(57)【要約】    【課題】  微量な試料溶液の検出を可能にするとともに、液膜の洗浄を不要にし、液膜の消失を防ぐ。    【解決手段】  中央の流路２からは測定対象成分を含む試料溶液が供給され、その両側を挟むように形成された２つの流路４ａ，４ｂからは試料溶液との間に液層を形成するための溶液が導入される。それらの流路４ａ，４ｂの外側には電解液が供給される。  試料溶液と流路４ａからの溶液との間に形成される液層によりイオン選択性電極が構成され、試料溶液と流路４ｂからの溶液との間に形成される液層により参照電極が構成され、両電極１０ａ，１０ｂ間の電位差を検出することにより試料溶液の目的成分濃度が求められる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体内部に流路を有し、前記流路は３以上の支流流路が１つの本流流路に合流しているとともに、前記本流流路においては内側の支流流路から導入された試料溶液とその支流流路に隣接する両側の支流流路から導入された溶液との間で液層を構成するように形成されており、
試料溶液が導入される支流流路に隣接する両側の支流流路から導入される溶液のうちの一方には試料溶液中の測定対象成分を選択的に取り込むイオン感応物質が添加されており、
前記本流流路には前記試料溶液を挟む２つの液層間の電位を検出する一対の電極が配置されていることを特徴とする電気化学検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料溶液中の測定対象成分を電気化学的に検出する検出器に関し、例えば高速液体クロマトグラフィーやフローインジェクション分析などの分析装置の検出器として、さらにはμＴＡＳ（Micro Total Analysis Systems）と呼ばれる微小な流路で分析を行わせる分析装置における検出器として利用するのに適する電気化学検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気化学的検出器の１つの方式としてポテンショメトリックな検出器がある。電極として固体電極を用いる場合には液漏れなく流路内面に固体電極を構成するのが難しい。また液膜を構成する場合には一般に含浸膜を構成する必要があるが、流路内面にそのような含浸膜を作成するのは非常に難しい（特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００２−１７４６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
μＴＡＳでは試料溶液がごく微量であるので、ポテンショメトリックな検出器では微小空間内で液膜を含浸させる膜構造を作成するのに非常に煩雑な工程を必要とする。
また、液膜の場合には、試料間の相互汚染（クロスコンタミネーション）を防止するためには、試料溶液が変わるたびに、液膜を清浄な溶液に浸漬して洗浄するなどの操作が不可欠である。そこで、従来は清浄な水に浸漬させることで汚染物質を液膜中から溶出させることにより汚染を除去していたが、微小空間に作成された電極では、担持される液膜の量が少なく、洗浄水中への溶解や拡散により液膜が失われることがある。
【０００４】
本発明は微量な試料溶液の検出を可能にするとともに、従来のポテンショメトリックな検出器における液膜の洗浄や消失などの問題を解決した電気化学検出器を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電気化学検出器は、基体内部に流路を有し、前記流路は３以上の支流流路が１つの本流流路に合流しているとともに、前記本流流路においては内側の支流流路から導入された試料溶液とその支流流路に隣接する両側の支流流路から導入された溶液との間で液層を構成するように形成されており、試料溶液が導入される支流流路に隣接する両側の支流流路から導入される溶液のうちの一方には試料溶液中の測定対象成分を選択的に取り込むイオン感応物質が添加されており、前記本流流路には前記試料溶液を挟む２つの液層間の電位を検出する一対の電極が配置されていることを特徴とするものである。
流路が微小になると流れの特性を表わすレイノルズ数が小さくなって層流となる。本発明において液層を構成する本流流路はそのような微小な流路である。
【０００６】
イオン感応物質は、試料水溶液中の目的イオンとの相互作用の仕方によって、一般的にイオン対（イオン交換体）型とニュートラルキャリヤ型に分類される。前者は脂溶性イオンとのイオン対を、後者は電荷をもたない大環状又は非環状の化合物と目的イオンとの立体構造的な相互作用を利用し、イオンの選択的検出を行なう。後者の典型的な例は、バリノマイシン、クラウンエーテルなどである。また、近年では、ビタミンＢ１２誘導体などのチャージドキャリヤ型や、大環状ポリアミンなどのチャージドレセプター型の物質もイオン感応物質として用いられている。
【０００７】
