Электрохимический способ

 

Изобретение может быть использовано для определения концентрации анолита в носителе. Технический результат изобретения заключается в улучшении точности измерения, сокращении времени измерения, исключение влияния кислорода и повышение надежности. Способ определения концентрации восстановленной (или окисленной) формы веществ окисления-восстановления в электрохимической ячейке, содержащей рабочий электрод и противоэлектрод, удаленный от рабочего электрода так, что продукты реакции от противоэлектрода достигают рабочего электрода, включает этапы приложения электрического потенциала между электродами так, что окисление-восстановление является контролируемым посредством диффузии, определение тока как функции времени, оценки величины тока стационарного состояния, изменение полярности потенциала, повторного определения тока как функции времени и оценки измененного стационарного состояния потенциала. 12 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 табл.

Настоящее изобретение относится к электрохимическому способу для определения концентрации анолита в носителе и к устройству, пригодному для использования при осуществлении способа.

Описанное изобретение является усовершенствованием или модификацией изобретения, описанного в ожидающей решения заявке PCT/AU96/00365, содержание которой включено в качестве ссылки.

Изобретение будет описано с частной ссылкой на биодатчик, приспособленный для измерения концентрации глюкозы в крови, но специалистам должно быть понятно, что изобретение не ограничивается таким конкретным применением и является пригодным к другим аналитическим определениям.

Известно измерение концентрации составляющей, подлежащей анализу, в водном жидком образце посредством помещения образца в зону реакции в электрохимической ячейке, содержащей два электрода, имеющих импеданс, который делает его пригодным для амперометрического измерения. Подлежащему анализу компоненту позволяют реагировать непосредственно с электродом или непосредственно или опосредованно с реагентом окисления-восстановления для образования окисляемого (или восстанавливаемого) вещества в количестве, соответствующем концентрации подлежащего анализу соединения. Количество присутствующего окисляемого (или восстанавливаемого) вещества затем оценивается электрохимически. Обычно этот способ требует достаточного удаления электродов так, чтобы продукты электролиза на одном электроде не могли реагировать с другим электродом и взаимодействовать с процессами на другом электроде в течение периода измерения.

В ожидающей решения заявке описан новый способ определения концентрации восстановленной (или окисленной) формы веществ окисления-восстановления в электрохимической ячейке, содержащей рабочий электрод и противоэлектрод (или противоэлектрод/электрод сравнения), удаленный от рабочего электрода. Способ включает приложение разности электрических потенциалов между электродами, удаление рабочего электрода от противоэлектрода так, чтобы продукты реакции от противоэлектрода достигали рабочего электрода, и выбор потенциала рабочего электрода так, чтобы скорость электроокисления восстановленной формы вещества (или электровосстановление окисленной формы) была контролируемой посредством диффузии. Определяя ток как функцию времени после подачи потенциала и перед достижением тока стационарного состояния, а затем оценивая величину тока стационарного состояния, описанный ранее способ позволяет оценить коэффициент диффузии и/или концентрацию восстановленной (или окисленной) формы вещества.

Ожидающая решения заявка демонстрирует этот способ со ссылкой на использование "тонкослойной" ячейки, использующей систему GOD/Ферроцианид. Используемый здесь термин "тонкослойная электрохимическая ячейка" относится к ячейке, имеющей близко расположенные электроды так, что продукты реакции от противоэлектрода достигали рабочего электрода. На практике удаление электродов в такой ячейке для измерения глюкозы в крови должно быть менее 500 мкм, предпочтительно менее 200 мкм.

