特開 2020-85889 立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ−８による直接電気化学センサを用いた微量カルバドックスの検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-85889(P2020-85889A)

(43)【公開日】2020年6月4日

(54)【発明の名称】立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ−８による直接電気化学センサを用いた微量カルバドックスの検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/30 20060101AFI20200508BHJP

   G01N 27/48 20060101ALI20200508BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/30 B

   G01N27/48 301

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2019-166741(P2019-166741)

(22)【出願日】2019年9月13日

(11)【特許番号】特許第6684381号(P6684381)

(45)【特許公報発行日】2020年4月22日

(31)【優先権主張番号】201811365014.8

(32)【優先日】2018年11月16日

(33)【優先権主張国】CN

(71)【出願人】

【識別番号】519292730

【氏名又は名称】肇▲慶▼学院

(74)【代理人】

【識別番号】100131406

【弁理士】

【氏名又は名称】福山 正寿

(72)【発明者】

【氏名】▲劉▼▲艶▼清

(72)【発明者】

【氏名】汪洪武

(72)【発明者】

【氏名】姚夙

(72)【発明者】

【氏名】王淑▲蘭▼

(72)【発明者】

【氏名】胡耿▲シン▼

(57)【要約】      （修正有）

【課題】立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８が修飾された金電極と、それを用いた電気化学センサによる微量カルバドックスの検出方法を提供する。
【解決手段】金電極を、立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８により修飾し、修飾電極を得る。カルバドックスが含まれる試験溶液に修飾電極を浸漬し、電位を印加して濃縮を行う。次に、修飾電極を作用電極とした三電極システムを構成し、濃縮されたカルバドックスの測定を行う。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８による直接電気化学センサを用いた微量カルバドックスの検出方法であって、
金電極（φ＝３ｍｍ）を二次脱イオン水ですすぎ、０.０５μｍのγ−アルミナ研磨粉末で研磨し、再び洗浄してから使用のために乾燥させるという金電極の処理工程Ａと、
一定の量の立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ？８粉末を正確に秤量し、ＤＭＦで分散させ、Iｈ超音波処理して、均一に分散する４ｍｇ／ｍＬのメソポーラスカーボン分散液を得るという立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ？８分散液の製造工程Ｂと、
マイクロサンプルインジェクタを使用して、適量の立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ？８分散液を取り、それを処理した金電極上に均一に塗布し、それを赤外線下に置いて乾燥させてから、使用するために室温まで乾燥させるという立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ？８による電極修飾工程Ｃと、
修飾電極を一定の濃度のＮａ３ＰＯ４緩衝溶液に入れ、安定になるまで示差パルスボルタンメトリーによって走査し、次いで、１０００ｒｐｍで磁力を利用して撹拌しながら、電位範囲が？０.３Ｖ〜０.７Ｖ、濃縮時間が１０〜３５ｍｉｎである定電位濃縮を実施するという電気化学センサの構築工程Ｄと、
作用電極が立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ？８修飾電極であり、対極が中空チタン棒であり、参照電極が飽和カロメル電極であるという三電極システムを採用する電気化学試験を容積が２５ｍＬである自製の電解槽で行い、試験するたびにＮａ３ＰＯ４緩衝液である電解液を容積２０ｍＬ充填し、マグネチックスターラーで撹拌し、ＮａＯＨを用いてｐＨを調整し、使用前にその中の溶存酸素が十分に除去されるように高純度窒素ガスを５ｍｉｎ導入するというカルバドックスの検出工程Ｅとを含む、ことを特徴とする立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８による直接電気化学センサを用いた微量カルバドックスの検出方法。

【請求項2】

前記工程Ｃにおいて、前記立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ？８分散液の使用量は４μＬである、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記工程Ｄにおいて、前記電解槽におけるの前記Ｎａ３ＰＯ４緩衝溶液はｐＨ＝７.０である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記工程Ｄにおいて、前記濃縮電位は０.３Ｖである、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記工程Ｄにおいて、前記濃縮時間は２５ｍｉｎである、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、新規機能性材料および電気化学的検出技術の分野に属し、微量カルバドックスの検出方法に関し、特に、立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８による直接電気化学センサを用いた微量カルバドックスの検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

