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(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】P2023177168
(43)【公開日】2023-12-13
(54)【発明の名称】化学センサ、電極の再生方法
(51)【国際特許分類】
G01N 27/48 20060101AFI20231206BHJP
G01N 27/30 20060101ALI20231206BHJP
【ＦＩ】
G01N27/48 301
G01N27/30 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022089955
(22)【出願日】2022-06-01
(71)【出願人】
【識別番号】301021533
【氏名又は名称】国立研究開発法人産業技術総合研究所
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(74)【代理人】
【識別番号】100147267
【弁理士】
【氏名又は名称】大槻 真紀子
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(72)【発明者】
【氏名】岩崎 渉
(72)【発明者】
【氏名】平間 宏忠
(72)【発明者】
【氏名】森田 伸友
(72)【発明者】
【氏名】竹村 謙信
(72)【発明者】
【氏名】大曲 新矢
(57)【要約】
【課題】連続的に使用でき環境モニタリングに適用できる化学センサ及び電極の再生方法を提供する。
【解決手段】流路２１、液体収容部２２、電解膜２３、第１電極２４及び第２電極２５を有する再生部２と、２つの電極に電圧を印加する電圧印加手段３と、第１電極２４に付着した測定対象物質１１０を検出する検出手段４とを備え、流路２１と液体収容部２２は電解膜２３を介して接合し、流路２１は測定対象物質１１０を含む試料溶液１２０を流す流路、液体収容部２２は流路２１内の試料溶液１２０に含まれるＨ＋又はＯＨ－を受容するイオン受容液体１３０を収容する容器又は流路である、化学センサ１。
【選択図】図１
【解決手段】流路２１、液体収容部２２、電解膜２３、第１電極２４及び第２電極２５を有する再生部２と、２つの電極に電圧を印加する電圧印加手段３と、第１電極２４に付着した測定対象物質１１０を検出する検出手段４とを備え、流路２１と液体収容部２２は電解膜２３を介して接合し、流路２１は測定対象物質１１０を含む試料溶液１２０を流す流路、液体収容部２２は流路２１内の試料溶液１２０に含まれるＨ＋又はＯＨ－を受容するイオン受容液体１３０を収容する容器又は流路である、化学センサ１。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つの流路と、少なくとも１つの液体収容部と、前記流路と前記液体収容部の間に介在する電解膜と、前記流路内に配置される第１電極と、前記液体収容部内に配置される第２電極と、を有する再生部と、
前記第１電極と前記第２電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第１電極に付着した測定対象物質を検出する検出手段と、を備え、
前記流路と前記液体収容部は、互いに隣接する領域において、前記電解膜を介して接合し、
前記流路は測定対象物質を含む試料溶液を流す流路であり、前記液体収容部は前記流路内の試料溶液に含まれる水素イオンまたは水酸化物イオンを受容する液体を収容する容器または流路である、化学センサ。
前記第１電極と前記第２電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第１電極に付着した測定対象物質を検出する検出手段と、を備え、
前記流路と前記液体収容部は、互いに隣接する領域において、前記電解膜を介して接合し、
前記流路は測定対象物質を含む試料溶液を流す流路であり、前記液体収容部は前記流路内の試料溶液に含まれる水素イオンまたは水酸化物イオンを受容する液体を収容する容器または流路である、化学センサ。
【請求項2】
前記流路の長手方向に沿って、前記再生部を２つ以上備える、請求項１に記載の化学センサ。
【請求項3】
前記第１電極およびその周辺を含む領域に存在する前記試料溶液のｐＨを検出するｐＨ検出部を備える、請求項１に記載の化学センサ。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか１項に記載の化学センサにおける電極の再生方法であって、
前記電圧印加手段により、前記第１電極と前記第２電極に電圧を印加し、前記電解膜を介して、前記流路内の試料溶液に含まれる水素イオンまたは水酸化物イオンを前記液体収容部内の液体へ移動させるか、または前記液体収容部内の液体に含まれる水素イオンまたは水酸化物イオンを前記流路内の試料溶液へ移動させて、前記流路内において、前記第１電極およびその周辺を含む領域に存在する前記試料溶液のｐＨを制御する、電極の再生方法。
前記電圧印加手段により、前記第１電極と前記第２電極に電圧を印加し、前記電解膜を介して、前記流路内の試料溶液に含まれる水素イオンまたは水酸化物イオンを前記液体収容部内の液体へ移動させるか、または前記液体収容部内の液体に含まれる水素イオンまたは水酸化物イオンを前記流路内の試料溶液へ移動させて、前記流路内において、前記第１電極およびその周辺を含む領域に存在する前記試料溶液のｐＨを制御する、電極の再生方法。
【請求項5】
前記第１電極およびその周辺を含む領域に存在する前記試料溶液のｐＨを８以上１４以下に制御する、請求項４に記載の電極の再生方法。
【請求項6】
前記第１電極およびその周辺を含む領域に存在する前記試料溶液のｐＨを１以上６以下に制御する、請求項４に記載の電極の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、化学センサ、および化学センサにおける電極の再生方法に関する。
【背景技術】
【0002】
現在、産業活動や日常生活において、多種多様な化学物質が利用されている。化学物質の中には、その製造、流通、使用、廃棄・リサイクル等の各段階において適切な管理が行われない場合には、環境汚染を引き起こし、人の健康や生態系に有害な影響を及ぼすものがある。また、環境の中で分解されにくく、生物中に蓄積され、長距離を移動して広範な環境汚染を引き起こすことがある残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ、Ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ）がある。これらの物質は汚染防止の対象となっており、国際的に協調して廃絶・削除することが求められている。
【0003】
環境への化学物質の排出規制は、益々厳しくなっている。しかしながら、実環境下において、生態や環境への化学物質の影響について正しく理解することが難しい。そのような状況の中で、慢性的な化学物質の影響を評価することは難しい。そこで、工場等の排出源や、河川や水道等の生活環境中の化学物質を常時モニタリングすることが求められている。
【0004】
環境モニタリングを行う方法としては、例えば、気体熱伝導式ガスセンサ等の物理センサを用いる方法や、高速液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ－ＩＲ）、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ－ＭＳ）等の化学センサを用いる方法が知られている。
【0005】
