DE69331566T2

DE69331566T2 - Elektrochemisches Nachweisverfahren und Vorrichtung dazu

Info

Publication number: DE69331566T2
Application number: DE1993631566
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Horiuchi; Masao Morita; Osamu Niwa; Hisao Tabei
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-05-11
Filing date: 1993-05-10
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2013-05-11
Also published as: DE69331566D1; EP0569908A2; EP0569908B1; EP0569908A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrochemisches Nachweisverfahren und eine Vorrichtung dafür und insbesondere ein elektrochemisches Nachweisverfahren und eine Vorrichtung dafür, die bei einer elektrochemischen Analyse, in einem chemischen Sensor oder einem Biosensor verwendet werden.
Ein elektrochemisches Nachweisverfahren wird im allgemeinen als Verfahren zum Identifizieren eines Materials, das in der wässerigen Lösung gelöst ist, und zum Messen seiner Menge verwendet.
Dieses elektrochemische Nachweisverfahren ist ein Verfahren zum Messen eines Stroms, der an der Elektrode in einer wässerigen Probenlösung fließt, um eine quantitative oder qualitative Analyse eines in der wässerigen Lösung gelösten Materials durchzuführen. Gemäß diesem Verfahren wird grundsätzlich ein Potential zwischen einer Arbeits- und einer Bezugselektrode, die in die wässerige Probenlösung eingetaucht sind, angelegt, eine Oxidations-/Reduktions- (Redox) Reaktion des Analyten tritt an der Arbeitselektrode nach Anlegen des Potentials auf, und die Größe eines Stroms, der aufgrund dieser Reaktion fließt, wird gemessen, um die Analyse durchzuführen. Das elektrochemische Nachweisverfahren wird üblicherweise aufgrund seiner relativ hohen Empfindlichkeit und Einfachheit verwendet.
Typische Verfahren zum Messen dieses Stroms sind Voltammetrie-, Abstreifvoltammetrie- (Abstreif-) und Impulsvoltammetrie-Verfahren.
Insbesondere ist das Voltammetrieverfahren ein Verfahren zum Durchlaufen des Potentials einer Arbeitselektrode, die in eine Probenelektrolytlösung zur Messung eingetaucht ist, mit Bezug auf das Bezugselektrodenpotential und zum Messen einer Stromänderung nach der Potentialänderung der Arbeitselektrode. Wenn dieses Verfahren verwendet wird, kann die Konzentration des Analyten aus der gemessenen Größe des Stroms erhalten werden. Außerdem kann auch die Art des Analyten aus dem Potential ermittelt werden, bei dem der Strom beim Potentialdurchlauf zu fließen beginnt. Daher können sowohl quantitative als auch qualitative Analysen gleichzeitig durchgeführt werden.
Da jedoch dieses Verfahren durch Durchlaufen des Potentials durchgeführt wird, verursacht ein Ladestrom, der im Verhältnis zu einer Potentialdurchlaufrate fließt, elektrochemische Reaktionen von coexistierenden Spezies (z. B. gelöste Sauerstoff- und Wasserstoffionen) abgesehen vom Strom des Analyten, und der durch die Veränderung der Oxidationszustände der Elektrodenoberflächen verursachte Strom verursacht Rauschen. Folglich ist es schwierig, eine Analytenkonzentration von uMol/l oder weniger nachzuweisen.
Andererseits ist das Abstreifverfahren ein Verfahren zum Durchführen einer Analyse in zwei Stufen, d. h. Vorelektrolyse und Abstreifen. Wenn beispielsweise Metallionen, die in einer Probenelektrolytlösung gelöst sind, quantitativ analysiert werden, wird ein vorbestimmtes Potential, das ausreicht, um Metallionen zu reduzieren, an eine Arbeitselektrode mit Bezug auf das Bezugselektrodenpotential angelegt, wodurch ein Metall an der Arbeitselektrode in der Vorelektrolysestufe abgeschieden wird. In der Abstreifstufe wird anschließend das an die Arbeitselektrode angelegte Potential in einer Richtung durchlaufen, um eine Oxidation (Auflösung) des Metalls (Analyten) zu bewirken. Durch diesen Potentialdurchlauf wird, wenn das Potential der Arbeitselektrode ein Redoxpotential des Metalls erreicht, das an der Arbeitselektrode abgeschiedene Metall schnell oxidiert und gelöst. Zu diesem Zeitpunkt fließt ein großer Strom an der Arbeitselektrode und wird gemessen, um die Metallionenkonzentration, die in der Probenelektrolytlösung gelöst ist, zu ermitteln. Da dieses Abstreifverfahren eine niedrige Nachweisgrenze erreichen kann, wird es hauptsächlich auf die Analyse einer sehr kleinen Menge von Schwermetallionen in Wasser, Nahrungsmitteln oder einem Körperfluid angewendet (Anodenabstreifverfahren). Bei diesem Abstreifverfahren werden Elektroden aus Quecksilber, Kohlenstoff und Quecksilber-modifiziertem Kohlenstoff als Arbeitselektroden verwendet.
Wenn beispielsweise eine Quecksilberelektrode als Arbeitselektrode zum Analysieren von Metallionen bei der Vorelektrolyse verwendet wird, werden die Metallionen reduziert, während das Potential der Arbeitselektrode niedriger gehalten wird als das Reduktionspotential der Metallionen. Die reduzierten Metallatome werden mit Quecksilber an der Arbeitselektrode zur Reaktion gebracht, um ein Amalgam zu bilden, wodurch die Metallatome an der Arbeitselektrode vorkonzentriert werden. Anschließend wird beim Abstreifen, wenn das Potential der Arbeitselektrode zu einer Oxidationsseite durchlaufen wird, das an der Arbeitselektrode vorkonzentrierte Metall (Amalgamform) beim Redoxpotential dieses Metalls schnell oxidiert und gelöst.
Zu diesem Zeitpunkt kann die Konzentration der Metallionen aus dem gemessenen Strom, der durch die Arbeitselektrode fließt, ermittelt werden (z. B. DENKI KAGAKU SOKUTEI HOU, Akira Fujishima, Masuo Aizawa, und Toru Inoue, Gihodo Shuppan, S. 206-208).
Unter Verwendung dieses Verfahrens wird eine hohe Empfindlichkeit im Pikomolbereich bei der Analyse von Blei-, Zink-, Zinn-, Indiumionen usw. erhalten.
Zwei andere Abstreifverfahren wurden angegeben. Eines ist ein Kathodenabstreifverfahren. Dieses Verfahren wird durch Vorkonzentrieren von Anionen wie z. B. Chlorid, Bromid und Jodid an der Arbeitselektrode und dann Abstreifen dieser Anionen durch Durchlaufen des Arbeitselektrodenpotentials zum negativen Potentialbereich, in dem die Reduktionsreaktion von Anionen stattfindet, durchgeführt. Das andere Verfahren ist ein Adsorptionsabstreifverfahren. Dieses Verfahren wird durch Vorkonzentrieren eines Analyten an der Arbeitselektrode, deren Oberfläche mit einem Material modifiziert wurde, das mit dem Analyten stark in Wechselwirkung tritt, und dann Abstreifen des Analyten durch Potentialdurchlauf durchgeführt.
Das Impulsvoltammetrie-Verfahren ist ein Verfahren, bei dem das Potential einer Arbeitselektrode schrittweise durchlaufen wird, z. B. jeweils mehrere mV oder mehrere Zehn mV, anstelle eines linearen Durchlaufs des Arbeitselektrodenpotentials, und ein Strom, der durch die Arbeitselektrode fließt, durch eine elektrochemische Reaktion des Analyten gemessen wird, unmittelbar nachdem ein Ladestrom, der nach dem Anlegen einer schrittweisen Spannung fließt, gedämpft wird.
Dieses Impulsvoltammetrie-Verfahren wird verwendet, wenn ein Analyt, der nicht durch das Abstreifverfahren an einer Elektrode vorkonzentriert werden kann, mit einer höheren Empfindlichkeit als jener des Voltammetrieverfahrens mit unterem Durchlauf nachgewiesen werden soll. Das Impulsvoltammetrie-Verfahren kann eine Empfindlichkeit unterhalb uMol erreichen, aber seine Empfindlichkeit ist 100mal oder mehr geringer als jene der Abstreifung.
Wie gut bekannt ist, tritt die starke Redoxkreislaufführung einer Redoxspezies nach Anlegen von verschiedenen Potentialen an zwei benachbarte Arbeitselektroden in einer Elektrolytlösung auf und ein Strom, der durch die Arbeitselektroden fließt, kann 40fach oder mehr verstärkt werden (J. Electroanal. Chem. Vorbemerkung, Band 267, S. 291, 1989).
Wenn eine Doppelkammelektrode als diese zwei Arbeitselektroden verwendet wird, kann eine Messung derart durchgeführt werden, daß eine Arbeitselektrode der Doppelkammelektrode durchlaufen wird und die andere Arbeitselektrode der Doppelkammelektrode auf einem konstanten Potential festliegt. Daher kann die Messung fast frei vom Einfluß des Ladestroms durchgeführt werden.
Wenn verschiedene Potentiale an die zwei Arbeitselektroden in der Doppelkammelektrode angelegt werden, kann eine niedrigere Nachweisgrenze von 5 bis 10 nMol/l quantitativ bei der Analyse wie z. B. eines Metalls erhalten werden (Anal. Chem. Band 62, S. 447, 1990).
Die durch die obigen herkömmlichen Verfahren gestellten Probleme können folgendermaßen zusammengefaßt werden. Es ist für die vorstehend beschriebenen herkömmlichen Verfahren schwierig, einen Analyten nachzuweisen, der in Lösung bleibt und nach der elektrochemischen Reaktion (einer Oxidations-/Reduktions-Reaktion) kaum an der Elektrode abgeschieden wird.
Bei der Messung unter Verwendung des Voltammetrieverfahrens, das keine Analytenabscheidung an einer Arbeitselektrode bei der Vorelektrolyse beinhaltet, wird eine Nachweisgrenze von 10 nMol/l bis 100 nMol/l selbst bei dem Impulsvoltammetrie-Verfahren erhalten.
Selbst wenn eine kleine Doppelkammelektrode, die in der Lage ist, die Empfindlichkeit zu steigern, verwendet wird, kann in diesem Fall nur eine Nachweisgrenze von etwa 5 bis 10 nMol/l erhalten werden.
Diese Nachweisgrenze ist um ein oder zwei Größenordnungen höher als jene der Abstreifvoltammetrie.
Bei der herkömmlichen Abstreifvoltammetrie wird diese Analyse nach der elektrochemischen Abscheidung eines Analyten wie z. B. Metallionen, der in einer Krobenlösung gelöst ist, an einer Arbeitselektrode durchgeführt.
Aus diesem Grund kann ein Analyt, dessen Löslichkeit durch die Redoxreaktion nicht verändert wird, so daß er selbst nach der Oxidation/Reduktion in Lösung bleibt, nicht analysiert werden.
Es ist beispielsweise schwierig, dieses Verfahren auf elektrochemisch reversible biologische Materialien anzuwenden, wie z. B. Hydrochinon (p-Dioxybenzol C&sub6;H&sub6;O&sub2;), Catechin (o-Dioxybenzol C&sub6;H&sub6;O&sub2;), Catecholamin, NADH, oder Vitamin K&sub3; (Menadion C&sub1;&sub1;H&sub8;O&sub2;), und Metallkomplexe wie z. B. ein Ferrocen- (C&sub1;&sub0;H&sub1;&sub0;Fe) Derivat, Rutheniumhexaamin oder Ferrocyanid.
Andererseits ist es im Fall des Adsorptionsabstreifverfahrens möglich, eine Arbeitselektrode mit einem Material zu modifizieren, das mit einem Analyten stark in Wechselwirkung tritt und ihn an der Arbeitselektrode vorkonzentriert. Organische Moleküle können durch geeignetes Auswählen eines Materials (Dünnschicht) zum Modifizieren der Arbeitselektrode gemessen werden.
Ein Material zum Modifizieren der Elektrode muß jedoch gemäß jedem Analyten ausgewählt werden, und ein Adsorptionszustand des Analyten in der Arbeitselektrode ändert sich gemäß der Ionenstärke der Probenelektrolytlösung und einer leichten pH-Änderung, wobei sich somit schwierige Probleme für die Messung stellen.

Zusammenfassung der Erfindung

Daher besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines elektrochemischen Nachweisverfahrens und einer Vorrichtung dafür, die in der Lage sind, eine hochempfindliche Analyse eines Materials durchzuführen, das nach einer elektrochemischen Reaktion in Lösung bleibt und somit kaum an einer Elektrode abgeschieden werden kann.
Um die obige Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, werden eine Bezugselektrolytlösung und eine Abstreifelektrode mit einer Probenelektrolytlösung zur Messung kombiniert.
Folglich besteht das Grundkonzept der vorliegenden Erfindung darin, ein erstes und ein zweites Gefäß, eine Bezugselektrolytlösung, die im zweiten Gefäß aufbewahrt wird, eng beabstandete erste und zweite Arbeitselektroden, die in eine im ersten Gefäß aufbewahrte Probenelektrolytlösung zur Messung eingetaucht sind, eine Abstreifelektrode, die in die Bezugselektrolytlösung eingetaucht ist, und einen Ionenleiter, der zwischen dem ersten und dem zweiten Gefäß angeordnet ist, zum elektrischen Verbinden der Probenelektrolytlösung und der Bezugselektrolytlösung, zu verwenden. Die Bezugselektrolytlösung enthält einen Elektrolyten, der nach Anlegen eines Potentials an die Abstreifelektrode reversibel durch eine elektrochemische Reaktion abgeschieden und gelöst werden kann. Die Meßverfahren und das Meßprinzip der vorliegenden Erfindung werden im folgenden gezeigt. In einem ersten Zustand, nachdem die zweite Arbeitselektrode mit der Abstreifelektrode verbunden wurde, wird ein Potential an die erste Arbeitselektrode angelegt, um den in der Bezugselektrolytlösung gelösten Elektrolyten an der Abstreifelektrode abzuscheiden. In einem zweiten Zustand, nachdem die zweite Arbeitselektrode von der Abstreifelektrode getrennt wurde, wird ein Potential der Abstreifelektrode durchlaufen, um den Elektrolyten von der Abstreifelektrode zu lösen. Die quantitative Analyse kann durch Messen des durch die Lösung des Elektrolyten in der Bezugslösung durch die Abstreifelektrode fließenden Stroms durchgeführt werden.
Wenn, wie vorstehend beschrieben, das Potential an die erste Arbeitselektrode im ersten Zustand angelegt wird, wobei die zweite Arbeitselektrode mit der Abstreifelektrode verbunden ist, tritt eine selbstinduzierte Redoxkreislaufführung zwischen der ersten Arbeitselektrode und der zweiten Arbeitselektrode in Kombination mit der Abstreifelektrode auf. Der Elektrolyt, der reversibel aus der Bezugselektrolytlösung abgeschieden werden kann, wird an der Abstreifelektrode abgeschieden, um die Ladung zu kompensieren, die an der zweiten Arbeitselektrode durch die selbstinduzierte Redoxkreislaufführung erzeugt wird.
Im zweiten Zustand wird das Potential der Abstreifelektrode durchlaufen. Wenn das Potential der Abstreifelektrode das Redoxpotential des an der Abstreifelektrode abgeschiedenen Elektrolyten erreicht, reagiert der Elektrolyt folglich elektrochemisch und löst sich abrupt in der Bezugselektrolytlösung, wodurch ein großer Stromfluß verursacht wird. Folglich wird der Nachweis des Analyten durch Messen der Größe des Stroms in der Probenelektrolytlösung durchgeführt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine grundlegende Anordnung einer Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Elektrodeneinheit einer elektrochemischen Nachweiseinheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung einer Vorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Anordnung einer Nachweiselektrode mit einer Mikroscheibenmatrix- Elektrode, die in eine Oberflächenelektrodenstruktur eingebettet ist, des dritten Ausführungsbeispiels zeigt;
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Anordnung einer Elektrodeneinheit und einer Zelle einer Vorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 7A bis 7H sind Schnittansichten, die einen Herstellungsprozeß von Elektroden einer Vorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Anordnung einer Vorrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9A bis 9G sind Schnittansichten, die einen Herstellungsprozeß einer Elektrodeneinheit einer Vorrichtung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen; und
Fig. 10 ist eine Ansicht zum Erläutern des Prinzips eines selbstinduzierten Redoxzyklus.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf deren bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben.