カルバドックス（Ｃａｒｂａｄｏｘ，略称ＣＢＸ）は伝統的なキノキサリン系薬剤で、広域抗菌作用を有する化学合成の動物用医薬品であり、豚、鶏、牛、羊、ウサギなどの動物の成長および発育を促進することができ、しかも飼料の転換率を高めることができるから、カルバドックスは水産養殖や豚、鶏などの家畜家禽の養殖において広く活用されている。しかしながら、非常に多くの毒物学的報告はカルバドックスが遺伝毒性、変異原性および発がん性があることを示している。それを飼料に添加して、動物が食べると、その体内に明らかな残留物があり、それは人の健康に非常に深刻な害を及ぼす。したがって、たとえ中国がそのような薬物を使用する大国であっても、カルバドックスの使用を禁じすることが明文規定されている。しかし、それは赤身肉の割合を増やすという明らかな効果を有するため、依然として違法使用の事例があり、したがって、簡単で効果的なカルバドックスの検出方法を確立することが特に重要である。

【0003】

現在、カルバドックスの検出方法について多くの報道があり、免疫学方法、液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー−タンデム質量分析法、液体クロマトグラフィー−タンデム質量分析法などが主にある。中国もカルバドックスを検出するための国家標準方法を公布した。最も一般的な方法は液体クロマトグラフィー−タンデム質量分析法であるが、この方法は実試料を処理する際に手順が複雑で、検出機器への要件が高く、簡単ではない。電気化学的検出は、効率的で迅速であり、選択性および感度が高く、機器に対する要件が比較的低く、様々な検出に広く使用されているが、カルバドックスの電気化学的測定に関する文献や報道が滅多に見られない。

【0004】

メソポーラス材料は、孔径２.０ｎｍ〜５０.０ｎｍの多孔質材料であり、メソポーラスカーボンは、非シリコン系メソポーラス材料の一種である。それは非常に大きな表面積（最大２５００ｍ２／ｇ）および細孔容積（２.２５ｃｍ３／ｇ）を有する。１９９９年には、Ｒｙｏｏらはテンプレート法を用いて規則性メソポーラスカーボンモレキュラーシーブＣＭＫ−１を初めて合成した。そのあと、様々な規則性メソポーラスカーボンが相次いで合成されるようになった。規則性メソポーラスカーボンは、細孔構造が規則的かつ非常に秩序正しく、細孔径の分布が狭く、一定の範囲内に調整制御することができ、比表面積が非常に大きく、導電性が良く、良い熱安定性およびある程度の水熱安定性を有するといういくつかのより優れた特性を有する。その優れた性能のために、メソポーラスカーボンは、電極修飾材料として電気化学触媒およびセンサにおける応用がますます幅広くなっている。メソポーラスカーボンＣＭＫ-３が現在で最も幅広く使用されているのに対して、立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８はあまり使用されていない。

【0005】

電気化学センサは、電気化学反応の原理に基づいて標的物質を検出するようなタイプのセンサであり、それは電極をセンサ変換素子として、電極上に修飾された材料を感度素子として使用し、感度素子を被検出物質のイオンまたは分子と接触させて化学反応または変化を発生させ、変換素子により、この反応または変化を直接または間接的に電気信号に変換し、標的物質の濃度、組成などの化学量と出力電気信号との間の関係を構築し、それによって標的物質に対する定量的検出を達成する装置である。電気化学センサは、それらの感度や選択性が高く、操作が簡単で、検出が迅速で、小型化しやすくおよび複雑なシステムにおけるオンラインモニタリングひいては生体分析などの優位性で、電気分析化学において非常に活発な研究分野となっており、しかも臨床試験、食品や医薬分析、環境モニタリング、ライフサイエンスなどの分野で幅広く活用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】中国特許出願公開第108918748号明細書

【0007】

従来技術の欠点を解決するために、本発明は、立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８による直接電気化学センサを用いた微量カルバドックスの検出方法を提供し、この方法は立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８の増幅効果を利用して、微量カルバドックスを高感度に検出するために用いることができる。

【0008】

本発明による立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８による直接電気化学センサを用いた微量カルバドックスの検出方法は、

【0009】

金電極（φ＝３ｍｍ）を二次脱イオン水ですすぎ、０.０５μｍのγ−アルミナ研磨粉末で研磨し、再び洗浄してから使用のために乾燥させるという金電極の処理工程Ａと、

【0010】

一定の量の立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８粉末を正確に秤量し、ＤＭＦで分散させ、１ｈ超音波処理して、均一に分散している４ｍｇ／ｍＬのメソポーラスカーボン分散液を得るという立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８分散液の製造工程Ｂと、

【0011】

マイクロサンプルインジェクタを使用して、適切な量の立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８分散液を取り、それを処理した金電極上に均一に塗布し、それを赤外線下に置いて乾燥させてから、使用するために室温まで乾燥させるという立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８による電極修飾工程Ｃと、

【0012】

修飾電極を一定の濃度のＮａ３ＰＯ４緩衝溶液に入れ、安定的になるまで示差パルスボルタンメトリーによって走査し、続いて、１０００ｒｐｍで磁力を利用して撹拌しながら、電位範囲が-０.３Ｖ〜０.７Ｖ、濃縮時間が１０〜３５ｍｉｎである定電位濃縮を実施するという電気化学センサの構築工程Ｄと、

