(57)【要約】      （修正有）【課題】  被検試料中に測定対象以外に妨害物質が共存する場合でも、測定対象のみの応答を選択的に検出し、定量的に測定することができる電気化学的測定方法を提供する。【解決手段】  被検試料に、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と測定対象に触媒として作用しない第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を接触させ、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加して、当該電圧下における電流値を測定し、クロノアンペロメトリー法にしたがって、コットレルプロットを用いて前記被検試料を分析することを特徴とする測定方法。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検試料に、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と測定対象に触媒として作用しない第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を接触させ、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加して、当該電圧下における電流値を測定し、クロノアンペロメトリー法にしたがって、コットレルプロットを用いて前記被検試料を分析することを特徴とする測定方法。
【請求項２】
二種以上の電気化学的な性質の異なる物質群を含む被検試料に、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と、測定対象には触媒として作用しないが、測定対象以外の物質に触媒として作用しうる第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を接触させ、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加して、測定対象とそれ以外の物質に、異なる物質の電気化学的な拡散状態を形成させ、その違いを利用した分析手法により、測定対象を選択的に検出することを特徴とする測定方法。
【請求項３】
クロノアンペロメトリー法にしたがって、コットレルプロットを用いて被検試料を分析することにより、測定対象を選択的に検出する請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記第２作用電極がカーボン電極である請求項１〜３のいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項５】
前記カーボン電極が導電性ダイヤモンド電極である請求項４記載の測定方法。
【請求項６】
前記導電性ダイヤモンド電極が１３族又は１５族の元素の混入により導電性を付与したダイヤモンド薄膜を有する請求項５記載の測定方法。
【請求項７】
前記導電性ダイヤモンド電極がホウ素、窒素及びリンからなる群より選択される少なくとも一種の元素の混入により導電性を付与したダイヤモンド薄膜を有する請求項５記載の測定方法。
【請求項８】
前記導電性ダイヤモンド電極がボロンドープダイヤモンド電極である請求項５記載の測定方法。
【請求項９】
前記第１作用電極が時間に依存しない定常的な応答を示す請求項１〜８のいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項１０】
前記第１作用電極と第２作用電極とからなる作用電極が、導電性ダイヤモンド薄膜の表面に測定対象に触媒として作用しうる金属をイオン注入してなるものである請求項１〜３及び５〜９のいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項１１】
コットレルプロットのｙ軸切片を用いて予め作成された測定対象の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、得られた電流値から被検試料中の測定対象の濃度を算出する請求項１及び３〜１０のいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項１２】
前記作用電極と前記対電極との間に印加する電圧が最大電流値を与える電圧である請求項１〜１１のいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項１３】
被検試料に、更に参照電極を接触させて、前記作用電極と前記対電極との間に印加する電圧の絶対値を制御する請求項１〜１２のいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項１４】
被検試料が妨害物質を含む請求項１〜１３のいずれか１項に記載の測定方法。
【請求項１５】
