JPH0582903B2 - - Google Patents
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- JPH0582903B2 JPH0582903B2 JP60298143A JP29814385A JPH0582903B2 JP H0582903 B2 JPH0582903 B2 JP H0582903B2 JP 60298143 A JP60298143 A JP 60298143A JP 29814385 A JP29814385 A JP 29814385A JP H0582903 B2 JPH0582903 B2 JP H0582903B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- enzyme
- enzyme electrode
- concentration
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- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は、濃度測定装置に関する。さらに詳
細には、酵素電極を用い、血液等の試料液中のグ
ルコース等の被検物質の濃度を測定する装置に関
する。
細には、酵素電極を用い、血液等の試料液中のグ
ルコース等の被検物質の濃度を測定する装置に関
する。
〈従来の技術〉
従来から、試料液中の被検物質を定量する手段
として、電極上に固定化酵素膜を形成した酵素電
極が広く用いられている。この酵素電極は、試料
中に含まれる種々の被検物質を直接、温和な条件
下に分析できるセンサーとして非常に優れたもの
で、現在、医療、食品、環境計測等の広い分野で
使用され、また研究されている。
として、電極上に固定化酵素膜を形成した酵素電
極が広く用いられている。この酵素電極は、試料
中に含まれる種々の被検物質を直接、温和な条件
下に分析できるセンサーとして非常に優れたもの
で、現在、医療、食品、環境計測等の広い分野で
使用され、また研究されている。
このような酵素電極を用いて被検物質の濃度を
定量する方法としては、固定化酵素膜での酵素反
応で生成した物質を測定する方法と酵素反応で消
費された物質を測定する方法が知られている。ま
た、酵素電極に用いられる電極としては、電圧値
の変化をもつて測定するポテンシオメトリー型と
電流値の変化をもつて測定するアンペロメトリー
型が知られている。アンペロトメトリー型電極を
使用し、固定化酵素膜での酵素反応で生成した物
質を測定する酵素電極の例としては、例えば、過
酸化水素電極上にグルコースオキシダーゼ酵素
（以下、GODと称する）を固定化した膜（以下、
固定化GOD膜と称する）を形成し、試料液中の
グルコース濃度を測定するグルコースセンサー等
が挙げられる。
定量する方法としては、固定化酵素膜での酵素反
応で生成した物質を測定する方法と酵素反応で消
費された物質を測定する方法が知られている。ま
た、酵素電極に用いられる電極としては、電圧値
の変化をもつて測定するポテンシオメトリー型と
電流値の変化をもつて測定するアンペロメトリー
型が知られている。アンペロトメトリー型電極を
使用し、固定化酵素膜での酵素反応で生成した物
質を測定する酵素電極の例としては、例えば、過
酸化水素電極上にグルコースオキシダーゼ酵素
（以下、GODと称する）を固定化した膜（以下、
固定化GOD膜と称する）を形成し、試料液中の
グルコース濃度を測定するグルコースセンサー等
が挙げられる。
この種の酵素電極を用いる濃度測定装置は、通
常、酵素電極と酵素電極からの出力電流値を測定
する電流検出手段からなり、その測定機構を、例
えば、上記のグルコースセンサーを例にとつて説
明すると、次の酵素反応を利用するものである。
常、酵素電極と酵素電極からの出力電流値を測定
する電流検出手段からなり、その測定機構を、例
えば、上記のグルコースセンサーを例にとつて説
明すると、次の酵素反応を利用するものである。
グルコース＋O2＋H2ＯGOD
―――――→
