(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性ダイヤモンド電極以外の材質の電極を検出極として用いて少なくとも２種類以上の被測定物質の個々の濃度を測定できないような被測定物質が含まれる試料に対して、
導電性ダイヤモンドによるボルタンメトリを行うことにより複数の被測定物質の導電性ダイヤモンド電極作用の特有の電流−電位曲線のパターンに基づき、複数の被測定物質の個々の濃度を求めることを特徴とする濃度測定方法。
【請求項２】
前記導電性ダイヤモンド電極作用の特有の電流−電位曲線のパターンに基づき複数の被測定物質の個々の濃度を求める方法は、ボルタンメトリして得られる電流−電位曲線における、特定の被測定物質を含む複数の被測定物質の応答電流と、該複数の被測定物質中の特定の被測定物質のみを除く被測定物質の応答電流との差を求め、個々の濃度を求めることである請求項１記載の濃度測定方法。
【請求項３】
前記電流−電位曲線のパターンの違いは、複数種類の被測定物質の酸化あるいは還元開始電位の違いである請求項１記載の濃度測定方法。
【請求項４】
前記電流−電位曲線のパターンの違いは、複数種類の被測定物質の一方のみが酸化開始電位および還元開始電位の両方を有し、他の被測定物質は少なくとも一方しか有しないという違いである請求項１記載の濃度測定方法。
【請求項５】
導電性ダイヤモンド電極以外の材質の電極を検出極として用いて少なくとも２種類以上の被測定物質の個々の濃度を測定できないような被測定物質が含まれる試料に対して、
導電性ダイヤモンド電極を検出極として用い、且つ、少なくとも２種類以上の被測定物質の個々の濃度を測定できない導電性ダイヤモンド電極以外の材質の電極を検出極として用い、
導電性ダイヤモンド以外の材質の検出極において、ボルタンメトリにより特定の被測定物質を含む複数の被測定物質の混合された応答電流を得、
導電性ダイヤモンドを用いた電極において、ボルタンメトリにより、電流−電位曲線における、該複数の被測定物質中の特定の被測定物質のみを除く被測定物質の応答電流を得、
前記特定の被測定物質を含む複数の被測定物質の応答電流と、前記複数の被測定物質中の特定の被測定物質のみを除く被測定物質の応答電流との差から、特定の被測定物質の濃度を求めることを特徴とする濃度測定方法。
【請求項６】
請求項２、４又は５記載の濃度測定方法を組み合わせ、特定の被測定物質を含む複数の被測定物質の応答電流と、前記複数の被測定物質中の特定の被測定物質のみを除く被測定物質の応答電流との差から、特定の被測定物質の濃度を求めることにより、２種類以上の被測定物質が含まれる試料について個々の被測定物質の濃度を求めることを特徴とする濃度測定方法。
【請求項７】
前記導電性ダイヤモンドを用いた電極が、回転された状態で電気化学的測定に使用される請求項１、２、３、４、５または６記載の濃度測定方法。
【請求項８】
前記被測定物質が、イオン、無機化合物、有機化合物、高分子化合物、生体関連物質から選ばれたものである請求項１、２、３、４、５、６または７記載の濃度測定方法。
【請求項９】
導電性ダイヤモンドを用いた電極と導電性ダイヤモンド以外の材質を用いた電極の組合せを検出極と対極の組合せとするか、或いは対極と検出極の組合せとするかを選定できる互いに反転可能な電極と、且つ参照極と、前記各電極に電圧を印加する電圧印加装置と、
前記検出極の電位を変化させることによって得られる電流−電位曲線から選択される電圧を制御し、前記検出極での測定値と前記被測定物質の濃度との検量線を基にして濃度を演算制御する制御部と、を有する電気化学測定装置。
【請求項１０】
前記検出極と対極の選定は前記電圧印加装置により印加される電位によって決定される請求項９記載の電気化学測定装置。
【請求項１１】
少なくとも１個の検出極が、回転ディスク電極である請求項９記載の電気化学測定装置。
【請求項１２】
少なくとも１個の検出極が、マイクロ電極である請求項９記載の電気化学測定装置。
【請求項１３】
少なくとも一個の検出極が、対極および／または参照極を兼用している請求項９記載の電気化学測定装置。
【請求項１４】
検出極に使用される前記導電性ダイヤモンド以外の材質が、次のグループ：
（１）単体金属あるいは合金からなるグループ；
（２）金属酸化物からなるグループ；
（３）半導体からなるグループ；
（４）炭素系材料からなるグループ；および
（５）金属硫化物からなるグループ
から選ばれたもの、あるいはこれらの材質の表面を単体金属、合金、無機化合物、有機化合物、高分子化合物、生体関連物質から選ばれたもので修飾されたものである請求項９記載の電気化学測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は導電性ダイヤモンドを電極素材として用い、複数の被測定物質が含まれる試料に対して、該電極界面での電位を変化させることによって得られる応答電流の変化から、複数の被測定物質の各濃度を測定することができる濃度センサおよび測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電極を検出素子として用い、電極界面で起こる反応に基づく電流または電位変化を検知して、イオン、無機化合物、有機化合物、高分子化合物、生体関連物質等の各種物質を電気化学的に測定する濃度センサが知られている。このような濃度センサにおける電極には、炭素系材料、金属酸化物、金属、半導体等が電極材料として用いられており、センサ性能は主にこれらの電極材料の特性に依存する。
【０００３】
従来の濃度センサとして、例えば、白金電極上で起こる過酸化水素の酸化電流を測定して、過酸化水素濃度を電気化学的に求める濃度センサが開発されている（「電気化学測定法  上」藤島  他著、技報堂出版株式会社  １９８４年１１月１５日発行、第２３８〜２３９頁）。
【０００４】
また、前記過酸化水素濃度を測定するための電極材料と、酵素・微生物等の分子認識物質を組み合わせてなる、いわゆるバイオセンサ、具体的には、血液中或いは尿中の血糖値や尿糖値を測定するためのグルコースセンサが開発されている（「アドバンストセンサハンドブック」高橋  他著、株式会社培風館  １９９４年５月２０日発行、第３３５〜３３９頁）。
【０００５】
これら従来の濃度センサは単独種類の物質を測定対象にしたものであり、複数物質が存在する系の試料に対して一つのセンサで各物質の濃度を測定することはできない。また、従来の濃度センサおよび測定方法では、他の物質が影響することがあり、目的とする物質の正確な測定が出来ない場合がある。例えば、前記従来の過酸化水素センサは、白金電極に約＋０．９Ｖ（可逆水素電極に対する値。以後本明細書で表記する電位は全て、可逆水素電極に対する値とする。）の電位を印加した時の過酸化水素の酸化電流値から、過酸化水素濃度を決定するものである。しかしながら、例えば、血液中或いは尿中に存在するアスコルビン酸や尿酸等の有機酸は、＋０．９Ｖの電位では過酸化水素と同様に酸化され、酸化電流はそれらを含んだものになるので、上記過酸化水素を測定するための濃度センサを用い、アスコルビン酸や尿酸等の有機酸を含んだ系で過酸化水素濃度を測定した場合、測定値に大きな誤差を与えることになる。
【０００６】
この理由から同様に、上述のグルコースセンサによる血液中のグルコースを測定する場合も同様な問題がある。即ち、グルコースセンサを用いた場合、次の式（Ａ）：
グルコース＋酸素  →  グルコノラクトン＋過酸化水素    式（Ａ）
の反応が、グルコース酸化酵素触媒により進行し、発生した過酸化水素量を測定し、当量比からグルコース濃度が決定される。したがって、上記のアスコルビン酸や尿酸等の有機酸を含んだ系で過酸化水素濃度を測定する場合と同様に、グルコースセンサを用いたグルコースの測定は、血液、尿等の測定試料に対しては、血液中或いは尿中に存在するアスコルビン酸や尿酸の影響を受けることになり、グルコース濃度を正確に測定することができない。
【０００７】
さらにグルコースセンサに用いられるグルコース酸化酵素のような分子認識物質は、通常、グルコースセンサにおいて高分子膜等の基質内に固定して用いられるが、基質からの逸脱や物質自体の触媒活性の低下等により、一般的に安定性に乏しく、長期的な使用には適さないという短所がある。
【０００８】
一方、ダイヤモンドを電極として用いたセンサの例には以下に述べるようなものがある。特公平２−２２９００号公報には、イオン注入法により導電性を付加したダイヤモンドからなる電気化学的試験・分析用電極が示されており、該電極を用いた分析の利点として、電解による水素発生および酸素発生（または、金属の溶出）の生じない電位領域（電位窓）の広いこと、また電位窓における残余電流（ノイズとみなされるベース電流）が低いので電気化学的試験・分析用指示電極として優れていることが示されている。
【０００９】
特開平２−２６６２５３号公報には、電極および酵素センサの製造方法として、気相法により基体上に形成した不純物混入の導電性ダイヤモンド類層に対して、エッチングを行い電極としており、さらに該電極を酵素含有導電性樹脂で被覆した酵素センサを得ることが示されている。
【００１０】
特開平８−２４０５５５号公報には、トランスデューサが半導体ダイヤモンド膜で構成され、その表面に分子を認識するための生体関連物質が被覆あるいは固定されてなるダイヤモンド薄膜バイオセンサが示されている。
【００１１】
前記特開平２−２６６２５３号公報および特開平８−２４０５５５号公報のいずれのセンサも、その表面などに酵素・微生物等の分子認識物質層が固定されているが、これらの分子認識物質層は事実上、本来ダイヤモンド自体が有する耐蝕性、耐久性に優れた特徴に悪影響を与える。また、これらのセンサは、単独種類の物質を測定するためのものであり、複数種類の物質が存在する系における各物質の濃度を測定することに関して示唆はない。
【００１２】
ダイヤモンド電極の研究に関する論文数は、ここ１、２年で急速に増加している。その中でもSwain らはダイヤモンド電極を用いて、Ｆｅ（ＣＮ）63-/4-、Ｒｕ（ＮＨ3 ）63+/2+、ＩｒＣｌ62-/3-、４−メチルカテコール、ドーパミン、メチルビオロゲン、フェロセン、ハイドロキノン、アスコルビン酸等の酸化還元特性を調べており、ダイヤモンド電極はセンサとして有望であると述べている〔G. M. Swain et al., Anal. Chem., 67, (1995), 2812-2821； G. M. Swain et al. Electrochem. Soc. Proceedings, 96-9, (1996),138-148 〕。
【００１３】
しかしながら彼らの論文には、基本的に単独種類の物質が存在する系について応答を見ており、多成分系で複数の物質の測定を行う示唆はない。また、Zhu らはダイヤモンド電極を用いた時の、過酸化水素濃度と応答電流の関係を示している〔J. Z. Zhu 等  Fresenius J. Anal. Chem., 352, (1995), 389-392〕が、多成分系で複数の物質の測定を行う示唆はない。
【００１４】
