JP2008233005A - 尿素濃度測定方法及び尿素濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気分解により系中で次亜ハロゲン酸イオンを生じさせることができるため、刺激性を有する次亜ハロゲン酸塩を直接ハンドリングする必要がなく、コスト的にメリットがある尿素濃度測定方法を提供する。
【解決手段】試料溶液の尿素濃度を測定する尿素濃度測定方法であって、電気分解により系中で発生した次亜ハロゲン酸イオンと尿素とが反応することにより生じた化学発光を計測して尿素濃度を定量することを特徴とする尿素濃度測定方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料溶液中の尿素濃度を定量する尿素濃度測定方法、及びそれに用いられる尿素濃度測定装置に関する。

人工透析医療においては、ダイアライザと呼ばれる、内径１００μｍ程度の半透膜でできた管状の中空糸集合体を用いている。血中に存在する尿素等の溶質は、ダイアライザを通過する過程で透析液側に浸透することにより体外に除去される。従来、血中の尿素量は、採血することにより分析され、血中尿素窒素（Ｂｌｏｏｄ Ｕｒｅａ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ、以下「ＢＵＮ」と略記することがある。）値として評価されていた。

尿素を含む試料溶液中の尿素濃度を測定する方法として、尿素と反応して発色する試薬を用い、その試薬の標準色と比較することにより尿素濃度を測定する比色法、尿素に特異的に働く酵素であるウレアーゼをガラスビーズの周囲に固定化し、尿素の加水分解反応に伴う反応熱を測定することにより尿素濃度を測定する酵素サーミスタ法、尿素と反応して化学発光を生じる酸化剤、例えば、次亜ハロゲン酸塩を用い、その化学発光（Ｃｈｅｍｉｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、以下「ＣＬ」と略記することがある。）の強度から尿素濃度を測定する化学発光法等が知られている。

比色法では、尿素と反応して変色する試薬の調製に手間がかかり、測定誤差の原因の一つにもなるとともに、測定が終わるまでに時間がかかってしまう問題があった。また、経時的に濃度変化をモニタリングをするには不向きであった。

酵素サーミスタ法では、測定を繰り返すごとに酵素が劣化し、酵素の経時変化が大きく、長期間安定して測定することが困難であった。尿素濃度のモニタリングに用いることはできるが、複数回の測定に用いるには精度的に問題があった。

化学発光は、尿素と次亜ハロゲン酸イオンが反応する過程で生成される励起窒素が基底状態に戻る際に生じるとされている（非特許文献１）。化学発光法は、尿素濃度をリアルタイムで測定することが可能であるため、特に、人工透析医療において、透析治療の終了すべきタイミングを知る手段として用いることができる。例えば、非特許文献２では、ＢＵＮ値を知る目安として、透析廃液中の尿素濃度を測定することが記載されている。具体的には、透析廃液中の尿素と、次亜臭素酸ナトリウムとが反応することにより生じた化学発光を測定することで、尿素濃度の測定を行う方法について記載されている。しかしながら、次亜臭素酸ナトリウムのような酸化剤の安定性が良好ではなく、濃度が変化しやすいため改善が求められていた。

Xincheng Hu他，「Bull. Chem. Soc. Jpn.」，1996年，第69巻，第5号，p.1179-1185 岡林徹他，「臨牀透析」，2006年，第22巻，第8号，p.1199-1204

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、電気分解により系中で次亜ハロゲン酸イオンを生じさせることができるため、刺激性を有する次亜ハロゲン酸塩を直接ハンドリングする必要がなく、コスト的にメリットがある尿素濃度測定方法を提供することを目的とするものである。また、そのような測定方法の好適な用途を提供することを目的とするものである。

上記課題は、試料溶液の尿素濃度を測定する尿素濃度測定方法であって、電気分解により系中で発生した次亜ハロゲン酸イオンと尿素とが反応することにより生じた化学発光を計測して尿素濃度を定量することを特徴とする尿素濃度測定方法を提供することによって解決される。

