アンペロメトリー

化学におけるアンペロメトリーは、電流または電流の変化に基づいて溶液中のイオンを検出することです。

アンペロメトリーは、電気生理学において、炭素繊維電極を使用して小胞放出イベントを研究するために使用されます。パッチクランプ技術とは異なり、アンペロメトリーに使用される電極は、細胞に挿入または取り付けられるのではなく、細胞の近くに移動されます。電極からの測定値は、培地に放出された小胞貨物の酸化反応に由来します。小胞放出を測定するために使用される別の技術は、容量測定です。

一対の電極間で測定される電流です。測定された電流は分析物の濃度に正比例します。例: 血糖値モニター

炭素は、メディエーターとグルコースオキシダーゼでコーティングされた作用電極として使用されます。Ag/AgCl は参照電極として使用されます。酵素オキシダーゼは、グルコースと酸素の反応を触媒します。過酸化水素濃度は、+0.6V で発生する酸化によって測定されます。

H ₂ O ₂ ——>O ₂ +2H+ + 2e-

_{電流は H 2} O ₂濃度に正比例し、これはグルコース濃度に正比例します。O ₂が低い場合、完全な変換は阻害されます。そのため、仲介フェロセンが導入されます。ここで、電流はフェロセンの濃度に正比例し、これはグルコース濃度に正比例します。

歴史

イオンクロマトグラフィーで最初に使用された電気化学またはアンペロメトリック検出は、単電位またはDCアンペロメトリーであり、シアン化物、亜硫酸塩、ヨウ化物などの特定の電気化学的に活性なイオンに有効でした。検出時に電極表面を汚染する分析対象物用のパルスアンペロメトリック検出（PAD）の開発は、最終的に炭水化物の測定のための新しいカテゴリのイオンクロマトグラフィーの作成に貢献しました。統合アンペロメトリーとして知られるもう1つの進歩は、PADで弱く検出されることがあるアミンや還元硫黄基を含む多くの化合物などの他の電気化学的に活性な種に対する感度を高めました。^[1]

神経伝達物質は、炭素電極を組織内に挿入し、酸化神経伝達物質からの電流を記録することによって電気化学的に検出できることが確立されました。 ^[2]最初の測定の1つは、ラットの新線条体に埋め込まれた炭素繊維電極を使用して行われました。 ^[3]大きな高密度コア小胞からのカテコールアミンの放出を調べるために、クロマフィン細胞でさらなる研究が行われました。 ^[4]^[5]

検出方法

単電位電流測定

酸化または還元される分析対象物はすべて、アンペロメトリー検出の候補となります。最も単純なアンペロメトリー検出法は、単電位または直流(DC) アンペロメトリーです。電圧 (電位) は、カラム流出液に配置された 2 つの電極間に印加されます。測定される電流は、電気活性分析対象物が陽極で酸化されるか陰極で還元されるにつれて変化します。単電位アンペロメトリーは、導電率測定法では問題となるシアン化物や硫化物などの弱酸性アニオンの検出に使用されています。これらのイオンやヨウ化物、亜硫酸塩、ヒドラジンなどの他のイオンに対する他の検出法に対するアンペロメトリーのもう 1 つの、おそらくより重要な利点は、特異性です。印加電位を調整することで、対象分析対象物に対する応答を最大化し、干渉分析対象物に対する応答を最小化することができます^[6]

パルスアンペロメトリー（パルスアンペロメトリック検出、PAD）

単電位アンペロメトリーの拡張はパルスアンペロメトリーで、電極を汚染する傾向のある分析対象物に最もよく使用されます。電極を汚染する分析対象物は、分析のたびに信号を低減するため、電極の洗浄が必要になります。パルスアンペロメトリック検出 (PAD) では、短時間 (通常数百ミリ秒) 動作電位が適用され、その後、電極の洗浄に使用されるより高いまたはより低い電位が続きます。動作電位が適用されている間のみ電流が測定され、その後、検出器によって連続的な電流測定値が処理されて、滑らかな出力が生成されます。PAD は、陰イオン交換分離後の炭水化物の検出に最もよく使用されますが、関連技術のさらなる開発により、アミン、還元硫黄種、およびその他の電気活性化合物にも有望であることが示されています。