従来の物理センサを用いる方法や、化学センサを用いる方法は、設備が大型で高価であるばかりではなく、測定対象の化学物質の前処理が必要であるため、環境モニタリングには適していなかった。そこで、本発明者等は、環境モニタリングを行う方法として、設備が小型で安価な電気化学センサを連続的に用いる方法を検討している。電気化学センサを用いて環境モニタリングを行う方法としては、例えば、アノーディックストリッピングボルタンメトリーによる重金属測定が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１０－２７１２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、電気化学センサは、電極表面に汚れが付きやすく、その汚れによって性能が低下するという課題があった。そのため、電気化学センサでは、電極表面に付いた汚れを除去するために洗浄操作が必要である。電気化学センサは、前記の洗浄操作を行うために、連続的に使用することが難しかった。従って、電気化学センサは、環境モニタリングに適用することが難しかった。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、連続的に使用することができ、環境モニタリングに適用できる化学センサ、および化学センサにおける電極の再生方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、以下の態様を有する。
［１］少なくとも１つの流路と、少なくとも１つの液体収容部流路と、前記流路と前記液体収容部の間に介在する電解膜と、前記流路内に配置される第１電極と、前記液体収容部内に配置される第２電極と、を有する再生部と、
前記第１電極と前記第２電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第１電極に付着した測定対象物質を検出する検出手段と、を備え、
前記流路と前記液体収容部は、互いに隣接する領域において、前記電解膜を介して接合し、
前記流路は測定対象物質を含む試料溶液を流す流路であり、前記液体収容部は前記流路内の試料溶液に含まれる水素イオンまたは水酸化物イオンを受容する液体を収容する容器または流路である、化学センサ。
［２］前記流路の長手方向に沿って、前記再生部を２つ以上備える、［１］に記載の化学センサ。
［３］前記第１電極およびその周辺を含む領域に存在する前記試料溶液のｐＨを検出するｐＨ検出部を備える、［１］に記載の化学センサ。
［４］［１］～［３］のいずれかに記載の化学センサにおける電極の再生方法であって、
前記電圧印加手段により、前記第１電極と前記第２電極に電圧を印加し、前記電解膜を介して、前記流路内の試料溶液に含まれる水素イオンまたは水酸化物イオンを前記液体収容部内の液体へ移動させるか、または前記液体収容部内の液体に含まれる水素イオンまたは水酸化物イオンを前記流路内の試料溶液へ移動させて、前記流路内において、前記第１電極およびその周辺を含む領域に存在する前記試料溶液のｐＨを制御する、電極の再生方法。
［５］前記第１電極およびその周辺を含む領域に存在する前記試料溶液のｐＨを８以上１４以下に制御する、［４］に記載の電極の再生方法。
［６］前記第１電極およびその周辺を含む領域に存在する前記試料溶液のｐＨを１以上６以下に制御する、［４］に記載の電極の再生方法。
［１］少なくとも１つの流路と、少なくとも１つの液体収容部流路と、前記流路と前記液体収容部の間に介在する電解膜と、前記流路内に配置される第１電極と、前記液体収容部内に配置される第２電極と、を有する再生部と、
前記第１電極と前記第２電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第１電極に付着した測定対象物質を検出する検出手段と、を備え、
前記流路と前記液体収容部は、互いに隣接する領域において、前記電解膜を介して接合し、
前記流路は測定対象物質を含む試料溶液を流す流路であり、前記液体収容部は前記流路内の試料溶液に含まれる水素イオンまたは水酸化物イオンを受容する液体を収容する容器または流路である、化学センサ。
［２］前記流路の長手方向に沿って、前記再生部を２つ以上備える、［１］に記載の化学センサ。
［３］前記第１電極およびその周辺を含む領域に存在する前記試料溶液のｐＨを検出するｐＨ検出部を備える、［１］に記載の化学センサ。
［４］［１］～［３］のいずれかに記載の化学センサにおける電極の再生方法であって、
前記電圧印加手段により、前記第１電極と前記第２電極に電圧を印加し、前記電解膜を介して、前記流路内の試料溶液に含まれる水素イオンまたは水酸化物イオンを前記液体収容部内の液体へ移動させるか、または前記液体収容部内の液体に含まれる水素イオンまたは水酸化物イオンを前記流路内の試料溶液へ移動させて、前記流路内において、前記第１電極およびその周辺を含む領域に存在する前記試料溶液のｐＨを制御する、電極の再生方法。
［５］前記第１電極およびその周辺を含む領域に存在する前記試料溶液のｐＨを８以上１４以下に制御する、［４］に記載の電極の再生方法。
［６］前記第１電極およびその周辺を含む領域に存在する前記試料溶液のｐＨを１以上６以下に制御する、［４］に記載の電極の再生方法。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、連続的に使用することができ、環境モニタリングに適用できる化学センサ、および化学センサにおける電極の再生方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の一実施形態に係る化学センサの概略構成を示し、化学センサの高さ方向に沿う断面を示す模式図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る化学センサの第１変形例の概略構成を示し、化学センサの断面を示す模式図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る化学センサの第２変形例の概略構成を示し、化学センサの断面を示す模式図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る化学センサの第３変形例の概略構成を示し、化学センサの断面を示す模式図である。
【図5】本発明の一実施形態に係る化学センサの第４変形例の概略構成を示し、化学センサの断面を示す模式図である。
【図6】本発明の一実施形態に係る化学センサの第５変形例の概略構成を示し、化学センサの断面を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明の化学センサ、および化学センサにおける電極の再生方法の実施の形態について説明する。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
なお、本実施の形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【0013】
［化学センサ］
図１は、本発明の一実施形態に係る化学センサの概略構成を示し、化学センサの高さ方向に沿う断面を示す模式図である。
図１に示すように、本実施形態の化学センサ１は、再生部２と、電圧印加手段３と、検出手段４と、を備える。
再生部２は、流路２１と、液体収容部（以下、「第１液体収容部」と言う。）２２と、流路２１と、液体収容部２２の間に介在する電解膜２３と、第１電極２４と、第２電極２５と、を有する。
検出手段４は、電圧印加手段３と、流路２１と、第２液体収容部３１と、流路２１と第２液体収容部３１の間に介在する液洛部３２と、流路２１内に配置される第３電極３３と、第２液体収容部３１内に配置される第４電極３４と、電気検出部５と、を有する。
また、本実施形態の化学センサ１は、再生部２を支持する基板６を備えていてもよい。
図１は、本発明の一実施形態に係る化学センサの概略構成を示し、化学センサの高さ方向に沿う断面を示す模式図である。
