JP7019505B2 - プラズマ分光分析方法 - Google Patents

Description

本発明は、ストリッピングによる電極上への濃縮とプラズマ発光とによる被検物質のプラズマ分光分析方法に関するものである。

下記特許文献１では、試料中に存在する一対の電極へ電圧を印加して分析対象物を濃縮する工程と、同じく電圧を印加してプラズマを発生させ、プラズマによって生じた分析対象物の発光を検出する検出工程を含む、プラズマ分光分析方法が報告されている。より具体的には、ストリッピングによる電極上への検体中の重金属イオンの濃縮に引き続き、電極間へ大電流を流して当該重金属イオンからプラズマ発光を発生させてその発光量によって検体中の重金属イオンを定量する方法が開示されている。

特開２０１６－１３０７３４号公報

上記プラズマ分光分析方法において、プラズマ発生に伴う発光に関与する電極は、たとえばニクロム線や銅線等、通常金属製であるが、その電極の表面には製造過程で種々の夾雑物（たとえば、油脂等の有機物）が付着している。そして、この夾雑物によって、得られた発光スペクトルにその夾雑物由来のピークが出現し、被検物質の正確な測定が妨げられることがあった。

上記に鑑み、本件発明の実施態様は、プラズマ分光分析方法で使用される電極に付着している夾雑物による、被検物質の正確な測定の阻害を解消することを課題とする。

本開示におけるプラズマ分光分析方法は、検体が導入された測定容器中に設置される一対の電極への電圧印加によりプラズマを発生させる電極洗浄工程と、
前記電極洗浄工程後、前記一対の電極への電圧印加により、一方の電極の近傍に前記検体中の被検物質を濃縮する濃縮工程と、
前記濃縮工程後、前記一対の電極への電圧印加によりプラズマを発生させ、該プラズマにより生じた前記被検物質の発光を検出する検出工程と、
を含んでなる。

本実施態様のプラズマ分光分析方法では、プラズマ分光分析方法で使用される電極に付着している夾雑物による、被検物質の正確な測定の阻害が解消される。

本実施形態で用いられる測定容器における要部の模式透視斜視図である。 図１ＡのＩ－Ｉ方向から見た模式断面図である。 図１Ａの測定容器を使用したプラズマ分光分析方法における電極洗浄工程、検出工程及び中間洗浄工程の概要を示す模式断面図である。 図１Ａの測定容器を使用したプラズマ分光分析方法における濃縮工程の概要を示す模式断面図である。 電極洗浄工程において１回目の電圧印加でのプラズマ発光スペクトルを示す。 電極洗浄工程において１０回目の電圧印加でのプラズマ発光スペクトルを示す。 電極洗浄工程において波長３３５．７８ｎｍにおけるカウント値の推移を示す。 電極洗浄工程において波長３５８．２２ｎｍにおけるカウント値の推移を示す。 電極洗浄工程において波長３８８．０８ｎｍにおけるカウント値の推移を示す。

本開示の第１の態様に係るプラズマ分光分析方法は、検体が導入された測定容器中に設置される一対の電極への電圧印加によりプラズマを発生させる電極洗浄工程と、前記電極洗浄工程後、前記一対の電極への電圧印加により、一方の電極の近傍に前記検体中の被検物質を濃縮する濃縮工程と、前記濃縮工程後、前記一対の電極への電圧印加によりプラズマを発生させ、該プラズマにより生じた前記被検物質の発光を検出する検出工程と、を含んでなる。

濃縮工程とは、検体を測定容器に導入し、該測定容器中に設置された一対の電極への電圧印加により、一方の電極の近傍に前記尿検体中の前記被検物質を濃縮する工程である。

本態様のプラズマ分光分析方法において測定の対象となる検体とは、測定の時点で液体の形態を有しているものであれば、特にその性状や由来については限定されない。検体は、測定に供される液体の原液、又はこれを液体媒体に懸濁、分散若しくは溶解した希釈液であってもよい。また、検体は、測定に供される固体を液体媒体に懸濁、分散又は溶解した希釈液であってもよい。さらに、検体は、測定に供される気体を液体媒体に溶解した溶液であってもよい。なお、液体媒体としては、検体を懸濁、分散又は溶解可能なものであれば、特に制限されず、たとえば、水又は緩衝液等が挙げられる。前記検体は、たとえば、生体由来の試料、環境由来の試料、金属、化学物質又は医薬品等が挙げられる。前記生体由来の検体としては、たとえば、尿、血液、毛髪、唾液、汗又は爪等が挙げられる。前記血液検体は、たとえば、赤血球、全血、血清又は血漿等が挙げられる。前記生体は、たとえば、ヒト、非ヒト動物又は植物等が挙げられ、前記非ヒト動物は、たとえば、ヒト以外の哺乳類、両生爬虫類、魚介類又は昆虫類等が挙げられる。前記環境由来の検体としては、たとえば、食品、水、土壌、大気又は空気等が挙げられる。前記食品としては、たとえば、生鮮食品又は加工食品等が挙げられる。前記水としては、たとえば、飲料水、地下水、河川水、海水又は生活排水等が挙げられる。

