JP7090305B1 - 計測装置及び計測方法 - Google Patents

Abstract

計測装置は、被検体を含む溶液が電極に滴下されたことに応じて被検体に反応が起こることにより生じる計測物質の濃度変化を、計測物質の電気分解によって生じる電流を計測することにより計測する。計測装置は、電極に対する溶液の滴下後、第１経過時間後に、第１電圧を第１印加時間電極に印加する（Ｓ１３）。計測装置は、第１電圧の印加により流れる第１電流を測定する（Ｓ１５）。計測装置は、第１電圧が印加された後、第２電圧を第２印加時間電極に印加する（Ｓ１７）。計測装置は、第２電圧の印加により流れる第２電流を測定する（Ｓ１９）。計測装置は、第１電流を用いて第２電流を規格化し、反応に基づいて変化した計測物質の濃度又は被検体の濃度を計測する（Ｓ２１）。

Description

本発明は、計測装置及び計測方法に関する。

分析対象物の酸化還元反応に基づいて流れる電流を測定することによって、分析対象物の濃度を計測する装置が知られている。特許文献１は、測定装置及びセンサストリップを備えたセンサシステムを開示する。センサストリップは、作用電極及びカウンタ電極を備える。センサストリップには、分析対象物としてグルコース等を含むサンプルが導入される。測定装置は、サンプルが導入されたセンサストリップの作用電極及びカウンタ電極に、パルス電圧を少なくとも２回印加する。測定装置は、パルス電圧の電圧値と、パルス電圧の印加時に流れた電流値との関係を示す輪郭プロットを取得する。測定装置は、取得された輪郭プロットと、分析対象物の濃度毎に予め測定された輪郭プロット（以下、参照プロットという。）との関係に基づき、サンプル中の分析対象物の濃度を決定する。

又、電気化学反応を用いて対象物質の濃度を計測する方法として、リニアスィープボルタンメトリーやサイクリックボルタンメトリーという方式がある。これらは一定の電圧上昇下降レートで変動する電圧を印加し、それに対応する電流に基づいて濃度を推定する方法である。これに、フローインジェクション方式、即ち、一定の割合で検体液を電極上に流して常に検体液を刷新する計測方式を適用した場合、高精度な濃度推定が可能である。一方、本発明の対象であるバッチ方式、即ち、検体液滴を電極上に滴下してその状態で電気化学的に計測する方式を適用した場合、電気分解による物質の消失に伴う液滴内の濃度分布、及びそれに関連する拡散による物質移動量などが、複雑に計測電流値に影響し、精度の高い濃度計測が難しかった。

更に上記液滴内で複数の物質が関連する反応を伴う系では、複数の物質の拡散による物質移動、反応する量等が非定常的に変化し、液滴内での複雑な濃度分布を生じさせていた。このため、それが計測電流に更に影響を与え、バッチ方式での定量濃度計測を困難なものとしていた。

特表２００９－５１０４３４号公報

輪郭プロット及び参照プロットは、夫々の測定時におけるパラメータ（例えば、分析対象物の活性や拡散係数）が相違することによって変動する。このため、輪郭プロットと参照プロットとの関係に基づいて決定された分析対象物の濃度の精度が、パラメータの変動によって低下する可能性がある。

本発明の目的は、バッチ方式、即ち液滴を電極に滴下するだけという簡易作業で、より高精度に分析対象物を定量することが可能な計測装置及び計測方法を提供することである。

本発明の第１態様に係る計測装置は、被検体を含む溶液が電極に滴下されたことに応じて前記被検体に反応が起こることにより生じる計測物質の濃度の時間変化を、前記計測物質の電気分解によって生じる電流を計測することにより計測する計測装置であって、前記電極に対する前記溶液の滴下後、前記反応の時間経過による進行が計測精度に影響しない範囲の第１経過時間後に、電気分解による前記計測物質の消失量又は増加量が計測精度に影響しない範囲の第１電圧を、計測精度に影響しない範囲の第１印加時間前記電極に印加する第１印加手段と、前記第１印加手段による前記第１電圧の印加により流れる第１電流を測定する第１測定手段と、前記第１電圧の印加による前記電極近傍の前記計測物質の濃度変化が、前記計測物質の拡散によって計測精度に影響しない程度まで回復するのに要する回復時間を、第２経過時間として取得する取得手段と、前記第１印加手段により前記第１電圧が印加された後、前記取得手段により取得した第２経過時間の経過後に、少なくとも１回、電気分解による前記計測物質の消失量又は増加量が計測精度に影響しない範囲の第２電圧を、計測精度に影響しない範囲の第２印加時間前記電極に印加する第２印加手段と、前記第２印加手段による前記第２電圧の印加により流れる第２電流を、少なくとも１回前記第２電圧が印加される毎に測定する第２測定手段と、前記第１測定手段によって測定された前記第１電流を用いて、前記第２測定手段によって測定された前記第２電流を規格化し、前記反応に基づいて変化した前記計測物質の濃度又は前記被検体の濃度を計測する計測手段と、を備えたことを特徴とする。

計測装置は、１回目の電圧の印加に応じた第１電流と、２回目以降の電圧の印加に応じた第２電流とに基づいて、計測物質又は被検体の濃度を計測する。これによって計測装置は、測定時のパラメータの変動に応じて測定精度が低下する可能性を軽減できる。従って計測装置は、計測物質又は被検体の濃度を高精度に計測できる。

第１態様において、前記取得手段は、前記反応の反応速度に反比例する時間であって計測精度に影響しない程度まで前記反応が終了するまでの収束時間の方が、前記回復時間よりも長い場合、前記収束時間を前記第２経過時間として取得してもよい。この場合、計測装置は、計測物質又は被検体の濃度を更に高精度に計測できる。

第１態様において、前記計測手段は、前記第２測定手段によって測定された前記第２電流を、前記第１測定手段によって測定された前記第１電流で除算した算出値に基づいて、前記計測物質の濃度又は前記被検体の濃度を計測してもよい。つまり計測装置は、被検体に反応が生じる前の状態を基準として、計測物質又は被検体の濃度を決定する。従って計測装置は、測定時のパラメータの変動に応じて測定精度が低下する可能性を更に軽減できるので、計測物質の濃度又は被検体の濃度を更に高精度に計測できる。

第１態様において、前記算出値と前記濃度との関係を示す関数を記憶する記憶部を備え、前記計測手段は、前記算出値に前記関数を適用することによって、前記計測物質の濃度又は前記被検体の濃度を決定してもよい。計測装置は、計測物質の濃度又は被検体の濃度を、算出値に基づいて容易に決定できる。

第１態様において、前記第１測定手段は、前記第１印加手段によって前記第１電圧が印加されている間に流れる電流の積算値を、前記第１電流として測定し、前記第２測定手段は、前記第２印加手段によって前記第２電圧が印加されている間に流れる電流の積算値を、前記第２電流として測定してもよい。この場合計測装置は、計測時のパラメータの変動に応じて精度が低下する可能性を更に軽減できるので、計測物質の濃度又は被検体の濃度を更に高精度に計測できる。

第１態様において、前記第１電圧と前記第２電圧とが同一であってもよい。又、第１態様において、前記第１印加時間と前記第２印加時間とが同一であってもよい。この場合、計測装置は、計測物質又は被検体の濃度を更に高精度に計測できる。

第１態様において、前記溶液が前記電極に滴下されたか判定する判定手段を備え、前記第１印加手段は、前記判定手段によって前記溶液が滴下されたと判断されたタイミングで、前記電極に対して前記第１電圧を印加してもよい。この場合、計測装置は、電極に対して溶液が滴下されてから第１電圧の印加が開始されるまでの間において溶液中の被検体が反応する場合の反応量を抑制できる。従って計測装置は、この間における計測物質の消失量又は増加量を抑制できるので、計測物質又は被検体の濃度を高精度に決定できる。

第１態様において、前記第２印加手段は、前記第２電圧がｍ（ｍは２以上の整数）回印加される場合、ｍ－１回目の前記第２電圧が印加された後、前記第２電圧の印加による前記電極近傍の前記計測物質の濃度変化が、前記計測物質の拡散によって計測精度に影響しない程度まで回復した第３経過時間の経過後に、ｍ回目の前記第２電圧を印加してもよい。計測装置は、ｍ－１回目の第２電圧の印加後、計測物質の濃度が安定化した後で、ｍ回目の第２電圧を印加できる。従って計測装置は、計測物質の濃度をより高精度に計測できる。

第１態様において、前記第２印加手段によりｍ回印加される前記第２電圧の夫々の値のうち少なくとも一部の値が、他の値と相違してもよい。この場合、計測装置は、印加回数に応じた適切な値の第２電圧を、電極に印加できる。

第１態様において、前記第２印加手段によりｍ回印加される前記第２電圧の夫々の前記第２印加時間の値のうち少なくとも一部の値が、他の値と相違してもよい。この場合、計測装置は、第２電圧の印加時間を、印加回数に応じた適切な時間とすることができる。

第１態様において、前記第２経過時間と前記第３経過時間とが同一であってもよい。この場合、計測装置は、計測物質の濃度又は被検体の濃度を更に高精度に計測できる。

第１態様において、前記電極は、酵素が製膜された酵素膜を表面に有し、前記反応では、前記被検体が前記酵素と反応することによって分解物が生成され、前記第１印加手段、及び、前記第２印加手段は、前記反応において前記分解物が生成されることに応じて消費される酸素を前記計測物質として、前記電極に対する電圧印加によって酸素を電気分解してもよい。計測装置は、電極に対する電圧の印加によって酸素が電気分解する反応を利用して酸素の濃度を計測できる。

第１態様において、前記被検体がヒスタミンであり、前記分解物がイミダゾールアセトアルデヒドであってもよい。この場合計測装置は、ヒスタミンの濃度を計測できる。

第１態様において、前記電極は、作用極、対極、及び参照極を備えてもよい。計測装置は、三極電極法に基づいて電極に電圧を印加し電流を計測する。このため計測装置は、二極電極法に基づいて電極に電圧を印加し電流を計測する場合と比べて、計測物質の濃度又は被検体の濃度をより高精度に決定できる。

