的に活性であり、感知または動作電極の電極214、224、234、244、254を使用するボルタンメトリーにより検出されることができる。予め規定された振幅の累積電位は予め定められた時間期間バッファ中の金属錯体に与えられ、その後予め定められた振幅、予め定められたステップ電位、予め定められた周波数で電位走査される。例えば、ビスマス膜電極（ＢＦＥ）を有する５０μｇ／Ｌ亜鉛の方形波吸収剥離ボルタモグラムが構成されることができる。この例では、亜鉛は支持電解質０．１Ｍアセテートバッファ（ｐＨ５．５）の溶液に存在する。０．５０Ｖの累積電位は攪拌で約６０秒与えられる。累積電位に続いて、２５ｍＶの振幅と、４ｍＶのステップ電位と、２５Ｈｚの周波数による電位走査が行われる。
【００３４】
図４は、フローセル100中のスクリーン印刷ビスマス電極150を使用して種々の濃度の亜鉛、鉛、カドミウムの同時的検出の１例を示している。図４に示されていないが、銅のような他の重金属イオンもビスマス電極150を使用して検出されることができる。図４はフローセル100中のビスマス電極150を使用して同時に検出される亜鉛412、カドミウム414、鉛416の典型的な較正ピークを示している。図４に示されているような亜鉛412、カドミウム414、鉛416の較正ピークは５ｍＭアセテートバッファ（ｐＨ４．４）におけるＺｎ、Ｃｄ、Ｐｂの選択濃度（例えば４５０ｐｐｂ）に対応する。図４に示されているピーク412、414、416は選択流速（例えば１．０ｍＬ／分）でフローセル100を通るサンプル液体により１分の付着時間を使用して測定されることができる。さらに−１．１Ｖ対Ａｇ／ＡｇＣｌのビスマスめっき電位は１２００秒のビスマスめっき時間で使用されることができる。Ｘ軸は測定に使用される電位を表し、Ｙ軸はμＡで測定された電流を表す。
【００３５】
図５はＺｎ、Ｃｄ、Ｐｂの電流−濃度関係を示している。Ｘ軸はＺｎ、Ｃｄ、Ｐｂの１０億分の１（ｐｐｂ）の濃度を表している。Ｙ軸はＺｎ、Ｃｄ、Ｐｂの濃度に対応する測定された電流を表している。電流−濃度関係は線形関係に近づくように見える。
【００３６】
図６はカドミウムと鉛の１ｐｐｂについての貫流セル100で使用されるスクリーン印刷電極150、212、222、232、242、252の再生能力を示している。左パネル610はカドミウムと鉛のないブランクの電流−電圧関係を示している。右パネル620はカドミウムと鉛の１ｐｐｂに付いての電流−電圧関係を示している。カドミウムと鉛の電流−電圧関係はカドミウム612と鉛614の明白な電流ピークを示している。これらの電流ピークの高さ612と614のサイズは小さい１ｐｐｂの濃度レベルでさえも可視であるのに十分な大きさである。したがって、図６はさらに低い痕跡レベルが同じ動作条件下で検出されることができることを示している。
【００３７】
図７は電気化学的検出を使用して、液体中の亜鉛、鉛、カドミウム、銅、水銀、砒素等のような重金属イオンを検出するシステム700の１例を示している。システム700はデータ処理装置720に結合された（例えば図１に示されているような専用のフローセル設計で構成される）検出装置710を含んでいる。検出装置710は図１に関して実質的に示されている。代わりに、検出装置710は他の形態の要素を使用して構成されることができる。
【００３８】
データ処理装置720は検出装置710からデータを受信し、受信されたデータを処理するための種々のデータ処理装置を含むことができる。例えばデータ処理装置720はパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、サーバコンピュータ、ポータブルコンピュータ装置等を含むことができる。さらにデータ処理装置720はソフトウェアプログラムを実行するように設計されている中央処理装置（ＣＰＵ）のような種々のコンポーネントを含むことができる。実行ソフトウェアプログラムはデータ捕捉と検出装置710から受信されたデータの解析を実行するプログラムを含むことができる。例えばプログラムは剥離ボルタンメトリーを行うための適切な記録プロトコルを通信できる。記録プロトコルは累積電位と、振幅、ステップ電位、周波数による電位走査を含むことができる。
【００３９】
