JP2020052005A - 電解質測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置内の不具合の検出を高精度に検出することを可能にした電解質測定装置を提供する。【解決手段】電解質測定装置は、イオンを含むイオン溶液を供給されるイオン選択性電極と、参照電極と、前記イオン選択性電極と前記参照電極との間の電位差を測定する測定部と、前記参照電極に流れる電流を計測する電流計測部とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は電解質測定装置に関し、特に生体の分析に用いられる自動分析装置において、試料中の電解質成分を分析するための電解質測定装置に関する。

血液や尿などの検体に含まれるタンパク質を含む試料を分析する装置として、自動分析装置が知られている。電解質測定装置は、このような自動分析装置に搭載される。電解質測定装置は、例えば、試料中のナトリウム(Ｎａ)、カリウム(Ｋ)、塩素(Ｃｌ)などの電解質成分を分析するよう構成されている。

このような電解質測定装置の多くは、イオン選択電極法(ＩＳＥ法)と呼ばれる方式を利用している。ＩＳＥ法は、イオン選択性電極(ＩＳＥ)と参照電極との間の電位差を測定することで検体中の電解質濃度を測定する。イオン選択性電極はイオン成分に応答して電位差が生じるイオン感応膜を備える。

この電位は、検体中の電解質濃度に応じて変動する。参照電極は基準電位を維持するため、参照電極液と呼ばれる溶液に接触するよう構成されている。参照電極液としては、例えば高濃度のＫＣＬ溶液が用いられる。

また、イオン選択性電極や参照電極として、高スループット実現の為にフローセル型の装置を形成することもできる。このフローセル型の装置では、測定対象の試料を供給する流路を筐体の内部に備え、感応膜が流路に接して設けられる。

臨床検査の分野において、生体試料（血液、特に血清や血漿、尿など）に含まれる電解質の濃度を定量する方法としては、非希釈法と、希釈法とが知られている。非希釈法は、生体試料を希釈せずそのまま検体として測定する方法である。一方、希釈法は、所定量の生体試料を所定量の希釈液で希釈し、その希釈後の検体液（希釈済み生体試料）をＩＳＥ法等を用いて測定を行うものである。希釈法は、試料液の所要量が少なく、また測定液中の蛋白質や脂質などの共存物の濃度が低く、また共存物による汚れの影響が少ないため、ＩＳＥ法において高い安定度を実現可能である。

生体検査用の電解質測定装置においては、フローセル方式によるＩＳＥ法と、希釈法とを組み合わせた測定方式が現在主流となっている。試料の希釈には希釈槽と呼ばれる容器が用いられる。希釈槽に準備された希釈済み生体試料は、配管を通してフローセル型イオン選択性電極へ送られて測定される。内部標準液と希釈済み生体試料とを交互に希釈槽に分注し、イオン選択性電極に送出することにより、試料の測定が行われる。ＩＳＥ法では極めて高い測定精度が要求され、測定誤差を極力低減するために各種の技術開発が行われている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。しかし、特許文献１は、イオン選択性電極の特性評価を目的としており、フローセル流路に混入した気泡の検出や出力信号中のノイズの有無などの不具合の検出のための構成を提案するものではない。また、特許文献２は電流デバイス型のＩＳＦＥＴ型ｐＨセンサの出力計測を目的としており、気泡やノイズなどの不具合の検出のための構成を提案するものではない。このように、装置内の不具合の検出に関しては、公知技術では依然として十分な対策はなされていないのが現状である。

特開２０１４−２１９２４６号公報 特開平１１−２４８６７７号公報

本発明は、フローセル方式によるＩＳＥ法を適用した電解質測定装置において、各種不具合を高感度に検出し、利用者に対策を促すことができる電解質測定装置を提供するものである。

本発明による電解質測定装置は、イオンを含むイオン溶液を供給されるイオン選択性電極と、参照電極と、前記イオン選択性電極と前記参照電極との間の電位差を測定する測定部と、前記参照電極に流れる電流を計測する電流計測部とを備える。

本発明の電解質測定装置によれば、フローセル方式によるＩＳＥ法を適用した電解質測定装置において、各種不具合を高感度に検出し、利用者に対策を促すことができる電解質測定装置を提供することができる。

第１の実施の形態による電解質測定装置１０の概略構成を示す模式図である。 第１の実施の形態の計測制御装置１００の構成の詳細を、周囲の構成要素と共に示す模式図である。 第１の実施の形態の計測制御装置１００の構成例を更に詳細に説明する回路図である。 第１の実施の形態の電解質測定装置１０の動作を説明するフローチャートである。 第１の実施の形態の変形例を示す模式図である。 第２の実施の形態の計測制御装置１００の構成の詳細を、周囲の構成要素と共に示す模式図である。 第２の実施の形態の計測制御装置１００の構成例を更に詳細に説明する回路図である。 第３の実施の形態の計測制御装置１００の構成の詳細を、周囲の構成要素と共に示す模式図である。 第３の実施の形態の計測制御装置１００の構成例を更に詳細に説明する回路図である。 第４の実施の形態の計測制御装置１００の構成の詳細を、周囲の構成要素と共に示す模式図である。 第４の実施の形態の計測制御装置１００の構成例を更に詳細に説明する回路図である。 第５の実施の形態の計測制御装置１００の構成の詳細を、周囲の構成要素と共に示す模式図である。