本発明では液層間で生じる電位を測定するが、微小空間では溶液の混合は殆んど起こらないため、試料を汚染する虞は殆んどない。また、常に新鮮な液膜が供給されるため、汚染を除く必要もなく、安定した測定を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に一実施例を概略的に示す。この実施例では基板内部に５つの溶液導入用支流流路２，４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂが形成されており、それらの流路は合流して１つの本流流路８となっている。溶液は各支流流路２，４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂから導入されて本流流路８で１つの流れとなった後、本流流路８の右端から排出される。
【０００９】
中央の流路２からは測定対象成分を含む試料溶液が供給され、その両側を挟むように形成された２つの流路４ａ，４ｂからは試料溶液との間に液層を形成するための溶液が導入される。それらの流路４ａ，４ｂの外側には電解液を供給するための流路６ａ，６ｂが形成されている。これらの流路２，４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂには、ペリスターポンプやシリンジポンプにより溶液が供給される。それらの溶液は、図で左側から右側方向に流れて本流流路８では単一の流れとなるが、５つの流路２，４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂから導入された溶液間に液層を形成しながら本流流路８内を流れていく。
【００１０】
流路８には溶液の流れを挟んで一対の電極１０ａ，１０ｂが配置されている。１２ａ，１２ｂはそれぞれ電極１０ａ，１０ｂにつながり、外部の検出回路に接続されるリード線である。
供給される液の種類や数は特に限定されるものではないが、ここでは流路２から水溶液試料を供給して測定する場合を例とし、その試料溶液との間に液層を形成するために、流路４ａ，４ｂからは一例として有機溶媒であるニトロベンゼンを供給する。その２つの有機溶媒のうちの一方の流路４ａから供給されるニトロベンゼンにはニュートラルキャリヤ型のイオン感応物質としてバリノマイシンを濃度が１％となるように添加しておく。
【００１１】
電極１０ａ，１０ｂとしては、これも特に限定されるものではないが、基準電極の一種である銀−塩化銀電極を使用する。そのため、電極１０ａ，１０ｂと接する溶液として流路６ａ，６ｂからは電解液である０．１ＭのＫＣｌ溶液を供給する。
試料溶液と流路４ａからの溶液との間に形成される液層によりイオン選択性電極が構成され、一方、試料溶液と流路４ｂからの溶液との間に形成される液層により参照電極が構成される。両電極１０ａ，１０ｂ間の電位差を検出することにより、試料溶液の目的成分濃度を求めることができる。
【００１２】
この実施例によれば、ニュートラルキャリヤ型のイオン感応物質であるバリノマイシンはカリウムイオンをイオン−双極子相互作用によって選択的に取り込むので、この電気化学検出器はカリウムイオンに対し選択的な検出を行なうものとなる。
使用するイオン感応物質の種類は、測定対象成分に応じて適宜選択する。
【００１３】
図１は本流流路での溶液の層が５層構造となる例であるが、これに限らず４層構造又は３層構造とすることもできる。
４層構造の例は、流路４ｂを省略したものであり、例えば次のような層構成となる。
０.１Ｍ ＫＣｌ／ニトロベンゼン＋バリノマイシン／試料水溶液／０.１Ｍ ＫＣｌ
【００１４】
３層構造の一例は、流路４ｂと６ｂを省略し、試料溶液にＫＣＬを添加して供給するようにしたものであり、次のような層構成となる。
０.１Ｍ ＫＣｌ／ニトロベンゼン＋バリノマイシン／試料水溶液＋０.１Ｍ ＫＣｌ
３層構造の他の例は、流路６ａを省略し、流路４ａからの溶液にＫＣＬを添加し、流路４ｂも省略したものであり、次のような層構成となる。
０.１Ｍ ＫＣｌ＋バリノマイシン／試料水溶液／０.１Ｍ ＫＣｌ
【００１５】
電極としては銀−塩化銀電極に替えてかんこう電極を構成するようにしてもよい。
溶液の流れに沿った電極１０ａ，１０ｂの長さが長くなるほど電極１０ａ，１０ｂが液層と接している時間が長くなる。そこで、電極の応答時間が遅い場合でも、検出に十分な時間だけ電極が液層と接触できるように電極の長さを長くすることにより、リアムタイム性を損なうことなく検出を行なうことができるようになる。
【００１６】
次に、図２により図１の実施例の流路を基体内部に構成する方法を説明する。（Ａ）は上側基板２２の平面図、（Ｂ）は下側基板２０の流路が形成されている面を示す平面図であり、両基板２０，２２を（Ｃ）のように接合することにより、基板２０，２２からなる基体の内部に流路が形成される。
【００１７】