被検試料中の測定対象を検出するための測定装置であって、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と測定対象に触媒として作用しない第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を内蔵するセルと、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加する手段と、当該印加電圧下における電流値を測定する手段と、得られた電流値から、クロノアンペロメトリー法にしたがって、コットレルプロットを用いて前記被検試料を分析する情報処理装置とを備えている測定装置。
【請求項１６】
二種以上の電気化学的な性質の異なる物質群を含む被検試料中の測定対象を検出するための測定装置であって、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と、測定対象には触媒として作用しないが、測定対象以外の物質に触媒として作用しうる第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を内蔵するセルと、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加する手段と、測定対象とそれ以外の物質に、異なる物質の電気化学的な拡散状態を形成させる手段と、前記拡散状態の違いを利用した分析手法により、前記被検試料を分析する情報処理装置とを備えている測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学的測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、医療診断を患者の近傍で行うベッドサイド診断、大気や水や土壌中の環境汚染物質のモニタリング、食品の安全性検査等の現場において短時間で安価に診断又は分析する技術のニーズは非常に高くなってきている。
【０００３】
電気化学的測定方法は、測定に供する電極と、電圧、電流を印加するシステムさえあれば、測定対象を検出できるという極めて簡易な測定方法である。安価にて作製することができることから、医療診断や環境診断において幅広く用い得る可能性を有するものである。
【０００４】
電気化学的測定方法は、作用電極を微小化することにより、測定対象の作用電極上での拡散速度を高速化し、検出感度を増大することができる。例えば、Popaらはクロノアンペロメトリー法による尿酸の選択的検出を報告している（非特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、従来の電気化学的測定方法は、被検試料中に測定対象以外に妨害物質（例えば、測定対象がグルコースの場合におけるアスコルビン酸及び尿酸）が共存する場合、測定対象を選択的に測定できず、定量的な測定が困難である。
【０００６】
【非特許文献１】E. Popa, et al., Anal. Chem., 72, 1724 (2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、被検試料中に測定対象以外に妨害物質が共存する場合でも、測定対象のみの応答を選択的に検出し、定量的に測定することができる電気化学的測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下の発明を包含する。
（１）被検試料に、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と測定対象に触媒として作用しない第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を接触させ、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加して、当該電圧下における電流値を測定し、クロノアンペロメトリー法にしたがって、コットレルプロットを用いて前記被検試料を分析することを特徴とする測定方法。
（２）二種以上の電気化学的な性質の異なる物質群を含む被検試料に、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と、測定対象には触媒として作用しないが、測定対象以外の物質に触媒として作用しうる第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を接触させ、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加して、測定対象とそれ以外の物質に、異なる物質の電気化学的な拡散状態を形成させ、その違いを利用した分析手法により、測定対象を選択的に検出することを特徴とする測定方法。
（３）クロノアンペロメトリー法にしたがって、コットレルプロットを用いて被検試料を分析することにより、測定対象を選択的に検出する前記（２）に記載の方法。
（４）前記第２作用電極がカーボン電極である前記（１）〜（３）のいずれかに記載の測定方法。
（５）前記カーボン電極が導電性ダイヤモンド電極である前記（４）に記載の測定方法。
（６）前記導電性ダイヤモンド電極が１３族又は１５族の元素の混入により導電性を付与したダイヤモンド薄膜を有する前記（５）に記載の測定方法。