前記被検物質は、電荷を有するものであれば特に制限されず、たとえば、金属イオン、化学物質等が挙げられる。前記金属イオンとしては、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）、ヒ素（Ａｓ）、バリウム（Ｂａ）、ベリリウム（Ｂｅ）、ビスマス（Ｂｉ）、カドミウム（Ｃｄ）、セシウム（Ｃｓ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、鉛（Ｐｂ）、水銀（Ｈｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、テルル（Ｔｅ）、タリウム（Ｔｌ）、トリウム（Ｔｈ）、スズ（Ｓｎ）、タングステン（Ｗ）又はウラン（Ｕ）等のイオンが挙げられる。前記化学物質は、たとえば、試薬、農薬、化粧品等が挙げられる。前記被検物質は、たとえば、１種類でもよいし、２種類以上でもよい。

前記被検物質が金属イオンの場合、前記検体は、たとえば、前記検体中の金属イオンを分離するための試薬を含んでもよい。前記試薬は、たとえば、キレート剤又はマスキング剤等が挙げられる。前記キレート剤は、たとえば、ジチゾン、チオプロニン、メソ－２，３－ジメルカプトコハク酸（ＤＭＳＡ）、２，３－ジメルカプト－１－プロパンスルホン酸ナトリウム（ＤＭＰＳ）、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ニトリロ三酢酸（ＮＴＡ）、エチレンジアミン－Ｎ，Ｎ’－ジコハク酸（ＥＤＤＳ）又はαリポ酸等が挙げられる。なお、「マスキング」とは、前記検体に含有され測定を阻害する物質が有するＳＨ基の反応性を不活性にすることを意味し、たとえば、ＳＨ基の化学修飾により行うことができる。前記マスキング剤は、たとえば、マレイミド、Ｎ－メチルマレイミド、Ｎ－エチルマレイミド、Ｎ－フェニルマレイミド、マレイミドプロピオン酸、ヨードアセトアミド又はヨード酢酸等が挙げられる。

前記液体は、たとえば、ｐＨを調整したものでもよい。このような場合のｐＨは、被検物質の検出に資するものであれば特に制限されない。前記液体のｐＨは、たとえば、アルカリ性試薬又は酸性試薬等のｐＨ調整試薬で調整できる。

前記アルカリ性試薬は、たとえば、アルカリ又はその水溶液等が挙げられる。前記アルカリは、特に制限されず、たとえば、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウム又はアンモニア等が挙げられる。前記アルカリの水溶液は、たとえば、アルカリを水又は緩衝液で希釈したものが挙げられる。前記アルカリの水溶液において、前記アルカリの濃度は、特に制限されず、たとえば、０．０１～５ｍｏｌ／Ｌである。

前記酸性試薬は、たとえば、酸又はその水溶液等が挙げられる。前記酸は、特に制限されず、たとえば、塩酸、硫酸、酢酸、ホウ酸、リン酸、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸又は硝酸等が挙げられる。前記酸の水溶液は、たとえば、酸を水又は緩衝液で希釈したものが挙げられる。前記酸の水溶液において、前記酸の濃度は、特に制限されず、たとえば、０．０１～５ｍｏｌ／Ｌである。

前記濃縮工程とは、検体が導入された測定容器中に設置された一対の電極への電圧印加により、一方の電極の近傍に前記検体中の前記被検物質を濃縮する工程である。

前記一対の電極とは、電気分解における陽極と陰極との組み合わせをいう。前記電極は、固体電極であり、具体例として、棒電極等が挙げられる。前記電極の材料は、特に制限されず、固形導電材料であればよく、たとえば、前記被検物質の種類に応じて、適宜決定できる。前記電極の材料は、たとえば、非金属でもよいし、金属でもよいし、これらの混合物でもよい。前記電極の材料が非金属を含む場合、前記電極の材料は、たとえば、１種類の非金属を含んでもよいし、２種類以上の非金属を含んでもよい。前記非金属は、たとえば、炭素等が挙げられる。前記電極の材料が金属を含む場合、前記電極の材料は、たとえば、１種類の金属を含んでもよいし、２種類以上の金属を含んでもよい。前記金属は、たとえば、金、白金、銅、亜鉛、スズ、ニッケル、パラジウム、チタン、モリブデン、クロム、鉄等が挙げられる。前記電極の材料が２種類以上の金属を含む場合、前記電極の材料は、合金でもよい。前記合金は、たとえば、真鍮、鋼、インコネル（登録商標）、ニクロム、ステンレス等が挙げられる。前記一対の電極は、たとえば、同じ材料でもよいし、異なる材料でもよい。