図１に示すように、本実施形態の化学センサ１は、再生部２と、電圧印加手段３と、検出手段４と、を備える。
再生部２は、流路２１と、液体収容部（以下、「第１液体収容部」と言う。）２２と、流路２１と、液体収容部２２の間に介在する電解膜２３と、第１電極２４と、第２電極２５と、を有する。
検出手段４は、電圧印加手段３と、流路２１と、第２液体収容部３１と、流路２１と第２液体収容部３１の間に介在する液洛部３２と、流路２１内に配置される第３電極３３と、第２液体収容部３１内に配置される第４電極３４と、電気検出部５と、を有する。
また、本実施形態の化学センサ１は、再生部２を支持する基板６を備えていてもよい。
【0014】
本実施形態では、流路２１と第１液体収容部２２が隣接して配置されている。
流路２１は、化学センサ１による測定対象物質（化学物質）１１０を含む試料溶液１２０を流す流路である。
第１液体収容部２２は、流路２１内の試料溶液１２０に含まれる水素イオン（Ｈ＋）または水酸化物イオン（ＯＨ－）を受容する液体（以下、「イオン受容液体」と言う。）１３０を収容する容器または流路である。
流路２１は、化学センサ１による測定対象物質（化学物質）１１０を含む試料溶液１２０を流す流路である。
第１液体収容部２２は、流路２１内の試料溶液１２０に含まれる水素イオン（Ｈ＋）または水酸化物イオン（ＯＨ－）を受容する液体（以下、「イオン受容液体」と言う。）１３０を収容する容器または流路である。
【0015】
電解膜２３は、流路２１と第１液体収容部２２の間に介在している。詳細には、図１に示すように、流路２１と第１液体収容部２２は、互いに隣接する領域７において、電解膜２３を介して接合している。言い換えれば、流路２１と第１液体収容部２２は、それぞれの一部同士が、領域７において電解膜２３を介して互いに接合していればよく、その他の部分では接合していなくてもよく、その他の部分では隣接していなくてもよい。
【0016】
第１電極２４は、作用電極であり、流路２１内に配置されている。第１電極２４は、流路２１内において、電解膜２３と対向する位置に配置されていることが好ましい。
第２電極２５は、第１液体収容部２２内に配置されている。第１液体収容部２２内における第２電極２５の位置は特に限定されないが、第２電極２５は、電解膜２３と対向する位置に配置されていることが好ましく、第１電極２４と対向する位置に配置されていることがより好ましい。
第１電極２４と第２電極２５が、互いに対向する位置に配置されている場合と、互いに対向する位置に配置されていない場合も、化学センサ１による、第１電極２４の再生能力にはほとんど差異がない。
第２電極２５は、第１液体収容部２２内に配置されている。第１液体収容部２２内における第２電極２５の位置は特に限定されないが、第２電極２５は、電解膜２３と対向する位置に配置されていることが好ましく、第１電極２４と対向する位置に配置されていることがより好ましい。
第１電極２４と第２電極２５が、互いに対向する位置に配置されている場合と、互いに対向する位置に配置されていない場合も、化学センサ１による、第１電極２４の再生能力にはほとんど差異がない。
【0017】
流路２１と第２液体収容部３１が隣接して配置されている。
第２液体収容部３１は、第１液体収容部２２内に収容されるイオン受容液体１３０と同様の液体を収容する容器または流路である。
第２液体収容部３１は、第１液体収容部２２内に収容されるイオン受容液体１３０と同様の液体を収容する容器または流路である。
【0018】
液洛部３２は、流路２１と第２液体収容部３１の間に介在している。詳細には、図１に示すように、流路２１と第２液体収容部３１は、互いに隣接する領域９において、液洛部３２を介して接合している。言い換えれば、流路２１と第２液体収容部３１は、それぞれの一部同士が、領域９において液洛部３２を介して互いに接合していればよく、その他の部分では接合していなくてもよく、その他の部分では隣接していなくてもよい。
【0019】
第３電極３３と第４電極３４が、互いに対向する位置に配置されている場合と、互いに対向する位置に配置されていない場合も、化学センサ１による、測定対象物質１１０の検出能力にはほとんど差異がない。
【0020】
電圧印加手段３は、第１電極２４、第２電極２５、第３電極３３および第４電極３４に接続されている。第１電極２４と第２電極２５に電圧を印加して、第１電極２４（流路２１）から第２電極２５（第１液体収容部２２）に向かう電界Ｅ、または第２電極２５（液体収容部２２）から第１電極２４（流路２１）に向かう電界Ｅを発生させる。
【0021】
検出手段４は、第１電極２４に付着した測定対象物質を検出する。
【0022】
［流路］
流路２１は、測定対象物質（化学物質）１１０を含む試料溶液１２０を流すことができれば特に限定されないが、例えば、ハイドロゲルモールディング法や、フォトリソグラフィー、ソフトリソグラフィー、切削加工、接合等の微細加工法、または、これらの微細加工法を組み合わせた方法によって、流路基材８に形成されたマイクロ流路であることが好ましい。言い換えれば、流路２１は、基板６の一方の面６ａに設けられた流路基材８に形成されたマイクロ流路であることが好ましい。マイクロ流路は、内径（最大径）がナノメートルからミリメートルのオーダーの流路である。流路２１を用いることにより、化学センサ１により測定対象物質１１０を高感度に検出することができる。また、後述する再生方法により、第１電極２４に付着した測定対象物質１１０を容易に解離させることができる。
流路基材８としては、例えば、シリコーンゴム、シリコーンゴム以外の種々の樹脂、ガラス等が挙げられる。
流路２１は、測定対象物質（化学物質）１１０を含む試料溶液１２０を流すことができれば特に限定されないが、例えば、ハイドロゲルモールディング法や、フォトリソグラフィー、ソフトリソグラフィー、切削加工、接合等の微細加工法、または、これらの微細加工法を組み合わせた方法によって、流路基材８に形成されたマイクロ流路であることが好ましい。言い換えれば、流路２１は、基板６の一方の面６ａに設けられた流路基材８に形成されたマイクロ流路であることが好ましい。マイクロ流路は、内径（最大径）がナノメートルからミリメートルのオーダーの流路である。流路２１を用いることにより、化学センサ１により測定対象物質１１０を高感度に検出することができる。また、後述する再生方法により、第１電極２４に付着した測定対象物質１１０を容易に解離させることができる。
流路基材８としては、例えば、シリコーンゴム、シリコーンゴム以外の種々の樹脂、ガラス等が挙げられる。
【0023】
［第１液体収容部、第２液体収容部］
第１液体収容部２２および第２液体収容部３１は、流路２１と同様に、ハイドロゲルモールディング法や、フォトリソグラフィー、ソフトリソグラフィー、切削加工、接合等の微細加工法、または、これらの微細加工法を組み合わせた方法によって、流路基材８に形成された容器または流路である。言い換えれば、第１液体収容部２２および第２液体収容部３１は、基板６の一方の面６ａに設けられた流路基材８に形成された容器または流路ある。
第１液体収容部２２および第２液体収容部３１は、流路２１と同様に、ハイドロゲルモールディング法や、フォトリソグラフィー、ソフトリソグラフィー、切削加工、接合等の微細加工法、または、これらの微細加工法を組み合わせた方法によって、流路基材８に形成された容器または流路である。言い換えれば、第１液体収容部２２および第２液体収容部３１は、基板６の一方の面６ａに設けられた流路基材８に形成された容器または流路ある。
【0024】
［電解膜］
電解膜２３は、内径（最大径）がナノメートルのオーダーの細孔を多数有する多孔質膜であり、流路２１中の試料溶液１２０に含まれる水素イオン（Ｈ＋）または水酸化物イオン（ＯＨ－）を透過することができるイオン交換膜である。
