(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体試料中に含まれる化学的成分の電気化学的応答を測定する電気化学的分析装置に用いる電気化学測定用電極において、
Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗのうちのいずれかの弁金属と白金部とが積層され、
前記白金部の板厚方向の断面結晶組織が電極表面に対して層状に形成されていることを特徴とする電気化学測定用電極。
【請求項２】
請求項１に記載の電気化学測定用電極において、
電極表面のＸ線回折で検出される白金の回折ピークのうち面方位（２２０）が優先配向していることを特徴とする電気化学測定用電極。
【請求項３】
請求項２に記載の電気化学測定用電極において、
各方位の配向率（％）を、Ｉ（ｈｋｌ）／Ｓｉ［Ｉ（ｈｋｌ）］×１００（但し、Ｉ（ｈｋｌ）は各面の回折強度積分値であり、
Ｓｉ［Ｉ（ｈｋｌ）］はＩ（ｈｋｌ）の総和）とすると、面方位（２２０）の配向率が８０％以上であることを特徴とする電気化学測定用電極。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気化学測定用電極において、
前記白金部の各層の厚みが５μｍ以下であることを特徴とする電気化学測定用電極。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の電気化学測定用電極において、
前記白金部の厚みが１０〜１００μｍであることを特徴とする電気化学測定用電極。
【請求項６】
作用極、対極、参照極が内部に配置される電解セルにおいて、
前記作用極が請求項１乃至５のいずれかに記載の電極であることを特徴とする電解セル。
【請求項７】
請求項６に記載の電解セルにおいて、
前記電解セルがフローセルであることを特徴とする電解セル。
【請求項８】
液体試料を分析する電気化学的分析装置において、
作用極、対極、参照極が内部に配置される電解セルと、
前記電解セル内の測定溶液及び緩衝溶液を注入する溶液注入機構と、
前記作用極、前記対極、前記参照極に電位を印加する電位印加手段と、
前記作用極、前記対極、前記参照極に接続され前記測定溶液の電気化学的特性を測定する測定手段と、を備え、
前記作用極は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗのうちのいずれかの弁金属と白金部とが積層され、
前記白金部の板厚方向の断面結晶組織が電極表面に対して層状に形成されていることを特徴とする電気化学的分析装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電気化学的分析装置において、
電極表面のＸ線回折で検出される白金の回折ピークのうち面方位（２２０）が優先配向していることを特徴とする電気化学的分析装置。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の電気化学的分析装置において、
前記白金部の各層の厚みが５μｍ以下であることを特徴とする電気化学的分析装置。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれかに記載の電気化学的分析装置において、
前記電解セルはフローセルであり、
前記作用極の圧延方向が前記フローセル内の測定溶液の流通方向に対して４５〜１３５度の角度をなすように配置されていることを特徴とする電気化学的分析装置。
【請求項１２】
測定溶液中に含まれる化学的成分の電気化学的応答を測定する電気化学的分析装置に用いる電気化学測定用電極の製造方法において、
Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗのうちのいずれかの弁金属の表面に白金部を被覆し、
前記弁金属の白金被覆面と前記白金部と対面させた状態で冷間圧延加工により板状に積層して、
前記白金部の板厚方向の断面結晶組織を電極表面に対して層状に形成し、
前記白金部の各層の厚みが５μｍ以下である積層電極を形成し、
前記積層電極を機械研磨した後に電解研磨し、
前記積層電極の表面変質層を除去することを特徴とする電気化学測定用電極の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電気化学測定用電極の製造方法において、
前記電解研磨は、電解液中で電位を水素発生領域から酸素発生領域の電位間で複数回繰り返し印加する工程であることを特徴とする電気化学測定用電極の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の電気化学測定用電極の製造方法において、
前記表面変質層を除去した後、サイクリックボルタンメトリにより得られる複数の水素吸脱着ピークのうち少なくとも２つのピークの面積比から電極表面状態を診断し、
所定ピーク比となるまで電解研磨を繰り返すことを特徴とする電気化学測定用電極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液・尿など液体試料中に含まれる微量の化学的成分を電気化学的に分析する電気化学測定用電極および電気化学的分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学測定は、比較的簡単な装置構成で高感度測定が可能であり、分析化学の分野で多用されている。電気化学測定手法として、ポテンシオメトリ、アンペロメトリ、ボルタンメトリ、インピーダンス測定等、さらにこれらと他の検出手段、例えば光学素子等との組み合わせにより光子を検出する方法がある。
【０００３】
一般的に、電気化学測定に用いられる電極は、その化学的な安定性に優れた特性から白金族金属、とりわけ白金が多用されている。近年、血液・尿など液体試料に含まれる化学的成分の分析においてもフローセル内に組み込む電極として白金が用いられている。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載のように、血液や尿中の化学的成分を連続計測する場合、洗浄、本測定を始めとして、一分析毎に作用極、対極間に複数の電位印加するプロセスを経ることで繰り返し計測を可能としている。
【０００５】
白金を含む電極材としては、特許文献２に、対電極、作用電極に白金族金属を用いることが記載されている。また、特許文献３には、チタン、タンタル、ジルコニウムなどの弁金属と白金とを熱プレスにより複合化した電気化学反応用の電極およびその製造方法が開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献４において、食塩水を電気分解して殺菌作用を持つ強酸性水を生成するための電極、有機物含有排水の電解清浄化処理等の用途に使用される不溶性電極として、チタン、ニオブ、タンタル基材上に白金合金被覆層、酸化イリジウム及び／又は酸化白金被覆層を順に形成した電極が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２２２０３７号公報
【特許文献２】特開平１０−２８８５９２号公報
【特許文献３】特開平２−６６１８８号公報
【特許文献４】特開２００１−２６２３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
白金族金属、特に白金が電極として使用された場合、実験的に行うような数十〜数百回の分析においては大変優れた特性を示す。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に示したような分析系、例えば、血液・尿など液体試料に含まれる化学的成分の分析において、成分中に蛋白質やハロゲン元素を多く含む試料を長期間にわたり繰り返し測定する場合、あるいは電極表面を洗浄するための洗浄剤として水酸化カリウムなどの強アルカリ成分を含む試料を電極表面に接触させ、電圧を長期間反復印加した場合、電極表面が徐々に侵食される。その結果、電極の表面状態が変動し、測定結果に悪影響を与えるという問題があった。
【００１０】
また、周知の通り、白金は高価な金属であり、特許文献２および３に示すように、白金族金属、白金とチタン金属等との複合電極が公知である。
【００１１】
しかしながら、前記の複合電極において、白金層の結晶組織および配向性が制御された例は無い。
【００１２】
本願の発明者らが鋭意検討した結果、血液・尿など液体試料に含まれる極微量濃度の化学的成分を同一の電極を用いて複数回測定する分析においては、電極の表面状態、特に結晶配向性が分析データに影響を及ぼすことがわかってきた。
【００１３】
本発明の目的は、白金量を低減し、十分な機械的強度を有し、かつ電極表面状態の変動の少ない電気化学測定用電極、及びその電極を用いた、長期間にわたりデータが安定で適正な分析測定を行うことができる電気化学的分析装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成される。
【００１５】