前記電極の大きさは、前記測定容器内に少なくともその一部が収容されるものであれば、特に制限されない。なお、前記測定容器を、たとえば量産可能なカートリッジ化しようとする場合、前記測定容器の大きさを極力小型化することが望ましい。その場合は、その測定容器の大きさに応じて、前記電極も小型化されることになる。また、この一対の電極のうち一方又は両方は、前記測定容器内にあらかじめユニットとして備え付けられるものであってもよいし、あるいは、測定の際に前記測定容器内に適宜挿入されるものであってもよい。

前記一方の電極とは、前記被検物質が濃縮される方の電極である。ここで、前記被検物質が金属イオンの場合、前記一方の電極は陰極である。

前記被検物質の濃縮は、たとえば、電圧によって調節できる。このため、当業者であれば、前記濃縮が生ずる電圧（以下、「濃縮電圧」ともいう。）を適宜設定できる。前記濃縮電圧は、たとえば、１ｍＶ以上、望ましくは４００ｍＶ以上であり、その上限は、特に制限されない。前記濃縮電圧は、たとえば、一定でもよいし、変動することとしてもよい。

前記濃縮電圧を印加する時間は、特に制限されず、前記濃縮電圧に応じて、適宜設定できる。前記濃縮電圧を印加する時間は、たとえば、０．２～４０分、望ましくは５～２０分である。前記一対の電極への電圧印加は、たとえば、連続的に印加してもよいし、非連続的に印加してもよい。前記非連続的な印加は、たとえば、パルス印加が挙げられる。前記濃縮電圧の印加が非連続的な場合、前記濃縮電圧を印加する時間は、たとえば、前記濃縮電圧を印加している時間のみの合計の時間でもよいし、前記濃縮電圧を印加している時間と前記濃縮電圧を印加していない時間との合計の時間でもよい。

前記一対の電極への電圧の印加を行う手段としての電圧印加手段は、特に制限されず、たとえば、前記一対の電極間に所定の電圧を印加できればよく、公知の手段として電圧器等が使用できる。前記濃縮工程において、前記一対の電極間に流す電流は、たとえば、０．０１～２００ｍＡ、望ましくは１０～６０ｍＡ、より望ましくは１０～４０ｍＡに設定できる。

前記検出工程は、前述のように、前記一対の電極への前記濃縮工程の際よりも、たとえば、大きな電流となるように電圧を印加することによりプラズマを発生させ、前記プラズマにより生じた前記被検物質の発光を検出する。

ここで、前記検出工程における電流の方向は、前記濃縮工程の際の電流の方向と同じであってもよい。しかしながら、前記電圧印加手段として、電圧を印加する際の電流の方向を切り替え可能なものを使用して、前記プラズマを発生させる際の電流の方向を、前記濃縮工程の際の電流の方向とは反対にすることが望ましい。

具体的には、前記濃縮工程において、正の電荷を有する前記被検物質（たとえば、金属イオン）が陰極としての前記一方の電極の近傍に濃縮されるので、前記検出工程では当該一方の電極が陽極となるように前記電圧印加手段からの電流方向を設定すればよい。

前記検出工程は、前記濃縮工程と連続的に行ってもよいし、非連続的に行ってもよい。前者の場合、前記検出工程は、前記濃縮工程の終了と同時に前記検出工程を行う。後者の場合、前記検出工程は、前記濃縮工程の終了後から所定時間内に検出工程を行う。前記所定時間は、たとえば、前記濃縮工程後、０．００１～１，０００秒、望ましくは１～１０秒である。

前記検出工程において、「プラズマを発生させる」とは、プラズマを実質的に発生させることであり、具体的には、プラズマ発光の検出において、実質的に検出可能な発光を示すプラズマの発生を意味する。具体例として、プラズマ発光の検出器により、プラズマ発光が検出可能であるといえる。

