電化學分析方法、電化學分析裝置以及試劑組的制作方法
【專利摘要】提供一種能夠高敏感度且高精度地檢測、定量來源于生物的樣品中含有的鎘的電化學分析方法、裝置以及試劑組。一種電化學分析方法，是使用對電極（3）以及作用電極（5）以電化學方式分析來源于生物的樣品中含有的鎘的方法，具備提取工序，對來源于生物的樣品添加具有氧化性，不與鎘形成絡合物的酸，從上述來源于生物的樣品中提取鎘。
【專利說明】電化學分析方法、電化學分析裝置以及試劑組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及以電化學方式檢測來源于生物的樣品中含有的鎘的方法、裝置以及試劑組。
【背景技術(shù)】
[0002]已知鎘對人體有毒害，若鎘在體內(nèi)積蓄，則腎臟功能等會受到損傷。因此，針對包括大米在內(nèi)的食品中含有的鎘的量設定了標準，在食品衛(wèi)生法上，糙米中規(guī)定為Ippm以下，含有標準值以上的鎘時不能販賣，全部被焚燒處理。另外，根據(jù)糧食廳的通知，在糙米中檢測出0.4ppm以上的鎘的大米被全部用作工業(yè)用途。
[0003]以往，作為分析鎘的方法，已知有作為政府規(guī)定的分析法的原子吸光分析法、ICP發(fā)光分析法、ICP質(zhì)量分析法等。但是，進行這些分析的裝置龐大昂貴，且其操作也復雜。
[0004]另一方面，雖然也在進行以電化學方式分析鎘的嘗試(專利文獻1)，但是當要分析食品中含有的鎘時，在該食品中含有的有機物作為干擾因素阻礙了高精度的分析的實現(xiàn)。
[0005]專利文獻1:日本特開2005-49275號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠高敏感度且高精度地檢測和定量來源于生物的樣品中含有的鎘的電化學分析方法、裝置以及試劑組。
[0007]S卩，本發(fā)明的電化學分析方法，是使用對電極以及作用電極以電化學方式分析來源于生物的樣品中含有的鎘的方法，具備提取工序，其對來源于生物的樣品添加具有氧化性且不與鎘形成絡合物的酸，從上述來源于生物的樣品中提取鎘。
[0008]通過使用像這樣的具有氧化性且不與鎘形成絡合物的酸，從來源于生物的樣品提取鎘，從而能夠良好地分解包含于來源于生物的樣品的有機物，并且由于該酸與鎘不形成絡合物，因此能夠高精度地進行鎘的檢測、其濃度的測定。
[0009]作為上述具有氧化性且不與鎘形成絡合物的酸，優(yōu)選使用高氯酸。在此，在ICP發(fā)光分析法、ICP質(zhì)量分析法中，雖然鹽酸被用于來源于生物的樣品的預處理，但是若使用鹽酸進行鎘的提取，則鎘從作用電極溶出時的電流峰值變小，難以進行高精度的分析。這是因為鹽酸、硫酸與鎘形成絡合物。
[0010]優(yōu)選的是，將得到的提取液的pH值調(diào)整為3?7。更優(yōu)選的是pH值為3?6。若PH值未達到3，則鎘從作用電極溶出時的電流峰值變小，難以進行高精度的分析。另一方面，若PH值超過7，則鎘發(fā)生沉淀。
[0011]優(yōu)選的是，將上述提取液的pH值調(diào)整為3?7時，使用由有機酸和/或其鹽構(gòu)成的緩沖劑。有機酸的羧基具有螯合效應，該羧基包裹分析鎘時成為干擾因素的鉛、硒、鉻、硼等金屬，從而推測為防止了對鎘的干擾。作為上述有機酸，優(yōu)選的是羧基在一個分子中具備I或2個，例如，可舉出鄰苯二甲酸、乙酸等。另外，使用鄰苯二甲酸的情況下，優(yōu)選地將pH值調(diào)整為4左右，使用乙酸的情況下，優(yōu)選地將pH值調(diào)整為5左右。[0012]在來源于生物的樣品的提取液中，通常形成鎘與銅的復合體，該情況下，在電化學分析中，檢測到來源于鎘和銅的復合體的電流峰值。因此，為了使測定結(jié)果不受來源于生物的樣品中的銅的含有量的影響，可以預先在來源于生物的樣品中添加銅。作為此時的銅的添加量，例如，可以添加未達到預定基準值(例如，作為目標的來源于生物的樣品中所預期銅的最大含有量)的分量的銅，也可以以鎘的測定濃度范圍的3?10倍左右的濃度(大大過剩)來添加銅。添加銅時，可以使用銅的電解質(zhì)等的銅化合物。
[0013]本發(fā)明的電化學分析方法，優(yōu)選的是，具備電極清洗工序，在上述作用電極與溶液(該溶液的酸以及緩沖劑的組成以及PH值與pH值調(diào)整后的上述提取液相同)接觸的狀態(tài)下，在上述作用電極施加正的電壓。通過進行該電極清洗工序，能夠預先去除粘附于作用電極的有機物、重金屬，因此能夠進行高精度的分析。
[0014]作為上述作用電極沒有特別的限定，優(yōu)選使用碳電極，其中，更優(yōu)選使用導電性金剛石電極。作為該導電性金剛石電極，例如可舉出摻雜有硼、氮、磷等的電極等，其中優(yōu)選的是高濃度摻硼的摻硼金剛石電極。摻硼金剛石電極具有電位窗口大(氧化電位和還原電位范圍廣)，比其他的電極材料背景電流低，對氧化還原劑的靈敏度高，與金、鉬等比較，由于在電極表面難以生成物理的吸附，因此具有難以出現(xiàn)氧、氫產(chǎn)生以外的峰值的優(yōu)良的性質(zhì)。另外，摻硼金剛石電極具有優(yōu)良的化學耐用性、機械耐用性、導電性、耐腐蝕性等。更進一步，摻硼金剛石電極由于其硬度，還具有易于進行化學、物理的清洗，易于將電極表面維持在干凈的狀態(tài)的優(yōu)點。