(Erstes Ausführungsbeispiel)

Fig. 1 zeigt die grundlegende Anordnung einer elektrochemischen Nachweisvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Mit Bezug auf Fig. 1 bezeichnen die Bezugsziffern 1a und 1b entgegengesetzte Arbeitselektroden mit einem kleinen Spalt zwischen diesen, um eine Doppelkammelektrode zu bilden; 2 eine Abstreifelektrode; 3 eine Bezugselektrode; 4 eine Hilfselektrode; 5 ein Probenlösungsgefäß, in dem eine Probenlösung zur Messung aufbewahrt wird; 6 ein Hilfslösungsgefäß, in dem eine Bezugselektrolytlösung aufbewahrt wird; 7 eine Salzbrücke mit der Funktion eines Ionenleiters, welche zwischen dem Probenlösungsgefäß 5 und dem Hilfslösungsgefäß 6 angeordnet ist, zum elektrischen Verbinden der in den Gefäßen 5 und 6 aufbewahrten Lösungen; und 8 Vycor-Glas (silikatreiches Glas), das zwischen der Salzbrücke 7 und den jeweiligen Gefäßen angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Arbeitselektroden 1a und 1b, die Bezugselektrode 3 und die Hilfselektrode 4 in die Lösung in dem Probenlösungsgefäß 5 eingetaucht. Die Abstreifelektrode 2 dient als Elektrode, an der das in dem Hilfslösungsgefäß 6 gelöste Material abgeschieden wird und von der das Material durch die Potentialsteuerung gelöst wird. Die Bezugselektrode 3 dient als Potentialbezug. Die Hilfselektrode 4 dient als Elektrode zum gleichmäßigen Leiten eines Stroms in der Probenlösung zur Messung.
Die Bezugselektrolytlösung in dem Hilfslösungsgefäß 6 enthält ein Material, das an der Abstreifelektrode 2 gemäß der Größe eines fließenden Stroms abgeschieden werden kann, welcher durch die Elektrolyse der Probenlösung zur Messung verursacht wird, und dieses Material kann durch Potentialsteuerung der Abstreifelektrode 2 freigesetzt werden.
Die Salzbrücke 7 weist eine Struktur auf, bei der beide Enden eines kleinen Glasrohrs durch das Vycor-Glas 8 verschlossen sind und eine Elektrolytlösung mit einer hohen Konzentration darin eingeschlossen ist. Die Salzbrücke 7 weist die Funktion des elektrischen Verbindens des Probenlösungsgefäßes 5 und des Hilfslösungsgefäßes 6 über das Vycor-Glas 8 ohne Mischen der in den Gefäßen 5 und 6 aufbewahrten Lösungen auf.
Die Bezugsziffer 9 bezeichnet eine Stromversorgungseinheit zum Anlegen von Potentialen an die Arbeitselektrode 1a, die Abstreifelektrode 2, die Bezugselektrode 3 und die Hilfselektrode; 10 ein Aufzeichnungsgerät; und 11 einen Schalterkasten, der aus zwei miteinander gekoppelten Schaltern 11a und 11b besteht. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Stromversorgungseinheit 9 aus einem Potentiostaten 9a und einem Potentialabtaster 9b. Ein Bezugselektrodenanschluß T1 des Potentiostaten 9a ist mit der Bezugselektrode 3 verbunden, und ein Hilfselektrodenanschluß T2 des Potentiostaten 9a ist mit der Hilfselektrode 4 verbunden. Ein Arbeitselektrodenanschluß T3 des Potentiostaten 9a ist mit einem gemeinsamen Anschluß des Schalters 11a des Schalterkastens 11 verbunden.
Wenn ein beweglicher Kontakt, der mit dem gemeinsamen Anschluß des Schalters 11a des Schalterkastens 11 verbunden ist, mit der A-Seite verbunden wird, wird der gemeinsame Anschluß mit der Arbeitselektrode 1a verbunden. Wenn jedoch der bewegliche Kontakt mit der B-Seite verbunden wird, wird der gemeinsame Anschluß des Schalters 11a mit dem gemeinsamen Anschluß des Schalters 11b und der Abstreifelektrode 2 verbunden. Und wenn der bewegliche Kontakt, der mit dem gemeinsamen Anschluß des Schalters 11b verbunden ist, mit der A-Seite verbunden wird, wird der gemeinsame Anschluß mit der Arbeitselektrode 1b verbunden. Man beachte, daß die B-Seite des Schalters 11b offen ist.
In diesem Schalterkasten 11 ist in dem Zustand, in dem der bewegliche Kontakt mit der A-Seite verbunden ist, der Arbeitselektrodenanschluß T3 des Potentiostaten 9a mit der Arbeitselektrode 1a verbunden und gleichzeitig ist die Arbeitselektrode 1b mit der Abstreifelektrode 2 verbunden. Andererseits ist in dem Zustand, in dem der bewegliche Kontakt mit der B-Seite verbunden ist, der Arbeitselektrodenanschluß T3 des Potentiostaten 9a direkt mit der Abstreifelektrode 2 verbunden.
Das Aufzeichnungsgerät 10 ist mit dem Potentiostaten 9a verbunden, um eine Spannung (V) zwischen dem Arbeitselektrodenanschluß T3 des Potentiostaten 9a und dem Bezugselektrodenanschluß T1 zu erfassen und einen Strom (A) zu erfassen, der durch den Arbeitselektrodenanschluß T3 fließt.
Der Potentialabtaster 9b durchläuft das Potential des Arbeitselektrodenanschlusses T3 mit Bezug auf das Potential des Bezugselektrodenanschlusses T1 des Potentiostaten 9a.
Ein Betrieb der elektrochemischen Nachweisvorrichtung mit der vorstehenden Anordnung wird nachstehend beschrieben. Der Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels wird grundsätzlich in zwei Stufen beschrieben.
Die erste Stufe wird Vorelektrolyse genannt, die als Stufe zum Abscheiden eines Elektrolyten, der in der Bezugselektrolytlösung in dem Hilfslösungsgefäß 6 gelöst ist, an der Abstreifelektrode 2 dient.
Die zweite Stufe wird Abstreifen zum Freisetzen des an der Abstreifelektrode 2 abgeschiedenen Elektrolyten, um ihn in der Bezugselektrolytlösung zu lösen, genannt. Bei diesem Abstreifen wird ein durch die Abstreifelekttode fließender Strom gemessen, um die Analyse eines in der Probenlösung gelösten Materials durchzuführen.
In der Vorelektrolysestufe sind die beweglichen Kontakte der Schalter 11a und 11b des Schalterkastens 11 mit den A- Seiten verbunden. Ein vorbestimmtes Potential, das ausreicht, um die Oxidation oder Reduktion des Analyten in der Probenlösung durchzuführen, wird an die Arbeitselektrode 1a durch den Potentiostaten 9a angelegt. Dieser Zustand fährt für einen erforderlichen Zeitraum fort, um die Oxidation und Reduktion zwischen den Arbeitselektroden 1a und 1b durchzuführen. Der Elektrolyt in der Bezugselektrolytlösung scheidet sich an der Abstreifelektrode ab, begleitet von der Oxidation/Reduktion des Analyten in der Probenlösung zur Messung.
In der Abstreifstufe werden die Schalter 11a und 11b des Schalterkastens 11 auf die B-Seiten eingestellt und das Potential der Abstreifelektrode 2 wird durch den Potentialabtaster 9b und den Potentiostaten 9a durchlaufen.
Wenn das Potential der Abstreifelektrode 2 das Redoxpotential des Elektrolyten erreicht, wird der an der Abstreifelektrode 2 abgeschiedene Elektrolyt freigesetzt und in der Bezugselektrolytlösung gelöst. Zu diesem Zeitpunkt fließt ein großer Strom durch die Abstreifelektrode 2. Dieser Strom wird vom Potentiostaten 9a erfaßt und auf dem Aufzeichnungsgerät 10 aufgezeichnet.
Ein spitzenförmiger Strom wird auf dem Aufzeichnungsgerät 10 aufgezeichnet, wenn das an der Abstreifelektrode abgeschiedene Material bei einem vorbestimmten (Redox) Potential freigesetzt wird. Die Größe der Spitze ist zu einer Menge an abgeschiedenem Material proportional, welche auch zur Analytkonzentration in der Probenlösung zur Messung proportional ist.
Der obige Vorgang wird nachstehend genauer beschrieben. Bei der Vorelektrolyse diffundiert das oxidierte/reduzierte Material (der Analyt), das durch Oxidation/Reduktion an der Arbeitselektrode 1a in der Probenlösung erzeugt wird, zur Arbeitselektrode 1b. Da das oxidierte/reduzierte Material (Analyt) an der Arbeitselektrode 1b bleibt, tritt eine Reduktions-/Oxidations-Reaktion des Materials auf und erzeugt eine Ladung an der Arbeitselektrode 1b. Das reduzierte/oxidierte Material (Analyt), das an der Arbeitselektrode 1b erzeugt wird, diffundiert zurück zur Arbeitselektrode 1a und es wiederholt sich dieselbe wie vorstehend beschriebene Reaktion. Somit wird eine selbstinduzierte Redoxkreislaufführung hergestellt.
Während der selbstinduzierten Redoxkreislaufführung scheidet sich das Abscheidungs-/Auflösungsmaterial weiter an der Abstreifelektrode 2 ab, die in die Bezugselektrolytlösung des Gefäßes 6 eingetaucht ist, das mit dem Probenlösungsgefäß 5 über die Salzbrücke elektrisch verbunden ist. Eine Menge der Ladung, die während der Abscheidung/Auflösung des Materials an der Abstreifelektrode 2 erzeugt wird, entspricht der Menge an Ladung, die an der Arbeitselektrode 1b erzeugt wird, die über den Schalterkasten 11 verbunden ist. Dies bedeutet, daß die an der Arbeitselektrode 1b durch die selbstinduzierte Redoxkreislaufführung erzeugte Ladung durch die durch die Abscheidung des Abscheidungs-/Auflösungsmaterials erzeugte Ladung kompensiert wird.
Das vorstehend beschriebene selbstinduzierte Redoxzyklusphänomen fährt fort, solange ein ausreichendes Potential, so daß die Oxidation/Reduktion des Analyten stattfindet, an die Arbeitselektrode 1a angelegt wird. Während dieses Zeitraums scheidet sich das Abscheidungs-/Auflösungsmaterial weiter an der Abstreifelektrode 2 ab. Dieses selbstinduzierte Redoxzyklusphänomen wurde von den vorliegenden Erfindern ursprünglich festgestellt, wenn die Arbeitselektrode 1a sehr nahe an der Elektrode 1b in der Probenlösung angeordnet wurde, und eine weitere Elektrode (entsprechend der Abstreifelektrode 2), die mit der Elektrode 1b elektrisch verbunden war, von der Elektrode 1a weit entfernt in derselben Probenlösung angeordnet wurde. Dieses Phänomen wurde auch beobachtet, wenn eine Mikroelektrode sehr nahe an der Arbeitselektrode 1a in der Probenlösung angeordnet wurde. Durch Anlegen des Potentials nur an die Arbeitselektrode 1a in derselben Lösung wurde die Stromverstärkung durch den ähnlichen Effekt der Redoxkreislaufführung bei einer Elektrolyse mit zwei Potentiostaten beobachtet (z. B. J. Electrochem. Soc., Band 138, Nr. 12, 3549, 1991).
Diese Stromverstärkung wird durch die in Fig. 10 dargestellte selbstinduzierte Redoxkreislaufführung verursacht.
Der selbstinduzierte Redoxzyklus wird mit Bezug auf Fig. 10 genauer beschrieben. Mit Bezug auf Fig. 10 bezeichnet die Bezugsziffer 111 eine erste Elektrode (entsprechend 1a in Fig. 1), die mit einem Potentiostaten verbunden ist; und 112 eine zweite Elektrode (entsprechend 1b in Fig. 1), die nicht mit dem Potentiostaten verbunden ist. Ein Anschluß der zweiten Elektrode 112 befindet sich nahe an der ersten Elektrode 111 und der andere Anschluß der zweiten Elektrode 112 ist von der ersten Elektrode 111 beabstandet. In diesem Fall stehen die erste und die zweite Elektrode 111 und 112 mit einer Lösung in Kontakt, in der reduzierte und oxidierte Materialien R und O gelöst sind.
Wenn ein Potential an die erste Elektrode 111 angelegt wird, wird die reduzierte Form R durch die elektrochemische Reaktion an der ersten Elektrode 111 oxidiert und gibt ein Elektron an die erste Elektrode 111 frei. Diese Oxidationsreaktion induziert die Konzentrationsdifferenz des oxidierten Materials O zwischen dem Punkt A und dem Punkt B. Das heißt, die Konzentration der oxidierten Form O am Punkt A ist höher als jene am Punkt B und ein Ungleichgewichtszustand wird hergestellt.
Um in der Lösung einen Gleichgewichtszustand wiederherzustellen, diffundiert die oxidierte Form O in Richtung des Punkts B. Gleichzeitig fließen Elektronen innerhalb der zweiten Elektrode 112 in der Richtung vom Punkt A zum Punkt B. Dies liegt daran, daß am Punkt B der zweiten Elektrode 112 die Elektronen aus der reduzierten Form R freigesetzt werden, so daß die reduzierte Form R in eine oxidierte Form O umgewandelt wird. Die freigesetzten Elektronen fließen innerhalb der zweiten Elektrode 112 in der Richtung vom Punkt B zum Punkt A und werden durch die Reduktionsreaktion der oxidierten Form O am Punkt A verbraucht. Diese Elektronen werden geliefert, um die oxidierte Form O zu reduzieren.
Wenn dieser Ungleichgewichtszustand der Konzentrationen der oxidierten Form O an den Punkten A und B an der zweiten Elektrode 112 erzeugt wird, wird eine elektromotorische Kraft erzeugt, die Elektronen innerhalb der zweiten Elektrode 112 fließen lassen kann.
Im allgemeinen ist der Elektronenfluß in einem Metall viel schneller als jener durch natürliche Ionendiffusion von Molekülen und Ionen in einer Lösung. Aus diesem Grund sind die Reduktion der oxidierten Form O und die Oxidation der reduzierten Form R an den Punkten A und B in der zweiten Elektrode 112 viel wirksamer als die Diffusion der oxidierten Form O in der Lösung, um die Konzentration des Gleichgewichtszustands von jenem des Ungleichgewichtszustands zu verändern.
Die Erzeugung der oxidierten Form 0 fährt durch Oxidieren der reduzierten Form R durch Anlegen des Potentials an die erste Elektrode 111 fort. Die erzeugte oxidierte Form O diffundiert zum Punkt A der zweiten Elektrode 112. Um das Ungleichgewicht der oxidierten Form O an der zweiten Elektrode 112 wiederherzustellen, wird, wie vorstehend beschrieben, die oxidierte Form O am Punkt A der zweiten Elektrode 112 unmittelbar reduziert und dieses reduzierte Material R wird durch die erste Elektrode 111 unmittelbar oxidiert, wobei somit ein Redoxzyklus 113 gebildet wird.
Der in Fig. 10 gezeigte Redoxzyklus 113 ist der selbstinduzierte Redoxzyklus, durch den der Strom der ersten Elektrode 111 verstärkt wird.
Wie vorstehend beschrieben, wird das Abscheidungs-/Auflösungsmaterial, das kontinuierlich bei der Vorelektrolyse durch den selbstinduzierten Redoxzyklus abgeschieden wurde, sofort freigesetzt (Abstreifen) durch Durchlaufen des Potentials der Abstreifelektrode 2 nach Verbinden der beweglichen Kontakte der jeweiligen Schalter des Schalterkastens 1 mit den B-Seiten. Ein Spitzenstrom, der durch die Abstreifelektrode 2 fließt, wird durch das sofortige Freisetzen dieses Abscheidungs-/Auflösungsmaterials verursacht.
Dieser Spitzenstrom ist zur Menge an Abscheidungs-/Auflösungsmaterial, das an der Abstreifelektrode 2 abgeschieden ist, proportional. Die Menge an Abscheidungs-/Auflösungsmaterial ist zum Produkt der Analytkonzentration in der Probenlösung und der Vorelektrolysezeit proportional, so daß die Analytkonzentration in der Probenlösung quantitativ gemessen werden kann.
Bei dieser Erfindung sind die selbstinduzierte Redoxkreislaufführung in der Probenlösung und die Abscheidungsreaktion des Abscheidungs-/Auflösungsmaterials an der Abstreifelektrode 2 in dem Hilfslösungsgefäß 6 grundlegende Vorgänge. Die Menge an Abscheidungs-/Auflösungsmaterial, das an der Abstreifelektrode 2 abgeschieden ist, ist zum Produkt der Vorelektrolysezeit und der Analytkonzentration in der Probenlösung proportional. Selbst wenn die Analytkonzentration niedrig ist, kann folglich durch Verlängern der Vorelektrolysezeit ein großer Nachweisstrom erhalten werden, wodurch die Nachweisgrenze des in der Probenlösung gelösten Analyten erheblich verbessert wird.
Die Arbeitselektroden 1a und 1b weisen eine Form von kleinen gepaarten Elektroden wie z. B. einer kleinen Doppelkammatrix-Elektrode, kleinen gepaarten Bandelektroden oder kleinen Ringscheiben-Elektroden auf. Beispiele des Metallmaterials zum Ausbilden dieser Elektroden sind Gold, Platin, Silber, Kupfer, Palladium, Chrom, Titan und rostfreier Stahl. Silizium vom p- oder n-Typ, Germanium vom p- oder n-Typ, Cadmiumsulfid (CdS), Titandioxid (TiO&sub2;), Zinkoxid (ZnO), Galliumphosphid (GaP), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP), Cadmiumselenid (CdSe), Cadmiumtellurid (CdTe), Molybdändisulfid (MoS&sub2;), Wolframselenid (WSe), Kupfer(I)oxid (Cu&sub2;O), Zinnoxid (SnO&sub2;), Indiumoxid (In&sub2;O&sub3;) und Indiumzinnoxide können als Materialien für die Arbeitselektroden verwendet werden. Halbmetallische Materialien wie z. B. glasartiger Kohlenstoff, eine leitende Kohlenstoffpaste oder eine leitende Kohlenstoffschicht können auch als Material für die Arbeitselektroden verwendet werden.
In den letzten Jahren wurden ausgedehnte Untersuchungen an Mikroelektroden zum Analysieren eines kleinen Bereichs in einem lebenden Körper oder einer kleinen Menge einer Lösungsprobe durchgeführt, und diese Elektroden wurden in einer Vielzahl von Anwendungen wie z. B. einem Sensor oder einer Messung einer sehr kleinen Menge an Material in einer lebenden Zelle verwendet. Die meisten der Mikroelektroden werden derart verwendet, daß Metalldrähte wie aus Platin oder Gold oder Kohlenstoffasern in einer dünnen Glasröhre eingeschlossen sind. Die Reaktion dieser Mikroelektrode hängt von ihrer Form ab. Wenn die Elektrodengröße verringert wird, werden die Ansprechgeschwindigkeit und das S/N-Verhältnis vergrößert. Da eine hohe Empfindlichkeit im Prinzip durch Verringern der Elektrodengröße erhalten werden kann, wurden verschiedene Formen von Elektroden und ihre Miniaturisierung untersucht. Wenn sich jedoch der Elektrodendurchmesser auf etwa 1 um verringert, wird ein zu erfassender Strom auf eine Größenordnung unterhalb nA verringert. Es ist daher aufgrund des externen Rauschens bei der tatsächlichen Messung schwierig, eine Messung durchzuführen.
Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, die Anzahl von Mikroelektroden zu erhöhen (Ausbildung einer Matrix), um einen absoluten Stromwert zu erhöhen, während die hohe Stromdichte der Mikroelektroden und ihr hohes S/N- Verhältnis zu einem Ladestrom aufrechterhalten wird. Als Verfahren zur Herstellung einer Matrix von Mikroelektroden wurden in letzter Zeit lithographische Verfahren verwendet. Eine große Anzahl von Mikroelektroden mit einer willkürlichen Form können auf einem Substrat mit guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden.
Als Verfahren zur Herstellung einer Matrix von Arbeitselektroden, die mit kleinen Spalten in der Mikrometer- oder Submikrometer-Größenordnung voneinander isoliert sind, wird die Photolithographie mit, Mikrostrukturierungsverfahren wie z. B. Trockenätz-, Abhebe- und Ionenätzverfahren kombiniert. Alternativ ateht ein Verfahren zum Setzen einer nadelartigen Mikroelektrode nahe einen Leiter unter Verwendung eines Rastertunnelmikroskops (STM) oder ein Verfahren zum Gegenüberstellen von zwei entgegengesetzten Elektroden mit einem kleinen Abstand unter Verwendung eines Mikrometers oder eines geeigneten Abstandhalters zur Verfügung.
Beispiele des Materials für die Abstreifelektrode, die mit einer der gepaarten Mikroelektroden verbunden ist, sind eine Quecksilbertropfelektrode, eine Amalgamelektrode aus Quecksilber und einem Metall (z. B. Gold), eine Elektrode aus mit Quecksilber plattiertem Kohlenstoff, eine HOPG- Elektrode, eine Kohlenstoffaserelektrode, eine Elektrode aus glasartigem Kohlenstoff, eine Silberelektrode und eine Kohlenstoffpastenelektrode. Auch Elektroden, die mit anionischen Polymeren modifiziert sind, wie z. B. Nation (erhältlich von Dupont), Polyestersulfonsäure (erhältlich von Eastman Kodak), Polyvinylsulfonsäure oder Polystyrolsulfonsäure, Elektroden, die mit kationischen Polymeren (z. B. Polydimethyldilaurylammoniumchlorid oder Poly-4-vinylpyridin), leitenden Polymeren (z. B. Polypyrrol, Polythiophen, Polyanilin oder Polyazulen) oder Derivaten von diesen modifiziert sind, können als Materialien für die Abstreifelektroden verwendet werden.
Beispiele der Salzbrücke 7 zum Verbinden des Probenlösungsgefäßes 5 und des Hilfslösungsgefäßes 6 sind eine Salzbrücke, die ein dünnes Glas- oder Kunststoffrohr umfaßt, das mit einem Ionenleiter gefüllt ist, der durch Lösen eines Elektrolyten, wie z. B. Kaliumchlorid oder Kaliumnitrat, in einem Agar erhalten wird, und in dem dünnen Glas- oder Kunststoffrohr eingeschlossen ist, eine Salzbrücke, die eine hochkonzentrierte Elektrolytlösung umfaßt, die in ein Glas- oder Kunststoffrohr gefüllt ist, dessen Enden mit porösem Glas oder dergleichen mit einer geringen Flüssigkeitsdurchlässigkeit abgedichtet sind, ein keramischer Ionenleiter, seine Dünnschicht, ein polymerer Ionenleiter und seine Dünnschicht.
Beispiele des Elektronenleiters zum Verbinden der Arbeitselektrode 1b mit der Abstreifelektrode 2 über den Schalterkasten 11 sind ein Metalldraht, eine Metalldünnschicht, ein leitender Kohlenstoffstab, eine leitende Kohlenstoffdünnschicht und ein elektronenleitendes Polymer.
Die Bezugselektrode kann sich im ersten oder im zweiten Gefäß oder in der Salzbrücke befinden, sofern dieselben Ergebnisse wie beim ersten Ausführungsbeispiel erhalten werden können. Die Hilfselektrode kann sich auch im ersten oder im zweiten Gefäß oder in der Salzbrücke befinden, sofern dieselben Ergebnisse wie beim ersten Ausführungsbeispiel erhalten werden können. Die Bezugs- und die Hilfselektrode müssen nicht in derselben Position angeordnet sein.
Ein Ausführungsbeispiel zum Analysieren von Rutheniumhexaamin mit einer sehr niedrigen Konzentration durch die elektrochemische Nachweisvorrichtung der vorliegenden Erfindung mit der obigen Anordnung wird nachstehend beschrieben.