実質的なプラズマの発生は、たとえば、電圧によって調節できる。このため、当業者であれば、実質的に検出可能な発光を示すプラズマを発生させるための電圧（以下、「プラズマ発生電圧」ともいう。）は、適宜設定できる。前記プラズマ発生電圧は、たとえば、１０Ｖ以上、望ましくは１００Ｖ以上であり、その上限は、特に制限されない。前記プラズマが発生する電圧は、たとえば、前記濃縮が起こる電圧に対して、相対的に高い電圧である。このため、前記プラズマ発生電圧は、前記濃縮電圧に対して、高い電圧であることが好ましい。前記プラズマ発生電圧は、たとえば、一定でもよいし、変動してもよい。

前記検出工程における前記一対の電極への前記プラズマ発生電圧の印加は、前記濃縮工程で用いられた電圧印加手段により、より高電圧で、望ましくはその電流方向を反対にして行うことができる。前記検出工程において、前記電極間の電流は、前記プラズマ発生電圧が前記濃縮電圧より相対的に高いため、前記濃縮工程より相対的に大きなものとなり、たとえば、０．０１～１００，０００ｍＡ、望ましくは５０～２，０００ｍＡに設定することができる。

前記プラズマ発生電圧を印加する時間は、特に制限されず、前記プラズマ発生電圧に応じて、適宜設定できる。前記プラズマ発生電圧を印加する時間は、たとえば、０．００１～０．０２秒、望ましくは０．００１～０．０１秒である。前記一対の電極への前記プラズマ発生電圧は、たとえば、連続的に印加してもよいし、非連続的に印加してもよい。前記非連続的な印加としては、たとえば、パルス印加が挙げられる。前記プラズマ発生電圧の印加が非連続的な場合、前記プラズマ発生電圧を印加する時間は、たとえば、１回の前記プラズマ発生電圧を印加している時間で定義してもよいし、前記プラズマ発生電圧を印加している時間の合計の時間で定義してもよい。あるいは、前記プラズマ発生電圧を印加している時間と前記プラズマ発生電圧を印加していない時間との合計の時間で定義してもよい。

前記検出工程において、前記発生したプラズマ発光は、たとえば、連続的に検出してもよいし、非連続的に検出してもよい。前記発光の検出は、たとえば、発光の有無の検出、発光の強度の検出、特定の波長の検出、スペクトルの検出等が挙げられる。前記特定の波長の検出は、たとえば、前記被検物質が、プラズマ発光時に発する特有の波長の検出が挙げられる。前記発光の検出方法は、特に制限されず、たとえば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）又は分光器等の公知の光学測定機器が利用できる。

なお、前記検出工程において、前記プラズマにより生じた前記被検物質の発光を検出することは、この検出した発光から前記被検物質の定量が行われる，という意義を有する。この定量は、たとえば、既知濃度の被検物質を用いてあらかじめ同様に行った測定結果から得られた検量線に当て嵌めることで行うことができる。

ここで、前記検出工程においては、プラズマ発生に直接関与する電極（以下、「プラズマ発生電極」と称する。）は、前記濃縮工程において前記被検物質が濃縮される方の電極である。このプラズマ発生電極の表面に、たとえば製造過程で種々の夾雑物（たとえば、油脂等の有機物）が付着しているような場合、前記濃縮工程における前記被検物質の濃縮が阻害され、それに起因して前記検出工程におけるプラズマ発生も阻害される。そのため、本態様においては、前記濃縮工程に先立ち、前記測定容器に検体が導入された段階で、前記測定容器中に設置される一対の電極への電圧印加によりプラズマを発生させる、電極洗浄工程が実施される。

この電極洗浄工程における前記一対の電極への電圧印加は、前記濃縮工程で用いられた電圧印加手段により、より高電圧で、望ましくはその電流方向を反対にして行うことができる。この電極洗浄工程における電圧印加により前記電極間に流れる電流は、前記検出工程における前記プラズマ発生電圧が前記濃縮電圧より相対的に高いため、前記濃縮工程より相対的に大きなものとなる。この電流値は、たとえば、０．０１～１００，０００ｍＡ、望ましくは５０～２，０００ｍＡに設定することができる。

前記電極洗浄工程においては、前記濃縮工程による前記被検物質の濃縮がまだ行われていないため、発生するプラズマは、被検物質よりも前記プラズマ発生電極の表面に付着する夾雑物に起因するところが大きい。よって、この電極洗浄工程におけるプラズマの発生によって、前記プラズマ発生電極が洗浄され、それに引き続く前記濃縮工程及び前記検出工程において当該夾雑物による阻害が解消される。