グルコン酸＋H2O2
すなわち、GODの存在下、グルコースが溶存
酸素により酸化され、グルコン酸に変化する際の
過酸化水素の発生量を、過酸化水素電極で電流値
に変換し、その電流値を電流検出手段で測定し、
あらかじめ求められた検量線より、その値を用い
てグルコース濃度を求めるものである。この種の
他の酵素電極を用いる濃度測定装置も同様な機構
に基づき、被検物質および酵素反応生成物のそれ
ぞれに応じた固定化酵素膜および電極を使用し
て、同様にして被検物質の濃度を測定する。
酸素により酸化され、グルコン酸に変化する際の
過酸化水素の発生量を、過酸化水素電極で電流値
に変換し、その電流値を電流検出手段で測定し、
あらかじめ求められた検量線より、その値を用い
てグルコース濃度を求めるものである。この種の
他の酵素電極を用いる濃度測定装置も同様な機構
に基づき、被検物質および酵素反応生成物のそれ
ぞれに応じた固定化酵素膜および電極を使用し
て、同様にして被検物質の濃度を測定する。
〈発明が解決しようとする問題点〉
従来、このような酵素電極を用いた試料液中の
濃度測定装置にあつては、酵素反応で生成した物
質の一部しか電極で検知されておらず、また通
常、試料液は、酵素電極の測定可能な濃度範囲の
制限、酵素反応の最適PH等の関係から緩衝液で希
釈されており、試料液中の被検物質の濃度は低い
ので、電極からの出力電流は小さく、測定精度の
信頼性に欠ける。特に、電極面積の小さな小型の
センサーでは、出力電流が微弱になり、測定回路
の増幅器に特別の設計が必要となるので高価にな
る。
濃度測定装置にあつては、酵素反応で生成した物
質の一部しか電極で検知されておらず、また通
常、試料液は、酵素電極の測定可能な濃度範囲の
制限、酵素反応の最適PH等の関係から緩衝液で希
釈されており、試料液中の被検物質の濃度は低い
ので、電極からの出力電流は小さく、測定精度の
信頼性に欠ける。特に、電極面積の小さな小型の
センサーでは、出力電流が微弱になり、測定回路
の増幅器に特別の設計が必要となるので高価にな
る。
従つて、電極からの出力電流が大きな濃度測定
装置が望まれている。
装置が望まれている。
〈発明の目的〉
この発明は、上記の問題点に鑑みなされたもの
で、従来からの酵素電極を使用しながら、電極か
らの出力電流を増大できる、試料液中の被検物質
の濃度測定装置を提供することを目的とする。
で、従来からの酵素電極を使用しながら、電極か
らの出力電流を増大できる、試料液中の被検物質
の濃度測定装置を提供することを目的とする。
〈問題を解決するための手段〉
上記の問題点を解決すべくなされた、この発明
の濃度測定装置は、固定化酵素膜と該固定化酵素
膜での酵素反応による生成物を測定するアンペロ
メトリー型電極とを備えた酵素電極と、該酵素電
極からの出力電流値を検出する電流検出手段と、
酵素電極への電圧印加を制御する電圧印加制御手
段と、酵素電極への試料液の供給開始を検出する
供給開始検出手段と、該供給開始検出手段の検出
信号に基づき前記の電圧印加制御手段に対して酵
素電極への電圧印加を一定時間停止させる停止信
号を出力する停止信号出力手段とから構成され、
上記の構成に基づき、酵素電極への電圧印加を、
酵素電極への試料液供給開始から一定時間停止す
ることを特徴とするものである。
の濃度測定装置は、固定化酵素膜と該固定化酵素
膜での酵素反応による生成物を測定するアンペロ
メトリー型電極とを備えた酵素電極と、該酵素電
極からの出力電流値を検出する電流検出手段と、
酵素電極への電圧印加を制御する電圧印加制御手
段と、酵素電極への試料液の供給開始を検出する
供給開始検出手段と、該供給開始検出手段の検出
信号に基づき前記の電圧印加制御手段に対して酵
素電極への電圧印加を一定時間停止させる停止信
号を出力する停止信号出力手段とから構成され、
上記の構成に基づき、酵素電極への電圧印加を、
酵素電極への試料液供給開始から一定時間停止す
ることを特徴とするものである。
この発明において使用される酵素電極は、固定
化酵素膜と該固定化酵素膜での酵素反応による生
成物を測定するアンペロメトリー型電極で構成さ