(Zweites Ausführungsbeispiel)

Bei diesem Ausführungsbeispiel bestehen gepaarte Arbeitselektroden 1a und 1b aus einer Doppelkammatrix- Goldelektrode, und eine Abstreifelektrode 2 besteht aus einer Scheibenelektrode aus glasartigem Kohlenstoff mit einem Durchmesser von 3 mm. Rutheniumhexaamin wird als Analyt verwendet, da es als oxidierte Form in einer Lösung existiert und elektrochemische Reversibilität aufweist. Diese Probe kann nicht durch ein herkömmliches Abstreifverfahren gemessen werden.
Fig. 2 zeigt eine Anordnung einer elektrochemischen Nachweisvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels. Fig. 3 zeigt eine Struktur, bei der die Arbeitselektroden 1a und 1b, die aus einer Doppelkammatrix-Elektrode bestehen, eine Bezugselektrode 3 und eine Hilfselektrode 43 auf einem einzelnen Substrat ausgebildet sind. Mit Bezug auf Fig. 2 bezeichnet die Bezugsziffer 101 eine Nachweiselektrodeneinheit, in der die Arbeitselektroden 1a und 1b, die Bezugselektrode 3 und eine Hilfselektrode 4 auf dem einzelnen Substrat integriert sind. Jegliche andere Anordnung des zweiten Ausführungsbeispiels ist dieselbe wie jene von Fig. 1 und auf eine ausführliche Beschreibung derselben wird verzichtet.
Mit Bezug auf Fig. 3 umfaßt die Nachweiselektrodeneinheit 101 die Bezugs- und die Hilfselektrode 3 und 43, die mit der Probenlösung in Kontakt stehen, und die Arbeitselektroden 1a und 1b, die durch Anordnen einer Doppelkammatrix-Elektrode 47 mit einem kleinen Spalt erhalten werden, wobei alle Elektroden auf einer Isolationsoxidschicht 46 ausgebildet sind, die auf einem Siliziumsubstrat 45 ausgebildet ist. Die Nachweiselektrodeneinheit 101 wird durch bekannte Lithographieverfahren wie z. B. Ausbildung einer Elektrodenstruktur unter Verwendung eines Resists auf der Isolationsoxidschicht 46, Abscheidung eines Elektrodenmaterials durch Sputtern, Abscheidung einer Isolationsschicht durch Plasma-CVD und Freilegen eines Teils, der als Elektrode dient, durch reaktives Ionenätzen, hergestellt.
Die Doppelkammatrix-Elektrode 47 besteht aus zwei kammartigen Reihenelektroden (1a und 1b), die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden. Die Breiten der zwei kammartigen Elektroden betrugen beide 2 um, und ihre Länge betrug 2 mm. Der Spalt und die Anzahl von Paaren von Elektroden betrug 2 um bzw. 750. Ein Elektrodenmaterial ist eine Gold/Titan-Schicht. Der ferne Endteil der Bezugselektrode 3 ist mit Silber plattiert, um die Funktion als Bezugselektrode zu verbessern. Eine Salzbrücke 7 wird derart erhalten, daß beide Enden eines kleinen Glasrohrs mit Vycor-Glas verschlossen werden und das Glasrohr mit einer gesättigten Kaliumnitratlösung gefüllt wird.
Die zwei Arbeitselektroden 1a und 1b der Nachweiselektrodeneinheit 101 und die Abstreifelektrode 2 und ein Arbeitselektrodenanschluß T3 eines Potentiostaten 9a (HECS972, erhältlich von Huso) sind mit einem Schalterkasten 11 mit derselben grundlegenden Anordnung und Funktion wie jenen in Fig. 1 verbunden. Die Bezugselektrode 3 und die Hilfselektrode 4 der Nachweiselektrodeneinheit 101 sind mit einem Bezugselektrodenanschluß T1 bzw. einem Hilfselektrodenanschluß T21 des Potentiostaten 9a verbunden.
Eine Analyse einer niedrigen Konzentration von Rutheniumhexaamin unter Verwendung der Vorrichtung mit der wie vorstehend beschriebenen Anordnung wird nachstehend beschrieben.
Eine Probenlösung war eine Standardpufferlösung mit pH 4,2 (erhältlich von Nakarai Chemicals LTD.), die 1 uMol/l Rutheniumhexaamin enthielt. Die Hilfslösung war eine Elektrolytlösung, die 0,1 Mol/l Kaliumnitrat (KNO&sub3;) und 1 uMol/l Silbernitrat enthielt.
Wie vorher beschrieben, wird diese Analyse in zwei Stufen durchgeführt.
Bei der Vorelektrolyse als der ersten Stufe wurden die Schalter 11a und 11b des Schalterkastens 11 auf die A- Seiten eingestellt, und das Potential der Arbeitselektrode 1a der Nachweiselektrodeneinheit 101 wurde auf -0,4 V gehalten. Die Elektrolyse von Rutheniumhexaamin dauerte für 10 Minuten an. Während dieses Zeitraums wurde die Hilfslösung unter Rühren gehalten. Nach der Vorelektrolyse wurde das Rühren der Hilfslösung unmittelbar gestoppt. Die resultierende Lösung wurde für 10 Sekunden belassen, bis die Lösung ruhig wurde.
Die zweite Stufe wurde dann unmittelbar begonnen.
Beim Abstreifvorgang als zweiter Stufe wurden die Schalter 11a und 11b des Schalterkastens 11 auf die B-Seiten eingestellt und das Potential der Abstreifelektrode 2 wurde von -0,4 V bis 0,5 V mit einer Abtastrate von 20 mV/s durchlaufen.
Durch die obigen Vorgänge wurde ein Spitzenstrom von 7 uA, der durch die Oxidation (Lösung) von Silber von der Abstreifelektrode 2 verursacht wurde, bei einem Potential von 0,35 V auf einem Aufzeichnungsgerät 10 beobachtet.
Selbst wenn eine zyklische voltammetrische Kurve von Rutheniumhexaamin unter Verwendung dieser Arbeitselektrode 1a erhalten wurde, konnte Rutheniumhexaamin aufgrund des Hintergrundstroms von gelöstem Sauerstoff nicht beobachtet werden. Der maximale theoretische Wert eines Nachweisstroms bei dieser Art Arbeitselektrode kann als 8 nA berechnet werden. Daher kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Signal etwa 875fach verstärkt werden. Und eine Probe mit einer niedrigeren Konzentration kann gemessen werden. Obwohl eine ähnliche Messung für einen Elektrolyten durchgeführt wurde, der kein Rutheniumhexaamin enthielt, wurde kein Spitzenstrom beobachtet.
Die Ergebnisse bei der Analyse von Rutheniumhexaamin, die durch Verringern der Konzentration von Rutheniumhexaamin durchgeführt wurde, unter Verwendung derselben Vorrichtung wie vorstehend beschrieben, sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Das obige Ergebnis (Probe 1) ist auch in Tabelle 1 zusammengefaßt. Tabelle 1 Veränderung des Spitzenstroms und der Verstärkung als Funktion der Rutheniumhexaamin-Konzentration
Die Verstärkung der Probe 1 war aufgrund eines breiten Abstreifmaximums niedrig, wenn die Konzentration von Rutheniumhexaamin hoch ist, jedoch erschien ein scharfes Maximum bei einer Verringerung der Konzentration, wodurch die Verstärkung erhöht wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Analyt mit niedriger Konzentration, der durch das herkömmliche Abstreifverfahren nicht nachgewiesen werden kann, mit hoher Empfindlichkeit gemessen werden.