次に、既存のダイヤモンド電極以外の電極を用いて、多成分系における特定の物質の測定を行った報告として、Kitaらは白金電極表面にNafion膜を修飾して、グルコースの電解酸化を行っている〔 H. Kita等、J. Electroanal. chem., 382, (1995), 103-110 〕。該測定手段では、Nafion膜を用いることにより、アスコルビン酸等の影響を受けずに、グルコースのみを測定することが可能であることを報告している。しかしながらこの手法では、測定対象物質はグルコースのみであり、グルコース以外の他の物質、例えば、アスコルビン酸等の測定は不可能である。白金電極は電位窓が狭いため測定可能な物質の種類は限定され、該方法では、複数物質が存在する系での各物質の濃度を測定することはできない。また、前記測定に用いる電極に設けるNafion膜の耐久性にも問題がある。
【００１５】
次に、水銀電極を用いたポーラログラフィにより、水銀電極の水素過電圧の大きいこと、還元領域の電位窓が非常に大きいことを利用して、多成分系における特定の物質の測定を行うことが知られている（「電気化学測定法  上」藤島  他著、技報堂出版株式会社  １９８４年１１月１５日発行、１９７頁〜２０３頁）。しかしながら、水銀電極を用いたポーラログラフィの適用は還元領域に限定されており、酸化領域では水銀が溶解し適用できないため、電位の選択の幅が狭く、測定可能な物質は限定される。また本発明で提案する導電性ダイヤモンド電極のように、反応電位の違いを利用した被測定物質の選択的な測定を行うこともできない。
【００１６】
【発明が解決しようとする問題点】
そこで本発明は、複数物質が存在する系での各物質の濃度を測定することができる濃度センサおよび測定方法を提供し、該濃度センサはその耐久性を確保するために、電極表面に酵素・微生物等の分子認識物質層、或いはナフィオン膜等の耐久性に問題を残す層を特に必要としないで機能し、しかも酸化領域および還元領域の広範囲な領域で測定が行える濃度センサを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は導電性ダイヤモンドを検出極として用いた電気化学反応における物質の酸化開始あるいは還元開始電位、すなわち反応電位が、同じ物質に対してダイヤモンド以外の材質の電極を用いた場合の反応電位と大きく異なる場合があることを見出し、この現象を利用することにより、複数の物質が含まれる試料中で各物質の濃度を知ることができる本発明を完成させた。
【００１８】
即ち、本発明の濃度測定方法は、導電性ダイヤモンド電極以外の材質の電極を検出極として用いて少なくとも２種類以上の被測定物質の個々の濃度を測定できないような被測定物質が含まれる試料に対して、導電性ダイヤモンドによるボルタンメトリを行うことにより複数の被測定物質の導電性ダイヤモンド電極作用の特有の電流−電位曲線のパターンに基づき、複数の被測定物質の個々の濃度を求めることを特徴とする測定方法である。
前記導電性ダイヤモンド電極作用の特有の電流−電位曲線のパターンに基づき複数の被測定物質の個々の濃度を求める方法には、ボルタンメトリして得られる電流−電位曲線における、特定の被測定物質を含む複数の被測定物質の応答電流と、該複数の被測定物質中の特定の被測定物質のみを除く被測定物質の応答電流との差を求め、個々の濃度を求めることが挙げられる。
【００２０】
別の本発明の濃度測定方法は、導電性ダイヤモンド電極以外の材質の電極を検出極として用いて少なくとも２種類以上の被測定物質の個々の濃度を測定できないような被測定物質が含まれる試料に対して、導電性ダイヤモンド電極を検出極として用い、且つ、少なくとも２種類以上の被測定物質の個々の濃度を測定できない導電性ダイヤモンド電極以外の材質の電極を検出極として用い、導電性ダイヤモンド以外の材質の検出極において、ボルタンメトリにより特定の被測定物質を含む複数の被測定物質の混合された応答電流を得、導電性ダイヤモンドを用いた電極において、ボルタンメトリにより、電流−電位曲線における、該複数の被測定物質中の特定の被測定物質のみを除く被測定物質の応答電流を得、次いで、前記特定の被測定物質を含む複数の被測定物質の応答電流と、前記複数の被測定物質中の特定の被測定物質のみを除く被測定物質の応答電流との差から、特定の被測定物質の濃度を求めることを特徴とする濃度測定方法である。
【００２１】
本発明に用いる複数被測定物質の濃度測定が可能な電気化学測定装置は、導電性ダイヤモンドを用い且つ生体関連物質を含まない材質からなり、複数の被測定物質の応答電流を測定するための検出極と、対極と、参照極と、前記各電極に、複数設定された電圧を印加する電圧印加装置と、前記検出極の電位を変化させることによって得られる電流−電位曲線から選択される電圧を制御し、前記検出極での測定値と前記被測定物質の濃度との検量線を基にして濃度を演算制御する制御部とを有する。
【００２２】
別の本発明の複数被測定物質の濃度測定が可能な電気化学測定装置は、導電性ダイヤモンドを用いた電極と導電性ダイヤモンド以外の材質を用いた電極の組合せを検出極と対極の組合せとするか、或いは対極と検出極の組合せとするかを選定できる互いに反転可能な電極と、且つ参照極と、前記各電極に電圧を印加する電圧印加装置と、前記検出極の電位を変化させることによって得られる電流−電位曲線から選択される電圧を制御し、前記検出極での測定値と前記被測定物質の濃度との検量線を基にして濃度を演算制御する制御部とを有する。この検出極と対極の選定は電圧印加装置により印加される電位によって決定される。
【００２３】
さらに別の本発明の複数被測定物質の濃度測定が可能な濃度センサは、導電性ダイヤモンドを用いた一番目の検出極と、導電性ダイヤモンド以外の材質を用いた二番目の検出極と、対極と、参照極と、前記各電極に電圧を印加する電圧印加装置とを有する。この濃度センサにおいて、一番目の検出極または二番目の検出極は、対極および／または参照極を兼用していてもよい。
【００２４】
導電性ダイヤモンドを用いた電極は、導電性ダイヤモンド以外の材質の電極よりも水の電位窓が非常に広いので、本発明の複数の物質の濃度を知ることができる濃度測定方法および濃度センサは、広範囲の各種物質の電気化学反応を検出することが可能となる。また、導電性ダイヤモンドを用いた電極は、残余電流が非常に小さいので、本発明の複数の物質の濃度を知ることができる濃度測定方法および濃度センサは、Ｓ／Ｎ比が良く、感度が高い。
【００２５】
【発明の実施の形態】
被測定物質が単独の場合の本発明の濃度を求める測定方法は次の、基本測定原理に示す方法による。
【００２６】
複数の被測定物質が複数種類の場合の本発明の各濃度を求める測定方法は、次の単独種類の物質の測定原理を変化させて複数の被測定物質の測定に適合させた、測定パターンＩ、測定パターンII、測定パターンIII に大きく分けられる。また、複数の被測定物質の各濃度を求める方法は、測定パターンＩ、測定パターンII、測定パターンIII を組み合わせてもよい。複数の測定パターンを組み合わせることにより、３成分系以上の被測定物質の各濃度を求めることが可能となる。
【００２７】
基本測定原理（単独種類の物質の測定原理）：
基本測定原理は被測定物質Ａのみが含まれる試料中の被測定物質Ａの濃度を求める方法であり、この基本測定原理は、本発明の複数被測定物質Ａ、Ｂ等の濃度測定方法に利用される基本要素である。
【００２８】
基本測定原理の電極反応を行うのに使用される電気化学測定装置（即ち、濃度センサ）の基本構成例を図１３に示す。図１３において、１は電解槽であり、該電解槽１中には被測定物質が含まれる電解液２が収容されている。該電解液２には導電性ダイヤモンドの薄膜が形成された検出極３と、電極の材質は問わない対極４と、参照極５が浸されており、これらの各電極は、ポテンシオスタット、乾電池、直流電源等の電圧を印加できる装置であれば何でも良い電圧印加装置６から電圧を印加できるように構成されている。
【００２９】
図１は被測定物質Ａのみが含まれる試料に対して、導電性ダイヤモンドを検出極に用いた図１３に示すような電気化学測定装置により電気化学反応を行ったときの、検出極における電流−電位曲線をパターン化した概念的なグラフである。図１の電流−電位曲線は、被測定物質Ａの電極表面への拡散（供給）が律速である領域における電位Ｅ1 の時の電流値はＩ1 であり、被測定物質Ａの電極表面での反応が律速になる位置での電位Ｅ2 、即ち、応答電流が一定でない領域の電位Ｅ2 の時の電流値Ｉ2 を示す。
【００３０】
図２は、電位Ｅ1 および電位Ｅ2 における物質濃度と応答電流の関係を予め求めて作製した検量線を示す。なお設定電位の値は、目的物質が反応する電位であればいずれでも良いが、該物質の電極表面への拡散が律速になり、応答電流がほぼ一定になる領域の電位を選択することが、測定誤差を小さくする上で、特に好ましい。
【００３１】
図１において、電位Ｅ1 の時の電流値Ｉ1 が得られたとすると、図２の曲線Ｅ1 の検量線から被測定物質Ａの濃度ＣA を求めることができる。なお、設定電位Ｅ1 は、応答電流がほぼ一定になる電位領域であるため、電流−被測定物質Ａの濃度のグラフを得る実験を安定して行える利点がある。しかしながら、該物質の電極表面での反応が律速であり、応答電流が一定でない領域の電位、例えばＥ2 の時の電流値Ｉ2 を用いても、同様に図２の曲線Ｅ2 の検量線から濃度ＣA を求めることができる。
【００３２】
また、ダイヤモンド電極は電位窓が広いので、検出極としてダイヤモンド電極を用いる本発明の濃度測定法は、従来の白金等の既存の電極を用いた場合よりも、被測定物質の種類が飛躍的に増加する。またダイヤモンド電極は残余電流（即ち、バックグラウンド電流）が殆どなく、Ｓ／Ｎ比が高いので測定精度が高い。
【００３３】
測定パターンＩ（ダイヤモンド電極単独方式の複数物質の測定パターン）：  本測定パターンＩは、被測定物質が複数種類、例えば、被測定物質Ａ、Ｂが存在する系において、検出極として導電性ダイヤモンド電極を単独使用した電気化学測定装置（即ち、濃度センサ）にて、電気化学反応を測定することにより各被測定物質Ａ、Ｂの濃度を求める方法である。本測定パターンＩは、検出極での被測定物質Ａ、Ｂの酸化開始電位あるいは還元開始電位が離れている場合に、それらの電位の差を利用した測定法である。
【００３４】
本測定パターンＩの電極反応を行うのに使用される電気化学測定装置の基本構成例には、前記基本測定原理に使用される装置と同じ図１３に示す電気化学測定装置が使用できる。
【００３５】
図３は被測定物質Ａ、Ｂの両方が含まれる試料に対して、上記電気化学測定装置にて電気化学反応を行ったときの、検出極における電流−電位曲線をパターン化した概念的なグラフである。図３の電流−電位曲線において、曲線Ａ＋Ｂは、検出極にて測定された結果に基づき作成された電流−電位曲線をパターン化した概念的なグラフを示す。
【００３６】