（７）前記導電性ダイヤモンド電極がホウ素、窒素及びリンからなる群より選択される少なくとも一種の元素の混入により導電性を付与したダイヤモンド薄膜を有する前記（５）に記載の測定方法。
（８）前記導電性ダイヤモンド電極がボロンドープダイヤモンド電極である前記（５）に記載の測定方法。
（９）前記第１作用電極が時間に依存しない定常的な応答を示す前記（１）〜（８）のいずれかに記載の測定方法。
（１０）前記第１作用電極と第２作用電極とからなる作用電極が、導電性ダイヤモンド薄膜の表面に測定対象に触媒として作用しうる金属をイオン注入してなるものである前記（１）〜（３）及び（５）〜（９）のいずれかに記載の測定方法。
（１１）コットレルプロットのｙ軸切片を用いて予め作成された測定対象の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、得られた電流値から被検試料中の測定対象の濃度を算出する前記（１）及び（３）〜（１０）のいずれかに記載の測定方法。
（１２）前記作用電極と前記対電極との間に印加する電圧が最大電流値を与える電圧である前記（１）〜（１１）のいずれかに記載の測定方法。
（１３）被検試料に、更に参照電極を接触させて、前記作用電極と前記対電極との間に印加する電圧の絶対値を制御する前記（１）〜（１２）のいずれかに記載の測定方法。
（１４）被検試料が妨害物質を含む前記（１）〜（１３）のいずれかに記載の測定方法。
（１５）被検試料中の測定対象を検出するための測定装置であって、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と測定対象に触媒として作用しない第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を内蔵するセルと、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加する手段と、当該印加電圧下における電流値を測定する手段と、得られた電流値から、クロノアンペロメトリー法にしたがって、コットレルプロットを用いて前記被検試料を分析する情報処理装置とを備えている測定装置。
（１６）二種以上の電気化学的な性質の異なる物質群を含む被検試料中の測定対象を検出するための測定装置であって、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と、測定対象には触媒として作用しないが、測定対象以外の物質に触媒として作用しうる第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を内蔵するセルと、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加する手段と、測定対象とそれ以外の物質に、異なる物質の電気化学的な拡散状態を形成させる手段と、前記拡散状態の違いを利用した分析手法により、前記被検試料を分析する情報処理装置とを備えている測定装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電気化学的測定方法によれば、被検試料中に測定対象以外に妨害物質が共存する場合でも、測定対象のみの応答を選択的に検出し、定量的に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の第１方法は、被検試料に、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と測定対象に触媒として作用しない第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を接触させ、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加して、当該電圧下における電流値を測定し、クロノアンペロメトリー法にしたがって、コットレルプロットを用いて前記被検試料を分析することを特徴とする測定方法であり、本発明の第２方法は、二種以上の電気化学的な性質の異なる物質群を含む被検試料に、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と、測定対象には触媒として作用しないが、測定対象以外の物質に触媒として作用しうる第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を接触させ、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加して、測定対象とそれ以外の物質に、異なる物質の電気化学的な拡散状態を形成させ、その違いを利用した分析手法により、測定対象を選択的に検出することを特徴とする測定方法である。
【００１１】
本発明に用いられる被検試料としては、測定対象を含むことが予想される溶液等の試料であれば特に制限はなく、例えば、血液、体液、便等の生体試料；食品；河川、湖沼、海域等の環境水；廃水；反応溶液；それらの希釈溶液もしくは懸濁液が挙げられる。