Химизм, используемый в демонстрируемой электрохимической ячейке, является следующим: глюкоза + GOD ---> глюконовая кислота + GOD* (1) GOD* + 2феррицианид ---> GOD + 2ферроцианид (2) где GOD является ферментом глюкозо-оксидазой, a GOD* является "активированным" ферментом. Феррицианид ([Fe(CN)6]3-) является "промежуточным веществом" ("посредником"), который возвращает GOD* в его каталитическое состояние. GOD, ферментный катализатор, не потребляется во время реакции до тех пор, пока присутствует посредник. Ферроцианид ([Fe(CN)6] 4-) является продуктом общей реакции. В идеале изначально не существует ферроцианида, хотя на практике часто имеется небольшое количество. После того как реакция завершена, концентрация ферроцианида (измеренная электрохимически) указывает начальную концентрацию глюкозы. Общая реакция является суммой реакций 1 и 2: Глюкоза + 2феррицианид ---> глюконовая кислота + 2ферроцианид (3) "Глюкоза" относится конкретно к -D-глюкозе.

Предшествующий уровень техники имеет ряд недостатков. Во-первых, требуемый размер образца является больше, чем необходимо. Обычно было бы предпочтительно иметь возможность проводить измерения на образцах уменьшенного объема, так как это, в свою очередь, дает возможность использовать менее "агрессивные" способы получения проб.

Во-вторых, обычно желательно улучшить точность измерения и устранить или уменьшить изменения, возникающие, например, из-за асимметрии или других факторов, вносимых во время массового производства микроячеек.

В третьих, обычно желательно сократить время, которое требуется для проведения измерения. Протоколы теста, используемые в современных коммерчески доступных электрохимических датчиках глюкозы, включают в себя заранее заданный период ожидания в начале теста, в течение которого фермент реагирует с глюкозой, для получения вещества, которое воспринимается электрохимически. Этот начальный период является фиксированным на максимуме, необходимом для достижения требуемой реакции при всех условиях использования.

В четвертых, желательно устранить изменения из-за кислорода. Кислород может обильно присутствовать в крови или растворенным в плазме или связанным в гемоглобине. Он может быть также введен во время "прокалывания пальца", когда капля крови малого объема и с большой площадью поверхности подвергается воздействию атмосферы перед введением в ячейку. Кислород может взаимодействовать, так как кислород является посредником для GOD. Реакция является следующей: глюкоза + GOD ---> глюконовая кислота + GOD* (4) GOD* +кислород+вода ---> GOD + перекись водорода (5) Общая реакция такова: GOD глюкоза+вода+кислород ---> глюконовая кислота+ перекись водорода (6)
В большинстве случаев усложнение, связанное с кислородом, также действующим в качестве посредника, является нежелательным, просто из-за того, что концентрация конечного ферроцианида более не является прямо пропорциональной концентрации начального содержания глюкозы. Вместо этого, начальная концентрация глюкозы затем является связанной и с конечной концентрацией ферроцианида и перекиси водорода.

Задачей изобретения является создание усовершенствованного способа определения концентрации анолита в носителе, который избегает или значительно улучшает известные недостатки. Задачей предпочтительных форм изобретения является создание биодатчика с улучшенной точностью и/или надежностью и/или скоростью.

Согласно одному аспекту, изобретение заключается в способе определения концентрации восстановленной (или окисленной) формы веществ окисления - восстановления в электрохимической ячейке, содержащей рабочий электрод и противоэлектрод, удаленный от рабочего электрода на заранее заданное расстояние, указанный способ содержит этапы:
(а) приложение электрического потенциала между электродами, причем электроды удалены так, что продукты реакции от противоэлектрода достигают рабочего электрода посредством диффузии, и в котором потенциал рабочего электрода является таким, что скорость электроокисления восстановленной формы (или окисленной формы) веществ окисления - восстановления является контролируемой посредством диффузии,
(b) определение тока как функции времени после приложения потенциала и прежде достижения стационарного состояния,
(с) оценка величины тока стационарного состояния,
(d) прерывание или изменение полярности потенциала,
(e) повторение этапа (b) и этапа (с).

Изобретение исходит из открытия, что если полярность является реверсивной (т. е. анод становится катодом и наоборот) после достижения током начального стационарного состояния, то второй переходный процесс тока может наблюдаться и после периода времени, когда достигнуто второе стационарное состояние. Это является полезным для диагностики и для уменьшения влияния асимметрии ячейки и других факторов, которые влияют на переходный процесс тока. Это также обеспечивает большую надежность и/или точность оценки посредством разрешения проведения измерений повторяющимся образом, используя реверсивную полярность. Таким же образом, если потенциал прерывается на время, достаточное для того, чтобы профиль концентрации вернулся в случайное состояние, а затем подан повторно, то этапы (b) и (c) могут быть повторены.