(Drittes Ausführungsbeispiel)

Als drittes Ausführungsbeispiel wird eine Abstreifanalyse einer niedrigen Konzentration von Rutheniumhexaamin als Probenlösung mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben. Eine Mikroscheibenmatrix-Elektrode, die in eine Oberflächenelektrode (MDAS) eingebettet ist, wird als Arbeitselektrode verwendet, und eine Elektrode aus glasartigem Kohlenstoff wird als Abstreifelektrode 2 verwendet.
Mit Bezug auf Fig. 4 bezeichnet die Bezugsziffer 1c eine Nachweiselektrode ähnlich dem Paar von Arbeitselektroden 1a und 1b (Fig. 1), die als Mikroscheibenmatrik-Elektrode aufgebaut ist, welche in eine Oberflächenelektrode eingebettet ist; 3a eine Ag/AgCl-Bezugselektrode; und 4a eine Pt-Hilfselektrode. Die Bezugselektrode 3a und die Hilfselektrode 4a sind in eine Elektrolytlösung in einer Salzbrücke 7a eingetaucht. Jegliche andere Anordnung ist dieselbe wie jene in Fig. 1.
Fig. 5 zeigt einen Teil der Struktur der Nachweiselektrode 1c. Mit Bezug auf Fig. 5 bezeichnet die Bezugsziffer 51 eine Au/Ti-Oberflächenelektrode; 52 eine Au/Ti- Mikroscheibenmatrix-Elektrodenschicht; 53 und 54 Siliziumdioxid-Isolationsschichten; und 55 ein Siliziumsubstrat. Eine Mikroscheibenmatrix- Elektrodenschicht 52, die Isolationsschicht 53 und die Oberflächenelektrode 51 werden nacheinander auf dem Siliziumsubstrat 55 mit der Isolationsschicht 54 durch Sputtern gestapelt und die Mikroscheibenmatrix-Elektrode 56 wird durch ein photographisches Verfahren und reaktives Ionenätzen oder dergleichen ausgebildet, wodurch die Nachweiselektrode 1c ausgebildet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Nachweiselektrode 1c eine Größe von 8 mm² auf und weist etwa 407500 Mikroscheibenelektroden auf. Ein Durchmesser jeder Mikroscheibenelektrode beträgt 10 um.
Eine Analyse einer sehr kleinen Menge an Rutheniumhexaamin unter Verwendung der in Fig. 4 gezeigten elektrochemischen Nachweisvorrichtung wird nachstehend beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel war eine Probenlösung zur Messung eine Standardpufferlösung mit pH 4,2, die 1 uMol/l Rutheniumhexaamin enthielt. Die Hilfslösung war eine Elektrolytlösung, die 0,1 Mol/l Kaliumnitrat und 1 uMol/l Silbernitrat enthielt.
Bei der Vorelektrolyse als erster Stufe wurden die Schalter 11a und 11b des Schalterkastens 11 auf die A-Seiten eingestellt und das Potential der Mikroscheibenmatrix- Elektrode 52 (Fig. 5) der Nachweiselektrode 1c wurde auf -0,4 V gehalten. Die Elektrolyse von Rutheniumhexaamin dauerte für 5 Minuten an. Während dieses Zeitraums wurde die Hilfslösung unter Rühren gehalten. Nach der Vorelektrolyse wurde das Rühren der Hilfslösung unmittelbar gestoppt. Die resultierende Lösung wurde für 10 Sekunden belassen, bis die Lösung ruhig wurde. Die zweite Stufe wurde dann unmittelbar begonnen.
Beim Abstreifvorgang als zweiter Stufe wurden die Schalter 11a und 11b des Schalterkastens 11 auf die B-Seiten eingestellt und das Potential der Abstreifelektrode 2 wurde von -0,4 V bis 0,5 V mit einer Abtastrate von 20 mV/s durchlaufen.
Durch die obigen Vorgänge wurde ein Spitzenstrom von 25,8 uA auf der Basis einer Oxidation (Lösung) von Silber von der Abstreifelektrode 2 bei einem Potential von 0,35 V auf einem Aufzeichnungsgerät 10 beobachtet. Selbst wenn eine zyklische voltammetrische Kurve von Rutheniumhexaamin unter Verwendung dieser Nachweiselektrode 1c erhalten wurde, konnte der Strom von Rutheniumhexaamin aufgrund des Hintergrundstroms von gelöstem Sauerstoff nicht beobachtet werden. Der maximale theoretische Wert eines Nachweisstroms dieser Arbeitselektrode kann als 200 nA berechnet werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Signal etwa 128fach verstärkt werden, was es ermöglicht, eine Probe mit einer niedrigeren Konzentration zu messen. Obwohl eine ähnliche Messung für einen Elektrolyten durchgeführt wurde, der kein Rutheniumhexaamin enthielt, wurde kein Maximum beobachtet.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Probe mit einer niedrigen Konzentration wie beim ersten Ausführungsbeispiel mit hoher Empfindlichkeit gemessen werden, wobei die Mikroscheibenmatrix-Elektrode, die in die Oberflächenelektroden eingebettet ist, als Nachweiselektrode 1c verwendet wird.

(Viertes Ausführungsbeispiel)

Als viertes Ausführungsbeispiel wird eine Abstreifanalyse einer niedrigen Konzentration von Kaliumferrocyanid als Probenlösung auf der Basis einer in Fig. 6 gezeigten elektrochemischen Nachweisvorrichtung beschrieben. Eine Au- Doppelkammatrix-Elektrode und eine Au-Abstreifelektrode 2a, die auf einem einzelnen Substrat ausgebildet sind, werden bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet. Kaliumferrocyanid eignet sich aus demselben Grund wie Rutheniumhexaamin als Standardprobe.
Gemäß denselben Vorgängen wie beim ersten Ausführungsbeispiel wird eine Nachweiselektrodeneinheit 101a mit einer kleinen Doppelkammatrix-Elektrode 47a, einer Hilfselektrode 4, einer Bezugselektrode 3 und der Abstreifelektrode 2a auf einem einzelnen Substrat ausgebildet. Die Doppelkammelektrode 47a besteht aus zwei kammartigen Reihenelektroden (1a und 1b), die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden. Die Breiten der zwei kammartigen Elektroden betrugen beide 2 um und ihre Länge betrug 2 mm. Der Spalt und die Anzahl von Paaren von Elektroden war 2 um bzw. 750. Die Abstreifelektrode 2a wies eine rechteckige Form mit einer Größe von 2 mm · 3,5 mm auf. Die gesamte Elektrodenfläche beträgt 1 cm · 3 cm. Die Doppelkammelektrode 47a, die Abstreifelektrode 2 und die Anschlüsse der jeweiligen Elektroden sind wie in Fig. 6 gezeigt angeordnet. Diese Elektroden werden z. B. durch photolithographische Verfahren ausgebildet.
Die elektrochemische Nachweisvorrichtung wird durch Kleben der Elektrodeneinheit 101a an die untere Oberfläche eines Pyrex-Zellenrahmens 64 (erhältlich von Corning Glass Works) mit einem Epoxidharz-Klebstoff hergestellt. Der Zellenrahmen 64 weist eine Größe von 1 cm · 2 cm · 1 cm auf und weist zwei quadratische Durchgangslöcher auf, und ein 1 mm dickes Vycor-Glas 8 wird in die Trennwand zwischen den zwei Löchern des Zellenrahmens 64 integriert. In diesem Fall ist die Zelle 64 in ein Probenlösungsabteil 64a und ein Hilfslösungsabteil 64b unterteilt. Die Bezugselektrode 3, die Hilfselektrode 4 und die Doppelkammatrix-Elektrode 47a sind im Probenlösungsabteil 64a angeordnet, und die Abstreifelektrode 2a ist im Hilfslösungsabteil 64b angeordnet. Die Trennkomponente zwischen dem Probenlösungsabteil 64a und dem Hilfslösungsabteil 64b besteht aus einer Salzbrücke 7, so daß diese Abteile elektrisch miteinander verbunden werden können. Obwohl in Fig. 6 nicht dargestellt, sind alle Elektroden mit einem Schalterkasten mit zwei Schaltern und mit einem Potentiostaten wie beim ersten Ausführungsbeispiel verbunden.
Wie vorstehend beschrieben, ist die kleine Zelle 64, die durch das Vycor-Glas 8 unterteilt ist, auf der Elektrodeneinheit 101a montiert. Eine Analyse einer sehr kleinen Menge an Kaliumferrocyanid wird nachstehend unter Verwendung der Zelle 64 (Fig. 6) als Gefäße für die Probenlösung und die Hilfslösung beschrieben.
Die hierin verwendete Probenlösung zur Messung war eine Standardpufferlösung mit pH 4,2, die 1 uMol/l Kaliumferrocyanid enthielt, und wurde in die Zelle (Probenlösungsabteil) 64a (entsprechend dem Probenlösungsgefäß 5 in Fig. 1) mit der Doppelkammatrix- Elektrode 47a am Boden des Abteils gefüllt. Die Hilfslösung war eine Elektrolytlösung, die 0,1 Mol/l Kaliumnitrat und 1 uMol/l Silbernitrat enthielt, und wurde in die Zelle (Hilfslösungsabteil) 64b (entsprechend dem Hilfslösungsgefäß 6 in Fig. 1) mit der Absteifelektrode 2 an ihrem Boden gefüllt.
Die Vorgänge dieses Ausführungsbeispiels werden wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen in zwei Stufen durchgeführt.
Bei der Vorelektrolyse als erster Stufe wurden die Schalter auf die A-Seiten eingestellt und das Potential von einer Nachweiselektrode (Arbeitselektrode) der Doppelkammatrix- Elektrode 47a wurde auf -0,4 V gehalten. Die Elektrolyse von Kaliumferrocyanid dauerte für 10 Minuten an. Während dieses Zeitraums wurde die Hilfslösung unter Rühren gehalten. Nach der Vorelektrolyse wurde das Rühren der Hilfslösung unmittelbar gestoppt. Die resultierende Lösung wurde für 10 Sekunden belassen, bis die Lösung ruhig wurde. Die zweite Stufe wurde dann unmittelbar begonnen.
Beim Abstreifvorgang als zweiter Stufe wurden die Schalter auf die B-Seiten eingestellt und das Potential der Abstreifelektrode 2 wurde von -0,4 V bis 0,5 V mit einer Abtastrate von 20 mV/s durchlaufen.
Durch die obigen Vorgänge wurde ein Spitzenstrom von 0,1 uA, der durch Oxidation von Silber verursacht wurde, bei einem Potential von 0,35 V auf einem Aufzeichnungsgerät beobachtet.
Eine zyklische voltammetrische Kurve von Kaliumferrocyanid unter Verwendung von einer der Arbeitselektroden der Doppelkammatrix-Elektrode 47a zeigte einen Spitzenstrom von 2 nA. Aufgrund dieser 50fachen Signalverstärkung durch die vorliegende Erfindung kann eine Probe mit viel geringerer Konzentration gemessen werden. Obwohl eine ähnliche Messung für einen Elektrolyten durchgeführt wurde, der kein Kaliumferrocyanid enthielt, wurde kein Spitzenstrom beobachtet.
Das Lösungsvolumen kann bei diesem Ausführungsbeispiel auch verringert werden. Selbst wenn eine Probenlösung zur Messung ein sehr geringes Volumen und eine niedrige Konzentration aufweist, kann eine hochempfindliche Messung durchgeführt werden. Die Anordnung dieses Ausführungsbeispiels sieht Vorteile vor, indem eine kleinere elektrochemische Nachweisvorrichtung realisiert wird und die Menge der Probenlösung verringert wird. Die Integration von Elektroden auf einem einzelnen Substrat kann die Länge eines Ionenleiters (Salzbrücke), der die zwei Lösungsgefäße verbindet, verkürzen. Der Widerstand des Ionenleiters kann verringert werden. Folglich kann die Verringerung der Empfindlichkeit verhindert werden.

