JP2001194308A - 溶液濃度計測方法および溶液濃度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検溶液中の特定成分の計測可能な濃度範囲
を拡大し、さらに、サンプルセルの汚れ、被検溶液の懸
濁、浮遊粒子などの阻害因子がある場合でも、正確な溶
液濃度を簡便に測定できる手段を提供する。 【解決手段】 特定成分に起因して被検溶液の光学特性
を変化させる試薬を混入する前後の被検溶液の透過光強
度および／または散乱光強度を計測し、これらの計測値
から被検溶液中の特定成分の濃度を求める。さらに前記
方法でタンパク質濃度を求めるとともに、前記試薬混入
前に被検溶液の旋光度を計測し、タンパク質とタンパク
質以外の旋光性物質の濃度とを確定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検溶液中に溶解
している溶質の濃度、例えばタンパク質濃度および旋光
性物質の濃度を計測する方法および装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の溶液濃度計測装置としては、分光
器、液クロマトグラフィなどがある。また、尿検査装置
としては、試薬を含浸した試験紙などに尿を浸し、これ
の呈色反応を分光器などによって観測し、尿の成分を検
査するものがあった。ここで使用される試験紙は、グル
コース、タンパク質等の個々の検査項目に応じてそれぞ
れ用意されている。

【０００３】しかしながら、上記のような方式において
は、装置が大規模になるという問題があった。また、計
測できる濃度範囲が限定されており、限定濃度範囲を超
えた被検溶液は希釈して供試する必要があり、工程が煩
雑になる問題もあった。さらに、被検溶液そのものの濁
りや光学窓の汚れに影響されて、正確な計測結果が得ら
れない場合があった。また、被検溶液中に浮遊している
各種粒子や泡等が、計測に使用されている光の光路中に
存在すると、これによって誤動作が引き起こされるとい
う問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決して、信頼性が高く、小型で維持管理が容易な溶
液濃度計測装置およびその装置設計を可能にする計測方
法を提供することを目的とする。また、本発明は、簡便
で高精度な尿検査を可能にする手段を提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決すべ
く、本発明は、被検溶液中の特定成分の濃度を計測する
方法であって、前記特定成分に起因する被検溶液の光学
特性を変化させる試薬を混入する前後の前記被検溶液の
透過光強度および／または散乱光強度を計測し、これら
の計測値にもとづいて、前記被検溶液中の特定成分の濃
度を求めることを特徴とする溶液濃度計測方法を提供す
る。

【０００６】この場合、前記透過光強度および散乱光強
度測定し、前記試薬混入前後の散乱光強度の計測値か
ら、低濃度域の前記被検溶液中の前記特定成分の濃度を
決定し、前記試薬混入前後の透過光強度の計測値から、
高濃度域の前記被検溶液中の前記特定成分の濃度を決定
するのが有効である。さらにこの場合、前記試薬混入前
後の透過光強度の計測値と前記試薬混入前後の散乱光強
度の計測値とを照合することにより、前記被検溶液中の
浮遊粒子による誤計測の有無を検知するのが有効であ
る。

【０００７】また、濃度が既知の基準溶液と前記被検溶
液とについて、前記試薬混入前後の透過光強度および散
乱光強度の少なくとも一方を同条件で計測し、前記基準
溶液の計測値により、前記被検溶液の計測値を補正して
前記被検溶液中の前記特定成分の濃度を求めるのが有効
である。前記基準溶液は、前記特定成分を含まない水で
あるのが有効である。

【０００８】さらに本発明は、上記溶液濃度計測方法に
よって前記被検溶液のタンパク質濃度を求め、前記試薬
混入以前に前記被検溶液の旋光度を計測することによっ
て前記被検溶液中の旋光性物質濃度を求め、ついで前記
タンパク質濃度および前記旋光性物質濃度から、前記タ
ンパク質以外の旋光性物質の濃度を求めることを特徴と
する溶液濃度計測方法をも提供する。

【０００９】また、本発明は、被検溶液に光を照射する
光源と、前記光が前記被検溶液を透過するように前記被
検溶液を保持するサンプルセルと、前記被検溶液を透過
した光を検知する光センサー１および／または前記被検
溶液中を前記光が伝搬する際に発生した散乱光を検知す
る光センサー２と、前記被検溶液に前記被検溶液中の特
定成分のみの光学特性を変化させる試薬を混入する混入
機と、前記混入機を制御し、前記光センサーの出力信号
を解析するコンピューターとを備え、前記試薬混入前後
の前記光センサー１および／または２の出力信号の計測
値から、前記被検溶液中の特定成分の濃度を求めること
を特徴とする溶液濃度計測装置も提供する。

【００１０】さらに本発明は、略平行光を投射する単色
光源と、前記略平行光のうち特定方向の偏光成分のみを
透過する偏光子と、前記偏光子を透過した光が透過する
ように被検溶液を保持するサンプルセルと、前記被検溶
液に磁場を印加する手段と、前記磁場を制御する磁場制
御手段と、前記磁場を制御する際に前記磁場を振動変調
する磁場変調手段と、前記被検溶液を透過した光のうち
特定方向の偏光成分のみを透過する検光子と、前記検光
子を透過した光を検知する光センサーと、前記光センサ
ーの出力信号を前記磁場変調手段の振動変調信号を参照
信号として位相敏感検波するロックインアンプと、前記
磁場制御手段の磁場制御信号と前記ロックインアンプの
出力信号にもとづいて前記被検溶液の旋光度を算出し、
これを旋光性物質の濃度に換算する手段と、前記被検溶
液に前記被検溶液中の特定成分のみの光学特性を変化さ
せる試薬を混入する混入機と、前記混入機を制御し、前
記光センサーの出力信号を解析するコンピューターとを
備え、前記試薬混入前後に計測した被検溶液の透過光強
度の計測値から、または前記光センサーの出力信号を前
記透過光の信号と見なして、前記光センサーの出力信号
の計測値から、前記被検溶液のタンパク質濃度を求め、
前記算出された旋光度と前記タンパク質濃度から、前記
被検溶液の前記タンパク質濃度と前記タンパク質以外の
旋光性物質の濃度を確定することを特徴とする溶液濃度
計測装置も提供する。