基板２０には図1の流路に該当する５つの支流流路２，４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂと１つの本流流路８が微細加工技術であるＭＥＭＳ（マイクロ電気機械システム）技術により形成されている。流路８を挟んで電極１０ａと１０ｂが嵌め込まれており、それぞれの電極１０ａ，１０ｂからのリード線１２ａ，１２ｂが基板２０上に蒸着膜やスパッタ膜による金属パターンとして形成されている。
【００１８】
基板２２には流路２，４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂに試料溶液を初めとするそれぞれの溶液を供給するための穴２４と流路８からの溶液を排出するための穴２６が貫通穴として開けられ、それらの穴２４，２６は流路２，４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂ，８の端部と対応する位置に配置されている。さらに、基板２２には、リード線１２ａ，１２ｂの端部に対応する位置に切欠き２８ａ，２８ｂがそれぞれ形成されており、それらの切欠き２８ａ，２８ｂにおいてリード線１２ａ，１２ｂが外部の検出装置に接続される。
【００１９】
基板２０，２２としては、石英ガラスやパイレックス（登録商標）などのガラス基板、シリコン基板、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などのプラスティック材料などを用いることができる。
【００２０】
流路２，４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂ，８を基体内部に配置するために、穴２４，２６が流路２，４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂ，８の端部にくるように両基板２０と２２を位置ぎめして、基板２０上に基板２２を被せて接合する。
【００２１】
次に、基板２０に流路２，４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂ，８と電極１０ａ，１０ｂを形成する方法を説明する。
基板２０としては平坦な石英ガラス基板を用いるものとする。石英ガラス基板上に感光性材料であるフォトレジスト層を形成し、写真製版によって流路と電極を埋め込む形状に開口をもつようにパターン化を施す。そのパターン化されたフォトレジストをマスクとして基板２０をドライエッチングにより加工し、流路２，４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂ，８と電極埋込み用の凹部を形成する。
【００２２】
電極埋込み用の凹部に電極１０ａ，１０ｂとなる金属板を嵌めこんだ後、リード線１２ａ，１２ｂを形成するために蒸着又はスパッタリングにより金属膜からなるリード線パターンを形成する。
【００２３】
他方の基板２２には貫通穴２４，２６と切欠き２８ａ，２８ｂを形成する。基板２２として例えばＰＤＭＳを用いた場合には、成型により貫通穴２４，２６と切欠き２８ａ，２８ｂを形成することができる。
【００２４】
基板２０の材質を石英ガラス、基板２２の材質をＰＤＭＳとした場合、ＰＤＭＳは弾力性を有するので、基板２２を基板２０上に重ね、両基板２０，２２間の空気を押し出すように押し付けることにより、接着剤を使用せずに両基板２０，２２を密着させることができる。このように、接着剤を使用せずに両基板２０，２２を密着させた場合には、検出を行なった後、他の試料溶液の検出を行なう前に、両基板２０，２２間を容易に分離することができ、洗浄が容易になる。
【００２５】
基板としては他の材質のものを用いることもでき、両基板間を接着剤で接着してもよい。両基板がガラス基板である場合には、両基板間にフッ酸溶液を介在させて圧着することにより融着して接合することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の電気化学検出器は、高速液体クロマトグラフィーやフローインジェクション分析、μＴＡＳなどの分析装置における検出器として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一実施例における流路の概略平面図である。
【図２】（Ａ）は同実施例を構成する上側基板の平面図、（Ｂ）は下側基板の流路形成面を示す平面図、（Ｃ）は両基板の接合状態を示す断面図であり、（Ｂ）における鎖線位置での断面状態を示している。
【符号の説明】
【００２８】
２，４ａ，４ｂ，６ａ，６ｂ      支流流路
８      本流流路
１０ａ，１０ｂ      電極
１２ａ，１２ｂ      リード線
２０，２２      基板
２４，２６      貫通穴
２８ａ，２８ｂ      切欠き
【図１】
2005195510.tif 000003
【図２】
2005195510.tif 000004