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矩形波ボルタンメトリーにおけるマイクロコンピュータシステムの開発

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(1)Title. 矩形波ボルタンメトリーにおけるマイクロコンピュータシステムの開発. Author(s). 礪崎, 悌司; 松田, 靖; 長谷部, 清. Citation. 北海道教育大学紀要. 第二部. A, 数学・物理学・化学・工学編, 43(1) : 11-21. Issue Date. 1992-07. URL. http://s-ir.sap.hokkyodai.ac.jp/dspace/handle/123456789/6201. Rights. Hokkaido University of Education.

(2) . 北海道教育大学紀要 (第2部 A)第4 3巻 第1号 Journa工ofHokkaido Uni i ion(Sec tyofEducat ion口 A)vol vers 43 t ‐ ,No.1. 平成4年7月 July, 1992. 矩形波ボルタ ンメ トリーにおける マイク ロ コ ン ピュ ータ システムの開発. 蝿. 崎. 悌. 司・松. 田. 靖・長 谷 部. 清*. 北海道教育大学岩見沢分校化学教室 *北海道大学理学部化学科. D evelop m ent of a Microco m puter- Controlled S stem y for Square-vvave v o.talnlnetry. * Tei i KAKIZAK1 j , Yasushi MATSUDA and Kiyoshi HASEBE Chen i i 工 l ・ caILaboratory,lwan ・ zawa Co ege, Hokkaido Uni i fE i i verstyo ducat r ・ on,lwa1 zawa068 *D i tg t i tyofsc epar l entofche ] 1 l s ry,Facul ence, Hokkaido Uni i ty,Sapporo060 vers. Abstract. An inexpensive nnicroco1nputer-controlled electroanalytical systen・ is proposed for the osteryoung冊type square一Wave vol tam metry (SW V) 1t consists of a personal ‐ iostat and an interface board Wi co]mputer, a ho立.enQade potent th a12一bi t ADC,a12一bi t DAC and a realtip vV are writtenin BASIC and an asse] 〔 le clock‐ Progra.ns for sv bly ゴ ー , language subrout ine is cal led for real-t inne tasks‐ Data is acquired and then the wavefor]m i s generated concurrentlyin realtinne under co1nputer control‐ The systenQ has been exapQined wi ions for the oxidat th reversib1e react ion of. 一on a ptdisk electrode andther d t Fe(CN)昌 エ ー ) on a hanging e ucion of cd(. mercury drop. l e ectrode (HMDB) ‐. Atsquare- wave frequencies below 250 HZ SW V curves agree wi th , the theoret ical curves‐ However deviat ion o fthe SWV currents fro1m the predi ted values c , th increasing square-wave frequency‐ This deviat ion ・s mainly due to the Increase wi inQe constanto t fthe potentiostat‐ Experinnental peak potentials are equaltothe polarog‐ f wave potent ial (E ) under given condi raphic hal ions‐ The net peak currents o t fthe %. swv. ionalto t he concentrat are proport ion of Fe(C m 舎 at o o5‐2 m moldm3for f re .. quencies of50tolooO Hz tam mograms atlow concen‐ . For a proper evaluation ofthevol -5 -3 i ions below .o エ trat 1 d t i i l l i 1 f l i ¥ .o m , spar tcu ary use u to e m nate noise by smoothing and tan averagingtheraw vol 【 ・・ 1 netric data‐. ( 11 ).