(Fünftes Ausführungsbeispiel)

Als fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden eine Kohlenstoff/Platin-Doppelkammatrix-Elektrode und eine Kohlenstoff/Platin-Abstreifelektrode 2 auf demselben Substrat ausgebildet, und eine Analyse einer Spurenmenge von Rutheniumhexaamin unter Verwendung dieser Elektroden wird nachstehend beschrieben.
Die Platinschicht unter der Kohlenstoffschicht kann eine Gesamtleitfähigkeit des Elektrodenmaterials verbessern. Die elektrochemische Messung kann vorteilhaft durchgeführt werden. Die Kohlenstoffelektrode kann in einem elektroanalytischen Verfahren aufgrund eines breiten Potentialfensters umfassend verwendet werden.
Der Elektrodenherstellungsprozeß wird mit Bezug auf Fig. 7A bis 7H beschrieben.
Wie in Fig. 7A gezeigt, wurde ein Siliziumwafer 71 (erhältlich von Osaka Titanium Co., Ltd.) mit einer 1 um dicken SiO&sub2;-Schicht 72 in einer vorbestimmten Position in eine Sputtervorrichtung (SPF332H, erhältlich von Anelva) gelegt. Titan und Platin wurden bei 50 W für eine Minute bzw. bei 70 W für 3,5 Minuten gesputtert, während das Substrat in einer Argonatmosphäre bei einem Druck von 1,3 Pa gedreht wurde, wodurch eine 100 nm dicke Platin/Titan- Dünnschicht 73 ausgebildet wurde.
1 g 3,4,9,10-Perylentetracarboxyldianhydrid (PTDA) in einem Quarzschiffchen wurde in einem Endteil einer 80 cm langen Quarzröhre angeordnet und das Schiffchen wurde mit einer Quarzglaswolle bedeckt. Das Siliziumsubstrat 71 wurde in der Mitte der Quarzröhre angeordnet und die Röhre wurde auf einen Druck von 0,1 Torr ausgepumpt. Zwei Heizvorrichtungen wurden an der Röhre montiert. Durch diese Heizvorrichtungen wurde das Siliziumsubstrat 71 auf 1000ºC erhitzt und die Temperatur des PTDA in dem Quarzschiffchen wurde auf 450ºC erhöht. Das PTDA wurde sublimiert, um die Abscheidung auf dem Siliziumsubstrat 71 für 15 Minuten durchzuführen. Eine Kohlenstoffdünnschicht 74 wurde auf der Platin/Titan- Dünneschicht 73 auf dem Siliziumsubstrat 1 ausgebildet (Fig. 7B).
Die Quarzröhre wurde aus einem elektrischen Ofen entnommen und wurde natürlich gekühlt. Der Vakuumzustand wurde zu einem Atmosphärenzustand unterbrochen, um das Siliziumsubstrat 71 aus der Quarzröhre zu entnehmen. Ein auf Silizium basierender Positivresist wurde auf die Kohlenstoffdünnschicht 74 mit 4000 U/min für 40 Sekunden aufgeschleudert und wurde bei 90ºC für 90 Sekunden vorgetrocknet.
Der Wafer mit dem Resist wurde mit einem Waferrepeater (NSR-1010 G, erhältlich von Nikon) durch eine Photomaske belichtet und in einem NMD-W-Entwickler (erhältlich von Tokyo Ohka) entwickelt, um eine Resiststruktur 75 auszubilden, wie in Fig. 7C gezeigt.
Das Siliziumsubstrat 1 mit der Resiststruktur 75 darauf wurde in eine Vorrichtung zum reaktiven Ionenätzen (DEM451, erhältlich von Anelva) gelegt und eine Kohlenstoffschichtfläche, die nicht mit der Resiststruktur 75 bedeckt war, wurde zum Übertragen der Resiststruktur 75 auf die Kohlenstoffdünnschicht 74 geätzt.
Die darunterliegende Platin/Titan-Schicht wurde mit Argon- Ionenätzen (Fig. 7D) geätzt und dann wurde die Resiststruktur 75 entfernt, um eine zusammengesetzte Kohlenstoff/Metall-Doppelkammatrix-Elektrode (Fig. 7E) mit derselben Form wie beim vierten Ausführungsbeispiel (Fig. 6) auszubilden. Obwohl nicht dargestellt, wurde jegliche andere Elektrode wie z. B. eine Abstreifelektrode gleichzeitig ausgebildet.
Wie in Fig. 7F gezeigt, wurde der Wafer mit dieser Elektrode in eine Plasma-CVD-Vorrichtung (AMP3300, erhältlich von Applied Material) gelegt, um eine 250 nm dicke Siliziumnitrid-Schicht 76 auszubilden.
Ein Resist (TSMR-V3, erhältlich von Tokyo Ohka) wurde auf die gesamte Oberfläche des resultierenden Wafers mit 4000 U/min für 40 Sekunden aufgeschleudert. Der resultierende Wafer wurde bei 90ºC für 90 Sekunden vorgetrocknet. Der vorgetrocknete Wafer wurde belichtet, entwickelt und gespült, um eine Struktur 77 (Fig. 7G) zu erhalten.
Das Siliziumsubstrat 71 mit der Struktur 77 darauf wurde in eine Vorrichtung zum reaktiven Ionenätzen gelegt und die Siliziumnitrid-Schicht 76 wurde in einem CF&sub4;-Gasplasma geätzt, bis die Kohlenstoffschicht freigelegt wurde. Wie in Fig. 7H gezeigt, waren die Elektroden voneinander isoliert.
Die Breite und der Spalt der kammartigen Elektrode der resultierenden Doppelkammelektrode betrug 2 um und ihre Länge betrug 2 mm. Die Anzahl von Paaren war 50. Die Abstreifelektrode hatte eine rechteckige Form mit einer Größe von 2 mm · 3,5 mm.
Die Bezugselektrode dieser Elektrodeneinheit wurde mit einem Potentiostaten verbunden und wurde in eine wässerige Silberplattierungslösung mit 70ºC eingetaucht. Zwei Silberdrähte wurden als Bezugs- und Hilfselektroden verwendet. Silber wurde bei einem Strom von 2 uA für 10 Sekunden plattiert.
Die resultierende Elektrodeneinheit wurde wie beim vierten Ausführungsbeispiel an eine Zelle geklebt, um eine elektrochemische Nachweisvorrichtung zu erhalten.
Eine Analyse einer Spurenmenge von Rutheniumhexaamin unter Verwendung dieser Nachweisvorrichtung wird nachstehend beschrieben.
Alle Elektroden der elektrochemischen Nachweisvorrichtung wurden wie beim ersten Ausführungsbeispiel mit einem Schalterkasten 11 und mit einem Potentiostaten 9a und einem Potentialabtaster 9b verbunden. Eine Standardpufferlösung mit pH 4,2 (erhältlich von Nakarai Chemicals LTD.), die 1 uMol/l Rutheniumhexaamin enthielt, wurde in ein Abteil mit der Doppelkammatrix-Elektrode gefüllt, und eine Elektrolytlösung, die 0,1 Mol/l Kaliumnitrat und 1 uMol/l Silbernitrat enthielt, wurde in das andere Abteil mit der Abstreifelektrode gefüllt.
Die Vorgänge dieses Ausführungsbeispiels wurden wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen in zwei Stufen durchgeführt.
Bei der Vorelektrolyse als erster Stufe wurden die Schalter des Schalterkastens 11 auf die A-Seiten eingestellt gehalten (Fig. 1) und eine Arbeitselektrode der Doppelkammatrix-Elektrode wurde mit dem Potentiostaten auf -0,4 V gehalten. Die Elektrolyse von Rutheniumhexaamin dauerte für 10 Minuten an. Während dieses Zeitraums wurde die Hilfslösung unter Rühren gehalten. Nach der Vorelektrolyse wurde das Rühren der Hilfslösung gestoppt. Die resultierende Lösung wurde für 10 Sekunden belassen, bis die Lösung ruhig wurde. Dann wurde unmittelbar die zweite Stufe begonnen.
Beim Abstreifvorgang als zweiter Stufe wurden die Schalter des Schalterkastens 11 auf die B-Seiten eingestellt (Fig. 1) und das Potential der Abstreifelektrode wurde von -0,4 V bis 0,5 V mit einer Abtastrate von 20 mV/s durchlaufen.
Durch die obigen Vorgänge wurde ein Spitzenstrom von 0,48 uA, der durch die Lösung von Silber verursacht wurde, bei einem Potential von 0,35 V auf einem Aufzeichnungsgerät 10 beobachtet. Eine Reduktionswellenform des Rutheniumhexaamins kann durch eine zyklische voltammetrische Kurve unter Verwendung von einer der Arbeitselektroden in der Doppelkammatrix-Elektrode aufgrund eines Hintergrundstroms von gelöstem Sauerstoff nicht beobachtet werden. Der theoretische Stromwert dieser Art Arbeitselektrode kann als 0,68 nA berechnet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel konnte ein Signal etwa 700fach verstärkt werden, und eine Spurenmenge einer elektrochemisch reversiblen Redoxspezies kann gemessen werden. Obwohl eine ähnliche Messung für einen Elektrolyten, der kein Rutheniumhexaamin enthielt, durchgeführt wurde, wurde kein Maximum beobachtet.

(Sechstes Ausführungsbeispiel)

Als sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden eine Kohlenstoff-Doppelkammatrix-Elektrode und eine Kohlenstoffabstreifelektrode auf demselben Substrat ausgebildet, und eine Analyse einer Spurenmenge von Rutheniumhexaamin unter Verwendung dieser Elektroden nach Aktivieren der Abstreifelektrode wird nachstehend beschrieben.
Die Elektrode dieses Ausführungsbeispiels weist nicht die unteren Metallschichten 73 von Fig. 7 in der Elektrodenstruktur des fünften Ausführungsbeispiels auf. Selbst wenn ein hohes Potential an die Elektrode in einer Lösung angelegt wird, wird bei dieser Struktur ein Elektrodenmaterial nicht herausgelöst. Wenn die Elektrodenoberfläche aktiviert wurde, kann eine Menge an abgeschiedenem Material an der Abstreifelektrode erhöht werden, wodurch eine Abstreifanalyse vorteilhaft durchgeführt wird.
1 g 3,4,9,10-Perylentetracarboxyldianhydrid (PTDA) in einem Quarzschiffchen wurde in einem Endteil einer 80 cm langen Quarzröhre angeordnet und das Schiffchen wurde mit einer 1 cm dicken Quarzglaswolle bedeckt.
Ein Siliziumwafer mit einer 1 um dicken SiO&sub2;-Schicht wurde in der Mitte der Quarzröhre angeordnet und die Röhre wurde auf einen Druck von 0,1 Torr ausgepumpt. Zwei Heizvorrichtungen wurden an der Röhre montiert.
Durch diese Heizvorrichtungen wurde das Siliziumsubstrat auf 1000ºC erhitzt und das PTDA in dem Schiffchen wurde auf 450ºC erhitzt. Das PTDA wurde sublimiert, um eine Abscheidung auf dem Siliziumsubstrat für 15 Minuten durchzuführen, um eine Kohlenstoffdünnschicht auszubilden.
Die Quarzröhre wurde aus einem elektrischen Ofen entnommen und wurde natürlich gekühlt. Der Vakuumzustand wurde zu einem Atmosphärenzustand unterbrochen, um das Siliziumsubstrat aus der Quarzröhre zu entnehmen.
Ein auf Silizium basierender Positivresist wurde auf die Kohlenstoffdünnschicht mit 4000 U/min für 40 Sekunden aufgeschleudert und wurde bei 90ºC für 90 Sekunden vorgetrocknet.
Der Wafer mit dem Resist wurde mit einem Waferrepeater (NSR-1010G, erhältlich von Nikon) durch eine Photomaske belichtet und der Wafer wurde mit einem NMD-W-Entwickler entwickelt, um eine Struktur zu erhalten.
Das Siliziumsubstrat mit der Resiststruktur darauf wurde in eine Vorrichtung zum reaktiven Ionenätzen gelegt und eine Kohlenstoffschichtfläche, die nicht mit der Resiststruktur bedeckt war, wurde geätzt, um die Resiststruktur auf die Kohlenstoffschicht zu übertragen.
Die Resiststruktur wurde entfernt, um die jeweiligen Elektrodenstrukturen der Elektrodeneinheit mit derselben Form wie jener des vierten Ausführungsbeispiels zu erhalten.
Ein Resist (TSR-V3, erhältlich von Tokyo Ohka) wurde auf die gesamte Oberfläche des resultierenden Wafers mit 4000 U/min für 40 Sekunden aufgeschleudert. Der resultierende Wafer wurde bei 90ºC für 90 Sekunden vorgetrocknet. Der vorgetrocknete Wafer wurde mit einem Waferrepeater belichtet. Der belichtete Wafer wurde mit einem NMD-W- Entwickler entwickelt, um eine Struktur zu erhalten. Das resultierende Substrat wurde bei 200ºC für 30 Minuten getrocknet, um den Resist in einen Isolator umzuwandeln. Die Breite und der Spalt der kammartigen Elektrode der Doppelkammatrix-Elektrode betrug 2 um und die, Länge betrug 2 mm. Die Doppelkammatrix-Elektrode wies 50 Mikrobandpaare auf. Die Abstreifelektrode wies eine rechteckige Form mit einer Größe von 2 mm · 3,5 mm auf.
Die Bezugselektrode dieser Elektrodeneinheit wurde mit einem Potentiostaten verbunden und wurde in eine wässerige Silberplattierungslösung mit 70ºC zusammen mit einem Silberdraht (Bezugselektrode) und einem weiteren Silberdraht, der als Hilfselektrode diente, eingetaucht. Das Silberplattieren wurde bei einem Strom von 2 uA für 10 Sekunden an einer Bezugselektrode durchgeführt. Die resultierende Elektrodenstruktur wurde wie beim vierten Ausführungsbeispiel an eine Zelle geklebt, um eine elektrochemische Nachweisvorrichtung zu erhalten.
Eine Analyse einer Spurenmenge von Rutheniumhexaamin unter Verwendung dieser Nachweisvorrichtung wird nachstehend beschrieben.
0,1 Mol/l Schwefelsäure wurde in das Hilfsabteil gefüllt, eine Silber/Silberchlorid-Bezugselektrode und eine Hilfselektrode wurden im Hilfsabteil montiert und die Abstreifelektrode wurde für 5 Minuten auf 1,8 V aktiviert. Alle Elektroden der elektrochemischen Nachweisvorrichtung wurden dann wie beim ersten Ausführungsbeispiel mit einem Schalterkasten 11 und mit einem Potentiostaten 9a und einem Potentialabtaster 9b verbunden.
Eine Standardpufferlösung mit pH 4,2 (erhältlich von Nakarai Chemicals LTD.), die 1 uMol/l Rutheniumhexaamin enthielt, wurde in ein Abteil mit der Doppelkammatrix- Elektrode gefüllt, und eine Elektrolytlösung, die 0,1 Mol/l Kaliumnitrat und 1 uMol/l Silbernitrat enthielt, wurde in das andere Abteil mit der Abstreifelektrode gefüllt.
Die Vorgänge dieses Ausführungsbeispiels wurden wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen in zwei Stufen durchgeführt.
Bei der Vorelektrolyse als erster Stufe wurden die Schalter des Schalterkastens 11 auf die A-Seiten eingestellt, und eine Arbeitselektrode der Doppelkammatrix-Elektrode wurde mit dem Potentiostaten auf -0,4 V gehalten. Die Elektrolyse von Rutheniumhexaamin dauerte für 10 Minuten an. Während dieses Zeitraums wurde die Hilfslösung unter Rühren gehalten. Nach der Vorelektrolyse wurde das Rühren der Hilfslösung unmittelbar gestoppt. Die resultierende Lösung wurde für 10 Sekunden belassen, bis die Lösung ruhig wurde. Die zweite Stufe wurde dann unmittelbar begonnen.
Beim Abstreifvorgang als zweiter Stufe wurden die Schalter des Schalterkastens 11 auf die B-Seiten eingestellt, und das Potential der Abstreifelektrode wurde von -0,4 V bis 0,5 V mit einer Abtastrate von 20 mV/s durchlaufen. Durch die obigen Vorgänge wurde ein Spitzenstrom von 0,72 uA, der durch die Lösung von Silber verursacht wurde, bei einem Potential von 0,35 V auf einem Aufzeichnungsgerät 10 beobachtet. Ein 1,5-faches Maximum konnte durch Aktivierung der Abstreifelektrode beobachtet werden. Eine Reduktionswellenform des Rutheniumhexaamins kann durch eine zyklische voltammetrische Kurve unter Verwendung von einer der Arbeitselektroden in der Doppelkammatrix-Elektrode aufgrund eines Hintergrundstroms von gelöstem Sauerstoff nicht beobachtet werden. Der theoretische Stromwert dieser Art Arbeitselektrode kann als 0,68 nA berechnet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel konnte ein Signal etwa 1050fach verstärkt werden und eine Probe mit einer niedrigeren Konzentration kann gemessen werden. Obwohl eine ähnliche Messung für einen Elektrolyten, der kein Rutheniumhexaamin enthielt, durchgeführt wurde, wurde kein Maximum beobachtet.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Probe mit niedriger Konzentration mit einer äußerst hohen Empfindlichkeit gemessen werden.