本発明の第２態様に係る計測方法は、被検体を含む溶液が電極に滴下されたことに応じて前記被検体に反応が起こることにより生じる計測物質の濃度の時間変化を、前記計測物質の電気分解によって生じる電流を計測することにより計測する計測方法であって、前記電極に対する前記溶液の滴下後、前記反応の時間経過による進行が計測精度に影響しない範囲の第１経過時間後に、電気分解による前記計測物質の消失量又は増加量が計測精度に影響しない範囲の第１電圧を、計測精度に影響しない範囲の第１印加時間前記電極に印加する第１印加工程と、前記第１印加工程による前記第１電圧の印加により流れる第１電流を測定する第１測定工程と、前記第１印加工程により前記第１電圧が印加された後、前記第１電圧の印加による前記電極近傍の前記計測物質の濃度変化が、前記計測物質の拡散によって、計測精度に影響しない程度まで回復した第２経過時間の経過後に、少なくとも１回、電気分解による前記計測物質の消失量又は増加量が計測精度に影響しない範囲の第２電圧を、計測精度に影響しない範囲の第２印加時間前記電極に印加する第２印加工程と、前記第２印加工程による前記第２電圧の印加により流れる第２電流を、少なくとも１回前記第２電圧が印加される毎に測定する第２測定工程と、前記第１測定工程によって測定された前記第１電流を用いて、前記第２測定工程によって測定された前記第２電流を規格化し、前記反応に基づいて変化した前記計測物質の濃度又は前記被検体の濃度を計測する計測工程と、を備えたことを特徴とする。第２態様によれば、第１態様と同様の効果を奏することができる。

第２態様において、前記取得工程は、前記反応の反応速度に反比例する時間であって計測精度に影響しない程度まで前記反応が終了するまでの収束時間の方が、前記回復時間よりも長い場合、前記収束時間を前記第２経過時間として取得してもよい。第２態様によれば、第１態様と同様の効果を奏することができる。

酵素反応を示す図である。 計測装置３を示す模式図、及び、電気的構成を示すブロック図である。 電極３２の拡大図である。 電極３２Ａの電圧をスイープさせた場合に流れる電流の時間変化を示すシミュレーションによるグラフ（α＝５、６）である。 電極３２Ａの電圧をスイープさせた場合に流れる電流の時間変化を示すシミュレーションによるグラフ（Ｄ＝０．５、０．１）である。 電極３２Ａにパルス電圧印加した場合に流れる電流の時間変化を示すシミュレーションによるグラフ（α＝５、６）である。 電極３２Ａにパルス電圧印加した場合に流れる電流の時間変化を示すシミュレーションによるグラフ（Ｄ＝０．５、０．１）である。 メイン処理のフローチャートである。 電極３２Ａに印加される電圧の時間変化を示すグラフである。 Ｓ１３の処理によって電極３２Ａに電圧が印加された場合において酸素濃度が低下する様子を示すシミュレーションによるグラフである。 Ｓ１３の処理によって電極３２Ａに電圧が印加された場合において酸素濃度と反応速度との関係を示すシミュレーションによるグラフである。 Ｓ１７の処理によって電極３２Ａに電圧が印加された場合に流れる電流の時間変化を示すシミュレーションによるグラフ（α＝５、６）である。 Ｓ１７の処理によって電極３２Ａに電圧が印加された場合に流れる電流の時間変化を示すシミュレーションによるグラフ（Ｄ＝０．５、０．３）である。 第１電流ｉ_０と第２電流ｉとの関係を、ヒスタミンの濃度毎に示した実測データによるグラフである。 比Ｒｃとヒスタミンの濃度との関係を示す実測データによるグラフである。 ヒスタミンの濃度と第１電流ｉ_０及び第２電流ｉとの関係（Ａ）、及び、ヒスタミンの濃度と比Ｒｃとの関係を示す実測データによるグラフ（第１経過時間Ｔｐ（１）：０．３ｓ）である。 ヒスタミンの濃度と第１電流ｉ_０及び第２電流ｉとの関係（Ａ）、及び、ヒスタミンの濃度と比Ｒｃとの関係を示す実測データによるグラフ（第１経過時間Ｔｐ（１）：３．０ｓ）である。 ヒスタミンの濃度と第１電流ｉ_０及び第２電流ｉとの関係（Ａ）、及び、ヒスタミンの濃度と比Ｒｃとの関係を示す実測データによるグラフ（第１経過時間Ｔｐ（１）：５．０ｓ）である。 ヒスタミンの濃度と第１電流ｉ_０及び第２電流ｉとの関係（Ａ）、及び、ヒスタミンの濃度と比Ｒｃとの関係を示す実測データによるグラフ（第１経過時間Ｔｐ（１）：１０ｓ）である。 電極３２Ａに印加するスイープ電圧と、電極３２Ａに流れる電流の電流値との関係を示す実測データによるグラフである。 電極３２Ａに電圧を印加してからの経過時間と、電極３２Ａ近傍の酸素濃度との関係を示すシミュレーションによるグラフ（第１電圧Ｖ（１）＝－７００ｍＶ、第１印加時間Ｔａ（１）＝０．５ｓ）である。 電極３２Ａに電圧を印加してからの経過時間と、電極３２Ａ近傍の酸素濃度との関係を示すシミュレーションによるグラフ（第１電圧Ｖ（１）＝－８００ｍＶ、第１印加時間Ｔａ（１）＝０．５ｓ）である。 電極３２Ａに電圧を印加してからの経過時間と、電極３２Ａ近傍の酸素濃度との関係を示すシミュレーションによるグラフ（第１電圧Ｖ（１）＝－１０００ｍＶ、第１印加時間Ｔａ（１）＝０．５ｓ）である。 電極３２Ａに電圧を印加してからの経過時間と、電極３２Ａ近傍の酸素濃度との関係を示すシミュレーションによるグラフ（第１電圧Ｖ（１）＝－７００ｍＶ、第１印加時間Ｔａ（１）＝１．０ｓ）である。 第１電圧Ｖ（１）の印加後の経過時間と、計測された第２電流ｉとの関係を、ヒスタミンの濃度毎に示した実測データによるグラフである。 従来手法において、規格化する前の第２電流ｉとヒスタミンの濃度との関係を示す実測データによるグラフである。 本発明に係る手法において、規格化後の第２電流ｉを示す比Ｒｃとヒスタミンの濃度との関係を示す実測データによるグラフである。 従来手法において、スイープによりヒスタミンの濃度を計測した場合におけるピーク電流値とヒスタミンの濃度との関係を示す実測データによるグラフである。 従来手法において、ヒスタミンの濃度と規格化前の第２電流ｉの積算値との関係を示す実測データによるグラフである。 本発明に係る手法において、ヒスタミンの濃度と規格化後の第２電流ｉを示す比Ｒｃとの関係を示す実測データによるグラフである。 マグロ生肉を用いた場合におけるＨＰＬＣと本発明に係る手法との夫々で計測したヒスタミンの濃度の関係を示す実測データによるグラフである。 マグロ水煮缶詰を用いた場合におけるＨＰＬＣと本発明に係る手法との夫々で計測したヒスタミンの濃度の関係を示す実測データによるグラフである。 酸素濃度の時間変化を初期酸素濃度毎に示すシミュレーションによるグラフである。 酸素濃度を初期酸素濃度１．０でで規格化した値の時間変化を初期酸素濃度毎に示すシミュレーションによるグラフである。 標高／ヒスタミン濃度別に積算電流値の時間変化を示す実測データによるグラフである。 標高／ヒスタミン濃度別に比Ｒｃの時間変化を示す実測データによるグラフである。 変形例において、電極３２Ａにｍ回印加される第２電圧Ｖ（２）の時間変化を示すグラフである。 第１電圧Ｖ（１）の印加後の経過時間と、計測された第２電流ｉ（Ａ）及び第１電流ｉ_０と第２電流ｉとの比Ｒｃ（Ｂ）との関係を示す実測データによるグラフである。 ヒスタミンの濃度と、第１電流ｉ_０と第２電流ｉとの比Ｒｃとの関係を示す実測データによるグラフである。 第１電圧Ｖ（１）の印加後の経過時間と、ヒスタミン感度及び決定係数Ｒ^２との関係を示すテーブルである。

本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して順に説明する。参照する図面は、本発明が採用しうる技術的特徴を説明するために用いられるものであり、記載されている装置の構成等は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。

＜酵素によるヒスタミンの分解反応＞
Arthrobacter crystallopoietes ＫＡＩＴ－Ｂ－００７由来のヒスタミンオキシダーゼを遺伝子組み換え大腸菌にて発現させて精製したヒスタミンオキシダーゼが使用された。図１に示すように、ヒスタミンは、酵素として用いられるヒスタミンオキシダーゼ（ＨＯＤ）と反応することにより、酸化及び脱アミノ化され分解される。この反応により、ヒスタミンからイミダゾールアセトアルデヒドが生成され（矢印Ｙ１１）、ＨＯＤは還元反応により酸化型から還元型に変位する（矢印Ｙ１２）。又、還元型のＨＯＤの酸化反応（矢印Ｙ１３）により酸素が分解され、分解された酸素と水から過酸化水素が生成される（矢印Ｙ１４）。つまり、ＨＯＤによるヒスタミン１分子の分解反応に応じ、ヒスタミン及び酸素が夫々１分子ずつ消失し、イミダゾールアセトアルデヒド及び過酸化水素が夫々１分子ずつ生成される。

＜計測装置３の概要、電気的構成＞
図２に示すように、計測装置３は、ＨＯＤによりヒスタミンが分解されるという反応を利用し、電気化学的手法によりヒスタミンの濃度を計測する装置である。計測装置３は、センサチップ３Ａ及び本体部３Ｂを備える。センサチップ３Ａは、測定部３１及び電極３２を有する。電極３２の表面には、ヒスタミンオキシダーゼと、架橋剤としてのグルタルアルデヒドとを混合した溶液を塗布し、乾燥させることで、酵素であるＨＯＤの薄膜（以下、「酵素膜１０」という。）が形成される。酵素膜１０には、ヒスタミンを含む溶液として、魚肉等の生体から得られたサンプルを溶媒に溶解した溶液（以下、「含有溶液３０」という。）が滴下される。測定部３１は、電極３２に電圧を印加したときに流れる電流の電流値を計測可能である。計測された電流値は本体部３Ｂに出力される。本体部３Ｂは、センサチップ３Ａから出力される電流値に基づき、含有溶液３０中のサンプルに含まれるヒスタミンの濃度を計測する。

本体部３Ｂは、ＣＰＵ２１、記憶装置２２、表示部２３、入力部２４、及びインタフェース部２５を備える。ＣＰＵ２１は、計測装置３全体の制御を司る。記憶装置２２は、ＣＰＵ２１が実行するプログラム、各種パラメータ、各種テーブル、及び、計測結果を記憶する。表示部２３は、計測されたヒスタミンの濃度を表示する。入力部２４は、本体部３Ｂに対する入力操作を受け付ける。インタフェース部２５は、センサチップ３Ａとの間で通信を行う。