データ処理装置720は双方向通信チャンネル730を通して検出装置710からデータを受信する。双方向通信チャンネル730は任意の有線又は無線接続のいずれかを含むことができる。ワイヤ接続はユニバーサル・シリアル・バス接続、ファイヤワイヤ接続、パラレル接続等と両立されることができる。無線接続はブルートゥース、ＷｉＦｉ、Ｗｉｍａｘ等と両立されることができる。幾つかの構成では、検出装置は遠隔位置で水源を検査するために遠隔位置（例えば水域のような地域）に位置されることができる。検出装置710を使用して集められたデータは、広域網（ＷＡＮ）、構内網（ＬＡＮ）又はインターネットのようなネットワークによってデータ処理装置720へ送信される。幾つかの構成では、システム700は独立したシステムとして、またはネットワークシステムのようなより大きなシステムの一部として構成されることができる。
【００４０】
幾つかの構成では、システム700は方形波吸収剥離ボルタンメトリーを使用する特別な検出システムとして構成される。検出システムは検出された金属錯体のボルタンメトリー信号を測定するためにビスマス電極150を使用することができる。システム700は純水または超純水における重金属イオンの電気化学的検出及び測定のための適切で廉価なシステムとして開発されることができる。
【００４１】
さらに、システム700は専用のフローセル100を使用してオンラインのボルタンメトリー測定を行うことができる。オンラインの測定はターゲットの重金属イオンの連続的な監視のためのサンプル液体の１以上の流動流で測定をすることにより行われることができる。代わりに、システム700はユーザが未処理のサンプルの固定された量を注入することを可能にし、ユーザがサンプルに接触してサンプルを潜在的に汚染する必要なしに、事前処理及び検出処理がオンラインで行われることができる。
【００４２】
さらに、多数の電極150、212、222、232、242、252は平行して検出されることができる複数の重金属イオンを増加するためにシステム700で使用されることができる。このような多検出システム700は１つの動作電極を任意の所定の時間に使用する他のプロセスよりも高速度であり効率的である。
【００４３】
幾つかの構成では、貫流装置100について説明された同じ印刷電極150、212、222、232、242、252を使用して得られる剥離ボルタンメトリー測定は検出感度の増幅を与えることができる。したがって、重金属イオンの痕跡レベルが検出されることができる。感度の強化は直列のセルの概念を使用して与えられることができる。
【００４４】
図８は直列のセルの概念の１例の表示を示している。多数及び同じ動作電極812、814、816、818、820は単一のスクリーン印刷電極条帯810上に配置されている。動作電極812、814、816、818、820は直列接続され、１つの基準822および１つの補助電極824を共有する。幾つかの構成では、これらの多数の動作電極812、814、816、818、820は金、ビスマス、炭素等のような異なる電極の混合であることができる。さらにこれらの多数の電極は異なる測定条件下、例えば付着電位およびウィンドウで動作されることができる。このような組合わされた構造は低い検出限度を実現するために必要とされる付着時間を最小にすることができる。
【００４５】
この明細書に記載されている主題と機能動作の実施形態は、この明細書及びそれらの構造的等価物を含めたデジタル電子回路又はコンピュータソフトウェア、ファームウェア又はハードウェア、或いはそれらの１以上の組合せで実行されることができる。この明細書に記載されている主題の実施形態は１以上のコンピュータプログラムプロダクトとして、即ちデータ処理装置によりまたはそのデータ処理装置の動作の制御を実行するために実体的なプログラムキャリアで符号化されたコンピュータプログラム命令の１以上のモジュールとして構成されることができる。実体的なプログラムキャリアは伝播された信号又はコンピュータの読取り可能な媒体であることができる。伝播された信号は人工的に発生された信号であり、例えばコンピュータにより実行されるために適切な受信機装置へ送信されるための情報を符号化するように発生されたマシンが発生する電気的、光学的、電磁的信号である。コンピュータの読取り可能な媒体はマシンの読取り可能な記憶装置、マシンの読取り可能な記憶基板、メモリ装置、またはそれらの１以上の組合せであることができる。
【００４６】
用語「データ処理装置」は例えばプログラム可能なプロセッサ、コンピュータ又は多数のプロセッサ或いはコンピュータを含めた全ての装置、デバイス、データを処理するためのマシンを含む。装置はハードウェアに加えて、問題のコンピュータプログラムの実行環境を生成するコード、例えばプロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、またはそれらの１以上の組合せを構成するコードを含むことができる。