以下、添付図面を参照して本実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味においても限定するものではない。

本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

［第１の実施の形態］
図１は第１の実施の形態による電解質測定装置１０の概略構成を示す模式図である。この電解質測定装置１０はフローセル型のイオン選択性電極を搭載した電解質測定装置であって、計測制御装置１００、希釈槽１１０、検体分注機構１２０、希釈液分注機構１３０、内部標準液分注機構１４０、送液機構１５０、参照電極液送液機構１６０、表示部１７０、Ｃｌイオン選択性電極２１０、Ｋイオン選択性電極２２０、Ｎａイオン選択性電極２３０、液絡部２５０、参照電極２６０、廃液ノズル３７０、廃液ノズルの駆動機構（図示省略）、廃液弁３８０、廃液機構３９０を備えている。

計測制御装置１００は、電解質測定装置１０における計測を司る測定部、及び計測の結果に基づく各種制御を司る制御部として機能する。また、計測制御装置１００は、表示部１７０における計測の結果等の表示を制御する表示制御部としても機能する。表示部１７０は、受信したデータに従った表示（測定結果、警告、その他）を行う。

希釈層１１０は、検体と希釈液を混合した希釈検体液、又は、内部標準液を供給される容器である。希釈層１１０は、希釈検体液と内部標準液とを交互に供給され、これにより希釈検体液の測定と内部標準液の測定とが交互に実行される。なお、本明細書において、希釈検体液、及び内部標準液を総称して「イオン溶液」と呼ぶことがある。

検体分注機構１２０は、検体容器１２１から検体を吸引し、希釈層１１０に吐出する機能を有する。希釈液分注機構１３０は、希釈層１１０に対し希釈液を、希釈液用タンク１３１から希釈液分注配管３３０を介して分注するための装置である。内部標準液分注機構１４０は、希釈層１１０に対し内部標準液を、内部標準液用タンク１４１から内部標準液分注配管３４０を介して分注する機能を有する。

送液機構１５０は、希釈層１１０から希釈検体液又は内部標準液をイオン選択性電極２１０〜２３０側に吸引するポンプ動作を実行するとともに、希釈検体液又は参照電極液を液絡部２５０等から吸引して送液配管３５０を介して廃液タンク１５１に廃棄する機能を有する。参照電極液送液機構１６０は、参照電極液用タンク１６１から参照電極液を吸引して参照電極液送液配管３６０を介して参照電極２６０に送り込むよう構成されている。

Ｃｌイオン選択性電極２１０、Ｋイオン選択性電極２２０、及びＮａイオン選択性電極２３０は、希釈検体液、又は内部標準液を希釈層１１０から供給される。一方、参照電極２６０は、参照電極液送液機構１６０から参照電極液を供給される。Ｃｌイオン選択性電極２１０、Ｋイオン選択性電極２２０、又はＮａイオン選択性電極２３０と参照電極２６０との間の位置には、フローセル方式において希釈検体液及び試薬の通路となる液絡部２５０が設けられている。廃液機構３９０は、希釈層１１０内の液体を廃棄する場合に、廃液弁３８０を開弁して、廃液ノズル３７０を介して廃液する機能を有する。

図２は、計測制御装置１００の構成の詳細を、周囲の構成要素と共に示す模式図である。図２に図示の例は、好適な構成例の一例であって、この構成に対する更なる追加や置換が可能であることはいうまでもない。図２の計測制御装置１００は、一例として、電流計測部５００、電圧アンプ６００、電圧印加部７００、及び計測制御部８００を備える。

電流計測部５００は、シールド電線４６０を介して参照電極２６０と接続され、参照電極２６０に流れる電流を計測するよう構成されている。この電流計測部５００による電流の計測結果は、後述するように希釈検体液又は内部標準液の流路における気泡の有無の検出に用いられる。

電圧アンプ６００は、電流計測部５００の出力信号を増幅するよう構成されている。また、電圧アンプ６００は、シールド電線４１０、４２０、４３０を介してＣｌイオン選択性電極２１０、Ｋイオン選択性電極２２０、及びＮａイオン選択性電極２３０と接続され、これら電極２１０〜２３０の電圧を増幅する機能を有する。

電圧印加部７００は、イオン選択性電極２１０〜２３０よりもフローセル流路の上流側にある接液部材（又は接液電極）、例えば吸引ノズル３００に対し電線４００を介して接続され、所定の電圧を吸引ノズル３００に印加する。この電圧は、通常の希釈検体液又は内部標準液のイオン濃度測定動作中は印加されず、電解質測定装置１０の不具合の有無の検出を行う場合に印加される。この第１の実施の形態では、不具合の有無の一例として、希釈検体液又は内部標準液の流路における気泡の有無を検出する。