このとき、作用電極及び対電極を配置した容器の中に、ハロゲンイオンを含む水溶液及び尿素を含む試料溶液を導入して、作用電極及び対電極の間に電流を流し、電気分解により系中で発生した次亜ハロゲン酸イオンと尿素とが反応することにより生じた化学発光を計測することが好適な実施態様である。また、作用電極及び対電極を配置した容器の中に、ハロゲンイオンを含む水溶液を導入して、作用電極及び対電極の間に電流を流し、その後に尿素が含まれる試料溶液を導入し、電気分解により系中で発生した次亜ハロゲン酸イオンと尿素とが反応することにより生じた化学発光を計測することが好適な実施態様である。また、作用電極及び対電極を配置した容器の中に、ハロゲンイオン及び尿素を含む試料溶液を導入して、作用電極及び対電極の間に電流を流し、電気分解により系中で発生した次亜ハロゲン酸イオンと尿素とが反応することにより生じた化学発光を計測することが好適な実施態様である。また、上記測定方法において、次亜ハロゲン酸イオンが、次亜臭素酸イオン又は次亜塩素酸イオンから選択される少なくとも１種であることが好適であり、試料溶液が透析廃液であることが好適であり、電気分解の際に攪拌することも好適である。

さらに上記課題は、作用電極及び対電極を配置した容器と、尿素を含む試料溶液を容器に導入する手段と、作用電極及び対電極の間に電流を流す手段と、電気分解により系中で発生した次亜ハロゲン酸イオンと尿素とが反応することにより生じる化学発光を計測する手段とを備えたことを特徴とする尿素濃度測定装置を提供することによっても解決される。

また、上記尿素濃度測定装置により透析廃液中の尿素濃度を測定することを特徴とする人工透析装置が本発明の好適な実施態様である。

本発明の尿素濃度測定方法は、電気分解により必要に応じて次亜ハロゲン酸イオンを生じさせることができるため、刺激性を有する次亜ハロゲン酸塩を直接ハンドリングする必要がなく、コスト的にメリットがある。また、リアルタイムで尿素濃度を測定することができるため、透析時間の終了を知ることのできる人工透析装置として好適に用いることができる。

以下、図面を参照しながら本発明をより具体的に説明する。図１は、本発明で用いられる尿素濃度測定装置１の一例を示した模式図であり、作用電極９及び対電極８を配置した容器７と、尿素を含む試料溶液を容器７に導入する手段と、作用電極９及び対電極８の間に電流を流す手段と、電気分解により系中で発生した次亜ハロゲン酸イオンと尿素とが反応することにより生じる化学発光を計測する手段とを備えたものである。

本発明の尿素濃度測定装置１には、尿素を含む試料溶液を容器７（以下、「反応セル」と呼ぶことがある。）に導入する手段が備えられており、図１に示されるように、尿素を含む試料溶液は、尿素を含む試料溶液導入口２からチュービングポンプ３を経由して導入されるようになっている。また、ハロゲンイオンを含む水溶液４を反応セル７に導入する場合には、本発明の尿素濃度測定装置１がハロゲンイオンを含む水溶液４を導入する手段を備えていることが好ましく、図１に示されるように、ハロゲンイオンを含む水溶液４は、バルブ６を経由して反応セル７に導入されるようになっている。