[0015]另外，對于上述對電極，能夠使用例如由鉬、碳、不銹鋼、金、金剛石、SnO 2等構(gòu)成的電極，更進一步，使用參照電極的情況下，能夠適當?shù)厥褂靡阎碾姌O，能夠使用例如銀氯化銀電極，甘汞電極，標準氫電極，鈀氫電極等。
[0016]在本發(fā)明中，在使用的作用電極為導電性金剛石電極的情況下，在上述電極清洗工序之后，更進一步，優(yōu)選的是進行在上述導電性金剛石電極施加負電壓，使電極表面氫封端化的氫封端化工序。通過如此對導電性金剛石電極的表面進行氫封端化處理，從而使得電極表面的靈敏度提聞，能夠進行聞精度的分析。
[0017]本發(fā)明的電化學分析方法，能夠根據(jù)例如具有如以下結(jié)構(gòu)的分析裝置而實施。即，用于以電化學方式分析來源于生物的樣品中含有的鎘的裝置，具備:提取裝置，其對來源于生物的樣品添加具有氧化性且不與鎘形成絡合物的酸，從上述來源于生物的樣品中提取鎘；PH值調(diào)整裝置，其將得到的提取液的pH值調(diào)整為3?7 ;用于內(nèi)置對電極和作用電極，容納上述提取液的單元；施加裝置，其在上述作用電極和上述對電極之間施加使鎘或者其復合體電沉積于上述作用電極的電壓，然后，施加使電沉積于上述作用電極的鎘或者其復合體溶出的電壓；檢測裝置，其檢測產(chǎn)生于上述作用電極和上述對電極之間的電流。如此的電化學的分析裝置也是本發(fā)明的一方面。
[0018]另外，實施本發(fā)明的電化學分析方法時，為了從該來源于生物的樣品中提取鎘，并且調(diào)整得到的提取液以供測定，可以使用包含具有氧化性且不與鎘形成絡合物的酸、由有機酸和/或其鹽構(gòu)成的緩沖劑、和銅化合物的試劑組。如此的試劑組也是本發(fā)明的一方面。
[0019]在本發(fā)明的試劑組中，具有氧化性且不與鎘形成絡合物的酸(A成分)、由有機酸和/或其鹽構(gòu)成的緩沖劑(B成分)、和銅化合物(C成分)可以分別作為單獨的試劑制備，也可以使A成分和C成分包含于一種試劑或使B成分和C成分包含于一種試劑。另外，作為在該試劑組含有的試劑的劑型，沒有特別的限定，可以是固態(tài)(粉末狀、片劑)，也可以是液態(tài)。
[0020]根據(jù)如此構(gòu)成的本發(fā)明，能夠良好地分解來源于生物的樣品中所含有的有機物，并且不形成與鎘的絡合物，因此能夠高精度地進行鎘的檢測、其濃度的測定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是表示本實施方式的電化學測定裝置的構(gòu)成的示意圖。
[0022]圖2是示意地表示同一實施方式的重金屬離子測定裝置的立體圖。
[0023]圖3是示意地表示同一實施方式的測定單元的結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0024]圖4是同一實施方式的攪拌子的立體圖。
[0025]圖5是同一實施方式的攪拌子的俯視圖。
[0026]圖6是同一實施方式的攪拌子的正視圖。
[0027]圖7是同一實施方式的攪拌子的右視圖。
[0028]圖8是示意地表示同一實施方式的攪拌子的制造方法的圖。
[0029]圖9是表示同一實施方式的測定單元內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)的第I示意圖。
[0030]圖10是表示同一實施方式的測定單元內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)的第2示意圖。
[0031]圖11是使用高氯酸從大米中提取鎘時的伏安特性曲線。
[0032]圖12是使用鹽酸從大米中提取鎘時的伏安特性曲線。
[0033]圖13是表示保持面的變形例的示意圖。
[0034]圖14是表示保持面的變形例的示意圖。
[0035]符號說明:
[0036]100電化學測定裝置
[0037]2測定單元
[0038]2P接觸面
[0039]2Q保持面
[0040]2X內(nèi)側(cè)周面
[0041]3對電極
[0042]4參照電極
[0043]5作用電極
[0044]91攪拌子
[0045]911a 對置面
[0046]91b外側(cè)周面
[0047]9IH插入用通孔
[0048]911本體部
[0049]912葉片部
【具體實施方式】
[0050]以下，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的電化學測定裝置。
[0051]本實施方式的電化學測定裝置100為使用對電極、參照電極以及作用電極的三電極方式的溶出伏安法分析例如大米等的來源于生物的樣品中含有的鎘。[0052](裝置結(jié)構(gòu))
[0053]具體地，電化學測定裝置100如圖1所示，具備容納液體樣品的測定單元2，與液體樣品接觸設置的對電極3、參照電極4、以及作用電極5，使作用電極5的電位改變的電位改變部6，將容納于測定單元2的液體樣品的至少一部分與作為測定用溶液的酸性緩沖液置換的液置換機構(gòu)11，檢測作用電極5以及對電極3之間的電流的電流檢測部7，根據(jù)由電流檢測部7檢測出的電流值計算重金屬離子濃度的濃度計算部8。