(Siebtes Ausführungsbeispiel)

Als siebtes Ausführungsbeispiel wird eine Zellenstruktur einer elektrochemischen Nachweisvorrichtung, die die Messung nur durch Eintauchen der Zelle in eine Probenlösung durchführt, mit Bezug auf Fig. 8 beschrieben. Eine Abstreifanalyse von Rutheniumhexaamin als Probenlösung wird beschrieben.
Die Zellenstruktur der elektrochemischen Nachweisvorrichtung, die die Messung nur durch Eintauchen der Zelle in eine Probenlösung durchführt, wird zuerst beschrieben, wie in Fig. 8 gezeigt.
Mit Bezug auf Fig. 8 entspricht eine Zelle 86 dem Hilfslösungsgefäß 6 der grundlegenden Anordnung von Fig. 1. Beim siebten Ausführungsbeispiel wird die Zelle in eine Probenlösung eingetaucht, um eine Messung durchzuführen, und weist natürlich keinen Teil entsprechend dem Meßgefäß auf. Eine Doppelkammatrix-Elektrode, eine Bezugselektrode und eine Hilfselektrode wurden auf einem einzelnen Siliziumsubstrat als Elektrodeneinheit 81 ausgebildet, wobei dieselben Verfahren wie beim zweiten Ausführungsbeispiel angewendet wurden.
Die Elektrodeneinheit 81 wird in einen Schlitz eines zylindrischen Silikongummistopfens 82 mit einem Durchmesser von 7 mm eingesetzt und wurde mit einem Epoxidharz versiegelt. Eine Elektrodeneinheits-Schutzröhre 83 und eine Anschlußdraht-Führungszelle 88 wurden von unterhalb bzw. oberhalb des Silikongummistopfens 82 angeschlossen, und gleichzeitig wird die Elektrodeneinheit 81 mit einem Verbindungsstecker 84 verbunden. Ein Vycor-Glasrohr 85 mit einem Außendurchmesser von 8 mm, einer Länge Von 5 mm und einer Wanddicke von 1 mm wurde mit der Anschlußdraht- Führungszelle 88 verbunden. Eine Abstreifzelle 86 mit einem Außendurchmesser von 8 mm wurde auch mit dem Vycor-Glasrohr 85 verbunden. Die Anschlußdraht-Führungszelle 88, das Vycor-Glasrohr 85 und die Abstreifzelle 86 wurden durch einen Teflon-Wärmeschrumpfschlauch befestigt.
Eine Elektrolytlösung, die 0,1 Mol/l Kaliumnitrat und 1 uMol/l Silbernitrat enthielt, wurde in die Abstreifzelle 86 gefüllt, und ein Silikongummistopfen 89 mit einem Loch zum Führen eines Anschlußdrahts und einer Elektrode aus glasartigem Kohlenstoff (Durchmesser: 1 mm; Länge: 2 mm) 87 wurde im oberen Teil der Abstreifzelle 86 montiert, wodurch eine elektrochemische Nachweisvorrichtung realisiert wurde.
Eine Analyse einer Probenlösung, die eine niedrige Konzentration von Rutheniumhexaamin enthält, durch Eintauchen der elektrochemischen Nachweisvorrichtung in die Rutheniumhexaamin-Lösung wird nachstehend beschrieben.
Die elektrochemische Nachweisvorrichtung wurde wie beim ersten Ausführungsbeispiel mit einem Potentiostaten 9a über einen Schalterkasten 11 verbunden. Die elektrochemische Nachweisvorrichtung wurde in eine Standardpufferlösung mit pH 4,2 (erhältlich von Nakarai Chemicals LTD.), die 1 uMol/l Rutheniumhexaamin enthielt, eingetaucht, bis das Vycor-Glasrohr 85 in die Lösung eingetaucht war.
Diese elektrochemische Nachweisvorrichtung wird derart verwendet, daß ein Teil derselben unterhalb des Vycor- Glasrohrs 85 in eine Probe eingetaucht wird. Die Probe wird durch den untersten Teil der Elektrodeneinheit 81 nachgewiesen und das Abstreifen wird in der Zelle 86 durchgeführt. Das Vycor-Glasrohr 85 muß in die Probenlösung eingetaucht werden, um zu bewirken, daß das Vycor-Glasrohr 85 als Tonenleiter wirkt.
Die Operationen der Vorrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel wurden wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen in zwei Stufen durchgeführt.
Bei der Vorelektrolyse als erster Stufe wurden die Schalter des Schalterkastens 11 auf die A-Seiten eingestellt (Fig. 1) und das Potential von einer Arbeitselektrode der Doppelkammatrix-Elektrode wurde auf -0,4 V eingestellt. Die Elektrolyse von Rutheniumhexaamin dauerte für 5 Minuten an. Nach der Vorelektrolyse wurde die resultierende Lösung für 10 Sekunden belassen, und die zweite Stufe wurde unmittelbar begonnen.
Beim Abstreifvorgang als zweiter Stufe wurden die Schalter des Schalterkastens 11 auf die B-Seiten eingestellt und das Potential der Abstreifelektrode (Elektrode 87 aus glasartigem Kohlenstoff) wurde von -0,4 V bis 0,5 V mit einer Abtastrate von 20 mV/s durchlaufen.
Durch die obigen Vorgänge wurde ein Spitzenstrom von 3,75 uA, der durch Oxidation (Lösung) von Silber verursacht wurde, bei einem Potential von 0,35 V auf einem Aufzeichnungsgerät 10 beobachtet. Eine Reduktionswellenform des Rutheniumhexaamins kann durch eine zyklische voltammetrische Kurve unter Verwendung von einer der Arbeitselektroden in der Doppelkammatrix-Elektrode aufgrund eines Hintergrundstroms von gelöstem Sauerstoff nicht beobachtet werden. Der theoretische Stromwert dieser Art (Form) Arbeitselektrode kann als 8 nA berechnet werden. Durch dieses Ausführungsbeispiel konnte ein Signal etwa 470fach verstärkt werden, und es realisiert die Messung für eine Probe mit einer viel niedrigeren Konzentration. Obwohl eine ähnliche Messung für einen Elektrolyten, der kein Rutheniumhexaamin enthielt, durchgeführt wurde, wurde kein Spitzenstrom beobachtet.
Bei wiederholter Messung mit Änderung der Probenlösung ist es mühselig, das Innere der Zelle in der Zellenstruktur des ersten Ausführungsbeispiels zu reinigen. Diese elektrochemische Nachweisvorrichtung eignet sich jedoch für eine einfache, schnelle Messung, da die wiederholte Messung durch Reinigen nur des Teils unterhalb des Vycor-Glasrohrs 84, der mit der Probenlösung in Kontakt steht, durchgeführt werden kann.

(Achtes Ausführungsbeispiel)

Als achtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Analyse einer Spurenmenge von Vitamin K&sub3; unter Verwendung einer elektrochemischen Nachweisvorrichtung mit einer stufenartigen Doppelkammatrix-Elektrode, die die Leistung der Doppelkammatrix-Elektrode verbessert, und einer Elektrode aus glasartigem Kohlenstoff nachstehend beschrieben.
Die stufenartige Doppelkammatrix-Elektrode weist eine Struktur auf, bei der obere und untere Elektroden durch eine dünne Isolationsschicht getrennt sind. Der Spalt entspricht der Dicke der Isolationsschicht, so daß der Spalt der stufenartigen Doppelkammatrix-Elektrode kleiner sein kann als jener der Doppelkammatrix-Elektrode des ersten Ausführungsbeispiels. Die Leistung der Elektrode kann verbessert werden, indem der Spalt kleiner gemacht wird. Die Zellenstruktur ist dieselbe wie jene des zweiten Ausführungsbeispiels.
Der Herstellungsprozeß der stufenartigen Doppelkammatrix- Elektrode wird mit Bezug auf Fig. 9A bis 9G beschrieben. Wie in Fig. 9A gezeigt, wurde eine 1 um dicke Oxidschicht 92 auf einem Siliziumwafer 91 ausgebildet, und Chrom und Platin wurden auf der Oxidschicht 92 durch ein Sputterverfahren ausgebildet. Chrom und Platin wurden bei 50 W für 10 Sekunden bzw. 70 W für eine Minute in einer Argonatmosphäre bei einem Druck von 102 Torf gesputtert, um eine 100 nm dicke Platin/Chrom-Dünnschicht auszubilden. Ein Photoresist (MP1400-27, erhältlich von Shiplay) wurde mit einer Dicke von 1,0 um auf den Siliziumwafer 91 aufgebracht. Der Siliziumwafer 91, der mit diesem Resist beschichtet war, wurde auf einer Heizplatte mit 90º für 2 Minuten gehärtet. Der mit Resist beschichtete Wafer 91 wurde durch eine Maskenstruktur für 15 Sekunden unter Verwendung einer Kontaktjustier- und Belichtungsvorrichtung UV-Licht ausgesetzt. Die Maskenstruktur wurde durch Entwickeln des belichteten Siliziumwafers 91 in einer Resistentwicklungslösung (MF319, erhältlich von Shiplay) bei 20ºC für 60 Sekunden auf den Photoresist übertragen. Dann wurde der entwickelte Resist mit Wasser gespült und getrocknet.
Der resultierende Siliziumwafer 91 wurde in einer vorbestimmten Position in einer Ionenätzvorrichtung montiert. Platin/Chrom-Ionenätzen wurde bei einem Argongasdruck von 2 · 10&supmin;&sup4; Torr und einer Absaugspannung von 550 V für 2 Minuten durchgeführt, um die untere Elektrode auszubilden. Der Resist wurde durch eine Ablösevorrichtung (Plasmaablösevorrichtung, erhältlich von Tokyo Ohka) entfernt, um die untere Elektrode 93 an die Luft freizulegen, wie in Fig. 9B gezeigt.
Eine 100 nm dicke Siliziumdioxid-Schicht 94 wurde auf der gesamten Oberfläche des resultierenden Wafers unter erneuter Verwendung des Sputterverfahrens ausgebildet (Fig. 9C). Chrom und Platin wurden nacheinander wieder aufgesputtert, um eine 100 nm dicke Platin/Chrom- Dünnschicht auszubilden. Ein Photoresist (AZ1400-27, erhältlich von Shiplay) wurde mit einer Dicke von 1 um aufgebracht. Eine Doppelkammatrix-Struktur wurde durch Kontaktphotobelichtung ausgebildet, nachdem die Ausrichtung der unteren Elektrode und der Maske vollendet war. Der Resist wurde entwickelt, um die Doppelkammatrix-Struktur zu erhalten, und Platin/Chrom-Ionenätzen wurde durchgeführt, um eine obere Elektrode auszubilden. Dann wurde die Resiststruktur auf der oberen Doppelkammatrix-Elektrode 95 (Fig. 9D) entfernt.
Eine 100 nm dicke Siliziumoxid-Schicht 96 wurde auf der gesamten Oberfläche des resultierenden Wafers unter erneuter Verwendung des Sputterverfahrens ausgebildet (Fig. 9E), und ein Photoresist (AZ1400-27, erhältlich von Shiplay) wurde mit einer Dicke von 1 um aufgebracht. Die Flächen des Photoresists entsprechend der Doppelkammatrix- Elektrode (1 mm · 0,25 mm) und die Kontaktflächen wurden UV-Licht ausgesetzt und entwickelt, um eine Resiststruktur 97 auszubilden (Fig. 9F).
Der resultierende Wafer 91 wurde in eine Vorrichtung zum reaktiven Ionenätzen gelegt und die Siliziumdioxid-Schicht 96 wurde unter Verwendung der Resiststruktur als Maske mit einem CF&sub4;-Gas mit einer Durchflußrate von 25 sccm, einem Druck von 0,25 Pa und einer Leistung von 150 W für 5 Minuten geätzt, um die obere Doppelkammatrix-Elektrode 95 und die Teile der unteren Elektrode 93 zwischen den Bändern der oberen Doppelkammatrix-Elektrode 95 freizulegen (Fig. 9 G). Andere Elektroden (Bezugs- und Hilfselektrode) können wie bei der Ausbildung der oberen Doppelkammatrix-Elektrode 95 ausgebildet werden, sind jedoch in Fig. 9A bis 9G nicht dargestellt. Folglich kann die vertikal getrennte Doppelkammatrix-Elektrode, bei der ein Spalt zwischen der oberen und der unteren Arbeitselektrode eine Spur ist, erhalten werden.
Die Bezugselektrode dieser Elektrodeneinheit wurde mit einem Potentiostaten verbunden und wurde in eine wässerige Silberplattierungslösung mit 70ºC eingetaucht. Zwei Silberdrähte für die Bezugs- und die Hilfselektrode wurden auch in die Plattierungslösung eingetaucht. Silber wurde mit einem Strom von 2 uA für 10 Sekunden plattiert, um die Bezugselektrode auszubilden. Die resultierende Doppelkammatrix-Elektrode bestand aus zwei kammartigen Reihenelektroden. Die Breiten der zwei kammartigen Elektroden betrugen beide 1,5 um, und ihre Länge betrug 2 mm. Die Stufe und die Anzahl von Paaren von Elektroden waren 0,3 um bzw. 200. Wie beim zweiten Ausführungsbeispiel wurden die Elektrodeneinheit und die Elektrode aus glasartigem Kohlenstoff (Abstreifelektrode) mit einem Schalterkasten 11 und einem Potentiostaten 9a verbunden.
Eine Analyse einer Spurenmenge von Vitamin K&sub3; unter Verwendung der Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels wird nachstehend beschrieben.
Eine Probenlösung zur Messung war eine Standardpufferlösung mit pH 4,2 (erhältlich von Nakarai Chemicals LTD.), die 1 uMol/l Vitamin K&sub3; enthielt. Die Hilfslösung war eine Elektrolytlösung, die 0,1 Mol/l Kaliumnitrat und 1 uMol/l Silbernitrat enthielt.
Die Operationen der Vorrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel wurden wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen in zwei Stufen durchgeführt.
Bei der Vorelektrolyse als erster Stufe wurden die Schalter des Schalterkastens 11 auf die A-Seiten eingestellt (Fig. 1) und das Potential einer Arbeitselektrode der Doppelkammatrix-Elektrode der Elektrodeneinheit wurde auf -0,4 V gehalten. Die Elektrolyse von Vitamin K&sub3; dauerte für 10 Minuten an. Während dieses Zeitraums wurde die Hilfslösung unter Rühren gehalten. Nach der Vorelektrolyse wurde das Rühren der Hilfslösung unmittelbar gestoppt. Die resultierende Lösung wurde für 10 Sekunden belassen, bis die Lösung ruhig wurde. Die zweite Stufe wurde dann unmittelbar begonnen.
Beim Abstreifvorgang als zweiter Stufe wurden die Schalter des Schalterkastens 11 auf die B-Seiten eingestellt und das Potential der Abstreifelektrode 2 wurde von -0,4 V bis 0,5 V mit einer Abtastrate von 20 mV/s durchlaufen.
Durch die obigen Vorgänge wurde ein Spitzenstrom von 1,2 uA, der durch die Oxidation (Lösung) von Silber verursacht wurde, bei einem Potential von 0,35 V auf einem Aufzeichnungsgerät beobachtet. Eine Reduktionswellenform des Vitamin K&sub3; kann durch eine zyklische voltammetrische Kurve unter Verwendung von einer der Arbeitselektroden in der Doppelkammatrix-Elektrode aufgrund eines Hintergrundstroms von gelöstem Sauerstoff nicht beobachtet werden. Der theoretische Stromwert dieser Art (Form) Arbeitselektrode kann als 4 nA berechnet werden. Durch dieses Ausführungsbeispiel konnte ein Signal etwa 300fach verstärkt werden, was die Messung für eine Probe mit einer viel geringeren Konzentration realisiert. Obwohl eine ähnliche Messung für einen Elektrolyten durchgeführt wurde, der kein Vitamin K&sub3; enthielt, wurde kein Spitzenstrom beobachtet.

