JPH07119737B2 - 溶質濃度測定装置 - Google Patents
溶質濃度測定装置Info
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- JPH07119737B2 JPH07119737B2 JP2072994A JP7299490A JPH07119737B2 JP H07119737 B2 JPH07119737 B2 JP H07119737B2 JP 2072994 A JP2072994 A JP 2072994A JP 7299490 A JP7299490 A JP 7299490A JP H07119737 B2 JPH07119737 B2 JP H07119737B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、測定対象溶質の定電位電解反応によって生
じるイオン濃度から対象溶質濃度を求める濃度測定装置
に関するものである。
じるイオン濃度から対象溶質濃度を求める濃度測定装置
に関するものである。
（従来の技術） イオンセンサによる溶媒中の特定溶質の濃度測定には、
従来、次のような装置が用いられている。
従来、次のような装置が用いられている。
１）溶質が電解質の場合 溶質の熱的な電離平衡反応によって生じるイオン濃度の
検出を特徴とする濃度測定装置。
検出を特徴とする濃度測定装置。
上記イオン濃度は溶媒に溶けた溶質濃度に比例するか
ら、イオン濃度を測定すれば、対象溶質の濃度がわかる
のを測定原理としている。
ら、イオン濃度を測定すれば、対象溶質の濃度がわかる
のを測定原理としている。
２）溶質が非電解質の場合 非電解質から電解質を生成する物、例えば、酵素や微生
物等がイオン感応部またはその近傍に固定されたイオン
検出部もつ濃度測定装置 非電解質から電解質を生成する物、例えば、酵素や微生
物等をイオン感応部またはその近傍に固定されている
と、非電解質の溶質に比例した電解質が生成され、この
生成された電解質の濃度に比例したイオンが熱的な電離
平衡反応によって生じ、イオン濃度測定から間接的に非
電解質の濃度が測定されている。
物等がイオン感応部またはその近傍に固定されたイオン
検出部もつ濃度測定装置 非電解質から電解質を生成する物、例えば、酵素や微生
物等をイオン感応部またはその近傍に固定されている
と、非電解質の溶質に比例した電解質が生成され、この
生成された電解質の濃度に比例したイオンが熱的な電離
平衡反応によって生じ、イオン濃度測定から間接的に非
電解質の濃度が測定されている。
（発明が解決しようとする課題） 上記の濃度測定装置は、溶質の一部が熱的に電離平衡反
応して生じるイオン濃度を測定の原理にしている。した
がって、溶質濃度の測定下限は溶質の電離度を支配する
電離定数に左右され、電離定数の小さい溶質の濃度の測
定は困難になる。
応して生じるイオン濃度を測定の原理にしている。した
がって、溶質濃度の測定下限は溶質の電離度を支配する
電離定数に左右され、電離定数の小さい溶質の濃度の測
定は困難になる。
本願の第一の発明は、電離平衡定数の小さい溶質の濃度
測定が困難である上記の欠点を改善することを課題とし
て為したものであり、第二の発明は非電解質の濃度測定
における濃度検出感度の改善を為したものである。
測定が困難である上記の欠点を改善することを課題とし
て為したものであり、第二の発明は非電解質の濃度測定
における濃度検出感度の改善を為したものである。
（課題を解決するための手段） （一） 第一の発明の要点は、作用電極（１）とイオン
感応性電解効果型トランジスタ（以降ISFETと略称す
る）（２）のイオン感応部（３）とが近接して構成され
ることにある。
感応性電解効果型トランジスタ（以降ISFETと略称す
る）（２）のイオン感応部（３）とが近接して構成され
ることにある。
（二） 第二の発明の要点は、作用電極（１）またはIS
FET（２）のイオン感応部（３）の少なくとも何れかの
表面またはその近傍に、少なくともその何れかに、非電
解質から電解質を生成する物（11）、例えば、酵素や微