[0054]另外，上述各構(gòu)成要素如圖2所示，容納于罩C內(nèi)，在該罩C的前面下部設置了容納上述酸性緩沖液的緩沖液罐Tl以及容納液體樣品、使用后的緩沖液等的廢液的廢液罐T2。另外，在罩C的前面上部，設置電源0N/0FF按鈕、測定開始按鈕、校正按鈕、清洗按鈕等的操作用按鈕群B以及顯示測定結(jié)果(濃度等)的顯示部801。更進一步，在罩C的上部，設置了用于將液體樣品注入到上述測定單元2的樣品導入部21。
[0055]首先，說明電位改變部6、電流檢測部7、液置換機構(gòu)11以及濃度計算部8。
[0056]電位改變部6以及電流檢測部7由恒電位儀PS構(gòu)成。該恒電位儀PS在使作用電極5的電位對于參照電極4為固定的狀態(tài)下，檢測作用電極5與對電極3之間產(chǎn)生的電流，將該檢測信號輸出到具有后述的濃度計算部的功能的計算控制裝置8。
[0057]該恒電位儀PS就關(guān)于電位改變部6的功能而言，使作用電極5的電位在重金屬電沉積于作用電極5的電位，以及溶出電沉積于作用電極5的重金屬的電位之間改變。具體地，恒電位儀PS以作用電極5接觸液體樣品的狀態(tài)，使作用電極5的電位向負電位方向改變，供給使測定目標的重金屬電沉積于作用電極5的表面的電位，然后，以上述重金屬電沉積于表面的作用電極5與作為酸性緩沖液的鄰苯二甲酸緩沖液接觸的狀態(tài)，將作用電極5的電位掃描至正電位方向，供給使電沉積于作用電極5的重金屬溶出的電位。
[0058]另外，恒電位儀PS就關(guān)于電流檢測功能而言，檢測通過上述電位改變功能而將作用電極5的電位掃描至正電位方向時,作用電極5與對電極3之間產(chǎn)生的電流。
[0059]另外，恒電位儀PS，除保持固定電位的功能之外，還具有以固定速度掃描電位，按照固定的時間間隔以指定了的電位進行階躍等功能。這些功能不是必須搭載于同一臺裝置，例如，也可以將電位保持功能和電位掃描功能設置于其他裝置。
[0060]液置換機構(gòu)11，如圖1所示，具有用于將測定單元2內(nèi)的液體排出到廢液罐T2的排出管路12，和從緩沖液罐Tl將鄰苯二甲酸緩沖液供給到測定單元2的供給管路13。
[0061]排出管路12具有與測定單元2連接的排出管121，以及設置于該排出管121用于將容納于測定單元2的液體排除到外部的排出泵122。排出管121設置為以在作用電極5表面附近開口的方式將測定單元2的底壁部2c貫通(未圖示)。另外，排出管121的下游側(cè)與廢液罐T2連接。另外，排出泵122通過后述的計算控制裝置8對其工作時間等進行控制。
[0062]供給管路13具有連接于測定單元2的供給管131、以及設置于該供給管131用于將容納于緩沖液罐Tl的鄰苯二甲酸緩沖液供給到測定單元2的供給泵132。供給管131與對電極3以及參照電極4同樣地，在測定單元2的側(cè)壁部2b以朝向作用電極5的方式傾斜插入固定(未圖示)。另外，供給管131的上游側(cè)與緩沖液罐Tl連接。另外，供給泵132通過后述的計算控制裝置8對其工作時間等進行控制。
[0063]該液置換機構(gòu)11通過計算控制裝置8被控制，以將容納于測定單元2的液體樣品在至少保持對電極3以及作用電極5與液體樣品接觸的液量的狀態(tài)下，進行液體置換。具體地，液置換機構(gòu)11的排出泵122以及供給泵132通過計算控制裝置8被控制，以將容納于測定單元2的液體樣品分成多次與作為測定用溶液的鄰苯二甲酸緩沖液進行置換。例如，液置換機構(gòu)11將液體樣品例如每次一半一半地與鄰苯二甲酸緩沖液分多次(例如4次左右)進行置換。作為置換方法，將容納于測定單元2的液體樣品通過排出管路12排出一半之后，通過供給管路13供給與排出量相當量的鄰苯二甲酸緩沖液。如此例如反復數(shù)次。另外，也可以同時進行液體樣品的排出以及鄰苯二甲酸緩沖液的供給。
[0064]計算控制裝置8是取得由恒電位儀PS檢測的檢測信號，進行重金屬離子的檢測以及濃度測定的裝置。具體地，計算控制裝置8是具備CPU、存儲器、輸入輸出通道、顯示器等輸出裝置801、A/D變換器、D/A變換器等的通用以及專用的裝置，上述CPU以及其周邊機器通過在上述存儲器的預定區(qū)域存儲的測定用程序協(xié)作工作，從而執(zhí)行后述的測定程序。另夕卜，計算控制裝置8，結(jié)構(gòu)上不必為一體，也可以通過有線或者無線分割為多個機器。
[0065]接著，說明測定單元2、設置于該測定單元2的電極群3?5以及設置于該測定單元2的攪拌機構(gòu)9。
[0066]測定單元2，如圖3所示，為在內(nèi)部形成液體樣品的容納空間2S的裝置，在其上壁部2a形成用于導入液體樣品的樣品導入部21。
[0067]另外，在測定單元2的側(cè)壁部2b，對電極3以及參照電極4以朝向下側(cè)(底壁部2c偵D的方式傾斜插入固定。更進一步，在測定單元2的底壁部2c作用電極5以在容納空間2S露出的方式被固定。
[0068]這里，就有關(guān)本實施方式的電極群3?5而言，對電極3為例如鉬電極，參照電極4為例如銀-氯化銀電極，作用電極5為高濃度摻硼的摻硼金剛石(導電性金剛石)電極。