(Neuntes Ausführungsbeispiel)

Beim neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden ein Paar von Bandelektroden als Nachweiselektroden (Arbeitselektroden) verwendet, eine Goldamalgamelektrode wird als Abstreifelektrode verwendet und eine Abstreifanalyse einer Spurenmenge von Rutheniumhexaamin als Probenlösung wird nachstehend beschrieben. Die Bandelektrode ist eine Elektrode in einer Linie, und hierbei werden zwei Linienelektroden angeordnet, um eng beabstandete Elektroden zu bilden. Diese Elektrodenstruktur ist sehr einfach und leicht herzustellen. Gold wurde auf einem Siliziumwafer mit einer Oxidschicht darauf gemäß denselben Verfahren wie beim ersten Ausführungsbeispiel abgeschieden. Jede Elektrode wies eine Bandbreite von 2,3 um und eine Länge von 2 mm auf und der Elektrodenspalt betrug 1 um.
Quecksilber wurde auf der Oberfläche einer Gold- Scheibenelektrode mit einem Durchmesser von 3 mm adsorbiert, um eine Goldamalgamelektrode zu erhalten, die als Abstreifelektrode diente. Die Anordnungen einer Zelle und einer Meßeinheit sind grundsätzlich dieselben wie jene von Fig. 1.
Eine Analyse einer Spurenmenge von Rutheniumhexaamin unter Verwendung der Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels wird nachstehend beschrieben.
Eine Probenlösung zur Messung war eine Standardpufferlösung mit pH 4,2, die 1 uMol/l Rutheniumhexaamin enthielt. Die Hilfslösung war eine Elektrolytlösung, die 0,1 Mol/l Kaliumnitrat und 1 uMol/l Silbernitrat enthielt.
Die Operationen der Vorrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel wurden wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen in zwei Stufen durchgeführt.
Bei der Vorelektrolyse als erster Stufe wurden die Schalter des Schalterkastens 11 auf die A-Seiten eingestellt (Fig. 1) und das Potential von einer der Bandelektroden wurde auf -0,4 V gehalten. Die Elektrolyse von Rutheniumhexaamin dauerte für 10 Minuten an. Während dieses Zeitraums wurde die Hilfslösung unter Rühren gehalten. Nach der Vorelektrolyse wurde das Rühren der Hilfslösung unmittelbar gestoppt. Die resultierende Lösung wurde für 10 Sekunden belassen, bis die Lösung ruhig wurde. Die zweite Stufe wurde dann unmittelbar begonnen.
Beim Abstreifvorgang als zweiter Stufe wurde das Potential der Abstreifelektrode 2 von -0,4 V bis 0,5 V mit einer Abtastrate von 50 mV/s durchlaufen.
Durch die obigen Vorgänge wurde ein Spitzenstrom von 0,43 uA, der durch die Oxidation (Lösung) von Silber verursacht wurde, bei einem Potential von 0,35 V auf einem Aufzeichnungsgerät beobachtet. Eine Reduktionswellenform des Rutheniumhexaamins kann durch eine zyklische voltammetrische Kurve unter Verwendung von einer der Arbeitselektroden in dem Paar von Bandelektroden aufgrund eines Hintergrundstroms von gelöstem Sauerstoff nicht beobachtet werden. Der theoretische Stromwert dieser Art Arbeitselektrode kann als 1,9 nA berechnet werden. Durch dieses Ausführungsbeispiel konnte ein Signal etwa 230fach verstärkt werden, was die Messung für eine Probe mit einer viel geringeren Konzentration realisiert, welche gemessen werden kann. Obwohl eine ähnliche Messung für einen Elektrolyten durchgeführt wurde, der kein Rutheniumhexaamin enthielt, wurde kein Spitzenstrom beobachtet.
Selbst wenn das Paar von Bandelektroden mit einer einfachen Struktur verwendet wird, kann, wie vorstehend beschrieben, eine Probe mit niedriger Konzentration mit hoher Empfindlichkeit gemessen werden.

(Zehntes Ausführungsbeispiel)

Als zehntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Abstreifanalyse einer Spurenmenge von Vitamin K&sub3; als Probenlösung nachstehend beschrieben. Eine Dünnschicht- Zellenelektrode wird verwendet, um die Nachweiselektroden (Arbeitselektroden) zu bilden, und eine Elektrode aus Quecksilber-modifiziertem Kohlenstoff wird als Abstreifelektrode verwendet.
Die Dünnschicht-Zellenelektrode wies eine Struktur auf, bei der zwei Ebenenelektroden einander zugewandt waren. Die Dünnschicht-Zellenelektrode wurde im folgenden Verfahren hergestellt.
Ein 1 um dicker Resist wurde auf ein mit ITO (Indiumzinnoxid) beschichtetes Quarzglassubstrat aufgebracht. Die Glasplatte ist 3 cm lang und 1 cm breit. Das mit dem Resist beschichtete Glassubstrat wurde in einen Ofen gelegt und bei 80ºC für 30 Minuten gehärtet.
Kontaktphotobelichtung des Substrats wurde durch eine Parallellicht-Maskenjustier- und Belichtungsanlage (PLA- 501F, erhältlich von Canon) unter Verwendung einer Chrommaske für 20 Sekunden ausgeführt. Das belichtete Substrat wurde in einer Resistentwicklungslösung (AZ- Entwickler, erhältlich von Shiplay) bei 20ºC für 120 Sekunden entwickelt, um die Maskenstruktur auf den Resist zu übertragen. Das entwickelte Substrat wurde mit Wasser gespült und getrocknet.
Die nicht mit der Resiststruktur bedeckte ITO-Schicht wurde in einer gepufferten Fluorwasserstoffsäurelösung geätzt. Nach dem Ätzprozeß wurden eine ITO-Elektrodenstruktur mit einer Größe von 1 mm² und eine ITO-Anschlußstruktur für elektrische Anschlüsse ausgebildet.
Zwei Glassubstrate mit einer ITO-Struktur wurden so angeordnet, daß sie einander gegenüberlagen, so daß die ITO-Elektrodenoberflächen durch einen 12,5 um dicken Teflon-Abstandhalter einander zugewandt waren, wodurch die Dünnschicht-Zellenelektrode ausgebildet wurde.
Die Abstreifelektrode wurde durch die Elektrode aus Quecksilber-modifiziertem Kohlenstoff gebildet, die durch Bedecken einer Elektrode aus glasartigem Kohlenstoff mit einer Quecksilberschicht erhalten wurde. Die Anordnungen einer Zelle und einer Meßeinheit sind grundsätzlich dieselben wie jene in Fig. 1.
Eine Analyse einer Spurenmenge von Vitamin K&sub3; unter Verwendung der Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels wird nachstehend beschrieben.
Eine Probenlösung zur Messung war eine Standardpufferlösung mit pH 4,2, die 1 uMol/l Vitamin K&sub3; enthielt. Die Hilfslösung war eine Elektrolytlösung, die 0,1 Mol/l Kaliumnitrat und 1 uMol/l Silbernitrat enthielt. Die Operationen der Vorrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel wurden wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen in zwei Stufen ausgeführt.
Bei der Vorelektrolyse als erster Stufe wurde das Potential einer Ebenenelektrode der Dünnschicht-Elektrodenzelle auf -0,4 V gehalten. Die Elektrolyse von Vitamin K&sub3; dauerte für 10 Minuten an. Während dieses Zeitraums wurde die Hilfslösung unter Rühren gehalten. Nach der Vorelektrolyse wurde das Rühren der Hilfslösung unmittelbar gestoppt. Die resultierende Lösung wurde für 10 Sekunden belassen, bis die Lösung ruhig wurde. Die zweite Stufe wurde dann unmittelbar begonnen.
Beim Abstreifvorgang als zweiter Stufe wurde das Potential der Abstreifelektrode 2 von -0,4 V bis 0,5 V mit einer Abtastrate von 20 mV/s durchlaufen.
Durch die obigen Vorgänge wurde ein Spitzenstrom von 115 nA, der durch die Oxidation (Lösung) von Silber verursacht wurde, bei einem Potential von 0,35 V auf einem Aufzeichnungsgerät beobachtet. Eine Reduktionswellenform des Vitamin K&sub3; kann durch eine zyklische voltammetrische Kurve unter Verwendung von einer der Ebenen- Arbeitselektroden in der Dünnschicht-Zellenelektrode aufgrund eines Hintergrundstroms von gelöstem Sauerstoff nicht beobachtet werden. Der theoretische Stromwert dieser Art Arbeitselektrode kann als 1,1 nA berechnet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel konnte ein Signal etwa 105fach verstärkt werden, was die Messung für eine Probe mit einer viel niedrigeren Konzentration realisiert. Obwohl eine ähnliche Messung für einen Elektrolyten durchgeführt wurde, der kein Vitamin K&sub3; enthielt, wurde kein Spitzenstrom beobachtet.
Selbst wenn die Dünnschicht-Zellenelektrode mit einer einfachen Struktur verwendet wird, kann, wie vorstehend beschrieben, eine Probe mit einer niedrigen Konzentration mit hoher Empfindlichkeit gemessen werden.

(Elftes Ausführungsbeispiel)

Als elftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden 10 Doppelkammatrix-Elektroden auf einem einzelnen Substrat ausgebildet und werden mit 10 Abstreifelektroden kombiniert. Eine gemischte Lösung aus Rutheniumhexaamin und Kaliumferrocyanid wird als Probenlösung verwendet. Eine gleichzeitige Abstreifanalyse von 10 Paaren von Elektroden wird nachstehend beschrieben.
Die Zwecke des ersten bis neunten Ausführungsbeispiels bestehen darin, eine Spurenmenge eines Analyten in der Probenlösung nachzuweisen. Der Zweck des elften Ausführungsbeispiels besteht jedoch darin, das signifikante Redoxpotential zu messen, das wichtig ist, um den Analyten in einer Probenlösung zu unterscheiden, selbst wenn die Analytkonzentration niedrig ist.
Die Struktur dieses Ausführungsbeispiels wird grundsätzlich durch Anordnen von 10 Paaren der Nachweiselektrodeneinheiten (erstes Ausführungsbeispiel) und 10 Abstreifelektroden 2 gebildet. Die 1 Nachweiselektrodeneinheit und die Stufenelektrode sind grundsätzlich dieselben wie beim ersten Ausführungsbeispiel. Ein Potentiostat mit 10 Kanälen (HECS966, erhältlich von Huso), ein Aufzeichnungsgerät mit 10 Kanälen (WR8000, erhältlich von Graphtec) und ein Schalterkasten mit 10 Kanälen wurden zur Messung verwendet. Die Doppelkammatrix-Elektrode der Nachweiselektrodeneinheit besteht aus zwei kammartigen Reihenelektroden (1a und 1b), die bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden. Die Breiten der zwei kammartigen Elektroden betrugen beide 2 um und ihre Länge betrug 2 mm. Der Spalt und die Anzahl von Paaren von Elektroden waren 2 um bzw. 75. Die 10 Doppelkammatrix-Elektroden wurden auf demselben Substrat hergestellt.
Die 10 Abstreifelektroden wurden durch 10 Elektroden aus glasartigem Kohlenstoff, deren Durchmesser 1 mm betrug, gebildet.
Eine Analyse einer Spurenmenge einer gemischten Lösung von Rutheniumhexaamin und Kaliumferrocyanid unter Verwendung der Vorrichtung mit der vorstehend beschriebenen Anordnung wird nachstehend beschrieben.
Eine Probenlösung war eine Standardpufferlösung mit pH 4,2, die 1 uMol/l Rutheniumhexaamin und 1 uMol/l Kaliumferrocyanid enthielt. Die Hilfslösung war eine Elektrolytlösung, die 0,1 Mol/l Kaliumnitrat und 1 uMol/l Silbernitrat enthielt.
Die Operationen der Vorrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel wurden wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen in zwei Stufen durchgeführt.
Bei der Vorelektrolyse als erster Stufe wurden die zehn Arbeitselektroden in den zehn Doppelkammatrix-Elektroden (was eine der Elektroden in jeder Doppelkammatrix-Elektrode bedeutet) auf den verschiedenen Potentialen gehalten, die mit dem Potentiostaten in Intervallen von 0,1 V von -0,4 bis 0,5 V gehalten wurden. Die Elektrolyse der Probenlösung zur Messung dauerte für 10 Minuten an. Während dieses Zeitraums wurde die Hilfslösung unter Rühren gehalten. Nach der Vorelektrolyse wurde das Rühren der Hilfslösung unmittelbar gestoppt. Die resultierende Lösung wurde für 10 Sekunden belassen, bis die Lösung ruhig wurde. Die zweite Stufe wurde dann unmittelbar begonnen.
Beim Abstreifvorgang als zweiter Stufe wurden die Potentiale aller 10 Abstreifelektroden 2 gleichzeitig von -0,4 V bis 0,5 V mit einer Abtastrate von 20 mV/s durchlaufen.
Durch die obigen Vorgänge wurden Spitzenwellenformen mit verschiedenen Amplituden gemäß den gehaltenen Potentialen bei der Vorelektrolyse bei einem Potential von 0,35 V auf einem Aufzeichnungsgerät beobachtet. Die Amplituden der Spitzenströme wurden als Funktion der Vorelektrolysepotentiale aufgetragen. Eine Wellenform mit einer ersten Treppenwelle, die von -0,3 V anstieg und bei -0,1 V zu sättigen begann, und einer zweiten Treppenwelle, die von 0,1 V anstieg und bei 0,3 V zu sättigen begann, wurde erhalten. Wenn die Messung für eine Probenlösung durchgeführt wurde, die nur 1 uMol/l Kaliumferrocyanid enthielt, verschwand die erste Treppenwelle und nur die zweite Treppenwelle wurde erhalten.
Die obigen Ergebnisse zeigen deutlich, daß die Redoxreaktion von Rutheniumhexaamin der ersten Treppenwelle entsprach, und sein Redoxpotential betrug etwa -0,2 V. Kaliumferrocyanid entsprach der zweiten Treppenwelle und sein Redoxpotential betrug etwa 0,2 V. Die Amplituden der ersten und der zweiten Treppenwelle sind aufgrund der Vorelektrolysestufe (erster Schritt) bei der Abstreifmessung größer als die in einer herkömmlichen zyklischen voltammetrischen Kurve erhaltenen. Daher eignet sich diese Messung für eine Probe mit niedriger Konzentration.
Durch dieses Ausführungsbeispiel, wie vorstehend beschrieben, kann das Redoxpotential einer Lösung mit einer niedrigen Konzentration realisiert werden.