【００１２】
本発明に適用しうる測定対象としては、その電気化学的酸化反応又は電気化学的還元反応が、第１作用電極として用いる金属又は金属酸化物により促進され、第２作用電極として用いる物質により促進されないものであれば特に制限はなく、例えばグルコース等の炭水化物、インスリン等の蛋白質、ヒ素、ヒ素化合物、過酸化水素、シュウ酸が挙げられる。
【００１３】
本発明においては、作用電極として、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と測定対象に触媒として作用しない第２作用電極とからなる作用電極を用いる。
【００１４】
本発明において第１作用電極として用いられる金属又は金属酸化物は、測定対象の電気化学的酸化反応又は電気化学的還元反応を促進するものであれば特に制限はなく、目的とする測定対象に応じて、適宜選択することができる。
【００１５】
第１作用電極として用いられる金属又は金属酸化物の選択は、例えば、その金属又は金属酸化物を作用極として用いて測定対象物を酸化又は還元することができるかどうかを確かめることにより容易に行うことができる。
【００１６】
前記金属又は金属酸化物としては、通常、金、銀、銅、白金、パラジウム、ニッケル、イリジウム、ロジウム、ルテニウム等の遷移金属、又はこれらの金属酸化物が挙げられる。
【００１７】
第１作用電極としては、微小化されているために時間に依存しない定常的な応答を示すものが好ましい。
【００１８】
第２作用電極としては、通常カーボン電極が用いられるが、測定対象の電気化学的酸化反応又は電気化学的還元反応を促進しないものであれば特に制限はない。
第２作用電極の材料の選択は、例えば、その材料を作用極として用いて測定対象物を酸化又は還元することができるかどうかを確かめることにより容易に行うことができる。
第２作用電極として用いられるカーボン電極としては、導電性ダイヤモンド電極が好適に用いられる。
【００１９】
前記導電性ダイヤモンド電極としては、１３族又は１５族の元素の混入により導電性を付与したダイヤモンド薄膜を有するものが挙げられ、なかでも、ホウ素、窒素及びリンからなる群より選択される少なくとも一種の元素を混入したものが好ましく、特に、ホウ素を混入したボロンドープダイヤモンド電極が好適である。
【００２０】
本発明に用いられる作用電極の製法としては、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と測定対象に触媒として作用しない第２作用電極とからなる作用電極を製造しうるものであれば特に制限はなく、導電性ダイヤモンド薄膜の表面に前記金属又は金属酸化物を電気化学的に付着させる方法、前記金属又は金属酸化物を導電性ダイヤモンド層中に混入させる方法、ダイヤモンドの気相合成の途中で前記金属又は金属酸化物の微粒子を分散させる方法等を用いることもできるが、導電性ダイヤモンド薄膜の表面に前記金属をイオン注入する方法が好ましい。イオン注入法により製造された電極は、安定性が高く、超音波洗浄等によっても金属が剥離せず、金属の分散性にも優れている。
【００２１】
なお、イオン注入時には、イオン化された元素の混入とともにエネルギーによる照射損傷が生じる。このため、照射損傷の回復と、格子間位置に混入された注入元素を移動させるために熱処理（アニーリング）を行う。このアニーリングにより、損傷を受けた表層部は下地結晶の原子配列にならって本来の結晶構造に戻る。この過程で注入された元素は表面に露出し、その元素が所望の触媒機能を発揮することになる。
【００２２】
前記元素は、公知のイオン注入装置と公知のイオン注入技術の使用により、イオン注入される。イオンは、ダイヤモンド薄膜の内部深くまで注入される必要はなく、表面近傍で単に担持されれば十分である。したがって、イオンを加速させるエネルギーはさほど高くする必要はない。数１０ｋｅＶ〜１ＭｅＶ程度で十分である。
【００２３】
また、注入量は１〜１０×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２程度にすることが好ましい。前記元素は、測定対象の電気化学的酸化反応等の触媒作用を発揮するのみで自身が消費されるわけではないので、この程度の付着量で十分である。注入量が多すぎると、アモルファス化される。
【００２４】
このようにして調製された前記第１作用電極と第２作用電極とからなる作用電極が、従来から用いられている電気化学的分析・測定装置の作用電極として用いられる。
【００２５】
本発明の測定方法においては、第１作用電極を第２作用電極上にマイクロ電極様の機能が発揮できるように分布させ、当該第１作用電極と第２作用電極とからなる作用電極と対電極との間に電圧を印加すると、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極上には、半球面状の拡散状態が形成され、時間に依存しない定常的な応答を示すのに対し、測定対象には触媒として作用しないが、測定対象以外の物質に触媒として作用しうる第２作用電極上には、線形の拡散状態が形成され、電流は時間に依存するので、この違いを利用した分析手法（例えば、クロノアンペロメトリー法とコットレルプロットとの組み合わせ）を用いて被検試料を分析することにより、被検試料中に測定対象以外に妨害物質が共存する場合でも、測定対象のみの応答を選択的に検出することができる。