(3) . ・宏 田 - 崎 奇 」 悌 戸 蝿 司・松. 12. 緒. 1. 部 靖・長谷 膏・ 日. 清 者 葛. 言. 1 ) 矩 形 波 ポ ー ラ ロ グ ラ フ ィ ー (Barker 型 矩 形 波 ポ ー ラ ロ グラ フ ィ ー, SWP) は, フ ァ ラ デ ー 電. 流 (電解電流) とノイ ズである非フ ァラ デー電流 (容量性電流) との定電位パ ルス応答の時定数が 異なるこ とを利用 して, 容量性電流 を含まない目的のフ ァラ デー電流を測定 しようと工夫された 200 Hz 前後) を ポ ー ラ ロ グラ フ ィ ー の 一 法 で あ る. Barker 型 SWP では, 微小振幅の方形 波 ( ゆっくりと変化する直流電圧 (IVの電位掃引に10から60分を要する) に重畳した加電圧 を滴下 水銀電極 (DME) に印加 し, 方形波の連続 した前半および後 半サイクルの末 期の差電流の定常値 を直流電圧に対して記録 する‐ 得 られるSWP波の形状 は, 直流 ポーラ ロ グラムを微分 した山形の 波形である‐ 2 ) 容量性電流 と Barker 型 SWV の検出限界 を制限する D ME の毛管ノ イ ズ の一層の除去を目 - 1の階段波に )は 一定周波数 ( 4 ) f ) の対称な方形波を周期 (2f 的として, Ramal e3 ey とKraus , 同期 して重畳した電位波形 と静止電極である吊り下 げ水銀滴電極 (HMDE) とを用いる矩形波 ボ ルタ ンメ トリー (SWV) を, アナロ グ回路によっ て実現 した. しか し, この方 法の事実上の 電位 1に留ま っており 測定は充分に迅速であるとは言えなかった. oomVs- 掃引速度は, 5~l , 5 ) osteryoung ら は, 5~1 omv のステ ッ プ高さの 比較的大きな階段波 を用いてSWV の高速化 t eryoung 型 SWV) を計り, DME の一滴の任意の1秒以内から数秒 内でボルタ ンメ トリー (os ) 6 7 ・ が可能なコン ピュ ータシステ ムを構築 し, 勢力的に研究 している . この方法の特徴 は, 次の通り 1にも ovs- o mv, 周波数lkHz の階段波 を用いる時, 事実上の電位掃引速度はl である‐ 高さ1 8 ) 達し, 従来の微分パ ルスポーラロ グラフィ ー (DPP) に比べて測定は充分に高速である‐ 不可逆 oHz 以上の比較 的高い方形波周波数 を用いるとき, その ピーク電流値 はDPP 反応系においてlo 9 ) に比べて数倍も大きい ‐ 高感度, 迅速である ばかりでなく電極反 応速度論に関する情報 が得られ ) 71 0 ることな どの長所がある’ ‐ Barker型swv では記 録される差 電流が定常値であるのに対 して, os t eryoung 型SWV では連続 した半サイクルの末期毎に 瞬間電流 を記録し, その電流値の 差を数 値的に求めるものである. 1980 年 代 前 半 に, ost eryoung 型 SWV は DPP 法 に 取 っ て か わ る か の よ う に 思 わ れ た が, そ の. 当時の測定の実現に は, 比較的大規模のミニコン ピュータとその専門 的知識を必要 とし, 今日でも 既製品の測定 システム は高価な輸入品にたよら ざるをえない‐ 特に, 電気化学測定におけるコ ン ピュータの利用 は,能率のよい測定 およびデータ解析を可能にする.近年, 充分な性能の 安価な パ ー ソナルコン ピュータが広く利用 され, ソフ トウ ェア も比較的容易に作 成可能となっ た. 著者らは, 2 ) A 1 1 1 ’ こ れま で も コ ン ピ ュ ー タ お よ び ア ナ ロ グ 回 路 に よ る パ ル ス ポ ー ラ ロ グラ フ を 報 告 して き た 回, パ ー ソ ナ ル コ ン ピ ュ ー タ, 市 販 の イ ンタ フ ェ ー ス ボ ÷ ドお よ び 自 作 の ポ テ ンシ オ ス タ ッ トを 用. いて, 高度なコン ピュ ータ技術, 高額の実験機器投資を要しない, 安価な SWV 測定システムを組 み立てた. 本システムを, 可逆反応系を用いて詳細に検討 した結果, 満足すべき性能 を有すること がわかったので以下に報告する.. 2. 2一. 験. 実. 試. 薬. - ヘキサシアノ 鉄 (亘) 酸ヵリウム (K Fe(CN)g) 等の試薬 は, 市販特級品ま たはそれに準ず るもの をそのまま用いた. 水銀は, 常法によっ て洗浄後蒸留して使用 した‐ 水は, イオ ン交換蒸留. ( 12 ).