れるものであれば、特に限定されず、例えば、前
記のグルコースセンサーの他に、過酸化水素電極
上に、ウリカーゼ、コレステロールオキシダー
ゼ、アルコールオキシダーゼ、乳酸オキシダー
ゼ、アミノ酸オキシダーゼ、ピルビン酸オキシダ
ーゼ、コリンオキシダーゼ等の酵素をそれぞれ固
定化した膜が設けられた尿酸センサー、コレステ
ロールセンサー、アルコールセンサー、乳酸セン
サー、アミノ酸センサー、ピルビン酸センサー、
コリンセンサー等が挙げられる。
化酵素膜と該固定化酵素膜での酵素反応による生
成物を測定するアンペロメトリー型電極で構成さ
れるものであれば、特に限定されず、例えば、前
記のグルコースセンサーの他に、過酸化水素電極
上に、ウリカーゼ、コレステロールオキシダー
ゼ、アルコールオキシダーゼ、乳酸オキシダー
ゼ、アミノ酸オキシダーゼ、ピルビン酸オキシダ
ーゼ、コリンオキシダーゼ等の酵素をそれぞれ固
定化した膜が設けられた尿酸センサー、コレステ
ロールセンサー、アルコールセンサー、乳酸セン
サー、アミノ酸センサー、ピルビン酸センサー、
コリンセンサー等が挙げられる。
〈作用〉
この発明は、上記の構成よりなり、酵素電極へ
の電圧の印加が、試料液が供給されてから一定時
間停止しており、その間、電極上での酸化、還元
反応が起らないので、固定化酵素膜で生成された
酵素反応生成物は消費されず電極上に蓄積されて
高濃度となる。従つて、酵素電極へ電圧を再印加
した時の電極からの出力電流値を大きくすること
ができる。
の電圧の印加が、試料液が供給されてから一定時
間停止しており、その間、電極上での酸化、還元
反応が起らないので、固定化酵素膜で生成された
酵素反応生成物は消費されず電極上に蓄積されて
高濃度となる。従つて、酵素電極へ電圧を再印加
した時の電極からの出力電流値を大きくすること
ができる。
前記の電極上に蓄積される酵素反応生成物量
は、酵素電極への電圧印加停止時間、その他の測
定条件を一定にすれば、試料液中の被検物質の濃
度に比例するので、酵素電極からの出力電流を測
定することにより試料液中の被検物質の濃度を求
めることができる。
は、酵素電極への電圧印加停止時間、その他の測
定条件を一定にすれば、試料液中の被検物質の濃
度に比例するので、酵素電極からの出力電流を測
定することにより試料液中の被検物質の濃度を求
めることができる。
〈実施例〉
以下、図面に基づき、この発明をより詳細に説
明する。
明する。
第１ａ図は、この発明にかかる装置の一実施例
を示す概略図で、この実施例では、酵素電極１と
して、前記の過酸化水素電極上に固定化GOD膜
が形成されたグルコースセンサーが使用されてい
る。該酵素電極１の検知部はフローセル２内に露
出しており、フローセル２には、キヤリアーとし
ての緩衝液および被検物質としてのグルコースを
含有する試料液Ｓが送液される。フローセル２の
送液側端部に、発光素子３ａと受光素子３ｂとか
らなる試料液の供給開始検出手段３が設けられ、
フローセル２に緩衝液が充填された状態から、試
料液Ｓが注入され始めると光の透過率の変化が生
ずることから、試料液の供給が開始されたことを
検知する。該検出手段３からの出力信号は、停止
信号出力手段４ａに入力され、該信号に基づき電
圧印加制御手段４ｂにより酵素電極１への電圧印
加が一定時間停止される。グルコースを含有する
試料液Ｓはフローセル２中を通液し、グルコース
は酵素電極１の固定化GOD膜で酸化され、生成
物である過酸化水素は膜内に取込まれる。この
際、酵素電極１への電圧印加が一定時間停止され
ているので、電極上での酸化、還元反応は停止し
ており、取込まれた過酸化水素は消費されること
なく膜内に蓄積される。
を示す概略図で、この実施例では、酵素電極１と
して、前記の過酸化水素電極上に固定化GOD膜
が形成されたグルコースセンサーが使用されてい
る。該酵素電極１の検知部はフローセル２内に露
出しており、フローセル２には、キヤリアーとし
ての緩衝液および被検物質としてのグルコースを
含有する試料液Ｓが送液される。フローセル２の
送液側端部に、発光素子３ａと受光素子３ｂとか
らなる試料液の供給開始検出手段３が設けられ、