本開示の第２の態様に係るプラズマ分光分析方法は、前記第１の態様の構成に加え、前記電極洗浄工程においては複数回の電圧印加により複数回プラズマを発生させる。これにより、濃縮工程に移る前に、より念入りなプラズマ発生電極の洗浄が可能となる。

本開示の第３の態様に係るプラズマ分光分析方法は、前記第１又は第２の態様の構成に加え、前記電極洗浄工程及び前記検出工程における前記電圧印加の電流方向は同じであり、前記濃縮工程における前記電圧印加の電流方向は前記電極洗浄工程及び前記検出工程とは異なる。

前記第１の態様で言及したように、前記濃縮工程では前記プラズマ発生電極へ前記被検物質を濃縮させ、そして前記検出工程でその濃縮した前記被検物質からプラズマを発生させる。よって、前記濃縮工程と前記検出工程とでは、当該プラズマ発生電極の極性がそれぞれ異なるように、前記一対の電極への電圧印加が行われることが望ましい。したがって、本態様では、前記プラズマ発生電極からプラズマを発生させる前記電極洗浄工程及び前記検出工程における当該プラズマ発生電極の極性は同じであり、また、前記濃縮工程における当該プラズマ発生電極の極性はこれとは異なることとした。

たとえば、前記被検物質が正電荷を有する金属イオンである場合、前記電極洗浄工程においては前記プラズマ発生電極が陽極となるような電流の方向で電圧が印加され、当該プラズマ発生電極からプラズマを発生させる。次いで、前記濃縮工程において、今度は当該プラズマ発生電極が陰極となるような電流の方向で電圧が印加され、当該プラズマ発生電極へ検体中の金属イオンが濃縮される。さらに、前記検出工程において、当該プラズマ発生電極が再び陽極となるような電流の方向で電圧が印加され、当該プラズマ発生電極からプラズマを発生させる。なお、前記被検物質が負電荷を有する場合には、前記電極洗浄工程、前記濃縮工程及び前記検出工程における前記電流の方向はそれぞれ上記とは反対となる。

本開示の第４の態様に係るプラズマ分光分析方法においては、前記第１から第３までのいずれかの態様の構成に加え、前記濃縮工程及び前記検出工程が複数回繰り返される。

このように、前記濃縮工程及び前記検出工程を複数回繰り返すことで、この複数回の検出工程のそれぞれから得られた測定結果の平均又は合計として前記被検物質を定量することが可能となる。これにより、１回のみの濃縮工程では濃縮しきれなかった被検物質をも考慮した定量が可能となっている。

本開示の第５の態様に係るプラズマ分光分析方法においては、前記第４の態様の構成に加え、前記検出工程後、その次の濃縮工程前に、前記一対の電極への電圧印加によりプラズマを発生させる中間洗浄工程が実施される。

前記第４の態様では前記濃縮工程及び前記検出工程が複数回繰り返される。ここで、前記検出工程においては、前記プラズマ発生電極に濃縮された前記被検物質によりプラズマが発生することとなるが、前記プラズマ発生電極に引き寄せられて吸着した前記被検物質以外の検体中の物質が再び次回の濃縮工程及び検出工程を阻害する可能性がある。よって、検出工程から次の濃縮工程に移る前に、前記電極洗浄工程と同様に中間洗浄工程でプラズマを発生させておくことで、次の濃縮工程に臨む前記プラズマ発生電極をリフレッシュさせることが可能となる。

なお、たとえば、濃縮工程と濃縮工程との間に複数回のプラズマ発光を連続して行うこととして、その最初のプラズマ発光をもって前記検出工程とし、また、その２回目以降のプラズマ発光をもって前記中間洗浄工程と位置づけることもできる。

本開示の第６の態様に係るプラズマ分光分析方法においては、前記第５の態様の構成に加え、前記中間洗浄工程においては複数回の電圧印加により複数回プラズマを発生させる。これにより、次回の濃縮工程に移る前に、より念入りなプラズマ発生電極の洗浄が可能となる。

本実施形態で用いられる測定容器の一例について、図面を参照し説明する。また、図面においては、説明の便宜上、各部の構造は適宜簡略化して示す場合があり、各部の寸法比等は、実際とは異なり、模式的に示す場合がある。