(4) . 矩 形 波 ボルタ ンメ トリ ー にお ける マイ ク ロ コ ン ピュ ー タ シス テ ム の 開発. 13. 水である‐ 電解質溶液は, 測定中も水で洗浄 した高純度窒素を通気して酸素の混 入を防いだ‐ 2.2. 装. 置. 電解系は, 作用 電極として白金あるいは吊り下 げ水銀滴電極を, 参照電極および補助電極には飽 m 和銀塩化銀電極と白金線とを用いる 3 電極式 である. Fe(CN)g イ オ ンの測定 には, 白金電極 (BAS社) を使用 した. 吊り下げ水銀滴電極は, メ トローム社製 E-410型マイクロメータ式電極 ) 1 11 2 ポ テ ン シ オ ス タ ッ ト に は, 既 報 ・ むこ従 っ た 自 作 品 で あ り, 一 滴 の 水 銀 重 量 は 11 ‐14 mg で あ る.. 10 を用い, 電流 -電圧変換回路の帰還抵抗 をできる限り小さく した. 電圧出力の立ち 上がり時間 ( ± 0 ”s で あ る‐ 測 定 は25 0 から90%に達するのに要す る時間) は, 約5 ‐1℃の恒温槽中で行い, 商用電源な どから誘導される 50 Hz のハムおよびその他の高調波ノイ ズの除去を目的とする電解 2 槽のシール ドは, 特に行っ ていない. 電流- 時間曲線および電位- 時間曲線の測定は, KDS-10 I B G データを P - イ ンタ を用いて行い 記憶された プ グラフテ ク ) ( 型デジタルメ モリースコー ッ , 1 3 ) フ ェ ー ス を 介 し て パ ー ソ ナ ル コ ン ピ ュ ー タ に 転 送 し ,BASIC プロ グラムで処理した‐ -の拡散係数は 白金電極 (電極直径 =16 mm) を用 3硝酸ヵリウム中の Fe(CN)g ・ moldmf , . V s州1) と の プ ロ ッ 2 ~0 0 0 0 5 いて, 線形走査 ボルタモ グラムの ピーク電流値と電位走査速度 ( ‐ .. 6 2 1 - 而 トから求 めた. 得られた拡散 定数 (D(Fe(CN鳩 )) は, 6 .9lxlo cm g であっ た-. 2‐3. SWV 測 定 シ ス テ ム. SWV の測定には, 日本電気 PC-8801 mkD (CPU : Z 80) パ ー ソ ナ ル コ ン ピ ュ ー タ お よ び マ イクロサイ エ ンス社製 UIO-5080イ ンタフ ェ ース ボー ド (AD 変換器, DA 変換器, 割り込みタ イマー搭載) を使用 した‐ SWV 法での電位波形の発生およ び所定の時間での電解電流値の獲得に 2bi tAD 変換器 (分解能2 は, 12bi tDA 変換器 (分解能lm V) および1 .5 mv) を使用 した‐ データのメモリーへの格 電解電流値の獲得およびその 時間の正確さ を要求される電位波形の発生, 納な どの一連の操作は, 割り込みタイマーによるハー ドウ ェア割り込みで呼び出されるマ シン語 プ. 1“ ) 1 ロ グラ ム (19o バ イ ト) に よ っ て 実 行 し た ・ . 測 定 パ ラ メ ー タ の 入 力, 電 位 走 査, ボ ルタ モ グラ ム の画面表示およ びフロ ッ ピーディ スクへの保存 などための プロ グラムは 高級言語である BASIC. , ) 言語で記述 した. 測定 パ ラメ ータ は, 電位掃引開始, 終了電位, 階段波のステ ッ プ高さ (N88 f な どである‐ データ (△E ) , 方形波の高さ (その半分の高さ をE w とする) および周 波数 () バ フ ァイルの読み書 きの高速化を図るために, ファイ ルは イナリー形式 とした‐ 特記すべき点は, t memory rec 割り込み処理のタイ ミング精度を向上させるために, テキス ト画面表示の DMA(Di. ) およびキイ ー入力割り込みを電位掃引 時に禁止 したことである. access 2‐ 4 デー タ 処 理 ボ ル タ モ グラ ム デ ー タ (PC-8801mkn) を RS-232C イ ンタ フ ェ ー ス を 介 し て パ ー ソ ナル コ ン ) で 記 述 さ れ た プ ロ グラ t ピ ュ ー タ PC-386V (エ プ ソ ン) に 転 送 し, Quick BASIC (Microsof. ム で解析 した. ボルタモグラムの微係数をもとに, ピーク初期 パラメ ータ (ピーク高さ, ピーク位 1 5 ) 置, ピーク半値半幅) を求める . ボルタモ グラ ムのブラ ンク電流補正は, ブラ ンク溶液中で予 め 測定したボルタモ グラム, あるいは近似式からの計算による ブラ ンク電流を目的のボルタモグラム から差し引く操作で行った. 近似的なブランク電流は, ピーク前後の平坦部分の データをもとに最 小自乗法による計算で求 めた2次あるいは3次近似方程式から求める. SWV 法は, 原理的に デジタルであるので得られた電流 -電位曲線は離散的であり, 生データの. ( 13).