本発明の電気化学測定用電極は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗのうちのいずれかの弁金属と白金とが積層され、上記白金部の板厚方向の断面結晶組織が電極表面に対して層状に形成されている。
【００１６】
また、本発明の電気化学的分析装置は、作用極、対極、参照極が内部に配置される電解セルと、電解セル内の測定溶液及び緩衝溶液を注入する溶液注入機構と、作用極、対極、参照極に電位を印加する電位印加手段と、作用極、対極、参照極に接続され上記測定溶液の電気化学的特性を測定する測定手段とを備え、作用極は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗのうちのいずれかの弁金属と白金とが積層され、上記白金部の板厚方向の断面結晶組織が電極表面に対して平行に層状に形成されている。
【００１７】
また、本発明の電気化学的分析装置に用いる電気化学測定用電極の製造方法は、  Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗのうちのいずれかの弁金属と白金とを冷間圧延加工により板状に積層して、上記白金の板厚方向の断面結晶組織が電極表面に対して層状に形成され、上記白金の各層の厚みが５マイクロメートル以下である積層電極を形成し、形成した積層電極を鏡面研磨し、積層電極の表面変質層を電気化学的に除去する。
【００１８】
さらに、本発明の電気化学的分析装置に用いる電気化学測定用電極の製造装置は、白金を窒素雰囲気中で加圧し、加熱して熱間圧延加工し、所定の板厚の白金板を作製する白金板圧延加工部と、白金板を冷間圧延加工する白金板冷間圧延部と、白金板冷間圧延部で処理された白金板とチタン板とを真空中に配置し、チタン板表面をドライエッチングして、表面酸化層を除去する表面酸化膜除去部と、  白金板とチタン板とを積層し、真空雰囲気中で白金板の膜厚が所定厚さとなるように冷間圧延加工し、上記白金の板厚方向の断面結晶組織が電極表面に対して層状に形成され、上記白金の各層の厚みが５マイクロメートル以下である白金とチタンとの積層電極を形成する積層電極形成部と、作成された積層電極を所定の大きさに切断する切断部と、切断された積層電極の白金表面と導線とを電気的に接続する電極化部と、導線と接続された積層電極の白金表面だけが所定の面積で露出するように接着剤を用いて絶縁性樹脂へ埋め込む樹脂包埋部と、埋め込まれた積層電極の白金表面を機械研磨加工する機械研磨部と、機械研磨された積層電極を電解液中で所定の電位及び所定の電位走査速度で電位走査を繰り返す電解研磨部とを備える。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、白金量を低減し、十分な機械的強度を有し、かつ電極表面状態の変動の少ない電気化学測定用電極、及びその電極を用いた長期間にわたりデータが安定で適正な分析測定を行うことができる電気化学的分析装置、電気化学測定用電極の製造方法、及び電気化学測定用電極の製造装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１による電気化学的分析装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施例１による電気化学測定用電極製造装置の概略構成図である。
【図３】本発明の実施例１および比較例の電極のＸ線回折解析結果を示す図である。
【図４】本発明の実施例１による電極の板厚方向断面の結晶組織解析結果を示す図である。
【図５】本発明の実施例１に基づく白金電極の効果を説明する図である。
【図６】本発明の実施例２および比較例の電極のサイクリックボルタモグラムである。
【図７】本発明の実施例３による電気化学的分析装置の全体構成図である。
【図８】本発明の実施例３による電気化学的分析装置に用いるフローセルの分解構成図である。
【図９】本発明とは異なる比較例の電極の板厚方向断面の結晶組織解析結果を示す図である。
【図１０】本発明の実施例１〜１１と比較例１〜９との白金部の優先配向率、分析対象及び変動幅を示す表である。
【図１１】本発明の実施例の電気化学的分析装置に用いるフローセルの他の例における分解構成図である。
【図１２】本発明の実施例の電気化学的分析装置に用いるフローセルのさらに他の例における分解構成図である。
【図１３】本発明の実施例の電気化学的分析装置に用いるフローセルのさらに他の例における分解構成図である。
【図１４】本発明の実施例の電気化学的分析装置に用いるフローセルのさらに他の例における分解構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００２２】
本発明の実施例の説明に先立って、本発明の原理について説明する。
【００２３】
血液・尿などの液体試料に含まれる化学的成分の分析において、長期間にわたり繰り返し測定する場合、測定結果が変動する原因について、本発明者らが種々解析を行った。その結果、分析の繰り返しに伴う電極表面状態の変化に主に起因することが判明した。
【００２４】
すなわち、蛋白質などを含む液体試料中での電位印加過程、電極表面を洗浄するための洗浄剤として水酸化カリウムなどの強アルカリ成分を含む液体中での電位印加過程、前記両者を長期間反復した場合、電極表面が徐々にエッチングされ、繰り返し分析後の表面状態が分析初期のそれに対して変動する。結果的に測定結果に悪影響を与える。
【００２５】
白金表面のエッチング挙動を調べたところ、表面の結晶方位によりエッチング速度が変化するため、結晶方位の異なる組織単位で段差が生じることがわかった。白金の板厚方向の断面観察で見られる結晶層が５μｍを越えると、分析繰り返し、すなわちエッチングの進行に伴い、電極表面の凹凸が顕在化し、電極表面積が変動することになる。
【００２６】
特に、フローセル内に作用極を設置する場合、電極表面の凹凸が大きいと、安定した液流を確保できなくなり、分析液、洗浄液の液置換を十分に行えず、適正な分析ができなくなってしまう。
【００２７】
結晶層を小さくすると、電極表面積の大きな変動を抑制できる。従って、長期間にわたり分析データを安定化するためには、板厚方向に均一にエッチングすることが有効であり、白金の結晶層の厚みを５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下とすることが有効である。
【００２８】
つまり、液体試料中に含まれる化学的成分の電気化学的応答を測定する電気化学的分析装置に用いる電気化学測定用電極において、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｍｏ、Ｗのうちいずれかの弁金属と白金とを積層し、白金部の板厚方向の断面結晶組織を電極表面に対して層状に形成し、白金部の各層の厚みを５μｍ以下とする。
【００２９】
ただし、結晶粒を小さくしすぎると、材料が硬くなり加工性が損なわれるため、各層の厚みは、０．０１μｍ以上が好ましい。本明細書にて「層状の結晶組織」とは、個々の結晶組織が電極平面方向に対して延伸した状態、すなわち圧延方向に引き延ばされた状態であり、かつ電極板厚方向に対して押し縮められた状態を指す。また、個々の層は単一の結晶構造で構成されることを意味するものではなく、実質的には複数の異なる延伸した結晶組織で構成されている。「結晶の層の厚み」とは、白金と弁金属との積層電極の板厚方向断面を観察したときに見られる白金部の個々の結晶の板厚方向における長さを指す。
【００３０】
なお、個々の結晶は、粒界角度が２度未満の小傾角粒界で囲まれた組織を指す。結晶組織像は電子線後方散乱パターン法等により観察することが可能である。
【００３１】
上記理由から、分析データ安定性の向上には、白金の結晶の層の厚みだけでなく、電極表面の結晶配向性の制御が有効である。好ましい面方位は特に限定されないが、白金表面のＸ線回折において（１１１）面、（２００）面、（２２０）面、あるいは（３１１）面のいずれかの面を優先配向させた電極が好ましい。所定の面方位がピーク積分値で８０％以上を占める白金が好ましい。尚、電極表面の結晶配向率は、次式（１）で定義されるものである。
【００３２】
（結晶方位の配向率）＝Ｉ（ｈｋｌ）／Ｓｉ［Ｉ（ｈｋｌ）］×１００  ・・・（１）
但し、Ｉ（ｈｋｌ）は電極表面のＸ線回析測定より得られる各面の回析強度積分値であり、Ｓｉ［Ｉ（ｈｋｌ）］は（ｈｋｌ）の回析強度積分値の総和である。本明細書では、Ｘ線回析測定より得られる（１１１）面、（２００）面、（２２０）面、あるいは（３１１）面のそれぞれの回析強度積分値から上式（１）に従って優先配向性を算出する。より好ましくは、熱間圧延、焼鈍処理、冷間圧延を組み合わせて作製して得られる（２２０）方位が優先配向した白金を用いることができる。白金の層の厚みを５μｍ以下にするには、白金の再結晶温度以下での冷間圧延加工において圧下率７０％以上、好ましくは９０％以上の条件で実施する。圧下率は次式（２）で定義する。
【００３３】
（圧下率）＝（ｔ０−ｔ）／ｔ０×１００  ・・・（２）