[0069]對電極3以及參照電極4，如前所述，在測定單元2的側(cè)壁部2b以朝向設置于測定單元2的底壁部2c的作用電極5的方式傾斜插入固定。如此，對電極3以及參照電極4在測定單元2的側(cè)壁部2b以朝向作用電極5的方式傾斜插入固定，因此這些電極3、4能夠被配置為不干擾周圍結(jié)構(gòu)。另外，對電極3以及參照電極4被插入后述的攪拌子91的插入用通孔91H內(nèi)，這些電極3、4的前端部靠近作用電極5的電極表面5a。
[0070]另外，作用電極5是在測定單元2的底壁部2c以使電極表面5a在容納空間2S露出的方式設置的平板狀電極。該作用電極5被設置為堵塞在底壁部2c形成的開口部，據(jù)此，形成電極表面5a在容納空間2S露出的結(jié)構(gòu)。另外，在底壁部2c和作用電極5或者保持該作用電極5的保持部件(未圖示)之間，設置例如O型環(huán)等的密封部件，用于使容納于測定單元2的液體樣品不從縫隙漏出到外部。
[0071]設置于上述測定單元2的攪拌機構(gòu)9，如圖1所示，具有容納于測定單元2的容納空間2S內(nèi)的攪拌子91、用于使該攪拌子91通過磁力而旋轉(zhuǎn)的磁力操動機構(gòu)92。另外，磁力操動機構(gòu)92被設置在測定單元2的底壁部2c的下側(cè)，具體地，被設置在作用電極5的下側(cè)。
[0072]攪拌子91，如圖4?圖7所示，為例如PTFE等的氟系樹脂制成，具有呈圓筒狀的本體部911和在該本體部911的軸方向的一方的開口端部911p連續(xù)形成，沿著軸方向延伸的多個葉片部912。另外，由于攪拌子91為氟系樹脂制成，因此為耐污染的結(jié)構(gòu)。另外，雖然未圖示，在攪拌子91中，本體部911的另一方的開口端部911q的徑向外側(cè)的角部以及葉片部912的前端部的角部等，被實施了倒角加工(R倒角加工)成為帶圓角的形狀。據(jù)此，攪拌子91成為易于旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。
[0073]本體部911的軸方向的另一方的開口端部911q具有在被容納于測定單元2的狀態(tài)下，與作用電極5的電極表面5a對置的對置面911a。該對置面911a是由本體部911的另一方的開口端部911q的開口端面形成的呈圓環(huán)狀的面。
[0074]如此，由于本體部911呈圓筒狀，在攪拌子91的旋轉(zhuǎn)中心部，形成用于插入對電極3以及參照電極4的插入用通孔91H (參照圖5)。該插入用通孔91H是截面呈圓形的孔。如此，由于是截面呈圓形的孔，在攪拌子91為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，能夠使插入對電極3以及參照電極4的插入空間盡可能地大。
[0075]多個葉片部912在本體部911的一方的開口端部911p的圓周方向等間隔地形成。本實施方式中，形成2個葉片部912，其被設置為在本體部911的一方的開口端部911p的徑向?qū)χ?。另外，多個葉片部912是相互為同一形狀的部件。各葉片部912的朝向圓周方向的端面912x作為攪拌容納于容納空間2S的液體樣品的攪拌面發(fā)揮功能(參照圖4以及圖5)。更進一步，葉片部912的外側(cè)面912m是與上述本體部911的外側(cè)周面911m連續(xù)的同一面。
[0076]另外，在攪拌子91的本體部911，多個磁鐵913被內(nèi)置于內(nèi)部?？紤]到攪拌子91整體的重量平衡，多個磁鐵913被軸對稱地設置于本體部911的圓周方向上未形成葉片部912的部分(參照圖5)。具體地，在本體部911的對置壁911s、911t分別地設置多根呈棒狀的磁鐵913 (圖5中，在各對置壁911s、911t各設置3根)。內(nèi)置于各對置壁911s、911t的棒狀磁鐵913沿著本體部911的軸方向被設置(參照圖6及圖7)。設置于一方的對置壁911s的多根棒狀磁鐵913構(gòu)成為軸方向一方側(cè)(葉片部912偵D為N極，軸方向的另一端側(cè)(對置面911a側(cè))為S極。另外,設置于另一方的對置壁911t的多根棒狀磁鐵913構(gòu)成為軸方向一方側(cè)(葉片部912偵彳)為S極，軸方向的另一端側(cè)(對置面911a偵D為N極。
[0077]對于如此構(gòu)成的攪拌子91，在磁力操動機構(gòu)92的旋轉(zhuǎn)體中，在與上述一方的對置壁911s對應的部分設置攪拌子91側(cè)為N極的磁鐵，在與上述另一方的對置壁91 It對應的部分設置攪拌子91側(cè)為S極的磁鐵。根據(jù)如此構(gòu)成的磁力操動機構(gòu)92，在旋轉(zhuǎn)攪拌子91時，以攪拌子91的磁鐵913被吸引到旋轉(zhuǎn)體的磁鐵的狀態(tài)(S卩，攪拌子91的對置面911a被壓到后述的接觸面2P的狀態(tài))旋轉(zhuǎn)。如此，攪拌子91被吸引至旋轉(zhuǎn)體，對置面911a以在接觸面2P滑動的方式旋轉(zhuǎn)，因此能夠使攪拌子91的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定。