【００２６】
本発明の第１方法において、得られた電流値から被検試料中の測定対象の濃度を算出するには、クロノアンペロメトリーにより測定された定常電流値（コットレルプロットのｙ軸切片）を用いて予め作成された測定対象の濃度と電流値との検量線と、得られた電流値とを対比すればよい。
【００２７】
前記作用電極と前記対電極との間に印加する電圧は、最大電流値を与える電圧であることが好ましい。
【００２８】
本発明の測定方法は、作用電極及び対電極を用いる二電極法によるものでもよいが、高感度及び高精度の測定を行う場合は、更に参照電極を用いる三電極法によるのが好ましく、被検試料に、更に参照電極を接触させることにより、作用電極と対電極との間に印加する電圧の絶対値を制御してもよい。
【００２９】
本発明の測定方法は、例えば、被検試料中の測定対象を検出するための測定装置であって、測定対象に触媒として作用しうる金属又は金属酸化物からなる第１作用電極と測定対象に触媒として作用しない第２作用電極とからなる作用電極、及び対電極を内蔵するセルと、前記作用電極と前記対電極との間に電圧を印加する手段と、当該印加電圧下における電流値を測定する手段と、得られた電流値から、クロノアンペロメトリー法にしたがって、コットレルプロットを用いて前記被検試料を分析する情報処理装置とを備えている測定装置によって実施することができる。
【００３０】
また、本測定装置は、セルが更に参照電極を内蔵しており、更に作用電極と対電極との間に印加する電圧の絶対値を制御する手段を備えているものでもよい。
【００３１】
以下、本発明に用いられる電気化学測定装置の一実施形態を図面を参照して説明する。
【００３２】
図１は本発明の測定方法を実施するための装置の一実施形態を示すものである。
本発明で用いるボロンドープダイヤモンド電極は、例えば、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により製造することができる。
【００３３】
対電極（対極）としては、例えば白金、炭素、ステンレス、金、ダイヤモンド、ＳｎＯ２等を用いることができる。
【００３４】
作用電極（作用極）と対電極との間に印加する電圧は、測定効率及び精度の観点から、最大電流値を与える電圧であることが好ましい。ここで、最大電流値を与える電圧とは、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である。また、最大電流値を与える電圧は、回転電極法又はマイクロ電極法により求めることもできる。
【００３５】
参照電極としては公知のものを用いることができ、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を用いることができる。
【００３６】
図１に示す電気化学測定装置は、対電極（対極）、作用電極（作用極）及び参照電極が備わった三電極法による測定を行うものであるが、本発明に用いられる電気化学測定装置としては、作用電極及び対電極のみを備えた二電極法によるものでもよい。
【００３７】
作用電極と対電極との間に電圧を印加することにより、測定対象が作用電極上で酸化又は還元され、酸化還元反応に伴う電流が発生する。この電流（電気信号）はポテンシオスタットに伝達し、ポテンシオスタットで検出された信号は情報処理装置により解析される。この情報処理装置は、ＣＰＵ、内部メモリ、ＨＤＤ等の外部記憶装置、モデム等の通信インタフェース、ディスプレイ、マウスやキーボードといった入力手段等を有する。そして、前記内部メモリや外部記憶装置等の所定領域に設定したプログラムにしたがって電気信号を解析し、測定対象の検出や濃度の算出を行う。かかる情報処理装置は、汎用のコンピュータでも、専用のものでもよい。
【００３８】
本発明の第１方法は、被検試料の分析をクロノアンペロメトリー法にしたがって、コットレルプロットを用いて行うことを特徴とする。
【００３９】
クロノアンペロメトリー法は、電気化学測定法の一つであり、電位ステップに対する電流の過渡応答解析、すなわち電位（ポテンシャル）ステップ法をいう（「電気化学測定マニュアル  基礎編」丸善（株）発行、（社）電気化学会編、２００２年４月、第１０２頁〜第１０９頁参照）。クロノアンペロメトリー法を実施するには、ポテンシオスタット、電位ステップを与えるファンクションジェネレーター及び記録装置が必要である。電流の過渡応答は通常マイクロ秒〜数十秒で測定するが、短時間域の波形を正確に記録するにはストレージスコープなどを用いる。コンピュータ制御のポテンシオスタットを用いることが好ましいが、手動で印加電圧を制御できるポテンシオスタットを用いてもよい。
【００４０】