被測定物質Ａ、Ｂの両方が含まれる試料について得られた図３の電流−電位曲線Ａ＋Ｂは、被測定物質Ａと被測定物質Ｂとの測定結果の和として示されている。なお、被測定物質Ａの電流−電位曲線Ａは、予め行った測定により図３の曲線Ａであることが示されている。また被測定物質Ｂの電流−電位曲線Ｂは、同様に図３の曲線Ｂであることが示されている。図３において、電位Ｅ1 においては物質Ｂの電流値はゼロであり、得られる電流値は被測定物質Ａのみによる電極表面での反応の結果である。また、電位Ｅ2 においては、得られる電流値は被測定物質Ａと被測定物質Ｂとの電極表面での反応の結果の和である。
【００３７】
したがって、被測定物質Ａについて電位Ｅ1 における、電流−被測定物質Ａ濃度の検量線と、被測定物質Ａについて電位Ｅ2 における、電流−被測定物質Ａ濃度の検量線を予め作成しておき、次いで、被測定物質Ａ，Ｂが存在する系で、ダイヤモンド電極を動作させ、電位Ｅ1 の時の電流値Ｉ1 が得られたとすると、酸化電流値Ｉ1 は被測定物質Ａの酸化電流値Ｉ1Aのみであるため、前記基本測定原理で説明したように予め図４に示す酸化電流値と被測定物質Ａの濃度との関係の検量線を作成しておくことにより、該検量線から被測定物質Ａの濃度ＣA が決定できる。次いで、先に求めた被測定物質Ａの濃度ＣA の電位Ｅ2 における電流値Ｉ2Aを図４の検量線から求め、該電流値Ｉ2Aを電流値Ｉ2 から差し引くことにより、電位Ｅ2 における被測定物質Ｂの電流値Ｉ2Bを得ることができる。次いで、被測定物質Ｂについて予め作成しておいた、図５に示す酸化電流値と被測定物質Ｂの濃度との関係の検量線の電位Ｅ2 における、電流−被測定物質Ｂ濃度の検量線から電流値Ｉ2Bに基づく被測定物質Ｂの濃度ＣB を得ることができる。
【００３８】
測定パターンII（ダイヤモンド電極とその他の電極の併用方式の複数物質の測定パターン）：                                                          本測定パターンIIは、検出極として、導電性ダイヤモンドを使用した電極と導電性ダイヤモンド以外の材質を使用した電極を検出極として両方併用した場合の電気化学測定装置にて、例えば、被測定物質Ａ、Ｂについて電気化学反応を測定することにより各被測定物質Ａ、Ｂの濃度を求める方法である。本測定パターンIIは、被測定物質Ａ、Ｂの酸化特性が導電性ダイヤモンド以外の材質の電極、例えば、白金電極でほぼ類似し、一方、ダイヤモンド電極では被測定物質Ａ，Ｂの酸化電位が離れているか、または一方の酸化しか起こらない場合に適用できる測定法である。
【００３９】
図１４は本測定パターンIIに従った複数被測定物質の濃度測定に用いることができる本発明の電気化学測定装置（即ち、濃度センサ）である。図１４において、被測定物質Ａ、Ｂを含む電解液１２が収容されている電解槽１１には、第１電圧印加装置１６１に繋がっている導電性ダイヤモンド電極からなる第１検出極１３１と第１対極１４１と第１参照極１５１からなる電極グループ（ｉ）と、該電極グレープ（ｉ）とは別のグループの第２電圧印加装置１６２に繋がっている導電性ダイヤモンド以外の材質の電極、例えば、白金電極からなる第２検出極１３２と、第２対極１４２と、第２参照極１５２からなる電極グループ（ii）が浸漬されている。
【００４０】
図１４に示す電気化学測定装置において、被測定物質Ａ，Ｂが存在する系で、電極グループ（ｉ）と電極グループ（ii）を同様に作動させた場合、電極グループ（ii）の白金電極からなる第２検出極１３２においては、被測定物質ＡとＢの電流−電位曲線は図６に示す電流−電位曲線Ａ＋Ｂとなる。この電流−電位曲線Ａ＋Ｂは、被測定物質Ａの電流−電位曲線Ａと、被測定物質Ｂの電流−電位曲線Ｂの和となったものである。
【００４１】
本測定パターンIIは、導電性ダイヤモンド以外の材質の第２検出極１３２での、各被測定物質ＡおよびＢの各曲線の変異位置が同様であり、変化曲線が同様なカーブとなっている場合であって、且つ他方の電極グループ（ｉ）のダイヤモンド電極からなる第１検出極１３１においては、被測定物質ＡとＢの電流−電位曲線は図７に示す曲線Ａ＋Ｂとなり、前記測定パターンＩで説明した図３の被測定物質ＡとＢの各曲線と同じカーブとなっている場合に本測定パターンIIは適用できる。
【００４２】
したがって、電極グループ（ｉ）と電極グループ（ii）に同じ電位Ｅを印加したとき、第２検出極１３２では図６に示すように、酸化電流値ＩPtが測定され、一方、ダイヤモンド電極からなる第１検出極１３１では図７に示すように酸化電流値ＩD が測定される。酸化電流値ＩD は被測定物質Ａの酸化電流値ＩDAのみであるため、予め被測定物質Ａについて作成された図８の白金電極およびダイヤモンド電極における応答電流値と被測定物質Ａの濃度との関係の検量線から、被測定物質Ａの濃度ＣA が決定できる。
【００４３】
また白金電極上で電位Ｅで測定される酸化電流値ＩPtは、被測定物質Ａの酸化電流値ＩPtA と被測定物質Ｂの酸化電流値ＩPtB の和であるので、図７の電流−電位曲線から得られた電位Ｅの被測定物質Ａの酸化電流値ＩDAを酸化電流値ＩPtから差し引いたものは、被測定物質Ｂの酸化電流値ＩPtB に相当する。したがって、予め被測定物質Ｂについて作成された、白金電極における応答電流値と被測定物質Ｂの濃度との関係を示す図９の検量線から、被測定物質Ｂの濃度ＣB が決定できる。
【００４４】
本測定パターンIIは、前記の測定パターンＩ（ダイヤモンド電極単独方式の複数物質の測定パターン）と同様に、ダイヤモンド電極で被測定物質Ａ、Ｂの酸化電位が離れていることを利用するため、基本的には測定パターンＩの複数物質の測定法で代用することが可能である。しかしながら本測定パターンIIは低電位側の電位１点のみを用いれば良いため、何らかの理由で高電位を印加できない系に対して、特に有効な測定手段である。
【００４５】
なお、本測定パターンIIを行う装置は、前記図１４に示す装置の外に、図１５に示すような、導電性ダイヤモンドの検出極兼対極１３４と、導電性ダイヤモンド以外の材質の対極兼検出極１４４と、参照極１５からなる単純化された電極グループを含む電気化学測定装置（濃度センサ）を用いることができる。図１５の電気化学測定装置は、図１４に示す電気化学測定装置における複数の電極グループを廃止して一つの単純化したグループとし、参照極１５を共通化し、さらに導電性ダイヤモンドの検出極兼対極１３４と、導電性ダイヤモンド以外の材質の対極兼検出極１４４の間で（例えば白金）の電極間で符号を反転させられるように構成したものである。
【００４６】
また、本測定パターンIIを行うことができる別の電気化学測定装置の構成例は、図１６に示す構成の装置が適用できる。図１６において、導電性ダイヤモンドの第１検出極１３１と、導電性ダイヤモンド以外の材質の第２検出極１３２、例えば、白金電極とし、対極１４と参照極１５からなる電極グループを電解液１２中に浸漬して濃度センサを構成することができる。図１６の濃度センサでは２種類の検出極に対して、対極１４と参照極１５をそれぞれ一個に共通化させているので、濃度センサの部品数を減らすことができ、省スペースとなる。
【００４７】
測定パターンIII （ダイヤモンド電極単独方式）：
本測定パターンIII は、複数の被測定物質、例えば、被測定物質ＡあるいはＢのいずれか一方が、酸化および還元電流の両方を与え、他は少なくとも片方しか与えない場合、例えば、図１０の電流−電位曲線となる場合に適用できる測定パターンである。被測定物質Ａ，Ｂが存在する系で、導電性ダイヤモンドの電極を動作させ、図１０の電流−電位曲線に示すように、電位Ｅ- の時の電流値Ｉ- 、電位Ｅ+ の時の電流Ｉ+ が得られたとすると、電流値Ｉ- は被測定物質Ａの還元電流値Ｉ-Aのみであるため、被測定物質Ａについての応答電流値と被測定物質Ａの濃度の関係を示す図１１の検量線から、被測定物質Ａの濃度ＣA が決定できる。また電流値Ｉ+ は被測定物質Ａの酸化電流値Ｉ+Aと、被測定物質Ｂの酸化電流値Ｉ+Bの和であるが、Ｉ-Aより求められた被測定物質Ａの濃度ＣA に相当する電流値Ｉ+Aを、図１１の検量線から求めて差し引けば、残りの電流値Ｉ+Bは被測定物質Ｂに由来するものとなる。同様にして、電位Ｅ+ における応答電流値と被測定物質Ｂの濃度の関係を示す図１２の検量線を用いて被測定物質Ｂの濃度ＣB を求めることができる。
【００４８】
本測定パターンIII に利用可能な電気化学測定装置の例には、例えば、図１３に示すような構成の電気化学測定装置を用いることができる。
【００４９】
その他の電気化学測定装置:
上記各測定パターンＩ〜III で示した電気化学測定装置以外にも、本発明の全ての測定パターンに適用できる電気化学測定装置には、図１７及び図１８に示すものが挙げられる。これらの電気化学測定装置においては、対極と参照極とを兼用させていることを特徴とし、図１７の電気化学測定装置では、一方の電極がダイヤモンド電極からなる検出極１３であり、他方の電極は対極兼参照極１４５である。また、図１８の電気化学測定装置では、一方の電極がダイヤモンド電極からなる検出極兼対極兼参照極１３４５であり、他方の電極はダイヤモンド電極以外の材質、例えば、白金等の検出極兼対極兼参照極１３４６である。図１７及び図１８の電気化学測定装置は、いずれも、対極の表面積が検出極よりもはるかに大きい系、例えば、マイクロ電極を用いる場合に適している。
【００５０】
回転ディスク電極を用いた電気化学測定装置：
図１９は、本発明の濃度センサの一態様であり、検出極に回転ディスク電極を用いた電気化学測定装置を示す。図１９において、３１は電解槽であり、該電解槽３１中には被測定物質が含まれる電解液３２が収容されている。該電解液３２には導電性ダイヤモンドの薄膜が形成され回転ディスクとなった検出極３３（回転ディスク電極）、対極３４、及び参照極３５が浸漬されている。検出極３３には、該電極を回転させるための回転駆動機構３７が連絡されている。これらの各電極は、ポテンシオスタット等の電圧印加装置３６から電圧を印加できるように構成されている。
【００５１】
検出極３３の先端を拡大した破線円の図面において、検出極３３の下面は、周囲が電気絶縁層３９で取り囲まれ、中央に導電性ダイヤモンドの薄膜からなるダイヤモンド極３８が形成され、該ダイヤモンド極３８に前記回転駆動機構３７に連絡されるリード部４０がつながっている。
【００５２】
マイクロ電極系電気化学測定装置：
図２０は、本発明の濃度センサの一態様であり、導電性ダイヤモンドからなる検出極をマイクロ電極系とした電気化学測定装置を示す。
【００５３】
図２０の電気化学測定装置において、先端は検出部５０となっており、その拡大図を破線円で示す。検出部５０の中心に微小（マイクロ）な導電性ダイヤモンド電極からなる検出極４３を設け、白金電極等の対極４４には検出極４３より表面積が十分に大きいものを用い、該検出極４３と対極４４の間は電気絶縁層４９が取り巻いており、マイクロ電極系電気化学測定装置の検出部５０を形成している。
【００５４】
該マイクロ電極系電気化学測定装置の他方端には、検出部５０の各電極に電圧を印加するための電池等の電源（図示せず）、前記検出極の電位を変化させることによって得られる電流−電位曲線から選択される電圧を制御し、前記検出極４３での測定値と前記被測定物質の濃度との検量線を基にして濃度を演算制御する制御部５１、および制御部５１で得られた結果を表示する表示部５２が設けられている。
