JP2560222Y2 - 濃度計測モジュール - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、混合溶液中の被測定物
質の濃度を測定する方法に関する。本考案は、例えば、
食品、医薬品、化学品、農業、畜産業、水産業の工程管
理、医療用の各種計測、環境計測等に、また、エタノー
ル等の濃度を測定するバイオセンサ等に利用される。

【０００２】

【従来の技術】従来から、混合溶液中の被測定物質の濃
度を測定する方法としては、電気化学計測法（酵素反
応に伴う被検液の電流又は電圧の変化を測定する方
法）、熱計測法（酵素反応に伴う被検液の温度変化をサ
ーミスタにより測定する方法）等の酵素法、屈折率を
求める屈折法及び比重を測定する比重法、更には、着
色または蛍光を発する薬剤を用いて光の吸収量、蛍光の
強さを測定する方法等が知られている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】しかし、上記従来の酵
素法では、酵素の安定性が必ずしも十分ではなく、その
特性の経時的変化、品質の劣化等を生じ易い為、信頼性
の高い測定結果が得られないことがある。また、該酵素
法のうち上記従来の電気化学計測法においては、電磁気
ノイズの影響を受け易く、且つ精密な計測装置が必要と
なるという欠点を有している。また、上記従来の屈折
法、比重法では、被検液である混合溶液中に被測定物質
以外の成分が共存する場合には適用できないことがあ
る。更に、上記薬剤を用いて測定する方法では、発色
剤、蛍光剤が使用できる場合に限定され、しかも、薬剤
を用いるため、測定操作が煩雑となる。

【０００４】本考案は、上記問題点を解決するものであ
り、被測定物質を溶解できる液体又はゲルを用いること
により、発色剤及び蛍光剤を用いず、セルの構成が簡素
で製作が容易且つ目的とする被測定物質の濃度を信頼性
よく、正確に、感度良くしかも電気ノイズ等の障害も無
い濃度計測モジュール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】本考案は、透光性中軸体
と、該透光性中軸体を被い被測定物質を透過する材料か
らなる被測定物質透過膜と、該透光性中軸体と該被測定
物質透過膜との間に介在させた、被測定物質を溶解でき
る液体又はゲルと、を備えることを特徴とする。上記
「透光性中軸体」としては、通常、透光性棒状体が用い
られ、この棒状体としては、種々の横断面形状を有した
ものとすることができ、丸棒、角棒等でもよいし、内側
に凹凸面のある複雑形状とすることもできる。、その材
質としては、通常、ガラス、樹脂等が用いられる。更
に、この中軸体としては、細線等をコイル状に巻いたも
のとすることもできる。この場合は、被測定物質との接
触面積が増えるので、更に一層感度良く測定できる。

【０００６】上記液体又はゲルは、被測定物質が拡散、
溶解して、且つ濃度分布を示すものであればよく、被測
定物質の種類、その溶解程度等に応じて種々選択され
る。また、被測定物質の溶解により、屈折率を大きく変
化させるものが好ましい。例えば、エチレングリコー
ス、オクタン、シリコンオイル等を用いることができ
る。尚、この、被測定物質（過酸化水素、グルコース
等）自体は、濃度分布を示さないので、使用できない。
上記被測定物質は、過酸化水素であり、上記被測定物質
透過膜の少なくとも外表面には、グルコースオキシダー
ゼを固定化させたものである。この場合は、バイオセン
サとして利用できる。

【０００７】

【作用】以下、本考案の作用を図１で具体的に説明す
る。図１に示すように、例えば、透光性中軸体１より屈
折率の小さな液体３が中軸体１と透過膜２の間に介在す
る場合、モジュールＭへの入射光線ａは、ｂの方向へ進
む。被測定物質が透過膜２を通って、液体３に溶解し、
屈折率が大きくなると、ｃの方向に光が進み中軸体１か
ら漏れ出る。従って、受光器での受光量が減少する。受
光量変化量等と被測定物質の濃度は一定の関係を示すこ
ととなるので、この変化量等を検出することによりその
濃度を測定できる。