生物等の固定された作用電極（１）とISFET（２）のイ
オン感応部（３）とが近接して構成されることにある。
FET（２）のイオン感応部（３）の少なくとも何れかの
表面またはその近傍に、少なくともその何れかに、非電
解質から電解質を生成する物（11）、例えば、酵素や微
生物等の固定された作用電極（１）とISFET（２）のイ
オン感応部（３）とが近接して構成されることにある。
（発明の作用） 本願の第一の発明は、測定対象溶質の定電位電解によっ
て、測定対象溶質濃度に比例して生じるイオン濃度のIS
FETによる検出値から対象溶質の濃度が測定される。
て、測定対象溶質濃度に比例して生じるイオン濃度のIS
FETによる検出値から対象溶質の濃度が測定される。
第二の発明は、測定対象の非電解質の溶質から生成され
る電解質の定電位電解によって、測定対象溶質濃度に比
例して、生じるイオン濃度のISFETによる検出値から対
象溶質の濃度が測定される。
る電解質の定電位電解によって、測定対象溶質濃度に比
例して、生じるイオン濃度のISFETによる検出値から対
象溶質の濃度が測定される。
（実施例） （第一発明の実施例） 図面の第１図は第一発明の実施例を示す溶質濃度測定装
置の回路である。第２図および第３図は、作用電極
（１）および対向電極（４）とISFET（２）が絶縁物
（５）で固定された溶質濃度検出部（14）の図である。
第４図および第５図は、作用電極（１）がISFET（２）
のイオン感応部３に近接して作り付けられ、対向電極
（４）がISFET（２）の装着されている絶縁基板（６）
の裏面に作り付けられて一体化された溶質濃度検出部
（14）の図である。
置の回路である。第２図および第３図は、作用電極
（１）および対向電極（４）とISFET（２）が絶縁物
（５）で固定された溶質濃度検出部（14）の図である。
第４図および第５図は、作用電極（１）がISFET（２）
のイオン感応部３に近接して作り付けられ、対向電極
（４）がISFET（２）の装着されている絶縁基板（６）
の裏面に作り付けられて一体化された溶質濃度検出部
（14）の図である。
第１図において、第一発明の実施例の測定回路系につい
て説明する。
て説明する。
比較電極（12）は作用電極（１）と溶媒（13）との界面
間の電圧を正確に測定するための電極である。
間の電圧を正確に測定するための電極である。
測定対象溶質の電解に必要な電圧は、作用電極（１）と
対向電極（４）に印加される。設定電圧（15）で設定さ
れる作用電極（１）と比較電極（12）との電位差は、増
幅器（16）によって常に、測定対象の溶質が選択的に電
解される一定の電圧に制御される。
対向電極（４）に印加される。設定電圧（15）で設定さ
れる作用電極（１）と比較電極（12）との電位差は、増
幅器（16）によって常に、測定対象の溶質が選択的に電
解される一定の電圧に制御される。
設定電圧（17）で設定されたISFET（２）のドレーン
（８）・ソース（９）間の電圧は増幅器（18）によって
常に一定に制御されている。
（８）・ソース（９）間の電圧は増幅器（18）によって
常に一定に制御されている。
作用電極（１）に触れた測定対象溶質は電解され、イオ
ンが生じる。このイオンに選択的に感応し濃度に応じて
ISFET（２）のイオン感応部（３）に設けたイオン選択
膜（７）と溶媒（13）との界面間に電圧が生じる。この
界面電圧とソース（９）の電圧との和の電圧がイオン選
択膜（７）とソース（９）との間に印加される。この電
圧によってチャンネル（10）に電子が誘引され、このチ
ャンネル（10）の抵抗が変化し、ドレーン（８）からソ
ース（９）へ流れる電流が変化する。この電流の変化は
測定対象の溶質の濃度に対応した出力電圧（19）となっ
て出力される。
ンが生じる。このイオンに選択的に感応し濃度に応じて
ISFET（２）のイオン感応部（３）に設けたイオン選択
膜（７）と溶媒（13）との界面間に電圧が生じる。この
界面電圧とソース（９）の電圧との和の電圧がイオン選
択膜（７）とソース（９）との間に印加される。この電
圧によってチャンネル（10）に電子が誘引され、このチ
ャンネル（10）の抵抗が変化し、ドレーン（８）からソ