【００５５】
該マイクロ電極系電気化学測定装置を用いて、被測定物質が含まれる電解液５５を収容する容器５３或いは試料板５４上に滴下された電解液５５の静止溶液中で検出極４３を作動させると、被測定物質の電極表面への３次元的な拡散に基づく電流のみが流れ、高感度かつ再現性の良いセンサ応答を得ることができる。
【００５６】
試料接触系電気化学測定装置：
上記の本発明の濃度センサの各態様の電気化学測定装置は、何れも被測定物質が含まれる電解液中に各電極を浸漬して測定するものであるが、次の図２１〜図２５に示される本発明の濃度センサは、電極表面の面−液界面で起こる反応を見る観点から構成されたものであり、電極の電解液中への浸漬操作を必要としない、即ち、電極の少なくとも一面が、電解液に単に接触する形態の電気化学測定装置である。
【００５７】
図２１は、参照極２５、導電性ダイヤモンドを用いた検出極２３および対極２４が一列に配列され、各電極間は電気絶縁層２７１、２７２により隔離されている構成の電気化学測定装置である。これらの電極に対して、被測定物質が含まれる電解液２２が各電極の一面で接触した状態で測定が行われる。測定時には、各電極に対して、電圧印加装置２６から所定の電位が付与される。
【００５８】
図２２は、図２１の電気化学測定装置における１個の検出極に変えて、導電性ダイヤモンドを用いた検出極２３１と導電性ダイヤモンド以外の材質を用いた検出極２３２の２個とし、それに伴い、電気絶縁層２７１、２７２、２７３をさらに増加した以外は、図２１と同様な構成の電気化学測定装置である。
【００５９】
図２３は、図２１の電気化学測定装置と各電極配置は同じであるが、導電性ダイヤモンドを用いた電極２３１と導電性ダイヤモンド以外の材質の電極２３２を設け、両方の符号を互いに反転させることができるようにしたものである。即ち、一方の電極が検出極であるときは他方の電極は対極とし、またその逆も可能とした。その他の構成は図２１の電気化学測定装置と同様である。
図２４は、電極を２つのみとし、一方は導電性ダイヤモンドを用いた検出極２３と、他方は対極兼参照極２４５とした以外は、図２１の電気化学測定装置と同様な電気化学測定装置である。このように、各電極機能を兼用することにより、部品点数が減り、回路が単純化できる利点が生まれる。
【００６０】
図２５は、電極を２つのみとし、一方は導電性ダイヤモンドを用いた検出極兼対極兼参照極２３４５とし、他方は導電性ダイヤモンド以外の材質の検出極兼対極兼参照極２３４６とした以外は、図２１の電気化学測定装置と同様な電気化学測定装置である。このように、各電極機能を兼用することにより、部品点数が減り、回路が単純化できる利点が生まれる。
【００６１】
ダイヤモンド電極の作製：
本発明の電気化学測定装置に使用されるダイヤモンド電極の基体には、例えば、シリコン、マンガン、バナジウム、タリウム、アルミニウム、チタン、タングステン、モリブデン、ゲルマニウムおよびクロム等の金属酸化物、窒化物および炭化物、Al2O3-Fe系、TiC-Ni系、TiC-Co系およびB4C-Fe系等のサーメタット並びに各種セラミックス等を挙げることができる。
【００６２】
ダイヤモンドに導電性を付加するための不純物には、例えば、Ｂ、Ａｌ、Ｃａ、ＩｎおよびＴｌ等の周期律表第IIIb族元素やN 、P 、Sb、Bi等の周期律表第Vb族元素を挙げることができる。これらの中でも好ましいのは、Ｂである。
本発明の濃度センサの検出極に用いることができるダイヤモンド薄膜電極の作製法は公知のいかなる製造方法によって作成されたものでもよい。例えば、次に示すマイクロ波プラズマＣＶＤ法によって製造してもよい。
【００６３】
反応室内にｎ型シリコン単結晶（１００）等の基板を設置し、ここに水素を一定量、キャリアガスとして流す。このキャリアガスは、反応室に到達する前に、酸化ホウ素を溶解させたアセトン／メタノール（９：１）混合溶液中を通過しており、炭素、ホウ素を含むものである。アセトン／メタノールはダイヤモンドの炭素源になり、酸化ホウ素は不純物として含まれるホウ素源になる。この状態で反応室内にマイクロ波を一定条件で与えて、プラズマ放電を起こさせると、キャリアガス中の炭素源から炭素ラジカルが生成し、基板上にｓｐ３構造を保ったまま堆積して、ダイヤモンドの薄膜が形成される。
【００６４】
成膜時間を変えることにより、ダイヤモンドの膜厚を制御することが可能である。ちなみに５ｋＷのマイクロ波を約１０時間与えると、数１０μm の膜厚で最大数ｃｍ角サイズのダイヤモンドを形成することができる。また混合溶液中の炭素原子に対するホウ素原子の割合を変えることにより、ダイヤモンド薄膜中のホウ素の混入量を制御することが可能である。ホウ素の混入量とダイヤモンドの抵抗値の間には相関があり、ホウ素の混入量を増やすと、抵抗値が減少し、導電性を増加させることができる。ちなみに混合溶液中の炭素原子に対するホウ素原子の割合を１％程度に設定すると、０．００１〜０．０１Ωｃｍ程度の比抵抗のダイヤモンド薄膜を形成することができる。
【００６５】
さらに酸等の溶液中で基板を溶解して、ダイヤモンド薄膜単体として取り出すことも可能である。このダイヤモンド薄膜に適当なリード線を、銀ペースト等の手法により取り付けて、電極として使用する。
【００６６】
対極および参照極：
本発明の電気化学的測定装置に使用される導電性ダイヤモンド以外の電極材料は、単体金属あるいは合金からなるグループ；金属酸化物からなるグループ；半導体からなるグループ；炭素系材料からなるグループ；および金属硫化物からなるグループに属する材料が使用される。
【００６７】
単体金属あるいは合金からなるグループには、Ｔｉ、Ｖ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｗ、Ｏｓ、Ｉｒ、  Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｐｂ等の単体金属とそれらを組合わせた組成の合金が具体的に挙げられる。
【００６８】
金属酸化物からなるグループには、ＴｉＯ2 、ＭｎＯ2 、ＰｂＯ2 、ＷＯ3 、ペロブスカイト酸化物、ブロンズ酸化物、スピネル酸化物、パイロクロール酸化物等が具体的に挙げられる。
【００６９】
半導体からなるグループには、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＯ、ＣｄＳ、ＴｉＯ2 、ＧａＡｓ等が具体的に挙げられる。
【００７０】
炭素系材料からなるグループには、グラファイト、カーボンペースト、グラッシーカーボン、ＨＯＰＧ（高配向性熱分解グラファイト）等が具体的に挙げられる。
【００７１】
金属硫化物からなるグループには、ＲｕＳ2 、ＰｄＳ、ＰｄＳ2 、ＣｄＳ、Ｉｎ2 Ｓ3 、ＯｓＳ2 、ＣｏＳ2 、ＰｂＳ、ＮｉＳ2 、ＭｏＳ2 等が挙げられる。
【００７２】
本発明の電気化学的測定装置に使用される導電性ダイヤモンド以外の電極材料は、その電極界面に単体金属、合金、無機化合物、有機化合物、高分子化合物、生体関連物質等が、単層あるいは複数層修飾されていても良い。修飾方法は電解メッキ、無電解メッキ、蒸着、スパッタ等の物理修飾、あるいは吸着、共有結合等の化学修飾等の中から適当な方法を選択する。
【００７３】
参照極に使用される材料は、電位を安定にするものならば何を用いても良いが、好ましくは、例えば可逆水素電極、銀・塩化銀電極、飽和カロメル電極等が用いられる。また対極は白金、グラッシーカーボン、ダイヤモンド等、高耐食性の材料が通常用いられる。
【００７４】
電流−電位曲線の測定：
前記「ダイヤモンド電極の作製」の手法により作製したダイヤモンド電極を検出極とし、また比較のため白金電極を検出極として、電位スイープ法により種々の反応系での電流−電位曲線を測定する。具体的には、図１３に示す構成の電解セル中で、被測定物質を含むリン酸緩衝液（ｐＨ７．０に設定されたもの）からなる電解液等を用いて、参照極に対するダイヤモンドの電位を制御し、電位を５０ｍＶ／ｓｅｃの速度でスイープしながら応答電流をモニターすることにより、電流−電位曲線を得る。このような手法により得られた、各種物質存在下における電流−電位曲線を図３３〜図４４に示す。
【００７５】
図３３は、検出極として白金を用い、Ｈ2 Ｏ2 を＋１ｍＭ含有させた電解液とＨ2 Ｏ2 を含有させていない電解液についての電流密度−電位のグラフを示す。
【００７６】
図３４は、検出極に導電性ダイヤモンドを使用した以外は図３３について説明した条件と同じようにして得た電流密度−電位のグラフを示す。
【００７７】
図３５は、検出極として白金を用い、アスコルビン酸を＋１ｍＭ含有させた電解液とアスコルビン酸を含有させていない電解液についての電流密度−電位のグラフを示す。
【００７８】
図３６は、検出極に導電性ダイヤモンドを使用した以外は図３５について説明した条件と同じようにして得た電流密度−電位のグラフを示す。
【００７９】
図３７は、検出極として白金を用い、尿酸を＋１ｍＭ含有させた電解液と尿酸を含有させていない電解液についての電流密度−電位のグラフを示す。
【００８０】
図３８は、検出極に導電性ダイヤモンドを使用した以外は図３７について説明した条件と同じようにして得た電流密度−電位のグラフを示す。
【００８１】
図３９は、検出極として白金を用い、グルコースを＋１ｍＭ含有させた電解液とグルコースを含有させていない電解液についての電流密度−電位のグラフを示す。
【００８２】
図４０は、検出極に導電性ダイヤモンドを使用した以外は図３９について説明した条件と同じようにして得た電流密度−電位のグラフを示す。
【００８３】
図４１は、検出極として白金を用い、メタノールを＋１ｍＭ含有させた電解液とメタノールを含有させていない電解液についての電流密度−電位のグラフを示す。
【００８４】
図４２は、検出極に導電性ダイヤモンドを使用した以外は図４１について説明した条件と同じようにして得た電流密度−電位のグラフを示す。
【００８５】
図４３は、検出極として白金を用い、酸素が含有される電解液と酸素が含有されていない電解液についての電流密度−電位のグラフを示す。
【００８６】
図４４は、検出極に導電性ダイヤモンドを使用した以外は図４３について説明した条件と同じようにして得た電流密度−電位のグラフを示す。
【００８７】
図３３〜図４４に示すグラフにおける結果は、全て、電極サイズを考慮しなくて良いように、電流絶対値ではなく電流密度を用いている。
【００８８】
回転ディスク電極を用いた電流−電位曲線の測定：
前記電流−電位曲線の測定に、検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学測定装置を用い、ダイヤモンド電極を検出極として電位スィーブ法により種々の反応系での電流−電位曲線を測定する。この様な手法により得られた、各種物質存在下における電流−電位曲線を図４７〜図５９に示す。
【００８９】