ただし、上記（２）式において、ｔ０は圧延前の厚みであり、ｔは圧延後の厚みである。
【００３４】
チタン等の弁金属との接合に関しては、チタン等の表面が酸素、炭素、窒素などと反応し、不活性皮膜を形成することから、チタンの金属表面を露出させて、速やかに白金と接合する必要がある。そのためには、例えば、チタン表面に形成された不活性皮膜を真空雰囲気下でドライエッチングなどにより除去した後、白金板と付き合わせ、白金の再結晶温度以下で鍛接することにより接合が可能である。
【００３５】
また、公知の爆発圧接法によりチタンと白金を接合した後、冷間圧延加工することも可能である。また、冷間圧延加工した白金箔とチタン板を爆発圧接法により接合してもよい。
【００３６】
さらに、冷間圧延加工した白金箔とチタン表面に白金メッキを施したものとを、白金表面同士を付き合わせ、再結晶温度以下で鍛接することにより作製することも可能である。チタン表面に白金メッキを施す場合、密着性を向上させるための前処理として、チタン表面をサンドブラスト法または化学エッチング法により処理してもよい。化学エッチング法においては、弗酸、弗化物含有弗酸、濃硫酸、塩酸、蓚酸など、またそれらの混合溶液を用いることができる。
【００３７】
また、弁金属に白金メッキを施した電極を用いることもできる。結晶粒径、配向性の制御には添加剤として有機物質を含むメッキ液中で電流密度を制御することにより白金メッキが可能となる。さらに、メッキ後、再結晶温度以下で圧延加工することにより白金の結晶の層の厚みおよび結晶配向性を調整することもできる。
【００３８】
積層電極の下地電極である弁金属の板厚は特に限定されないが、曲げや切削等の加工性の観点から１０〜５０００μｍが好ましい。積層電極の白金部の厚みとしては、１０〜１５０μｍであることが好ましい。より好ましくは、積層電極の白金部の厚みは、２０〜１００μｍである。
【００３９】
圧延工程において表層にランダムな結晶配向性を有する層が形成される場合や熱集中により粗大な結晶組織が形成される場合があり、その深さは場合によっては表層から１０μｍ程度に及ぶ。そのため、白金部の厚みは１０μｍを上回ることが好ましい。１５０μｍ以上の厚みでは電極単独で取り扱い上問題のない、十分な機械的強度を確保できるが、白金量が多くなり、高コストになる。白金部の厚みを１００μｍとすることで白金量を低減して低コスト化でき、かつ積層電極構造であるが故、取り扱い上問題のない十分な機械的強度を有する。
【００４０】
白金と弁金属とを一体化して積層電極を作製した後、白金電極表面を機械的に研磨することが好ましい。さらに、機械的に研磨した電極を電解研磨することがより好ましい。電解研磨は、酸あるいは水酸化カリウムなどの強アルカリ成分を含む電解液中で水素発生領域と酸素発生領域間で繰り返し電位印加する方法が好ましい。印加電位波形は三角波、矩形波などを用いることができるが、本発明においては、特に限定する必要はない。
【００４１】
上記の機械研磨および電解研磨は、圧延加工や爆発圧接法により作製した白金と弁金属との積層電極において特に有効な処理である。すなわち、特に熱間圧延加工を経た電極の表面近傍の結晶配向性は、比較的にランダムであったり、局所的に表面に熱が加わることにより板内部と表層部とでは結晶粒径および配向性が異なることがわかった。機械研磨後の電極では圧延加工により形成された表面変質層はある程度除去されるが、機械研磨時の加圧の影響や研磨砥粒によるキズなどが依然として存在している。
【００４２】
本発明の製造方法においても、冷間圧延加工により白金の内部は結晶配向性を持った状態となるが、表面近傍には結晶配向性の乱れた表面変質層が形成されることが考えられる。電解研磨は前記表面変質層の除去に有効であり、電極内部の高い結晶配向性を有する白金部を露出させる工程と言える。
【００４３】
電極の製造工程において、白金表面の変質層の除去の程度を判断するため、電解研磨処理中に所定の電解液中に上述した電極を浸漬し、サイクリックボルタンメトリにより表面状態を診断することが好ましい。すなわち、サイクリックボルタンメトリ結果より複数の水素吸脱着の電流ピークが得られる。これらの電流ピークは電極表面の面方位に依存した電流量となるため、圧延加工、鏡面加工により生じた表面変質層の除去の度合いを判断する基準となり得る。
【００４４】
得られたピークの内、少なくとも２つのピークの面積、ならびに面積比を計算する。その計算結果に基づき、所定の面積比になるまで電解研磨することにより、表面変質層を除去した電極を得ることができる。
【００４５】
なお、サイクリックボルタンメトリにおいて用いる電解液としては、例えば硫酸、燐酸、塩酸、過塩素酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア水などが挙げられる。
【００４６】
上記した電極を作用極として用いた分析装置は、その電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果を示すことがわかった。フローセル内に作用極を設置する場合においても、長期間にわたり電極の表面積の変動が小さく、また、表面凹凸の変動が小さく、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、結果的にデータ安定性を向上できる。
【００４７】
また、フローセルを含む電気化学的分析装置において、圧延加工を含む製造工程で作製した電極を作用極として用いる場合、電極の圧延方向を液体試料の流通方向に対する角度が４５〜１３５度となるように配置することが好ましい。分析対象物質として、例えば磁性ビーズ等に吸着させた化学的成分の電気化学応答を分析する場合、圧延方向が流通方向と同方向であると、分析中ビーズが作用極上から流れやすくなり、データが変動しやすくなる。圧延方向が流通方向に対して角度４５度未満および１３５度を超える場合、少なからず前記した影響が発現してしまう。圧延方向を流通方向に対して角度４５〜１３５度となるように電極を配置すると、僅かな段差ではあるが、その結晶組織間に生じる段差が、例えば、直径がサブμｍ〜数μｍサイズの磁性ビーズなどは作用極表面上に滞留しやすくなり、結果的にデータの安定性を向上できることがわかった。
【００４８】
本発明の電極および電気化学測定装置を用いて、血液・尿など液体試料に含まれる化学的成分として、例えば以下に示す成分を分析することが可能である。
【００４９】
つまり、例えば、グルコース、糖化ヘモグロビン、糖化アルブミン、乳酸、尿酸、尿素、クレアチニン、胆汁酸、コレステロール、中性脂肪、アンモニア、尿素窒素、ビリルビン、ヒスタミンなどが挙げられる。ただし、酵素やメディエータ等の作用により生じる酸化還元種の電気化学応答を示す成分であれば特に限定されない。
【００５０】
グルコースを検出する場合にあっては、例えばグルコースオキシダーゼを作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することにより、グルコース濃度を定量することができる。
【００５１】
糖化ヘモグロビンや糖化アルブミンなどの糖化タンパク質を検出する場合にあっては、例えばプロテアーゼにより糖化タンパク質より糖化ペプチドを遊離させた後、さらに糖化ペプチドオキシダーゼを作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することにより、糖化タンパク質濃度を定量することができる。
【００５２】
乳酸を検出する場合にあっては、例えば乳酸オキシダーゼを作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することにより、乳酸濃度を定量することができる。
【００５３】
尿酸を検出する場合にあっては、例えばウリカーゼを作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することにより、尿酸濃度を定量することができる。
【００５４】
尿素を検出する場合にあっては、例えばウレアーゼを作用させることにより生じたアンモニアに、β−ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤＨ）およびフェリシアン化カリウム存在下でさらにグルタミン酸脱水素酵素を作用させることにより生成したフェロシアン化カリウムを電極上で酸化することにより、尿素濃度を定量することができる。
【００５５】
クレアチニンを検出する場合にあっては、例えばクレアチニナーゼ、クレアチナーゼおよびザルコシンオキシダーゼを順次作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することにより、クレアチニン濃度を定量することができる。
【００５６】
胆汁酸を検出する場合にあっては、例えば胆汁酸硫酸スルファターゼ、β−ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼを還元型ＮＡＤＨおよびフェリシアン化カリウム存在下で順次作用させることにより生成したフェロシアン化カリウムを電極上で酸化することにより、胆汁酸濃度を定量することができる。