【0013】

作用電極が立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８修飾電極であり、対極が中空チタン棒であり、参照電極が飽和カロメル電極であるという三電極システムを採用する電気化学試験を容積が２５ｍＬである自製の電解槽で行い、試験するたびにＮａ３ＰＯ４緩衝液である電解液を容積２０ｍＬ充填し、マグネチックスターラーで撹拌し、ＮａＯＨを用いてｐＨを調整し、使用前にその中の溶存酸素を十分に除去するように高純度窒素ガスを５ｍｉｎ入れるというカルバドックスの検出工程Ｅとを含む。

【0014】

本発明に記載の電気化学センサのさらなる特徴によれば、前記工程Ｃにおいて、立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８分散液の使用量は４μＬである。

【0015】

本発明に記載の電気化学センサのさらなる特徴によれば、前記工程Ｄにおいて、電解槽におけるのＮａ３ＰＯ４緩衝溶液はｐＨ＝７.０である。

【0016】

本発明に記載の電気化学センサのさらなる特徴によれば、工程Ｄにおいて、前記濃縮電位は０.３Ｖである。

【0017】

本発明に記載の電気化学センサのさらなる特徴によれば、前記工程Ｄにおいて、前記濃縮時間は２５ｍｉｎである。

【0018】

本発明による微量カルバドックスを検出するための電気化学センサは、従来技術におけるカルバドックス検出時に方法が面倒であり、工程が複雑であるという欠点を克服し、検出の感度を更に向上させ、微量カルバドックスに対する検出の自動化を容易にする。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】異なる電極の微分パルスボルタンメトリー曲線であり、ここでは、（ａ）は裸電極、（ｂ）は立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８による修飾電極である。挿入図は裸電極の拡大図である。

【0020】

【図2】本発明によるセンサの標準吸収曲線である。

【0021】

【図3】本発明によるセンサの選択性を示すグラフである。ここでは、横軸において加えられる物質であり、左から右へ順に尿素、尿酸、ヒポキサンチン、アスコルビン酸、イノシンなどの干渉物質である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

実施例１：本発明による微量カルバドックスを検出するための電気化学センサの構築

【0023】

本発明による立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８による直接電気化学センサを用いた微量カルバドックスの検出方法は、

【0024】

金電極（φ＝３ｍｍ）を二次脱イオン水ですすぎ、０.０５μｍのγ−アルミナ研磨粉末で研磨し、再び洗浄してから使用のために乾燥させるという金電極の処理工程（１）と、

【0025】

一定の量の立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８粉末を正確に秤量し、ＤＭＦで分散させ、１ｈ超音波処理して、均一に分散する４ｍｇ／ｍＬのメソポーラスカーボン分散液を得るという立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８分散液の製造工程（２）と、

【0026】

マイクロサンプルインジェクタを使用して、適切な量の立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８分散液を取り、それを処理した金電極上に均一に塗布し、それを赤外線下に置いて乾燥させてから、使用するために室温まで乾燥するという立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８による電極修飾工程（３）と、

【0027】

修飾電極を一定の濃度のＮａ３ＰＯ４緩衝溶液に入れ、安定になるまで示差パルスボルタンメトリーにより走査し、続いて、１０００ｒｐｍで磁力を利用して撹拌しながら、電位範囲が-０.３Ｖ〜０.７Ｖ、濃縮時間が１０〜３５ｍｉｎである定電位濃縮を実施するという電気化学センサの構築工程（４）と、

【0028】

作用電極が立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８修飾電極であり、対極が中空チタン棒であり、参照電極が飽和カロメル電極であるという三電極システムを採用する電気化学試験を容積が２５ｍＬである自製の電解槽で行い、試験するたびにＮａ３ＰＯ４緩衝液である電解液を容積２０ｍＬ充填し、マグネチックスターラーで撹拌し、ＮａＯＨを用いてｐＨを調整し、使用前にその中の溶存酸素が十分に除去されるように高純度窒素ガスを５ｍｉｎ導入するというカルバドックスの検出工程（５）とを含む。

【0029】

実施例２：本発明による微量カルバドックスを検出するための電気化学センサの示差パルスボルタンメトリーキャラクタリゼーション

【0030】

示差パルスボルタンメトリーによって裸電極と立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８による修飾電極上のカルバドックスの電気化学反応を観察する。図１に示すように、裸電極（曲線ａ）上で、２μＭのカルバドックスのピーク電流は０.４６μＡであり、立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８（曲線ｂ）の修飾下では、ピーク電流は２３３.４μＡ（曲線ａ）に達することができ、裸電極に対してピーク電流が５０７倍増加する。図２から明らかなように、曲線ｂのベースラインは曲線ａのベースラインよりも著しく低く、これはＣＭＫ-８が非常に大きな比表面積を有し、信号を効果的に増大させることができることを示す。