図３に示すように、センサチップ３Ａの電極３２は、酵素が製膜された酵素膜１０を表面に有する電極３２Ａの他、電極３２Ｂ、３２Ｃを有する。電極３２Ａは作用極であり、電極３２Ｂは対極であり、電極３２Ｃは参照極である。含有溶液３０が酵素膜１０に滴下された場合、含有溶液３０に含まれるヒスタミンは、酵素膜１０のＨＯＤと反応して分解し、イミダゾールアセトアルデヒド（ＩＡＡ）が生成される（矢印Ｙ２１）。又、ヒスタミンがＨＯＤにより分解される過程で、含有溶液３０中の酸素が酸化反応により消費され、過酸化水素が生成される（矢印Ｙ２２）。

本体部３ＢのＣＰＵ２１（図２参照）は、電極３２に印加する電圧を指定した信号を、センサチップ３Ａの測定部３１（図２参照）に出力する。図３に示すように、測定部３１は該信号に応じ、電極３２Ｂ、３２Ｃを基準として電極３２Ａに対し、指定された電圧を印加する。このとき、含有溶液３０中に残留する酸素は、電極３２Ａの酵素膜１０を浸透して電極３２Ａに到達する。酸素は、電極３２Ａから供給される電子と結合し、分解する（矢印Ｙ２３）。以下、ＣＰＵ２１がセンサチップ３Ａに信号を出力することによって電極３２Ａに電圧が印加されることを、「ＣＰＵ２１が電極３２Ａに電圧を印加する」と言い換える。

測定部３１は、電極３２Ａに対する電圧の印加に応じて流れる電流の電流値を示す信号を、本体部３Ｂに出力する。本体部３ＢのＣＰＵ２１は、センサチップ３Ａから受信した信号により示される電流値に基づき、分解された酸素の濃度、言い換えれば、含有溶液３０中に残留する酸素の濃度を特定できる。つまり、計測装置３は、ヒスタミンが分解される（矢印Ｙ２１）ことによって生じる、含有溶液３０中の酸素の濃度変化（矢印Ｙ２２）を、酸素の電気分解（矢印Ｙ２３）によって生じる電流の電流値を計測することにより特定できる。

なお、含有溶液３０中に残留する酸素の濃度は、含有溶液３０に含有されるヒスタミンが酵素反応により分解される程、少なくなる。含有溶液３０に含有されるヒスタミンの濃度と、電極３２Ａに対する電圧の印加に応じて流れる電流の電流値とは、相関がある。従ってＣＰＵ２１は、センサチップ３Ａから受信した信号が示す電流値に基づき、含有溶液３０に含有されるヒスタミンの濃度を計測できる。以下、ＣＰＵ２１がセンサチップ３Ａから信号を受信することによって電流値を取得することを、「ＣＰＵ２１が電極３２Ａに流れた電流の電流値を計測する」と言い換える。

＜電圧印加時における電圧と電流との関係＞
含有溶液３０の酸素が酵素反応（矢印Ｙ２２）と電気分解（矢印Ｙ２３）によって消費されることに応じ、含有溶液３０中の酸素の濃度は変化する。酸素が電気分解されるときに流れる電流の電流値Ｉは、簡易化したバトラーボルマーの式により、式（１－１）のように導出可能である。つまり、電流値Ｉは、含有溶液３０中の酸素の濃度Ｃに比例する。

なお、式（１－１）において、Ｖは電極３２Ａに印加される電圧を示す。係数αは、電気分解の活性に応じて変動する係数である。一方、係数βは、電極３２Ａの面積その他の特性に応じて変動する比例係数である。

電極３２Ａに印加する電圧を４０ｍＶ／ｓでスイープさせた場合に流れる電流の電流値Ｉのピーク値を、係数α、及び、含有溶液３０中の酸素の拡散係数Ｄの夫々の値毎に比較する。なお、拡散係数Ｄは、含有溶液３０中の酸素の濃度Ｃと相関がある。図４、図５は、電極３２Ａにスイープ電圧を印加した場合に流れる電流の電流値Ｉをシミュレーションにより導出したグラフである。シミュレーションの具体的な方法については後述する。図４に示すように、係数αを５とした場合（一点鎖線）と６とした場合（二点鎖線）とで、電流値Ｉのピーク値に大きな差は生じない。一方、図５に示すように、拡散係数Ｄを０．５とした場合（一点鎖線）と０．１（二点鎖線）とした場合とで、電流値Ｉのピーク値に大きな差が生じる。

又、例えば電極３２Ａにパルス電圧を印加した場合に流れる電流値Ｉのピーク値を、係数α及び拡散係数Ｄの値毎に比較する。図６、図７は、電極３２Ａにパルス電圧を印加した場合に流れる電流の電流値Iをシミュレーションにより導出したグラフである。図６に示すように、係数αを５とした場合（一点鎖線）と６とした場合（二点鎖線）とで、電流値Ｉのピーク値に大きな差が生じる。一方、図７に示すように、拡散係数Ｄを０．５とした場合（一点鎖線）と０．１とした場合（二点鎖線）とで、電流値Ｉのピーク値に大きな差は生じない。

係数α及び拡散係数Ｄの変動により電流値Ｉが異なる場合、電流値Ｉを酸素の濃度に換算するための演算を、係数α及び拡散係数Ｄの組み合わせ毎に行う必要があり、煩雑である。又、係数α、拡散係数Ｄ、作用極である電極３２Ａの表面状態、その他の変動により電流値Ｉが異なることは、計測装置３において電流値Ｉからヒスタミンの濃度を決定する場合の精度の低下の要因となる。このため本実施形態において、ＣＰＵ２１は、以下のメイン処理を実行することによってヒスタミンの濃度を決定する。

＜メイン処理＞
図８を参照し、計測装置３のＣＰＵ２１によって実行されるメイン処理について説明する。ＣＰＵ２１は、計測装置３の電源投入時、記憶装置２２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、メイン処理を開始する。

はじめにＣＰＵ２１は、ユーザが第２経過時間Ｔｐ（２）として入力した値１２０ｓを、入力部２４を介して取得する（Ｓ１）。第２経過時間Ｔｐ（２）の詳細は後述する。次にＣＰＵ２１は、ユーザによって電極３２Ａに含有溶液３０が滴下されたか判定する（Ｓ１１）。ここでユーザは、電極３２Ａに含有溶液３０を滴下した場合、滴下を行った旨の入力操作を、入力部２４介して滴下と同時に行う。ＣＰＵ２１は、入力部２４を介して入力操作を検出しない場合、電極３２Ａに含有溶液３０が滴下されていないと判定する（Ｓ１１：ＮＯ）。この場合、ＣＰＵ２１は、処理をＳ１１に戻し、電極３２Ａに含有溶液３０が滴下されたかを継続して判定する。一方、ＣＰＵ２１は、入力部２４を介して入力操作を検出した場合、電極３２Ａに含有溶液３０が滴下されたと判定する（Ｓ１１：ＹＥＳ）。この場合、ＣＰＵ２１は処理をＳ１３に進める。

ＣＰＵ２１は、含有溶液３０が電極３２Ａに滴下されたと判断したタイミング、より詳細には、含有溶液３０が電極３２Ａに滴下されてから０．３ｓ（以下、第１経過時間Ｔｐ（１）という。）後に、－６００ｍＶの電圧（以下、第１電圧Ｖ（１）という。）を０．５ｓ（以下、第１印加時間Ｔａ（１）という。）電極３２Ａに印加する（Ｓ１３、図９参照）。この時、含有溶液３０中の酸素は電気分解により消費される。なお、電極３２Ａの電圧が０Ｖから第１電圧Ｖ（１）まで変化するのにかかる時間Ｔｎは、０．３ｓである（図９参照）。なお、時間Ｔｎは、本実施形態の値（０．３ｓ）に限定されないが、０ｓ～３ｓの間の何れかの値であることが好ましい。これは前述のように、計測精度に影響しないように電気分解による酸素の消費を抑制するためである。

図９に示す第１経過時間Ｔｐ（１）は、電極３２Ａに対する含有溶液３０の滴下後に生じる反応の時間経過による進行が、計測精度に影響しない範囲の時間として予め規定される。より具体的には、第１経過時間Ｔｐ（１）は、電極３２Ａに対して含有溶液３０が滴下され、電極３２Ａに酵素膜１０として製膜されたＨＯＤによるヒスタミンの分解反応が開始した後の時間として予め規定される。なお、第１経過時間Ｔｐ（１）は、本実施形態の値（０．３ｓ）に限定されないが、０ｓ～３０ｓの間の何れかの値であることが好ましい。

又、第１電圧Ｖ（１）及び第１印加時間Ｔａ（１）は、電極３２Ａに対する電圧の印加によって生じる電気分解により消失する酸素の量が、酸素及びヒスタミンの濃度の計測精度に影響を及ぼさない範囲の値として予め規定される。なお、電極３２Ａに対する電圧の印加によって電極３２Ａの界面に存在する酸素のみが消失し、濃度勾配の形成によって電極３２Ａに向けて酸素が拡散し、これにより、消失した酸素が回復する。第１電圧Ｖ（１）及び第１印加時間Ｔａ（１）は、より具体的には、拡散により供給された酸素により、消失した酸素を回復できる値として予め規定される。なお、第１電圧Ｖ（１）は、本実施形態の値（－６００ｍＶ）に限定されないが、－１０００ｍＶ～－５００ｍＶの間の何れかの値であることが好ましい。第１印加時間Ｔａ（１）は、本実施形態の値（０．５ｓ）に限定されないが、０ｓ～３ｓの間の何れかの値であることが好ましい。

図８に示すように、ＣＰＵ２１は、Ｓ１３の処理によって電極３２Ａに第１電圧Ｖ（１）が印加されている間、電極３２Ａに流れる電流の電流値を測定する。（Ｓ１５）。ＣＰＵ２１は、電極３２Ａに第１電圧Ｖ（１）が印加された時の電流、又は、第１電圧Ｖ（１）が印加されている間に電極３２Ａに流れる電流の積算値を、第１電流ｉ_０として測定し、記憶装置２２に記憶する。

ＣＰＵ２１は、Ｓ１３の処理によって電極３２Ａに第１電圧Ｖ（１）を印加した後、Ｓ１の処理において第２経過時間Ｔｐ（２）として取得した１２０ｓの経過後に、第１電圧Ｖ（１）の印加条件と同じ条件で、電極３２Ａに電圧を印加する。より詳細には、ＣＰＵ２１は、－６００ｍＶの電圧（以下、第２電圧Ｖ（２）という。）を０．５ｓ（以下、第２印加時間Ｔａ（２）という。）電極３２Ａに印加する（Ｓ１７、図９参照）。この時、含有溶液３０中の酸素は電気分解により消費される。第２電圧Ｖ（２）及び第２印加時間Ｔａ（２）は、Ｓ１３の処理によって電極３２Ａに印加された場合の第１電圧Ｖ（１）及び第１印加時間Ｔａ（１）と等しい。又、電極３２Ａの電圧が０Ｖから第２電圧Ｖ（２）まで変化するのにかかる時間Ｔｎも０．３ｓであり、Ｓ１３の処理によって電極３２Ａに第１電圧Ｖ（１）が印加される場合と等しい（図９参照）。