【００５７】
コレステロールを検出する場合にあっては、例えばコレステロールオキシダーゼを作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することにより、コレステロール濃度を定量することができる。
【００５８】
中性脂肪を検出する場合にあっては、例えばグリセロフォスフェートオキシダーゼを作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することにより、中性脂肪濃度を定量することができる。
【００５９】
脂肪酸を検出する場合にあっては、例えばアシルＣｏＡオキシダーゼを作用させることにより生成した過酸化水素を電極上で還元あるいは酸化することにより、脂肪酸濃度を定量することができる。
【００６０】
アンモニアを検出する場合にあっては、ＮＡＤＨおよびフェリシアン化カリウム存在下でグルタミン酸脱水素酵素を作用させることにより生成したフェロシアン化カリウムを電極上で酸化することにより、アンモニア濃度を定量することができる。
【００６１】
ビリルビンを検出する場合にあっては、例えばフェリシアン化カリウム存在下でビリルビンオキシダーゼを作用させることにより生成したフェロシアン化カリウムを電極上で酸化することにより、尿素窒素濃度を定量することができる。
【００６２】
上記した酵素類は電極表面上に固定化される。酵素類の電極表面への固定化方法は特に限定されないが、例えば酵素類を溶解させた水溶液や緩衝液中に電極を浸漬する方法、あるいは電極上に酵素類を溶解させた水溶液や緩衝液を滴下することにより物理的あるいは化学的に酵素類を固定化する方法がある。また、末端基にカルボキシル基やアミノ基などの官能基を導入したチオールを含む溶液中に電極を浸漬して電極表面に前記チオールを吸着させた後に酵素などを反応させて固定化する方法がある。さらには、グルタルアルデヒドのような架橋試薬あるいはさらに牛血清アルブミンを用いて酵素などを電極上に固定化する方法、親水性高分子などのゲル膜を電極上に形成させた後に膜中に酵素などを固定化する方法またはポリチオフェンなどの導電性高分子膜を電極上に形成させた後に膜中に酵素などを固定化する方法などが挙げられる。
【００６３】
分析対象を検出する際、必要に応じて、検出濃度範囲の拡張を目的としてメディエーター分子を利用することが有効である。メディエーター分子を利用する場合においては、電極上に形成させた酵素類の生理活性物質の固定化膜中あるいはこれとは分けて、メディエーター分子を電極上に配置することが好ましい。メディエーター分子の種類は特に限定されないが、例えばフェリシアン化カリウム、フェロシアン化カリウム、フェロセンおよびその誘導体、ビオローゲン類およびメチレンブルーなどの少くとも一種を用いることができる。
【００６４】
次に、以上の原理に基づく本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００６５】
以下、本発明の実施例による電気化学的分析装置の全体構成について説明する。
【００６６】
図１は、本発明の実施例１による電気化学的分析装置の全体構成を示す図である。本発明の実施例１は、バッチ処理方式の形態を有する電気化学的分析装置である。
【００６７】
図１において、電解セル１の中に、作用極２、対極３および参照極４を配置する。各電極２、３、４は、リード線７により電位印加手段５および測定手段６に接続されている。対極３は白金を板状に圧延加工し、表面を鏡面研磨したものを用いた。参照極４は、Ａｇ｜ＡｇＣｌ電極とした。尚、本明細書中において、銀｜塩化銀（飽和塩化カリウム水溶液）電極をＡｇ｜ＡｇＣｌと記す。
【００６８】
溶液分注機構１１は、それぞれ測定溶液容器８から被測定対象化学的成分を含む測定溶液、緩衝液容器９から緩衝液を、溶液導入管１３内に導入する。導入された測定溶液と緩衝液は、溶液導入管１３内にて混合されて、混合液が溶液注入機構１２により、電解セル１中に注入されて被測定対象物の電気化学的測定が行われる。
【００６９】
電位印加手段５は、ポテンシオスタット、ガルバノスタット、直流電源、交流電源あるいはそれらをファンクションジェネレータなどと接続したシステムを用いることができる。測定手段６は、被測定対象物の電気化学的特性を測定する。なお、電気化学的特性とは、ポテンシオメトリ、アンペロメトリ、ボルタンメトリ、インピーダンス測定等、公知の測定手法のいずれであってもよく、特に限定されることはない。電気化学反応に応じて生じる光子を光学素子により検出する方法等もある。
【００７０】
測定の終了した測定溶液は、溶液排出機構１５によって吸引されて、溶液排出管１４を通って廃液容器１６に廃棄される。試料の測定終了後、溶液分注機構１１によって、洗浄液容器１０から洗浄液が吸入され、溶液注入機構１２によって電解セル１中に供給される。電解セル１内を洗浄した洗浄液は、廃液容器１６に廃棄される。
【００７１】
ここで、典型例として、電圧印加手段５は、測定溶液の測定中に作用極に対して正の電位と負の電位を所定周期で繰り返すパルス状波形の電位を出力する。このパルス状波形の電位は、血液のような蛋白質、ハロゲン元素を多く含む測定溶液を電解セル内に長期間連続的に流す場合や、水酸化カリウムのような強アルカリ性の洗浄剤が測定容器内に流入する場合に、印加されるように構成されている。本実施例１では上記電位印加波形としたが、本発明は特にこれに限定されることはない。
【００７２】
ここで、作用極２は、図２に示す作用電極製造装置５０により、以下の手順に従って作製した。
【００７３】
図２において、白金板加工部５０ａにより、白金が窒素雰囲気中で３０ＭＰａでプレスされる。そして、白金板加工部５０ａにおいて、白金板は１時間８００度に加熱されるとともに、１００ＭＰａで熱間圧延加工され、板厚５ｍｍの白金板が作製される。続いて、白金板冷間圧延部５０ｂにおいて、圧延加工部５０ａにて加工された白金板が１００ＭＰａで冷間圧延加工され、板厚１ｍｍの白金板が作製される。その後、表面酸化膜除去部５０ｃにおいて、白金板冷間圧延部５０ｂで処理された白金板と板厚０．５ｍｍのチタン板とが真空チャンバ内に導入され、チタン板表面がドライエッチングされることにより表面酸化層が除去される。その後、積層電極形成部５０ｄにより、速やかに白金板とチタン板とが積層され、真空雰囲気中４５０度で白金板の膜厚が１００μｍとなるように冷間圧延加工され、白金部において層厚みが５μｍ以下である層状の結晶組織を有する白金とチタンの積層電極が得られる。
【００７４】
次に、積層電極形成部５０ｄにより作製された積層電極は、切断部５０ｅにおいて、５ｍｍ×１５ｍｍの大きさに切断される。その後、切断された積層電極は、電極化部５０ｆにおいて、端部が９０度折り曲げられ、白金表面と導線とがハンダにより接続される。
【００７５】
次に、樹脂包埋部５０ｇにおいて、積層電極の白金表面だけが５ｍｍ×１０ｍｍの面積で露出するように、接着剤を用いてフッ素系樹脂に埋め込まれる。
【００７６】
続いて、機械研磨部５０ｈにおいて、白金表面を耐水研磨紙、ダイヤモンドペーストおよびアルミナ粒子を用いて順次機械研磨加工され、鏡面に仕上げられる。
【００７７】
最後に、電解研磨部５０ｉにおいて、０．２ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム水溶液中で−１．２Ｖ〜１．０Ｖ  ｖｓ  Ａｇ｜ＡｇＣｌの電位間で電位走査速度０．１Ｖ／ｓで１００００回電位走査が繰り返され、作用極２が得られる。
【００７８】
本実施例１で用いた作用極２の電極表面のＸ線回折測定を実施した。Ｘ線源としてＣｕ  Ｋαを用い、出力４０ｋＶ、２０ｍＡとし、白金表面上の異なる３点を測定した。白金表面における（１１１）面、（２００）面、（２２０）面、（３１１）面の回折ピークの積分値（Ｉ）を算出して、各方位の配向率（（％）＝Ｉ（ｈ  ｋｌ）／ΣＩ（ｈｋｌ）×１００）を求めた。尚、各ピーク積分値の算出の際には、（１１１）面は３７°≦２θ≦４２°、（２００）面は４４°≦２θ≦４°、（２２０）面は６５°≦２θ≦７０°、（３１１）面は７８°≦２θ≦８３°（θは回折角度）の範囲で行った。測定の結果、図３に示す実施例１の結果のように、面指数（２２０）が優先的に配向しており、配向率９７％であることがわかった。
【００７９】
同様にして作製した積層電極の板厚方向の断面を露出させ、白金部を電子線後方散乱パターンにより解析した。解析結果を図４に示す。
【００８０】
図４の（ａ）に示すように、得られた作用極は電極表面に対して層状の結晶組織を有することがわかった。白金の結晶の層の厚みを算出するため、２５μｍ×２５μｍの面積を０．０７５μｍの間隔で３視野測定し、測定した表面の中で最大の層厚みを有する層の厚みを測定した。
【００８１】
典型的な本電極の表面近傍の結晶組織像を図４（ｂ）に示す。層厚みは最大でも５μｍ以下であることがわかった。
【００８２】