【0031】

実施例３：線形範囲および検出限界実験

【0032】

立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８による修飾電極のカルバドックスの還元に対する非常に強い電極触媒作用に基づいて、カルバドックスに対する超高感度の電気化学検出方法を確立することができる。カルバドックスは０.１ｎＭ〜５００.０ｎＭの濃度範囲にあるとき、電気化学的信号応答はカルバドックスの濃度と良い線形関係を示し（図２参照）、その線形回帰式は−Ｉ（μＡ）＝０.５０３ｘＣ（ｎｍｏｌ／Ｌ）−０.１２８で、Ｒ＝０.９９７で，検出限界は７４.４ｐＭである。本発明によって、カルバドックスの検出感度を著しく向上させ、低濃度のカルバドックスへの検出の自動化が容易になる。

【0033】

実施例４：干渉物質の影響

【0034】

選択的実験に示すように、この実験では、センサのピーク対電流比（Ｉ／ＩＯ）を比較することによって干渉実験を行い、図３に示すように、カルバドックス濃度が１００ｎＭの場合、１００倍の濃度の尿素、尿酸、ヒポキサンチン、アスコルビン酸、イノシンなどの干渉物質はそれに対していずれも干渉しないことになる。

【0035】

実施例５：実試料の測定

【0036】

実試料を処理した後、抽出物を取り、それに対して電気化学的測定を行い、測定結果を表１に示す。

【0037】

表１から、この方法の回収率は８９.７５％〜１０５.３８％であり、そして相対標準偏差は９.８７~４.２３％であることが分かる。

【0038】

【表1】

【図1】

【図2】

【図3】

【手続補正書】

【提出日】2020年2月7日

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８による直接電気化学センサを用いた微量カルバドックスの検出方法であって、 金電極（φ＝３ｍｍ）を二次脱イオン水ですすぎ、０.０５μｍのγ−アルミナ研磨粉末で研磨し、再び洗浄してから使用のために乾燥させるという金電極の処理工程Ａと、
一定の量の立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８粉末を正確に秤量し、ＤＭＦで分散させ、１ｈ超音波処理して、均一に分散する４ｍｇ／ｍＬのメソポーラスカーボン分散液を得るという立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８分散液の製造工程Ｂと、
マイクロサンプルインジェクタを使用して、適量の立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８分散液を取り、それを処理した金電極上に均一に塗布し、それを赤外線下に置いて乾燥させてから、使用するために室温まで乾燥させるという立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８による電極修飾工程Ｃと、
修飾電極を一定の濃度のＮａ３ＰＯ４緩衝溶液に入れ、安定になるまで示差パルスボルタンメトリーによって走査し、次いで、１０００ｒｐｍで磁力を利用して撹拌しながら、電位範囲が-０.３Ｖ〜０.７Ｖ、濃縮時間が１０〜３５ｍｉｎである定電位濃縮を実施するという電気化学センサの構築工程Ｄと、
作用電極が立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８修飾電極であり、対極が中空チタン棒であり、参照電極が飽和カロメル電極であるという三電極システムを採用する電気化学試験を容積が２５ｍＬである自製の電解槽で行い、試験するたびにＮａ３ＰＯ４緩衝液である電解液を容積２０ｍＬ充填し、マグネチックスターラーで撹拌し、ＮａＯＨを用いてｐＨを調整し、使用前にその中の溶存酸素が十分に除去されるように高純度窒素ガスを５ｍｉｎ導入するというカルバドックスの検出工程Ｅとを含む、ことを特徴とする立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８による直接電気化学センサを用いた微量カルバドックスの検出方法。

【請求項2】

前記工程Ｃにおいて、前記立方晶Ｉａ３ｄ構造のメソポーラスカーボンＣＭＫ-８分散液の使用量は４μＬである、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記工程Ｄにおいて、前記電解槽における前記Ｎａ３ＰＯ４緩衝溶液はｐＨ＝７.０である、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記工程Ｄにおいて、前記定電位濃縮の電位は０.３Ｖである、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記工程Ｄにおいて、前記濃縮時間は２５ｍｉｎである、ことを特徴とする請求項１に記載の方法

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0016】

本発明に記載の電気化学センサのさらなる特徴によれば、工程Ｄにおいて、前記定電位濃縮の電位は０.３Ｖである。