なお、第１電圧Ｖ（１）と第２電圧Ｖ（２）とは相違していてもよい。この場合、第２電圧Ｖ（２）は、本実施形態の値（－６００ｍＶ）に限定されないが、－１０００ｍＶ～－５００ｍＶの間の何れかの値であることが好ましい。又、第１印加時間Ｔａ（１）と第２印加時間Ｔａ（２）とは相違していてもよい。この場合、第２印加時間Ｔａ（２）は、本実施形態の値（０．５ｓ）に限定されないが、０ｓ～３ｓ の間の何れかの値であることが好ましい。電極３２Ａの電圧が０Ｖから第１電圧Ｖ（１）まで変化するのにかかる時間と、電極３２Ａの電圧が０Ｖから第２電圧Ｖ（２）まで変化するのにかかる時間とは、相違していてもよい。

図９に示す第２経過時間Ｔｐ（２）は、電極３２Ａに対する第１電圧Ｖ（１）の印加（Ｓ１３、図８参照）時に電気分解により酸素が消失した後、含有溶液３０中での酸素の濃度勾配に基づく拡散現象により電極３２Ａの周囲から電極３２Ａに対して供給され、計測精度に影響しない程度に酸素濃度が回復するまでの時間として予め規定される。

図１０は、第１電圧Ｖ（１）の印加直後からの経過時間と、電極３２Ａ近傍の酸素の濃度との関係をシミュレーションにより導出したグラフである。このグラフから、電極３２Ａに第１電圧Ｖ（１）を印加してから約１２０ｓ経過する迄の間は、酸素の濃度は減少傾向にあることがわかる。一方、電極３２Ａに第１電圧Ｖ（１）を印加してから約１２０ｓ経過した以降は、酸素の濃度の低下傾向は抑制され、ほぼ横ばいとなることがわかる。つまり、電極３２Ａに第１電圧Ｖ（１）を印加してから１２０ｓ経過することで、第１電圧Ｖ（１）の印加時に電気分解により消失した酸素が、拡散現象により電極３２Ａに対して供給され、計測精度に影響しない程度に酸素濃度が回復している。このため本実施形態では、第２経過時間Ｔｐ（２）として１２０ｓが予め設定されている。なお、第２経過時間Ｔｐ（２）は、本実施形態の値（１２０ｓ）に限定されないが、１０ｓ～６００ｓの間の何れかの値であることが好ましい。

なお第２経過時間Ｔｐ（２）の適正値は、電極３２Ａに対する電圧印加による酸素消失の回復、及び、反応の進行度合いどちらにも関連がある。このため、第２経過時間Ｔｐ（２）の適正値は、拡散係数Ｄ、酵素膜１０の膜厚、酵素による反応速度に応じてユーザにより決定される。

なお上記において、ユーザは、電極３２Ａに対する第１電圧Ｖ（１）の印加による酸素の消失後、含有溶液３０中での拡散現象に応じて酸素濃度が回復するまでの時間（以下、「回復時間」ともいう。）を、第２経過時間Ｔｐ（２）として入力部２４に入力した。これに対し、例えばユーザは、電極３２Ａに酵素膜１０として製膜されたＨＯＤによるヒスタミンの分解反応の反応速度が開始されてから、計測精度に影響しない程度まで反応が終了するまでの時間（以下、「収束時間」という。）の方が、回復時間よりも長い場合、収束時間を第２経過時間Ｔｐ（２）として入力部２４に入力してもよい。

回復時間の代わりに収束時間を第２経過時間Ｔｐ（２）とすることの理由は、次の通りである。図１１は、酵素の反応速度を示す反応速度定数と、第１電圧Ｖ（１）を印加してから３００ｓ経過後の酸素濃度の規格値との関係をシミュレーションにより導出したグラフである。このグラフから、拡散係数が極端に大きいＤ＝１を除いたＤ＝０．０１及び０．０５である場合において、夫々の変化傾向が一致し、且つ、何れも一定以上の反応速度の場合に酸素濃度が収束することがわかる。つまり、酸素の反応速度によっては、酸素の拡散現象を前提とした回復時間が経過しても、酸素濃度は収束しないことになる。従って、回復時間よりも収束時間の方が長い場合、回復時間の代わりに収束時間を第２経過時間Ｔｐ（２）とすることによって、計測精度に影響しない程度まで分解反応が終了するまで待機できるので、計測精度を高めることができる。

図８に示すように、ＣＰＵ２１は、Ｓ１７の処理によって電極３２Ａに第２電圧Ｖ（２）が印加されている間、電極３２Ａに流れる電流の電流値を測定する。（Ｓ１９）。ＣＰＵ２１は、電極３２Ａに第２電圧Ｖ（２）が印加された時の電流、又は、電極３２Ａに第２電圧Ｖ（２）が印加されている間に電極３２Ａに流れる電流の積算値を、第２電流ｉとして測定し、記憶装置２２に記憶する。

図１２、図１３は、Ｓ１７の処理によって電極３２Ａに電圧を印加した場合に流れる電流の電流値をシミュレーションにより導出したグラフである。例えばＣＰＵ２１は、太線枠内で測定された電流の積算値を、第２電流ｉとして測定する。ここで図１２の場合、図１３の場合と異なり、係数αの相違によって電流のピーク値は大きく相違する。これに対し、本実施形態では、電流の積算値を第２電流ｉとして測定することによって、係数αの相違による電流のピーク値の差異を最小化している。

図８に示すように、ＣＰＵ２１は、Ｓ１５の処理によって測定された第１電流ｉ_０、及び、Ｓ１９の処理によって測定された第２電流ｉを、記憶装置２２から読み出して取得する。ＣＰＵ２１は、第１電流ｉ_０を用いて第２電流ｉを次の方法で規格化することにより、含有溶液３０中のヒスタミンの濃度を精度よく計測できる（Ｓ２１）。

第１電圧Ｖ（１）の印加時における酸素の濃度をｃ_０と表記し、第２電圧Ｖ（２）の印加時における酸素の濃度をｃと表記する。又、濃度ｃ_０に対する濃度ｃの比を、Ｒｃと表記する。この場合、比Ｒｃはｃ／ｃ_０のように表される（Ｒｃ＝ｃ／ｃ_０）。又、第１電流ｉ_０及び第２電流ｉは、夫々、式（１－１）に基づき、式（１－２）（１－３）のように表すことができる。

比Ｒｃは、式（１－２）（１－３）に基づき、式（１－４）のように表すことができる。

式（１－４）では、第１電流ｉ_０、第２電流ｉの計測が同一の検体、同一の電極で行われており、各々のα、βが等しいため、式（１－１）における係数α、βが消去されている。このことは、第１電流ｉ_０に対する第２電流ｉの比Ｒｃ（＝ｉ／ｉ_０）を算出することによって、電気分解の活性の程度（係数α）や、係数βが測定毎に相違する場合でも、酸素の濃度の比Ｒｃ（＝ｃ／ｃ_０）を精度良く決定できることを示す。なお前述のように、酸素の濃度はヒスタミンの濃度と相関があるため、酸素の濃度の比Ｒｃを精度良く計測することにより、ヒスタミンの濃度も精度良く計測できる。

図１４は、第１電流ｉ_０（時間０ｍｉｎにおける電流）と第２電流ｉ（時間２ｍｉｎにおける電流）との関係を、ヒスタミンの濃度（０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ）毎に示した測定結果を示すグラフである。より詳細には、図１４は、マグロ水煮缶詰サンプルのヒスタミン無添加と、５０ｐｐｍ相当、１００ｐｐｍ相当、１５０ｐｐｍ相当添加品に対して、－６００ｍＶの短方形波を２回印加して得られた電流値グラフである。図１４に示すように、第１電流ｉ_０の値は、ヒスタミンの濃度に関わらず略一定（約－７００００ｎＡ）となる。一方、第２電流ｉの値は、ヒスタミンの濃度が０ｐｐｍの場合に約－６００００ｎＡとなり、ヒスタミンの濃度が５０ｐｐｍの場合に約－３００００ｎＡとなり、ヒスタミンの濃度が１００ｐｐｍ及び１５０ｐｐｍの場合に約－１００００ｎＡとなる。つまり、この例では第２電流ｉは、ヒスタミンの濃度が少なくとも０ｐｐｍ～１００ｐｐｍの範囲において、ヒスタミンの濃度に応じた値となる。

図１５は、比Ｒｃ（＝ｉ／ｉ_０）とヒスタミンの濃度（０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、１００ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ）との関係を示すグラフである。より詳細には、図１５は、マグロ水煮缶詰サンプルのヒスタミン無添加と、５０ｐｐｍ相当、１００ｐｐｍ相当、１５０ｐｐｍ相当添加品に対して、－６００ｍＶの短方形波を２回印加して得られた電流値に基づき算出した比Ｒｃを示すグラフである。図１５に示すように、ヒスタミンの濃度と比Ｒｃとの関係は、ヒスタミンの濃度が０ｐｐｍ～１００ｐｐｍの範囲内で線形となる。このため、ヒスタミンの濃度と比Ｒｃとの関係を示す関数が予め定義されていれば、計測された比Ｒｃに基づいてヒスタミンの濃度を特定することが可能となる。このため計測装置３は、ヒスタミンの濃度が０ｐｐｍ～１００ｐｐｍの範囲でヒスタミンの濃度と比Ｒｃとの関係を示す一次関数ｆを、予め記憶装置２２に記憶する。なお、酵素膜１００の膜厚、酵素膜１０のかさ密度、酵素膜１０の酵素活性等を最適化することにより、計測可能なヒスタミンの濃度の範囲を広げることができる。

ＣＰＵ２１は、図８に示すメイン処理のＳ２１の処理において、記憶装置２２から取得した第１電流ｉ_０及び第２電流ｉに基づき、第２電流ｉを第１電流ｉ_０で除算して比Ｒｃ（＝ｉ／ｉ_０）を算出する。ＣＰＵ２１は、記憶装置２２に記憶した一次関数ｆに、算出した比Ｒｃを適用することによって、ヒスタミンの濃度を決定する。これにより、含有溶液３０の係数α、βに関わらず、ヒスタミンの濃度を精度良く計測できる。ＣＰＵ２１は、メイン処理を終了させる。