【００１１】

【発明の実施の形態】上述のように、本発明の溶液濃度
計測方法は、被検溶液中の特定成分の濃度を計測する方
法であって、前記特定成分に起因する被検溶液の光学特
性を変化させる試薬を混入する前後の前記被検溶液の透
過光強度および／または散乱光強度を計測し、これらの
計測値にもとづいて、前記被検溶液中の特定成分の濃度
を求めることを特徴とするものである。

【００１２】上記の試薬は、被検溶液中の濃度測定対象
とする特定成分のみと反応して、変色や濁りなどを生
じ、前記被検溶液にその特定成分の濃度に対応した度合
いの光学的変化を引き起こすものである。このような試
薬を被検溶液に混入させることで、被検溶液の光学特性
を変化させ、この特定成分の濃度を測定することができ
る。例えば、尿を被検溶液とした場合には、試薬を混入
してタンパク質成分を凝集させることで尿の光学特性を
変化させ、試薬混入前後の散乱光強度の差（試薬混入後
の散乱光強度−試薬混入前の散乱光強度）および／また
は試薬混入前後の透過光強度の比（試薬混入後の透過光
強度／試薬混入前の透過光強度）から、尿中のタンパク
質を求めることができる。

【００１３】さらに、本発明の溶液濃度計測装置は、前
記被検溶液に光を照射する光源と、前記光が前記被検溶
液を透過するように前記被検溶液を保持するサンプルセ
ルと、前記被検溶液を透過した光を検知する光センサー
１および／または前記被検溶液中を前記光が伝搬する際
に発生した散乱光を検知するように配置した光センサー
２と、前記被検溶液に前記被検溶液中の特定成分に起因
する被検溶液の光学特性を変化させる試薬を混入する混
入機と、前記混入機を制御し、前記光センサー１および
／または光センサー２の出力信号を解析するコンピュー
ターとを備え、前記試薬混入前後の前記光センサー１お
よび／または光センサー２の出力信号の計測値から、前
記被検溶液中の特定成分の濃度を求めることを特徴とす
るものである。

【００１４】上記の本発明による溶液濃度計測方法ある
いは装置により、前記試薬混入前後の透過光強度または
散乱光強度の少なくとも何れか一方を計測することによ
って、前記被検溶液中の特定成分の濃度を求めることが
できる。そして、透過光強度と散乱光強度の双方を計測
することにより、さらに下記の利点が付加される。ま
ず、前記試薬混入前後の散乱光強度の計測値から、低濃
度域の前記被検溶液中の前記特定成分の濃度を決定し、
前記試薬混入前後の透過光強度の計測値から、高濃度域
の前記被検溶液中の前記特定成分の濃度を決定すること
により、より広い濃度範囲の被検溶液について、高精度
に前記特定成分の濃度を求めることができる。なお、本
発明においていう「高濃度」および「低濃度」について
は、後述する。

【００１５】さらに、前記試薬混入前後の透過光強度の
計測値と前記試薬混入前後の散乱光強度の計測値とを照
合することにより、前記被検溶液中における泡、未溶解
の各種塩、ほこり、ゴミなどの浮遊粒子による誤計測の
有無を検知することができ、誤測定や装置の誤作動を防
止することができる。また、濃度が既知の基準溶液と前
記被検溶液とについて、前記試薬混入前後の透過光強度
および／または前記試薬混入前後の散乱光強度を同条件
で計測し、前記基準溶液の計測値により、前記被検溶液
の計測値を補正して前記被検溶液中の前記特定成分の濃
度を求めることにより、光学窓層などの透過率低下など
の影響が消去され、さらに高精度な計測が可能になる。
この場合、前記特定成分を含まない水を簡便な基準溶液
として用いることができる。

【００１６】さらに、本発明においては、前記試薬混入
以前に前記被検溶液の旋光度を計測するとともに、上記
本発明によるいずれかの溶液濃度計測方法によって、前
記被検溶液のタンパク質濃度を求め、前記タンパク質濃
度と前記旋光度とから、前記タンパク質濃度と前記タン
パク質以外の旋光性物質の濃度を確定することができ
る。この方法により被検溶液中のタンパク質とタンパク
質以外の旋光性物質との度を同時に測定するために、下
記の装置を用いることができる。

【００１７】即ち、略平行光を投射する単色光源と、前
記略平行光のうち特定方向の偏光成分のみを透過する偏
光子と、前記偏光子を透過した光が透過するように被検
溶液を保持するサンプルセルと、前記被検溶液に磁場を
印加する手段と、前記磁場を制御する磁場制御手段と、
前記磁場を制御する際に前記磁場を振動変調する磁場変
調手段と、前記被検溶液を透過した光のうち特定方向の
偏光成分のみを透過する検光子と、前記検光子を透過し
た光を検知する光センサーと、前記光センサーの出力信
号を前記磁場変調手段の振動変調信号を参照信号として
位相敏感検波するロックインアンプと、前記磁場制御手
段の磁場制御信号と前記ロックインアンプの出力信号に
もとづいて前記被検溶液の旋光度を算出し、これを旋光
性物質の濃度に換算する手段と、前記被検溶液に前記被
検溶液中の特定成分のみの光学特性を変化させる試薬を
混入する混入機と、前記混入機を制御し、前記光センサ
ーの出力信号を解析するコンピューターとを備えた装置
である。

【００１８】この装置により計測された前記試薬混入前
後の前記透過光強度の計測値から、前記被検溶液のタン
パク質濃度を求め、前記算出された旋光度と前記タンパ
ク質濃度から、前記タンパク質濃度と前記タンパク質以
外の前記被検溶液の旋光性物質の濃度を確定する。この
場合、前記光センサーの出力信号を前記透過光の信号見
なして、前記光センサーの出力信号の計測から、前記被
検溶液のタンパク質濃度を計測することができる。