(5) . 14. 蟻. 崎 悌. 司・松 田. 靖・長谷部. 清. 最大点の高さおよび位置を ピーク電流値および電位とすることに余り意味を持たない. 滑らかなボ ルタモ グラムを 得るために小さい△E を用いて データ点数を増やすことは, 高速な実験が可能で あるSWV の利点と相反する‐ ブランク電流補正後の ピーク高さおよび電位は, ピーク位置 (初期 パラメータ) 近傍の数点で近似される2次曲線の極大点および位置とした. ボルタモグラムの ピー ク半値幅は, ピーク高さの半分における電位幅であり, ピーク高さの半分の位置における近傍の数 点をもとに近似 した2本の回帰直線か ら求めた. 必要に応 じて, 2次・3次多項式適合平滑化法 6 ) i (sav ) を 用 い て ボ ル タ モ グラ ム を 平 滑 化 した‐ tzky -Golay method1. 3. 結果と考察. 3.1 矩形波ボルタモグラム ヘキサシアノ鉄 (=) 酸イオ ン (Fe(CN)r) の矩形波ボルタ ンメ トリー (SWV) での電流の プロッ トと時間-電位および電流波形とを併せて図1に示した. 交番する電位パ ルスに伴っ て, ス. め〉 〉\国 ( <)- ひ如く\如く .. 50. 100. 1 50. 200. 250. 300. 350. 400. t/ms Fig‐I Potent ial-t ime waveform(A) and current-time response(B) for square-wave M -3 -3 KNo at pt ioninvol tam metryin2 vo. vingo ‐l moldm 3 ・14 m moldm Fe(CN)き solut di sk electrode. Forward current (△), backwardcurrent(△) ‐ Condi i 石 = = -0 tons: 島 - =50n =250Hz. 〔ハア, Ew= nv, f= .2 V, 乙 Es ;1on. バイク状の容量性電流が観察できる‐ 電位掃引における方形波の前半および後半末期に測定される 電流値をそれぞれi if冊ib) f(forwardcurrent) お よ びib(backwardcurrent) と し, そ の 差 ( をi。(netcur ) あるいは△iとす る. 図1の測定条件としては, 方形波周波数が250 Hz で あ rent 『 1 り, 階段波のステ ッ プ高さ は1o mv である‐ 電位掃引速度は事実上2 .5V s で あ る の で, こ の ボルタモ グラムの測定時間は0 ‐3s 程度と従来の パ ルス ポーラ ロ グラ フィ ーな どの電気化学分析法. に比べてかなり高速である. 図1のi f(△) およびi b(▽) は, 電流一時間曲線の容量性電流の急激な電 流変化の直前の電流値とよく一致し, 通常のサイクリックボルタモグラムと類似の形状を与えた. 周波数が50と250 Hz の場合のブラ ンク電流を2 .4で述べた方法で補正した SW ボルタモ グラ. ( 14).