フローセル２に緩衝液が充填された状態から、試
料液Ｓが注入され始めると光の透過率の変化が生
ずることから、試料液の供給が開始されたことを
検知する。該検出手段３からの出力信号は、停止
信号出力手段４ａに入力され、該信号に基づき電
圧印加制御手段４ｂにより酵素電極１への電圧印
加が一定時間停止される。グルコースを含有する
試料液Ｓはフローセル２中を通液し、グルコース
は酵素電極１の固定化GOD膜で酸化され、生成
物である過酸化水素は膜内に取込まれる。この
際、酵素電極１への電圧印加が一定時間停止され
ているので、電極上での酸化、還元反応は停止し
ており、取込まれた過酸化水素は消費されること
なく膜内に蓄積される。
このようにして、一定時間酵素電極１への電圧
印加を停止した後、酵素電極１への電圧を再印加
する。膜内の過酸化水素は高濃度となつており、
電圧を再印加したときに、大きな出力電流値を得
ることできる。
印加を停止した後、酵素電極１への電圧を再印加
する。膜内の過酸化水素は高濃度となつており、
電圧を再印加したときに、大きな出力電流値を得
ることできる。
酵素電極１からの出力電流は、電流検出手段５
に入力され、電流値が求められ、その値をあらか
じめ作成された検量線と比較し、試料液Ｓ中の被
検物質たるグルコースの濃度が算出される。
に入力され、電流値が求められ、その値をあらか
じめ作成された検量線と比較し、試料液Ｓ中の被
検物質たるグルコースの濃度が算出される。
第１ｂ図は、この発明にかかる濃度測定装置の
他の実施例を示す概略図で、酵素電極１、フロー
セル２、停止信号出力手段４ａ、電圧印加制御手
段４ｂおよび電流検出手段５は、第１ａ図の実施
例と同様なものを使用しており、同一の部材には
同一の番号を付してある。この実施例では、試料
液容器６中の試料液Ｓを吸引ポンプ７で吸引し、
試料液Ｓをフローセル２へ送液する。また、この
例にあつては、試料液供給開始は、吸引ポンプ７
の作動に基づいて、供給開始検出手段３で検知さ
れ、この信号により停止信号出力手段４ａおよび
電圧印加制御手段４ｂが作動し、酵素電極１への
電圧印加が停止される。以後、第１ａ図の実施例
と同様にして測定される。
他の実施例を示す概略図で、酵素電極１、フロー
セル２、停止信号出力手段４ａ、電圧印加制御手
段４ｂおよび電流検出手段５は、第１ａ図の実施
例と同様なものを使用しており、同一の部材には
同一の番号を付してある。この実施例では、試料
液容器６中の試料液Ｓを吸引ポンプ７で吸引し、
試料液Ｓをフローセル２へ送液する。また、この
例にあつては、試料液供給開始は、吸引ポンプ７
の作動に基づいて、供給開始検出手段３で検知さ
れ、この信号により停止信号出力手段４ａおよび
電圧印加制御手段４ｂが作動し、酵素電極１への
電圧印加が停止される。以後、第１ａ図の実施例
と同様にして測定される。
前記の供給開始検出手段３は、上記の実施例の
手段に限定されず、被検物質の特性に応じて適宜
選択でき、例えば、屈折率の変化を検知する方
法、電気伝導度の変化を検知する方法等が挙げら
れる。
手段に限定されず、被検物質の特性に応じて適宜
選択でき、例えば、屈折率の変化を検知する方
法、電気伝導度の変化を検知する方法等が挙げら
れる。
酵素電極１への電圧印加停止時間は、使用され
る酵素電極のサイズ、固定化酵素膜の透過特性、
送液速度等により異なり、実験的に最適時間を求
める。
る酵素電極のサイズ、固定化酵素膜の透過特性、
送液速度等により異なり、実験的に最適時間を求
める。
次に、具体例をもつて、この発明を説明する。
具体例 １
前記の第１ａ図において、フローセルとして管
径３mm、供給開始検出手段から酵素電極までの管
長が５mm、酵素電極として過酸化水素電極（YSI
社製、No.110187）上に固定化GOD膜（市販品）
が設けられたグルコースセンサーを用いた装置を
使用した。
径３mm、供給開始検出手段から酵素電極までの管
長が５mm、酵素電極として過酸化水素電極（YSI
社製、No.110187）上に固定化GOD膜（市販品）
が設けられたグルコースセンサーを用いた装置を
使用した。