Согласно второму аспекту, изобретение заключается в способе, согласно первому аспекту, для измерения концентрации глюкозы в образце посредством ячейки, имеющей рабочий электрод, противоэлектрод, ферментный катализатор и посредник окисления-восстановления, содержащий этапы работы ячейки при потенциале выше, чем потенциал реакции окисления-восстановления так, чтобы окислить перекись водорода на аноде, а затем проведении способа согласно первому аспекту.

Таким образом, влияние кислорода может быть коренным образом улучшено, как объясняется ниже более подробно.

Согласно третьему аспекту, изобретение заключается в способе, согласно первому или второму аспекту, в котором образцу позволяют реагировать с ферментным катализатором и посредником окисления-восстановления, содержащем этапы:
(а) приложение потенциала между электродами прежде или во время заполнения ячейки,
(b) измерение увеличения тока как функции времени,
(с) определение или предсказание исходя из измерения на этапе (b) времени завершения реакции с указанным катализатором, и
(d) последующее прерывание или изменение полярности потенциала.

Изобретение будет более подробно описано посредством примера и со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг. 1 демонстрирует реакцию, проходящую в ячейке, согласно изобретению,
фиг. 2 изображает профиль концентрации по электрохимической ячейке, согласно изобретению, перед приложением электрического потенциала, после приложения потенциала, перед достижением стационарного состояния и в стационарном состоянии,
фиг. 3 изображает временную зависимость тока до и после приложения электрического потенциала,
фиг. 4 изображает профиль концентрации ферроцианида в электрохимической ячейке, согласно изобретению, до изменения полярности, после изменения и до достижения стационарного состояния и в стационарном состоянии,
фиг. 5 изображает временную зависимость тока до и после изменения полярности,
фиг. 6 изображает временную зависимость тока до и после прерывания поданного потенциала в течение 15 секунд,
фиг. 7 изображает реакции в электрохимической ячейке с перекисью водорода,
фиг. 8 изображает временную зависимость тока, когда подают начальный потенциал, достаточный для окисления перекиси водорода,
фиг. 9 изображает ячейку, приведенную на фиг. 7, в плане,
фиг. 10 изображает вариант осуществления ячейки, подходящей для использования в изобретении, в поперечном сечении по линии 10-10 на фиг. 9,
фиг. 11 изображает ячейку, приведенную на фиг. 7, в сечении при виде сзади.

На фиг. 9, 10 и 11 изображена (не в масштабе) в качестве примера электрохимическая ячейка, подходящая для использования в способе, согласно изобретению.

Ячейка содержит полиэфирную сердцевину 4 размером приблизительно 18х5 мм и толщиной 100 мкм, имеющую круглое отверстие 8 диаметром 3,4 мм. Отверстие 8 определяет цилиндрическую боковую стенку 10 ячейки. Приклеенным к одной стороне средней части 4 является полиэфирный лист 1, имеющий напыленное покрытие из палладия 2. Напыленное покрытие наносится при давлении от 4 до 6 мбар в атмосфере газообразного аргона для получения однородной толщины покрытия, равной приблизительно 100 - 1000 ангстрем. Лист склеен посредством адгезива 3 с средней частью 4 с палладием 2 со смежной сердцевиной 4 и закрывает отверстие 8.

Второй полиэфирный слой 7, имеющий второе напыленное покрытие из палладия 6, приклеен посредством контактного адгезива 5 к другой стороне средней части 4 и закрывает отверстие 8. Посредством этого образуется ячейка, имеющая цилиндрическую боковую стенку 10 и закрытую с каждого конца металлическим палладием. Сборка имеет паз 9 для подачи раствора, который должен быть впущен в ячейку или должен поступить посредством фитильного питания или капиллярным действием и для разрешения вытекания воздуха. Металлические пленки 2, 6 соединены с помощью подходящих электрических соединений или приспособлений, посредством которых могут быть поданы потенциалы и измерен ток. Ячейка загружается GOD и ферроцианидом в сухой форме. Схематически ячейка изображена на фиг. 1.