図５は、本発明の実施例１で採用している白金電極の効果を説明する図である。なお、図５に示すデータは、同一濃度のＴＳＨ（甲状腺刺激ホルモン）を分析対象として繰り返し測定を行った結果のデータである。図５の横軸は試験回数を示し、縦軸は各実測値を基準値で除した値を示す。また、基準値は既定濃度のＴＳＨ含有溶液を測定したときの出力値、実測値は実施例、比較例で用いた溶液それぞれを測定したときの測定値である。変動幅は分析６００００回目と１回目の値の差と定義する。
【００８３】
図５において、丸印を結ぶ線は本発明の実施例１の場合であり、三角印を結ぶ線は、本発明とは異なる比較例の場合である。
【００８４】
図１の電気化学的分析装置に用いて、測定溶液として、血清や尿など液体試料に含まれる化学的成分、例えば、血清中のＴＳＨを免疫学的に分析し、洗浄液として、例えば水酸化カリウム水溶液を各測定の終了毎に電解セルに導入する方法で測定を行った。
【００８５】
図５に示すように、比較例の電極を用いた場合の変動幅は１０．３％であった。比較例の電極は、熱間圧延加工、再結晶化処理を施した白金とチタンの積層電極であり、白金表面を実施例１と同様に、鏡面研磨処理、電解処理を行った電極である。詳細は後述する比較例にて説明する。それに対して、本発明の実施例１の白金電極を用いた場合、変動幅が４．４％まで低減した。
【００８６】
本発明の実施例１の電極は、白金部の板厚方向の断面結晶組織が電極表面に対して層状に形成され、層の厚みが５μｍ以下である積層電極である。かつ、本発明の実施例１による電極は、圧延加工および機械研磨において生じた、結晶配向性の乱れた表面変質層が除去され、面方位（２２０）に配向率９０％以上で優先配向している。本発明の実施例１による電極を作用極として用いた電気化学的測定装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、また表面積の変動を抑制することが可能になり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。
【実施例２】
【００８７】
次に、本発明の実施例２について説明する。この実施例２の電極およびそれを用いた電気化学的分析装置は、電極の製造の際、電解研磨処理中に所定の電解液中に前記電極を浸漬し、サイクリックボルタンメトリにより表面状態を診断しながら、白金表面の変質層を除去した点を除き、実施例１と同様である。
【００８８】
サイクリックボルタンメトリは、電解液として窒素置換したｐＨ６．８６の燐酸緩衝液を用い、作用極をＰｔワイヤ、参照極をＡｇ｜ＡｇＣｌとし、電位走査範囲−０．６〜１．１Ｖ、走査速度０．１Ｖ／ｓの条件で実施した。測定結果を図６に示す。
【００８９】
サイクリックボルタンメトリ結果より得られた複数の水素吸脱着の電流ピークのうち、−０．３７〜−０．３１Ｖに見られるピークをａとし、−０．３１〜−０．２Ｖに見られるピークをｂとし、それらのピーク面積、面積比ｂ／ａを計算する。面積比が８０％以下となるまで電解処理を行い、作用極２とした。
【００９０】
本発明の実施例２による作用極を用いた電気化学的分析装置により実施例１と同様に繰り返し分析した結果、変動幅は４．２％と良好な結果が得られた。同様にして作製した本発明とは異なる電極をＸ線回折解析した結果、配向率９８％で（２２０）方位に優先配向していることがわかった。電子線後方散乱パターン解析においても白金板厚断面の結晶組織層の厚みは５μｍ以下であった。本発明の実施例２による電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、また表面積の変動を抑制することが可能になり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。
【００９１】
本発明の実施例２では、ピークａ、ｂを表面変質層除去度合いの判断基準として用いたが、−０．４８〜−０．３７Ｖに見られるピークｃとピークｂからｂ／ｃを計算し、判断基準としてｂ／ｃが３５％以下とした場合においても同様の効果が得られることが確認できた。
【実施例３】
【００９２】
次に、図７、図８を用いて、本発明の実施例３による電気化学的分析装置について説明する。図７は、本発明の実施例３における電気化学的分析装置の概略構成図である。また、図８は、図７に示した電気化学的分析装置に用いるフローセルの分解構成図である。
【００９３】
図７において、図１に示した電解セル１がフローセル２０に置き換わっている点以外は、図１に示した例と図７に示した例とは同等となっている。
【００９４】
図８において、電解セルとしてのフローセル２０は、図８の（ａ）に示す２枚の電気絶縁性基板３０、３２と、シール部材３１が、図８の（ｂ）に示すように積層されて形成される。絶縁性基板３０は、ポリエーテルエーテルケトンによって形成されている。この絶縁性基板３０は、耐薬品性に優れた絶縁樹脂であれば材質は特に限定されず、ふっ素系樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポニフェニレンサルファイド、アクリル樹脂等を用いることができる。
【００９５】
絶縁性基板３０の一方の面（電気絶縁性基板３２に対向する側の面）には、作用極３４が固定されている。作用極３４の製造方法を以下に示す。
【００９６】
すなわち、本発明の実施例１の機械研磨以前の工程までを実施し、白金とチタンの積層電極を得た。この積層電極を絶縁性基板３０の表面に設けられた凹部に埋め込み、接着剤により固着した後、絶縁性基板３０と積層電極との表面段差が無くなるまで耐水研磨紙、ダイヤモンドペースト、アルミナにより順次機械研磨し、鏡面にした。尚、接着剤としては、エポキシ系、アクリル系等の熱可塑性、熱硬化性あるいは光硬化性の樹脂を用いることができるが、絶縁性樹脂と同様、耐薬品性に優れたものであれば、特に限定されず適宜選択することができる。    その後、０．２ｍｏｌ／Ｌ水酸化カリウム水溶液中で−１．２Ｖ／０．５秒、３．０Ｖ／１．５秒の矩形パルス状の電位印加を１００００回繰り返した。本発明の実施例３では、圧延方向と、分析時に液が流通する方向に対して垂直となるように作用極４を配置した。
【００９７】
絶縁性基板３２は、透明なアクリル材によって形成されている。絶縁性基板３２の一方の面（電気絶縁性基板３０に対向する側の面）には、対極３５が固定されている。対極３５は、白金を電極の形状に加工した後、１０００℃にて、一時間焼鈍処理を施したものを用いた。
【００９８】
電気絶縁性基板３２の表面には、凹部が形成されており、この凹部に焼鈍処理を施した対極３５を埋め込み、接着剤により固着した後、対極３５の表面を鏡面研磨した。なお、対極３５の形状は、板状に限られるものではなく、櫛歯状、メッシュ状、棒状でもよい。また、電極材料は、白金に限るものでなく、他の白金族金属でもよい。対極３５は、作用極３４と同様に、鏡面研磨処理後、電解研磨処理を施した白金を用いてもよい。
【００９９】
作用極３４、対極３５は、それぞれ絶縁性基板３０、３２に埋め込まれる前にリード線３９、４０とハンダ付けにより接続されており、リード線３９、４０は、絶縁性基板３０、３２に開けられた穴に通してある。
【０１００】
シール部材３１は、ふっ素系樹脂製であり、中央に開口部３６を有している。絶縁性基板３０には配管３７、３８と連結するための孔２１、２２が作用極３４を間にして、形成されており、これら２つの孔２１、２２は開口部３６の内周に位置するよう配置され、開口部３６部分に溶液の出し入れが可能となる。作用極３４と対極３５は、シール部材３１の開口部３６を介して対向している。
【０１０１】
絶縁性基板３０、３２およびシール部材３１の４隅には、ネジ穴３３が形成され、それぞれに、ネジを通し、絶縁性基板３０とシール部材３１と絶縁性基板３２とを固定圧着して、フローセル２０を形成する。
【０１０２】
絶縁性基板３０において、作用極３４が配設される面と反対側の面には、ふっ素樹脂製の配管３７、３８が固定接続されている。配管３７、３８の一方は、後述するように、フローセル２０に測定溶液などを導入する機構に接続され、他方は、測定済みの溶液を排出するための流路として用いる。また、参照極（図８には示さず）は、配管３８、すなわち溶液の排出側配管部に配置され、作用極に電位印加する際の基準電極として利用する。
【０１０３】
なお、本発明のフローセルは、図８に示した実施例に特に限定されず、他の構成が可能である。以下、その他の構成のフローセルの例について説明する。
【０１０４】
図１１は、フローセルの他の一例を示す図である。図１１において、フローセル６０は、図１１の（ａ）に示す各部材、すなわち２枚の電気絶縁性基板７０、７２と、シール部材７１が図１１の（ｂ）のように積層されて形成される。絶縁性基板７０の一方の面（電気絶縁性基板７２に対向する側の面）には、作用極７４が固定されている。絶縁性基板７２の一方の面（電気絶縁性基板７０に対向する側の面）には、対極７５が固定されている。
【０１０５】
作用極７４、対極７５は、それぞれ絶縁性基板７０、７２に埋め込まれる前にリード線７９、８０とハンダ付けにより接続されており、リード線７９、８０は、絶縁性基板７０、７２に開けられた穴に通してある。