[0078]另外，攪拌子91的對置面911a，S卩，在本體部911的軸方向的另一方的開口端部911q，形成了用于向上部放出氣泡的I個或者多個凹部914。該凹部914是在本體部911的另一方的開口端部911 q的內(nèi)側(cè)周面以及外側(cè)周面開口的部分。本實施方式中,在本體部911的另一方的開口端部911q的圓周方向等間隔地形成，考慮到攪拌子91的重量平衡，形成于葉片部912的下方(參照圖6)。
[0079]簡單說明該攪拌子91的制造方法。如圖8所示，將呈圓筒狀的加工前部件900的軸方向一端側(cè)的相互對置的側(cè)壁部901、902分別以從與軸方向垂直的方向觀察時軸對稱地大致呈L字狀地切除的方式切削。據(jù)此，形成本體部911以及葉片部912。另外，通過在上述加工前部件900的軸方向的另一端側(cè)的開口端部形成凹部，從而形成釋放氣泡用凹部914。更進一步，通過端銑刀等切削用于將磁鐵913埋設于本體部911的埋設孔。將磁鐵913嵌入到該埋設孔。實施了如此加工之后，通過在加工后部件實施前述的R倒角加工形成攪拌子91。另外，也可以在埋入磁鐵913之前實施R倒角加工。
[0080]如圖9以及圖10所示，本實施方式的測定單元2具備攪拌子接觸面2P(以下稱作接觸面2P)和保持面2Q。接觸面2P與對置于電極表面5a的攪拌子91的對置面91 Ia接觸，使該對置面911a從電極表面5a分離。保持面2Q是在與該接觸面2P的不同位置形成，是攪拌子91中的與對置面911a不同的面沿著其旋轉(zhuǎn)的面，用于保持攪拌子91的旋轉(zhuǎn)姿勢。
[0081]接觸面2P是為了使攪拌子91的對置面911a不與電極表面5a接觸而支持的面。該接觸面2P是從作用電極5的電極表面5a朝電極表面5a所面向的方向(上方向)分離形成的呈圓環(huán)狀的平面，載置攪拌子91。具體地，接觸面2P在作用電極5的電極表面5a的上部，形成在從測定單元2的內(nèi)側(cè)周面2x向徑向內(nèi)側(cè)突出而形成的呈圓環(huán)狀的突出部22。具體地，由突出部22的與作用電極5相反側(cè)的平面(上表面)形成。
[0082]如上所述，在這樣的接觸面2P中，攪拌子91被吸引于磁力操動機構(gòu)92，攪拌子91的對置面911a以被壓到接觸面2P的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)。據(jù)此，對置面911a以在接觸面2P滑動的方式旋轉(zhuǎn)，因此能夠使攪拌子91的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定,能夠使根據(jù)攪拌子91在電極表面5a產(chǎn)生的液體樣品的對流固定。
[0083]保持面2Q是將攪拌子91的旋轉(zhuǎn)軸對于電極表面5a大致固定，保持攪拌子91的旋轉(zhuǎn)姿勢的面。該保持面2Q是在測定單元2內(nèi)部的接觸面2P (突出部22)的上側(cè)形成的呈圓筒狀的面。該保持面2Q的中心軸與攪拌子的旋轉(zhuǎn)中心軸大致一致。具體地，保持面2Q由測定單元2的呈圓筒狀的內(nèi)側(cè)周面2x形成。該保持面2Q與攪拌子91的本體部911的外側(cè)周面911m的大致整體間隔若干間隙對置形成。另外，本體部911的外側(cè)周面911m與保持面2Q之間的間隙，優(yōu)選為在能夠確保攪拌子91的旋轉(zhuǎn)的程度而盡可能小，例如0.5mm左右。根據(jù)該保持面2Q,能夠防止攪拌子91在旋轉(zhuǎn)開始時或者旋轉(zhuǎn)途中上下反轉(zhuǎn),抑制攪拌子91的旋轉(zhuǎn)軸的振動，或者使旋轉(zhuǎn)軸的振動的振幅減小，能夠大致固定地保持攪拌子91的旋轉(zhuǎn)姿勢。因此，能夠使攪拌子91的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定，能夠使根據(jù)攪拌子91在電極表面5a產(chǎn)生的液體樣品的對流大致固定。
[0084]另外，在本實施方式中，本體部911的外側(cè)周面911m和葉片部912的外側(cè)面912m為同一面，保持面2Q構(gòu)成為對置于葉片部912的外側(cè)面912m (參照圖10)。據(jù)此，攪拌子91旋轉(zhuǎn)時，由于葉片部912的外側(cè)面912m也沿著保持面2Q(測定單元2的內(nèi)側(cè)周面2x)旋轉(zhuǎn)，因此能夠大致固定地保持攪拌子91的旋轉(zhuǎn)姿勢。
[0085](鎘的分析方法)
[0086]接著，說明使用電化學分析裝置100通過溶出法分析鎘的方法。
[0087]1.提取液調(diào)制工序
[0088]以下，舉例說明以大米作為來源于生物的樣品的情況。首先，將大米粉碎得到米粉。接著，將得到的米粉溶解于高氯酸，一邊分解有機物一邊提取鎘。通過對得到的提取液實施吸引過濾從而去除殘渣。更進一步，在吸引過濾后的提取液添加鄰苯二甲酸氫鉀和氫氧化鈉，將PH值調(diào)整為4.0左右作為供鎘測定用的提取液。