＜各パラメータの評価＞
図１６～図１９は、第１経過時間Ｔｐ（１）を０．３ｓ（図１６）、３．０ｓ（図１７）、５．０ｓ（図１８）、１０ｓ（図１９参照）とした場合における第１電流ｉ_０及び第２電流ｉの積算値（図１６（Ａ）～図１９（Ａ）参照）、及び、比Ｒｃ（＝ｉ／ｉ_０）（図１６（Ｂ）～図１９（Ｂ）参照）をプロットしたグラフである。より詳細には、図１６、図１７、図１９は、マグロ水煮缶詰サンプルのヒスタミン無添加と、５０ｐｐｍ相当、１００ｐｐｍ相当、１５０ｐｐｍ相当添加品に対して、－６００ｍＶの短方形波を２回印加して得られた電流値グラフである。図１８は、マグロ水煮缶詰サンプルのヒスタミン無添加と、２５ｐｐｍ相当、５０ｐｐｍ相当、７５ｐｐｍ相当、１００ｐｐｍ相当添加品に対して、－６００ｍＶの短方形波を２回印加して得られた電流値グラフである。なお、第２経過時間Ｔｐ（２）を１２０ｓとした。

図１９（Ａ）に示すように、第１経過時間Ｔｐ（１）が１０ｓの場合において、含有溶液３０中のヒスタミンの濃度の増加に伴う第１電流ｉ_０の変動の程度は、第１経過時間Ｔｐ（１）が０．３ｓ、３．０ｓ、５．０ｓの場合（図１６（Ａ）～図１８（Ａ）参照）と比べて大きくなった。又、図１９（Ｂ）に示すように、第１経過時間Ｔｐ（１）を１０ｓとした場合において、ヒスタミンの濃度と比Ｒｃ（＝ｉ／ｉ_０）との関係を近似した線形曲線の傾きの絶対値は、第１経過時間Ｔｐ（１）を０．３ｓ、３．０ｓ、５．０ｓとした場合（図１６（Ｂ）～図１８（Ｂ）参照）と比べて非常に小さく、略０となった。

以上から、第１経過時間Ｔｐ（１）を少なくとも０．３ｓ～５．０ｓの範囲内の何れかの値とすることによって、比Ｒｃの値に基づいてヒスタミンの濃度を適切に特定できることが明らかとなった。一方、第１経過時間Ｔｐ（１）を１０ｓ以上の何れかの値とした場合、比Ｒｃの値に基づいてヒスタミンの濃度を特定することが困難であることが分かった。又、電極３２Ａに対して含有溶液３０を滴下してからの経過時間であって、ヒスタミンの分解反応の時間経過による進行が計測精度に影響しない第１経過時間Ｔｐ（１）の範囲は、本実施形態において０．３ｓ～５．０ｓとなることが明らかとなった。

図２０は、電極３２Ａに印加する電圧をスイープさせた場合に流れる電流値をプロットしたグラフである。より詳細には、図２０は、マグロ水煮缶詰サンプルのヒスタミン無添加と、５０ｐｐｍ相当添加品に対して、０ｍＶから－１０００ｍＶまで－４０ｍＶ／ｓｅｃでスイープしたときの電流値グラフである。図２０に示すように、含有溶液３０中のヒスタミンの濃度（０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ）に関わらず、図中の太枠線内において、酸素の電気分解に起因する電流値のピークが観察された。この結果から、電極３２Ａに印加する第１電圧Ｖ（１）及び第２電圧Ｖ（２）を－５００ｍＶよりも絶対値として大きい値とすることによって、酸素の電気分解によりヒスタミンの濃度を特定できることが分かった。

図２１～図２３は、電極３２Ａに印加する第１電圧Ｖ（１）を－７００ｍＶ（図２１参照）、－８００ｍＶ（図２２参照）、－１０００ｍＶ（図２３参照）とした場合における電極３２Ａ近傍の酸素の濃度の経時変化をシミュレーションにより導出したグラフである。なお、夫々の第１電圧Ｖ（１）を電極３２Ａに印加する時間（第１印加時間Ｔａ（１））は、何れも０．５ｓである。

図２１に示すように、第１電圧Ｖ（１）を－７００ｍＶとした場合、電極３２Ａの近傍の酸素濃度は、電圧の印加から約３０ｓ経過後において電圧印加前の約９５％まで回復した。このため、第１電圧Ｖ（１）を－７００ｍＶとした場合において、電極３２Ａの近傍の酸素濃度の良好な回復率が確認された。一方、図２２に示すように、第１電圧Ｖ（１）を－８００ｍＶとした場合、電圧の印加から約３０ｓ経過後における酸素濃度の回復率は、９０％であった。又、図２３に示すように、第１電圧Ｖ（１）を－１０００ｍＶとした場合、電圧の印加から約３０ｓ経過後における酸素濃度の回復率は、約８５％であった。このため、第１電圧Ｖ（１）が－８００ｍＶよりも大きい場合に、時間が経過しても酸素濃度の適切な回復率が得られないことが分かった。なお、以上の結果は、２回目以降に電極３２Ａに電圧を印加する場合の第２電圧Ｖ（２）に対しても同様に適用される。

このことから、第１電圧Ｖ（１）及び第２電圧Ｖ（２）を－６００ｍＶ～－８００ｍＶの範囲内の何れかの値とすることによって、電極３２Ａ近傍の酸素濃度を良好に回復できるので、計測される電流値に基づいてヒスタミンの濃度を適切に特定できることが明らかとなった。一方、第１電圧Ｖ（１）及び第２電圧Ｖ（２）を－８００ｍＶよりも大きくした場合、電極３２Ａ近傍の酸素濃度を良好に回復できないので、計測される電流値に基づいてヒスタミンの濃度を特定することが困難であることが分かった。又、電気分解による酸素の分解量が計測精度に影響しない第１電圧Ｖ（１）及び第２電圧Ｖ（２）の範囲は、－６００ｍＶ～－８００ｍＶとなることが明らかとなった。

図２４は、電極３２Ａに印加する第１電圧Ｖ（１）を－７００ｍＶとした場合における電極３２Ａ近傍の酸素の濃度の経時変化をシミュレーションにより導出したグラフである。なお、図２１と異なる点は、第１電圧Ｖ（１）を電極３２Ａに印加する時間（第１印加時間Ｔａ（１））を１．０ｓとした点である。

図２４に示すように、第１印加時間Ｔａ（１）を１．０ｓとした場合、電圧の印加から約３０ｓ経過後における酸素濃度の回復率は約９０％であった。このため、第１印加時間Ｔａ（１）が少なくとも１．０ｓよりも大きい場合に、第１電圧Ｖ（１）の印加から時間が経過しても、電極３２Ａ近傍の酸素濃度は良好に回復しないことが分かった。なお、以上の結果は、２回目以降に電極３２Ａに電圧を印加する場合の第２印加時間Ｔａ（２）に対しても同様に適用される。

このことから、第１印加時間Ｔａ（１）及び第２印加時間Ｔａ（２）を０．５ｓ～１．０ｓの範囲内の何れかの値とすることによって、電極３２Ａ近傍の酸素濃度を良好に回復できるので、計測される電流値に基づいてヒスタミンの濃度を適切に特定できることが明らかとなった。一方、第１印加時間Ｔａ（１）及び第２印加時間Ｔａ（２）を１．０ｓよりも大きくした場合、電極３２Ａ近傍の酸素濃度を良好に回復できないので、計測される電流値に基づいてヒスタミンの濃度を特定することが困難であることが分かった。又、第１電圧Ｖ（１）及び第２電圧Ｖ（２）の夫々の印加時間であって計測精度に影響しない第１印加時間Ｔａ（１）及び第２印加時間Ｔａ（２）の範囲は、０．５ｓ～１．０ｓとなることが明らかとなった。

図２５は、第１電圧Ｖ（１）の電圧を印加してから６０ｓ、１２０ｓ、及び１８０ｓの夫々の時間が経過したタイミングで第２電圧Ｖ（２）（－６００ｍＶ）が電極３２Ａに印加されたことに応じて計測された第２電流ｉを、ヒスタミンの濃度毎に示したグラフである。より詳細には、図２５は、マグロ水煮缶詰サンプルのヒスタミン無添加と、５０ｐｐｍ相当、１００ｐｐｍ相当添加品に対して、－６００ｍＶの短方形波を６０秒間隔に４回印加して得られた電流値グラフである。

図２５に示すように、１２０ｓ、及び１８０ｓ経過後に第２電圧Ｖ（２）を印加した場合において、第２電流ｉは略同一となった。このため、第１電圧Ｖ（１）を印加してからの経過時間である第２経過時間Ｔｐ（２）を１２０ｓ以上とすることによって、電極３２Ａ近傍の酸素濃度は安定化することが分かった。このため、第２経過時間Ｔｐ（２）を１２０ｓ以上とすることによって、第２電流ｉを精度良く計測可能であり、この第２電流ｉに基づいてヒスタミンの濃度を精度良く特定できることが分かった。又、第１電圧Ｖ（１）が印加された後、第１電圧Ｖ（１）の印加による電極３２Ａ近傍の酸素の濃度変化が、酸素の拡散によって計測精度に影響しない程度まで回復する場合の第２経過時間Ｔｐ（２）の範囲は、１２０ｓ～となることが明らかとなった。

＜シミュレーション（酸素の拡散を考慮した場合）＞
図４～図７、図１０、図１２、図１３で示したグラフを導出するためのシミュレーションについて説明する。電極３２Ａに電圧を印加することにより生じる現象は、次の３つに大別できる。
・酵素膜１０内での酵素反応により、酸素及びヒスタミンが消費される。
・酵素膜１０の周囲から酵素膜１０に向けて、ヒスタミン及び酸素が拡散により輸送される。
・電極３２Ａにて酸素が電気分解されて消費され、電気分解に基づく電流が流れる。
上記の３つの現象の夫々を、以下に示す方法で定式化する。

＜酵素反応によるヒスタミン及び酸素の消費量について＞
シミュレーションのモデルは、１次元、即ち、電極３２Ａを原点として電極３２Ａの平面と直交する方向（ｙ方向という。）のみに着目する。他の方向（ｘ方向、ｚ方向）には、ヒスタミン及び酸素の分布がないものとする。

酵素膜１０の内部にある小さな領域（体積：Δｙ×１×１）において、酵素反応によって消費されるヒスタミン及び酸素の夫々の消費量は、反応を２次反応と仮定した場合、次のように表すことができる。
酸素の消費量：－ｋＨＣΔｙΔｔ
ヒスタミンの消費量：－γｋＨＣΔｙΔｔ
上記において、ｋは反応速度定数、Ｈはヒスタミンの重量濃度、Ｃは酸素の重量濃度、γは酸素とヒスタミンのモル分子量比率である。なお、溶媒が水であることを想定し、比重は１に設定されている。