室温にて、濃度100mg／dlのグルコース水溶液
150ml／hr.の流速で送液した。酵素電極の電圧印
加停止時間を試料液供給後８秒とし、その後、
0.7Vの電圧を印加した。試料供給後の酵素電極
からの出力電流を測定した。その結果を第２図に
示す。
150ml／hr.の流速で送液した。酵素電極の電圧印
加停止時間を試料液供給後８秒とし、その後、
0.7Vの電圧を印加した。試料供給後の酵素電極
からの出力電流を測定した。その結果を第２図に
示す。
比較として、酵素電極への電圧印加を一時的に
停止しない、従来法における酵素電極からの出力
電流の測定結果も併せて示した。
停止しない、従来法における酵素電極からの出力
電流の測定結果も併せて示した。
具体例 ２
具体例１と同様な装置および方法で、種々のグ
ルコース濃度水溶液をフローセルに送液し、それ
ぞれの濃度における酵素電極からの出力電流の最
大値を調べた。その結果を第３図に示す。
ルコース濃度水溶液をフローセルに送液し、それ
ぞれの濃度における酵素電極からの出力電流の最
大値を調べた。その結果を第３図に示す。
比較として、酵素電極への電圧印加を一時的に
停止しない、従来法における酵素電極からの出力
電流の最大値も併せて示した。
停止しない、従来法における酵素電極からの出力
電流の最大値も併せて示した。
第２図および第３図から明らかなように、この
発明の濃度測定装置による酵素電極からの出力電
流は、従来法による酵素電極からの出力電流に比
べ、はるかに大きく、また酵素電極の測定可能な
濃度範囲も従来法に比べて広い。尚、この発明は
上記の実施例に限定されるものではなく、例え
ば、フローセル２を用いることなく酵素電極１に
直接試料液を点着することが可能であるほか、こ
の発明の要旨を変更しない範囲内において種々の
設計変更を施すことが可能である。
発明の濃度測定装置による酵素電極からの出力電
流は、従来法による酵素電極からの出力電流に比
べ、はるかに大きく、また酵素電極の測定可能な
濃度範囲も従来法に比べて広い。尚、この発明は
上記の実施例に限定されるものではなく、例え
ば、フローセル２を用いることなく酵素電極１に
直接試料液を点着することが可能であるほか、こ
の発明の要旨を変更しない範囲内において種々の
設計変更を施すことが可能である。
〈効果〉
以上のように、この発明の濃度測定装置によれ
ば、従来の酵素電極をそのまま使用しながら、酵
素電極からの出力電流を増加でき、かつ測定可能
な濃度範囲が広いという特有の効果を奏する。
ば、従来の酵素電極をそのまま使用しながら、酵
素電極からの出力電流を増加でき、かつ測定可能
な濃度範囲が広いという特有の効果を奏する。
第１ａ図および第１ｂ図は、それぞれ、この発
明の濃度測定装置の例を示す概略図、第２図は、
この発明の濃度測定装置および従来の装置におけ
る、酵素電極からの出力電流を示す図、第３図
は、この発明の濃度測定装置および従来の装置に
おける、種々のグルコース濃度水溶液に対する酵
素電極からの出力電流の最大値を示す図である。 １……酵素電極、２……フローセル、３ａ……
発光素子、３ｂ……受光素子、３……供給開始検
出手段、４ａ……停止信号出力手段、４ｂ……電
圧印加制御手段、５……電流検出手段、６……試
料液容器、７……吸引ポンプ、Ｓ……試料液。
明の濃度測定装置の例を示す概略図、第２図は、
この発明の濃度測定装置および従来の装置におけ
る、酵素電極からの出力電流を示す図、第３図
は、この発明の濃度測定装置および従来の装置に
おける、種々のグルコース濃度水溶液に対する酵
素電極からの出力電流の最大値を示す図である。 １……酵素電極、２……フローセル、３ａ……
発光素子、３ｂ……受光素子、３……供給開始検
出手段、４ａ……停止信号出力手段、４ｂ……電
圧印加制御手段、５……電流検出手段、６……試
料液容器、７……吸引ポンプ、Ｓ……試料液。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 固定化酵素膜と該固定化酵素膜での酵素反応
による生成物を測定するアンペロメトリー型電極