[0089]需要說明的是，在大米的提取液中，鎘通常形成與銅的復合體。在鎘形成和銅的復合體的情況下，溶出工序時有時會觀測到由鎘和銅的復合體造成的電流峰值，以及由鎘單體造成的電流峰值，為了便于分析，優(yōu)選為僅檢測一種由鎘造成的電流峰值。另外，對于鎘單體與鎘和銅的復合體，電化學分析的檢測靈敏度不同。因此，為了使檢測靈敏度一致，便于分析結(jié)果的討論，對于將鎘作為與銅的復合體檢測，在大米的提取液中的銅濃度達不到基準濃度(例如，為預想最高濃度4ppm)的情況下，可以在提取液添加不足分量的銅來補充銅，另外，也可以以預想的鎘濃度的3?10倍左右的濃度來添加大大過剩的銅(例如，針對鎘濃度為50ppb的情況，以使?jié)舛瘸蔀?00?400ppb的方式添加銅)，將鎘作為與銅的復合體檢測出來。在此，在上述提取液添加銅時，能夠使用CuCl2等的銅化合物。該銅化合物，可以單獨地添加到提取液，也可以與高氯酸一起添加，或者與鄰苯二甲酸氫鉀一起添加。
[0090]2.電極處理工序
[0091]通過用戶操作電源0N/0FF按鈕，計算控制裝置8使電化學分析裝置100的主電源成為0N。其后，通過用戶按下電極處理按鈕，計算控制裝置8進行測定裝置內(nèi)，具體地，進行測定單元2的電極處理控制。該電極處理工序為，首先，使用液置換機構(gòu)11的供給管路13，將提取鎘時所用的液體，例如高氯酸、鄰苯二甲酸氫鉀、以及氫氧化鈉的濃度以及pH值與提取液相同的鄰苯二甲酸緩沖液供給到測定單元2內(nèi)，并且一邊通過磁攪拌機構(gòu)9攪拌供給的鄰苯二甲酸緩沖液，一邊在導電性金剛石電極5按預定時間施加正電壓(例如，施加60秒鐘+3.5V的電壓)，進行去除在導電性金剛石電極5粘附的有機物和重金屬的電極清洗處理。接著，在導電性金剛石電極5按預定的時間施加負電壓(例如，施加5秒鐘的-3.5V電壓)，進行導電性金剛石電極5的表面的氫封端化處理。接著，從液置換機構(gòu)11的排出管路12排出該鄰苯二甲酸緩沖液，從而完成電極處理工序。
[0092]3.提取液注入工序
[0093]上述電極處理工序完成后，用戶使設置于罩C上部的樣品導入部21的開閉蓋移動至開放位置，從樣品導入部21注入提取液。然后，用戶按下測定開始按鈕，計算控制裝置8接收測定開始信號開始鎘的測定。需要說明的是，這時，通過檢測對電極3、導電性金剛石電極5以及參照電極4是否與提取液接觸的液體傳感器(未圖示)取得檢測信號，計算控制裝置8判斷電極群3?5是否與提取液接觸。若判斷為接觸，則進入到以下的測定工作，若未接觸，則進行錯誤顯示等的報告。
[0094]4.電沉積工序
[0095]計算控制裝置8向恒電位儀PS輸出電沉積開始信號。據(jù)此，恒電位儀PS使導電性金剛石電極5的電位變動至負電位的方向，使該導電性金剛石電極5的電位成為比鎘的還原電位還要低的電位(例如，-1.0V),使鎘電沉積于導電性金剛石電極5的表面5a。在此，在鎘與銅形成復合體的情況下，可以使鎘和銅的復合體電沉積于導電性金剛石電極5的表面5a。該情況下，可以使電沉積電位為-0.8V左右。將導電性金剛石電極5的電位比上述還原電位低的狀態(tài)保持預定時間(例如，10分鐘)之后完成該電沉積工序。
[0096]5.液置換工序
[0097]上述電沉積工序后，恒電位儀PS將導電性金剛石電極5的電位以比上述還原電位低的狀態(tài)保持固定。該狀態(tài)下計算控制裝置8通過控制液置換機構(gòu)11將測定單元2內(nèi)的提取液與鄰苯二甲酸緩沖液分為多次置換。本實施方式中，容納于測定單元2的提取液通過排出管路12排出一半之后，通過供給管路13供給與排出量相當?shù)牧康泥彵蕉姿峋彌_液。通過多次進行該工作(例如4次左右)將提取液置換為鄰苯二甲酸緩沖液。如此,液置換工序中通過將導電性金剛石電極5的電位以比上述還原電位低的狀態(tài)保持固定，能夠防止電沉積于電極5的鎘在液置換工序中溶出。在此，提取液的排出量以及鄰苯二甲酸緩沖液的供給量可以分別基于排出時間以及供給時間進行規(guī)定。
[0098]6.溶出工序(電流檢測工序)
[0099]通過上述液置換工序?qū)y定單元2內(nèi)置換為鄰苯二甲酸緩沖液之后，計算控制裝置8，向恒電位儀PS輸出溶出開始信號。據(jù)此，恒電位儀PS將導電性金剛石電極5的電位掃描至正電位方向，具體地，掃描至比鎘的還原電位高的電位(例如，+1.0V)，將鎘和銅的復合體溶出至鄰苯二甲酸緩沖液。
[0100]一旦鎘和銅的復合體溶出，與此伴隨的，在導電性金剛石電極5與對電極3之間產(chǎn)生電流。由鎘和銅的復合體造成的電流，在本反應系統(tǒng)中在+0.35V附近產(chǎn)生，該電流(電信號)被傳送到恒電位儀PS，進行各電極的信號的控制、檢測。這里，由恒電位儀PS檢測的信號被發(fā)送到計算控制裝置8。從液置換機構(gòu)11的排出管路12排出鄰苯二甲酸緩沖液，從而完成溶出工序。
[0101]圖11表示由該溶出工序得到的伏安特性曲線的一例。圖11所示的伏安特性曲線中，在-0.35v附近觀察到的電流峰值來源于鎘和銅的復合體，在0.25V附近觀察到的電流峰值來源于銅單體。另外，在圖11所示的伏安特性曲線中可知隨著鎘的濃度變高，電流的峰值也變高。
[0102]另一方面，圖12表示在調(diào)制提取液時使用的酸為鹽酸的情況下得到的伏安特性曲線的一例。在調(diào)制提取液時使用鹽酸的情況下，未被分解的殘留有機物成為干擾因素，另夕卜，由于鎘與鹽酸形成絡合物，如圖12所示，來源于鎘的電流峰值(-0.6V附近)不明顯，從而不能被高靈敏度的檢測。