【００１９】さらに、上記の装置に加えて、前記略平行
光を変調する手段を備えることにより、前記被検溶液に
試薬を混入し、前記光センサーの出力信号を計測する際
に、前記ロックインアンプの参照信号を前記略平行光の
変調信号として前記光センサーの出力信号を位相敏感検
波し、前記ロックインアンプの出力信号を前記透過光の
信号と見なして、前記試薬混入前後の前記ロックインア
ンプの出力信号の計測値から、前記被検溶液のタンパク
質濃度を求め、前記旋光度と前記タンパク質濃度から、
前記タンパク質濃度と前記タンパク質以外の前記被検溶
液の旋光性物質の濃度を確定することもできる。

【００２０】上記の本発明による溶液濃度計測方法ある
いは溶液濃度計測装置により、尿を始めとする髄液、血
清、血漿、唾液などの体液や、乳製品、酒、食酢などの
食品、培養液などの産業用液、および人工透析液やその
廃液などの被検溶液中に含まれる特定成分の濃度を求め
ることができる。これらの被検溶液中の濃度測定対象と
する特定物質としては、ホルモン、酵素などの各種タン
パク質、コレステロールなどの脂質、ウイルス、および
細菌などが挙げられる。また、これらの特定物質の濃度
を求める際に用いる試薬としては、トリクロロ酢酸、ス
ルホサリチル酸などの酸性溶液や抗体溶液などを用いる
ことができる。

【００２１】また、上記の本発明による溶液濃度計測方
法あるいは溶液濃度計測装置により、上記被検溶液の測
定可能な濃度範囲が拡大でき、被検溶液中のタンパク質
などの上記特定成分の正確な濃度を簡便に計測できる。
さらに、前記被検溶液の旋光度を計測した後、前記試薬
を混入してタンパク質濃度を計測することで、タンパク
質の濃度とグルコースなどのタンパク質以外の旋光性物
質を同時に決定することができる。これらのことから、
本発明による溶液濃度計測方法あるいは溶液濃度計測装
置は、尿を被検溶液として尿タンパク濃度や尿糖値を測
定して検査する場合に特に有用であり、検査の信頼性や
精度を向上させ、検査工程を大幅に簡略化することがで
きる。以下、本発明の実施の形態を具体的な例を挙げて
詳細に説明する。

【００２２】《実施の形態１》被検溶液に、被検溶液に
含まれる特定成分に起因して前記被検溶液の光学特性を
変化させる試薬を混入する前後の透過光強度および／ま
たは散乱光強度を計測し、それらの計測値から被検溶液
中の特定成分の濃度を求める例について、以下に詳細に
説明する。

【００２３】図１は溶液濃度測定装置の構成を模式的に
示す正面図で、図２は図１の光学系のみを模式的に示す
平面図である。図１および２において、１は半導体レー
ザモジュールからなる光源を示し、波長７８０ｎｍ、強
度３．０ｍＷ、ビーム直径２．０ｍｍの略平行光２を投
射する。サンプルセル３は、ガラス製で上部に開放され
た開口部を有し、底面が１０×１０ｍｍ、高さが５０ｍ
ｍの直方体状容器であり、側面は透明な光学窓である。
このサンプルセル３は、その内部に収容された被検溶液
１０に略平行光２を照射することができ、また、透過光
および散乱光９を外部に取り出すことができる。被検溶
液１０を透過した光を検知する光センサー４および被検
溶液中を光が伝搬する際に発生した散乱光９を検知する
光センサー５により、それぞれ透過光および散乱光が検
知される。試薬を注入する注入口６はサンプルセル３の
底部に位置している。ピペッタ７により、サンプルセル
３中の被検溶液に注入口６を通じて、試薬を所定容量注
入する。コンピューター８は、光源１およびピペッタ７
を制御し、光センサー４および５の出力信号を解析す
る。

【００２４】上記の溶液濃度測定装置を用いて、尿を被
検溶液として尿タンパク濃度を検査する場合の動作は次
の通りである。まず、被検溶液１０をサンプルセル３へ
導入する。コンピューター８が光源１を動作させ、同時
に光センサー４および５の出力信号のモニターを開始す
る。次に、コンピューター８がピペッタ７を制御して、
注入口６を通じてスルホサリチル酸試薬（硫酸ナトリウ
ムを２−ヒドロキシ−５−スルホ安息香酸水溶液に溶解
させた試薬）をサンプルセル３へ導入する。被検溶液に
スルホサリチル酸試薬が混入されると、タンパク質成分
が凝集して被検溶液１０が濁り、透過光強度が低下し、
散乱光強度が増加する。この試薬の混入の前後の光セン
サー４および５のそれぞれの出力信号の計測値を解析す
ることで、タンパク質濃度を求める。

【００２５】タンパク質濃度が２ｍｇ／ｄｌの被検溶液
１０を用い、上記の方法で測定した透過光強度および散
乱光強度、即ち、光センサー４および５の出力信号をそ
れぞれ図３および４に示す。同様に、タンパク質濃度が
１５ｍｇ／ｄｌの被検溶液を用いた時の各出力信号を図
５および６に示し、タンパク質濃度が１００ｍｇ／ｄｌ
の被検溶液を用いた時の各出力信号を図７および８に示
す。図３〜８において、横軸は試薬混入後の経過時間
（秒）を示し、混入前６０秒から混入後３００秒までの
透過光あるいは散乱光の強度変化を示している。図３、
５および７から、透過光の強度（光センサー４の出力信
号）は、タンパク質が高濃度になるほど低下しているこ
とがわかる。また、図４、６および８から散乱光の強度
（光センサー５の出力信号）は、タンパク質が高濃度に
なるほど増加していることがわかる。

【００２６】このような、散乱光強度の変化および透過
光強度の変化とタンパク質濃度との関関係をそれぞれ図
９および１０に示す。図９においては、試薬混入後３０
０秒経過時の散乱光強度と混入前の散乱光強度との差
（試薬混入後の散乱光強度−試薬混入前の散乱光強度）
を縦軸に示した。図１０においては、試薬混入前の透過
光強度と混入後３００秒経過時の透過光強度との比（試
薬混入後の透過光強度／試薬混入前の透過光強度）を縦
軸に示した。なお、図９および１０には前記の被検溶液
以外に、タンパク質濃度が０、５、３０、６０ｍｇ／ｄ
ｌの尿を被検溶液としてそれぞれ追加して計測した結果
を示した。これらの場合、計測した被検溶液はすべて、
試薬の混入前には光学的に水と同程度に透明であり、透
過光強度と散乱光強度は水と同じであった。従って、こ
れらから得られた図９および図１０の前記相関関係は、
それぞれ尿中のタンパク質濃度を計測する際の標準的な
検量線として使用できる。