(6) . 矩托劣波 ボル タ ンメ トリー にお ける マ イ ク ロ コ ン ピ ュ ータ システ ム の 開発. 15 140 120 100 80. 6 oき 40 , トデ 20 0 ‐20 ‐2Q o 2 ‐. -。 , .. o. o , -. o 2 .. 。 3 ‐. o 4 ‐. o 5 ‐. ‐40 o 6 ‐. r E/V vs CI ‐ Ag/A8 Fig.2 0bs tam me erved(○)andtheoretical(◎)netcurrentresponsesin square-wave vol ‐ try atsquare-wavef requency(f ) of50Hz(B)and250Hz(A)‐ Vol ions arethe sanQe asi tan1α1etriccondi t n Fig‐1, exceptforthe square-wave frequen-. cy(f).. ム( i 。) を図2に示した‐ 実験によっ て得 られたif 電位曲線 (○) は, 理論計算によっ て求 めた - 0および250Hz の時, i 曲線 (◎) とよく一致 している. 方形波周波数が5 。 電位曲線の ピーク電 位 (EP)は,そ れ ぞ れ 258 お よ び 260 mv であり, 同一また は同じ測定条件下においてサイクリ ッ. クボルタ ンメ トリー (CV) で求めた半波電位 (E%;259mv) と誤差範囲内で一致した. 方形波 周波数が50と250 Hzの時の ピークの半分の高さにおける電位幅である ピーク半値幅 (W%) は, W 26 26 それぞれ1 ‐5および1 ‐7mv であり, 3 .2 で述べるように %は可逆反応系において周波数に i。 依存 しなかっ た. 図2に示すように電位掃引が高周波になると ピーク高さ ( ) は, 理論計算値 p よりいくぶん大きい傾向を 示したが, この理由は次節 ( 3 ) で考察する. ‐2 3‐2 SWVに及ぼす周波数の影響 1OHZか ら lkHzま での方形波周波数の変化のSWV に及ぼす影響を図3に示す. 周波数の増加 に伴う ベースライ ンおよび ピークの形状は, ほとんど変化しなかった‐ 可逆系でのSWV における ) 7 i 。(”A) は理論的に次式 で示される. i = nFAD%(ガt )-% Cb△ ▼ 。 p. こ こ で, n は復極剤1モル当たりの授受電子数, Fはファ ラ デー定数, Aは電極面積 ( ), D cm2 - 1 2 ‐ 1 は電気化学活性種の拡散定数 ( ) ), 仏 は 復 極 剤 の cm s ), tpは電位 パ ルス幅 ( s,tp= (2f. 3) である △Wは無次元電流関数 (時間に依存しない標準化された電流 バ ルク濃度 (mmo ldm‐ . 応答) であり, △B , E w , 電極反応系における半波電位および温度などの複雑な関数 であるが, この値はコン ピュータを用いて数値的に求めることができる‐ SW ボルタモ グラ ムの頂点にお ける. ( 15).

(7) . 姻. 16. 崎 悌 司・松 田. 靖・長谷部. 清. 290. 280. 270. 260. 250. 240 230. 0. 10. 20. 30. 50. 40. ′ 2 ′ 1 2 ノ 2 l t l /s , Qf/Hz) p ta工n工netry as - vol il β f Fi だ す .3 Jetpeak current i。p)and peak potentas( p) orsquare wave ion o ffrequency(f)of・otolo00壬お・ a funct ions arethe sarnein Fi V。l t tanQI 1 letric condi g.2‐. V V. A” MB C D Hor = 5仏s/di. E tal-to-analog converter(DAC, A) and potentiostat i Fig.4 Trans ent responses for digi. (B-D) . i l= 1okQ, Rf (negat ve i ight= 50 m v. B:res st erofdum my cel A: output of DAC, step he C l k l l f i = l t t Q i t t e a r l t ) :r c e o f eedback resisterfor current-to-vo tage conver er n po en os a . i ionsarethe saII ‐3 t Ie l i t p i k l t d R =1kQ, D:cond o ,1 αーoldα1 KNo3so ut on a td s eecro e, f i b t orthe Rf oflokQ‐ E:logicforinterrupt su rou ne. as C,exceptf. ( 16).