[0103]7.關(guān)系線制作工序
[0104]本實施方式中，為使用標準添加法分析鎘濃度，使用在提供到上述的電沉積工序?溶出工序的提取液中進一步添加濃度已知的鎘標準樣品而成為預定濃度(例如50ppb)的樣品，進行與上述同樣的電沉積工序?溶出工序，制作鎘濃度與電流值或者電荷量的關(guān)系線。
[0105]8.鎘濃度計算工序
[0106]計算控制裝置8將得到的電流值或者電荷量與制作的鎘濃度與電流值或者電荷量的關(guān)系線對比，計算提取液的鎘濃度。這時，根據(jù)從作為實測值的電流值或者電荷量減去預先僅用鄰苯二甲酸緩沖液測定了的基礎(chǔ)電流值或者基礎(chǔ)電荷量而得的差分電流值或者差分電荷量計算鎘濃度，從而能夠較高精度地計算鎘濃度。如此計算的鎘濃度被顯示于設置在罩C的前表面的顯示部801。
[0107]9.后電解工序
[0108]電位的掃面結(jié)束后的一段時間，通過將導電性金剛石電極5的電位保持在+1.0V,從而使電沉積了的鎘、銅全部溶出，能夠使導電性金剛石電極5再生恢復到測定前的狀態(tài)。通過如此再生導電性金剛石電極5，能夠重復使用同一電極。在此，導電性金剛石電極5的再生，并不只是通過固定電位的保持，也可以通過進行寬域電位重復掃描來實現(xiàn)。
[0109]10.廢液工序
[0110]上述后電解工序之后，計算控制裝置8通過控制液置換機構(gòu)11的排出管路12的排出泵122，將測定單元2內(nèi)的測定后溶液排出到廢液罐T2。該廢液工序結(jié)束后，進行測定單元的清洗，將電源設為OFF。[0111](本實施方式的效果)
[0112]根據(jù)如此構(gòu)成的本實施方式的電化學測定裝置100，具有接觸面2P，該接觸面2P使作用電極5的電極表面5a與攪拌子91的對置面911a分離，因此能夠構(gòu)成為攪拌子91不與作用電極5接觸，作用電極5不會由攪拌子91而造成損傷，形成于作用電極5的電極表面5a的雙電層也不會被擾亂。據(jù)此，能夠提高電化學測定的穩(wěn)定性。
[0113]另外，具有用于保持攪拌子91的旋轉(zhuǎn)姿勢的保持面2Q，因此不用擔心攪拌子91在旋轉(zhuǎn)過程中改變姿勢，產(chǎn)生與作用電極5接觸或者不能旋轉(zhuǎn)等的旋轉(zhuǎn)故障，能夠使攪拌子91的旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)位置穩(wěn)定，能夠使攪拌子91的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定。據(jù)此使攪拌子91的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定，從而能夠使在作用電極5的電極表面5a的液體樣品的對流大致固定，能夠提高電化學測定的穩(wěn)定性。
[0114]不僅如此，根據(jù)本實施方式的鎘分析方法，使用高氯酸從大米等來源于生物的樣品提取鎘，從而能夠不形成鎘的絡合物而分解包含于來源于生物的樣品的有機物，能夠高精度地進行鎘的檢測和/或其濃度的測定。
[0115]另外，本實施方式中，使用鄰苯二甲酸氫鉀作為緩沖劑，從而在測定鎘時，作為干擾因素的鉛、硒、鉻、硼等的金屬被羧基包裹，其結(jié)果，推測為防止了對鎘的干擾。
[0116]更進一步，在本實施方式中，通過進行包括電極清洗處理和氫封端化處理的電極處理工序，從而預先去除了粘附于作用電極的有機物、重金屬，修整導電性金剛石電極的表面，從而能夠進一步提高分析精度。特別地，認為在本實施方式中，在鄰苯二甲酸緩沖液中進行電極清洗處理從而由柯爾貝反應生成CO自由基，這能有效的進行有機物的分解、去除。
[0117]另外，本發(fā)明不限于上述實施方式。
[0118]例如，也可以在攪拌子的呈圓筒狀的本體部內(nèi)，形成葉片部。該情況下，存在插入用通孔91H的開口尺寸變小的隱患，但是能夠使攪拌子91的軸方向尺寸變小。
[0119]另外，上述實施方式的保持面2Q由測定單元2的內(nèi)側(cè)周面2x形成，如圖13所示，也可以設置在測定單元2的內(nèi)側(cè)周面2x以及攪拌子91的外側(cè)周面911m之間設置的、其內(nèi)側(cè)周面IOx為保持面2Q的間隔部件10。該間隔部件10為呈與軸方向垂直的截面具有相等截面形狀的圓筒狀的部件。在此，也可以通過形成從該間隔部件10的內(nèi)側(cè)周面IOx向徑向內(nèi)側(cè)突出的環(huán)狀突出部，從而成為具有接觸面2P的裝置。
[0120]更進一步，在上述實施方式中，攪拌子91是具有插入用通孔91H的裝置，但也可以是不具有插入用通孔91H的裝置。該情況下，不能將對電極3以及參照電極4從攪拌子91的上部向作用電極5側(cè)插入，但是也可以是例如，使接觸面2P (突出部22)和作用電極5的距離比上述實施方式大，將對電極3以及參照電極4從突出部22和作用電極5之間的側(cè)壁插入到容納空間2S內(nèi)，構(gòu)成為使對電極3以及參照電極4位于作用電極5的電極表面5a的附近。