При использовании в соответствии со способом каплю крови вводят в ячейку по пазу 9 посредством капиллярного действия и позволяют реагировать.

Средство электрохимического измерения концентрации ферроцианида после завершения реакции может быть рассмотрено со ссылкой на фиг. 1.

В тонкослойной ячейке начальная концентрация ферроцианида и феррицианида (после завершения "ферментной" реакции) равна во всей ячейке (рассматриваемая ось проходит между электродами). Профиль концентрации ферроцианида приведен на фиг. 2.

Когда прикладывают конкретный потенциал к ячейке, то феррицианид преобразуется в ферроцианид на катоде, а ферроцианид преобразуется в феррицианид на аноде. Химизм построен так, что после завершения реакции еще имеется избыток феррицианида по сравнению с ферроцианидом. По этой причине процесс, который ограничивает завершение электрохимического процесса, является процессом преобразования ферроцианида в феррицианид на аноде, просто потому, что ферроцианид находится в значительно меньшей концентрации. Дальнейшим этапом, ограничивающим скорость реакции ферроцианида, является диффузия ферроцианида к аноду. Через некоторое время достигается стационарное состояние, при котором профиль концентрации ферроцианида и феррицианида остается постоянным (см. фиг. 2).

Поэтому существует две ограничивающие ситуации: вначале 20 ферроцианид равномерно распределен по ячейке. Затем после того, как на ячейку подан известный потенциал в течение некоторого периода времени, достигается профиль 23 концентрации стационарного состояния ферроцианида. "Переходный процесс" 22 отражает измеряемый ток в ячейке, когда концентрация изменяется от начального состояния к конечному стационарному состоянию 23. Это показано на фиг. 3 в виде функции времени. Обнаружено, что изменения тока во времени во время этого "переходного" периода зависят от общей концентрации ферроцианида и коэффициента диффузии ферроцианида.

Решая уравнения диффузии для этой ситуации, можно видеть, что переходный процесс может быть адекватно описан следующим уравнением за ограниченный вычисляемый временной диапазон:
,
где i является измеренным током, iss является током в стационарном состоянии, D является коэффициентом диффузии ферроцианида в ячейке, L является расстоянием между анодом и катодом, a t является временем.

Это является простым решением общего уравнения диффузии. Однако возможно использовать другие решения. Конечный ток в стационарном состоянии также зависит от общей концентрации ферроцианида и коэффициента диффузии ферроцианида. Ток в стационарном состоянии может также быть моделирован с помощью теории диффузии и задается так:
,
где F является постоянной Фарадея, C начальной концентрацией ферроцианида, а A - площадью рабочего электрода. Посредством начальной концентрации задается невозмущенная концентрация (показана позицией 20 на фиг. 2).

Анализ тока, наблюдаемого во время переходного процесса, а также в стационарном состоянии, позволяет вычислить и концентрацию и коэффициент диффузии ферроцианида, а также начальную концентрацию глюкозы.

Такой анализ достигается вычерчиванием графика

в зависимости от времени, который является, по существу, линейным в течение ограниченного и вычисляемого времени и таким образом, может быть проанализирован посредством линейной наименьшей квадратичной регрессии. Так как L является постоянным для заданной ячейки, измерение i как функции времени и iss таким образом дает возможность вычислить значение коэффициента диффузии посредника окисления-восстановления и определить концентрацию анолита.

Это находится в противоречии с током Коттрелла, который измеряют в известном способе. Измеряя ток Коттрелла в известные моменты времени после приложения потенциала к электродам датчика, возможно только определить концентрацию продукта, умноженную на квадратный корень из коэффициента диффузии. Поэтому из одного тока Коттрелла невозможно определить концентрацию посредника независимо от его коэффициента диффузии.