本発明の尿素濃度測定装置１における容器７には、作用電極９及び対電極８が配置されており、前記作用電極９及び対電極８の間に電流を流す手段が備えられている。このように、作用電極９及び対電極８の間に電流を流すことにより、ハロゲンイオンから次亜ハロゲン酸イオンを生じさせることができる。具体的には、ＮａＦ、ＫＦ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＮａＩ、ＫＩ等の塩が溶解し、Ｆ⁻、Ｃｌ⁻、Ｂｒ⁻、Ｉ⁻等のハロゲンイオンを含む水溶液４を反応セル７に導入して、作用電極９及び対電極８の間に電流を流すことによりＦＯ⁻、ＣｌＯ⁻、ＢｒＯ⁻、ＩＯ⁻等の次亜ハロゲン酸イオンを生じさせることができる。本発明で用いられる次亜ハロゲン酸イオンとしては特に限定されないが、次亜臭素酸イオン又は次亜塩素酸イオンから選択される少なくとも１種であることが好ましい。本発明の尿素濃度測定方法において、反応性の観点からはハロゲンイオンとし臭素イオンを用いることが好ましく、扱いやすさやコスト面からは塩素イオンを用いることが好ましい。本明細書の実施例では臭素イオンを用いた例のみを示しているが、塩素イオンを用いても電気分解によって次亜塩素酸イオンが発生し、化学発光による尿素の定量が可能であることを本発明者らは確認している。

本発明の尿素濃度測定方法において、電気分解する際にハロゲンイオンを含む水溶液４がアルカリ性ではない場合には、次亜ハロゲン酸イオンではなく、Ｃｌ_２やＢｒ_２等が生じやすいため、ＮａＯＨやＫＯＨ等を加えて水溶液をアルカリ性にすることが好ましい。

本発明で用いられる作用電極９としては、特に限定されず、白金、金、銀、パラジウム、銅等の金属、又はカーボン電極等が用いられるが、電極の耐久性と電解電位の安定性等の観点から白金電極が好適に用いられる。本発明で用いられる対電極８としては、特に限定されず、白金、金、銀、パラジウム、鉛等の金属、又はカーボン電極等が用いられるが、分極抵抗の減少と電極電位の安定性等の観点から銀電極が好適に用いられる。また、電極の電位を一定にコントロールするために、参照電極を用いてもよい。

本発明の尿素濃度測定方法においては、電気分解することにより系中で次亜ハロゲン酸イオンを生じさせることができるため、刺激性を有する次亜ハロゲン酸塩を直接ハンドリングする必要がなく、コスト的にメリットがある。

本発明の尿素濃度測定方法では、ハロゲンイオンを含む水溶液４及び尿素を含む試料溶液を反応セル７に導入してから電気分解してもよく、ハロゲンイオンを含む水溶液４を反応セル７に導入して電気分解してから、その後に尿素を含む水溶液を導入してもよく、ハロゲンイオン及び尿素を含む試料溶液のみを反応セル７に導入して電気分解してもよい。いずれの方法によっても次亜ハロゲン酸イオンを生じさせることができるが、ハロゲンイオンを含む水溶液４及び尿素を含む試料溶液を反応セル７に導入してから電気分解する場合には、含窒素成分の種類によっては、尿素以外の透析廃液成分の存在を確認することができる場合があり好ましい。本発明者らは、尿素以外の透析廃液成分による化学発光と尿素による化学発光のタイミングが異なることを確認している。次亜ハロゲン酸イオンと尿素との反応による化学発光の迅速な測定が可能である観点からは、ハロゲンイオンを含む水溶液４を反応セル７に導入して電気分解してから、その後に尿素を含む水溶液を導入する方法を用いることが好ましい。また、試料溶液がハロゲンイオンを含んでいる場合には、試料溶液のみを反応セル７に導入して電気分解することにより、次亜ハロゲン酸イオンを生じさせることができるため、操作が簡便であり好ましい。特に、後述のように、試料溶液として透析廃液を用いた場合には、透析廃液にはＣｌ⁻のようなハロゲンイオンが多く含まれているため、別途、ハロゲンイオンを含む水溶液４を導入する手段を設けなくてもよい利点があり好ましい。また、電気分解により生じた次亜ハロゲン酸イオンと尿素との反応を均一にさせる観点からは、反応セル７内の水溶液を攪拌する手段を備えていることが好ましい。