希釈検体液又は内部標準液を希釈槽１１０からイオン選択性電極２１０〜２３０に送液する場合、又は参照電極液を参照電極液タンク１６１から参照電極液送液機構１６０により参照電極２６０に送液する場合、電位測定時において、測定に影響を及ぼす流路内に気泡が混入又は発生することがある。この気泡のサイズがフローセル流路の内径と比較して相対的に大きい場合、流路の電気的導通が阻害され、インピーダンスが上昇し、またノイズが混入しやすくなる。

ノイズが極めて大きい場合はイオン選択性電極２１０〜２３０の出力電位が大きく変動する。イオン選択性電極２１０〜２３０の出力電位の変動幅が基準値よりも大きい場合に、その出力電位により得られた測定結果はエラー（誤測定）として除外し、オペレータに再測定を促すことができる。しかしノイズが比較的小さい場合には、イオン選択性電極２１０〜２３０の出力電位の測定結果だけから、測定値の信頼性を評価することは必ずしも容易ではない。

そこで、この第１の実施の形態では、電圧印加部７００によりイオン選択性電極２１０〜２３０の上流側にある部材（例えば吸引ノズル３００）に所定の電圧を印加し、その際に参照電極２６０に流れる電流を電流計測部５００において計測する。この電流が閾値以上であるか否かにより、流路における気泡の有無が判断される。すなわち、この第１の実施の形態では、イオン選択性電極２１０〜２３０の出力電位の変動を検出して誤測定の有無を判定しつつも、電流計測部５００により参照電極２６０の電流を検出することで、流路における気泡の有無も判定する。すなわち、電流計測部５００は、計測された電流値を閾値と比較することにより機能の有無を判定する。その結果をイオン選択性電極２１０〜２３０の測定値の信頼性の指標とし、警告や再測定の要否の判断材料とすることができる。このため、第１の実施の形態によれば、装置内の不具合をより的確に検出し、より高精度な測定が可能になる。なお、上記の電圧印加部７００は、図２及び図３では一例としてイオン選択性電極２１０〜２３０の上流側にある吸引ノズル３００に電圧を印加する構成を採用しているが、これに代えて、イオン選択性電極２１０〜２３０に電圧を印加する構成を採用することも可能である。

計測制御部８００は、イオン選択性電極２１０〜２３０の電圧の増幅信号を電圧アンプ６００から入力され、この増幅信号に基づいてイオン選択性電極２１０〜２３０の電圧を計測する。また、計測制御部８００は、電流計測部５００からの出力信号に基づいて参照電極２６０を流れる電流値を計測するとともに、その計測値に従って電圧印加部７００等を制御する機能を有する。また、計測制御部８００は、電流計測部５００からの出力信号に基づいて参照電極２６０に流れる電流値を計測し、その計測値に従って、フローセル流路（吸引ノズル３００〜参照電極２６０、又はイオン選択性電極２１０乃至２３０〜参照電極）の流路抵抗を演算し、更には流路における気泡の有無を判定する。すなわち、計測制御部８００は、電流計測部５００で計測される電流値に基づき、希釈検体液の流路における気泡の有無を判定する判定部として機能する。

図３の回路図を参照して、第１の実施の形態による計測制御装置１００の構成例を更に詳細に説明する。図３は、電流計測部５００、電圧アンプ６００、及び電圧印加部７００の構成を、更に詳細に説明する回路図である。

電流計測部５００は、一例として、ＯＰアンプ５１０と、フィードバック抵抗５２０とを備え、ＯＰアンプ５１０に基づく型電流電圧変換回路として構成され得る。この例において、ＯＰアンプ５１０の反転入力端子（−）は、抵抗５２０の一端、及びシールド電線４６０に接続される。この反転入力端子が、電流計測部５００の入力端子とされ、参照電極２６０の出力端子に接続されている。

一方、ＯＰアンプ５１０の非反転入力端子（＋）は、基準電圧端子としての接地端子（ＧＮＤ）９００に接続される。ＯＰアンプ５１０の出力端子は、抵抗５２０の他端と接続されるとともに、電流計測部５００の出力端子とされている。一例として、ＯＰアンプ５１０としてはＡＤ５４９を、フィードバック抵抗５２０としては１ＧΩの抵抗器を採用することができるが、これに限定されるものではない。

この構成によれば、電流計測部５００はシールド電線４６０から入力端子に流入する電流を、−１０^９（Ｖ／Ａ）倍の変換係数（感度）で電圧に変換し、出力端子から出力することができる。電流計測部５００の出力信号は、計測制御部８００へ入力され、計測制御部８００が内部に備えるＡＤコンバータ（図示しない）に入力される。