【００４７】
（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、スクリプト、またはコードとしても知られている）コンピュータプログラムは、コンパイルまたは解釈された言語或いは宣伝型手順言語を含む任意の形態のプログラミング言語で書かれることができ、独立したプログラム又はモジュール、コンポーネント、サブルーチン、或いはコンピュータ環境での使用に適した他のユニットを含めた任意の形態で配備されることができる。コンピュータプログラムはファイルシステム中のファイルに必ずしも対応しない。プログラムは他のプログラム又はデータ（例えばマークアップ言語文書に記憶されている１以上のスクリプト）を保持するファイル部分に問題のプログラムに専用の単一のファイルに、或いは多数の調整されたファイル（例えば１以上のモジュール、サブプログラム又はコードの一部を記憶するファイル）に記憶されることができる。コンピュータプログラムは１つのサイトに位置されるか多数のサイトを横切って分配され通信ネットワークにより相互接続される１つのコンピュータ又は多数のコンピュータで実行されるように配備されることができる。
【００４８】
この明細書で説明されているプロセス及び論理フローは入力データで動作し出力を発生することによって機能を行うための１以上のコンピュータプログラムを実行する１以上のプログラム可能なプロセッサにより行われることができる。プロセスおよび論理フローは特別の目的の論理回路によっても行われることができ、装置は特別目的の論理回路、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラム可能なゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途用集積回路）として構成されることができる。
【００４９】
コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサは例えば通常及び特別目的の両者のマイクロプロセッサ、任意の種類のデジタルコンピュータの任意の１以上のプロセッサを含んでいる。通常、プロセッサは読取り専用メモリまたはランダムアクセスメモリ或いはその両者から命令及びデータを受信する。コンピュータの本質的な要素は命令を行うプロセッサと、命令及びデータを記憶するための１以上のメモリ装置である。通常、コンピュータは、データを記憶するための１以上の大容量記憶装置、例えば磁気、磁気光学ディスク又は光ディスクを含んでいるか、そこからデータを受信するまたはそこへデータを転送するために動作的に結合されている。しかしながら、コンピュータはこのような装置を有する必要はない。さらにコンピュータは別の装置に埋設されることができる。
【００５０】
コンピュータプログラム命令とデータを記憶するのに適したコンピュータの読取り可能な媒体は例えば半導体メモリ装置、例えばＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ装置と、磁気ディスク、例えば内部はードディスクまたは取り出し可能なディスクと、磁気光学ディスクと、ＣＤ  ＲＯＭ及びＤＶＤ−ＲＯＭディスクを含めた全ての形態の非揮発性メモリ、媒体及びメモリ装置を含んでいる。プロセッサ及びメモリは特別目的の論理回路により捕捉されるかそこに組み込まれることができる。
【００５１】
ユーザとの相互動作を設けるために、この明細書に記載されている主題の実施形態は情報をユーザへ表示するためのディスプレイ装置、例えばＣＲＴ（陰極光線管）またはＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モニタと、ユーザが入力をコンピュータに対して行うキーボード及び指向装置、例えばマウス又はトラックボールを有するコンピュータで実行されることができる。他の種類の装置は同様にユーザとの相互動作を行うために使用されることができ、例えばユーザからの入力は音響、スピーチまたは触覚入力を含めた任意の形態で受信されることができる。
【００５２】