【００２７】図９において、各実測値をスムーズに結ん
で実線で示し、散乱光強度の変化量（試薬混入前後の散
乱光強度の差）に対して直線的に変化しているタンパク
質濃度０〜１５ｍｇ／ｄｌの領域の実測値を結んだ直線
を延長させて点線で示した。この実線と点線から明らか
なように、タンパク質濃度が約１５ｍｇ／ｄｌまでは実
線と点線が重なり、散乱光強度の変化量はタンパク質濃
度に比例している。しかし、これより高濃度になるにつ
れて、次第に比例関係よりも低い実測値を示している。
これは、タンパク質濃度が高くなり、光が散乱される確
率が高くなると、散乱光が発生した地点からサンプルセ
ルの外まで伝搬する際に、再び散乱される確率も高くな
り、光センサー５に散乱光が到達する確率が低下するか
らである。従って、散乱光強度の変化から濃度を算出す
る場合には、直線性が確保できる低濃度域（約１５ｍｇ
／ｄｌ以下）において、より高精度な濃度を求めること
ができる。

【００２８】図１０において、横軸はタンパク質濃度
を、縦軸（対数表示）は試薬混入前後の透過光強度の比
を示す。各実測値をスムーズに結んで実線で示し、直線
的に変化しているタンパク質濃度１５〜１００ｍｇ／ｄ
ｌでの実測値を結んだ直線を延長させて点線で示した。
図１０で示したように、タンパク質濃度が２ｍｇ／ｄｌ
や５ｍｇ／ｄｌのような低濃度の場合には、この点線か
ら外れる場合がある。これは、図３と図５および７を比
較すると明らかなように、全出力信号に比べて変化割合
が小さすぎるため、各種ノイズの影響を受けやすいから
である。このことから、透過光強度の計測値からタンパ
ク質濃度を算出する場合において、各種ノイズの影響を
避けるためには、被検溶液が高濃度域（約１５ｍｇ／ｄ
ｌ以上）にあることがより望ましいことが分かる。

【００２９】以上のようにして、試薬混入前後の透過光
強度あるいは試薬混入前後の散乱光強度を計測すること
により、被検溶液の特定成分の濃度を求めることができ
る。さらに、上記双方の強度を計測することにより、低
濃度域の被検溶液については、散乱光強度の計測値から
溶液濃度を算出し、高濃度域の被検溶液については、透
過光強度の計測値から溶液濃度を算出することで、実質
的に高精度に測定できる被検溶液の濃度範囲、即ちダイ
ナミックレンジを拡大できる。これにより、従来必要で
あった高濃度被検溶液の希釈等の工程が不要になり、計
測および検査の高精度化、効率化、省力化に有効な実用
的効果を高めることができる。尚、本実施の形態では、
試薬混入直前と３００秒経過時点の透過光強度および散
乱光強度の計測値から溶液濃度を求めたが、この時間差
は計測装置、被検溶液や試薬などの特性に応じて適宜に
設定すればよい。

【００３０】本実施の形態においては、低濃度域を約１
５ｍｇ／ｄｌ以下、高濃度域を約１５ｍｇ／ｄｌ以上と
し、低濃度域では散乱光強度を計測し、高濃度域では透
過光強度を計測すると高精度な結果が得られる。しか
し、本実施の形態における低濃度および高濃度の範囲
は、サンプルセル３の光路長、散乱光９の被検溶液中に
おける伝搬距離、および光学系の配置などの種々のファ
クタによって異なるため、上記数値範囲に限定されるも
のではない。したがって、本発明においていう「低濃
度」とは、被検溶液の特定成分濃度と散乱光強度の変化
との関係を示すグラフにおいて（図９）、直線性を有す
る部分に対応する濃度範囲をいい、「高濃度」とは、被
検溶液の特定成分濃度と透過光強度の比との関係を示す
グラフにおいて（図１０）、直線性を有する部分に対応
する濃度範囲をいう。これらは、当業者であれば、本発
明に係る方法を実施する前にあらかじめ決定しておくこ
とができる。

【００３１】実際に透過光の光路長を上述した１０ｍｍ
よりも長くすれば、１５ｍｇ／ｄｌ以下の濃度において
も、透過光強度を高精度で計測することができる。ただ
し、このように光路長を長くすると、高濃度域において
は光センサー４の出力信号が小さくなりすぎ（約１０^-4
Ｖ）、濃度を求めることが困難になる。さらに、光路長
を長くすると、装置全体の規模も必然的に拡大すること
になり、実用上あまり好ましくはない。以上のように、
本発明によれば、装置の構成および規模が一定の制約を
受ける場合において、散乱光および透過光の双方を利用
することにより、高濃度域および低濃度域のすべてにお
いて精度良く濃度を計測することができ、ダイナミック
レンジを拡大することができる。

【００３２】《実施の形態２》次に、図１および２の計
測装置を用いて、各種塩などが析出して混濁した尿を被
検溶液として特定成分の濃度を求める例について詳細に
説明する。まず、被検溶液１０としてタンパク質濃度１
５ｍｇ／ｄｌの混濁した尿をサンプルセル３へ導入し、
実施の形態１の場合と同様にして、試薬混入前後の光セ
ンサー４および／または光センサー５の出力信号の変化
を観測する。この試薬混入前後の光センサー５および４
の出力信号の経時変化をそれぞれ図１１および１２に示
す。これらの図は、図３〜８と同様に試薬混入前６０秒
から混入後３００秒までの出力信号の変化を示してい
る。