電圧アンプ６００は、接地端子９００に接続されるとともに、ＯＰアンプにより構成されるインピーダンス変換回路６１０、６２０、６３０を備えている。インピーダンス変換回路６１０〜６３０の入力端子は、前述のシールド電線４１０、４２０、４３０に接続され、出力端子は不図示のマルチプレクサを介して計測制御部８００のＡＤコンバータ（図示しない）に入力される。

電圧印加部７００は、電源７１０とアナログスイッチ７２０とを備えている。電源７１０は、接地端子とアナログスイッチ７２０との間に接続され、アナログスイッチ７２０は、吸引ノズル３００と電源７１０との間に接続されて導通状態／非導通状態の間で切り替わり、電源７１０からの電源電圧の供給・遮断を切り換えるよう構成されている。スイッチ７２０のＯＮ／ＯＦＦは、計測制御部８００からの制御信号により切り換えられる。スイッチ７２０は、フローセル流路における流路抵抗の測定、並びに気泡の有無の検出動作を行う場合に導通状態（ＯＮ）とされ、通常通りに希釈検体溶液や内部標準液のイオン濃度測定や、第２の実施の形態以降で説明する自然電流の計測をする場合には、非導通状態（ＯＦＦ）とすることができる。

次に第１の実施の形態の電解質測定装置１０の動作を、図４のフローチャートに沿って説明する。なお、以下における各種液体の送液、廃液等の順序はあくまでも一例であり、同様の測定が可能な範囲において適宜変更することが可能である。
検体分注機構１２０により検体容器１２１から希釈槽１１０へ分注された検体は、希釈液用タンク１３１から希釈液分注機構１３０により供給される希釈液と混合され、希釈検体液となる。この希釈検体液は、送液機構１５０の動作により、吸引ノズル３００、吸引配管３１０、イオン選択性電極２１０、２２０、２３０、液絡部２５０、及び送液配管３５０を通して送液廃液される。また、参照電極液送液機構１６０と送液機構１５０との協調動作により、参照電極液が参照電極液送液配管３６０を通して参照電極２６０及び液絡部２５０へ送液される（ステップＳ１１）。

希釈検体液が参照電極液と液絡部２５０において接触すると液絡が形成される。液絡が形成されると、イオン選択性電極２１０〜２３０が、希釈検体液中の各イオン濃度に応じた出力電位を、参照電極２６０の電位を基準とした電位差として出力する。電位差が安定するまでに時間がかかるため、通常は一定の待ち時間の後に、計測制御装置１００はこの電位差を計測する（ステップＳ１３）。

計測制御装置１００は、希釈検体液を用いた測定においてイオン選択性電極２１０〜２３０と参照電極２６０との間の電位差を求め、この電位差の計測値から、ネルンストの式に基づいて希釈検体液中のイオン濃度を求める。この第１の実施の形態では、このイオン濃度の計測に先立ち、後述する方法により、流路の抵抗を測定することにより、装置の不具合の一例として、流路内の気泡の有無を検出する（ステップＳ１２）。

内部標準液を用いた測定も、希釈検体液と同様の手順により実行される。希釈検体液の測定の完了後、希釈層１１０の残余の希釈検体液を廃棄し、これに代えて内部標準液を希釈層１１０に注入し、内部標準液を用いた測定を開始する。内部標準液は、イオン選択性電極２１０〜２３０の流路へ送液される。参照電極液も、同様に参照電極２６０に向けて送液される。そして、内部標準液を与えられたイオン選択性電極２１０〜２３０の電位と参照電極２６０との間の電位差が、同様の手順により計測される（ステップＳ１６）。内部標準液を用いた計測においても、その計測に先立ち、同様の気泡検出動作が実行される（ステップＳ１５）。このような希釈検体液の計測と、内部標準液の計測とが交互に実行される。希釈検体液の測定値は、内部標準液の測定値に基づいて補正される（ステップＳ１７）。

希釈検体液又は内部標準液の測定に先立ち実行される気泡検出動作において気泡が検出された場合は（ステップＳ１８のＹｅｓ）、表示部１７０にイオン濃度の測定結果を表示するとともに、気泡が検出された旨を示す警告情報を表示し（ステップＳ１９）、これによりオペレータに各種対策（再測定、メンテナンス、部品交換、修理、その他）の検討を促す。気泡が検出されなかった場合には（ステップＳ１８のＮｏ）、通常通りに測定値のみが表示部１７０に表示される（ステップＳ２０）。測定値としては、ステップＳ１７における補正後の測定値が表示される。なお、流路抵抗の測定結果が測定レンジを超えるなど、明らかな異常が発生したと判断される場合は、計測制御装置１００が（オペレータの入力によらず）自動的に再測定を行うこともできる。