図１Ａは、本実施形態で用いられる測定容器１０の模式透視斜視図であり、図１Ｂは、図１Ａにおいて、Ｉ－Ｉ方向からみた模式断面図である。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本実施形態で用いられる測定容器１０は、内部に一対の電極であるプラズマ発生電極２０及び炭素電極３０を含む。測定容器１０は、側面の一部が平面状に削ぎ落とされたような略円筒形状を呈し、その平面部分に円形の透光部１１を含む。測定容器１０の外部には、プラズマ発生電極２０及び炭素電極３０への電圧印加により発生した発光を、透光部１１を通して前記被検物質の発光を受光可能に配置された受光部４０が配置されている。また、プラズマ発生電極２０は、検体６０の液面６１に対して平行に配置され、その先端は、透光部１１と当接するように配置されている。円筒形状の炭素電極３０は、その側面の一部を測定容器１０の側面の、前記透光部１１と対向する側に、鉛直方向と直角に交わるように配置され、測定容器１０の内部にその一部が露出している。すなわち、炭素電極３０の長手方向とプラズマ発生電極２０の長手方向とは互いにねじれの位置にある。プラズマ発生電極２０は、その表面の大部分が絶縁体２２により被覆されている。そして、絶縁体２２に被覆されていない部分が、ニクロム線等の金属線が露出した露出部分２１となっている。

本実施形態において、プラズマ発生電極２０の露出部分２１と透光部１１とは接しているが、本発明はこれに限定されず、たとえば、プラズマ発生電極２０が透光部１１から離れて配置されてもよい。プラズマ発生電極２０と透光部１１との距離は、特に制限されず、たとえば、０～０．５ｃｍである。

透光部１１の材質は特に制限されず、たとえば、プラズマ発生電極２０及び炭素電極３０への電圧印加により発生した発光を透過する材料であればよく、前記発光の波長に応じて、適宜設定できる。透光部１１の材料は、たとえば、石英ガラス、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ホウケイ酸ガラス、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、メチルペンテンポリマー（ＴＰＸ（登録商標））等が挙げられる。透光部１１の大きさは、特に制限されず、プラズマ発生電極２０及び炭素電極３０への電圧印加により発生した発光を透光可能な大きさであればよい。

本実施形態において、測定容器１０は、側面の一部を長手方向に沿って平面状に削いだ形の有底円筒状であるが、測定容器１０の形状はこれに限定されず、任意の形状としてよい。測定容器１０の材料は、特に制限されず、たとえば、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）等が挙げられる。測定容器１０が有底筒状である場合、測定容器１０の直径は、たとえば、０．３～１ｃｍであり、その高さは、たとえば、０．９～５ｃｍである。この測定容器１０には０．３～０．８ｃｍ^３の検体６０が収容可能である。

受光部４０は、前記検出工程の説明で言及された公知の光学測定機器の一部である。受光部４０は、たとえば、前記光学測定機器に前記発光を伝送する伝送手段でもよい。前記伝送手段としては、たとえば、光ファイバー等の伝送路が挙げられる。

測定容器１０の製造方法は、特に制限されず、たとえば、射出成型等により、成型体を製造してもよいし、プレート等の基材に凹部を形成することで製造してもよい。その他、測定容器１０の製造方法は、この他にも、たとえば、リソグラフィ、切削加工等が挙げられる。

ここで、尿を検体６０として、これに含有される鉛イオンを被検物質とした場合の、本実施形態のプラズマ分光分析方法の概要を説明する。

まず、検体６０を測定容器１０へ導入する前に、検体６０にＥＤＴＡを添加する。このＥＤＴＡの添加は、検体６０に含有される何らかの物質に吸着されている鉛イオンを分離させることで、鉛イオンを濃縮可能な状態とすることを目的としている。

この検体６０を測定容器１０へを導入した状態で、まず、前記電極洗浄工程として、図２Ａに示すように、電圧印加手段５０によって、プラズマ発生電極２０が陽極となり、炭素電極３０が陰極となるように電圧が印加される。すると、プラズマ発生電極２０の露出部分２１の表面の夾雑物に起因してプラズマ発光が発生する。この電圧印加は複数回繰り返される。

次に、前記濃縮工程として、図２Ｂに示すように、電圧印加手段５０によって、プラズマ発生電極２０が陰極となり、炭素電極３０が陽極となるように電圧が印加される。すると、検体６０中に存在している鉛イオンが陰極であるプラズマ発生電極２０の露出部分２１に引き寄せられ濃縮される。

そして、前記検出工程として、再び図２Ａに示すように、電圧印加手段５０によって、再びプラズマ発生電極２０が陽極となり、炭素電極３０が陰極となるように電圧が印加される。すると、先の濃縮工程によってプラズマ発生電極２０の露出部分２１の周辺に濃縮されていた鉛イオンからプラズマ発光が発生し、これが透光部１１を通過して受光部４０により受光され検出されることになる。