(Zwölftes Ausführungsbeispiel)

Als zwölftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Kathodenabstreifanalyse einer Spurenmenge von wässerigem Ferrocen als Probenlösung zur Messung nachstehend beschrieben.
Die Analyten des ersten bis elften Ausführungsbeispiels, die in den Lösungen vorliegen, liegen in einer oxidierten Form vor. Da wässeriges Ferrocen (Ferrocenylmethyltrimethylammoniumbromid) andererseits in der reduzierten Form vorliegt, unterscheidet sich die Messung von wässerigem Ferrocen von jener der oxidierten Form. Die Anordnungen der Nachweiselektroden, einer Zelle und einer Meßeinheit sind dieselben wie jene des ersten Ausführungsbeispiels. Eine Abstreifelektrode 2 wurde durch eine Silberscheibenelektrode gebildet, deren Durchmesser 3 mm betrug.
Eine Analyse einer Spurenmenge des wässerigen Ferrocens unter Verwendung der Vorrichtung mit der obigen Anordnung wird nachstehend beschrieben.
Eine Probenlösung zur Messung war eine Phosphatpufferlösung mit pH 7, die 1 uMol/l wässeriges Ferrocen enthielt. Die Hilfslösung war eine Elektrolytlösung, die 0,1 Mol/l Kaliumnitrat und 1 uMol/l Kaliumjodid enthielt.
Die Operationen der Vorrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel wurden wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen in zwei Stufen durchgeführt.
Bei der Vorelektrolyse als erster Stufe wurde das Potential von einer Arbeitselektrode in der Doppelkammatrix-Elektrode auf 0,55 V gehalten. Die Elektrolyse von wässerigem Ferrocen dauerte für 10 Minuten an. Während dieses Zeitraums wurde die Hilfslösung unter Rühren gehalten. Nach der Vorelektrolyse wurde das Rühren der Hilfslösung gestoppt. Die resultierende Lösung wurde für 10 Sekunden belassen, bis die Lösung ruhig wurde. Die zweite Stufe wurde dann begonnen.
Beim Abstreifvorgang als zweiter Stufe wurde das Potentialanlegen an die Nachweiselektrode (Arbeitselektrode) gestoppt und das Potential der Abstreifelektrode 2 wurde von 0,2 V bis -0,4 V mit einer Abtastrate von 20 mV/s durchlaufen.
Durch die obigen Vorgänge wurde ein Spitzenstrom von 8 uA, der durch die Reduktion (Lösung) von Jod verursacht wurde, bei einem Potential von -0,15 V auf einem Aufzeichnungsgerät beobachtet. Ein Spitzenstrom von 8 nA wurde durch eine zyklische voltammetrische Kurve von wässerigem Ferrocen unter Verwendung von einer Arbeitselektrode der Doppelkammatrix-Elektrode erhalten. Durch dieses Ausführungsbeispiel konnte ein Signal etwa 1000fach verstärkt werden, was die Messung für eine Probe mit einer niedrigeren Konzentration realisiert. Obwohl eine ähnliche Messung für einen Elektrolyten durchgeführt wurde, der kein wässeriges Ferrocen enthielt, wurde kein Spitzenstrom beobachtet.
Wie vorstehend beschrieben, kann die niedrige Konzentration des Analyten, der in der Probenlösung als reduzierte Form gelöst ist, mit hoher Empfindlichkeit nachgewiesen werden.

(Dreizehntes Ausführungsbeispiel)

Als dreizehntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Kathodenabstreifanalyse einer Spurenmenge von Dihydroxybenzylamin in einer Probenlösung zur Messung nachstehend beschrieben.
Dihydroxybenzylamin liegt als reduzierte Form in einer Probenlösung vor. Die Anordnungen der Nachweiselektroden, einer Zelle und einer Meßeinheit sind dieselben wie jene des ersten Ausführungsbeispiels. Eine Abstreifelektrode wurde durch eine Silberscheibenelektrode gebildet, deren Durchmesser 3 mm betrug.
Eine Analyse einer Spurenmenge von Dihydroxybenzylamin unter Verwendung der Vorrichtung mit der vorstehenden Anordnung wird nachstehend beschrieben.
Eine Probenlösung zur Messung war eine Phosphatpufferlösung mit pH 7, die 1 uMol/l Dihydroxybenzylamin enthielt. Die Hilfslösung war eine Elektrolytlösung, die 0,1 Mol/l Kaliumnitrat und 1 uMol/l Kaliumjodid enthielt.
Die Vorgänge bei diesem Ausführungsbeispiel wurden wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen in zwei Stufen durchgeführt.
Bei der Vorelektrolyse als erster Stufe wurde das Potential einer Arbeitselektrode in der Doppelkammatrix-Elektrode der Nachweiselektrodeneinheit auf 0,45 V gehalten. Die Elektrolyse von Dihydroxybenzylamin dauerte für 10 Minuten an. Während dieses Zeitraums wurde die Hilfslösung unter Rühren gehalten. Nach der Vorelektrolyse wurde das Rühren der Hilfslösung gestoppt. Die resultierende Lösung wurde für 10 Sekunden belassen, bis die Lösung ruhig wurde. Die zweite Stufe wurde dann begonnen.
Beim Abstreifvorgang als zweiter Stufe wurde das Potentialanlegen an die Arbeitselektrode der Doppelkammatrix-Elektrode der Nachweiselektrodeneinheit gestoppt und das Potential der Abstreifelektrode 2 wurde von 0,2 V bis -0,4 V mit einer Abtastrate von 20 mV/s durchlaufen.
Durch die obigen Vorgänge wurde ein Spitzenstrom von 4 uA, der durch die Reduktion (Lösung) von Jod verursacht wurde, bei einem Potential von -0,15 V auf einem Aufzeichnungsgerät beobachtet. Ein Spitzenstrom von 17 nA wurde durch eine zyklische voltammetrische Kurve von Dihydroxybenzylamin unter Verwendung von einer Arbeitselektrode der Doppelkammatrix-Elektrode beobachtet.
Durch dieses Ausführungsbeispiel konnte ein Signal etwa 250fach verstärkt werden, was die Messung für eine Probe mit einer niedrigeren Konzentration realisiert. Obwohl eine ähnliche Messung für einen Elektrolyten durchgeführt wurde, der kein Dihydroxybenzylamin enthielt, wurde kein Spitzenstrom beobachtet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die niedrige Konzentration eines Analyten in der Lösung mit hoher Empfindlichkeit nachgewiesen werden.
Wie in diesen dreizehn Ausführungsbeispielen beschrieben, verwendet die elektrochemische Nachweisvorrichtung der vorliegenden Erfindung die Potentialdifferenz, die durch ein Konzentrationsgefälle eines Analyten induziert wird, welches durch die Vorelektrolyse des Analyten an dem eng beabstandeten Mikroelektrodenpaar gebildet wird.
Durch diese Potentialdifferenz wird die durch die selbstinduzierte Redoxkreislaufführung des Analyten erzeugte Ladung in die Ansammlung der Materialien wie z. B. Metallionen oder Halogenid an der Abstreifelektrode umgewandelt.
Der Abstreifstrom kann durch sofortiges elektrochemisches Oxidieren/Reduzieren der angesammelten Materialien erhalten werden.
Das Signal wird durch Messen des umgewandelten Materials, das in der Vorelektrolysestufe angesammelt wird, erheblich verstärkt.
Bei der herkömmlichen Abstreifanalyse ist das Anwendungsgebiet begrenzt, da nur die Metallionen oder Halogenid nachgewiesen werden können.
Das Anwendungsgebiet konnte jedoch durch die vorliegende Erfindung erweitert werden, da verschiedene Arten von Redoxspezies unter Verwendung des Abstreifverfahrens der vorliegenden Erfindung nachgewiesen werden können.
Ähnlich der herkömmlichen Abstreifanalyse kann die Größe eines Signals (Verstärkung) bei der Abstreifanalyse der vorliegenden Erfindung durch Ändern der Vorelektrolysezeit und der Abtastrate der Abstreifung gesteuert werden.
Da die elektrochemischen Zellen unter Verwendung von Lithographieverfahren hergestellt werden können, können kostengünstige Zellen, die Arbeits-, Bezugs- und Hilfselektroden mit beliebiger erforderlicher Form und Größe integrieren, mit ausgezeichneter Reproduzierbarkeit realisiert werden.
Der Abstand zwischen den Elektroden kann unter Verwendung der Lithographieverfahren auch gesteuert werden.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung weist ein breites Anwendungsgebiet als Analysegerät für Spurenmengen von Materialien auf, da das Gesamtsystem sehr einfach ist.

Claims

1. Elektrochemisches Verfahren zum Ermitteln der Konzentration eines Analyten in einer Probenlösung unter Verwendung einer Vorrichtung mit

einem ersten Gefäß (5, 64a), das eine erste und eine zweite eng beabstandete Arbeitselektrode (1a, 111; 1b, 112) enthält, die in eine Probenlösung zur Messung eingetaucht sind,

einem zweiten Gefäß (6, 64b), das eine Absteifelektrode (2, 2a) enthält, die in eine Bezugselektrolytlösung eingetaucht ist, und

einem Ionenleiter (7, 7a, 8), der zwischen dem ersten Gefäß (5, 64a) und dem zweiten Gefäß (6, 64b) angeordnet ist, zum elektrischen Verbinden der Probenlösung zur Messung und der Bezugselektrolytlösung, dadurch gekennzeichnet, daß

die Bezugselektrolytlösung einen Elektrolyten enthält, der durch eine elektrochemische Reaktion durch Anlegen eines Potentials an die Abstreifelektrode abgeschieden und gelöst werden kann, wobei

in einer ersten Stufe ein Vorelektrolysepotential an die erste Arbeitselektrode (1a, 111) angelegt wird, wobei die Abstreifelektrode (2, 2a) mit der zweiten Arbeitselektrode (1b, 112) verbunden wird, um den Elektrolyten in der Bezugselektrolytlösung an der Abstreifelektrode (2, 2a) abzuscheiden, und

in einer zweiten Stufe, nachdem die zweite Arbeitselektrode (1b, 112) von der Abstreifelektrode (2, 2a) getrennt ist, das Potential der Abstreifelektrode (2, 2a) durchlaufen wird, um den Strom zu messen, der erzeugt wird, wenn der an der Abstreifelektrode (2, 2a) in der ersten Stufe abgeschiedene Elektrolyt von der Abstreifelektrode (2, 2a) gelöst wird, und die Konzentration eines Analyten in der Probenlösung zur Messung aus dem gemessenen Abstreifstrom ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner die Verwendung einer Bezugselektrode (3) und einer Hilfselektrode (4, 43) in der in das erste Gefäß (5, 64a) gefüllten Probenlösung umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ionenleiter (7, 7a) eine Salzbrücke umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, welches ferner die Verwendung einer Bezugs- und einer Hilfselektrode (3a, 4a) in einer Elektrolytlösung in der Salzbrücke (7a) umfaßt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner die Verwendung von Bezugs- und Hilfselektroden (3, 3a; 4, 43, 4a) umfaßt, die in dem ersten Gefäß (5, 64a) oder dem zweiten Gefäß (6, 64b) oder der Salzbrücke (7, 7a), die zwischen dem ersten und dem zweiten Gefäß angeordnet ist, angeordnet sind.

6. Elektrochemische Nachweisvorrichtung mit einem ersten Gefäß (5, 64a), das eine erste und eine zweite eng beabstandete Arbeitselektrode (1a, 111; 1b, 112) enthält, die in eine Probenlösung zur Messung eingetaucht sind,

die Bezugselektrolytlösung einen Elektrolyten enthält, der durch eine elektrochemische Reaktion durch Anlegen eines Potentials an die Abstreifelektrode abgeschieden und gelöst werden kann, und

die Vorrichtung umfaßt

ein Mittel zum Anlegen eines Vorelektrolysepotentials an die erste Arbeitselektrode (1a, 111) in einer ersten Stufe, wobei die Abstreifelektrode (2, 2a) mit der zweiten Arbeitselektrode (1b, 112) verbunden wird, um den Elektrolyten in der Bezugselektrolyselösung an der Abstreifelektrode (2, 2a) abzuscheiden,

ein Mittel zum Trennen der zweiten Arbeitselektrode (1b, 112) von der Abstreifelektrode (2, 2a) in einer zweiten Stufe,

ein Mittel zum Durchlaufen eines Potentials der Abstreifelektrode (2, 2a) in der zweiten Stufe, nachdem die zweite Arbeitselektrode (1b, 112) von der Abstreifelektrode (2, 2a) getrennt ist, und

ein Mittel zum Messen eines Stroms in der zweiten Stufe, welcher erzeugt wird, wenn der an der Abstreifelektrode (2, 2a) in der ersten Stufe abgeschiedene Elektrolyt von der Abstreifelektrode (2, 2a) gelöst wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, welche ferner eine Bezugs- und eine Hilfselektrode (3; 4, 43) in der in das erste Gefäß (5, 64a) gefüllten Probenlösung umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Ionenleiter (7, 7a) eine Salzbrücke umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, welche ferner eine Bezugs- und eine Hilfselektrode (3a, 4a) in einer Elektrolytlösung in der Salzbrücke (7a) umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, welche mindestens zwei Sätze von ersten, zweiten und Abstreifelektroden umfaßt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, welche ferner Bezugs- und Hilfselektroden (3, 3a; 4, 43, 4a) umfaßt, die in dem ersten Gefäß (5, 64a) oder dem zweiten Gefäß (6, 64b) oder der Salzbrücke (7, 7a), die zwischen dem ersten und dem zweiten Gefäß angeordnet ist, angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei

das erste und das zweite Gefäß (64a, 64b) umfassen ein Isolationssubstrat (71) und

einen Zellenrahmen (64), der auf dem Substrat (71) befestigt ist, um ein Meßbereichs- (64a) Loch und ein Bezugsbereichs- (64b) Loch zu haben, und

wobei der Ionenleiter (8) zwischen dem Meß- und dem Bezugsbereichs- (64a, 64b) Loch der Zelle (64) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei jede der Elektroden auf dem Substrat (71) ausgebildet ist.