【０１０６】
シール部材７１の中央には開口部７６が形成されている。絶縁性基板７２には配管７７、７８と連結するための孔２１、２２が対極７５を間にして形成されており、これら２つの孔２１、２２は開口部７６の内部に位置するよう配置され、開口部７６部分に溶液の出し入れが可能となる。作用極７４と対極７５は、シール部材７１の開口部７６を介して対向している。
【０１０７】
絶縁性基板７０、７２およびシール部材７１の４隅にはネジ穴７３が形成され、それぞれに、ネジを通し、絶縁性基板７０とシール部材７１と絶縁性基板７２とを固定圧着して、フローセル６０を形成する。
【０１０８】
絶縁性基板７２において、対極７５が配設される面と反対側の面には、ふっ素樹脂製の配管７７、７８が固定接続されている。配管７７、７８の一方は、後述するように、フローセル６０に測定溶液などを導入する機構に接続され、他方は、測定済みの溶液を排出するための流路として用いる。
【０１０９】
また、参照極（図１１には示さず）は、配管７８、すなわち溶液の排出側配管部に配置され、作用極に電位印加する際の基準電極として利用する。
【０１１０】
図１２は、フローセルのその他の例を示す図である。図１２において、フローセル９０は、図１２の（ａ）に示す各部材、すなわち２枚の電気絶縁性基板１００、１０２と、シール部材１０１が図１２の（ｂ）のように積層されて形成される。絶縁性基板１００の一方の面（電気絶縁性基板１０２に対向する側の面）には、作用極１０４が固定されている。絶縁性基板１０２の一方の面（電気絶縁性基板１００に対向する側の面）には、対極１０５が固定されている。
【０１１１】
作用極１０４、対極１０５は、それぞれ絶縁性基板１００、１０２に埋め込まれる前にリード線１０９、１１０とハンダ付けにより接続されており、リード線１０９、１１０は、絶縁性基板１００、１０２に開けられた穴に通してある。
【０１１２】
シール部材１０１の中央には開口部１０６が形成されている。開口部１０６の形状は図１２に示す例は６角形であるが、フローセル内に供給される各種溶液が滞留することなく、円滑に液置換が行われる形状であれば、特に限定されない。
【０１１３】
絶縁性基板１００には配管１０７、１０８と連結するための孔２１、２２が作用極１０４を間にして形成されており、これら２つの孔２１、２２は、開口部１０６の内部に位置するよう配置され、開口部１０６部分に溶液の出し入れが可能となる。作用極１０４と対極１０５は、シール部材１０１の開口部１０６を介して対向している。
【０１１４】
絶縁性基板１００、１０２およびシール部材１０１の４隅にはネジ穴１０３が形成され、それぞれに、ネジを通し、絶縁性基板１００とシール部材１０１と絶縁性基板１０２とを固定圧着して、フローセル９０を形成する。
【０１１５】
絶縁性基板１０２において、側面には、ふっ素樹脂製の配管１０７、１０８が固定接続されている。配管１０７、１０８の一方は、後述するように、フローセル９０に測定溶液などを導入する機構に接続され、他方は、測定済みの溶液を排出するための流路として用いる。
【０１１６】
また、参照極（図１２には示さず）は、配管１０８、すなわち溶液の排出側配管部に配置され、作用極に電位印加する際の基準電極として利用する。
【０１１７】
図１３は、フローセルのその他の例を示す図である。図１３において、フローセル１２０は、図１３の（ａ）に示す各部材、すなわち２枚の電気絶縁性基板１３０、１３２と、シール部材１３１が図１３の（ｂ）のように積層されて形成される。絶縁性基板１３２の一方の面（電気絶縁性基板１３０に対向する側の面）には、対極１３５が固定されている。絶縁性基板１３０の中央部には図１３の（ｃ）に示すように作用極１３４を配置する凹部および作用極１３４との接続を可能にする通電用ボルト１４１のネジ溝１４３が形成されている。
【０１１８】
作用極１３４を絶縁性基板１３０に接着剤を用いて固着した後、鏡面研磨を行う。その後、通電用プレート１４２を介して通電用ボルト１４１をネジ溝１４３に締め込む。通電用プレート１４２は例えば金、錫やアルミニウムなど、軟らかく抵抗率の小さい金属であれば特に限定されない。通電用ボルト１４１はリート線１３９と接続されており、作用極１３４との電気的接続を可能にしている。
【０１１９】
対極１３５は絶縁性基板１３２に埋め込まれる前にリード線１４０とハンダ付けにより接続されており、リード線１４０は、絶縁性基板１３２に開けられた穴に通してある。
【０１２０】
シール部材１３１の中央には開口部１３６が形成されている。絶縁性基板１３２には配管１３７、１３８と連結するための孔２１、２２が対極１３５を間にして形成されており、これら２つの孔２１、２２は開口部１３６の内部に位置するよう配置され、開口部１３６部分に溶液の出し入れが可能となる。作用極１３４と対極１３５は、シール部材１３１の開口部１３６を介して対向している。
【０１２１】
絶縁性基板１３０、１３２およびシール部材１３１の４隅にはネジ１３３が形成され、それぞれに、ネジを通し、絶縁性基板１３０とシール部材１３１と絶縁性基板１３２とを固定圧着して、フローセル１２０を形成する。
【０１２２】
絶縁性基板１３２において、対極１３５が配設される面の側面の面には、ふっ素樹脂製の配管１３７、１３８が固定接続されている。配管１３７、１３８の一方は、後述するように、フローセル１２０に測定溶液などを導入する機構に接続され、他方は、測定済みの溶液を排出するための流路として用いる。また、参照極（図１３には示さず）は、配管１３８、すなわち溶液の排出側配管部に配置され、作用極１３４に電位印加する際の基準電極として利用する。
【０１２３】
図１４は、フローセルのその他の例を示す図である。図１４において、フローセル１８０は、絶縁性基板１９０、１９２で作用極１９４をＯ−リング１９１を介して積層することにより形成する。絶縁性基板１９０、１９２の外周には複数のネジ穴１９３が形成され、それぞれのネジ穴１９３にネジを通して締め込むことにより、絶縁性基板１９０、１９２を互いに固定してフローセル１８０を形成する。
【０１２４】
絶縁性基板１９２の中央部には対極１９５が埋め込まれており、フローセル１８０の内部に対極１９５が突出した構造となっている。また、絶縁性基板１９２には、ふっ素樹脂製の配管１９７、１９８が固定接続されている。配管１９７、１９８の一方は、後述するように、フローセル１８０に測定溶液などを導入する機構に接続され、他方は、測定済みの溶液を排出するための流路として用いる。また、参照極（図１４には示さず）は、配管１９８、すなわち溶液の排出側配管部に配置され、作用極に電位印加する際の基準電極として利用する。
【０１２５】
作用極１９４、対極１９５は、リード線１９９、２００とハンダ付けにより接続されている。
【０１２６】
次に、図７を参照して、本発明の実施例３の電気化学的分析装置の全体構成について説明する。図１と同様な構成の部分は、重複するので詳細な説明は省略する。
【０１２７】
図７において、測定溶液容器８内の測定溶液と緩衝液容器９内の緩衝液は、溶液分注機構１１により吸引され、溶液導入管１３内にて混合されて、フローセル２０中に注入される。混合液がフローセル２０に貯液している間に、電圧印加手段５によりフローセル２０内の作用極（３４、７４、１０４、１３４、１９４）に所定の電位が印加され、被測定対象物の電気化学的測定が行われる。フローセル２０内の作用極（３４、７４、１０４、１３４、１９４）における電気化学的反応により得られた信号は、リード線７を介して信号処理のための測定手段６に伝達される。
【０１２８】
なお、透明な絶縁性樹脂製の基板３２上部に検出器を配置することにより電気化学反応により生じる変化を光学的に測定することも可能である。
【０１２９】
フローセル２０にて測定の終了した測定溶液は、溶液排出機構１５によって吸引されて、溶液排出管１４を通って廃液容器１６に廃棄される。
【０１３０】
本実施例３で用いた作用極（３４、７４、１０４、１３４、１９４）の電極表面のＸ線回折測定を実施した結果、面指数（２２０）が優先的に配向しており、配向率９２％であることがわかった。また、電子線後方散乱パターン解析より、作用極（３４、７４、１０４、１３４、１９４）は、電極表面に対して層状の結晶組織を有しており、白金の層厚みは最大でも５μｍ以下であることがわかった。
【０１３１】
図７に示した電気化学的分析装置を用いて、測定溶液として、血清や尿など液体試料に含まれる化学的成分、例えば、血清中のＴＳＨを直径３μｍの磁性ビーズ表面に吸着させた複合体を分析し、洗浄液として、例えば水酸化カリウム水溶液を各測定の終了毎に電解セルに導入する方法で測定を行った。
【０１３２】
実施例１と同様に、分析１回目と６００００回目との変動幅を求めると、５．１％であった。本発明の実施例３による電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、また表面積の変動を抑制することが可能になる。また、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。