ース（９）へ流れる電流が変化する。この電流の変化は
測定対象の溶質の濃度に対応した出力電圧（19）となっ
て出力される。
第一発明による過酸化水素の濃度測定結果を第６図に示
す。第６図は水溶液中の過酸化水素の濃度変化に対する
濃度測定装置の出力電圧変化である。
す。第６図は水溶液中の過酸化水素の濃度変化に対する
濃度測定装置の出力電圧変化である。
第１図を用いて、過酸化水素の濃度測定実施例の測定回
路系を説明する。
路系を説明する。
第１図において、溶媒（13）として脱イオン水を使用
し、室内雰囲気との平衡がとれた後に、これに過酸化水
素溶液を滴下して濃度測定装置の出力電圧（19）の変化
を調べた。
し、室内雰囲気との平衡がとれた後に、これに過酸化水
素溶液を滴下して濃度測定装置の出力電圧（19）の変化
を調べた。
この溶質濃度検出に使用された溶質濃度検出部（14）の
構造は第２図および第３図に示す構造である。作用電極
（１）と対向電極（４）に、それぞれ、白金線を使用
し、ISFETと共にシリコン樹脂で固定された。
構造は第２図および第３図に示す構造である。作用電極
（１）と対向電極（４）に、それぞれ、白金線を使用
し、ISFETと共にシリコン樹脂で固定された。
比較電極（12）として銀塩化銀電極（Ag/AgCl）を使用
した。過酸化水素の電解のために、比較電極（12）に対
して作用電極（１）が0.7Vになるように設定電圧（15）
で設定された。
した。過酸化水素の電解のために、比較電極（12）に対
して作用電極（１）が0.7Vになるように設定電圧（15）
で設定された。
電解で生じるイオン検出のためのISFET（２）のドレー
ン（８）・ソース（９）間の電圧は設定電圧（17）によ
って1vに設定された。
ン（８）・ソース（９）間の電圧は設定電圧（17）によ
って1vに設定された。
第６図において、実線は本発明による測定電圧である。
破線は、作用電極（１）と対向電極（４）に電圧を印加
しない開放状態、即ち、従来のISFET（２）のみによる
濃度測定電圧である。
破線は、作用電極（１）と対向電極（４）に電圧を印加
しない開放状態、即ち、従来のISFET（２）のみによる
濃度測定電圧である。
脱イオン水が過酸化水素の最初の滴下によって12ppbの
過酸化水素水溶液に変化したとき、本発明による濃度測
定装置の出力電圧（19）は10mV変化する。これに対し
て、作用電極（１）と対向電極（４）に電圧を印加しな
い開放状態（従来のISFET（２）のみによる検出状態）
では、脱イオン水が12000ppbの過酸化水素の濃度に達し
たとき、はじめて、10mvの出力電圧変化が得られた。
過酸化水素水溶液に変化したとき、本発明による濃度測
定装置の出力電圧（19）は10mV変化する。これに対し
て、作用電極（１）と対向電極（４）に電圧を印加しな
い開放状態（従来のISFET（２）のみによる検出状態）
では、脱イオン水が12000ppbの過酸化水素の濃度に達し
たとき、はじめて、10mvの出力電圧変化が得られた。
この結果から本発明の濃度測定装置による過酸化水素の
検出は従来のISFETのみによる検出濃度の下限の1000分
の１まで可能である。即ち、1000倍の測定感度が得られ
た。
検出は従来のISFETのみによる検出濃度の下限の1000分
の１まで可能である。即ち、1000倍の測定感度が得られ
た。
（第二発明の実施例） 第７図、第８図、第９図、第10図、第11図、第12図は、
第二発明の実施例である、非電解質の溶質濃度検出部
（14）の図である。
第二発明の実施例である、非電解質の溶質濃度検出部
（14）の図である。
第７図、第８図、第９図、第10図は、作用電極（１）の
表面とイオン感応部（３）の近傍に非電解質から電解質
を生成する物（11）、例えば、酵素や微生物等の固定化
された膜が被覆されている非電解質の溶質濃度検出部
（14）の図である。
表面とイオン感応部（３）の近傍に非電解質から電解質
を生成する物（11）、例えば、酵素や微生物等の固定化
された膜が被覆されている非電解質の溶質濃度検出部
（14）の図である。
第11図、第12図は、イオン感応部（３）の表面とその近