コットレルプロットとは、電流ｉと時間の平方根ｔ−１／２の関係をプロットすることをいい、通常サイズの平板電極のときは理論通りであれば原点を通る直線になる（「電気化学測定マニュアル  基礎編」丸善（株）発行、（社）電気化学会編、２００２年４月、第１０６頁、「表面技術者のための電気化学  第２版」丸善（株）発行、春山志郎著、平成１７年３月３０日、第９６頁〜第１００頁参照）。
【００４１】
以下、測定対象がグルコースである場合を例にとり、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４２】
グルコース等の炭水化物の直接酸化は、電極を選ぶため、ダイヤモンドも例外でなくほとんどの電極ではグルコースの検出は行えない。一方、金やニッケル、銅の遷移金属をアルカリ水溶液中で電極として用いると、グルコースの酸化反応が起こることが知られている（Mohamed A. Ghanem et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 2005, 7, 3552-3559）。しかし、金属電極では、バックグラウンド電流が大きいなどの特徴から高感度な検出が行えない。また、グルコースに対する選択性も持たない。そこでダイヤモンド電極を銅で修飾することで、両者の特徴を活かした高感度にグルコースを検出できる電極が期待できる。このとき、銅の修飾量と修飾の仕方によって全く異なる電極となる。修飾量が多ければ、銅電極そのものに近い電極となる。逆に、少ないときには銅微粒子１つ１つが微小電極として働くことにより、グルコースに対し定常的な応答を示す。
【００４３】
以下においては、このグルコースに対する定常的な応答を利用した選択的にグルコースを検出する方法について説明する。
【００４４】
グルコースセンサーにとって妨害となる化学物質としてはアスコルビン酸や尿酸といった体液中に多く存在する電気化学的活性種が挙げられる。銅電極でグルコースとこれらの妨害物質が混合された系で測定すると、酸化電位が近いためにグルコースの酸化電流に加え妨害物質の酸化電流の足し合わせが観測される。このため、グルコースに対する選択性はない。前述したように、ボロンドープダイヤモンド電極等のダイヤモンド電極ではグルコースの酸化は起こらないが、妨害物質である尿酸やアスコルビン酸は容易に酸化される。このボロンドープダイヤモンド電極の性質が本発明方法のグルコースに対する選択性へのキーポイントである。グルコースに定常的な応答を示す銅修飾ボロンドープダイヤモンド電極を用いて、クロノアンペロメトリーを行うと妨害物質と共存する系においてもグルコースだけの応答電流を知ることができる。これは、アスコルビン酸や尿酸の応答が時間に依存するからである。一般に、マクロな電極で物質移動が律速となっているときの定電位応答は次の式で表される。
Ｉ＝ｎＦＡＣＤ（１／√（πＤｔ））    （１）
【００４５】
ここでｎは反応電子数、Ｆはファラデー定数、Ａは電極面積、Ｃは反応物質のバルク濃度、Ｄは拡散係数、ｔは時間である。ｔ以外は全て定数である。
【００４６】
一方、微小電極の半球状の拡散が生じるときの定電位応答は次の式で表される。
Ｉ＝ｎＦＡＣＤ（１／√（πＤｔ）＋４／πｒ）    （２）
【００４７】
ここで、ｒは電極の半径であり、ｎ、Ｆ、Ａ、Ｃ、Ｄ及びｔは前記と同義である。式の第１項目は式（１）そのものであるが、第２項目が定数項となっている。電流を時間ｔの平方根でプロットしたとき、この定数項が切片となる。このコットレルプロットを行えば、妨害物質が共存する溶液中においてもグルコース濃度分だけの電流値を切片の値から知ることができる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４９】
（実施例１）
本実施例では、銅をダイヤモンド薄膜にイオン注入することにより銅修飾ダイヤモンド電極を作製し、グルコースに対する電気化学的応答を評価した。
【００５０】
ボロンドープダイヤモンド薄膜は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によって作製した。炭素源はメタノール−アセトン混合溶液（体積比１：９）を用い、これにホウ素源として酸化ホウ素を溶解させたものを原料とした（ドープホウ素濃度１００００ｐｐｍ）。マイクロ波の出力は５０００Ｗで水素プラズマ中にこの原料を導入し８時間シリコン基板上に堆積させた。
【００５１】
つづいて、このダイヤモンド薄膜にイオン注入法により銅イオンビームを照射した。照射エネルギーは５００ｋｅＶで注入量は２×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２にした。イオン注入により生じた照射損傷を回復させるために、アニーリング（水素雰囲気下８５０℃）を施した。イオン注入したダイヤモンド電極はラマン分光法により、結晶性を評価した。
【００５２】