原理

小胞融合を記録するために、炭素繊維電極を細胞に近づけます。電極は正電位に保たれ、融合した小胞からの貨物が電極に近づくと、貨物の酸化によって電子が電極に移動します。これによりスパイクが発生し、そのサイズから小胞の数を推定でき、周波数から放出確率に関する情報が得られます。^[7]

参考文献

^ DC Johnson および WR LaCourse、分析化学、62 (1990)、589A-97A
^ Kissinger PT、Hart JB 、Adams RN (1973 年 5 月)。「脳組織のボルタンメトリー -新しい神経生理学的測定」。Brain Research。55 ( 1): 209–13。doi :10.1016/0006-8993(73)90503-9。PMID 4145914 。
^ ゴノン F、セスプリオ R、ポンション JL、他。（1978年4月）。「ラット新線条体におけるドーパミン放出の生体内連続電気化学測定」。Comptes Rendus de l'Académie des Sciences、Série D (フランス語)。286 (16): 1203–6。PMID 96981。
^ Leszczyszyn DJ、Jankowski JA、Viveros OH、Diliberto EJ、Near JA、Wightman RM (1990 年 9 月)。「ニコチン受容体を介した個々のクロマフィン細胞からのカテコールアミン分泌。エキソサイトーシスの化学的証拠」。The Journal of Biological Chemistry。265 ( 25): 14736–7。doi : 10.1016/S0021-9258(18)77173-1。PMID 2394692 。
^ Wightman RM、Jankowski JA、Kennedy RT、他 (1991 年 12 月)。「時間的に分解されたカテコールアミンスパイクは、個々のクロマフィン細胞からの単一の小胞放出に対応する」。米国科学アカデミー紀要。88 (23): 10754–8。Bibcode : 1991PNAS ...8810754W。doi : 10.1073/ pnas.88.23.10754。PMC 53009。PMID 1961743。
^ Settle, F. (編). (1997).分析化学のための機器技術ハンドブック(第 1 版). Prentice Hall.
^ Mosharov EV、Sulzer D (2005 年 9 月)。「アンペロメトリーで記録されたエキソサイトーシスイベントの分析」。Nature Methods。2 ( 9): 651–8。doi :10.1038/nmeth782。PMID 16118635。S2CID 15489257。

[1] DC Johnson および WR LaCourse、分析化学、62 (1990)、589A-97A

[2] ^ Kissinger PT、Hart JB 、Adams RN (1973 年 5 月)。「脳組織のボルタンメトリー -新しい神経生理学的測定」。Brain Research。55 ( 1): 209–13。doi :10.1016/0006-8993(73)90503-9。PMID 4145914 。

[3] ゴノン F、セスプリオ R、ポンション JL、他。（1978年4月）。「ラット新線条体におけるドーパミン放出の生体内連続電気化学測定」。Comptes Rendus de l'Académie des Sciences、Série D (フランス語)。286 (16): 1203–6。PMID 96981。

[4] Leszczyszyn DJ、Jankowski JA、Viveros OH、Diliberto EJ、Near JA、Wightman RM (1990 年 9 月)。「ニコチン受容体を介した個々のクロマフィン細胞からのカテコールアミン分泌。エキソサイトーシスの化学的証拠」。The Journal of Biological Chemistry。265 ( 25): 14736–7。doi : 10.1016/S0021-9258(18)77173-1。PMID 2394692 。

[5] ^ Wightman RM、Jankowski JA、Kennedy RT、他 (1991 年 12 月)。「時間的に分解されたカテコールアミンスパイクは、個々のクロマフィン細胞からの単一の小胞放出に対応する」。米国科学アカデミー紀要。88 (23): 10754–8。Bibcode : 1991PNAS ...8810754W。doi : 10.1073/ pnas.88.23.10754。PMC 53009。PMID 1961743。

[6] Settle, F. (編). (1997).分析化学のための機器技術ハンドブック(第 1 版). Prentice Hall.

[7] ^ Mosharov EV、Sulzer D (2005 年 9 月)。「アンペロメトリーで記録されたエキソサイトーシスイベントの分析」。Nature Methods。2 ( 9): 651–8。doi :10.1038/nmeth782。PMID 16118635。S2CID 15489257。