(8) . 17. 矩形 波 ポルタ ンメ トリ ー にお ける マイ ク ロ コ ン ピュ ー タ シス テ ム の 開発. 無次元電流関数値 (△Wp ) も同様に数値的に求 めることが できる‐ 125 W 先に述べたように, %は検討した周波数領域において変化せず一定 ( .2mv) であり, 相対標 =3 ) であった‐ EPは, 周波数の増加に伴って増加する傾向が見られる 準偏差 (RSD) は1 ‐2% (n 1 % t が, その変化は数 mv 程度である‐ ら は, パルス時間の平方根の逆数 ( i , ここでt pは割り込み 間隔に等しいとした) の増加に伴ってほぼ直線的に増加 した‐ CV よって実測した拡散定数および無 i t% 281 次元電流関数値 (W=0 , △B =1o m v, 馬W=50 m v) な どを 基 に, 。p と l の理論的関係 .9 を図3に破線で示した. 方形波周波数の増加に従っ て, 実測値の理論値からの誤差 を生じた‐ この誤差の原因は, 以下の理由による‐ 電流サンプリ ングおよび電圧出力の一連の操作において, ハー ドウェア割り 込みによる マシ ン語プロ グラムによっ て実行される‐ 割り込みの発 生から, DA 変換器からの電圧 が出力されるまでの時間は約30にs (図4) であり, 次いで電極電位が与えられ た電圧パルス高さの90%に達するま でに60”sを要する‐ 電極電位が設定電位に到達 してから電 1 f 2 )- ) よりも約90 gs ほど短い‐ これが, 前述 流サ ンプリ ングま での時間は, 割り込み間隔 (( した誤差を生む理由であると考えられる. ) の影響 3.3 方形波高さ (E w ‐ W CV で求 めた拡散定数およびi。 p な どから求めた無次元電流関数値 (△ p) は, 方形波の周波 数が低いほどまた階段波の 電位ステ ッ プ高さが小さいほど理論 的△▼pに一致 した (図5) ‐ △ Wp ) からの誤差の理由は, 3 の理論値7 ‐2で述べた原因に起因すると考え られる‐ 方形波周波数が高 とを確 いとき, 3 ‐2で述べた考察によっ てt pを短く見積もることで, 実験値が理論値に接近するこ 310. 270. Q のか >ロ HU節q\ゆく . く m. 290. 250. 0. 20. 40. 60. 8o. lo0. 230. / ES W mV i ight(E w)onnormal fsquare-wavehe Fig.5 Ef f tofhal zedpeakcurrent(△ Wp)andpeak ec ia l(E。) atfof50 Hz(○)and500Hz(◎) potent . ical ions arethesame asin Fig.1, exceptforfand E W Vo iccondi l t tam metr . .(+):theoret. ( 17).

(9) . 奇 i ・ぉ 田 姻 悌 i 司・松 腿 崎. 18. 靖・長谷部 靖・ ー 谷音. 清 眉. 認 している. 図5に示すように, 可逆反応系では, 方形波高さ (方形波の2分の1の 高さを E w とする) の変化 は, Bp にほとん ど影響を与えない‐ 同様な測定条件下に おいて CV で得た 日% ( 259mv)とEPは, 数 mv の誤差範囲で一致 している‐ この結果は, 方形波の前後期の時間の大 きく異なる通常の微分 パルス法において, その EPとE% との間にパ ルス電圧の半分の電圧差が生 じることと対比できる‐ E Wの増加に伴っ て, ピーク半値幅 (W% ) は増加 した (図6) ‐ W% の増加 は, 分析について隣 パラメータの最適化は, ピーク高 を引き起こす 分析的見地からの測定 接する波との分離能の低下 ‐ ) の向上にある‐ 1電子可逆反応系において, △Wp/W% の最大 さ対 ピーク半値幅比 (△▼p/W% 値は, E wが50mv 付近の時に得 られた‐ 3‐4. 検量線と積算処理. 3 の F (CN)舎 濃度 (C) と 3 硝 酸 カ リ ウ ム 中 で の 0 0535 か ら 2 14 m moldmm l moldm」 e ‐ .. な直線関係が成立 し, その最小自乗法によ i SWV ピー ク電流 ( 。 p) との間には, 原点を通る良好 を以下に示す る回帰式と相関係数 ( ) r ‐ -3 C/m m ; 9999 / A i。 ーoldα. + 1 , n =30) ‐ .27 (r o .07 × p 厳 ;91. omV である. 方形波周波数が50から 電位掃引条件は, f=500Hz,E W=50 m v お よ び △B =1 100OHZの範囲においても, 同様に検量線は直線であっ た‐ ー濃度が比較的低濃度な 4 3の ブラ ンク 電流補正を行 っ てい ない 3 g moldm‐ 図7に Fe(CN)g f=500Hz SWV ( ) を示す‐ 図中の黒丸 (◎) は, 16回の繰り返 し測定による電流値の プロ ッ ト 250. 200 Q ミー 牢\ う 4 →〉. 150 \ N \ 珍 100. 50. 0. 20. 40. 60. 8o. loo. o. ES w/mV f Width(W f Fig‐6 Ef ectofB Won peakhal W%).. izedpeakcurrentOVer w%(△ ぜp/ and nOrma.. Experimentalcond i ions arethesame asin Fig.5‐ t. ( 18). (○, △) :50Hz, (○, ▲) :500Hz.