そしてさらに前記中間洗浄工程として、引き続き図２Ａに示すように、電圧印加手段５０によって、再びプラズマ発生電極２０が陽極となり、炭素電極３０が陰極となるように電圧が印加される。これによって、鉛イオン以外の、プラズマ発生電極２０に引き寄せられて吸着した物質を再びプラズマ発生により洗浄しリフレッシュさせることが可能となっている。そして、再び図２Ｂに示すような濃縮工程が実施される。

以下、本開示における実施例について説明する。なお、本発明は、下記の実施例により制限されないことはいうまでもない。

（１）プラズマ分光分析装置
前記実施形態に示した測定容器１０を準備した。プラズマ発生電極２０には直径０．１ｍｍのニクロム線を使用し、露出部分２１の長さは０．５ｍｍとした。また、炭素電極３０には、直径４．０ｍｍ及び長さ１５ｍｍの炭素棒を使用した。透光部１１には石英ガラスを使用した。プラズマ発生電極２０及び炭素電極３０は電圧印加手段５０としてのガルバノスタットに接続した。受光部４０には、直径４００μｍの単芯光ファイバーを使用した。また、この光ファイバーは、凹面グレーティング方式の分光器（自家調製）に接続した。

（２）検体
被験者に、１００ｍｇのＤＭＳＡを含むカプセル５個を単回、経口投与した。前記被験者から投与後６時間までの尿を採取して全て混合した蓄尿を検体６０とした。

この検体６０を４９５μＬ取り、これに０．５ｍｏｌ／ＬのＥＤＴＡ溶液（ｐＨ８．０）を５μＬ添加し、さらに２ｍｏｌ／Ｌとなるように水酸化リチウムを溶解したものを使用した。よって、実施例の検体６０中のＥＤＴＡ濃度は５ｍｍｏｌ／Ｌである。

（３）プラズマ分光分析
前記検体６０について、まず、前記電極洗浄工程として、前記プラズマ発生電極２０が陽極に、また、炭素電極３０が陰極となるように下記のプラズマ発生条件で、都合１０回電圧印加した。なお、下記のプラズマ発生条件において、「印加時間」とは、検出工程において電圧印加している時間と電圧印加していない時間との合計の時間を表す。また、下記のプラズマ発生条件では下記の電圧値となるような電流が両電極間に流れる。

（プラズマ発生条件）
電圧：５００Ｖ
印加時間：２．５ｍｓ
印加スイッチング周期：５０μｓｅｃ
印加スイッチングＤｕｔｙ：５０％

次に、前記濃縮工程として、プラズマ発生電極２０が陰極に、また、炭素電極３０が陽極になるように下記の濃縮条件で電圧印加し、プラズマ発生電極２０の近傍に鉛イオンを濃縮させた。なお、下記の濃縮条件において、「印加時間」とは、濃縮工程において電圧印加している時間と電圧印加していない時間との合計の時間を表す。また、下記の濃縮条件では下記の電流値になるような電圧が両電極間に印加される。

（濃縮条件）
電流：１０～４０ｍＡ
印加時間：１，２００ｓｅｃ
印加スイッチング周期：０．２５μｓｅｃ
印加スイッチングＤｕｔｙ：５０～８０％

前記濃縮工程の直後に、前記検出工程として、前記プラズマ発生電極２０が陽極に、また、炭素電極３０が陰極となるように下記のプラズマ発生条件で電圧印加し、波長３６８．３ｎｍ付近のピーク発光量（カウント値）を測定した。なお、下記のプラズマ発生条件において、「印加時間」とは、検出工程において電圧印加している時間と電圧印加していない時間との合計の時間を表す。また、下記のプラズマ発生条件では下記の電圧値となるような電流が両電極間に流れる。

（プラズマ発生条件）
電圧：５００Ｖ
印加時間：２．５ｍｓ
印加スイッチング周期：５０μｓｅｃ
印加スイッチングＤｕｔｙ：５０％

上記検出工程の直後に、前記中間洗浄工程として、同条件にてさらに５回の電圧印加を行った。

なお、上記濃縮工程から、検出工程を経て中間洗浄工程に至る手順を６回繰り返した。

（４）結果
（４－１）電極洗浄工程
まず、前記電極洗浄工程における１回目の電圧印加で観察されたプラズマ発光スペクトルと、１０回目の電圧印加で観察されたプラズマ発光スペクトルとを、それぞれ図３Ａ及び図３Ｂに示す。