【００３３】図１１から明らかなように、試薬の混入
前、即ち−６０〜０秒における光センサー５の出力信号
（散乱光強度）は０．０５Ｖ程度である。実施の形態１
に用いたような混濁が無い被検溶液の場合は、混入前の
光センサー５の出力信号は０．０Ｖであることから、こ
の出力信号の差が本実施の形態の被検溶液元来の混濁程
度を示しているといえる。この値は図９を検量線とし
て、タンパク質濃度に換算すると４〜５ｍｇ／ｄｌに相
当する。一方、試薬を混入後３００秒経過した時点の光
センサー５の出力信号は、０．２２Ｖで、０秒時点の出
力信号との差は０．１７Ｖとなる。図９を検量線とし
て、この出力信号の差（０．１７Ｖ）をタンパク質濃度
に換算すると１５ｍｇ／ｄｌとなり、この濃度が予め計
測された既知濃度に一致する。このことから、混濁が無
い被検溶液から求めた図９の検量線を用いて、試薬混入
前後の光センサー５の出力信号の差から混濁被検溶液の
タンパク質濃度を正確に求められることが確認できた。
以上のように、試薬の混入前後の散乱光強度の差より、
溶液濃度を算出することで、混濁等の影響が消去された
正確な溶液濃度を求めることが可能になる。

【００３４】また、図１２において、試薬の混入前、即
ち−６０〜０秒において、光センサー４の出力信号（透
過光強度）は０．５５Ｖである。一方、実施の形態１に
用いたような混濁が無い透明な被検溶液の場合は、混入
前の光センサー４の出力信号は０．６Ｖであることか
ら、この相違は被検溶液の混濁によるものといえる。図
１２から、試薬混入前での光センサー４の出力信号が
０．５５Ｖ、混入後３００秒経過した時点での出力信号
が０．４２Ｖであり、その比は０．７６となる。図１０
を検量線として、この出力信号の比（０．７６）をタン
パク質濃度に換算すると１５ｍｇ／ｄｌとなり、この濃
度は予め計測された既知濃度に一致する。このことか
ら、図１０を検量線として用いて、試薬混入前後の光セ
ンサー４の出力信号の比を求め、混濁が無い被検溶液か
ら求めた図１０を検量線として、タンパク質濃度に換算
することで、混濁した被検溶液の正確なタンパク質濃度
が求められることが確認できた。

【００３５】また、透過光強度の変化からタンパク質濃
度を求める場合においては、上記の試薬のほかに、ビュ
ーレット試薬（酒石酸カリウムナトリウムと硫酸銅を水
酸化ナトリウム溶液に溶解させた試薬）を用いることも
可能である。ただし、この場合には、波長が５４０ｎｍ
程度の光源を使用するのが好ましい。これを用いて、混
濁した被検溶液を計測する場合でも、本実施の形態のよ
うに、混濁等の影響を受けず、正確に濃度を求めること
が可能になる。

【００３６】《実施の形態３》次に、図１および２に示
した計測装置を用い、実施の形態１と同様の方法によ
り、光センサー４および光センサー５の双方の出力信号
を計測して両者を照合することにより、浮遊粒子、泡等
による計測妨害の有無を検知する例を説明する。被検溶
液中に、浮遊粒子や泡が存在し、これらが略平行光２の
光路に侵入すると、これらに略平行光２が強く散乱され
て透過光強度および／または散乱光強度の正確な計測が
妨害される。この場合、透過光強度は大きく減少し、一
方、散乱光強度は光センサー５の視野角、および浮遊粒
子や泡が光路中に存在する位置などによって、大きく減
少する場合と増加する場合がある。

【００３７】これら浮遊粒子や泡による妨害が無い場合
は、図９および１０で示したように、散乱光強度の計測
値と透過光強度の計測値には、一定の関係が存在する。
例えば、被検溶液のタンパク質濃度が、１５ｍｇ／ｄｌ
の時、試薬混入前後の散乱光強度の差は０．１７Ｖで、
試薬混入前後の透過光強度の比は０．７６である。とこ
ろが、上記のような妨害が存在すると、このような関係
から外れた値が計測されることになる。従って、試薬混
入前後の光センサー４の計測値から図９の検量線にもと
づいて求めたタンパク質濃度と、光センサー５の出力信
号の計測値から図１０の検量線にもとづいて求めたタン
パク質濃度との、双方の濃度値が一致するか否かを照合
することで、前記の妨害の有無を検知することができ
る。

【００３８】以上のように本実施の形態によれば、試薬
混入前後の透過光強度および試薬混入前後の散乱光強度
の双方を測定し、これらを照合することで、泡、未溶解
の各種塩、ほこり、ゴミなどの浮遊粒子による妨害を検
知して誤計測を防止できる。これにより、計測の信頼性
を向上させることができ、その実用的効果は極めて大き
く、計測および検査の高信頼化および省力化が可能にな
る。

【００３９】《実施の形態４》次に、図１および２に示
した計測装置におけるサンプルセルの汚損などによる光
学窓の透過率の低下が生じた場合に、被検溶液と基準溶
液についての双方の、光センサー４および／または光セ
ンサー５の出力信号を同条件で計測し、基準溶液の計測
値により被検溶液の計測値を補正して、被検溶液中の特
定成分の濃度を求める例について説明する。サンプルセ
ル３を長期間使用したような場合には、各種の残留物質
が付着して、各光学窓の透過率が低下する。この場合、
透過光強度の絶対値が低下するため、試薬混入前後の透
過光強度の比の精度が低下し、試薬混入前後の散乱光強
度の差は減少することになる。従って、これらの場合に
は、精度良く溶液濃度を求めることができない。

【００４０】このような長期間使用による光学窓の透過
率低下の影響を、タンパク質濃度が既知の被検溶液（基
準溶液）についての計測をすることで補正することがで
きる。例えば、予め、タンパク質濃度が１５ｍｇ／ｄｌ
の基準溶液について計測する。この際、スルホサリチル
酸試薬の混入前と混入後３００秒経過後の散乱光強度の
差が、０．１５Ｖの場合は、次のように実施の形態１で
得られた図９の検量線を補正する。即ち、図９では、タ
ンパク質濃度が１５ｍｇ／ｄｌの時の上記散乱光強度の
差は０．１７Ｖであるため、図９の検量線より得られる
濃度を０．１７/０．１５倍して補正した新たな検量線
を用いて溶液濃度を求める。上記のように、基準溶液の
試薬混入前後の散乱光強度の変化を計測し、既知の検量
線と照合することで、光学窓の透過率の低下の影響を補
正した新たな検量線を求めることができる。これを用い
ることにより、光学窓の透過率が低下した場合でも、正
確な濃度測定が可能となる。