この明細書に記載されている主題の実施形態は、例えばデータサーバとしてのバックエンドコンピュータを含み、ミドルウェアコンポーネント、例えばアプリケーションサーバを含み、又はフロントエンドコンポーネント、例えばユーザがこの明細書で説明された主題の実装と相互動作することを可能にするグラフィカルユーザインターフェースまたはウェブブラウザを有するクライアントコンピュータを含み、あるいは１以上のこのようなバックエンド、ミドルウェア、またはフロントエンドコンポーネントの任意の組合せを含むコンピュータシステムで実行されることができる。システムのコンポーネントはデジタルデータ通信の任意の形態または媒体、例えば通信ネットワークにより相互接続されることができる。通信ネットワークの例は構内網（“ＬＡＮ”）及び広域網（“ＷＡＮ”）、例えばインターネットを含んでいる。
【００５３】
コンピュータシステムはクライアントとサーバを含むことができる。クライアントとサーバは通常相互に離れており、典型的に通信ネットワークを介して相互動作する。クライアントとサーバの関係はそれぞれのコンピュータで作動しクライアント−サーバ関係を相互に有するコンピュータプログラムによって生じる。
【００５４】
この明細書は多くの詳細を含んでいるが、これらは本発明または請求されていることの技術的範囲の限定として解釈されてはならず、特別な発明の特別な実施形態に特有である特性の説明として解釈される・別の実施形態の文脈においてこの明細書に記載されたある特性も単一の実施形態と組み合わせて実行されることができる。反対に、単一の実施形態の文脈に記載された種々の特性も別々に又は任意の適切な副結合により多数の実施形態で実行されることができる。さらに、特性はある組合せで作用するとして前述され、最初にこのように請求されたが、請求された組合せからの１以上の特性は幾つかのケースでは組合せから行われ、請求された組合せは副結合または副結合の変化に関することができる。
【００５５】
同様に、特定の順序で動作が図面で示されているが、これはこのような動作が所望の結果を実現するために示されている特別な順序又は逐次的な順序で行われ、または全ての示されている動作が行われることを必要とすると理解されてはならない。
【００５６】
少数の構成と例しか説明していないが、他の構成、強化、変化はこの明細書に記載され示されていることに基づいて行われることができる。例えば構成は説明された金属錯体に限定されず、他の重金属および配位子に基づいた金属錯体画可能である。また、吸収剥離ボルタンメトリーの記録プロトコルは変化されることができる。例えば記録プロトコルは累積電位の振幅、与えられる累積電位の期間、攪拌するか否か、電位走査の振幅、ステップ電位の振幅、与えられる電位の周波数等を変化するために変更されることができる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年1月28日(2011.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属錯体を含んでいるサンプル液体を感知電極を横切って流しながら前記感知電極に電流を供給し、
前記供給された電圧に応答して、前記金属錯体に関連する電流信号は周期的に測定し、
前記周期的に測定された電流信号を処理して前記金属錯体に関連される２以上の金属イオンの存在を同時に検出するステップを含んでいる方法。
【請求項２】
前記電圧の供給は累積電位とそれに後続する走査電位を供給するステップを含み、および／または前記走査電位は２５ミリボルトの振幅、４ミリボルト（ｍＶ）のステップ電位、２５ヘルツの周波数の少なくとも１つを有する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記電圧の供給は、
前記サンプル液体を前記感知電極を横切って流しながら、前記電圧を前記感知電極へ適用し、
前記サンプル液体を別の感知電極を横切って流しながら、前記電圧を前記別の感知電極へ適用するステップを含んでいる請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記処理は、亜鉛（Ｚｎ）、鉛（Ｐｂ）、カドミウム（Ｃｄ）、銅（Ｃｕ）、水銀（Ｈｇ）、砒素（Ａｓ）の２以上を含む２以上の金属イオンの存在を同時に検出するために前記周期的に測定される電流信号を処理するステップを含んでいる請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記電圧の供給は、ビスマス、金、炭素、水銀の少なくとも１つを含む前記感知電極へ前記電圧を供給するステップを含んでおり、前記電圧の供給は、スクリーン印刷された電極で構成される前記感知電極に電圧を供給するステップを含んでいる請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記電流信号の測定は、ボルタンメトリー信号の測定を含んでいる請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記ボルタンメトリー信号の測定は、前記ボルタンメトリー信号を測定するために剥離電圧電流計および／または使い捨ての剥離電圧電流計を使用するステップを含んでいる請求項８記載の方法。