次に、第１の実施の形態による流路抵抗測定と、それに基づく気泡検出の動作を説明する。前述したように、この第１の実施の形態においては、希釈検体液及び参照電極液を液絡部２５０に送出して液絡を形成した後、且つ、イオン選択性電極２１０〜２３０による電位差計測の前に、以下の流路抵抗の測定と、気泡検出を行う。具体的には、計測制御部８００からの制御信号に従い、電圧印加部７００のアナログスイッチ７２０をＯＮにする。すると、電源７１０から接地端子９００を基準とした電圧（例えば０．１Ｖ）が電線４００を介して吸引ノズル３００に印加される。

吸引ノズル３００から、吸引配管３１０、イオン選択性電極２１０、２２０、２３０、液絡部２５０、及び参照電極２６０までの流路が完全に希釈検体液又は内部標準液で満たされていて、気泡が流路中に存在しない場合、電流計測部５００の出力電圧は、一例として約５Ｖ前後となる。一方、約１ｕＬの体積の気泡が当該流路のいずれかの位置に混入した場合、電流計測部５００の出力は、通常よりも非常に低い値（例えば５ｍＶ程度か、それ以下）となる。

電流計測部５００の感度（１０^９Ｖ／Ａ）から換算すると、この電流計測部５００に流れる電流値は、気泡が無い場合とある場合について、それぞれ約５ｎＡ、約５ｐＡ以下である。電圧印加部７００が印加した電圧（例えば０．１Ｖ）から、吸引ノズル３００と参照電極２６０の間の流路抵抗は、気泡が無い場合とある場合について、それぞれ約２０ＭΩ、約２０ＧΩ以上と算定される。

このように、電圧印加部７００からの印加電圧を、電流計測部５００での測定電流値で除算することにより求められる流路抵抗は、気泡が無い場合と有る場合とで、約３桁以上も異なる。換言すれば、この３桁以上異なる抵抗値の間に適切な閾値Ｒｔｈを設定することにより、気泡の有無を判別することができる。標準的な閾値Ｒｔｈとしては、両者の対数スケールにおける平均値、即ち約６３０ＭΩを採用可能である。

流路抵抗が約２０ＭΩの場合は、流路抵抗が閾値Ｒｔｈ未満であり、気泡は無いと判断され得る。逆に流路抵抗が２０ＧΩの場合は、流路抵抗が閾値Ｒｔｈ以上であるため、気泡が存在すると判断され得る。或いは、この３桁の間に複数の閾値を設定することにより、高感度に、又は高い信頼性を持って気泡の有無を判定することができる。感度を優先する場合は閾値を低めの値Ｒｔｈｌ（例えば２００ＭΩ）に設定し、流路抵抗が、この低めの閾値Ｒｔｈｌを僅かに超えると判定された場合、流路に比較的小さい気泡があると判定することができる。信頼性を優先する場合は高めの閾値Ｒｔｈｈ（例えば２ＧΩ）を設定することができる。高めの閾値Ｒｔｈｈを設定することにより、ノイズなどの外乱によって陽性でないのに陽性と判断されてしまうリスク（誤陽性）を効果的に排除することができる。

なお、上記の例においては、流路抵抗の測定結果に基づく気泡検出動作は、希釈検体液の測定時、及び内部標準液の測定時の両方において実行するとして説明を行ったが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、希釈検体液の測定時、又は内部標準液の測定時のいずれか一方においてのみ気泡検出動作を実行するようにしてもよい。

以上説明したように、第１の実施の形態の電解質測定装置１０によれば、参照電極２６０を流れる電流に基づいてフローセルの流路の流路抵抗が計算され、その計算結果によって流路における気泡の有無が判定される。気泡が検出された場合には、その旨がオペレータに報知され得る。オペレータは、これにより気泡の発生に対する各種対策を取ることができるので、結果として、希釈検体液のイオン濃度の計測を高精度に実行することが可能になる。

なお、従来の電解質測定装置は、図３における電流計測部５００と電圧印加部７００が無く、シールド電線４６０は接地端子９００に接続される。一方、この第１の実施の形態は、電流計測部５００を備え、ＯＰアンプ５１０の非反転入力端子（＋）は接地端子９００に接続されている。ＯＰアンプ５１０の仮想ショート機能により、反転入力端子（−）と非反転入力端子（＋）の電位は同一に維持される。従って、図３の電流計測部５００の入力端子（反転入力端子）の電圧は接地端子９００と同じである。即ち、本実施の形態による電流計測部５００では、参照電極２６０の出力端子が実質的に接地電位に維持されており、通常の計測も従来の装置と同様に実行することができる。換言すれば、本実施の形態の電流計測部５００は、従来の装置に簡単に付加することができ、従来の装置との間で上位互換性が高いということができる。

＜変形例＞
第１の実施の形態の変形例を図５に示す。この変形例では、電圧印加部７００において電源７１０が省略され、アナログスイッチ７２０は接地端子９００に直接接続されている。一般に金属と溶液、電極と溶液の間には界面電位が存在する。この界面電位が十分に大きい場合、それを用いて電源７１０の代用とすることができる。この変形例は、第１の実施の形態に比べ、構成が簡単であるため、コストが低く、メンテナンスが簡単となり、故障のリスクも低くすることができる。