(10) . 矩 形 波 ボルタ ンメ トリ ー にお ける マイ ク ロ コ ン ピュ ー タ シス テム の 開発 30. 19. ‐. . … . . . I :…. ‐ .. 25. ・ .・: : ::: 醍 ず≦ …,-¥… ,;. 20. \ 15. - -; - -. く . 【. 10 ・..・. ... ‐. : .. 5. -0 .2. ‐0‐ I. 0ユ. 02. 03. E/V vs‐ Ag/AgCI Fig‐7 Digi tal averaging and s]ヱーoothing ofsquare-wave voltam 窟ーogralI ion ーs for oxidat of43 ” moldm‐3Fe (CN)す in . moldm-3 KN03 at pt disk electrode.. (◎):observed current , (0):16scan average,. idl ine:smoothed curve ofsingle scan sol. th Savitzky-Golay method (15points). wi Condi ions: Ei=-0 t .2 V, △日s=1o m V,ES W=50 m V,f=500HZ.. である. 低濃度領域における単掃引 での測定では, ハム等のノイ ズの重畳 によっ て信頼性の高い滑 らかなボルタモグラムは得難いが, 多数回の測定を行っ て ボルタモ グラムを積算することでその信 頼性を向上できる (図中 ○) . ポルタモ グラムの積算処理 は, 通常の電気化学測定 に比べて高速電 位掃引が可能なSWV の特徴を生かした測定の精度および感度 の向上法の一つ と考えられる. 平滑 化点数15点の2次・3次多項式適合平滑化処理を施した単掃引でのボルタモ グラム (図7, 実線) は, 積算処理によっ て得られた曲線と同様である‐ しかし, 単掃引で得られるデータ点数はそれ ほ ど多く はないので, 過剰な平滑化処理によっ て波形に歪みを生 じる場合もある‐ 3.5. 吊り下げ水銀滴電極を用いる SW V 3 硝 酸 カ リ ウ ム を 含 む 23 5 ‐ 3 1 moldm- ‐ ” moldm Cd(ロ) 溶液中で, 作用電極に吊り下 げ水. 銀電極を用 いて測定 した SWV を図8 に示す‐ 矩形波の周波数が50Hz (図8 A) の SWV 電流 , に大きな変動が観察される. この変動の主な原因は, 商用電源によっ て誘導されるいわゆるハムノ イ ズおよびそ の高調波成分な どにあり, さ らに電流値は lo gs 程度 (AD 変換器の前段のサ ンプ ルホール ドアン プが信号を取り込む時間) の瞬間電流であるため である‐ この場合には 平滑化点 , 数9の平滑化処理 (図8,Aの実線) による波形の改善はあまり見られない. ポテ ンシオスタ ッ ト の電流電圧変換回路の帰還抵抗とそれに並列に取り付けた容量 (コンデンサー) による時定数 回路 (ロ ウ パ ス フ ィ ル タ ー, 時 定 数 て =約lms ) の効果を図8,B に示した‐ 電流値の変動は抑制され, 波形の改善を観察 できる. 時定数回路を付加 しない時 (時定数 て =約30 ”s) の 波 高 は 2 72 g A ‐. ( 19 ).