図４７は、図１９の電気化学測定装置における検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学測定装置を用い、尿酸を＋０．２ｍＭ含有させたリン酸緩衝液と尿酸を含有させていないリン酸緩衝液中で測定した電流密度−電位曲線を示す。検出極の回転数は２０００ｒｐｍである。
【００９０】
図４８は、図１９の電気化学測定装置における検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学測定装置を用い、過酸化水素を＋１０ｍＭ含有させたリン酸緩衝液と過酸化水素を含有させていないリン酸緩衝液中で測定した電流密度−電位曲線を示す。検出極の回転数は２０００ｒｐｍである。
【００９１】
図４９は、図１９の電気化学測定装置における検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学測定装置を用い、尿酸を０．４ｍＭ、過酸化水素を＋４ｍＭ含有させたリン酸緩衝液と過酸化水素を含有させていないリン酸緩衝液中で測定した電流密度−電位曲線を示す。検出極の回転数は２０００ｒｐｍである。
【００９２】
図５０は、図１９の電気化学測定装置における検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学測定装置を用い、牛の血清を１．５ｖｏｌ．％含有させたリン酸緩衝液と、牛の血清を１．５ｖｏｌ．％、尿酸＋０．０８ｍＭ含有させたリン酸緩衝液中で測定した電流密度−電位曲線を示す。検出極の回転数は２０００ｒｐｍである。
【００９３】
図５１は、図１９の電気化学測定装置における検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学測定装置を用い、アスコルビン酸を＋１ｍＭ含有させたリン酸緩衝液とアスコルビン酸を含有させていないリン酸緩衝液中で測定した電流密度−電位曲線を示す。検出極の回転数は２０００ｒｐｍである。
【００９４】
図５２は、図１９の電気化学測定装置における検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学測定装置を用い、グルコースを＋５ｍＭ含有させたリン酸緩衝液とグルコースを含有させていないリン酸緩衝液中で測定した電流密度−電位曲線を示す。検出極の回転数は１０００ｒｐｍである。
【００９５】
図５３は、電解液に０．５Ｍの硫酸と０．５Ｍの硫酸にグルコースを＋５ｍＭ含有させた電解液を使用した以外は図５２の場合と同じ測定方法による電流密度−電位曲線を示す。
【００９６】
各種被測定物質の検量線の作成:
前記「電流−電位曲線の測定」の手法で作成した電流−電位曲線を基にして、各種物質濃度と適当な電位における応答電流の関係を求め、検量線を作成した。なお設定電位の値は、目的物質が反応する電位であればいずれでも良いが、該物質の電極表面への拡散が律速になり、応答電流がほぼ一定になる電位領域が、誤差が生じにくく、特に好ましい。さらに共存物質の影響を考慮して、最終的に電位を決定する。
【００９７】
例えば、ダイヤモンド電極を検出極とし、電解液としてリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）に１ｍＭのアスコルビン酸を含有したものと、含有させないものの２種類を用いた図３６の電流−電位曲線に示されるように、ダイヤモンド電極上でアスコルビン酸は、＋０．８Ｖ付近から酸化され始め、１〜２Ｖの電位領域でほぼ一定の酸化電流が流れる。この領域で例えば電位を１．５Ｖに設定した時の応答電流は、アスコルビン酸の濃度に依存して変化し、その時の応答電流とアスコルビン酸濃度の間には、少なくとも０〜１０ｍＭの濃度領域で、図２９に示す電流−アスコルビン酸濃度の検量線（図２９の■プロット参照）が得られ、該検量線は応答電流とアスコルビン酸濃度が直線的な比例関係となっている。また、過酸化水素やグルコースとの共存下での測定を想定して、過酸化水素やグルコースが酸化する電位、例えば、＋２．５Ｖにおける電流検量線も作成した（図２９の▲プロット参照）。
【００９８】
上記手法と同様の手法により、白金電極上と、ダイヤモンド電極上で、それぞれ過酸化水素、アスコルビン酸、尿酸、グルコースの各種物質の検量線を作成し、それらを図２６〜図３２に示す。
【００９９】
図２６は、白金電極を検出極とし、電解液として各種濃度の過酸化水素を含んだリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）に対し、＋１．５ｖにおける酸化電流値を求めて得た、応答電流−過酸化水素濃度の検量線を示す。
【０１００】
図２７は、ダイヤモンド電極を検出極とし、電解液として各種濃度の過酸化水素を含んだリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）に対し、＋２．５ｖにおける酸化電流値および−０．７ｖにおける還元電流値を求めて得た、応答電流−過酸化水素濃度の検量線を示す。
【０１０１】
図２８は、白金電極を検出極とし、電解液として各種濃度のアスコルビン酸を含んだリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）に対し、＋１．５ｖにおける酸化電流値を求めて得た、応答電流−アスコルビン酸濃度の検量線を示す。
【０１０２】
図２９は、ダイヤモンド電極を検出極とし、アスコルビン酸についての＋１．５ｖおよび＋２．５ｖにおける酸化電流値を求めて得た、応答電流−アスコルビン酸濃度の検量線を示す。
【０１０３】
図３０は、白金電極を検出極とし、電解液として各種濃度の尿酸を含んだリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）に対し、＋１．５ｖにおける酸化電流値を求めて得た、応答電流−尿酸濃度の検量線を示す。
【０１０４】
図３１は、ダイヤモンド電極を検出極とし、電解液として各種濃度の尿酸を含んだリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）に対し、＋１．５ｖおよび＋２．５ｖにおける酸化電流値を求めて得た、応答電流−尿酸濃度の検量線を示す。
【０１０５】
図３２は、ダイヤモンド電極を検出極とし、電解液として各種濃度のグルコースを含んだリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）に対し、＋２．５ｖにおける酸化電流値を求めて得た、応答電流−グルコース濃度の検量線を示す。
【０１０６】
本発明の濃度測定方法は、図３３〜図４４に示す各種物質の電流密度−電位のグラフに示す応答特性から、基本測定原理、測定パターンＩ〜III の単独による測定方法、或いはこれらの測定方法を組み合わせることにより、被測定物質を過酸化水素、アスコルビン酸、尿酸、グルコース、メタノール、酸素等の各種物質の単独或いは２種類以上の組み合わせとすることができる。
【０１０７】
次に、検出極に回転ディスク電極を用いた電気化学装置による各種被測定物質の検量線の作成を説明する。検出極に回転ディスク電極を用いた電気化学装置を使用する場合、検出極を一定の回転数で回転させた状態で被測定物質の応答電流を測定し、検量線を作成する。検量線の作成手順は検出極を回転させる以外は、検出極に回転ディスク電極を使用していない電気化学装置の場合と同様である。
【０１０８】
検出極を一定速度で回転させると被測定物質の検出極表面への拡散が促進されるため、被測定物質の拡散電流が増加し被測定物質の検出感度が向上する。
【０１０９】
図５４に、検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学装置を使用し、電解液として各種濃度の尿酸を含んだリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）を使用し、＋１．５Ｖ及び＋２．５Ｖにおける酸化電流を求めて得た、応答電流−尿酸濃度の検量線を示す。
【０１１０】
図５５に、図５４に示した尿酸濃度０．２ｍＭの時の応答電流と検出極の回転数の平方根の関係を示す。
【０１１１】
図５６に、検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学装置を使用し、電解液として各種濃度の過酸化水素を含んだリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）を使用し、＋２．５Ｖにおける酸化電流を求めて得た、応答電流−過酸化水素濃度の検量線を示す。
【０１１２】
図５７に、検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学装置を使用し、電解液として各種濃度の過酸化水素を含んだリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）を使用し、−０．７Ｖにおける還元電流を求めて得た、応答電流−過酸化水素濃度の検量線を示す。
【０１１３】
図５８に、検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学装置を使用し、電解液として各種濃度のアスコルビン酸を含んだリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）を使用し、＋２．０Ｖにおける酸化電流を求めて得た、応答電流−アスコルビン酸濃度の検量線を示す。
【０１１４】
図５９に、図５８に示した応答電流と検出極の回転数の平方根の関係を示す。
【０１１５】
【実施例】
上記の測定パターンＩ〜III の測定方法のいずれかを適用し、上記図２６〜図３２についての各種物質についての検量線を用いて、以下に各複数物質が存在する系における各物質の濃度を測定する具体的な実施例を説明する。
【０１１６】
〔実施例１〕
過酸化水素とアスコルビン酸の測定（その１）
本実施例１は、測定パターンＩを適用した、過酸化水素とアスコルビン酸が含まれる試料についての２成分系の測定方法に関する。
【０１１７】
図３４および図３６の各電流密度−電位のグラフに示すように、ダイヤモンド電極上で過酸化水素およびアスコルビン酸の酸化は、各々＋１．８Ｖおよび＋０．７Ｖから始まる。この差を利用して、あらかじめ１５ｍＭの過酸化水素と約１ｍＭアスコルビン酸を加えた２成分系でダイヤモンド電極を動作させ、＋１．５Ｖと＋２．５Ｖの電位における応答電流Ｉ1 、Ｉ2 を求めると各々、０．１３ｍＡｃｍ-2、２．５７ｍＡｃｍ-2となった。
【０１１８】
Ｉ1 はアスコルビン酸に由来する電流であるため、図２９に示すアスコルビン酸の検量線から、アスコルビン酸濃度は０．９ｍＭと求められる。またＩ2 はアスコルビン酸と過酸化水素の酸化電流の和であるが、Ｉ1 より求められたアスコルビン酸濃度に相当する電流を、図２９のアスコルビン酸の検量線から求めると０．２４ｍＡｃｍ-2となり、この値を差し引くと、
２．５７−０．２４＝２．３３ｍＡｃｍ-2