［第２の実施の形態］
次に、第２の実施の形態に係る電解質測定装置を、図６〜図７を参照して説明する。第２の実施の形態は、全体構成（図１）については第１の実施の形態と同一である。この第２の実施の形態は、計測制御装置１００の構成が第１の実施の形態とは異なっている。

図６及び図７を参照して、この第２の実施の形態の計測制御装置１００の構成の詳細を説明する。第１の実施の形態の計測制御装置１００と同一の要素に関しては、図６及び図７において図２及び図３と同一の参照符号を付し、以下では重複する説明は省略する。

第２の実施の形態の電解質測定装置は、フローセルの流路の気泡の有無の検出に代えて、希釈検体液の計測時において参照電極２６０に定常的に流れる電流（以下、「自然電流」という）を、装置の不具合の指標として計測する。このため、第２の実施の形態の計測制御装置１００は、第１の実施の形態とは異なり、電圧印加部７００と電線４００が省略されており、電流計測部５００と電圧アンプ６００のみを有している。希釈検体液の計測においては、通常は参照電極２６０には電流は流れていないと想定されるところ、電流計測部５００により参照電極２６０に流れる電流を計測することで、自然電流の大きさを判定することができる。この第２の実施の形態の電流計測部５００は、計測された電流値を閾値と比較することによりノイズの程度を判定する。その結果をイオン選択性電極２１０〜２３０の測定値の信頼性の指標とし、警告や再測定の要否の判断材料とする。

図７に示す構成の試作機において自然電流を計測したところ、平均が約０μＡ、ＲＭＳ（二乗平均平方根）が約０．０１μＡのランダムなベースラインノイズが観測された。装置１０を停止した場合にはこのノイズレベルは略半減した。逆に、装置１０を稼動させた場合にはノイズレベルが略倍増した。また上記ベースラインノイズ以外に、スパイク状の信号も頻繁に観測された。ピーク高さの絶対値が０．１μＡ以上のスパイク状の信号は４０分間の測定期間中に８６回観測され、この期間における最大値と最小値の差は約２μＡｐｐであった。また、装置１０の運転周期と同期する、ピーク高さ約０．１μＡのスパイク状の信号（自然電流）も観測された。

このような自然電流は、吸引ノズル３００、吸引配管３１０、イオン選択性電極２１０、２２０、２３０、液絡部２５０、送液配管３５０、送液機構１５０、参照電極液送液配管３６０、参照電極液送液機構１６０などから配管内部へ混入した電流あるいは電荷が、参照電極２６０、シールド電線４６０を通して電流計測部５００に流入するものと考えられる。

これらの電流又は電荷成分は、配管抵抗などによって電圧成分に変換され、イオン選択性電極の電位差計測に影響を及ぼすものもあるが、他方、イオン選択性電極の電位差には現れないか、現れにくいものもある。前者については従来のイオン選択性電極の電位差計測におけるノイズや電位変動などとして過去に多々議論されている。しかし後者については従来知見が無く、従来において十分検討されていない。本実施形態のように、参照電極２６０に流れる電流を計測する電流計測部５００を、イオン選択性電極の計測装置とは別途設けることで、このような電流及び電荷成分が、初めて観測可能となったものである。上記のような電流又は電荷成分は、イオン選択性電極の電位差を観測する装置のみを有する従来のフローセル型の電解質測定装置においては計測し得なかったものである。

このような電流のランダムなベースラインノイズ成分や、スパイク状のピークを手がかりとして、振動、漏電、接続不良、温度変動、試料液の流動、静電気、電磁波、誘導ノイズ、誘導電流、などの各種の外乱、装置内部の状態変化など、さまざまな誤差要因を追跡することが可能となる。

またこの電流を指標として条件を最適化することにより、誤差要因を切り分けて特定し、対策を施すことも可能になる。さらに、第１の実施の形態における気泡検出動作と同様、この自然電流の測定は、希釈検体液又は内部標準液の測定の直前に実行することができる。

［第３の実施の形態］
次に、第３の実施の形態に係る電解質測定装置を、図８及び図９を参照して説明する。第３の実施の形態は、全体構成（図１）については第１の実施の形態と同一である。また、この第３の実施の形態も、第１の実施の形態と同様に、フローセル流路の流路抵抗及び気泡の有無の検出のため、電圧印加部７００を備えている。

ただし、この第３の実施の形態では、図８に示すように、電流計測部５００の入力端子が、シールド電線４７０を介して電極２７０に接続されている。電極２７０は、参照電極２６０とは別の電極であり、イオン選択性電極２１０〜２３０及び液絡部２５０とは反対側の電極２７０の裏面に電気的に接続されている。電極２７０の材料としては、腐食に強い白金（Ｐｔ）が好適に用いられ得る。