電解膜２３の材質は、流路２１中の試料溶液１２０に含まれる水素イオン（Ｈ＋）または水酸化物イオン（ＯＨ－）を透過することができるものであれば特に限定されないが、例えば、ナフィオン（登録商標）、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン、ポリアミドイミド、ポリイミド等が挙げられる。
電解膜２３は、内径（最大径）がナノメートルのオーダーの細孔を多数有する多孔質膜であり、流路２１中の試料溶液１２０に含まれる水素イオン（Ｈ＋）または水酸化物イオン（ＯＨ－）を透過することができるイオン交換膜である。
電解膜２３の材質は、流路２１中の試料溶液１２０に含まれる水素イオン（Ｈ＋）または水酸化物イオン（ＯＨ－）を透過することができるものであれば特に限定されないが、例えば、ナフィオン（登録商標）、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン、ポリアミドイミド、ポリイミド等が挙げられる。
【0025】
［液洛部］
液洛部３２は、内径（最大径）がナノメートルからマイクロメートルのオーダーの細孔を多数有する多孔質体であり、流路２１中の試料溶液１２０とわずかに液交換ができ、第１電極２４、第３電極３３、第４電極３４と電気的接続を可能にするものである。
液洛部３２の材質は、流路２１中の試料溶液１２０とわずかに液交換ができ、第１電極２４、第３電極３３、第４電極３４と電気的接続を可能にするものであれば特に限定されないが、例えば、多孔質ガラス、セラミック等が挙げられる。
液洛部３２は、内径（最大径）がナノメートルからマイクロメートルのオーダーの細孔を多数有する多孔質体であり、流路２１中の試料溶液１２０とわずかに液交換ができ、第１電極２４、第３電極３３、第４電極３４と電気的接続を可能にするものである。
液洛部３２の材質は、流路２１中の試料溶液１２０とわずかに液交換ができ、第１電極２４、第３電極３３、第４電極３４と電気的接続を可能にするものであれば特に限定されないが、例えば、多孔質ガラス、セラミック等が挙げられる。
【0026】
［第１電極］
第１電極２４としては、試料溶液１２０によって劣化しないものであれば、特に限定されない。第１電極２４としては、例えば、金、白金等の金属からなる金属電極、炭素電極等が挙げられる。
第１電極２４としては、試料溶液１２０によって劣化しないものであれば、特に限定されない。第１電極２４としては、例えば、金、白金等の金属からなる金属電極、炭素電極等が挙げられる。
【0027】
［第２電極］
第２電極２５としては、イオン受容液体１３０、および水素イオン等のイオンによって劣化しないものであれば、特に限定されない。第２電極２５としては、例えば、金、白金等の金属からなる金属電極、炭素電極等が挙げられる。
第２電極２５としては、イオン受容液体１３０、および水素イオン等のイオンによって劣化しないものであれば、特に限定されない。第２電極２５としては、例えば、金、白金等の金属からなる金属電極、炭素電極等が挙げられる。
【0028】
［第３電極］
第３電極３３としては、試料溶液１２０によって劣化しないものであれば、特に限定されない。第３電極３３としては、例えば、金、白金等の金属からなる金属電極、炭素電極等、が挙げられる。
第３電極３３としては、試料溶液１２０によって劣化しないものであれば、特に限定されない。第３電極３３としては、例えば、金、白金等の金属からなる金属電極、炭素電極等、が挙げられる。
【0029】
［第４電極］
第４電極３４としては、イオン受容液体１３０、および水素イオン等のイオンによって劣化しないものであれば、特に限定されない。第４電極３４としては、例えば、塩化銀、パラジウム、水銀等の金属からなる金属電極、炭素電極等が挙げられる。また、第４電極３４は、第１液体収容部２２および第２液体収容部３１と同様に微細加工により形成してもよく、市販の参照電極を、流路２１に触れさせてもよい。市販の参照電極は、第２液体収容部３１と液洛部３２に相当する部位を有する。そのため、市販の参照電極を用いる場合、第２液体収容部３１と液洛部３２を省略することができる。
第４電極３４としては、イオン受容液体１３０、および水素イオン等のイオンによって劣化しないものであれば、特に限定されない。第４電極３４としては、例えば、塩化銀、パラジウム、水銀等の金属からなる金属電極、炭素電極等が挙げられる。また、第４電極３４は、第１液体収容部２２および第２液体収容部３１と同様に微細加工により形成してもよく、市販の参照電極を、流路２１に触れさせてもよい。市販の参照電極は、第２液体収容部３１と液洛部３２に相当する部位を有する。そのため、市販の参照電極を用いる場合、第２液体収容部３１と液洛部３２を省略することができる。
【0030】
［電圧印加手段］
電圧印加手段３は、第１電極２４と第２電極２５、および第３電極３３と第４電極３４に電圧を印加することができるものであれば、特に限定されない。電圧印加手段３としては、例えば、電圧発生器、電圧電流発生器等が挙げられる。
電圧印加手段３は、第１電極２４と第２電極２５、および第３電極３３と第４電極３４に電圧を印加することができるものであれば、特に限定されない。電圧印加手段３としては、例えば、電圧発生器、電圧電流発生器等が挙げられる。
【0031】
［検出手段］
検出手段４は、電気検出部５を有する。電気検出部５としては、例えば、電流計、ポテンシオスタット等が用いられる。測定対象物質（化学物質）１１０のイオン（陽イオン）が第１電極２４によって還元されると、第１電極２４から第２電極２５に向かって電子が流れる。それと同時に、第２電極２５から第１電極２４に向かって電流が流れる。そこで、第２電極２５から第１電極２４に向かって流れる電流値を測定することにより、試料溶液１２０に含まれる測定対象物質（化学物質）１１０の濃度を測定することができる。また、化学センサ１は、検出手段４として、第１液体収容部２２内に、試料溶液１２０のｐＨを測定するｐＨメータを有していてもよい。
検出手段４は、電気検出部５を有する。電気検出部５としては、例えば、電流計、ポテンシオスタット等が用いられる。測定対象物質（化学物質）１１０のイオン（陽イオン）が第１電極２４によって還元されると、第１電極２４から第２電極２５に向かって電子が流れる。それと同時に、第２電極２５から第１電極２４に向かって電流が流れる。そこで、第２電極２５から第１電極２４に向かって流れる電流値を測定することにより、試料溶液１２０に含まれる測定対象物質（化学物質）１１０の濃度を測定することができる。また、化学センサ１は、検出手段４として、第１液体収容部２２内に、試料溶液１２０のｐＨを測定するｐＨメータを有していてもよい。
【0032】
［基板］
基板６は、その一方の面６ａに流路基材８を設けることができるものであれば、特に限定されないが、例えば、ガラス基板、樹脂基板等が挙げられる。
基板６は、その一方の面６ａに流路基材８を設けることができるものであれば、特に限定されないが、例えば、ガラス基板、樹脂基板等が挙げられる。
【0033】
［試料溶液］
試料溶液１２０は、測定対象物質（化学物質）１１０を含む溶液である。試料溶液１２０としては、具体的には、工場や家庭から排出される排水、河川水、海水等が挙げられる。
試料溶液１２０は、測定対象物質（化学物質）１１０を含む溶液である。試料溶液１２０としては、具体的には、工場や家庭から排出される排水、河川水、海水等が挙げられる。
【0034】
［測定対象物質（化学物質）］
測定対象物質（化学物質）１１０としては、例えば、ヒ素、カドミウム、鉛、水銀、セレン、クロム、銅等の重金属類、シアン、シアン錯化合物、アルキル水銀、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）、有機リン、チウラム、シマジン、チオベルカルブ等の環境汚染物質、フェリシアン化カリウム、アミノフェノール、フェロセン誘導体等の電子伝達メディエーター等が挙げられる。