傍に非電解質から電解質を生成する物（11）、例えば、
酵素や微生物等の固定化された膜が被覆されている非電
解質の溶質濃度検出部（14）の図である。
傍に非電解質から電解質を生成する物（11）、例えば、
酵素や微生物等の固定化された膜が被覆されている非電
解質の溶質濃度検出部（14）の図である。
第二発明による非電解質の濃度の測定実施例としてグル
コースの濃度測定結果を第13図に示す。
コースの濃度測定結果を第13図に示す。
第13図は、溶媒（13）の脱イオン水にグルコース水溶液
を滴下した時の水槽中のグルコース濃度と濃度測定装置
の出力電圧である。
を滴下した時の水槽中のグルコース濃度と濃度測定装置
の出力電圧である。
第１図を用いて、グルコースの濃度測定実施例の測定回
路系を説明する。
路系を説明する。
溶媒（13）、比較電極（12）、電解電圧は、第一発明に
よる過酸化水素の濃度測定実施例と同一である。
よる過酸化水素の濃度測定実施例と同一である。
溶質濃度の検出部（14）は第11図、第12図の構造であ
る。非電解質から電解質を生成する物（11）として、非
電解質のグルコースから電解質を生成するために作用電
極（１）またはイオン感応部（３）の近傍にグルコース
オキシダーゼを固定した。
る。非電解質から電解質を生成する物（11）として、非
電解質のグルコースから電解質を生成するために作用電
極（１）またはイオン感応部（３）の近傍にグルコース
オキシダーゼを固定した。
水溶液中のグルコースがグルコースオキシダーゼに触れ
るとこの触媒作用によってグルコースはグルコン酸と過
酸化水素に分解される。この過酸化水素の濃度はグルコ
ースの濃度に比例し、第一発明による過酸化水素の濃度
測定実施例と同様に、0.7Vの電圧が印加された作用電極
（１）に過酸化水素が触れると電気分解され、水素イオ
ンが生じる。この水素イオン濃度はグルコースの濃度に
比例し、水素イオン濃度のISFET（２）による検出値か
らグルコースの濃度が測定される。
るとこの触媒作用によってグルコースはグルコン酸と過
酸化水素に分解される。この過酸化水素の濃度はグルコ
ースの濃度に比例し、第一発明による過酸化水素の濃度
測定実施例と同様に、0.7Vの電圧が印加された作用電極
（１）に過酸化水素が触れると電気分解され、水素イオ
ンが生じる。この水素イオン濃度はグルコースの濃度に
比例し、水素イオン濃度のISFET（２）による検出値か
らグルコースの濃度が測定される。
グルコースオキシダーゼの触媒作用で生じるイオン濃度
をISFETで検出するにはイオン濃度が小さくグルコース
濃度の測定が困難であったが、第二の発明により、第13
図のように高感度でその測定が可能になった。
をISFETで検出するにはイオン濃度が小さくグルコース
濃度の測定が困難であったが、第二の発明により、第13
図のように高感度でその測定が可能になった。
（発明の効果） 本願の第一の発明は、溶質の電離度を支配する電離定数
に左右されなく、電離定数の小さい溶質の低濃度測定限
界の下限を著しく下げることが可能になる。
に左右されなく、電離定数の小さい溶質の低濃度測定限
界の下限を著しく下げることが可能になる。
第二の発明は、測定対象の非電解質の溶質から生成され
た電解質の定電位電解によって、測定対象溶質濃度に比
例して生じるイオン濃度のISFETによる検出値から測定
される対象溶質の低濃度測定限界の下限を下げることが
可能になる。
た電解質の定電位電解によって、測定対象溶質濃度に比
例して生じるイオン濃度のISFETによる検出値から測定
される対象溶質の低濃度測定限界の下限を下げることが
可能になる。
第１図は溶質濃度測定装置の回路図 第２図は電解質の溶質濃度検出部の正面図 第３図は電解質の溶質濃度検出部の２−２′断面図 第４図は電解質の溶質濃度検出部の正面図 第５図は電解質の溶質濃度検出部の４−４′断面図 第６図は過酸化水素の濃度測定結果 第７図は非電解質の溶質濃度検出部の正面図 第８図は非電解質の溶質濃度検出部の７−７′断面図 第９図は非電解質の溶質濃度検出部の正面図 第10図は非電解質の溶質濃度検出部の９−９′断面図 第11図は非電解質の溶質濃度検出部の正面図 第12図は非電解質の溶質濃度検出部の11−11′断面図 第13図はグルコースの濃度測定結果 １は作用電極、２はISFET、３はイオン感応部、４は対