となる。この電流値は過酸化水素に由来するので、図２７の過酸化水素の検量線から、過酸化水素濃度は１３．７ｍＭと求めることができる。したがって、アスコルビン酸、過酸化水素共に、予め加えた濃度とほぼ一致し、この本発明の測定方法を実際にセンサに適用する場合に有効であることが確認できた。
【０１１９】
〔実施例２〕
過酸化水素とアスコルビン酸の測定（その２）
本実施例２は、測定パターンIIを適用した、過酸化水素とアスコルビン酸が含まれる試料についての２成分系の測定方法に関する。
【０１２０】
図３３および図３４の各電流密度−電位のグラフに示すように、過酸化水素の酸化の始まる電位は白金電極とダイヤモンド電極で異なり、各々＋０．８Ｖおよび＋１．８Ｖである。これに対して、アスコルビン酸の酸化は、図３５および図３６の各電流密度−電位のグラフに示すように両電極ともにほぼ同じで、約０．７Ｖから始まる。
【０１２１】
この酸化特性の差を利用して、過酸化水素とアスコルビン酸の２成分系で両電極を動作させ、例えば両電極に＋１．５Ｖの電位を印加して、その時の応答電流ＩPt、ＩD を求めると、ＩD はアスコルビン酸に由来する電流であるので、予め作成した図２９のアスコルビン酸の検量線からアスコルビン酸濃度が決定できる。またＩPtはアスコルビン酸と過酸化水素の酸化電流の和であるので、ＩD より求めたアスコルビン酸濃度に対応する電流を、図２８に示すアスコルビン酸の検量線から求めて差し引けば、得られた値は過酸化水素に由来する電流値となる。したがって、同様に図２６の過酸化水素の検量線から過酸化水素濃度を求めることができる。
【０１２２】
〔実施例３〕
過酸化水素とアスコルビン酸の測定（その３）
本実施例３は、測定パターンIII を適用した、過酸化水素とアスコルビン酸が含まれる試料についての２成分系の測定方法に関する。
【０１２３】
図３４の電流密度−電位のグラフに示すように、ダイヤモンド電極上では過酸化水素の還元が＋０．２Ｖ以下で起こる。一方、図３６の電流密度−電位のグラフに示すように、アスコルビン酸の還元はほとんど起こらない。このことを利用して、過酸化水素とアスコルビン酸の２成分系でダイヤモンド電極を動作させ、例えば＋１．５Ｖおよび−０．７Ｖの電位を印加してその時の応答電流Ｉ+ およびＩ- を求めると、Ｉ+ はアスコルビン酸の酸化に由来する電流であり、Ｉ- は過酸化水素の還元に由来する電流であるから、得られた電流値に基づき両物質の濃度を図２７の過酸化水素の検量線および図２９のアスコルビン酸の検量線から求めることができる。
【０１２４】
〔実施例４〕
過酸化水素と尿酸の測定（その１）
本実施例４は、測定パターンＩを適用した、過酸化水素と尿酸が含まれる試料についての２成分系の測定方法に関する。
【０１２５】
図３４、図３８の各電流密度−電位のグラフに示すように、ダイヤモンド電極上で過酸化水素および尿酸の酸化は、各々＋１．８Ｖおよび＋０．８Ｖから始まる。この差を利用して、表題の２成分系でダイヤモンド電極を動作させ、例えば＋１．５Ｖおよび＋２．５Ｖの電位を印加してその時の応答電流Ｉ1 およびＩ2 を求めると、Ｉ1 は尿酸に由来する電流であるので、図３１の尿酸の検量線から尿酸濃度が決定できる。またＩ2 は尿酸と過酸化水素の酸化電流の和であるので、Ｉ1 より求められた尿酸濃度に対応する電流を、図３１の尿酸の検量線から求めて差し引けば、得られた値は過酸化水素に由来する電流値となる。したがって、同様に図２７の過酸化水素の検量線から過酸化水素濃度を求めることができる。
【０１２６】
〔実施例５〕
過酸化水素と尿酸の測定（その２）
本実施例５は、測定パターンIIを適用した、過酸化水素と尿酸が含まれる試料についての２成分系の測定方法に関する。
【０１２７】
図３３および図３４の各電流密度−電位のグラフに示すように、過酸化水素の酸化の始まる電位は白金電極とダイヤモンド電極で異なり、各々＋０．８Ｖおよび＋１．８Ｖである。これに対して、尿酸の酸化は図３７および図３８の各電流密度−電位のグラフに示すように両電極ともにほぼ同じで、約０．８Ｖから始まる。
【０１２８】
この酸化特性の差を利用して、過酸化水素と尿酸の２成分系で両電極を動作させ、例えば両電極に＋１．５Ｖの電位を印加して、その時の応答電流ＩPt、ＩD を求めると、ＩD は尿酸に由来する電流であるので、予め作成した図３１の尿酸の検量線から尿酸濃度が決定できる。またＩPtは尿酸と過酸化水素の酸化電流の和であるので、ＩD より求められた尿酸濃度に対応する電流を、図３０に示す尿酸の検量線から求めて差し引けば、得られた値は過酸化水素に由来する電流値となる。したがって、同様に図２６の過酸化水素の検量線から過酸化水素濃度を求めることができる。
【０１２９】
〔実施例６〕
過酸化水素と尿酸の測定（その３）
本実施例６は、測定パターンIII を適用した、過酸化水素と尿酸が含まれる試料についての２成分系の測定方法に関する。
【０１３０】
図３４の電流密度−電位のグラフに示すように、ダイヤモンド電極上では過酸化水素の還元が＋０．２Ｖ以下で起こる。一方、図３８に示すように、尿酸の還元はほとんど起こらない。このことを利用して、過酸化水素と尿酸の２成分系でダイヤモンド電極を動作させ、例えば＋１．５Ｖおよび−０．７Ｖの電位を印加してその時の応答電流Ｉ+ およびＩ- を求めると、Ｉ+ は尿酸の酸化に由来する電流であり、Ｉ- は過酸化水素の還元に由来する電流であるから、両物質の濃度を図３１の尿酸の検量線および図２７の過酸化水素の検量線から求めることができる。
【０１３１】
〔実施例７〕
グルコースの測定
本実施例７は、基本測定原理を適用した、グルコースのみが含まれる試料についての１成分系の測定方法に関する。
【０１３２】
図４０に示すように、ダイヤモンド電極上でグルコースの酸化は、約＋２．２Ｖから始まる。このことを利用して、グルコースの１成分系でダイヤモンド電極を動作させ、例えば＋２．５Ｖの電位を印加してその時の応答電流Ｉを求めると、Ｉはグルコースの酸化に由来する電流であるので、図３２に示す予め作成したグルコース濃度と応答電流の関係の検量線から、グルコースの濃度を決定することができる。
【０１３３】
測定可能な濃度範囲は、検出器の精度にも依るが、少なくとも１〜１０ｍＭの間は確保され、血糖値の正常値（約５〜６ｍＭ）はその範囲内に含まれるので、血糖値測定に利用できる。また回転ディスク電極等の手法を用いて感度を向上させれば、さらに低濃度領域まで測定範囲が広がる。
【０１３４】
なお、図３９の電流密度−電位のグラフに示すように、既存の電極として白金電極を用いると、グルコースの酸化反応において＋１．６Ｖ以下の電位領域では、ダイヤモンド電極ほど顕著な酸化電流は流れない。＋１．６Ｖ以上の領域では、酸素発生に伴う電流が大量に流れるため、グルコースを測定することは困難である。
【０１３５】
〔実施例８〕
グルコースとアスコルビン酸の測定
本実施例８は、測定パターンＩを適用した、グルコースとアスコルビン酸が含まれる試料についての２成分系の測定方法に関する。
【０１３６】
図４０および図３６の各電流密度−電位のグラフに示すように、ダイヤモンド電極上でグルコースおよびアスコルビン酸の酸化は、各々＋２．２Ｖおよび＋０．７Ｖから始まる。この差を利用して、グルコースとアスコルビン酸の２成分系でダイヤモンド電極を動作させ、例えば＋１．５Ｖと＋２．５Ｖの電位を印加してその時の応答電流Ｉ1 、Ｉ2 を求めると、Ｉ1 はアスコルビン酸に由来する電流であり、予め作成した図２９のアスコルビン酸の検量線からアスコルビン酸濃度が決定できる。
【０１３７】
また、Ｉ2 はアスコルビン酸とグルコースの酸化電流の和であるので、Ｉ1 より求められたアスコルビン酸濃度に相当する電流を、図２９のアスコルビン酸の検量線から求めて差し引けば、得られた値はグルコースに由来する電流値となる。したがって、同様に図３２のグルコースの検量線を用いてグルコース濃度を求めることができる。測定可能な濃度範囲は、検出器の精度にも依るが、少なくとも１〜１０ｍＭの間は確保され、血糖値の正常値（約５〜６ｍＭ）はその範囲内に含まれるので、血糖値測定に利用できる。また回転ディスク電極等の手法を用いて感度を向上させれば、さらに低濃度領域まで測定範囲が広がる。
【０１３８】
〔実施例９〕
グルコースと尿酸の測定
本実施例９は、測定パターンＩを適用した、グルコースと尿酸が含まれる試料についての２成分系の測定方法に関する。
【０１３９】
図４０と図３８の各電流密度−電位のグラフに示すように、ダイヤモンド電極上でグルコースおよび尿酸の酸化は、各々＋２．２Ｖおよび＋０．８Ｖから始まる。この差を利用して、グルコースと尿酸の２成分系でダイヤモンド電極を動作させ、例えば、＋１．５Ｖと＋２．５Ｖの電位を印加してその時の応答電流Ｉ1 、Ｉ2 を求めると、Ｉ1 は尿酸に由来する電流であるので、予め作成した図３１の尿酸の検量線から尿酸濃度が決定できる。
【０１４０】
またＩ2 は尿酸とグルコースの酸化電流の和であるが、Ｉ1 より求められた尿酸濃度に相当する電流を、図３１の尿酸の検量線から求めて差し引けば、得られた値はグルコースに由来する電流値となる。したがって、同様に図３２のグルコースの検量線を用いてグルコース濃度を求めることができる。測定可能な濃度範囲は、検出器の精度にも依るが、少なくとも１〜１０ｍＭの間は確保され、血糖値の正常値（約５〜６ｍＭ）はその範囲内に含まれるので、血糖値測定に利用できる。また回転ディスク電極等の手法を用いて感度を向上させれば、さらに低濃度領域まで測定範囲が広がる。
【０１４１】
〔実施例１０〕
グルコース、過酸化水素およびアスコルビン酸の測定
本実施例１０は、測定パターンＩおよび測定パターンIII を組み合わせた、グルコース、過酸化水素およびアスコルビン酸の３成分系の測定方法に関する。
【０１４２】
図４０、図３４および図３６の各電流密度−電位のグラフに示すように、ダイヤモンド電極上でグルコース、過酸化水素、アスコルビン酸の酸化は各々＋２．２Ｖ、＋１．８Ｖ、＋０．７Ｖから始まる。一方、過酸化水素の還元は＋０．２Ｖ以下で起こるが、アスコルビン酸、グルコースの還元はほとんど起こらない。
【０１４３】
これらのことを利用して、グルコース、過酸化水素およびアスコルビン酸の３成分系でダイヤモンド電極を動作させ、例えば＋１．５Ｖ、＋２．５Ｖ、−０．７Ｖの電位を印加して、その時の応答電流Ｉ1 、Ｉ2 、Ｉ- を求めると、Ｉ1 はアスコルビン酸に由来する電流であるので、図２９のアスコルビン酸の検量線からアスコルビン酸濃度が決定できる。またＩ- は過酸化水素の還元に由来する電流であるので、図２７の過酸化水素の検量線から過酸化水素濃度が決定できる。さらにＩ2 はグルコースと過酸化水素およびアスコルビン酸の酸化電流の和であるので、先に求められたアスコルビン酸、過酸化水素濃度に相当する電流を、図２９および図２７の各検量線から求めて差し引けば、得られた値はグルコースに由来する電流値となる。したがって、同様に図３２のグルコースの検量線を用いてグルコース濃度を求めることができる。
【０１４４】
〔実施例１１〕
グルコース、過酸化水素および尿酸の測定
本実施例１１は、測定パターンＩおよび測定パターンIII を組み合わせて、グルコース、過酸化水素および尿酸の３成分系の測定方法に関する。
【０１４５】