測定対象物質（化学物質）１１０としては、例えば、ヒ素、カドミウム、鉛、水銀、セレン、クロム、銅等の重金属類、シアン、シアン錯化合物、アルキル水銀、ポリ塩化ビフェニル（ＰＣＢ）、有機リン、チウラム、シマジン、チオベルカルブ等の環境汚染物質、フェリシアン化カリウム、アミノフェノール、フェロセン誘導体等の電子伝達メディエーター等が挙げられる。
【0035】
［イオン受容液体］
イオン受容液体１３０は、電圧印加手段３により、第１電極２４と第２電極２５に電圧を印加した際に、流路２１内の試料溶液１２０に含まれる水素イオン（Ｈ＋）および水酸化物イオン（ＯＨ－）を受容（溶解）するものであれば、特に限定されない。イオン受容液体１３０は、中性の液体であってもよく、酸性の液体であってもよく、アルカリ性の液体であってもよい。イオン受容液体１３０が中性の液体である場合、イオン受容液体１３０としては、例えば、水、塩化ナトリウム水溶液、硫酸銅水溶液、エタノール等が挙げられる。イオン受容液体１３０が酸性の液体である場合、イオン受容液体１３０としては、例えば、硫酸、硝酸等が挙げられる。イオン受容液体１３０がアルカリ性の液体である場合、イオン受容液体１３０としては、例えば、水酸化ナトリウム水溶液等が挙げられる。
イオン受容液体１３０は、電圧印加手段３により、第１電極２４と第２電極２５に電圧を印加した際に、流路２１内の試料溶液１２０に含まれる水素イオン（Ｈ＋）および水酸化物イオン（ＯＨ－）を受容（溶解）するものであれば、特に限定されない。イオン受容液体１３０は、中性の液体であってもよく、酸性の液体であってもよく、アルカリ性の液体であってもよい。イオン受容液体１３０が中性の液体である場合、イオン受容液体１３０としては、例えば、水、塩化ナトリウム水溶液、硫酸銅水溶液、エタノール等が挙げられる。イオン受容液体１３０が酸性の液体である場合、イオン受容液体１３０としては、例えば、硫酸、硝酸等が挙げられる。イオン受容液体１３０がアルカリ性の液体である場合、イオン受容液体１３０としては、例えば、水酸化ナトリウム水溶液等が挙げられる。
【0036】
［化学センサの使用方法］
本実施形態の化学センサ１の使用方法の一例を説明する。ここでは、化学センサ１を用いて、ストリッピングボルタンメトリーによりヒ素を検出する方法について説明する。
まず、測定対象のヒ素を含有しないキャリア溶液のみを流路２１に注入し、いわゆるバックグラウンド電流をできるだけ小さくし、かつ安定させる。次に、ヒ素を含有する試料溶液１２０にＨＣｌを０．１Ｍとなるように加えｐＨを１にし、ＮａＣｌを２ｍｏｌ／Ｌの濃度となるように加える。さらに、金イオンの濃度が１００ｐｐｍ程度になるようにＡｕＣｌ３（塩酸中で［ＡｕＣｌ４］－として存在）等の金化合物を添加する。このように調整した後の試料溶液１２０を流路２１に注入する。なお、試料溶液１２０への、ＨＣｌおよびＮａＣｌの添加と金化合物の添加の順番は、どちらが先であってもよい。
本実施形態の化学センサ１の使用方法の一例を説明する。ここでは、化学センサ１を用いて、ストリッピングボルタンメトリーによりヒ素を検出する方法について説明する。
まず、測定対象のヒ素を含有しないキャリア溶液のみを流路２１に注入し、いわゆるバックグラウンド電流をできるだけ小さくし、かつ安定させる。次に、ヒ素を含有する試料溶液１２０にＨＣｌを０．１Ｍとなるように加えｐＨを１にし、ＮａＣｌを２ｍｏｌ／Ｌの濃度となるように加える。さらに、金イオンの濃度が１００ｐｐｍ程度になるようにＡｕＣｌ３（塩酸中で［ＡｕＣｌ４］－として存在）等の金化合物を添加する。このように調整した後の試料溶液１２０を流路２１に注入する。なお、試料溶液１２０への、ＨＣｌおよびＮａＣｌの添加と金化合物の添加の順番は、どちらが先であってもよい。
【0037】
試料溶液１２０を流しながら、ポテンシオスタット（電気検出部５）を用いて第１電極２４の電位を負電位の方向に変動させることにより、ヒ素および金を第１電極２４の表面に電着させる。なお、電気検出部５は、ポテンシオスタットと、情報処理装置とを有する。この際、Ａｓ（ＩＩＩ）を測定対象とする場合は、電位を－０．１Ｖにする。Ａｓ（Ｖ）またはＡｓ（ＩＩＩ）とＡｓ（Ｖ）とを共に測定対象とする場合は、２段階で電位を変動させ、まず、電位を－１．０ＶにしてＡｓ（Ｖ）を還元し、次いで、電位を－０．１Ｖにする。いずれの場合も、電位を－０．１Ｖにした後は、しばらくの間、第１電極２４の電位を－０．１Ｖに保持することにより、ヒ素を濃縮し充分に電着させることができる。
【0038】
Ａｓ（Ｖ）またはＡｓ（ＩＩＩ）とＡｓ（Ｖ）とを共に検出対象とする電着工程における電気化学反応について、以下に、より詳細に説明する。
Ａｓ（Ｖ）の標準酸化電位は次の通りである。
２Ｈ２ＡｓＯ４ －＋６Ｈ＋＋４ｅ－＝Ａｓ２Ｏ３＋５Ｈ２Ｏ
（Ｅ０＝－０．０３６ＶｖｓＡｇ／ＡｇＣｌ）
Ａｓ２Ｏ３＋Ｈ２Ｏ＝２ＨＡｓＯ２
ＨＡｓＯ２＋３Ｈ＋＋３ｅ－＝Ａｓ＋２Ｈ２Ｏ
（Ｅ０＝－０．０３６ＶｖｓＡｇ／ＡｇＣｌ）
Ａｓ（Ｖ）の標準酸化電位は次の通りである。
２Ｈ２ＡｓＯ４ －＋６Ｈ＋＋４ｅ－＝Ａｓ２Ｏ３＋５Ｈ２Ｏ
（Ｅ０＝－０．０３６ＶｖｓＡｇ／ＡｇＣｌ）
Ａｓ２Ｏ３＋Ｈ２Ｏ＝２ＨＡｓＯ２
ＨＡｓＯ２＋３Ｈ＋＋３ｅ－＝Ａｓ＋２Ｈ２Ｏ
（Ｅ０＝－０．０３６ＶｖｓＡｇ／ＡｇＣｌ）
【0039】
このように、Ａｓ（Ｖ）が第１電極２４の表面に電着（析出）するまでには、還元反応と電着反応との２段階の反応がある。このため、Ａｓ（Ｖ）を電着させるには、まず、電位を－１．０ＶにしてＡｓ（Ｖ）をＡｓ（ＩＩＩ）に還元し、次いで、電位を－０．１ＶにしてＡｓ（ＩＩＩ）を第１電極２４の表面に電着させる。
【0040】
第１電極２４の表面にヒ素および金が電着したら、試料溶液１２０を流すのを止めて、ポテンシオスタット（電気検出部５）により、第１電極２４の電位を－０．１Ｖから正電位方向に掃引して、ヒ素を試料溶液１２０中に溶出させる。
【0041】
ヒ素が溶出すると、これに伴い電流が発生する。この際、Ａｓ（Ｖ）とＡｓ（ＩＩＩ）とを測定対象として２段階で負電位を印加した場合は、試料溶液１２０中に存在していたＡｓ（Ｖ）とＡｓ（ＩＩＩ）との合計量を、Ａｓ（ＩＩＩ）のピーク電流値として検出することができる。
【0042】
このような電気化学的反応によって発生した電流値（電気信号）はポテンシオスタット（電気検出部５）に伝達され、ポテンシオスタット（電気検出部５）にて各電極における信号の制御・検出が行われる。ポテンシオスタット（電気検出部５）で検出された信号は情報処理装置（電気検出部５）に送信され、予め作成されたヒ素の濃度と電流値との検量線と、得られた電流値とが対比されて、試料溶液中のヒ素濃度が算出される。
【0043】
次いで、電圧印加手段３により、第１電極２４と第２電極２５に電圧を印加し、第１電極２４から第２電極２５に向かう電界Ｅを発生させると、電解膜２３を介して、流路２１内の試料溶液１２０に含まれる水素イオン（Ｈ＋）が第１液体収容部２２内のイオン受容液体１３０へ移動する。これにより、流路２１内において、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨが７超になる。その結果、アルカリ性の試料溶液１２０によって、第１電極２４の一方の面２４ａに付着した測定対象物質１１０や、試料溶液１２０に含まれる微生物、たんぱく質、油脂等が解離して、第１電極２４は測定対象物質１１０や、試料溶液１２０に含まれる微生物、たんぱく質、油脂等が付着していない状態に再生される。これにより、再び、第１電極２４に、試料溶液１２０に含まれる測定対象物質１１０を付着させることが可能となる。
【0044】