(11) . 鯛 崎 悌 司・松 田. 20. 靖・長谷部. 清. ぼす影響はあまり A であり, 時定数回路 を付加すると2 .77 ” であった. それゆえ, その波高に及 見られない. A 方形波の周波数が500 Hz の時 (図8,C) .81 ” , その ベ ースライ ンの電流値の標準偏差 は0 しているにもかかわ らず, 測定 0 であり, 50 Hz の 時の標準偏差 ( ‐51 gA) に比 べ て僅 かに増加 されるファラ デー電流が相対的に増加するために高周波数の時, 波形はより明瞭である. ノイ ズ除 ) を付加 した場合には, ベースライ ンの変動 はそれほ 去効果を期待する時定数回路 (て=0 .3 ms ど改善せずに, 信号遅れによっ てその 電流値は増大し, 傾斜も生じた. 時定数回路付加前後の ピー A 充分な注意を払 ク電流値は, それぞれ10 ‐9 ” に増加 した. 時定数回路の使用 には, ‐3から11 う必要があると言える‐ 従っ て, 復極剤の濃度が低濃度の時, 比較的高い周波数での 電位掃引が,. また低周波数では電流測定において時定数回路の使用が, 分析的見地から望ま しいことがわかっ た‐. 1. 0‐6. 0 ‐8. 02. 04. 1. 0‐8. 0る. 0 4 -. 02. ‐E/V vs- Ag/AgCI. -E/V vs ‐ A8/AgCI 4 3. . . . . O. . I. . . 0 o ず o. 。 O-8. . . 0‐ 6. 4 0‐. 2 0 ‐. 1. 08. 0る. 0- 4. 02. -E/V vs‐ A8/AgCI. -E/V vs‐ Ag/AgCI. l d江1‐3 Cd(江) in Fig.8 Square-wave voltam mograms for reduction of 23 .5 仏 mo ectrode (HMDE). 1 moldαー一 KN03at hanging mercury dropel i l ime constant ter ( t B f 5 0 Hz wi f i l = th low pass f A: f= 50 Hz wi thoutlow pass t er, :. (て) = ca.l ms), C: fゴ 500 Hz withoutlow passfilter, D: f=500 Hz with.ow passfilter (て ; ca.0.3 ms)‐ (□): observed current,so1id1ine:smoothed curve (9 points)‐ V E w=25 m V‐ = ions:B,=-0 Condi t .2 V, △E 5 m , s. (20).

(12) . 矩 形 波 ボルタ ンメ トリ ー にお ける マ イ ク ロ コ ン ピュ ータ シス テム の 開発. 文 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7). 献. IDekker (1980) lyt i lchemi t thodsinana A.M Bond,“Modernpolarographi ry“, p391 ca s c me . , Marce ) 8 ( 1 9 5 8 l C h i A 1 8 1 1 ta‐ G.C.Barker m. c ‐ , , , Ana- L. Ramal ey, M.S- Krause . ‐Chem. , 41 ,1362 (1969) ,Jr. , Anal 6 1 6 9 ) l C h 4 1 1 3 5 ( 9 R l A L M.S. Krause,Jr em e n a ama y ‐ . . - . , , , , o A V i R A C h i i M l t J H J. A.Turner t s e r o u n v r e u o c s g y .Chem- ,49 ,1904 (1977) ‐ , nal , . . , . , . . I A 1 9 8 5 ) 5 7 1 0 ( A l C h R A o t J. G.os n em e o n a t s r u eryoung, . . g, - . y , , - IDekker (1986 ) i t troanalyt J. G.ost s ry”,VOL14 ec calchemi eryoung,J.J.0’Dea,“E1 ‐ , Marce , p209. 1 2 ). i J. os t ew ofPolarography(Japan), 22 eryoung, K. Hasebe . ,1 (1976) ,Rev 8 4 7 ( 1 9 8 1 ) C h 5 3 G.Stojek,J.os t em eryoung, Anal - , , - , t t J‐J-○’Dea,J‐ G-os eryoung. eryoung, R. A. os .Chem- ,53 ‐ ,695 (1981) , Anal ) S i 5 7 8 1 ( 1 9 8 9 A l i k i K H b T‐ Kaki k i S H c n a ma a s e e za , . . . ‐ , ,, , ‐ 蝿崎悌司 土角英司 柳野 清 長谷部清 北海道教育大学紀要 (第 2 部A),42,113 (1992)‐. 13). T. Kaki usZ. Anal zaki ,326 . ,Chem. ,214 (1987) , K. Hasebe , H‐Yoshida,Freseni. 4 1 ) ) 1 5. 97 8 ) 1 矢野越夫, マイコンの割り込み処理とDMA,日本放送出版協会 ( . 19 86 ) 南 茂夫, 科学計測のための波形データ処理,CQ出版 ( ‐. 16). !‐sav i t zky, M-J‐E. Golay,Ana1 ・Chem. , 36 ,1632 (1964) .. 8) 9) 10) 11). 21. ,. ,. ,. ,. (21).

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参照

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