＜ヒスタミン及び酸素の拡散について＞
酵素膜１０の外部において、ヒスタミン及び酸素の濃度は初期の状態で保たれる。一方、酵素膜１０の内部では、酵素反応によってヒスタミン及び酸素が消費され、ヒスタミン及び酸素の濃度分布が生じる。このため、拡散によるヒスタミン及び酸素の移動が起こる。ここで、＜酵素反応に依るヒスタミン及び酸素の消費量について＞の場合と同様、酵素膜１０の内部にある小さな領域（体積：Δｙ×１×１）におけるヒスタミン及び酵素の拡散を考える。

はじめに、酸素の拡散について以下のように定式化する。拡散のＦｉｃｋの第一法則に従い、拡散は濃度勾配と拡散面積（単位量１）に比例し、次のように表すことができる。拡散係数をＤと表記し、酸素とヒスタミンとの拡散係数の比をｇと表記する。

物資収支を考える小さな領域へ酸素が流入する時の酸素の量は式（２－１）により表すことができ、物資収支を考える小さな領域から酸素が流出する時の酸素の量は式（２－２）により表すことができる。なお、以下の式では、酵素膜１０の膜厚Ｌで無次元化されている。

又、酸素の拡散による、物資収支を考える小さな領域への増減量は、式（２－３）により表すことができる。

物資収支を考える小さな領域へヒスタミンが流入する時の酸素の量は式（２－４）により表すことができ、物資収支を考える小さな領域からヒスタミンが流出する時の酸素の量は式（２－５）により表すことができる。

又、ヒスタミンの拡散による、物資収支を考える小さな領域への増減量は、式（２－６）により表すことができる。

＜基礎方程式＞
式（２－１）～（２－６）に基づき、ヒスタミン及び酸素（以下、対象物質と総称する。）の酵素反応による消費量と拡散とを統合した基礎方程式について、以下にて説明する。対象物質の増減量と、対象物質の拡散による流出時の量、対象物質の拡散による流入時の量、及び、対象物質の酵素反応による消費量とは、以下の式（３）の関係を満たす。但し、対象物質の増減量を、増減量と表記する。対象物質の拡散による流出時の量を、拡散流出と表記する。対象物質の拡散による流入時の量を、拡散流入と表記する。対象物質の酵素反応による消費量を、反応消費量と表記する。
増減量＝拡散流出－拡散流入－反応消費量 （３）

酸素についての式（２－１）～（２－３）を式（３）に当てはめると、酸素に関する関係式として式（３－１）を導出できる。

両辺をΔｙΔｔで除算し、Δｙ，Δｔの夫々について極限０を取ることにより、式（３－２）を導出できる。

ヒスタミンについての式（２－４）～（２－６）を式（３）に当てはめると、ヒスタミンに関する関係式として式（３－３）を導出できる。

酸素の場合と同様、両辺をΔｙΔｔで除算し、Δｙ，Δｔの夫々について極限０を取ることに依り、式（３－４）を導出できる。

式（３－３）、（３－４）は連立２階偏微分方程式であり、解くためには境界条件が６個必要である。また解析的に解くことは大変困難である。そのため、本実施形態では、数値解法を適用する。

ここで、ｃ＝Ｃ／Ｃ_０、ｈ＝Ｈ／Ｈ_０という無次元化を行う。Ｃ_０は酸素の初期濃度であり、Ｈ_０はヒスタミンの初期濃度である。式（３－２）の両辺をＨ_０で除算し、式（３－５）を導出する。

又、式（３－４）の両辺をＣ_０で除算し、式（３－６）を導出する。

式（３－５）、（３－６）を基礎方程式という。

式（３－５）、（３－６）に示す基礎方程式により、酵素膜１０の膜厚の二乗と拡散係数が反比例の関係にあれば、同一の方程式、即ち、同一の解が得られることになる。従って、例えば、拡散係数が小さく計測不能である対象物質が存在する場合、酵素膜１０の膜厚を小さくすることによって対処できる場合がある。

式（３－７）、（３－８）に示す４つの境界条件が成立する。

＜電気分解の電流と、境界条件＞
酸素の電気分解によって流れる電流は、簡易化したバトラーボルマー式に従い、式（４－１）を満たす。

電極の近傍の、物資収支を考える小さな領域において、式（４－１）の右辺で示される量の酸素が消費されると仮定した場合、式（４－２）、（４－３）を満たす。

式（４－２）、（４－３）に、拡散による流入項を加算すると、式（４－４）を満たす。

式（４－４）は、５つ目の境界条件に対応する。

次に、ｙ＝０においてヒスタミンは電気分解されず、且つ、電極３２Ａ上ではヒスタミンが酵素によって消費されないとすると、拡散による流出もないので、６つ目の境界条件として、式（４－５）を導出できる。

式（３－７）、（３－８）、（４－４）、（４－５）は、連立線形非定常２階偏微分方程式であり、解析的に解くのは困難である。一方、定常状態が近似できれば、解くことは可能である。

＜数値シミュレーション＞
微分方程式の解法として、Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法等が知られているが、本実施形態では簡便化のため、最も簡単な逐次方程式とする方法をとる。酵素膜１０中の酸素の濃度を、例えばＣ（ｔ，ｘ）と表記する。ｔが何番目であるかを示すｉと、ｘが何番目であるかを示すｊとを引数とする。同様に、酵素膜１０中のヒスタミンの濃度を、例えばＨ（ｔ，ｘ）と表記する。ｔが何番目であるかを示すｉと、ｘが何番目であるかを示すｊとを引数とする。この場合、基礎方程式の左辺の、ｉ番目のＣ，Ｈに関する時間微分Ｃ´、Ｈ´は、次の式（５－１）、（５－２）により表すことができる。
Ｃ´＝Ｃ（ｉ，ｊ）－Ｃ（ｉ－１，ｊ） （５－１）
Ｈ´＝Ｈ（ｉ，ｊ）－Ｈ（ｉ－１，ｊ） （５－２）

次に、基礎方程式の右辺のｙに関する２階微分項Ｈ´´、Ｃ´´は、次の式（５－３）、（５－４）により表すことができる。
Ｃ´´＝｛Ｃ（ｉ－１，ｊ＋１）－Ｃ（ｉ－１，ｊ）｝
－｛Ｃ（ｉ－１，ｊ）－Ｃ（ｉ－１，ｊ－１）｝
＝Ｃ（ｉ－１，ｊ＋１）＋Ｃ（ｉ－１，ｊ－１）－２×Ｃ（ｉ－１，ｊ）
（５－３）

Ｈ´´＝Ｈ（ｉ－１，ｊ＋１）＋Ｈ（ｉ－１，ｊ－１）－２×Ｈ（ｉ－１，ｊ）
（５－４）
各々２つの方程式を基礎方程式に代入し、適当にパラメータを代入することにより、Ｃ（ｉ，ｊ）及びＨ（ｉ，ｊ）を求めることができる。

＜印加電圧の時間変化＞
基礎方程式には、印加電圧の変数があるが、このＶを時間によって変化するとして時間変数Ｖ（ｔ）とすると、任意のＶ（ｔ）による酸素濃度、ヒスタミン濃度を計測可能である。又、次に示すように、酸素の電気分解により電流を計測可能である。

＜酸素の電気分解により流れる電流の計算＞
バトラーボルマー則により、酸素の電気分解により流れる電流は、式（４－１）により算出できる。この方程式により、電極３２Ａ上の酸素の濃度、及び、係数αが分かれば、電流を計算可能である。なお、係数αは、電極３２Ａの物性だけでなく、含有溶液３０の特性（ｐＨなど）によっても大きく変動する。一方、本実施形態によれば、比Ｒｃを算出することにより、係数αの影響を排除できるので、電流値を精度良く特定し、ヒスタミンの濃度を正確に計測できる。

以上により、実際に計測される電気分解時の電流の予測計算も可能となる。なお、実際のバトラーボルマー定数や拡散係数は、設定が困難である場合が多いが、実際には、実験で得られる電流カーブをシミュレーションにより再現するためのパラメータ範囲は極めて狭い範囲であることから、上記の方法によりシミュレーションが可能となった。

＜シミュレーション（酸素の拡散を考慮しない場合）＞
図１１で示したグラフを導出するためのシミュレーションについて説明する。式（３－５）において、拡散に関する項を無視することにより、式（６－１）を導出する。同様に、式（３－６）において、拡散に関する項を無視することにより、式（６－２）を導出する。

ここで、酸素ガス分子が１個消費するとヒスタミン分子が１個反応するという前提を置く。この場合、酸素分子量Ｍ_０、ヒスタミン分子Ｍ_ｈと表記すると、ヒスタミン重量濃度Ｈ（ｔ）と酸素重量濃度Ｃ（ｔ）との関係は、式（６－３）にて表すことができる。

次に、式（６－４）に示す規格化を行い、式（６－５）を導出する。

求めたｈを微分方程式に代入することにより、式（６－６）が導出される。

式（６－６）を解析的に解くことで、式（６－７）を導出できる。

Ｃ_０ｒ＞Ｈとして、ｔを無限大とする極限をとることにより、式（６－８）を導出できる。

式（６－８）から、規格化濃度ｃの収束値は、初期ヒスタミン濃度Ｈ_０と線形の関係にあることが分かる。この線形の関係は、ある程度以上反応が進行しなければならない。言い換えれば、計測精度に影響しない範囲まで反応が進行しなければならない。ここで、時間ｔには必ずｋが乗算されているので、計測精度に影響しない範囲まで反応が進行するのに要する時間は、ｋが大きければ時間ｔは小さくて済み、ｋが小さければ時間ｔは大きい必要がある。従って、収束時間は、反応速度と反比例の関係にあることが分かる。

＜評価＞
本発明に係る手法に係る計測結果と、従来手法に係る計測結果との比較を行った。

＜評価１＞
従来手法では、第２電流ｉを規格化せずにそのまま係数α、βの影響がある電流値として用いた。図２６、図２７は、規格化する前の第２電流ｉ（２分後の電流値、図２６参照）と、規格化された第２電流ｉを示す比Ｒｃ（２分後の電流値を第１電流ｉ_０で規格化、図２７参照）との夫々のデータを示す。異なる２枚の酵素チップ（酵素チップＡ、Ｂ）を用い、魚肉抽出液中のヒスタミンを計測した。図２６に示すように、第２電流ｉの規格化を行う前では、酵素チップの個体差や電流値のばらつきによって、ヒスタミンの推定精度に相当する決定係数Ｒ^２＝０．８８となっている。一方、図２７に示すように、第２電流ｉの規格化を行った場合には、Ｒ^２＝０．９５となっており、計測精度が向上したことが確認された。

＜評価２＞
従来手法として、スイープによりヒスタミンの濃度を計測した。図２８に示す例では、サンプルとしてマグロ生肉、及びマグロ水煮缶が用いられた。そして、これに対し、ヒスタミン無添加、２５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ相当となるようにヒスタミンを添加し、計測を実施した。データは０ｍＶから－８００ｍＶまで－２０ｍＶ／ｓｅｃで電極の電圧をスイープした場合のピーク電流値をプロットした。又、２つのサンプルのデータに対して回帰直線を算出した。なお、決定係数Ｒ^２＝０．８２となった。