【００４１】《実施の形態５》実施の形態４で述べた光
学窓の透過率の低下の影響を補正するための基準溶液と
して、特定成分を含有しない水を用いた例について説明
する。被検溶液が特定成分を含有しない水の場合は、試
薬混入によって反応して水の光学特性を変化させる特定
成分の濃度がゼロなので、実施の形態４で示したような
散乱光強度の差は発生しない。そのため、補正に要する
数値を算出することができない。そこで、サンプルセル
３に水を入れた状態の透過光強度を計測する。例えば、
この時の透過光強度が０．５Ｖの場合は、次のように補
正する。図３、５および７より、試薬を混入前の透明な
状態では透過光強度は０．６Ｖであるので、図９の検量
線より得られた濃度を０．６/０．５倍する補正を行う
ことにより正確な濃度を求めることができる。

【００４２】上記のように、基準溶液として水を用いて
透過光強度を計測することで、光学窓の透過率低下の影
響を補正することができる。また、残留物質の付着具合
が同等な場合には、透過光が出射する光学窓と、散乱光
が出射する光学窓との透過率の低下が同じであるため、
水に対する上記の透過光強度の低下から、散乱光強度の
変化量を補正することもできる。以上のように本実施の
形態によれば、基準溶液として水を使用することができ
るため、簡単に光学窓の透過率の低下を補正することが
できる。特に、タンパク質水溶液を管理保管することが
難しい家庭などにおいては、簡便なので実用的効果は極
めて大きい。

【００４３】《実施の形態６》次に、試薬混入前に被検
溶液の旋光度を計測するとともに、試薬混入前後に被検
溶液の透過光強度を計測し、これらの計測値から、タン
パク質濃度とタンパク質以外の旋光性物質の濃度を確定
する方法の例について詳細に説明する。図１３は本実施
の形態の計測方法に基づく計測装置の模式図である。半
導体レーザモジュールの光源１から、波長６７０ｎｍ、
強度３．０ｍＷ、ビーム直径２．０ｍｍの略平行光２を
投射する。偏光子１１は、紙面に平行な偏光成分の光の
みを透過する。被検溶液を収容するサンプルセル１２
は、被検溶液に略平行光２の伝搬方向に磁場を印加でき
るようにソレノイドコイル１３を巻いた構造になってお
り、実質光路長は１０ｍｍである。これは、被検溶液の
光ファラデー効果を用いて、ソレノイドコイル１３に流
す電流を変調しながら制御することによって、略平行光
２の偏光方向を変調しながら制御するものである。この
ように、被検溶液自身のファラデー効果によって、旋光
度を計測する方式の基本原理は、特開平９−１４５６０
５号公報に記載されている。

【００４４】試薬は注入口１４からサンプルセル１２に
混入され、空気は通気口１５から出入りする。検光子１
６は、紙面に垂直な偏光成分の光のみを透過するように
配置されている。検光子１６を透過した略平行光２を光
センサー１７で検出する。コイルドライバー１８によ
り、ソレノイドコイル１３に流す電流を制御し、信号発
生器１９により、ソレノイドコイル１３に流す電流を変
調する変調信号をコイルドライバー１８に供給する。ロ
ックインアンプ２０により、ソレノイドコイル１３の変
調信号を参照信号として光センサー１７の出力信号を位
相敏感検波する。被検溶液の旋光度を計測する際は、コ
ンピューター２１により、ロックインアンプ２０の出力
信号がゼロになるように、コイルドライバー１８に制御
電流信号を供給する。

【００４５】本実施の形態の場合は、ソレノイドコイル
１３に、振幅０．００１アンペア、周波数１．３ｋＨｚ
の変調電流を流している。これらによって、ロックイン
アンプ２０の出力信号がゼロになる制御電流信号を見い
だし、旋光度を算出する。ここでは、被検溶液中の旋光
性物質であるタンパク質やグルコースによって生じた旋
光度と、磁場印加による被検溶液の溶媒水のファラデー
効果による偏光方向の回転角が一致する磁場を与える制
御電流信号によって前記旋光度を求める方法を採った。
そして、ピペッタ２２は、チューブ２３を通じて、注入
口１４より、サンプルセル１２中の被検溶液に試薬を所
定量注入する。コンピューター２１は、光源１およびピ
ペッタ２２を制御し、光センサー１７の出力信号を解析
する。

【００４６】上記の装置を用いて、尿を被検溶液として
グルコース濃度（尿糖値）と、尿タンパク濃度を検査す
る場合の動作は次の通りである。まず、被検溶液をサン
プルセル１２へ導入する。コンピューター２１で光源１
とコイルドライバー１８を動作させ、被検溶液の旋光度
を計測する。次に、コンピューター２１でコイルドライ
バー１８の動作を停止させ、同時に光センサー１７の出
力信号のモニターを開始する。次に、コンピューター２
１でピペッタ２２を制御して、注入口１４よりスルホサ
リチル酸試薬をサンプルセル１２中の被検溶液へ混入す
る。この混入の前後の光センサー１７の出力信号の変化
を、透過光強度の変化と見なして、解析された試薬混入
前後の透過光強度の比から、実施の形態１と同様な方法
により、図１０に相当する検量線を作製しておく。

【００４７】上記の計測の例として、尿糖値が１００ｍ
ｇ／ｄｌ、尿タンパク濃度が１５ｍｇ／ｄｌの尿を被検
溶液として用いた場合の旋光度の計測値は、０．００３
４°であった。この波長（６７０ｎｍ）におけるグルコ
ースの比旋光度は４０°ｄｅｇ／ｃｍ・ｄｌ／ｋｇであ
るので、計測された旋光度がすべてグルコースにより発
現されていると仮定すると、グルコース濃度即ち尿糖値
は８５ｍｇ／ｄｌと計算される。一方、透過光強度の比
から求めたタンパク質濃度は１５ｍｇ／ｄｌであったの
で、タンパク質の比旋光度が−４０°ｄｅｇ／ｃｍ・ｄ
ｌ／ｋｇであることから、タンパク質により発現された
旋光度は−０．０００６°と算出される。従って、グル
コースにより発現された真の旋光度は前記の０．００３
４°から−０．０００６°を差し引いた０．００４０°
となり、この旋光度に対応するグルコース濃度は１００
ｍｇ／ｄｌと算出される。