で構成された酵素電極と、 該酵素電極の出力電流値を検出する電流検出手
段と、 酵素電極への電圧印加を制御する電圧印加制御
手段と、 酵素電極への試料液の供給開始を検出する供給
開始検出手段と、 該供給開始検出手段の検出信号に基づき前記の
電圧印加制御手段に対して酵素電極への電圧印加
を一定時間停止させる停止信号を出力する停止信
号出力手段とからなることを特徴とする試料液中
の被検物質の濃度測定装置。 ２ 固定化酵素膜での酵素反応による生成物を測
定する電極が、過酸化水素電極である上記特許請
求の範囲第１項記載の試料液中の被検物質の濃度
測定装置。 ３ 被検物質がグルコースである上記特許請求の
範囲第１項または第２項記載の試料液中の被検物
質の濃度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60298143A JPS62156553A (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | 濃度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60298143A JPS62156553A (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | 濃度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62156553A JPS62156553A (ja) | 1987-07-11 |
| JPH0582903B2 true JPH0582903B2 (ja) | 1993-11-22 |
Family
ID=17855749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60298143A Granted JPS62156553A (ja) | 1985-12-27 | 1985-12-27 | 濃度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62156553A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE36268E (en) * | 1988-03-15 | 1999-08-17 | Boehringer Mannheim Corporation | Method and apparatus for amperometric diagnostic analysis |
| US6576102B1 (en) | 2001-03-23 | 2003-06-10 | Virotek, L.L.C. | Electrochemical sensor and method thereof |
| US6572745B2 (en) | 2001-03-23 | 2003-06-03 | Virotek, L.L.C. | Electrochemical sensor and method thereof |
| EP2950088B8 (en) | 2013-01-23 | 2020-07-15 | Hitachi High-Tech Corporation | Electrochemical measurement device |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5647497A (en) * | 1979-09-26 | 1981-04-30 | Mitsubishi Petrochemical Co | Detergent composition |
-
1985
- 1985-12-27 JP JP60298143A patent/JPS62156553A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62156553A (ja) | 1987-07-11 |
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