向電極、５は絶縁物、６は絶縁基板、７はイオン選択
膜、８はドレーン、９はソース、10はチャンネル、11は
非電解質から電解質を生成する物、すなわち、酵素また
は微生物の固定化膜、12は比較電極、13は溶媒、14は溶
質濃度検出部、15は電解電圧設定用電圧、16は増幅器、
17はドレーン・ソース電圧設定用電圧、18は増幅器、19
は出力電圧
向電極、５は絶縁物、６は絶縁基板、７はイオン選択
膜、８はドレーン、９はソース、10はチャンネル、11は
非電解質から電解質を生成する物、すなわち、酵素また
は微生物の固定化膜、12は比較電極、13は溶媒、14は溶
質濃度検出部、15は電解電圧設定用電圧、16は増幅器、
17はドレーン・ソース電圧設定用電圧、18は増幅器、19
は出力電圧
フロントページの続き (72)発明者 月東 充 愛知県名古屋市中川区山王１丁目５番地25 号
Claims (2)
- 【請求項１】作用電極（１）と対向電極（４）と有し、
作用電極（１）とイオン感応性電界効果型トランジスタ
（２）のイオン感応部（３）とが近接したことを特徴と
する溶質濃度測定装置。 - 【請求項２】作用電極（１）と対向電極（４）とを有
し、作用電極（１）またはイオン感応性電界効果型トラ
ンジスタ（２）のイオン感応部（３）の少なくとも何れ
かの表面またはその近傍に、非電解質から電解質を生成
する物（11）、すなわち、酵素や微生物の固定された作
用電極（１）とイオン感応性電界効果型トランジスタ
（２）のイオン感応部（３）とが近接したのを特徴とす
る溶質濃度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2072994A JPH07119737B2 (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | 溶質濃度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2072994A JPH07119737B2 (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | 溶質濃度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03272449A JPH03272449A (ja) | 1991-12-04 |
| JPH07119737B2 true JPH07119737B2 (ja) | 1995-12-20 |
Family
ID=13505477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2072994A Expired - Fee Related JPH07119737B2 (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | 溶質濃度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07119737B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4238716B2 (ja) | 2003-12-15 | 2009-03-18 | 富士ゼロックス株式会社 | 電気化学測定用電極及びその製造方法 |
| JP4238715B2 (ja) | 2003-12-15 | 2009-03-18 | 富士ゼロックス株式会社 | 電気化学測定用電極 |
-
1990
- 1990-03-22 JP JP2072994A patent/JPH07119737B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03272449A (ja) | 1991-12-04 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |