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JPH0812151B2 - 過酸化水素濃度測定装置 - Google Patents
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JPH0812151B2 - 過酸化水素濃度測定装置 - Google Patents

過酸化水素濃度測定装置

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JPH0812151B2
JPH0812151B2 JP4215389A JP4215389A JPH0812151B2 JP H0812151 B2 JPH0812151 B2 JP H0812151B2 JP 4215389 A JP4215389 A JP 4215389A JP 4215389 A JP4215389 A JP 4215389A JP H0812151 B2 JPH0812151 B2 JP H0812151B2
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常利 大蔵
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朱 黒川
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、過酸化水素濃度測定装置に関し、更に詳し
く言えば、連続測定が可能で、電気的ノイズを受けにく
く、広い濃度範囲で良好な測定ができ、更には必要に応
じて工程の遠隔管理ができる過酸化水素濃度測定装置に
関する。
本発明は、化学、医薬品、食品工業の工程管理、環境
計測又は医療診断、計測等に、更にはグルコース等の濃
度を測定するバイオセンサ等に利用される。
〔従来の技術〕
従来の過酸化水素濃度測定装置としては、内部に充填
された所定の電極液、カソード、アノード及びこのカソ
ード表面に配置され酸素(過酸化水素)が通過可能な樹
脂膜(テフロン膜等)をもつ酸素電極(過酸化水素電
極)からなるものが知られている(「バイオセンシン
グ」、P.42、軽部征夫編・著、啓学出版(株)発行)。
これは、カソード(白金極板)上での過酸化水素の分解
反応により生じる電流又は電位を計測して、過酸化水素
濃度を検出していた。
また、光を利用した過酸化水素濃度分析装置として
は、過酸化水素により酸化され発色する色素を加えて特
定波長の吸光度から濃度を測定する装置も知られてい
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来の電気を利用するものはノイズの影響を受け
易く又分析速度が十分に速いとは言えない。上記光を利
用した装置は、発色反応が不可逆であるため連続測定が
困難であり、またこの色素は有機物であるので、長寿命
又は安定性等の点でも問題がある。
本発明は、上記観点に鑑みてなされたものであり、所
定の酸化物等が過酸化水素の分解を促進すること、更
に、この分解促進物質を用いて管状体内でのこの過酸化
水素を分解させて過酸化水素の半径方向での濃度勾配を
生じさせることにより、光の伝播特性が変化すること、
を見出して完成されたものである。
本発明は、連続測定が可能で、分析速度が速くて電気
的ノイズを受けにくくかつ広い濃度範囲で良好に測定す
ることができる過酸化水素濃度測定装置を提供すること
を目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の過酸化水素濃度測定装置は、管状体と発光素
子と受光素子とを具備することを特徴とし、 この管状体は、少なくとも内壁に過酸化水素分解促進
物質を有し、過酸化水素濃度測定用被検液を導入する導
入口と該被検液を導出する導出口とを具備し、上記発光
素子は、導入口側又は導出口側に位置する上記管状体の
一端側に、直接に又は送光用光ファイバを介して、配置
され、上記受光素子は、上記導出口側又は導入口側に位
置する上記管状体の他端側に、直接に又は受光用光ファ
イバを介して、配置される。
上記管状体は、少なくとも内壁に過酸化水素分解促進
物質を有すればよく、この過酸化水素促進物質のみにて
又はこの物質を主体として管状体を焼成等して製作して
もよいし、この促進物質を含まない管状体を形成しその
内壁にこの促進物質のみ又はこれを主として含む組成物
を用いて被覆膜を形成した構成としてもよい。
この過酸化水素分解促進物質としては、CuO、Cu2O、P
b3O4、PbO、PbO2、FeO、Mn3O4、MnO2、V2O5及び過酸化
水素分解酵素のうちの少なくとも1種を用いることがで
きる。又この被覆層を形成する場合には管状体の所定部
分に形成させるものとすることができ、通常、内壁面の
全面に被覆させるが、その一部であっても良い。
〔作用〕
被検液が管状体内部を通過して行く間に、内壁と液の
界面武運で過酸化水素の分解反応が生じる。従って第2
図(A)に示すように、管状体の中心軸から半径方向に
過酸化水素の濃度分布が発生するので、それに伴って屈
折率の分布が生じることになる。尚、分解促進物質を有
しない管状体を使用した場合であって過酸化水素の分解
が生じないため濃度分布が生じない場合を、同図(B)
に示す。この分布の勾配は被検液の過酸化水素濃度が高
くなる程、大きくなる。
そして光ファイバ2から被検液へ入射した光8は、第
3図に示すように、液の屈折率勾配のため壁面への入射
角(θ)が減少させられ、そのため壁面での吸収、散乱
が少なくなるとともに反射の回数も減少する、尚、同図
中、9は屈折率勾配を有しない光を示す。従って本発明
の場合には、過酸化水素が存在しない場合よりも、また
内壁に上記分解促進物質を有しなくて濃度分布を生じな
い場合よりも、受光素子に強い光が届くことになるの
で、過酸化水素の濃度が増すに従って受光量が大きくな
り、両者は比例の関係を示すこととなる。
〔発明の効果〕
上記作用に示すように、本測定装置においては、過酸
化水素濃度の広い範囲まで良好な比例関係特に直線性を
示すので、その測定に極めて好都合である。また、電気
的方法と比べて電気的ノイズを受けにくいので安定して
測定することができ、色素法と異なり連続測定ができ
る。更に、光ファイバを用いる場合には、この光ファイ
バを延長することにより工程の遠隔管理ができ、大変有
用である。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
上記過酸化水素分解促進物質のうち代表的な酸化銅Cu
Oを用いて、測定装置を製作して過酸化水素濃度と光電
流の関係を測定した。本測定装置の縦断面図を第1図に
示した。
本装置は、管状体1と送光用光ファイバ2と受光用光
ファイバ3と発光素子4と受光素子5と被検液7を導入
するための被検液供給装置6とからなる。
この管状体1は内径が3mmφ、外形6mmφ、長さ120mm
であり、酸化銅CuOから構成される。そして、この管状
体1の一端には、ゴムシール13を介して送光用光ファイ
バ2の一端が挿入され、かつこの近くの端側側面に被検
液導入口11が取付けられている。また、管状体1の他端
には、ゴムシール14を介して受光用光ファイバ3の一端
が挿入され、かつこの近くの端側側面に被検液導出口12
が取付けられている。尚、この光ファイバ2、3は逆に
取り付けてもよい。このゴムシール部分13、14は、他の
本体部との一体物(一体成形体又は接合体)であっても
よく、その材質も問わない。
両光ファイバ2、3は、長さ約1,000mmで、その材質
はガラスである。発光素子4としては、発光ダイオード
(LED)ランプを用い、送光用光ファイバ2の他端に配
置されている。受光素子5としては、フォトダイオード
を用い受光用光ファイバ3の他端に対向するように配置
され、この他端から受光する光量を電流値として検知す
る構成となっている。
そして、上記管状体1の導入口11には、被検液7を供
給するための被検液供給装置6がポンプを介して接続さ
れている。
管状体1は以下のようにして製作された。即ち、酸化
銅(CuO試薬、粒径1.5μm)300g及び脱イオン水200gを
15mmφのアルミナ球石500gとともに、内容積1のアル
ミナ質ポットに入れ、84rpmで24時間粉砕した。次にポ
リビニルアルコールを3gを追加し、更に24時間混合す
る。このようにして泥漿を製作し、この泥漿を冷凍乾燥
して、60メッシュの篩を通して所定の粉末を製作した。
この粉末をラバープレス成形法にて、圧力1000kg/cm2
のもとで上記管状体形状に成形し、その後1000℃で1時
間、大気雰囲気中で焼成して、上記管状体1を製作し
た。
この管状体1の両端にしかもそのほぼ中心上に光ファ
イバ2、3を装着し、更に所定位置に上記LED4、フォト
ダイオード5等を装着して、本測定装置を製作した。そ
して、この装置の導入口11の一端から、各種過酸化水素
濃度の被検液7を毎分1ml/分の流量で、被検液供給装置
6のポンプを駆動させることにより供給した。次いで、
この管状体1の内部を被検液7が通過する際の光電流
を、上記フォトダイオードを用いて測定した。この結果
である過酸化水素濃度と光電流値の関係を第4図に示し
た。
次いで、以下のように過酸化水素分解促進物質を有し
ない比較例を行った。即ち、上記と同形状のガラス管
(比較例1)及びアルミナ磁器管(比較例2)を用いて
上記と同様に試験を実施した。尚、酸化銅は真黒であっ
たが、ガラス管及びアルミナ磁器管は透光性であるの
で、実施例と比較例の測定条件を近似させるために、本
比較例では管全体を光遮断箱で覆った。この結果も第4
図に示した。
この図に示すように、比較例1及び2ともに、濃度を
高くしても光電流値の絶対値が小さくかつそれと過酸化
水素濃度との関係における勾配(変化)も極めて小さい
ので、その濃度に対する十分な感度が得られずその検出
には適さない。
一方、本実施例では、広い濃度範囲において傾きの大
きな良好な直線関係を示した。従って本装置を用いれ
ば、広い濃度範囲において過酸化水素の濃度を良好にし
かも感度よく測定することができる。また、この光ファ
イバーを更に延長することにより、工程の遠隔管理が容
易にでき、更に電気的ノイズを受けずに高速度で、連続
測定をすることもできる。また他の酸化物(Cu2O、Pb
O、PbO2、FeO、Mn3O4、MnO2又はV2O5)を用いても、上
記と同様に良好な結果を示した。
尚、本発明においては、上記具体的実施例に示すもの
に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々
変更した実施例とすることができる。即ち、上記管状体
とは、被検液を通過させるものであればよく、その大き
さ、長さ、全体形状、断面形状、材質等は、目的、用途
により種々のものを選択することができる。例えば、そ
の全体形状も直管状でなく曲管状であってもよいし、そ
の横断面形状も通常は真円であるが四角、六角、楕円等
とすることもでき、更にはハニカム状又は蓮根状のよう
に複数の流路孔を有してもよい。また、分解促進物質と
他の材料とから構成される場合には、この促進物質を50
重量%以上含むのが好ましい。尚、被覆層を形成する場
合、この膜厚、気孔率、その形成方法等は問わない。こ
の場合の本体材質は、通常、セラミックであるが、これ
に限定されない。
また、発光側及び受光側に光ファイバを用いずに、発
光素子及び受光素子を直接に管状体に取りつけた構成と
してもよいし、又はその一方に光ファイバを構成しその
他方には直接素子を取りつけた構成としてもよい。光フ
ァイバの長さ、太さ、材質、形態、取付け位置等も種々
選択でき、例えば、材質はガラスに限らず樹脂でもよ
い。
更に、発光素子としてはLEDに限らず、アルゴン等の
レーザー光も使用することができる。受光素子として
も、他の公知のものを用いることもできる。
本装置は、過酸化水素濃度を直接に検出するものであ
り、この過酸化水素濃度検出により他物質濃度の測定が
できるものにも利用できる。例えば、その前段にグルコ
ースオキシダーゼ固定化セルを設けることにより、グル
コースの濃度を測定でき、従って本装置はバイオセンサ
としての応用もできる。
参考例として、過酸化水素と同様に、触媒により分解
して拡散又は揮散が容易な物質(酸素、窒素、塩素、炭
酸ガス等)を生じさせ溶解物質濃度を減少させる物質の
測定にも、応用できる。この場合、この物質の分解を促
進するような触媒物質を管状体の内壁に保持させること
は、本発明と同様である。例えば、このような物質とし
て、硝酸アンモニウム(NH4NO3)又は亜硝酸アンモニウ
ム(NH4NO2)等がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例に係わる過酸化水素濃度測定装置の説明
断面図、第2図は管状体の半径方向に濃度(屈折率)の
分布が生じることを示す説明図、第3図は管状体を通過
する光の軌跡を示す説明図、第4図は実施例において過
酸化水素濃度と光電流値との関係を示すグラフである。 1;管状体、11;導入口、12;導出口、13;内壁、2;発光側
光ファイバー、3;受光側光ファイバー、4;発光素子、5;
受光素子、6;被検液供給装置、7;被検液。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 秀保 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 大蔵 常利 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 徳本 淳一 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内 (72)発明者 黒川 朱 愛知県名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日 本特殊陶業株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも肉壁に過酸化水素分解促進物質
    を有し、過酸化水素濃度測定用被検液を導入する導入口
    と該被検液を導出する導出口とを具備する管状体と、 該導入口側又は導出口側に位置する該管状体の一端側
    に、直接に又は送光用光ファイバを介して、配置される
    発光素子と、 上記導出口側又は導入口側に位置する上記管状体の他端
    側に、直接に又は受光用光ファイバを介して、配置され
    る受光素子と、を具備することを特徴とする過酸化水素
    濃度測定装置。
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