なお、測定対象物質１１０や、試料溶液１２０に含まれる微生物、たんぱく質、油脂等の種類に応じて、電圧印加手段３により、第１電極２４と第２電極２５に電圧を印加し、第２電極２５から第１電極２４に向かう電界Ｅを発生させて、電解膜２３を介して、流路２１内の試料溶液１２０に含まれる水酸化物イオン（ＯＨ－）を第１液体収容部２２内のイオン受容液体１３０へ移動させてもよい。これにより、流路２１内において、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨが７未満になる。その結果、酸性の試料溶液１２０によって、第１電極２４の一方の面２４ａに付着した測定対象物質１１０や、試料溶液１２０に含まれる微生物、たんぱく質、油脂等が解離して、第１電極２４は測定対象物質１１０や、試料溶液１２０に含まれる微生物、たんぱく質、油脂等が付着していない状態に再生される。
【0045】
本実施形態の化学センサ１によれば、電圧印加手段３により、第１電極２４と第２電極２５に電圧を印加し、第１電極２４から第２電極２５に向かう電界Ｅ、または第２電極２５から第１電極２４に向かう電界Ｅ発生させて、流路２１内において、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨを制御することができる。その結果、アルカリ性または酸性の試料溶液１２０によって、第１電極２４の一方の面２４ａに付着した測定対象物質１１０や、試料溶液１２０に含まれる微生物、たんぱく質、油脂等を解離して、第１電極２４を測定対象物質１１０が付着していない状態に再生することができる。従って、化学センサ１は、連続的に使用することができるため、環境モニタリングに適用できる。また、化学センサ１は、大規模な設備を用いることなく、第１電極２４の再生を行うことができるため、小型化することができ、環境モニタリングに適用できる。
【0046】
［他の実施形態］
なお、本発明は、上記の実施形態に限定するものではない。本発明の電気化学センサは、例えば、図２～図６に示すような変形例を採用してもよい。なお、各変形例を示す図では、上記の実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
なお、本発明は、上記の実施形態に限定するものではない。本発明の電気化学センサは、例えば、図２～図６に示すような変形例を採用してもよい。なお、各変形例を示す図では、上記の実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。
【0047】
［第１変形例］
図２に示すように、第１変形例の化学センサ２００は、検出手段４が、第１電極２４に白色光を照射する光源２１０と、表面プラズモン共鳴により減衰する光の波長が、第１電極２４に測定対象物質１１０が付着することにより変化する量を検出する検出器５２とを有する構成であってもよい。第１変形例の化学センサ２００によれば、表面プラズモン共鳴法によって、第１電極２４への測定対象物質１１０の付着量を直接測定することができる。
図２に示すように、第１変形例の化学センサ２００は、検出手段４が、第１電極２４に白色光を照射する光源２１０と、表面プラズモン共鳴により減衰する光の波長が、第１電極２４に測定対象物質１１０が付着することにより変化する量を検出する検出器５２とを有する構成であってもよい。第１変形例の化学センサ２００によれば、表面プラズモン共鳴法によって、第１電極２４への測定対象物質１１０の付着量を直接測定することができる。
【0048】
［第２変形例］
図３に示すように、第２変形例の化学センサ３００は、流路２１（流路２１Ａ）と第１液体収容部２２と流路２１（流路２１Ｂ）とがこの順に隣接して配置された構成であってもよい。第１変形例の化学センサ３００では、第１液体収容部２２が流路２１Ａと流路２１Ｂで挟まれている。また、流路２１Ａと第１液体収容部２２が、電解膜２３を介して接合している。さらに、流路２１Ｂと第１液体収容部２２が、電解膜２３を介して接合している。第１変形例の化学センサ３００によれば、流路２１Ａ内の第１電極２４と流路２１Ｂ内の第１電極２４を、第１液体収容部２２内のイオン受容液体１３０を用いて再生することができる。従って、より効率的に、第１電極２４の再生を行うことができる。なお、流路２１Ａ内の第１電極２４の再生と流路２１Ｂ内の第１電極２４の再生は、同時に行ってもよく、個別に行ってもよい。
図３に示すように、第２変形例の化学センサ３００は、流路２１（流路２１Ａ）と第１液体収容部２２と流路２１（流路２１Ｂ）とがこの順に隣接して配置された構成であってもよい。第１変形例の化学センサ３００では、第１液体収容部２２が流路２１Ａと流路２１Ｂで挟まれている。また、流路２１Ａと第１液体収容部２２が、電解膜２３を介して接合している。さらに、流路２１Ｂと第１液体収容部２２が、電解膜２３を介して接合している。第１変形例の化学センサ３００によれば、流路２１Ａ内の第１電極２４と流路２１Ｂ内の第１電極２４を、第１液体収容部２２内のイオン受容液体１３０を用いて再生することができる。従って、より効率的に、第１電極２４の再生を行うことができる。なお、流路２１Ａ内の第１電極２４の再生と流路２１Ｂ内の第１電極２４の再生は、同時に行ってもよく、個別に行ってもよい。
【0049】
［第３変形例］
図４に示すように、第３変形例の化学センサ４００は、１つの流路２１と１つの第１液体収容部２２から構成される流路の組み４１０を２組み備えていてもよい。第２変形例の化学センサ４００では、電解膜２３を介して接合している流路２１Ａと第１液体収容部２２Ａから構成される第１組み４１０Ａと、電解膜２３を介して接合している流路２１Ｂと第１液体収容部２２Ｂから構成される第２組み４１０Ｂとを備える。また、互いに隣接する第１組み４１０Ａの第１液体収容部２２Ａと、第２組み４１０Ｂの流路２１Ｂとが、電解膜２３を介して接合している。すなわち、第２変形例の化学センサ４００では、流路２１Ａと第１液体収容部２２Ａと流路２１Ｂと第１液体収容部２２Ｂとがこの順に隣接して配置されている。本実施形態によれば、流路２１Ａ内の第１電極２４と流路２１Ｂ内の第１電極２４を、第１液体収容部２２Ａ内のイオン受容液体１３０を用いて再生することができる。従って、より効率的に、第１電極２４の再生を行うことができる。なお、流路２１Ａ内の第１電極２４の再生と流路２１Ｂ内の第１電極２４の再生は、同時に行ってもよく、個別に行ってもよい。また、流路２１Ｂ内の第１電極２４を、第１液体収容部２２Ａ内のイオン受容液体１３０Ａおよび第１液体収容部２２Ｂ内のイオン受容液体１３０Ｂの少なくとも一方を用いて再生することができる。従って、第１液体収容部２２Ａ内のイオン受容液体１３０Ａおよび第１液体収容部２２Ｂ内のイオン受容液体１３０Ｂとして、異なる種類のものを用いれば、流路２１Ｂ内の第１電極２４の再生を段階的に行うことができる。
図４に示すように、第３変形例の化学センサ４００は、１つの流路２１と１つの第１液体収容部２２から構成される流路の組み４１０を２組み備えていてもよい。第２変形例の化学センサ４００では、電解膜２３を介して接合している流路２１Ａと第１液体収容部２２Ａから構成される第１組み４１０Ａと、電解膜２３を介して接合している流路２１Ｂと第１液体収容部２２Ｂから構成される第２組み４１０Ｂとを備える。また、互いに隣接する第１組み４１０Ａの第１液体収容部２２Ａと、第２組み４１０Ｂの流路２１Ｂとが、電解膜２３を介して接合している。すなわち、第２変形例の化学センサ４００では、流路２１Ａと第１液体収容部２２Ａと流路２１Ｂと第１液体収容部２２Ｂとがこの順に隣接して配置されている。本実施形態によれば、流路２１Ａ内の第１電極２４と流路２１Ｂ内の第１電極２４を、第１液体収容部２２Ａ内のイオン受容液体１３０を用いて再生することができる。従って、より効率的に、第１電極２４の再生を行うことができる。なお、流路２１Ａ内の第１電極２４の再生と流路２１Ｂ内の第１電極２４の再生は、同時に行ってもよく、個別に行ってもよい。また、流路２１Ｂ内の第１電極２４を、第１液体収容部２２Ａ内のイオン受容液体１３０Ａおよび第１液体収容部２２Ｂ内のイオン受容液体１３０Ｂの少なくとも一方を用いて再生することができる。従って、第１液体収容部２２Ａ内のイオン受容液体１３０Ａおよび第１液体収容部２２Ｂ内のイオン受容液体１３０Ｂとして、異なる種類のものを用いれば、流路２１Ｂ内の第１電極２４の再生を段階的に行うことができる。