Другим возможным способом анализа данных является использование вариаций тока во времени вскоре после этапа приложения потенциала к электродам. В этот период времени ток может быть адекватно описан уравнением Коттрелла (Cottrell). То есть:
i - FAD1/2C/(pi1/2t1/2) Уравнение 4
Посредством наименьшей квадратичной регрессии на графике i от 1/t1/2 значение FAD1/2C/pi1/2 может быть оценено, исходя из наклона графика. Если ток iss стационарного состояния задается, как и прежде, то посредством объединения наклона графика, заданного выше, с током стационарного состояния может быть оценено значение концентрации ферроцианида, независимо от коэффициента диффузии ферроцианида в ячейке. Это задается посредством:
C = 2 наклон2pi/(FALiass) Уравнение 5
В примере, согласно настоящему изобретению, образец крови подают в тонкослойную ячейку, содержащую систему GOD/ферроцианид так, как описано выше со ссылкой на фиг. 7, 8 и 9. Как показано на фиг. 3, после предоставления короткого времени 20 для реакции, подают электрический потенциал между электродами, начинает течь ток, когда подают потенциал 21, но затем спадает в виде переходного процесса 22 до уровня 23 стационарного состояния. Коэффициент диффузии и/или концентрация глюкозы выводятся посредством измерения тока как функции времени и посредством оценки тока стационарного состояния.

Согласно настоящему изобретению, ток затем прерывают или изменяют полярность, например, посредством подходящего переключателя. Если полярность изменена, то наблюдают второй переходный процесс, а второе стационарное состояние достигают через дополнительный период времени, хотя профиль является обратным. Лежащее в основе изменение профиля концентрации ферроцианида в ячейке схематически изображено на фиг. 4. Начальный профиль концентрации до изменения полярности тока обозначен 23. Новый профиль концентрации стационарного состояния изображен как 25. Профиль концентрации переходного процесса обозначен 24.

Решая уравнения диффузии для такой ситуации, можно обнаружить, что переходный ток описывается посредством:

Поэтому просто переоценить коэффициент диффузии и концентрацию для условий измененной полярности. Теоретически результаты должны быть независимы от типа переходного процесса или полярности. Практически, результаты могут отличаться из-за факторов, влияющих на переходный процесс, таких, как негомогенности образца, состояния электродов, или более важно, из- за асимметрии конструкции ячейки. Это измерение поэтому является полезным для диагностики ячейки, а также дает возможность получить большую точность посредством проведения повторяющихся измерений и усреднения с измененной полярностью.

Аналогично, если прерывают подачу потенциала после достижения стационарного состояния, начальный профиль концентрации должен быть повторно установлен в течение короткого времени (например, 4 сек).

Когда начальное состояние повторно установлено (или аппроксимировано), потенциал может быть повторно подан, а процедура повторена без изменения полярности тока. Фиг. 6 изображает график тока в зависимости от времени, аналогичный, графику на фиг. 3, но имеющей прерванный потенциал 26 и поданный повторно через 15 сек 27, получая новый ток 28 переходного процесса, а затем состояние 29.

Как указано ранее, присутствие кислорода в крови оказывает влияние, в результате чего концентрация конечного ферроцианида не является прямо пропорциональной начальному содержанию глюкозы. Вместо этого, начальное содержание глюкозы относится к конечной концентрации ферроцианида плюс перекиси водорода. Однако заявители обнаружили, что перекись водорода может быть окислена на аноде при известном потенциале, который выше, чем для реакции окисления-восстановления ферроцианида/феррицианида. Общий электрохимический путь показан на фиг. 7. Реакция перекиси водорода является следующей:
перекись водорода ---> кислород + 2H+ + 2e'' Уравнение 7
Если во время периода реакции фермента подают потенциал (фиг. 8) к ячейке, который является достаточным для окисления перекиси водорода, то далее в течение этого времени будет иметь место следующее:
(a) глюкоза будет реагировать до глюконовой кислоты,
(b) будут получаться ферроцианид и перекись водорода,
(c) окисление-восстановление ферроцианида/феррицианида будет в конечном счете достигать стационарного состояния,
(d) перекись должна быть окислена на аноде, а электроны использованы для преобразования феррицианида в ферроцианид.