一般にイオン注入を行うと試料は照射損傷を受けるため、アニーリング処理により結晶構造を戻す必要がある。ダイヤモンドにイオン注入するケースでは、より複雑となる。それはダイヤモンドが標準状態で準安定物質であることによるために、ある一定以上の損傷を受けるとアニーリング処理しても最安定相のグラファイトへとなってしまうことによる。一度グラファイトになると、ダイヤモンドに回復させることはできない。イオン注入前のボロンドープダイヤモンド電極のラマンスペクトルには１３３３ｃｍ−１にシャープなダイヤモンド由来のピークを確認した。銅をイオン注入した後の電極のラマンスペクトルにはそれ以外に新たなピークが確認された。注入量が２×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下のものの電極では１６３０ｃｍ−１付近に小さなピークが出現した。このピークは水素雰囲気下１０００℃での熱処理によるアニーリングにより消失する。しかし、４×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２や８×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２の注入量のサンプルでは１５００ｃｍ−１付近にブロードなピークが現れる。これはアモルファスカーボンに特有のピークであり、これらの電極を熱処理してもこのピークは消失することなく、逆に増大する。このアモルファス化によるピークの出現したサンプルでは電気化学測定を行っても、グルコースへの応答は示さなかったため、以下の電気化学測定で使用した電極は、このアモルファスカーボンのピークの生じないような注入量（２×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２）のものである。
【００５３】
このようにして作製した銅イオン注入ダイヤモンド電極の、グルコースに対する電気化学的応答をサイクリックボルタンメトリーとクロノアンペロメトリーにより評価した。
【００５４】
電気化学測定は室温でポテンシオスタットを使い三電極系で行った（図１参照）。
銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極の０．２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液中での３ｍＭグルコースのサイクリックボルタモグラム（操作速度５０ｍＶ／ｓ）を図２に示す。
【００５５】
約０．６５Ｖ付近にグルコースの酸化によるピークが確認できる。０．８Ｖでみられる大きな電流増加は酸素発生によるものである。図２において、（ａ）、（ｃ）は３ｍＭグルコースを含む０．２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液中でのサイクリックボルタモグラム、（ｂ）は０．２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液中でのサイクリックボルタモグラム（グルコースを含まない）を示す。（ａ）、（ｂ）では銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極、（ｃ）ではイオン注入していないボロンドープダイヤモンド電極（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）を使用している。差込み図は３ｍＭグルコースを含む０．２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液中での銅電極におけるサイクリックボルタモグラムであるが、酸化電流の立ち上がりが銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極とほぼ同じであることから、銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極においてグルコースの酸化を担っているのは、ボロンドープダイヤモンド上の銅であると考えられる。一方、サイクリックボルタモグラム（ＣＶ）の形を比較すると、異なる曲線が描かれており、銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極でのグルコースの酸化のＣＶを示す（ａ）では、順掃引と逆掃引で曲線が重なっている。以前に報告（K. Ohnishi, et al., Electrochem. Solid-State Lett., 5, D1 (2002)）されているニッケルイオン注入ボロンドープダイヤモンド電極でのグルコースの酸化のＣＶにおいてもこのようなアノードスイープがカソードスイープと重なるＣＶの形となっていた。この特徴は微小電極の特徴の１つである。銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極では、銅の微粒子がボロンドープダイヤモンド表面に散在していて、その１つ１つがグルコースに対し微小電極的に作用しているものであることが示唆される。そこで、走査速度を変化させて測定し、そのＣＶの比較を行った。その結果、ＣＶの形は走査速度に関わらず、ほぼ同じ軌跡を辿り、定常的な応答であった。銅電極では、走査速度の平方根に対し、酸化ピーク電流値が比例するような一般的なマクロな平板電極の特徴を示した。これらより銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極がグルコースに対し微小電極として働いていることが分かった。しかし、シャープなピークが観測され、微小電極の特徴の１つである限界電流値に達する特徴は見られない。これは、ボロンドープダイヤモンド表面上の銅自体の価数が変わることで、グルコースへの触媒活性が失われることが関係していると思われる。または、水の電気分解による酸素発生のために反応サイトが減っていくことにより電流値が減少し限界電流まで達しないものと考えられる。