【0050】
［第４変形例］
図５に示すように、第４変形例の化学センサ５００は、流路２１の長手方向に沿って、再生部２を２つ以上備えていてもよい。流路２１の長手方向とは、流路２１内において、試料溶液１２０が流れる方向である。第４変形例の化学センサ５００では、例えば、試料溶液１２０を化学センサ５００の高さ方向と垂直な方向に、図４に示す矢印方向に向かって流す。この場合、試料溶液１２０は、まず、第１電極２４Ａに接触し、次いで、第１電極２４Ｂに接触する。ここで、第１電極２４Ａに印加する電圧と第１電極２４Ｂに印加する電圧を異なる値とすれば、第１電極２４Ａと第１電極２４Ｂにおいて、試料溶液１２０に含まれる異なる測定対象物質を付着して、検出することができる。また、再生部２Ａにおける第１電極２４Ａの再生と再生部２Ｂにおける第１電極２４Ｂの再生を個別に行うことができる。従って、１つの化学センサ４００により、２種以上の測定対象物質を連続的に検出することができる。
図５に示すように、第４変形例の化学センサ５００は、流路２１の長手方向に沿って、再生部２を２つ以上備えていてもよい。流路２１の長手方向とは、流路２１内において、試料溶液１２０が流れる方向である。第４変形例の化学センサ５００では、例えば、試料溶液１２０を化学センサ５００の高さ方向と垂直な方向に、図４に示す矢印方向に向かって流す。この場合、試料溶液１２０は、まず、第１電極２４Ａに接触し、次いで、第１電極２４Ｂに接触する。ここで、第１電極２４Ａに印加する電圧と第１電極２４Ｂに印加する電圧を異なる値とすれば、第１電極２４Ａと第１電極２４Ｂにおいて、試料溶液１２０に含まれる異なる測定対象物質を付着して、検出することができる。また、再生部２Ａにおける第１電極２４Ａの再生と再生部２Ｂにおける第１電極２４Ｂの再生を個別に行うことができる。従って、１つの化学センサ４００により、２種以上の測定対象物質を連続的に検出することができる。
【0051】
［第５変形例］
図６に示すように、第５変形例の化学センサ６００は、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨを検出するｐＨ検出部６１０を備えていてもよい。ｐＨ検出部６１０は、電圧印加手段３に接続されている。ｐＨ検出部６１０としては、例えば、ｐＨメータ等が挙げられる。ｐＨ検出部６１０を備えることにより、試料溶液１２０のｐＨを検出するためにｐＨ指示薬を用いる必要がない。また、ｐＨ検出部６１０を備えることにより、即時に試料溶液１２０のｐＨを検出することができ、電圧印加手段３による第１電極２４と第２電極２５への電圧の印加を調節して、試料溶液１２０のｐＨの制御をより容易に行うことができる。なお、第１の変形例～第４の変形例においても、ｐＨ検出部を備えていてもよい。
図６に示すように、第５変形例の化学センサ６００は、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨを検出するｐＨ検出部６１０を備えていてもよい。ｐＨ検出部６１０は、電圧印加手段３に接続されている。ｐＨ検出部６１０としては、例えば、ｐＨメータ等が挙げられる。ｐＨ検出部６１０を備えることにより、試料溶液１２０のｐＨを検出するためにｐＨ指示薬を用いる必要がない。また、ｐＨ検出部６１０を備えることにより、即時に試料溶液１２０のｐＨを検出することができ、電圧印加手段３による第１電極２４と第２電極２５への電圧の印加を調節して、試料溶液１２０のｐＨの制御をより容易に行うことができる。なお、第１の変形例～第４の変形例においても、ｐＨ検出部を備えていてもよい。
【0052】
［その他の変形例］
また、流路２１を２つ以上に分岐することにより、化学センサを汚染物質（上記の測定対象物質）の分離装置として用いることもできる。具体的には、流路２１を、第１電極２４に付着した汚染物質を含む試料溶液１２０を化学センサ外に排出する排出路と、未処理の試料溶液１２０を流す流路とに分岐する。
また、流路２１を２つ以上に分岐することにより、化学センサを汚染物質（上記の測定対象物質）の分離装置として用いることもできる。具体的には、流路２１を、第１電極２４に付着した汚染物質を含む試料溶液１２０を化学センサ外に排出する排出路と、未処理の試料溶液１２０を流す流路とに分岐する。
【0053】
［電極の再生方法］
本発明の一実施形態に係る電極の再生方法は、上述の本発明の一実施形態に係る化学センサにおける電極の再生方法である。
本発明の一実施形態に係る電極の再生方法は、上述の本発明の一実施形態に係る化学センサにおける電極の再生方法である。
【0054】
「第１の再生方法」
本実施形態の化学センサにおける電極の再生方法は、例えば、化学センサ１において、電圧印加手段３により、第１電極２４と第２電極２５に電圧を印加し、第１電極２４から第２電極２５に向かう電界Ｅを発生させて、電解膜２３を介して、流路２１内の試料溶液１２０に含まれる水素イオン（Ｈ＋）を第１液体収容部２２内のイオン受容液体１３０内へ移動させるか、またはイオン受容液体１３０に含まれる水酸化物イオン（ＯＨ－）を流路２１内の試料溶液１２０内へ移動させて、流路２１内において、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨを７超に制御する。
本実施形態の化学センサにおける電極の再生方法は、例えば、化学センサ１において、電圧印加手段３により、第１電極２４と第２電極２５に電圧を印加し、第１電極２４から第２電極２５に向かう電界Ｅを発生させて、電解膜２３を介して、流路２１内の試料溶液１２０に含まれる水素イオン（Ｈ＋）を第１液体収容部２２内のイオン受容液体１３０内へ移動させるか、またはイオン受容液体１３０に含まれる水酸化物イオン（ＯＨ－）を流路２１内の試料溶液１２０内へ移動させて、流路２１内において、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨを７超に制御する。
【0055】
第１電極２４と第２電極２５に印加する電圧は、特に限定されないが、例えば、１Ｖ以上５Ｖ以下であることが好ましく、２Ｖ以上４Ｖ以下であることがより好ましい。電圧が１Ｖ未満では、イオンの移動量が少なく、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０に対して十分なｐＨの操作が難しくなる。電圧が５Ｖ以上を超えると、第１電極２４近傍からのガス発生量が増え、流路２１内でのガスの滞留が問題となるリスクが高くなる。
【0056】
第１電極２４と第２電極２５に電圧を印加する時間は、特に限定されないが、例えば、１分以上２０分以下であることが好ましく、１分以上５分以下であることがより好ましい。
【0057】
流路２１内において、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨは、汚れ物質の種類に応じて適宜制御する。汚れ物質が変性タンパク質等の水溶性（難溶性）の汚れである場合、汚れ物質を第１電極２４から解離させる場合には、試料溶液１２０を弱アルカリ性（ｐＨ８～１２）とする。汚れ物質が脂肪酸等の油性（強酸性）の汚れである場合、汚れ物質を第１電極２４から解離させる場合には、試料溶液１２０を弱アルカリ性（ｐＨ８～１２）とする。汚れ物質が動植物性脂等の油性（中極性）の汚れである場合、汚れ物質を第１電極２４から解離させる場合には、試料溶液１２０を強アルカリ性（ｐＨ１２～１４）とする。汚れ物質が泥等の固体（親水性）の汚れである場合、汚れ物質を第１電極２４から解離させる場合には、試料溶液１２０を弱アルカリ性（ｐＨ８～１２）とする。