Вообще, по истечении периода времени (приблизительно 2,5 сек на фиг. 8) при постоянном потенциале вся перекись водорода должна быть преобразована в кислород (который затем является катализатором, и будет возвращен для более полного завершения химизма фермента до тех пор, пока глюкоза не будет израсходована), и электроны использованы для преобразования феррицианида в ферроцианид.

На этом этапе (60 сек на фиг. 8) подают обратный потенциал. То есть, полярность ячеек переключается, но теперь при более низком потенциале, пригодном для реакции окисления-восстановления феррицианида/ферроцианида. Ферроцианид конечного стационарного состояния будет снова отражать начальную концентрацию глюкозы. Это может быть проанализировано описанным ранее способом для определения общей концентрации глюкозы в начальном образце.

Используя способ по изобретению, реакционная фаза теста может быть управляема электрохимически без взаимодействия с фазой измерения. Когда реакция завершается, можно продолжить измерять без дополнительной задержки. Время ожидания будет изменяться от теста к тесту и должно быть минимально необходимым для любого конкретного образца и ячейки, принимая во внимание изменения активности фермента от ячейки к ячейке, так же как и разность температур и концентраций глюкозы. Это находится в резком контрасте с предшествующим уровнем, когда измерение задерживали на максимальное время, требуемое для реакции после разрешения всех этих факторов. В настоящем способе реакционная фаза управляется приложением потенциала между двумя электродами, например - 300 мВ, как только ячейка начинает заполняться образцом.

С целью получения преимущества потенциал подают непрерывно от времени, когда определено заполнение ячейки, хотя в менее предпочтительных вариантах осуществления потенциал может быть кратковременно прерван после того, как ячейку начинают заполнять.

Линейный профиль концентрации восстановленного посредника вскоре достигается в ячейке. Когда более восстановленный посредник производится реакцией фермента с глюкозой, этот линейный профиль концентрации становится круче и ток увеличивается. Когда реакция завершается, ток более не увеличивается. Этот момент может быть определен хорошо известными средствами и фаза измерения в тесте может быть начата.

Конечная точка реакции может быть также оценена посредством подгонки теоретического уравнения кинетики к кривой зависимости тока от времени, полученной во время этой части теста. Это уравнение может предсказывать степень выполнения реакции в любое время, предоставляя таким образом сведения, когда будет достигнута конечная точка без ожидания ее получения. Это дополнительно уменьшит время теста. Например, можно подогнать уравнение для кривой измеренного импульсного тока от времени. Это уравнение может затем предсказать, что в момент времени X реакция будет завершена, например, на 90%. Если измерить концентрацию в момент времени X, значение надо разделить на 0,90 для получения правильной концентрации.

Измерение концентрации в такой системе выполняют посредством изменения потенциала, т.е. приложением +300 мВ между электродами. Затем получают кривую тока от времени, которая является той же, что и при втором переходном процессе в эксперименте с двойным переходным процессом, т.е. посредством преобразования тока i, измеренного во время фазы измерения, можно получить график ln(i/iss-1) в зависимости от времени, который имеет наклон -4pi2D/12 и пересекает ln (4). Обычный анализ может быть использован для получения концентрации глюкозы.

Как очевидно специалистам из вышеизложенного, вместо подгонки теоретического уравнения кинетики к кривой зависимости тока от времени, конечная точка реакции также может быть оценена посредством подгонки эмпирической функции к по меньшей мере части кривой тока от времени. Эта функция может разрешить экстраполяцию кривой измеренного тока на более длительное время, когда ожидается окончание реакции. Примером такого подхода является случай, когда кривую обратной величины тока вычерчивают в зависимости от обратной величины времени и подгоняют посредством прямой линии. Эта прямая линия может быть затем использована для предсказания тока на длительные времена, когда ожидается, что реакция должна, по существу, завершиться. Затем может быть установлено отношение предсказанного тока на длительное время к предсказанному току, соответствующего фазе измерения концентрации в тесте. Это отношение может быть использовано для коррекции оценки концентрации, полученной во время фазы измерения, до значения, сопутствующего реакции, по существу, достигающей конечной точки.