【００４８】これらのことから、本実施の形態により、
試薬混入前の被検溶液の旋光度と試薬混入前後の透過光
強度の比を計測することにより、尿糖値と尿タンパク濃
度を同時に正確に確定できることが確認できた。尚、前
記タンパク質濃度（１５ｍｇ／ｄｌ）の計測は、光セン
サー１７の出力信号を透過光強度の信号と見なして、そ
の試薬混入前後の値を計測し、予め作製しておいた前記
検量線と照合することにより行った。以上のように本実
施の形態によれば、タンパク質濃度と、タンパク質以外
の旋光性物質としてグルコースの濃度を同時に測定する
ことができるので、尿を被検溶液とした場合に、特にそ
の実用性が高い。その理由を以下に述べる。

【００４９】尿タンパク濃度が正常な場合は、尿中の旋
光性物質としては、グルコースが支配的なので、尿の旋
光度を計測することでおよその尿糖値を検査できる。し
かし、尿タンパク濃度を旋光度計測以外の計測方式で求
めることにより、より正確な尿検査ができる。なぜな
ら、グルコースとともに、タンパク質も旋光性物質であ
るため、グルコースより発現された旋光度と、タンパク
質により発現された旋光度を加算した旋光度が尿の旋光
度として計測されるからである。そこで、本実施の形態
のように、旋光度の計測とともに、上記のように試薬混
入前後の光学的物性変化からタンパク質濃度を求め、こ
の濃度により、旋光度の計測結果を補正することによ
り、尿糖値と尿タンパク濃度を正確に確定することがで
きる。ちなみに、旋光度の計測前に試薬を混入すると、
タンパク質成分が凝集あるいは着色するので、被検溶液
中を光が透過しないことや、タンパク質が変性して旋光
度を変化させることがあり、尿糖値と尿タンパク濃度を
正確に測定できない。

【００５０】《実施の形態７》次に、被検溶液のタンパ
ク質濃度とタンパク質以外の旋光性物質の濃度とを同時
に計測する他の例について詳細に説明する。図１４は本
実施の形態による計測装置の模式図であり、図１３の装
置に光変調器２４を付加したもので、光変調器２４以外
の符号は図１３と同じである。光変調器２４は、コンピ
ューター２１から指令があると、信号発生器１９の変調
周波数で、略平行光２を強度変調する。旋光度を計測し
ている時は、コンピューター２１の指令に基づき、変調
は行わず、略平行光２をすべて透過している状態に固定
しておく。

【００５１】本実施の形態では、旋光度は実施の形態６
と同様に計測する。タンパク質濃度を計測する際は、ソ
レノイドコイル１３には電流を流さず、コンピューター
２１の指令により、光変調器２４により、略平行光２を
強度変調する。この時も、ロックインアンプ２０は、信
号発生器１９の出力信号を参照信号として、光センサー
１７の出力信号を位相敏感検波している。このロックイ
ンアンプ２０の出力信号は、実質的に被検溶液の透過率
を反映しているため、ロックインアンプ２０の出力信号
を透過光強度と見なせる。従って、コンピューター２１
がピペッタ２２を制御して、注入口１４よりスルホサリ
チル酸試薬をサンプルセル１２へ混入して、この混入の
前後のロックインアンプ２０の出力信号の変化を解析す
ることで、タンパク質濃度を正確に計測できる。計測さ
れたタンパク質濃度と旋光度から、実施の形態６と同様
にして、タンパク質以外の旋光性物質の濃度を確定する
ことができる。

【００５２】尚、本実施の形態と実施の形態６ではいず
れも、偏光子１１と検光子１６がクロスニコル配置にあ
るため、光センサー１７に到達する光の強度は非常に小
さい。従って、本実施の形態のように、略平行光２を強
度変調し、光センサー１７の出力信号を位相敏感検波し
て帯域を制限することで、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を向
上させる効果が非常に大きくなり、タンパク質濃度の測
定精度が向上する。以上のように本実施の形態により、
略平行光２を変調することで、タンパク質濃度を高精度
で計測できる。本実施の形態は、被検溶液が尿の時に、
特にその実用性が高い。また、上記本発明の実施の各形
態においては、試薬を混入する場合、試薬を直接被検溶
液にピペッタ等で注入する形態を示したが、被検溶液に
試薬を滴下する形態でも同様の効果が得られる。

【００５３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、被検溶液
元来の混濁や着色の影響、光学窓等の透過率低下の影響
などを補正することができ、タンパク質などの特定成分
の正確な濃度を求めることができる。また、計測可能な
被検溶液の濃度範囲を拡大することができる。その結
果、被検溶液中の特定成分の濃度を高精度で求めること
ができ、しかも、高信頼性で実用性が高い省力化された
溶液濃度の測定、とりわけ尿中のタンパク質濃度の測定
が可能になる。また、被検溶液中のタンパク質とタンパ
ク質以外の旋光性物質の双方の濃度を求めることもで
き、特に被検溶液が尿の場合、尿タンパク濃度と尿糖値
を同時に正確に測定できるので、尿検査工程を大幅に簡
略化でき、その実用的効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による溶液濃度計測装置の第一の例の模
式的な正面図である。