より具体的には、図９に示すように、ＯＰアンプ５１０の反転入力端子に、電線４７０が接続される。この点、第１の実施の形態では、電流計測部５００の入力端子に、参照電極２６０から延びるシールド電線４６０が接続されているのと異なっている。なお、第３の実施の形態のシールド電線４６０は、図９に示すように、接地端子９００及びＯＰアンプ５１０の非反転入力端子へ接続されている。

電極２７０の内部にはフローセルの流路が形成され、材料である白金（Ｐｔ）が当該流路に面して設けられる。また、この白金（Ｐｔ）と電線４７０との間に電気的な接続が確保されている。

第３の実施の形態の電解質測定装置の動作は第１の実施の形態と略同様であるが、電流検出の対象とされる電極が、参照電極２６０ではなく、参照電極２６０の裏面に接する電極２７０である点が第１の実施の形態とは異なる。また流路抵抗を測定する区間が、吸引ノズル３００から参照電極２６０までではなく、吸引ノズル３００から、参照電極２６０よりも下流側の電極２７０までである点も、第１の実施の形態と異なる。

第３の実施の形態の効果は第１の実施の形態と略同様である。ただし、参照電極２６０に電流を通じないため、分極や、内部電極の損傷のおそれがない。従って、比較的高い電圧で時間をかけてフローセルの流路抵抗を測定することができる。また、流路抵抗を計測するフローセルの流路が、第１の実施の形態に比べ、電極２７０の分だけ長い。このため、参照電極２６０の入り口付近の気泡も検出することが可能である。なお、電極２７０の材料は白金が好適であるが、白金であることは必須ではなく、その他の耐腐食性の高い金属や、各種の導電性材料、イオン交換樹脂膜などを用いることができる。

電極２７０が設置される位置も、参照電極２６０の流路下流側の面に限定されず、例えば、参照電極液送液配管３６０のいずれかの位置、送液配管３５０のいずれかの位置などであってもよい。

なお、電線４００を接続する対象も吸引ノズル３００に限定されない。例えば、吸引配管３１０の任意の位置に電極２７０と同様の電極を設け、この電極に電線４００を接続することも可能である。

また、希釈液分注配管３３０に２つの電極を設け、一方の電極には電線を介して電圧印加部７００を接続し、他方の電極には他の電線を介して電流計測部５００を接続することで、希釈液分注配管３３０内の気泡の有無を検出することもできる。内部標準液分注配管３４０でも、略同様の構成を採用することができる。

電極の接続形態も図６に示す形態に限定されない。２つの電極のうち、一方の電極が電圧印加部７００に接続され、もう片方の電極が電流計測部５００に接続されればよく、接続先を交換する接続方法も、当然、本発明の範疇に含まれる。

［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態について図１０及び図１１を参照して説明する。第４の実施の形態は、全体構成（図１）については第１の実施の形態と同一である。この第４の実施の形態は、計測制御装置１００の構成が第１の実施の形態とは異なっている。

第４の実施の形態の電解質測定装置は、第２の実施の形態と同様に、フローセルの流路の気泡の有無の検出に代えて、希釈検体液の計測時において参照電極２６０に定常的に流れる電流（以下、「自然電流」という）を、装置の不具合の指標として計測する。このため、第２の実施の形態の計測制御装置１００は、第１の実施の形態とは異なり、電圧印加部７００と電線４００が省略されており、電流計測部５００と電圧アンプ６００のみを有している。

この第４の実施の形態の装置は、第３の実施の形態と同様に、電流計測部５００の入力端子が、シールド電線４７０を介して、参照電極２６０の裏面に接続された電極２７０に接続されている。これにより、第４の実施の形態は、第２の実施の形態を得るとともに、自然電流の計測において、第２の実施の形態に比べフローセルの流路を長くすることができる。

［第５の実施の形態］
第５の実施の形態に係る電解質測定装置を、図１２を参照して説明する。この第５の実施の形態は、全体構成（図１）については第１の実施の形態と同一である。この第５の実施の形態は、計測制御装置１００の構成が第１の実施の形態とは異なっている。

図１２は第５の実施の形態による電解質測定装置１０の計測制御装置１００の構成を示す模式図である。この計測制御装置１００では、電流計測部５００Ａが、電源７１０と接地端子９００’との間に接続されている。この点、第１の実施の形態では、電流計測部５００が、参照電極２６０と接地端子９００との間に接続されているのと異なる。ただし、フローセルに通じる電流は、電圧印加部７００からイオン選択性電極２１０〜２３０、液絡部２５０、参照電極２６０、計測制御部８００を通って電圧印加部７００に戻るループに沿って流れる。従って、電流計測部５００Ａは、第１の実施の形態の電流計測部５００と同様に、参照電極２６０に流れる電流を計測することができる。

電流計測部５００Ａは、第１の実施の形態の電流計測部５００と同様に、ＯＰアンプ５１０’とフィードバック抵抗５２０’とを備えており、両者の接続関係は第１の実施の形態と同様である。このＯＰアンプ５１０’の反転入力端子に、電源７１０が接続され、非反転入力端子には接地端子９００’が接続されている。一方、シールド電線４６０は、電流計測部５００Ａには接続されず、従来と同様に接地端子９００に接続される。