【０００８】

【実施例】以下、実施例により本考案を具体的に説明す
る。 装置の概要 以下、本実施例に用いた測定装置を説明する。この装置
は、図１及び図２に示すように、透光性中軸体（ガラス
棒）１と透過膜（シリコンゴムチューブ）２のとの間に
液体又はゲル状の物質３を介在させてなるモジュールＭ
と外枠体４とからなる測定用セルＣ、と白色光源（波長
０．４〜１．６μｍ）５と光パワーメータ８を有する検
出手段Ｋとを具備する。

【０００９】測定用セルＣの製作 先ず、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）透過性のシリコンゴムチ
ューブ（内径；０．５ｍｍφ、外径；０．７ｍｍφ、長
さ；１００ｍｍ）の外周部へ、グルコースオキシダーゼ
を固定化する処理を以下の要領で実施する。シリコンゴ
ムチューブを１０％γ−アミノプロピルトリエトキシシ
ラン／アセトン溶液に４時間浸漬する。その後、アセト
ン、エタノール、リン酸緩衝液（ｐＨ＝７）で充分に洗
浄し、２．５％グルタルアルデヒド水溶液に、２時間浸
漬する。更に、グルコースオキシダーゼ１００ｍｇをリ
ン酸緩衝液（ｐＨ＝７）１ｍｌに溶解させ、シリコンゴ
ムチューブ２を２時間浸漬する。次いで、純水で充分に
洗浄し、シリコンゴムチューブ２への酵素固定化（図示
せず）は完了する。

【００１０】次に上記シリコンゴムチューブ２内に、エ
チレングリコール（屈折率１．４３２）を注射器にて注
入し、これを長さ４５ｍｍに切る。そして、あらかじめ
用意しておいたガラス棒（外径；０．５ｍｍφ、長さ５
０ｍｍ、屈折率；１．４７４）を、このシリコンゴムチ
ューブ２に挿入して、図１に示すようなモジュールＭを
製作した。そして、上記モジュールＭは、図２に示すよ
うに、上面開放の外枠体４の両側面を貫通させるように
配置し、測定用セルＣを構成した。そして、このモジュ
ールＭと外枠体４の間に試験液（グルコース水溶液）Ｓ
を滴下できるようになっている。

【００１１】測定装置の組付け 白色光源５に、光ファイバ６（コア径５０μｍ）を取り
付け、この光ファイバ６の一端は、モジュールＭのガラ
ス棒１の一端側に、相対するように配置される。そし
て、ガラス棒１の他端側には同様に相対するように、光
ファイバ（コア径１５０μｍ）９が配置され、順次、光
パワーセンサ７、光ファイバ１０及び光パワーメータ８
が取り付けられている。これにより、白色光源５から放
射される光が、光ファイバ６、ガラス棒１、光ファイバ
９、光パワーセンサ７及び光ファイバ１０を介して、光
パワーメータ８へ送り込まれ、光強度が測定される。

【００１２】測定及びその結果 図２に示す構成のもとで、図４に示す各グルコース濃度
の試験液Ｓを滴下し、受光量の変化（ｄＢ）を測定し
た。この結果を図３及び図４に示す。但し、図４は試験
液滴下３分後に受光量変化量が飽和するので、この３分
後の受光量変化を各グルコース水溶液について読み取
り、グラフ化したものである。試験液を滴下（１ｍｌ）
すると、グルコースは酵素によって分解され過酸化水素
を生成する。この過酸化水素は、シリコンゴム膜２を透
過して、エチレングリコール３に溶解する。そのため、
エチレングリコールの屈折率は増加し、入射光の一部
は、ガラス棒１の外へ漏れ出し受光量が減少する。