本発明の尿素濃度測定装置１には、発生した次亜ハロゲン酸イオンと尿素とから生じる化学発光を計測する手段が備えられている。このように、化学発光（ＣＬ強度）を測定することにより、間接的に試料溶液の尿素濃度を定量することができる。図１に示されるように、次亜ハロゲン酸イオンと尿素とが反応することにより反応セル７内で生じた化学発光は、光電子増倍管１３を通じてフォトンカウンティングされる。本発明の尿素濃度測定方法において、化学発光を測定する際の発光強度の揺らぎを減少してＳ／Ｎ比を向上させる観点からは、反応セル７内の水溶液を攪拌する手段を備えていることが好ましく、作用電極９近傍に攪拌手段を配置することがより好ましい。これにより尿素濃度の定量を精度良く行うことができる。定量後の反応セル７内の水溶液は、バルブ１５を通じて排出口１６から排出される。

本発明の尿素濃度測定装置１は種々の用途に用いることができるが、好適には透析廃液中の尿素濃度を測定することを特徴とする人工透析装置として用いることができる。特に、リアルタイムで尿素濃度を測定することができるため、透析治療の終了すべきタイミングを知ることのできる人工透析装置として好適に用いることができる。

以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明する。

実施例１
図１に示される尿素濃度測定装置１を用いて、反応セル７として、５ｍｌの円筒形の筒（塩化ビニル製）を用いた。作用電極９として、白金電極（直径１４ｍｍ）を反応セル７の底に設置した。また、対電極８として銀電極を反応セル７の内側の壁面に巻きつけるように配置した。臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）及び水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含む電解溶液（ＮａＢｒ濃度４７．３ｇ／ｄｌ、ＮａＯＨ濃度０．８ｇ／ｄｌ）２ｍｌを尿素を含む試料溶液導入口２からテフロン（登録商標）チューブ（内径２ｍｍ）を通して反応セル７に導入した。一方、濃度をそれぞれ調整した尿素水溶液（ＵＮ値：２、５、１０、２０、５０、１００ｍｇ／ｄｌ）０．１ｍｌを、チュービングポンプ３を使って一定流量で反応セル７に注入した。本実施例において、尿素水溶液の濃度は、尿素窒素（Ｕｒｅａ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ、「ＵＮ」と略記することがある。）値に換算したものである。長さ１５ｍｍの攪拌子１０（ＰＴＦ製）をＰｔ電極上で回転させながら、白金電極と銀電極の間に６００ｍＡで３０秒間一定電流を流すと、ＮａＢｒの電解により化学発光が生じた。生じたＣＬ強度を、光電子増倍管１３を用いてフォトンカウンティング法により計測した。得られたＣＬ応答波形図を図２に、尿素濃度とＣＬ強度との相関図を図５に示す。

実施例２
実施例１において、攪拌せずに６００ｍＡで３３０秒間、続いて４０秒間一定電流を流した以外は実施例１と同様にして化学発光の計測を行った。得られたＣＬ応答波形図を図３に示す。

実施例３
実施例１において、攪拌しながら電気分解した後に尿素を含む試料溶液を導入した以外は実施例１と同様にして化学発光の計測を行った。得られたＣＬ応答波形図を図４に、尿素濃度とＣＬ強度との相関図を図６に示す。

比較例１
次亜臭素酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの混合水溶液（次亜ハロゲン酸ナトリウム濃度１．０×１０^−３Ｍ、水酸化ナトリウム濃度０．２Ｍ）３０ｍｌ及び濃度をそれぞれ調整した尿素水溶液（ＵＮ値：０．２８、０．５６、１．４、２．８、５．６、１４、２８、５６、１４０ｍｇ／ｄｌ）７ｍｌを反応容器内で互いに回転流をつくるように２０秒間攪拌させ、その際に生じたＣＬ強度をフォトンカウンティング法により計測した。得られた尿素濃度とＣＬ強度との相関図を図７に示す。