従来手法が用いられた場合におけるヒスタミン濃度と第２電流ｉの積算値（規格化なし）との関係を、図２９に示す。本発明に係る手法が用いられた場合におけるヒスタミン濃度と第２電流ｉを規格化した値を示す比Ｒｃとの関係を、図３０に示す。サンプルとして、マグロ水煮缶抽出液とマグロ蒸し肉抽出液とが用いられた。図２９、図３０において、回帰直線は２つのサンプルで得られた積算値とヒスタミン濃度に対して算出した。従来手法の場合、Ｒ^２＝０．８３となり、本発明に係る手法の場合、Ｒ^２＝０．９５となった。このことから、従来手法の計測精度はスイープの場合（図２８参照）と変わらないが、本発明に係る手法とすることにより、精度が向上することが確認された。

＜評価３＞
本発明に係る手法により計測されたヒスタミンの濃度と、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）にて計測されたヒスタミンの濃度とを比較した。サンプルとしてマグロ生肉を用いた場合の結果を、図３１に示す。サンプルとしてマグロ水煮缶詰抽出液を用いた場合の結果を、図３２に示す。この結果から、何れの決定係数Ｒ^２も０．９より小さくなった。このことから、本発明に係る手法を適用することにより、ヒスタミンの濃度を高精度に計測できることが確認された。

＜評価４＞
酸素濃度の時間変化を初期酸素濃度毎に評価した。図３３は、初期酸素濃度（規格値）が１．２、１．１、１．０、０．９、０．８の夫々の場合における酸素濃度の時間変化を示す。図３４は、図３３の結果を初期酸素濃度１．０で規格化した値の時間変化を示す。図３３、図３４の結果から、酸素濃度の時間変化は、初期酸素濃度の値に依らず集約することが分かった。又、図３３、図３４では酸素濃度を±２０％ずつ変化させているが、例えば標高１０００ｍでも酸素濃度の低下は約１０％、超大型台風でも気圧低下は約１０％の低下に留まることから、初期酸素濃度の相違は実用上問題ないことが分かった。

＜評価５＞
標高８２８ｍ（気圧９２０ｈＰａ）と、標高１０ｍ（気圧１０１２ｈＰａ）との夫々における積算電流値／比Ｒｃの時間変化を、ヒスタミンの濃度毎に評価した。図３５は、標高８２８ｍ／ヒスタミン濃度０ｐｐｍ、標高１０ｍ／ヒスタミン濃度０ｐｐｍ、標高８２８ｍ／ヒスタミン濃度５０ｐｐｍ、及び標高１０ｍ／ヒスタミン濃度５０ｐｐｍの夫々の条件で実測された積算電流値の時間変化を示す。図３６は、標高８２８ｍ／ヒスタミン濃度０ｐｐｍ、標高１０ｍ／ヒスタミン濃度０ｐｐｍ、標高８２８ｍ／ヒスタミン濃度５０ｐｐｍ、及び標高１０ｍ／ヒスタミン濃度５０ｐｐｍの夫々の条件で実測された比Ｒｃの時間変化を示す。図３４、図３５の結果から、積算電流値及び比Ｒｃは何れも一致しており、標高（気圧）の影響をほとんどうけないことが分かった。

＜本実施形態の作用、効果＞
計測装置３の電極３２は、酵素が製膜された酵素膜１０を表面に有する。ヒスタミンは、酵素と反応することによってＩＡＡが分解物として生成される。計測装置３は、ヒスタミンが分解されてＩＡＡが生成されることに応じて消費される酸素を、電極３２Ａに対する電圧印加によって電気分解する。計測装置３は、電極３２Ａに対する電圧の印加によって酸素が電気分解する反応を利用し、酸素の濃度変化からヒスタミンの濃度を計測できる。

計測装置３は、Ｓ１３の処理による第１電圧Ｖ（１）の印加に応じて電極３２Ａに流れる第１電流ｉ_０を測定し（Ｓ１５）、Ｓ１７の処理による第２電圧Ｖ（２）の印加に応じて電極３２Ａに流れる第２電流ｉを測定する（Ｓ１９）。計測装置３は、第１電流ｉ_０と第２電流ｉとに基づいて、ヒスタミンの濃度を決定する（Ｓ２１）。より詳細には、計測装置３は、第２電流ｉを前記第１電流ｉ_０で除算した比Ｒｃに基づいて、ヒスタミンの濃度を計測する。つまり、計測装置３は、含有溶液３０の初期における溶存酸素濃度が常温、常圧において略一定のため、ヒスタミンの反応が生じる前の状態を基準として、ヒスタミンの濃度を計測する。計測装置３は、比Ｒｃを算出することにより係数α、βの影響を排除できるので、係数α、βの変動に応じて測定精度が低下する可能性を軽減できる。このため計測装置３は、ヒスタミンの濃度を更に高精度に計測できる。

計測装置３は、Ｓ１３の処理によって第１電圧Ｖ（１）が印加されている間に流れる電流の積算値を、第１電流ｉ_０として測定する（Ｓ１５）。計測装置３は、Ｓ１７の処理によって第２電圧Ｖ（２）が印加されている間に流れる電流の積算値を、第２電流ｉとして測定する（Ｓ１９）。この場合に測定される第１電流ｉ_０及び第２電流ｉは、電極３２Ａに対する電圧の印加によって電気分解される酸素の量を適切に反映し、係数α、βの相違に基づく電流値の差異の影響は小さくなる。従って、計測装置３は、係数α、βの変動に応じて精度が低下する可能性を更に軽減できるので、ヒスタミンの濃度を更に高精度に計測できる。このため、センサチップ３Ａの電極３２Ａの個体差に応じて測定結果に誤差が生じる可能性を軽減できる。

計測装置３は、記憶装置２２に記憶した一次関数ｆに、算出した比Ｒｃを適用することによって、ヒスタミンの濃度を決定する（Ｓ２１）。このため、計測装置３は、ヒスタミンの濃度を、比Ｒｃに基づいて容易に決定できる。

計測装置３は、Ｓ１３で印加する第１電圧Ｖ（１）と、Ｓ１７で印加する第２電圧Ｖ（２）とを同一とする。又、計測装置３は、Ｓ１３で第１電圧Ｖ（１）を印加する第１印加時間Ｔａ（１）と、Ｓ１７で第２電圧Ｖ（２）を印加する第２印加時間Ｔａ（２）とを同一とする。これにより、計測装置３は、比Ｒｃに基づいてヒスタミンの濃度を高精度に特定できる。

計測装置３は、含有溶液３０が電極３２に滴下されたか判定し（Ｓ１１）、含有溶液３０が滴下されたと判断されたタイミング（Ｓ１１：ＹＥＳ）で、電極３２Ａに対して第１電圧Ｖ（１）を印加する（Ｓ１３）。この場合、計測装置３は、電極３２に対して含有溶液３０が滴下されてから、第１電圧Ｖ（１）の印加が開始されるまでの間において、含有溶液３０中のヒスタミンが反応する場合の反応量を抑制できる。従って計測装置３は、この間におけるヒスタミンの分解量を抑制できるので、ヒスタミンの濃度を更に高精度に計測できる。

センサチップ３Ａの電極３２は、作用極としての電極３２Ａは、対極としての電極３２Ｂ、及び、参照極としての電極３２Ｃを有する。計測装置３は、三極電極法に基づいて電極３２Ａに電圧を印加し電流を計測する。このため計測装置３は、二極電極法に基づいて電極に電圧を印加し電流を計測する場合と比べて、被検体の物理量をより高精度に決定できる。

＜変形例＞
本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。計測装置３は、センサチップ３Ａのみで構成されてもよい。この場合、測定部３１は、電極３２に電圧を印加したときに流れる電流の電流値を計測し、含有溶液３０中のサンプルに含まれるヒスタミンの濃度を検出してもよい。センサチップ３Ａは、検出した濃度を、非図示の表示部に表示してもよい。更に、計測装置３は、センサチップ３Ａ及び本体部３Ｂが一体化した構造を有していてもよい。

計測装置３により濃度が計測される対象は、ヒスタミンに限定されない。例えば計測装置３は、ヒスタミンを含むアミンを検出してもよい。更に計測装置３は、生体から得たサンプルに含まれる非タンパク質性の含有物質を検出してもよい。又、計測装置３は、酸素の濃度を計測してもよい。例えばユーザは、計測装置３により計測された酸素の濃度を、別の機器によってヒスタミンの濃度に換算してもよい。

計測装置３は、酸素の電気分解によって生成され、量が増加する過酸化水素の濃度を計測してもよい。この場合、電極３２Ａの界面で過酸化水素が生成されることに応じ、過酸化水素の濃度勾配が含有溶液３０内に形成され、過酸化水素は電極３２Ａから散逸する。例えばユーザは、計測装置３により計測された過酸化水素の濃度を、別の機器によってヒスタミンの濃度に換算してもよい。又、計測装置３は、計測した過酸化水素の濃度に基づき、ヒスタミンの濃度を直接計測してもよい。

酵素を変更することによって別の物質を計測対象としてもよい。酵素を用いず、別の反応手段を適用することによって被検体の濃度を計測してもよい。又、例えば電極上で酵素のような反応促進物質を設置しなくてもよい。この場合、例えば、溶液に反応促進剤を混合した後、電極に滴下して時間変化を測定してもよい。

計測装置３は、第２電流ｉを前記第１電流ｉ_０で除算した比Ｒｃに基づいて、ヒスタミンの濃度を計測した。これに対し、計測装置３は、他の手法により、第１電流ｉ_０を用いて第２電流ｉを規格化（正規化）し、ヒスタミンの濃度を計測してもよい。例えば計測装置３は、メイン処理を複数回実行することによって複数の第１電流ｉ_０及び複数の第２電流ｉを取得し、これらを統計的に解析することによってヒスタミンの濃度を計測してもよい。

計測装置３は、記憶装置２２に記憶した一次関数ｆに、算出した比Ｒｃを適用することによって、ヒスタミンの濃度を決定した（Ｓ２１）。計測装置３は、別の方法により、比Ｒｃからヒスタミンの濃度を決定してもよい。例えば、計測装置３は、比Ｒｃの複数の候補と、複数の候補の夫々に対応するヒスタミンの濃度とを対応付けたテーブルを、記憶装置２２に記憶してもよい。計測装置３は、算出した比Ｒｃに最も近似する複数の候補の何れかに対応付けられたヒスタミンの濃度を、含有溶液３０におけるヒスタミンの濃度として決定してもよい。