【００５６】
つづいて、クロノアンペロメトリーを行った。
図３は、１〜５ｍＭのグルコースのコットレルプロットのｙ軸切片の電流値を用いて作成した検量線を示し、図３の差込み図は１〜５ｍＭのグルコースのコットレルプロットを示す。微小電極の特徴である定常的な応答の特徴をよく示す結果が得られた。また、濃度に応じてその定常的な応答も増加し、コットレルプロットのｙ軸切片を用いた検量線を引くと、ほぼ濃度に比例して増加した。
【００５７】
つづいて０．２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液中で妨害物質のアスコルビン酸と尿酸のボロンドープダイヤモンド電極でのサイクリックボルタンメトリーとクロノアンペロメトリーを行った。どちらの妨害物質ともに、サイクリックボルタンメトリーでは０．２Ｖ付近に酸化ピークが観測された。クロノアンペロメトリー（−０．４→０．６）の結果をコットレルプロットしたところ、原点を通る直線が得られた。マクロな電極での拡散律速のときの典型的な特徴が得られた。このことにより銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極において０．６Ｖでクロノアンペロメトリーを行えば、妨害物質と共存する溶液中でもコットレルプロットのｙ軸切片を用いてグルコースのみの応答が知れることが期待された。
【００５８】
そこで、同濃度（６ｍＭ）のグルコース（Ｇｌｕ）を含む０．５Ｍ水酸化ナトリウム水溶液について、妨害物質（アスコルビン酸（ＡＡ）０．５ｍＭ及び尿酸（ＵＡ）０．５ｍＭ）を含む場合と含まない場合とで、コットレルプロットのｙ軸切片の値を比較した（図４）。
【００５９】
その結果、ほぼ同じ値となり、この手法がグルコースへの選択性を得るのに簡便で有用であることが確認できた。
【００６０】
この選択性を得るための手法は、グルコースの検出に限定されない。目的の系にあった、２つの電極材料の組み合わせを探し設計することで、他の物質にも適用できる。２つの電極材料の一方を下地に、もう一方をその表面に分散させて修飾させてやればよい。このとき、選択性を得たい物質が下地の電極表面で反応せず、妨害物質が反応することが重要である。本実施例では、下地の電極としてダイヤモンド電極を用いたが、ダイヤモンド電極の特徴はこの手法における下地電極として最も魅力的であるといえる。広い電位窓により、もう一つの小さな電極上の反応が消されることはない。小さな充電電流は小さな電極上の微小な応答の感度の向上につながる。また、表面の不活性さゆえ、触媒性が低く検出できない物質があることが逆にこの手法では有効に働く。グルコースはまさにその物質のひとつで、妨害物質のダイヤモンド電極での酸化が銅電極におけるグルコースの酸化よりも低電位でおこることも重なってグルコースへの選択性につながった。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】実施例で用いた分析装置を説明するための図である。
【図２】サイクリックボルタモグラムである。（ａ）、（ｃ）は３ｍＭグルコースを含む０．２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液中でのサイクリックボルタモグラム、（ｂ）は０．２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液中でのサイクリックボルタモグラム（グルコースを含まない）を示す。（ａ）、（ｂ）では銅イオン注入ボロンドープダイヤモンド電極、（ｃ）ではイオン注入していないボロンドープダイヤモンド電極（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）を使用している。差込み図は３ｍＭグルコースを含む０．２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液中での銅電極におけるサイクリックボルタモグラムである。
【図３】１〜５ｍＭのグルコースのコットレルプロットのｙ軸切片の電流値を用いて作成した検量線を示す図である。
【図４】同濃度（６ｍＭ）のグルコース（Ｇｌｕ）を含む０．５Ｍ水酸化ナトリウム水溶液の、妨害物質（アスコルビン酸（ＡＡ）０．５ｍＭ及び尿酸（ＵＡ）０．５ｍＭ）を含む場合と含まない場合のコットレルプロットを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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