図７に示される電気分解せずに次亜ハロゲン酸イオンと尿素とが反応した際の尿素濃度とＣＬ強度との相関図と、本発明の尿素濃度測定方法により得られた尿素濃度とＣＬ強度との相関図である図５及び図６との対比から分かるように、本発明の尿素濃度測定方法では、尿素濃度とＣＬ強度とがリニアに相関している。また、図２及び図４との対比から分かるように、攪拌しながら電気分解した後に尿素を含む試料溶液を導入した実施例３では、波形がシャープであり、応答時間が早いことが分かる。

本発明の尿素濃度測定装置の実施態様を示す説明図である。 尿素を含む試料溶液を導入後に攪拌しながら電気分解した際のＣＬ応答波形図である。 尿素を含む試料溶液を導入後に攪拌せずに電気分解した際のＣＬ応答波形図である。 攪拌しながら電気分解した後に尿素を含む試料溶液を導入した際のＣＬ応答波形図である。 尿素を含む試料溶液を導入後に攪拌しながら電気分解した際の尿素濃度とＣＬ強度との相関図である。図中の数値は電解電流の値を表す。 攪拌しながら電気分解した後に尿素を含む試料溶液を導入した際の尿素濃度とＣＬ強度との相関図である。 電気分解せずに次亜ハロゲン酸イオンと尿素とが反応した際の尿素濃度とＣＬ強度との相関図である。

符号の説明

１ 尿素濃度測定装置
２ 尿素を含む試料溶液導入口
３ チュービングポンプ
４ ハロゲンイオンを含む水溶液
５ 容器
６ バルブ
７ 容器（反応セル）
８ 対電極
９ 作用電極
１０ 攪拌子
１１ 磁気攪拌器
１２ 定電流電源
１３ 光電子増倍管
１４ ＰＣ
１５ バルブ
１６ 排出口

Claims (9)

1. 試料溶液の尿素濃度を測定する尿素濃度測定方法であって、電気分解により系中で発生した次亜ハロゲン酸イオンと尿素とが反応することにより生じた化学発光を計測して尿素濃度を定量することを特徴とする尿素濃度測定方法。
2. 作用電極及び対電極を配置した容器の中に、ハロゲンイオンを含む水溶液及び尿素を含む試料溶液を導入して、作用電極及び対電極の間に電流を流し、電気分解により系中で発生した次亜ハロゲン酸イオンと尿素とが反応することにより生じた化学発光を計測する請求項１記載の尿素濃度測定方法。
3. 作用電極及び対電極を配置した容器の中に、ハロゲンイオンを含む水溶液を導入して、作用電極及び対電極の間に電流を流し、その後に尿素が含まれる試料溶液を導入し、電気分解により系中で発生した次亜ハロゲン酸イオンと尿素とが反応することにより生じた化学発光を計測する請求項１記載の尿素濃度測定方法。
4. 作用電極及び対電極を配置した容器の中に、ハロゲンイオン及び尿素を含む試料溶液を導入して、作用電極及び対電極の間に電流を流し、電気分解により系中で発生した次亜ハロゲン酸イオンと尿素とが反応することにより生じた化学発光を計測する請求項１記載の尿素濃度測定方法。
5. 次亜ハロゲン酸イオンが、次亜臭素酸イオン又は次亜塩素酸イオンから選択される少なくとも１種である請求項１〜４のいずれか記載の尿素濃度測定方法。
6. 試料溶液が透析廃液である請求項１〜５のいずれか記載の尿素濃度測定方法。
7. 電気分解の際に攪拌する請求項１〜６のいずれか記載の尿素濃度測定方法。
8. 作用電極及び対電極を配置した容器と、尿素を含む試料溶液を容器に導入する手段と、作用電極及び対電極の間に電流を流す手段と、電気分解により系中で発生した次亜ハロゲン酸イオンと尿素とが反応することにより生じる化学発光を計測する手段とを備えたことを特徴とする尿素濃度測定装置。
9. 請求項８記載の尿素濃度測定装置により透析廃液中の尿素濃度を測定することを特徴とする人工透析装置。

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