【００１３】評価 図４によれば、グルコースの濃度変化に対する受光量の
変化は、極めて顕著に且つ直線的に表われている。従っ
て、極めて正確にグルコースの濃度を測定することがで
きる。即ち、未知の濃度の混合溶液の受光量を同条件下
にて測定した値（検量線）と比較すれば、容易に、正確
に且つ感度よく、未知のグルコース濃度を測定できるこ
ととなる。

【００１４】尚、本考案においては、上記具体的実施例
に示すものに限られず、目的、用途に応じて本考案の範
囲内で種々変更した実施例とすることができる。また、
本実施例においては、射出光の受光量変化量を検出する
ことにより、濃度測定を行ったが、ある測定場所におけ
る受光径を検出しても正確な濃度測定をすることができ
る。これらもグルコース濃度と同様の関係を示すからで
ある。

【００１５】また、上記モジュールの大きさ、長さ、全
体形状等、目的、用途により種々のものを選択すること
ができる。例えば、その全体形状も曲がり部のない真っ
直ぐ形状でもよいし、曲がり部のある形状でもよいし、
その横断面形状も通常は真円であるが四角、六角、楕円
等とすることもでき、更にはハニカム状又は蓮根状のよ
うに複数の流路孔を有してもよい。

【００１６】また、光ファイバーケーブルを活用すれ
ば、モジュール、光源部等を離隔することも容易になり
遠隔計測、遠隔制御等への適応性も高い。この場合、光
ファイバをその両方又はその一方に配置してもよく、更
に、この光ファイバを直接に管状体に取りつけた構成と
してもよいし、更には素子を直接取りつけた構成として
もよい。光ファイバの長さ、太さ、材質、形態、取付け
位置等も種々選択でき、例えば材質は樹脂に限らずガラ
スでもよい。更に、被測定物質は、液体のみならず、気
体を使用することもできる。更に、選択透過膜にせず、
温度センサとしても利用できる。また、酵素を固定化せ
ずに過酸化水素センサとしても使用できる。

【００１７】

【考案の効果】本考案によれば、目的とする被測定物質
の濃度を信頼性よく、正確に、感度よく且つ簡便に測定
することができる。更に、本方法は光学的方式を用いて
いるので、電磁気ノイズに影響されず、安定した濃度測
定もできる。また、発色剤、蛍光剤を必要とせず、セル
の構成が簡素で、製作が容易であり、更には、セル使い
捨て方式のバイオセンサとして好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例において屈折率分布と透光性中軸体を通
過する光ファイバーの屈折状態との関係を示す説明図で
ある。

【図２】実施例の濃度計測モジュールの概略図である。

【図３】実施例において試験液滴下後の受光量変化を示
すグラフである。

【図４】実施例において試験液滴下後のグルコース濃度
と受光量変化量との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１；透光性中軸体（ガラス棒）、２；透過膜、３；液体
又はゲル状の物質、４；外枠体、５；白色光源、６、
９、１０；光ファイバ、７；光パワーセンサ、８；光パ
ワーメータ、Ｃ；測定用セル、Ｍ；モジュール、Ｓ；試
験液、Ｋ；検出手段。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−281029（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−282635（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−249480（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−276950（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−81651（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−16951（ＪＰ，Ａ) 特公 平２−23826（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平７−14337（ＪＰ，Ｂ２) 特許2517388（ＪＰ，Ｂ２) 特許2517403（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性中軸体と、該透光性中軸体を被い
   被測定物質を透過する材料からなる被測定物質透過膜
   と、該透光性中軸体と該被測定物質透過膜との間に介在
   させた、被測定物質を溶解できる液体又はゲルと、を備
   えることを特徴とする濃度計測モジュール。
2. 【請求項２】 上記被測定物質は過酸化水素であり、上
   記被測定物質透過膜の少なくとも外表面には、グルコー
   スオキシダーゼを固定化させた請求項１記載の濃度計測
   モジュール。