図４０、図３４および図３８の電流密度−電位のグラフに示すように、ダイヤモンド電極上でグルコース、過酸化水素、尿酸の酸化は各々＋２．２Ｖ、＋１．８Ｖ、＋０．８Ｖから始まる。一方、過酸化水素の還元は＋０．２Ｖ以下で起こるが、尿酸、グルコースの還元はほとんど起こらない。
【０１４６】
これらのことを利用して、グルコース、過酸化水素および尿酸の３成分系でダイヤモンド電極を動作させ、例えば、＋１．５Ｖ、＋２．５Ｖ、−０．７Ｖの電位を印加して、その時の応答電流Ｉ1 、Ｉ2 、Ｉ- を求めると、Ｉ1 は尿酸に由来する電流であるので、図３１の尿酸の検量線から尿酸濃度が決定できる。またＩ- は過酸化水素の還元に由来する電流であるので、図２７の過酸化水素の検量線から過酸化水素濃度が決定できる。さらにＩ2 はグルコースと過酸化水素および尿酸の酸化電流の和であるので、先に求められた尿酸、過酸化水素濃度に相当する電流を、図３１および図２７の各検量線から求めて差し引けば、得られた値はグルコースに由来する電流値となる。したがって、同様に図３２のグルコースの検量線を用いてグルコース濃度を求めることができる。
【０１４７】
〔実施例１２〕
回転ディスク電極を用いた電気化学測定装置による濃度測定
図１９の検出極に回転ディスク電極を用いた電気化学測定装置を用いて、神経伝達物質の一つであるドーパミンを１ｍＭ含んだ０．１Ｍ  ＨＣｌＯ4 からなる電解液について、導電性ダイヤモンドを有する検出極を５００〜５，０００ｒｐｍの高速回転させながら、スィープ速度５０ｍＶ／ｓｅｃで検出極上の電気化学反応を観察した。その結果、図４５に示す電流値−電位のグラフを得た。なお、電位は銀塩化銀電極に対する値である。
【０１４８】
図４５のグラフによれば、酸化電流は検出極の回転数の平方根に比例して増加しており、このことは検出極を高速回転させることにより、被測定物質の応答電流を増幅させることが可能であることを示す。
【０１４９】
なお、図４５のグラフに関して、検出極の回転数の平方根と酸化電流の関係をプロットすると、図４６のような直線性が得られた。一方、残余電流は回転数に依らず一定であるため、回転数を増加させることで、ドーパミンの検出感度を高めることができる。
【０１５０】
〔実施例１３〕
回転ディスクダイヤモンド電極を用いた尿酸の測定
本実施例１３は、基本測定原理を適用した、尿酸が含まれる試料についての１成分系の測定に関する。
【０１５１】
図４７に示すように尿酸が含まれる試料の場合、検出極として回転ディスクダイヤモンド電極を用いると、応答電流が増幅され、検出感度を高められる。検出極を２０００ｒｐｍで回転させた場合、図５４に示すように１０-4ｍＭから室温での尿酸の水への溶解限界である０．４ｍＭまで尿酸酸化の拡散電流は尿酸濃度に対して直線的に増加する。
【０１５２】
このことを利用して、尿酸の１成分系で回転ディスクダイヤモンド電極を動作させ、たとえば＋１．５Ｖの電位を印可してその時の応答電流Ｉを求めると、Ｉは尿酸の酸化に由来する電流であるので、図５４に示す検量線から、尿酸の濃度を決定することができる。本実施例では応答電流−尿酸濃度の関係は比例関係であるため、特に簡便で、応答電流Ｉに比例定数を掛けることで容易に尿酸の濃度の決定することができる。また、印可する電位が＋１．５Ｖから＋２．５Ｖの範囲内であれば応答電流の検量線は変化せず、電位に依存しない係数を用いることができる。
【０１５３】
〔実施例１４〕
回転ディスクダイヤモンド電極を用いた過酸化水素と尿酸の測定
本実施例１４は、測定パターンＩを適用した、過酸化水素と尿酸が含まれる試料についての２成分系の測定に関する。
【０１５４】
図４９に示すように尿酸と過酸化水素が含まれる試料の場合、図４７と図４８の尿酸と過酸化水素のそれぞれの応答電流の和の応答電流が得られる。図４９の＋１．５Ｖでの応答電流が０．４ｍＡで、この電位では尿酸の応答電流のみが得られ、過酸化水素の応答電流がないことから、応答電流は尿酸のみに由来する電流であり、図５４の尿酸の検量線から、尿酸の濃度が０．４ｍＭと決定できる。
【０１５５】
＋２．５Ｖの＋２．８ｍＡ応答電流Ｉは尿酸の応答電流Ｉ１と過酸化水素の応答電流Ｉ２の和である。＋１．５Ｖでの尿酸の応答電流から、尿酸の濃度が０．４ｍＭと決定されるので、＋２．５Ｖでの過酸化水素に由来する応答電流Ｉ２はＩ−Ｉ１で求められ、本実施例１４では＋２．４ｍＡである。図５６の過酸化水素の検量線からこの試料の過酸化水素濃度は４ｍＭと決定される。
【０１５６】
〔実施例１５〕
回転ディスクダイヤモンド電極を用いた過酸化水素と尿酸の測定
本実施例１５は、測定パターンＩを適用した、過酸化水素と尿酸が含まれる試料についての２成分系の測定に関する。
【０１５７】
図４９に示すように尿酸と過酸化水素が含まれる試料の場合、図４７と図４８の尿酸と過酸化水素のそれぞれの応答電流の和の応答電流が得られる。図４９の＋１．５Ｖでの応答電流が０．４ｍＡで、この電位では尿酸の応答電流のみが得られ、過酸化水素の応答電流がないことから、応答電流は尿酸のみに由来する電流であり、図５４の尿酸の検量線から、尿酸の濃度が０．４ｍＭと決定できる。
【０１５８】
−０．７Ｖの応答電流は、尿酸の応答電流がないことから、過酸化水素のみに由来する応答電流である。−０．７Ｖでの過酸化水素に由来する応答電流は本実施例１５では−０．０１５ｍＡで、図５７の過酸化水素の検量線からこの試料の過酸化水素濃度は４ｍＭと決定される。
【０１５９】
〔実施例１６〕
牛血清を含んだ試料中での尿酸の測定
本実施例１６は、基本測定原理を適用した、牛の血清と尿酸が含まれる試料についての１成分系の測定に関する。
【０１６０】
図５０に示すように尿酸と血清が含まれる試料の場合、図４７の尿酸の応答電流と、血清中の種々の成分の応答電流の和の応答電流が得られる。１．５ｖｏｌ．％の牛血清を含む試料の＋２．０Ｖでの応答電流Ｉ１と、１．５ｖｏｌ．％の牛血清と尿酸を含む試料の応答電流Ｉ２の差Ｉ２−Ｉ１は、１．５ｖｏｌ．％の牛血清を含む試料と、１．５ｖｏｌ．％の牛血清と尿酸を含む試料の尿酸濃度の差に由来している。応答電流の差は０．０７ｍＡで、図５４の尿酸の検量線で応答電流−尿酸濃度が比例系であることから、尿酸の濃度の差が０．０８ｍＭと決定できる。
【０１６１】
〔実施例１７〕
回転ディスクダイヤモンド電極を用いたアスコルビン酸の測定
本実施例１７は、基本測定原理を適用した、アスコルビン酸が含まれる試料についての１成分系の測定に関する。
【０１６２】
図５９に示すようにアスコルビン酸が含まれる試料の場合、回転ディスクダイヤモンド電極を用いると、応答電流が増幅され、検出感度を高められる。さらに図５８に示す通り、同一回転数における応答電流−アスコルビン酸濃度の関係は比例関係にあり、アスコルビン酸の濃度の決定が簡便である。このことを利用して、アスコルビン酸の１成分系でダイヤモンドを動作させ、たとえば＋２．０Ｖの電位を印可してその時の応答電流Ｉを求めると、Ｉはアスコルビン酸の酸化に由来する電流であるので、図５８に示す検量線から、アスコルビン酸の濃度を決定することができる。本実施例１７では応答電流−アスコルビン酸濃度の関係は比例関係であるため、特に簡便で、応答電流Ｉに比例定数を掛けることで容易にアスコルビン酸の濃度を決定することができる。
【０１６３】
〔実施例１８〕
グルコースの測定
本実施例１８は、基本測定原理を適用した、グルコースが含まれる試料についての１成分系の測定に関する。
【０１６４】
図５２に示すように検出極に導電性ダイヤモンドを用い、電解液にグルコースが含まれる中性のリン酸緩衝溶液を用いるとグルコースの酸化電流に由来する応答電流が得られる。しかし、図５３に示すように検出極に導電性ダイヤモンドを用い、電解液にグルコースが含まれる酸性の硫酸溶液を用いるとグルコースの酸化に由来する応答電流が増大する。図５２の中性の試料では５ｍＭグルコースの＋３．０Ｖでの応答電流は＋０．７ｍＡ／ｃｍ2 であるが、図５３の酸性の試料では５ｍＭグルコースの＋３．０Ｖでの応答電流は＋１８ｍＡ／ｃｍ2 で、中性の試料の応答電流の２５．７倍である。従って、グルコース濃度を測定しようとする試料が中性の場合でも硫酸等の酸性溶液で２５．７倍以下の倍率で希釈して電解液が酸性となるよう調製し、ダイヤモンドを検出極に使用することで、応答電流が増幅される。その結果、グルコースの検出感度が向上する。
【０１６５】
【発明の効果】
本発明の電気化学測定装置及び濃度測定方法は、各種物質の電流密度−電位のグラフに示す応答特性から、基本測定原理、測定パターンＩ〜III の単独による測定方法、或いはこれらの測定方法を組み合わせることにより、２種類以上の広範囲な被測定物質の組み合わせの各濃度測定が可能となる。
【０１６６】
本発明の電気化学測定装置は、電極表面に酵素・微生物等の分子認識物質層、或いはナフィオン膜等の耐久性に問題を残す層を特に必要としない。したがって、例えば、ダイヤモンドの耐蝕性、耐久性等の特徴を損なわない為、腐食性溶液中、高温、高圧等の極限環境下での利用における耐久性がある。
【０１６７】
本発明の電気化学測定装置および濃度測定方法は、酸化領域および還元領域の広範囲な領域で測定が行えるので、被測定物質の選択の幅が広い。
【０１６８】
本発明の電気化学測定装置および濃度測定方法は、導電性ダイヤモンド電極のそれ以外の材質の電極と異なる反応特性を利用するため、試料中の溶存酸素等の妨害物質の影響が小さく、選択性の高い被測定物質の濃度測定が可能となる。
【０１６９】
本発明の電気化学測定装置は検出極の微細加工および表面の被覆・固定などを特に必要としないので、経済性に優れ、また容易に作成することができる。
【０１７０】
検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学測定装置で複数物質の濃度を測定した場合、検出極を一定速度で回転させると被測定物質の検出極表面への拡散が促進されるため、被測定物質の拡散電流が増加し被測定物質の検出感度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】被測定物質Ａのみが含まれる試料に対して、導電性ダイヤモンドを検出極に用いた電気化学測定装置により電気化学反応を行ったときの、検出極における電流−電位曲線をパターン化した概念的なグラフである。
【図２】電位Ｅ1 および電位Ｅ2 における応答電流値と被測定物質Ａの濃度の関係を示す検量線である。
【図３】被測定物質Ａ、Ｂの両方が含まれる試料に対して、電気化学反応を行ったときの検出極における電流−電位曲線をパターン化した概念的なグラフである。
【図４】酸化電位Ｅ1 およびＥ2 における応答電流値と被測定物質Ａの濃度との関係を示す検量線である。
【図５】酸化電位Ｅ2 における応答電流値と被測定物質Ｂの濃度の関係を示す検量線である。
【図６】被測定物質Ａ、Ｂの両方が含まれる試料に対して、電気化学反応を行ったときの検出極における被測定物質ＡとＢの電流−電位曲線を示す。
【図７】被測定物質Ａ、Ｂの両方が含まれる試料に対して、電気化学反応を行ったときの検出極における被測定物質ＡとＢの電流−電位曲線を示す。