このように、この第５の実施の形態によれば、参照電極２６０に流れる電流は電流計測部５００を用いて計測される。一方で、参照電極２６０は、接地端子９００に直接接続される（従来の装置と同様の構成）。この点、フローセル型ＩＳＥの構成が、従来の構成と略同一となるので、従来の装置と高いレベルで互換性を維持することができる。

本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることもできる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることもできる。また、各実施例の構成の一部について、他の構成を追加・削除・置換することもできる。

上記の制御装置及び計測制御装置などの機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、ファイルなどの情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤなどの記録媒体に置くことができる。また、上記の各構成などは、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。

上述の実施の形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていてもよい。

１０…電解質測定装置、１００…計測制御装置、１１０…希釈槽、１２０…検体分注機構、１２１…検体容器、１３０…希釈液分注機構、１３１…希釈液用タンク、１４０…内部標準液分注機構、１４１…内部標準液用タンク、１５０…送液機構、１５１…廃液容器、１６０…参照電極液送液機構、１６１…参照電極液用タンク、１７０…表示部、２１０、２２０、２３０…イオン選択性電極、２５０…液絡部、２６０…参照電極、２７０…電極、３００…吸引ノズル、３１０…吸引配管、３３０…希釈液分注配管、３４０…内部標準液分注配管、３５０…送液配管、３６０…参照電極液送液配管、３７０…廃液ノズル、３８０…廃液弁、３９０…廃液機構、４００…電線、４１０、４２０、４３０、４６０、４７０…シールド電線、５００、５００Ａ…電流計測部、５１０、５１０’…ＯＰアンプ、５２０，５２０’…フィードバック抵抗、６００…電圧アンプ、６１０、６２０、６３０…インピーダンス変換回路、７００…電圧印加部、７１０…電源、７２０…アナログスイッチ、８００…計測制御部、９００…接地端子。

Claims (15)

1. イオンを含むイオン溶液を供給されるイオン選択性電極と、
   参照電極と、
   前記イオン選択性電極と前記参照電極との間の電位差を測定する測定部と、
   前記参照電極に流れる電流を計測する電流計測部と
   を備えることを特徴とする電解質測定装置。
2. 前記電流計測部は、電流電圧変換回路を備える、請求項１に記載の電解質測定装置。
3. 前記電流計測部の入力端子は、前記参照電極の出力端子に接続される、請求項１又は２に記載の電解質測定装置。
4. 前記電流計測部は、
   前記電流を閾値と比較することによりノイズの程度を判断し、その判断の結果に基づき、前記測定部の測定の信頼度が判断される、請求項１に記載の電解質測定装置。
5. 電圧を印加する電圧印加部を更に備え、
   前記電流計測部は、前記電圧印加部から前記参照電極に流れる電流を計測することで、前記イオン選択性電極と前記参照電極との間の抵抗値を測定することを特徴とする、請求項１に記載の電解質測定装置。
6. 前記電圧印加部は、前記イオン溶液に接液する部材である第１部材に電圧を印加するよう構成され、
   前記電流計測部は、前記電圧印加部から前記第１部材を介して前記参照電極に流れる電流を計測することで、前記第１部材と前記参照電極との間の抵抗値を測定する、請求項５に記載の電解質測定装置。
7. 前記電圧印加部は、第１電圧を供給する電源と、前記電源と前記第１部材との間に配置され導通状態と非導通状態との間で切り換えられるスイッチと
   を備える、請求項６に記載の電解質測定装置。
8. 前記スイッチは、前記イオン溶液の流路における流路抵抗を計測する場合に導通状態に切り換えられる、請求項７に記載の電解質測定装置。
9. 前記スイッチは、前記イオン溶液の計測を行う場合には非導通状態に切り換えられる、請求項８に記載の電解質測定装置。
10. 前記電源は、前記第１部材から前記参照電極までの各界面で発生する界面電位である、請求項６に記載の電解質測定装置。
11. 前記電流計測部は、
    前記電流を閾値と比較することにより気泡の有無を判断し、その判断の結果に基づき、前記測定部の測定の信頼度が判断される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電解質測定装置。
12. 前記参照電極に流れる自然電流の大きさを判定する判定部を更に備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電解質測定装置。
13. 前記電流計測部は、
    第１入力端子及び第２入力端子及び出力端子を有するＯＰアンプと、
    前記第１入力端子及び出力端子の間に接続されるフィードバック抵抗と
    を備え、
    前記第２入力端子は、接地端子に接続される、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電解質測定装置。
14. 前記参照電極に接続される電極を更に備え、
    前記電流計測部は、前記電極に第１電線を介して接続される、請求項１に記載の電解質測定装置。
15. 前記参照電極と接地端子とを接続する第２電線を更に備える、請求項１４に記載の電解質測定装置。

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