В некоторых ситуациях может быть трудно или невозможно узнать расстояние между электродами в электрохимической ячейке. Например, очень малые расстояния (10 мкм) может быть очень трудно изготовить или повторно измерить. В таких ситуациях использование информации от двух примыкающих ячеек может быть использовано для вычисления концентрации анолита в образце без информации о разделении ячейки, если одна из этих ячеек содержит известную концентрацию анолита или соответствующий восстановленный посредник перед добавлением образца. Альтернативно, известное количество анолита или восстановленного посредника может быть добавлено в образец, предназначенный для одной из двух ячеек перед добавлением образца в ячейку. Другой вариант имеет место, если обе ячейки содержат заранее определенный анолит или концентрацию восстановленного посредника, но каждый имеет различную концентрацию. Еще одним вариантом является случай, если два различных заранее определенных количества анолита или восстановленного посредника добавляют к двум частям образца, которые затем добавляют к примыкающим ячейкам.

Две электрохимических ячейки затем используют обычным способом, и для каждой ячейки измеряют следующие величины: ток стационарного состояния (iss) и наклон прямой линии, определенной ln(i/iss-1) в зависимости от времени, где i является измеренным током. Зная эти значения, а также зная разность концентрации анолита или восстановленного посредника между двумя ячейками, которые известны (они равны значению намеренно добавленного к одной ячейке), можно вычислить концентрацию анолита или восстановленного посредника в образце, не зная разделяющего электроды расстояния.

Указанные действия можно использовать вместе с третьей ячейкой, которая используется для измерения фонового тока или концентрации из-за тока, вызванного, например, восстановленным посредником, образованного посредством применения и сушки, каталитического влияния поверхности металла, окисления поверхности металла, компонентов образца, которые воздействуют на анолит или посредник, электрохимически восприимчивых соединений образца и т.п. Эта фоновая концентрация или ток должны быть вычтены из значения, измеренного из двух ячеек, описанных выше, для вычисления верных значений для каждой ячейки, получающегося из анолита в образце, а в одном случае также анолита или восстановленного посредника, намеренно добавленных к ячейке или образцу.

Как ясно специалистам из описания, способ подходит для использования с автоматической измерительной аппаратурой. Ячейки описанного вида могут быть снабжены электрическими соединениями с аппаратурой, снабженной микропроцессором или другим программируемым электронным управлением и схемами отображения, которые приспособлены к проведению требуемых измерений, выполнению требуемых вычислений и отображению результата. Способ может быть применен для измерения концентрации анолитов, отличных от глюкозы, и в жидкостях, отличных от крови.

Способ может быть выполнен с использованием ячеек другого дизайна и/или конструкции и использованием известных катализаторов и систем окисления-восстановления, отличных от описанных выше.

Например, другие хорошо известные способы системы реагентов, такие как представленные в таблице, но не ограничивающие изобретение, могут быть использованы.


Формула изобретения

1. Способ определения концентрации восстановленной (или окисленной) формы веществ окисления-восстановления в электрохимической ячейке, содержащей рабочий электрод и противоэлектрод, удаленный от рабочего электрода на заданное расстояние, который содержит этапы: (а) приложения электрического потенциала между электродами, причем электроды удалены так, что продукты реакции от противоэлектрода достигают рабочего электрода посредством диффузии, и в котором потенциал рабочего электрода является таким, что скорость электроокисления восстановленной формы (или окисленной формы) веществ окисления-восстановления является контролируемой посредством диффузии; (b) определения тока как функции времени после приложения потенциала и до установления стационарного состояния; (с) оценки величины тока стационарного состояния; (d) прерывание или изменение полярности потенциала; (е) повторение этапов определения и оценки.