【０１３３】
加えて、作用極の圧延方向を分析液の流通方向に対して垂直に作用極を配置することにより、ビーズが作用極から下流へ流出することを抑制し、長期間にわたり変動が少なく、安定し測定結果が得られるという効果が認められた。
【０１３４】
なお、本実施例３では、圧延方向を分析時液が流通する方向に対して垂直となるように作用極（３４、７４、１０４、１３４、１９４）を配置したが、圧延方向を流通方向に対して同一方向とした場合においても検討した結果、変動幅は７％となり、本実施例３より変動幅が僅かに増大した。また、短期間でのデータ安定性を評価した結果、本実施例に比べて、データのばらつきが大きくなった。これは、分析中磁性ビーズが作用極表面から下流にわずかに流出してしまった影響であると考えられる。
【０１３５】
従って、本実施例３に示すように、圧延方向を分析時液が流通する方向に対して垂直となるように作用極３４を配置することが、データ安定性の向上により好ましい形態であることがわかった。
【実施例４】
【０１３６】
次に、本発明の実施例４について説明する。実施例４では、実施例１の電極表面上に酵素を固定化し、下地金属をＮｂとしている。その他の構成は実施例１と同様となっている。実施例４において、既知濃度のグルコースを分析対象とし、実施例１と同様に繰り返し測定を行った。
【０１３７】
測定した結果、図１０に示すように、分析１回目と６００００回目との変動幅を求めると、４．１％であり、グルコースを分析対象とした比較例２に比べて変動幅が小さくなっていることがわかった。これは、本発明の実施例４による電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、表面積の変動を抑制することが可能になり、結果的に電極表面に修飾する酵素量を安定に制御することができるからである。また、本発明の実施例４によれば、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。
【０１３８】
なお、図１０に示した比較例については後述する。
【実施例５】
【０１３９】
次に、本発明の実施例５について説明する。実施例５では既知濃度の尿素を分析対象としたことを除き、実施例１の測定方法に準拠して繰り返し分析測定を行った。すなわち、測定溶液容器８において、検体試料とウレアーゼ、次にβ−ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤＨ）、フェリシアン化カリウム存在下でさらにグルタミン酸脱水素酵素を作用させることによりフェロシアン化カリウムを生成させた。
【０１４０】
測定溶液容器８からのフェロシアン化カリウムを含む測定溶液と、緩衝液溶液容器９からの緩衝液とを溶液導入管１３内に導入して混合し、溶液注入機構１２により電解セル１中に注入し、電気化学測定を行った。繰り返し測定を行った結果、図１０に示すように、分析１回目と６００００回目との変動幅を求めると、２．８％であり、分析対象が同一である比較例３に比べて変動幅が小さくなっていることがわかった。
【０１４１】
これは、本電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、表面積の変動を抑制することが可能だからである。
【０１４２】
また、本発明の実施例５によれば、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。
【実施例６】
【０１４３】
次に、本発明の実施例６について説明する。実施例６は、下地金属をＺｒとしている。その他の構成は実施例１と同様となっている。実施例６において、既知濃度のコレステロールを分析対象とし、実施例１の測定方法に準拠して繰り返し分析測定を行った。
【０１４４】
すなわち、図１の測定溶液容器８において、検体試料とコレステロールオキシダーゼを作用させることにより過酸化水素を生成した。そして、測定溶液容器８からの過酸化水素を含む測定溶液と、緩衝液容器９からの緩衝液とを溶液導入管１３内に導入して混合し、溶液注入機構１２により電解セル１中に注入し、電気化学測定を行った。
【０１４５】
繰り返し測定を行った結果、図１０に示すように、分析１回目と６００００回との変動幅を求めると、５．８％であり、分析対象が同一である比較例４に比べて変動幅が小さくなっていることがわかった。これは、本電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、表面積の変動を抑制することが可能となるからである。
【０１４６】
また、本発明の実施例６によれば、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。
【実施例７】
【０１４７】
次に、本発明の実施例７について説明する。実施例７では既知濃度の尿酸を分析対象としたことを除き、実施例１の測定方法に準拠して繰り返し分析測定を行った。
【０１４８】
すなわち、測定溶液容器８において、検体試料とウリカーゼを作用させることにより過酸化水素を生成した。測定溶液容器８からの過酸化水素を含む測定溶液と、緩衝液溶液容器９からの緩衝液とを溶液導入管１３内に導入して混合し、溶液注入機構１２により電解セル１中に注入し、電気化学測定を行った。
【０１４９】
繰り返し測定を行った結果、図１０に示すように、分析１回目と６００００回目との変動幅を求めると、６．５％であり、分析対象が同一である比較例５に比べて変動幅が小さくなっていることがわかった。これは、本電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、表面積の変動を抑制することが可能となるからである。
【０１５０】
また、本発明の実施例７によれば、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。
【実施例８】
【０１５１】
次に、本発明の実施例８について説明する。実施例８では既知濃度のクレアチニンを分析対象としたことを除き、実施例１の測定方法に準拠して繰り返し分析測定を行った。
【０１５２】
すなわち、測定溶液容器８において、検体試料とクレアチニナーゼ、ザルコシンオキシターゼを、順次作用させることにより過酸化水素を生成した。測定溶液容器８からの過酸化水素を含む測定溶液と、緩衝液溶液容器９からの緩衝液を溶液導入管１３内に導入して混合し、溶液注入機構１２により電解セル１中に注入し、電気化学測定を行った。
【０１５３】
繰り返し測定を行った結果、図１０に示すように、分析１回目と６００００回目との変動幅を求めると、７．９％であり、分析対象が同一である比較例６に比べて変動幅が小さくなっていることがわかった。これは、本電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、表面積の変動を抑制することが可能となるからである。
【０１５４】
また、本発明の実施例８によれば、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。
【実施例９】
【０１５５】
次に、本発明の実施例９について説明する。実施例９では既知濃度のクレアチニンを分析対象としたことを除き、実施例１の測定方法に準拠して繰り返し分析測定を行った。
【０１５６】
すなわち、測定溶液容器８において、検体試料と胆汁酸硫酸スルファターゼ、β−ヒドロキシステロイドデヒドロゲナーゼを還元型ＮＡＤＨおよびフェリシアン化カリウム存在下で順次作用させることによりフェロシアン化カリウムを生成した。
【０１５７】
測定溶液容器８からのフェロシアン化カリウムを含む測定溶液と、緩衝液溶液容器９からの緩衝液とを溶液導入管１３内に導入して混合し、溶液注入機構１２により電解セル１中に注入し、電気化学測定を行った。
【０１５８】
繰り返し測定を行った結果、図１０に示すように、分析１回目と６００００回目との変動幅を求めると、９．８％であり、分析対象が同一である比較例７に比べて変動幅が小さくなっていることがわかった。これは、本電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、表面積の変動を抑制することが可能になるからである。
【０１５９】
また、実施例９によれば、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。
【実施例１０】
【０１６０】
次に、本発明の実施例１０について説明する。実施例１０では既知濃度の脂肪酸を分析対象としたことを除き、実施例１の測定方法に準拠して繰り返し分析測定を行った。
【０１６１】
すなわち、測定溶液容器８において、検体試料とアシルＣｏＡオキシダーゼを作用させることにより過酸化水素を生成した。測定溶液容器８からの過酸化水素を含む測定溶液と、緩衝液溶液容器９から緩衝液とを溶液導入管１３内に導入して混合し、溶液注入機構１２により電解セル１中に注入し、電気化学測定を行った。
【０１６２】
繰り返し測定を行った結果、図１０に示すように、分析１回目と６００００回目との変動幅を求めると、５．９％であり、分析対象が同一である比較例８に比べて変動幅が小さくなっていることがわかった。