【図２】上記溶液濃度計測装置の光学系の模式的な平面
図である。

【図３】上記溶液濃度計測装置により計測した第一例の
被検溶液の透過光強度を示す図である。

【図４】上記溶液濃度計測装置により計測した被検溶液
の散乱光強度を示す図である。

【図５】上記溶液濃度計測装置により計測した第二例の
被検溶液の透過光強度を示す図である。

【図６】上記溶液濃度計測装置により計測した被検溶液
の散乱光強度を示す図である。

【図７】上記溶液濃度計測装置により計測した第三例の
被検溶液の透過光強度を示す図である。

【図８】上記溶液濃度計測装置により計測した被検溶液
の散乱光強度を示す図である。

【図９】本発明により散乱光強度から尿タンパク濃度を
求める検量線の例を示す図である。

【図１０】本発明により透過光強度から尿タンパク濃度
を求める検量線の例を示す図である。

【図１１】前記溶液濃度計測装置により計測した懸濁被
検溶液の散乱光強度を示す図である。

【図１２】前記溶液濃度計測装置により計測した懸濁被
検溶液の透過光強度を示す図である。

【図１３】本発明による溶液濃度計測装置の第二の例の
模式的な正面図である。

【図１４】本発明による溶液濃度計測装置の第三の例の
模式的な正面図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 略平行光 ３、１２ サンプルセル ４、１７ 透過光を検知する光センサー（光センサー
１） ５ 散乱光を検知する光センサー（光センサー２） ６ 注入口 ７ ２２ ピペッタ ８、２１ コンピューター ９ 散乱光 １０ 被検溶液 １１ 偏光子 １３ ソレノイドコイル １４ 注入口 １５ 通気口 １６ 検光子 １８ コイルドライバー １９ 信号発生器 ２０ ロックインアンプ ２３ チューブ ２４ 光変調器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G045 AA16 CB03 DA36 FA13 FA14 FA26 FA29 GC10 GC11 JA01 JA07 2G054 AA02 AA07 AB02 AB07 BB10 BB20 CA23 CA25 CD01 CE01 EA04 EA05 EB05 FA06 FA31 FA50 FB02 FB07 GA06 GA07 JA01 JA08 JA09 JA20 2G059 AA01 BB13 CC16 CC20 EE01 EE02 EE05 FF04 FF12 GG01 GG04 GG06 HH01 HH06 JJ19 KK03 MM05 MM12 NN01

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検溶液中の特定成分の濃度を計測する
   方法であって、前記特定成分に起因する被検溶液の光学
   特性を変化させる試薬を混入する前後の前記被検溶液の
   透過光強度および／または散乱光強度を計測し、これら
   の計測値にもとづいて、前記被検溶液中の特定成分の濃
   度を求めることを特徴とする溶液濃度計測方法。
2. 【請求項２】 前記透過光強度および散乱光強度を測定
   し、前記試薬混入前後の散乱光強度の計測値から、低濃
   度域の前記被検溶液中の前記特定成分の濃度を決定し、
   前記試薬混入前後の透過光強度の計測値から、高濃度域
   の前記被検溶液中の前記特定成分の濃度を決定すること
   を特徴とする請求項１記載の溶液濃度計測方法。
3. 【請求項３】 前記透過光強度および散乱光強度を測定
   し、前記試薬混入前後の透過光強度の計測値と前記試薬
   混入前後の散乱光強度の計測値とを照合することによ
   り、前記被検溶液中の浮遊粒子による誤計測の有無を検
   知することを特徴とする請求項１または２記載の溶液濃
   度計測方法。
4. 【請求項４】 濃度が既知の基準溶液と前記被検溶液と
   について、前記試薬混入前後の透過光強度および散乱光
   強度の少なくとも一方を同条件で計測し、前記基準溶液
   の計測値により、前記被検溶液の計測値を補正して前記
   被検溶液中の前記特定成分の濃度を求めることを特徴と
   する請求項１〜３のいずれかに記載の溶液濃度計測方
   法。
5. 【請求項５】 前記基準溶液が、前記特定成分を含まな
   い水であることを特徴とする請求項４記載の溶液濃度計
   測方法。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の溶液濃
   度計測方法によって前記被検溶液のタンパク質濃度を求
   め、前記試薬混入以前に前記被検溶液の旋光度を計測す
   ることによって前記被検溶液中の旋光性物質濃度を求
   め、ついで前記タンパク質濃度および前記旋光性物質濃
   度から、前記タンパク質以外の旋光性物質の濃度を求め
   ることを特徴とする溶液濃度計測方法。
7. 【請求項７】 被検溶液に光を照射する光源と、前記光
   が前記被検溶液を透過するように前記被検溶液を保持す
   るサンプルセルと、前記被検溶液を透過した光を検知す
   る光センサー１および／または前記被検溶液中を前記光
   が伝搬する際に発生した散乱光を検知する光センサー２
   と、前記被検溶液に前記被検溶液中の特定成分のみの光
   学特性を変化させる試薬を混入する混入機と、前記混入
   機を制御し、前記光センサーの出力信号を解析するコン
   ピューターとを備え、前記試薬混入前後の前記光センサ
   ー１および／または２の出力信号の計測値から、前記被
   検溶液中の特定成分の濃度を求めることを特徴とする溶
   液濃度計測装置。
8. 【請求項８】 略平行光を投射する単色光源と、前記略
   平行光のうち特定方向の偏光成分のみを透過する偏光子
   と、前記偏光子を透過した光が透過するように被検溶液
   を保持するサンプルセルと、前記被検溶液に磁場を印加
   する手段と、前記磁場を制御する磁場制御手段と、前記
   磁場を制御する際に前記磁場を振動変調する磁場変調手
   段と、前記被検溶液を透過した光のうち特定方向の偏光
   成分のみを透過する検光子と、前記検光子を透過した光
   を検知する光センサーと、前記光センサーの出力信号を
   前記磁場変調手段の振動変調信号を参照信号として位相
   敏感検波するロックインアンプと、前記磁場制御手段の
   磁場制御信号と前記ロックインアンプの出力信号にもと
   づいて前記被検溶液の旋光度を算出し、これを旋光性物
   質の濃度に換算する手段と、前記被検溶液に前記被検溶
   液中の特定成分のみの光学特性を変化させる試薬を混入
   する混入機と、前記混入機を制御し、前記光センサーの
   出力信号を解析するコンピューターとを備え、前記試薬
   混入前後に計測した被検溶液の透過光強度の計測値か
   ら、または前記光センサーの出力信号を前記透過光の信
   号と見なして、前記光センサーの出力信号の計測値か
   ら、前記被検溶液のタンパク質濃度を求め、前記算出さ
   れた旋光度と前記タンパク質濃度から、前記被検溶液の
   前記タンパク質濃度と前記タンパク質以外の旋光性物質
   の濃度を確定することを特徴とする溶液濃度計測装置。