【図８】白金電極とダイヤモンド電極における応答電流値と被測定物質Ａの濃度の関係を示す検量線である。
【図９】白金電極における応答電流値と被測定物質Ｂの濃度との関係を示す検量線である。
【図１０】被測定物質ＡおよびＢが存在する系で、被測定物質Ａのみが酸化および還元電流の両方を与える場合の検出極における電流−電位曲線をパターン化した概念的なグラフである。
【図１１】電位Ｅ+ と電位Ｅ- における応答電流値と被測定物質Ａの濃度の関係を示す検量線である。
【図１２】電位Ｅ+ における応答電流値と被測定物質Ｂの濃度の関係を示す検量線である。
【図１３】本発明の基本測定原理の電極反応を行うのに用いることができる電気化学測定装置（即ち、濃度センサ）の基本構成例である。
【図１４】測定パターンIIに従った複数被測定物質の濃度測定を行うことができる本発明の電気化学測定装置（即ち、濃度センサ）である。
【図１５】測定パターンIIを行うことができる別の電気化学測定装置の構成例である。
【図１６】測定パターンIIを行うことができる別の電気化学測定装置の構成例である。
【図１７】本発明の全ての測定パターンに適用できる電気化学測定装置の構成例を示す。
【図１８】本発明の全ての測定パターンに適用できる電気化学測定装置の構成例を示す。
【図１９】本発明の濃度センサの一態様であり、検出極に回転ディスク電極を用いた電気化学測定装置を示す。
【図２０】本発明の濃度センサの一態様であり、導電性ダイヤモンドからなる検出極および対極をマイクロ電極系とした電気化学測定装置を示す。
【図２１】本発明の濃度センサの一態様であり、電極の電解液中への浸漬操作を必要としない、即ち、電極の少なくとも一面が、電解液に単に接触する形態の試料接触系電気化学測定装置を示す。
【図２２】本発明の濃度センサの一態様であり、電極の電解液中への浸漬操作を必要としない、即ち、電極の少なくとも一面が、電解液に単に接触する形態の別の試料接触系電気化学測定装置を示す。
【図２３】本発明の濃度センサの一態様であり、電極の電解液中への浸漬操作を必要としない、即ち、電極の少なくとも一面が、電解液に単に接触する形態の別の試料接触系電気化学測定装置を示す。
【図２４】本発明の濃度センサの一態様であり、電極の電解液中への浸漬操作を必要としない、即ち、電極の少なくとも一面が、電解液に単に接触する形態の別の試料接触系電気化学測定装置を示す。
【図２５】本発明の濃度センサの一態様であり、電極の電解液中への浸漬操作を必要としない、即ち、電極の少なくとも一面が、電解液に単に接触する形態の別の試料接触系電気化学測定装置を示す。
【図２６】白金電極を検出極とし、過酸化水素についての＋１．５ｖにおける酸化電流値を求めて得た、応答電流−過酸化水素濃度の検量線を示す。
【図２７】ダイヤモンド電極を検出極とし、過酸化水素についての＋２．５ｖにおける酸化電流値および−０．７ｖにおける還元電流値を求めて得た、応答電流−過酸化水素濃度の検量線を示す。
【図２８】白金電極を検出極とし、アスコルビン酸についての＋１．５ｖにおける酸化電流値を求めて得た、応答電流−アスコルビン酸濃度の検量線を示す。
【図２９】ダイヤモンド電極を検出極とし、アスコルビン酸についての＋１．５ｖおよび＋２．５ｖにおける酸化電流値を求めて得た、応答電流−アスコルビン酸濃度の検量線を示す。
【図３０】白金電極を検出極とし、尿酸についての＋１．５ｖにおける酸化電流値を求めて得た、応答電流−尿酸濃度の検量線を示す。
【図３１】ダイヤモンド電極を検出極とし、尿酸についての＋１．５ｖおよび＋２．５ｖにおける酸化電流値を求めて得た、応答電流−尿酸濃度の検量線を示す。
【図３２】ダイヤモンド電極を検出極とし、グルコースについての＋２．５ｖにおける酸化電流値を求めて得た、応答電流−グルコース濃度の検量線を示す。
【図３３】検出極として白金を用い、Ｈ2 Ｏ2 を＋１ｍＭ含有させた電解液とＨ2 Ｏ2 を含有させていない電解液についての電流密度−電位のグラフを示す。
【図３４】検出極に導電性ダイヤモンドを使用した以外は図３３について説明した条件と同じようにして得た電流密度−電位のグラフを示す。
【図３５】検出極として白金を用い、アスコルビン酸を＋１ｍＭ含有させた電解液とアスコルビン酸を含有させていない電解液についての電流密度−電位のグラフを示す。
【図３６】検出極として導電性ダイヤモンドを用いた以外は図３５について説明した条件と同じようにして得た電流密度−電位のグラフを示す。
【図３７】検出極として白金を用い、尿酸を＋１ｍＭ含有させた電解液と尿酸を含有させていない電解液についての電流密度−電位のグラフを示す。
【図３８】検出極として導電性ダイヤモンドを用いた以外は図３７について説明した条件と同じようにして得た電流密度−電位のグラフを示す。
【図３９】検出極として白金を用い、グルコースを＋１ｍＭ含有させた電解液とグルコースを含有させていない電解液についての電流密度−電位のグラフを示す。
【図４０】検出極として導電性ダイヤモンドを用いた以外は図３９について説明した条件と同じようにして得た電流密度−電位のグラフを示す。
【図４１】検出極として白金を用い、メタノールを＋１Ｍ含有させた電解液とメタノールを含有させていない電解液についての電流密度−電位のグラフを示す。
【図４２】検出極として導電性ダイヤモンドを用いた以外は図４１について説明した条件と同じようにして得た電流密度−電位のグラフを示す。
【図４３】検出極として白金を用い、酸素が含有される電解液と酸素が含有されていない電解液についての電流密度−電位のグラフを示す。
【図４４】検出極として導電性ダイヤモンドを用いた以外は図４３について説明した条件と同じようにして得た電流密度−電位のグラフを示す。
【図４５】ドーパミンを含んだ電解液について、導電性ダイヤモンドの検出極を高速回転させて、検出極上で電気化学反応を観察した電流値−電位のグラフを示す。
【図４６】図４５のグラフに関して、検出極の回転数の平方根と酸化電流の関係をプロットして得たグラフである。
【図４７】検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学測定装置を用い、尿酸を＋０．２ｍＭ含有させたリン酸緩衝液と尿酸を含有させていないリン酸緩衝液中で測定した電流密度−電位曲線を示す。
【図４８】検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学測定装置を用い、過酸化水素を＋１０ｍＭ含有させたリン酸緩衝液と過酸化水素を含有させていないリン酸緩衝液中で測定した電流密度−電位曲線を示す。
【図４９】検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学測定装置を用い、尿酸を０．４ｍＭ、過酸化水素を＋４ｍＭ含有させたリン酸緩衝液と過酸化水素を含有させていないリン酸緩衝液中で測定した電流密度−電位曲線を示す。
【図５０】検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学測定装置を用い、牛の血清を１．５ｖｏｌ．％含有させたリン酸緩衝液と、牛の血清を１．５ｖｏｌ．％、尿酸＋０．０８ｍＭ含有させたリン酸緩衝液中で測定した電流密度−電位曲線を示す。
【図５１】検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学測定装置を用い、アスコルビン酸を＋１ｍＭ含有させたリン酸緩衝液とアスコルビン酸を含有させていないリン酸緩衝液中で測定した電流密度−電位曲線を示す。
【図５２】検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学測定装置を用い、グルコースを＋５ｍＭ含有させたリン酸緩衝液とグルコースを含有させていないリン酸緩衝液中で測定した電流密度−電位曲線を示す。
【図５３】電解液に０．５Ｍの硫酸と０．５Ｍの硫酸にグルコースを＋５ｍＭ含有させた電解液を使用した以外は図５２の場合と同じ測定方法による応答電流−尿酸濃度の検量線を示す。
【図５４】検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学装置を使用し、電解液として各種濃度の尿酸を含んだリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）を使用し、＋１．５Ｖ及び＋２．５Ｖにおける酸化電流を求めて得た、応答電流−尿酸濃度の検量線を示す。
【図５５】図５４に示した尿酸濃度０．２ｍＭの時の応答電流と検出極の回転数の平方根の関係を示す。
【図５６】検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学装置を使用し、電解液として各種濃度の過酸化水素を含んだリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）を使用し、＋２．５Ｖにおける酸化電流を求めて得た、応答電流−過酸化水素濃度の検量線を示す。
【図５７】検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学装置を使用し、電解液として各種濃度の過酸化水素を含んだリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）を使用し、−０．７Ｖにおける還元電流を求めて得た、応答電流−過酸化水素濃度の検量線を示す。
【図５８】検出極に回転ディスクダイヤモンド電極を用いた電気化学装置を使用し、電解液として各種濃度のアスコルビン酸を含んだリン酸緩衝液（ｐＨ７．０）を使用し、−０．７Ｖにおける還元電流を求めて得た、応答電流−アスコルビン酸濃度の検量線を示す。
【図５９】図５８に示した応答電流と検出極の回転数の平方根の関係を示す。
【符号の説明】
１，１１，３１    電解槽
２，１２，２２，３２    電解液
３，１３，２３，３３，４３，２３１，２３２    検出極
４，１４，２４，３４，４４    対極
５，１５，２５，３５    参照極
６，１６，２６，３６    電圧印加装置
２７，３９，４９，２７１，２７２，２７３    電気絶縁層
３７      回転駆動機構
３８      ダイヤモンド極
４０      リード部
５０      検出部
５１      制御部
５２      表示部
５３      容器
５４      試料板
５５      電解液
１３１    第１検出極
１３２    第２検出極
１３４    検出極兼対極
１４１    第１対極
１４２    第２対極
１４４    対極兼検出極
１４５，２４５    対極兼参照極
１５１    第１参照極
１５２    第２参照極
１６１    第１電圧印加装置
１６２    第２電圧印加装置
１３４５，１３４６，２３４５，２３４６    検出極兼対極兼参照極
【図１】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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