【０１６３】
これは、本電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、表面積の変動を抑制することが可能となるからである。
【０１６４】
また、実施例１０によれば、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。
【実施例１１】
【０１６５】
次に、本発明の実施例１１について説明する。実施例１１では既知濃度のビリルビンを分析対象としたことを除き、実施例１の測定方法に準拠して繰り返し分析測定を行った。
【０１６６】
すなわち、測定溶液容器８において、検体試料とフェリシアン化カリウム存在下でビリルビンオキシダーゼを作用させることによりフェロシアン化カリウムを生成した。測定溶液容器８からのフェロシアン化カリウムを含む測定溶液と、緩衝液溶液容器９からの緩衝液とを溶液導入管１３内に導入して混合し、溶液注入機構１２により電解セル１中に注入し、電気化学測定を行った。
【０１６７】
繰り返し測定を行った結果、図１０に示すように、分析１回目と６００００回目との変動幅を求めると、４．３％であり、分析対象が同一である比較例９に比べて変動幅が小さくなっていることがわかった。
【０１６８】
これは、本電極を作用極として用いた分析装置においては、電極表面内におけるエッチング速度差が小さいため、エッチングにより生じる凹凸が小さく、表面積の変動を抑制することが可能となるからである。
【０１６９】
また、実施例１１によれば、分析液、洗浄液の液置換を安定して実施することが可能となり、電気化学応答が長期間にわたり変動が少なく、安定した測定結果が得られるという効果が認められた。
【０１７０】
次に、図１０に記載した比較例１〜９について説明する。
（比較例１）
比較例１の電極は、白金とチタンの積層電極である。この電極は板厚１ｍｍの白金板と板厚０．５ｍｍのチタン板とを真空雰囲気中において３０ＭＰａでプレスした。１時間８００度に加熱するとともに、白金部の厚みが１００μｍとなるように、１００ＭＰａで熱間圧延加工した。冷却後、本発明の実施例１と同様に、ふっ素系樹脂に埋め込み、白金表面を耐水研磨紙、ダイヤモンドペースト、アルミナを用いて順次機械研磨し、引き続き電解研磨を施し、作用極とした。
【０１７１】
この作用極を用いて、実施例１と同様に図１の電気化学的分析装置に用いて、測定溶液として、血清中のＴＳＨを免疫学的に分析し、洗浄液として、例えば水酸化カリウム水溶液を各測定の終了毎に電解セルに導入する方法で測定を行った。
【０１７２】
その結果、図５に示すように、比較例１の電極を用いた場合の変動幅は約１０．３％であった。比較例１の電極をＸ線回折で解析したところ、図３に示すように、（２２０）および（２００）に優先配向していることがわかったが、最大強度を示した（２２０）方位の配向率は５４％であった。
【０１７３】
また、電子線後方散乱パターン解析により白金部の板厚方向断面の結晶組織を観察したところ、白金は層状をなしておらず、図９に示すように、粒径も非常に粗大であることがわかった。
【０１７４】
このような電極を用いた場合、分析繰り返し、すなわち表面エッチングの進行に伴い、電極表面内におけるエッチング速度差が大きく、エッチングにより生じる凹凸、また表面積の変動が大きくなり、結果的に電気化学応答の変動が大きくなったと考えられる。
（比較例２）
比較例２は、比較例１の白金部の結晶組織が粗大化した積層電極を作用極として用い、実施例４と同様にグルコースを分析対象として繰り返し測定を行った。測定した結果、図１０に示すように、分析１回目と６００００回目との変動幅を求めると４．２％であり、実施例４と比較して変動幅が大となっている。
（比較例３）
比較例３は、比較例１の白金部の結晶組織が粗大化した積層電極を作用極として用い、実施例５と同様に尿素を分析対象として繰り返し測定を行った。測定した結果、図１０に示すように、分析１回目と６００００回目との変動幅を求めると、３．７％であり、実施例５と比較して変動幅が大となっている。
（比較例４）
比較例４は、比較例１の白金部の結晶組織が粗大化した積層電極を作用極として用い、実施例６と同様にコレステロールを分析対象として繰り返し測定を行った。測定した結果、図１０に示すように、分析１回目と６００００回目との変動幅を求めると、７．３％であり、実施例６と比較して変動幅が大となっている。
（比較例５）
比較例５は、比較例１の白金部の結晶組織が粗大化した積層電極を作用極として用い、実施例７と同様に尿酸を分析対象として繰り返し測定を行った。測定した結果、図１０に示すように、分析１回目と６００００回目との変動幅を求めると、８．８％であり、実施例７と比較して変動幅が大となっている。
（比較例６）
比較例６は、比較例１の白金部の結晶組織が粗大化した積層電極を作用極として用い、実施例８と同様にクレアチニンを分析対象として繰り返し測定を行った。測定した結果、図１０に示すように、分析１回目と６００００回目との変動幅を求めると、１１．２％であり、実施例８と比較して変動幅が大となっている。
（比較例７）
比較例７は、比較例１の白金部の結晶組織が粗大化した積層電極を作用極として用い、実施例９と同様にクレアチニンを分析対象として繰り返し測定を行った。測定した結果、図１０に示すように、分析１回目と６００００回目との変動幅を求めると、１２．６％であり、実施例９と比較して変動幅が大となっている。
（比較例８）
比較例８は、比較例１の白金部の結晶組織が粗大化した積層電極を作用極として用い、実施例１０と同様に脂肪酸を分析対象として繰り返し測定を行った。測定した結果、図１０に示すように、分析１回目と６００００回目との変動幅を求めると、７．２％であり、実施例１０と比較して変動幅が大となっている。
（比較例９）
比較例９は、比較例１の白金部の結晶組織が粗大化した積層電極を作用極として用い、実施例１１と同様にビリルビンを分析対象として繰り返し測定を行った。測定した結果、図１０に示すように、分析１回目と６００００回目との変動幅を求めると、６．６％であり、実施例１１と比較して変動幅が大となっている。
た。
【０１７５】
比較例２から９の積層電極を用いた場合、分析繰り返し、すなわち表面エッチングの進行に伴い、電極表面内におけるエッチング速度差が大きく、エッチングにより生じる凹凸、また表面積の変動が大きくなり、結果的に電気化学応答の変動が大きくなったと考えられる。
【０１７６】
なお、上述した本発明の実施例は、本発明を電気化学的分析装置の作用極に適用した場合の例であるが、作用極のみならず、対極にも本発明を適用することができる。対極にも本発明を適用すれば、さらに分析データの高精度化を図ることができる。
【符号の説明】
【０１７７】
１・・・電解セル、２・・・作用極、３・・・対極、４・・・参照極、５・・・電位印加手段、６・・・測定手段、７・・・リード線、８・・・測定溶液容器、９・・・緩衝液容器、１０・・・洗浄液容器、１１・・・溶液分注機構、１２・・・溶液注入機構、１３・・・溶液導入管、１４・・・溶液排出管、１５・・・溶液排出機構、１６・・・廃液容器、２０、６０、９０、１２０、１８０・・・フローセル、２１、２２・・・孔、３０、３２、７０、７２、１００、１０２、１３０、１３２、１９０、１９２・・・絶縁性基板、３１、７１、１０１、１３１・・・シール部材、３３、７３、１０３、１３３、１９３・・・ネジ穴、３４、７４、１０４、１３４、１９４・・・作用極、３５、７５、１０５、１３５、１９５・・・対極、３６、７６、１０６、１３６・・・開口部、３７、３８、７７、７８、１０７、１０８、１３７、１３８、１９７、１９８・・・配管、３９、４０、７９、８０、１０９、１１０、１３９、１４０、１９９、２００・・・リード線、５０・・・作用電極製造装置、５０ａ・・・白金板加工部、５０ｂ・・・白金板冷間圧延部、５０ｃ・・・表面酸化膜除去部、５０ｄ・・・積層電極作成部、５０ｅ・・・切断部、５０ｆ・・・電極化部、５０ｇ・・・樹脂包埋部、５０ｈ・・・機械研磨部、５０ｉ・・・電位走査部１４１・・・通電用ボルト、１４２・・・通電用プレート、１４３・・・ネジ溝、１９１・・・Ｏリング
【図１】
0005331830.tif 000002
【図２】
0005331830.tif 000003
【図３】
0005331830.tif 000004
【図４】
0005331830.tif 000005
【図５】
0005331830.tif 000006
【図６】
0005331830.tif 000007
【図７】
0005331830.tif 000008
【図８】
0005331830.tif 000009
【図９】
0005331830.tif 000010
【図１０】
0005331830.tif 000011
【図１１】
0005331830.tif 000012
【図１２】
0005331830.tif 000013
【図１３】
0005331830.tif 000014
【図１４】
0005331830.tif 000015