[0121]而且，上述實施方式的保持面2Q是以包圍攪拌子91的旋轉(zhuǎn)中心軸的方式形成的呈圓筒狀的面，如圖14所示，也可以是構(gòu)成為以對置于上述接觸面2P的方式形成，與上述接觸面2P可旋轉(zhuǎn)地夾持攪拌子91。作為該保持面2Q，也可以考慮為例如與攪拌子91的上表面接觸的呈圓環(huán)狀的平面。該保持面2Q與上述接觸面2P同樣地，由從測定單元2的內(nèi)側(cè)周面2x向徑向內(nèi)側(cè)突出的環(huán)狀突出部23的下表面形成。在此，圖14表示了使用棒狀的攪拌子91的情況，也可以如上述實施方式那樣，為具有插入用通孔91H的攪拌子。
[0122]而且，在上述實施方式中，是具備作用電極5、對電極3以及參照電極4的由三電極法進行測定的裝置，但也可以是僅具備作用電極5以及對電極3的由二電極法進行測定的裝置。雖然三電極法能夠控制施加于作用電極5和對電極3之間的電壓的絕對值，因此能夠進行精度以及靈敏度高的測定，但是根據(jù)二電極法，使用的電極僅為作用電極5以及對電極3的二電極，因此能夠使測定單元2的構(gòu)造簡單化、小型化。
[0123]在上述實施方式的鎘分析方法中，作為用于鎘濃度計算的關(guān)系線的制作方法，不限于標準添加法，在提取液中的銅濃度低的情況下，也可以使用檢量線法預先制作鎘濃度和電流值或者電荷量的關(guān)系線。
[0124]更進一步，上述實施方式的電化學測定裝置也可以應用于測定在液體樣品中含有的Cu、As、Cd、Zn等的重金屬離子中的任一種或者多種的成分。
[0125]在上述實施例的鎘分析方法中，雖然通過進行液置換工序從而能夠得到噪聲小的信號，但是也可以不進行液置換工序來測定鎘等的重金屬離子。
[0126]另外，本發(fā)明不限于上述的實施方式，只要不脫離本發(fā)明的精神的范圍，就可以進行各種各樣的變更。
【權(quán)利要求】
1.一種電化學分析方法，其特征在于，是使用對電極以及作用電極以電化學方式分析來源于生物的樣品中含有的鎘的方法， 具備提取工序，對來源于生物的樣品添加具有氧化性且不與鎘形成絡合物的酸，從上述來源于生物的樣品中提取鎘。
2.如權(quán)利要求1所述的電化學分析方法，其特征在于， 具備PH值調(diào)整工序，將從上述提取工序中得到的提取液的pH值調(diào)整為3~7。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電化學分析方法，其特征在于， 上述酸為高氯酸。
4.如權(quán)利要求2或3所述的電化學分析方法，其特征在于， 在上述pH值調(diào)整工序中，在上述提取液添加由有機酸和/或其鹽構(gòu)成的緩沖劑。
5.如權(quán)利要求1-4任一項所述的電化學分析方法,其特征在于， 具備銅添加工序，在上述來源于生物的樣品中添加銅。
6.如權(quán)利要求2-5任一項所述的電化學分析方法,其特征在于， 具備電極清洗工序 ，在上述作用電極與溶液接觸的狀態(tài)下，在上述作用電極施加正的電壓，上述溶液的酸以及緩沖劑的組成以及PH值與pH值調(diào)整后的上述提取液相同。
7.如權(quán)利要求6所述的電化學分析方法,其特征在于， 上述作用電極為導電性金剛石電極， 具備氫封端化工序，在上述電極清洗工序之后，在上述導電性金剛石電極施加負電壓，使電極表面氫封端化。
8.一種電化學分析裝置，其特征在于，是用于以電化學方式分析來源于生物的樣品中含有的鎘的裝置，具備: 提取裝置，其對來源于生物的樣品添加具有氧化性且不與鎘形成絡合物的酸，從上述來源于生物的樣品中提取鎘； pH值調(diào)整裝置，其將得到的提取液的pH值調(diào)整為3~7 ; 用于內(nèi)置對電極和作用電極，容納上述提取液的單元； 施加裝置，其在上述作用電極和上述對電極之間施加使鎘或者其復合體電沉積于上述作用電極的電壓，然后，施加使電沉積于上述作用電極的鎘或者其復合體溶出的電壓； 檢測裝置，其檢測產(chǎn)生于上述作用電極和上述對電極之間的電流。
9.如權(quán)利要求8所述的電化學分析裝置，其特征在于， 具備銅添加裝置，其在上述來源于生物的樣品中添加銅。
10.如權(quán)利要求8或9所述的電化學分析裝置，其特征在于 上述作用電極為導電性金剛石電極。
11.一種試劑組，其特征在于，用于在使用對電極以及作用電極以電化學方式分析來源于生物的樣品中含有的鎘時，提取該來源于生物的樣品中的鎘，并且調(diào)整得到的提取液以供測定， 該試劑組包含具有氧化性且不與鎘形成絡合物的酸、由有機酸和/或其鹽構(gòu)成的緩沖劑、和銅化合物。
12.如權(quán)利要求11所述的試劑組，其特征在于， 上述具備氧化性且不與鎘形成絡合物的酸為高氯酸。
13.如權(quán)利要求11或12所述的試劑組，其特征在于，上述有機酸為鄰苯二甲酸或乙酸。
【文檔編號】G01N27/26GK103913490SQ201310655479
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月28日
【發(fā)明者】村田道生, 山貫干人 申請人:株式會社堀場制作所