2. Способ по п.1, в котором полярность изменяют на этапе прерывания.

3. Способ по п.1 или 2, в котором электроды разделены менее чем на 500 мкм.

4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором электроды разделены менее чем на 200 мкм.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором рабочий электрод вытянут в плоскости параллельной и обращенной к плоскости, в которой вытянут противоэлектрод.

6. Способ по п.1, в котором потенциал изменяют повторяющимся образом, а концентрацию веществ оценивают как среднее результатов, полученных до каждого изменения.

7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором ячейка содержит фермент и посредник окисления-восстановления.

8. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором ячейка содержит GOD.

9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором ячейка содержит феррицианид.

10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором образцу позволяют реагировать с ферментным катализатором и посредником окисления-восстановления, причем указанный способ содержит предшествующий этап работы ячейки при потенциале большем, чем потенциал реакции окисления-восстановления так, чтобы окислить перекись водорода на аноде.

11. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором образцу позволяют реагировать с ферментным катализатором и посредником окисления-восстановления и который дополнительно содержит этапы: (а) приложения электрического потенциала между электродами до и во время наполнения ячейки; (b) измерения увеличения тока как функции времени; (с) определение или предсказание, исходя из измерений на этапе измерения, времени завершения реакции с указанным катализатором и (d) затем прерывание или изменение полярности потенциала.

12. Способ по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий вторую ячейку с известной концентрацией анолита или восстановленного посредника и в котором вторую ячейку используют для калибровки первого.

13. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором анолит известной концентрации или восстановленный посредник добавляют к анолиту и используют для калибровки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам контроля очистки сточных вод гальванических цехов от соединений хрома (6+) и нейтрализующих его реагентов

Изобретение относится к газовым датчикам, использующим электрохимическую ячейку

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для автоматического или экспресс-анализа технологических растворов цинкового производства, а также сточных или оборотных вод предприятий цветной металлургии

Изобретение относится к электрохимическим способам определения концентрации элементов в водных растворах, может быть использовано в промышленности при анализе растворов, в контроле объектов окружающей среды, пищевых продуктов и других объектов, особенно в непрерывных и автоматических измерениях, а также для амперометрического детектирования в жидкостной хроматографии
Изобретение относится к анализу вредных органических соединений в водных объектах

Изобретение относится к области биофизики

Изобретение относится к области электрохимических методов анализа

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для электрохимического анализа растворов, в том числе при определении содержания растворенных газов, в частности концентрации кислорода

Изобретение относится к электрохимическому газовому датчику, который содержит электролит, включающий, по меньше мере, одну ионную жидкость и, по меньшей мере, один рабочий электрод, при этом потенциал рабочего электрода поддерживается, в основном, постоянным, при этом ионная жидкость содержит аддитивную часть, включающую, по меньшей мере, одну органическую добавку в количестве от 0,05 до 5,0 мас.%. Изобретение также относится к устройству электрохимического газового датчика и его применению для обнаружения/измерения газов, выбирающихся из группы, включающей NН3, SO2, H2S, Н2, НСl, HCN и смешанные газы. Изобретение позволяет получить электрохимический газовый датчик с повышенной чувствительностью/избирательностью, что достигается за счет аддитивной добавки. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил., 2 табл., 6 пp.

Электрохимический газовый датчик содержит ионную жидкость в качестве электролита. Ионная жидкость включает по меньшей мере один катион, выбирающийся из группы, содержащей катион моноалкиламмония, катион диалкиламмония или катион триалкиламмония. Индивидуальные алкильные группы катиона могут быть разветвленными или неразветвленными и иметь от 1 до 4 атомов углерода. Индивидуальные алкильные группы катиона могут быть одинаковыми или различными в случае катиона диалкиламмония и катиона триалкиламмония. Изобретение обеспечивает возможность миниатюризации электрохимического газового датчика. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил.

Электрохимический способ

Наверх