JPH03272449A - 溶質濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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＊濃度を求める濃度測定装置
に間するものである。

（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。

ｌ）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。

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。

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。

（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。

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。

（課題を解決するための手段） （−）第一の発明の要点は、作用電極（１）とイオン感
応性電界効果型トランジスタ（以降Ｉ　５ＦＥＴ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。

に）第二の発明の要点は、作用電極（１）または１５Ｆ
ＥＴ（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１５ＦＥＴ（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Ｉ
　５ＦＥＴ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Ｉ　５ＦＥＴ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１５ＦＥＴ（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１５ＦＥＴ（
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１５ＦＥＴ（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って
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。

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（］５）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１５ＦＥＴ（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。

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
１５ＦＥＴ（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′
ｒＩＬ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入電圧変化である。

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。

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。

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０作用電
極（１）と対向電極（４）に、それぞれ、白金線を使用
し、Ｉ　５ＦＥＴ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／　ＡｇＣ
１）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０．７　Ｖ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Ｉ　５ＦＥＴ（２）の
ドレーン（８）・ソース（９）間の電圧は設定電圧（１
７）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１５ＦＥＴ（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１２１１
１１ｂ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１０ａ＋Ｖ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１５ＦＥＴ（２）の
みによる検出状態）では、脱イオン水が１２０００　ｐ
ｐｂの過酸化水素の濃度に達したとき、はじめて、１０
ｍｖ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Ｉ　５ＦＥＴ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。

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。

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。

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
Ｈ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。

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。

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。

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１５ＦＥＴ（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１５ＦＥＴ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。

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Ｔ　５ＦＥＴ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。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （イ）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。 （ロ）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、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。