【0058】
試料溶液１２０は、ｐＨ指示薬を含んでいてもよい。ｐＨ指示薬としては、アルカリ性（ｐＨ１４）から酸性（ｐＨ１）の範囲を指示することができるものであれば、特に限定されないが、例えば、アリザリンイエロー、チモールブルー、メチルレッド、フェノールフタレイン等が挙げられる。アリザリンイエローは、中性では黄色を示し、アルカリ性では橙色に変色する。アリザリンイエローは、ｐＨが１０では黄色を示し、橙色に近い程、ｐＨが大きく、アルカリ性度が高いことを示す。試料溶液１２０がｐＨ指示薬を含んでいれば、第１電極２４と第２電極２５への電圧の印加によって、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨを確認することができる。ｐＨ指示薬により、第１電極２４と第２電極２５への電圧の印加を継続するか、または第１電極２４と第２電極２５への電圧の印加を停止するかについて判断することができる。
【0059】
また、化学センサ１は、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨを検出するｐＨメータ等のｐＨ検出部を備えていてもよい。ｐＨ検出部を備えていれば、第１電極２４と第２電極２５への電圧の印加によって、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨを確認することができる。ｐＨ検出部により、第１電極２４と第２電極２５への電圧の印加を継続するか、または第１電極２４と第２電極２５への電圧の印加を停止するかについて即時に判断することができる。
【0060】
本実施形態の電極の再生方法によれば、第１電極２４と第２電極２５に電圧を印加して、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨを７超に制御することにより、アルカリ性の試料溶液１２０によって、第１電極２４の一方の面２４ａに付着した測定対象物質１１０や、試料溶液１２０に含まれる微生物、たんぱく質、油脂等を解離して、第１電極２４を測定対象物質１１０が付着していない状態に再生することができる。従って、化学センサ１を、繰り返し、かつ連続的に使用することができる。また、大規模な設備を用いることなく、第１電極２４の再生を行うことができる。
【0061】
「第２の再生方法」
本実施形態の化学センサにおける電極の再生方法は、電圧印加手段３により、第１電極２４と第２電極２５に電圧を印加し、第２電極２５から第１電極２４に向かう電界Ｅを発生させて、電解膜２３を介して、流路２１内の試料溶液１２０に含まれる水酸化物イオン（ＯＨ－）を第１液体収容部２２内へ移動させるか、またはイオン受容液体１３０に含まれる水素イオン（Ｈ＋）を流路２１内の試料溶液１２０内へ移動させて、流路２１内において、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨを７未満に制御する。
本実施形態の化学センサにおける電極の再生方法は、電圧印加手段３により、第１電極２４と第２電極２５に電圧を印加し、第２電極２５から第１電極２４に向かう電界Ｅを発生させて、電解膜２３を介して、流路２１内の試料溶液１２０に含まれる水酸化物イオン（ＯＨ－）を第１液体収容部２２内へ移動させるか、またはイオン受容液体１３０に含まれる水素イオン（Ｈ＋）を流路２１内の試料溶液１２０内へ移動させて、流路２１内において、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨを７未満に制御する。
【0062】
第１電極２４と第２電極２５に印加する電圧は、特に限定されないが、例えば、１Ｖ以上５Ｖ以下であることが好ましく、２Ｖ以上４Ｖ以下であることがより好ましい。電圧が１Ｖ未満では、イオンの移動量が少なく、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０に対して十分なｐＨの操作が難しくなる。電圧が５Ｖ以上を超えると、第１電極２４近傍からのガス発生量が増え、流路２１内でのガスの滞留が問題となるリスクが高くなる。
【0063】
第１電極２４と第２電極２５に電圧を印加する時間は、特に限定されないが、例えば、１分以上２０分以下であることが好ましく、１分以上５分以下であることがより好ましい。
【0064】
流路２１内において、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨは、汚れ物質の種類に応じて適宜制御する。汚れ物質が金属、金属酸化物等である場合、汚れ物質を第１電極２４から解離させる場合には、試料溶液１２０を弱酸性（ｐＨ１～６）とする。
【0065】
試料溶液１２０は、ｐＨ指示薬を含んでいてもよい。ｐＨ指示薬としては、アルカリ性（ｐＨ１４）から酸性（ｐＨ１）の範囲を指示することができるものであれば、特に限定されないが、例えば、チモールブルー、メチルレッド、フェノールフタレイン等が挙げられる。チモールブルーは、中性では黄色を示し、酸性では赤色に変色する。チモールブルーは、ｐＨが３では黄色を示し、赤色に近い程、ｐＨが小さく、酸性度が高いことを示す。試料溶液１２０がｐＨ指示薬を含んでいれば、第１電極２４と第２電極２５への電圧の印加によって、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨを確認することができる。ｐＨ指示薬により、第１電極２４と第２電極２５への電圧の印加を継続するか、または第１電極２４と第２電極２５への電圧の印加を停止するかについて判断することができる。
【0066】
第２の再生方法においても、第２の再生方法と同様に、化学センサ１は、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨを検出するｐＨメータ等のｐＨ検出部を備えていてもよい。
【0067】
本実施形態の電極の再生方法によれば、第１電極２４と第２電極２５に電圧を印加して、第１電極２４およびその周辺を含む領域αに存在する試料溶液１２０のｐＨを７未満に制御することにより、酸性の試料溶液１２０によって、第１電極２４の一方の面２４ａに付着した測定対象物質１１０や、試料溶液１２０に含まれる金属、金属酸化物等を解離して、第１電極２４を測定対象物質１１０が付着していない状態に再生することができる。従って、化学センサ１を、繰り返し、かつ連続的に使用することができる。また、大規模な設備を用いることなく、第１電極２４の再生を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【0068】
本発明の化学センサは、連続的に使用することができるため、環境モニタリングに適用できる。
【符号の説明】
【0069】
１，２００，３００，４００，５００，６００ 化学センサ
２ 再生部
３ 電圧印加手段
４ 検出手段
５ 電気検出部
６ 基板
７，９ 領域
８ 流路基材
２１ 流路
２２ 液体収容部（第１液体収容部）
２３ 電解膜
２４ 第１電極
２５ 第２電極
３１ 第２液体収容部
３２ 液洛部
３３ 第３電極
３４ 第４電極
１１０ 測定対象物質
１２０ 試料溶液
１３０ イオン受容液体
２ 再生部
３ 電圧印加手段
４ 検出手段
５ 電気検出部
６ 基板
７，９ 領域
８ 流路基材
２１ 流路
２２ 液体収容部（第１液体収容部）
２３ 電解膜
２４ 第１電極
２５ 第２電極
３１ 第２液体収容部
３２ 液洛部
３３ 第３電極
３４ 第４電極
１１０ 測定対象物質
１２０ 試料溶液
１３０ イオン受容液体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】