すなわち、１回目の電圧印加で波長３３５．７８ｎｍ（図中Ａ）、３５８．２２ｎｍ（図中ｂ）及び３８８．０８ｎｍ（図中Ｃ）で観察された各ピーク（図３Ａ参照）が、１０回目の電圧印加では著しく低くなっているか、又は消失しているのが認められる（図３Ｂ参照）。

これら各ピークについて、１０回の電圧印加を通じた推移を、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃに示す。まず、波長３３５．７８ｎｍで観察されたピークを示す図４Ａでは、１回目の電圧印加におけるカウント値が１５，９００であったが、回を追うごとに漸減し、カウント値７，００２の６回目辺りからプラトーに達し、１０回目には６，４９７にまで減少した。次に、波長３５８．２２ｎｍにおけるピークを示す図４Ｂでは、１回目の電圧印加におけるカウント値が１１，７４７であったが、回を追うごとに漸減し、カウント値５，０７３の６回目辺りからプラトーに達し、１０回目には４，７３５まで減少した。そして最も大きなピークであった波長３８８．０８ｎｍを示す図４Ｃでは、１回目の電圧印加におけるカウント値が４２，０７４であったが、回を追うごとに漸減し、カウント値５，００６の６回目辺りからプラトーに達し、１０回目には３，８４０まで減少した。よって、これらの各ピークは、プラズマ発生電極２０に付着している夾雑物に由来するものと推測される。

以上より、電極洗浄工程によって、測定とは無関係と思われるピークが縮小又は消失することで、電圧印加の回を重ねるにつれてプラズマ発生電極２０が洗浄されていくことが明らかに認められた。

（４－２）検出工程及び中間洗浄工程
前述のように、検出工程から中間洗浄工程までの手順は合計６回繰り返されたとともに、検出工程で１回及び各中間洗浄工程でそれぞれ４回の合計５回の電圧印加が繰り返された。そのそれぞれで観察された、波長３６８．３ｎｍにおけるカウント値を、下記表１に示す。

上記表１に示すように、各回の手順に共通して、検出工程及び中間洗浄工程を通じた５回の電圧印加においては、１回目の電圧印加である検出工程でカウント値１０，０００前後が観察された後は、続く１回目の中間洗浄工程でいずれも４分の１以下にカウント値は激減した。さらに、２回目以降の中間洗浄工程ではカウント値はさらに漸減した。このことから、鉛イオンに起因するカウント値は、各回の手順における１回目の電圧印加（検出工程）でほぼ測定され尽くしていると推察される。また、２回目以降の電圧印加（中間洗浄工程）では鉛イオン以外の雑成分によると推察されるカウント値が漸減しており、引き続く濃縮工程までにプラズマ発生電極２０のリフレッシュが行われているものと推察された。このことは、２回目以降の手順においても１回目とほぼ同レベルの検出工程のカウント値が測定されたことからも推測される。

本発明は、生体から得られた検体を用いた重金属イオン、とりわけ鉛イオンのプラズマ分光分析に利用可能である。

１０ 測定容器
１１ 透光部
２０ プラズマ発生電極
２１ 露出部分
２２ 絶縁体
３０ 炭素電極
４０ 受光部
５０ 電圧印加手段
６０ 検体
６１ 液面

Claims (5)

1. 検体が導入された測定容器中に設置される一対の電極への電圧印加によりプラズマを発生させる電極洗浄工程と、
   前記電極洗浄工程後、前記一対の電極への電圧印加により、一方の電極の近傍に前記検体中の被検物質を濃縮する濃縮工程と、
   前記濃縮工程後、前記一対の電極への電圧印加によりプラズマを発生させ、該プラズマにより生じた前記被検物質の発光を検出する検出工程と、
   を含んでなるとともに、
   前記電極洗浄工程及び前記検出工程における前記電圧印加の電流方向は同じであり、
   前記濃縮工程における前記電圧印加の電流方向は前記電極洗浄工程及び前記検出工程とは異なることを特徴とするプラズマ分光分析方法。
2. 前記電極洗浄工程においては複数回の電圧印加により複数回プラズマを発生させることを特徴とする請求項１記載のプラズマ分光分析方法。
3. 前記濃縮工程及び前記検出工程が複数回繰り返されることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ分光分析方法。
4. 前記検出工程後、その次の濃縮工程前に、前記一対の電極への電圧印加によりプラズマを発生させる中間洗浄工程が実施されることを特徴とする請求項３記載のプラズマ分光分析方法。
5. 前記中間洗浄工程においては複数回の電圧印加により複数回プラズマを発生させることを特徴とする請求項４記載のプラズマ分光分析方法。

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