【請求項８】
さらに、前記サンプル液体を容器を通して流す前に、前記サンプル液体をバッファにより事前処理するステップを含んでいる請求項１乃至７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
検出装置とデータ処理装置を含んでいるシステムにおいて、
前記検出装置は、
１以上の金属錯体を含んでいるサンプル液体を少なくとも部分的に保持する容器と、
前記サンプル液体中に少なくとも部分的に浸漬される導電部材を含み、前記容器と、前記溶液と、前記導電部材とは各金属錯体に対応するボルタンメトリー信号を測定するように構成され、前記導電部材は、
電気的に直列接続されている２以上の感知電極と、
前記直列接続された感知電極に結合され前記感知電極間で共有されている基準電極とを具備し、
前記データ処理装置は、前記測定されたボルタンメトリー信号に基づいて前記金属錯体に関連される２以上の金属イオンを並列に識別するように構成されているシステム。
【請求項１０】
前記導電部材は、ビスマス、金、炭素又は水銀および／またはスクリーン印刷された電極の少なくとも１つを含んでいる請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記検出装置は、剥離電圧電流計として構成され、前記剥離電圧電流計は、使い捨ての剥離電圧電流計を具備している請求項１２記載のシステム。
【請求項１２】
前記検出装置は、累積電位とそれに後続する走査電位を供給することによりボルタンメトリー信号を測定するように構成されている請求項９乃至１１のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１３】
さらに、前記サンプル液体が前記検出器装置を流れることを可能にするために前記容器に接続されたサンプルの入口とサンプルの出口を具備している請求項９乃至１２のいずれか１項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記容器は、前記サンプル液体が前記容器中を通って前記導電部材を横切って流れることを可能にする流路を形成するように形成されており、
前記データ処理装置は、前記サンプル液体が前記導電部材を横切って流れている間に前記ボルタンメトリー信号を周期的に測定するように構成されている請求項９乃至１３のいずれか１項１２記載のシステム。
【請求項１５】
前記容器は、前記サンプル液体が前記容器を通って前記感知電極の１つを横切って流れることを可能にし、別のサンプル液体が前記容器を通って別の感知電極を横切って流れることを可能にする２以上のチャンネルを形成するように成形されており、
前記データ処理装置は、前記サンプル液体が前記感知電極の１つを横切って流れ、前記他のサンプル液体が前記他の感知電極を横切って流れるとき前記ボルタンメトリー信号を周期的に測定するように構成されている請求項９乃至１４のいずれか１項記載のシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
水のような得られたサンプルは（入口ポート160を介して）ステップ302で装置100へ付加される。サンプルは異なる流路216、226、236、246、256へ分離され、１以上のバッファおよび／または配位子を使用して304で事前処理される。事前処理は例えばニッケル−ジメチルグリオキシメート（Ｎｉ−ＤＭＧ）、モリブデン−クロラニレート（Ｍｏ−ＣＡＡ）、鉄−カテコール（Ｆｅ−カテコール）等のような金属錯体を発生できる。（例えば方形波吸収剥離ボルタンメトリーを使用する）吸収剥離ボルタンメトリーを使用して、金属錯体のボルタンメトリー信号は304でアセテートｐＨバッファまたは他の適切な緩衝液で測定される。ボルタンメトリー信号は各流路216、226、236、246、256で異なる動作電極214、224、234、244、254（例えばビスマス、水銀、金等）を使用してこの構成及びその他の構成で測定される。
【国際調査報告】
2011516856.tif 000012
2011516856.tif 000013