計測装置３は、第１電圧Ｖ（１）が印加されている間に流れる電流の積算値を第１電流ｉ_０として測定し（Ｓ１５）、第２電圧Ｖ（２）が印加されている間に流れる電流の積算値を第２電流ｉとして測定した（Ｓ１９）。これに対し、計測装置３は、Ｓ１３の処理によって第１電圧Ｖ（１）が印加された場合に電極３２Ａに流れた電流のピーク値を、第１電流ｉ_０として測定してもよい。同様に、計測装置３は、Ｓ１７の処理によって第２電圧Ｖ（２）が印加された場合電極３２Ａに流れた電流のピーク値を、第２電流ｉとして測定してもよい。

計測装置３は、含有溶液３０を電極３２に滴下する滴下機構を有してもよい。計測装置３は、滴下機構により含有溶液３０を電極３２に滴下したタイミングで、電極３２Ａに対する第１電圧Ｖ（１）の印加を開始してもよい（Ｓ１３）。

計測装置３は、第２電圧Ｖ（２）を電極３２Ａに２回以上印加してもよい。例えば第２電圧Ｖ（２）がｍ（ｍは２以上の整数）回印加される場合、図３７に示すように、計測装置３は、ｍ－１回目に第２電圧Ｖ（２）が印加された後、第３経過時間Ｔｐ（３）の経過後に、ｍ回目の前記第２電圧Ｖ（２）を印加してもよい。なお、第３経過時間Ｔｐ（３）は、第２電圧Ｖ（２）の印加による電極３２Ａ近傍の酸素の濃度変化が、酸素の拡散によって計測精度に影響しない程度まで回復するまでの時間として予め規定される。第３経過時間Ｔｐ（３）は、具体的には１２０ｓであり、第２経過時間Ｔｐ（２）と等しい。

なお、第２電圧Ｖ（２）の値は、ｍ回印加される毎に相違してもよい。第２経過時間Ｔｐ（２）の値は、第２電圧Ｖ（２）がｍ回印加される毎に相違してもよい。第３経過時間Ｔｐ（３）は、第２経過時間Ｔｐ（２）と異なる値でもよい。第３経過時間Ｔｐ（３）の値は、第２電圧Ｖ（２）がｍ回印加される場合のインターバル毎に相違してもよい。

第２経過時間Ｔｐ（２）は、計測装置３の穂記憶装置２２に予め複数記憶されていてもよい。ＣＰＵ２１は、測定条件等に応じ、適切な第２経過時間Ｔｐ（２）を記憶装置２２から取得し（Ｓ１）、測定を行ってもよい。この時、ＣＰＵ２１は、第２経過時間Ｔｐ（２）として回復時間を取得するか又は収束時間を取得するかを、測定条件等に応じて選択してもよい。又、ＣＰＵ２１は、測定条件等に応じて最適な第２経過時間Ｔｐ（２）を、測定時に算出して決定してもよい。

計測装置３は、第２電圧Ｖ（２）をｍ回印加する度に、第２電流ｉを測定してもよい。更に、計測装置３は、ｍ回計測された第２電流ｉを統計的に解析することにより、第１電流ｉ_０との関係に基づいてヒスタミンの濃度を計測してもよい。具体的には、例えば計測装置３は、ｍ回測定した第２電流ｉを線形近似して１次関数を特定し、特定された１次関数の傾きに基づいてヒスタミンの濃度を決定してもよい。

なお、第２経過時間Ｔｐ（２）及び第３経過時間Ｔｐ（３）は、第２電圧Ｖ（２）の印加による電極３２Ａ近傍の酸素の濃度変化が、酸素の拡散によって計測精度に影響しない程度まで回復するまでの時間に限らない。第２経過時間Ｔｐ（２）及び第３経過時間Ｔｐ（３）は、電極３２Ａに対する直前の電圧印加による電極３２Ａ近傍の酸素の濃度変化が、計測精度に影響しない程度まで解消される場合の時間範囲の中であれば、電極３２Ａ近傍の酸素の濃度変化が回復するまでの時間よりも短くてもよい。例えば、第２電流比Ｒｃの減少度合いの経時的変化を用い、長時間経過後の比Ｒｃを予測してもよい。ＣＰＵ２１は、予測した比Ｒｃに基づいて、ヒスタミンの濃度を決定してもよい。詳細には次の通りである。

図３８は、マグロ水煮缶詰サンプルのヒスタミン無添加サンプルに対して、－６００ｍＶの短方形波を６０秒間隔に４回印加して得られた電流値および電流値比の時間変化を示すグラフである。図３８（Ａ）は、図３７に示すように第１電圧Ｖ（１）及び第２電圧Ｖ（２）が電極３２Ａに印加された場合において、第１電圧Ｖ（１）が印加されてからの経過時間と、電圧印加時において電極３２Ａに流れる電流の計測値（第１電流ｉ_０又は第２電流ｉ）との関係を示したグラフである。図３８（Ｂ）は、第１電流ｉ０と第２電流ｉとの比Ｒｃ（＝ｉ／ｉ_０）を、第１電圧Ｖ（１）を印加してからの経過時間ごとにプロットしたグラフである。なお、第２経過時間Ｔｐ（２）及び第３経過時間Ｔｐ（３）は、夫々６０ｓとされ、ｍは３である。はじめに、図３８（Ａ）における各プロットが、関数Ｆ（ｔ）＝ａｅ^－ｂｔ＋ｃにてフィッティングされる。同様に、図３８（Ｂ）における各プロットが、関数Ｆ´（ｔ）＝ａ´ｅ^－ｂ´ｔ＋ｃ´にてフィッティングされる。なお、ａ、ｂ、ｃ、ａ´、ｂ´、ｃ´は、夫々、各プロットを近似するために適用される定数である。ｔは、第１電圧Ｖ（１）が印加されてからの経過時間である。

つまり、第１電圧Ｖ（１）が印加されてから経過時間ｔ後に電極３２Ａに電圧が印加されたことに応じて流れる電流は、関数Ｆ（ｔ）により導出可能である。この場合、計測装置３は、関数Ｆ（ｔ）を適用することによって、電極３２Ａに対する電圧印加に応じて流れる電流の収束値を、電流が実際に収束する前に予測可能となる。同様に、第１電圧Ｖ（１）が印加されてから経過時間ｔ後における比Ｒｃも、関数Ｆ´（ｔ）により導出可能である。この場合、計測装置３は、関数Ｆ´（ｔ）を適用することによって、比Ｒｃに基づくヒスタミンの濃度の特定を、電極３２Ａに対する電圧印加に応じて流れる電流が実際に収束する前に予測可能となる。この場合、より短い時間でヒスタミンの濃度を精度良く特定できる。

図３９は、３回目の第２電圧Ｖ（２）が印加された場合に流れた第２電流ｉの計測値に基づき算出された比Ｒｃと、ヒスタミンの濃度との関係を示すグラフである。より詳細には、図３９は、マグロ水煮缶詰サンプルのヒスタミン無添加と、２５ｐｐｍ相当、５０ｐｐｍ相当、７５ｐｐｍ相当、１００ｐｐｍ相当添加品に対して、－６００ｍＶの短方形波を６０秒間隔で４回印加したときの比Ｒｃをヒスタミン濃度に対してプロットしたグラフである。比Ｒｃを算出するために電流が計測されるタイミングは、第１電圧Ｖ（１）が電極３２Ａに印加されてから３分経過後である。ここで、横軸をｘ軸、縦軸をｙ軸と定義した場合、各プロットは、関数ｙ＝－０．００４３ｘ×０．７１１８なる関数にてフィッティングされる。

図４０は、４～１０分の経過後に第２電圧Ｖ（２）が印加されたときに流れる第２電流ｉから特定される比Ｒｃを、関数ｙに基づいて算出し、算出されたＲｃに基づいて予測されるヒスタミンの濃度を評価した結果である。より詳細には、図４０は、図３９の３分間の計測実データから、４分以降の電流値を推測したときのシミュレーション結果（４分以降）である。なお、３分経過後に第２電圧Ｖ（２）が印加されたときの結果は実測値に基づいている。図４０のうち、ヒスタミン感度［／ｐｐｍ］とは、ヒスタミン１ｐｐｍ当たり、比Ｒｃがどの程度変化するかを示す指標であり、図３９のグラフの傾きに対応する。又、Ｒ^２は、実際のヒスタミンの濃度と予測されたヒスタミンの濃度との相関係数Ｒを二乗した決定係数、即ち寄与率を示す。

ヒスタミン感度の及びＲ^２の結果から、経過時間が４分～１０分の範囲内で、関数ｙに基づいて算出した比Ｒｃに基づいて予測されるヒスタミンの濃度が、実際のヒスタミンの濃度と精度良く一致することが分かった。又、Ｒ^２の結果から、経過時間が５分である場合において値が最も大きくなることから、経過時間が５分である場合にヒスタミンの濃度を最も高精度に特定できることが分かった。更に、図３９、図４０の結果から、第１電圧Ｖ（１）の印加から３分経過するまでに第２電圧Ｖ（２）を３回印加し、夫々で第２電流ｉを計測することによって、４回目以降の第２電圧Ｖ（２）を印加することなく比Ｒｃを算出してヒスタミンの濃度を精度良く特定できることが明らかになった。

電極３２は、作用極及び対極のみを有し、参照極を有さなくてもよい。この場合、計測装置３は、二極電極法に基づいて電極に電圧を印加し電流を計測することにより、ヒスタミンの濃度を計測してもよい。

＜その他＞
ヒスタミンは、本発明の「被検体」の一例である。酸素は、本発明の「計測物質」の一例である。Ｓ１３の処理を行うＣＰＵ２１は、本発明の「第１印加手段」の一例である。Ｓ１５の処理を行うＣＰＵ２１は、本発明の「第１測定手段」の一例である。Ｓ１７の処理を行うＣＰＵ２１は、本発明の「第２印加手段」の一例である。Ｓ１９の処理を行うＣＰＵ２１は、本発明の「第２測定手段」の一例である。Ｓ２１の処理を行うＣＰＵ２１は、本発明の「計測手段」の一例である。Ｓ１１の処理を行うＣＰＵ２１は、本発明の「判定手段」の一例である。Ｓ１３の処理は、本発明の「第１印加工程」の一例である。Ｓ１５の処理は、本発明の「第１測定工程」の一例である。Ｓ１７の処理は、本発明の「第２印加工程」の一例である。Ｓ１９の処理は、本発明の「第２測定工程」の一例である。Ｓ２１の処理は、本発明の「計測工程」の一例である。

Claims (17)

1. 被検体を含む溶液が電極に滴下されたことに応じて前記被検体に反応が起こることにより生じる計測物質の濃度の時間変化を、前記計測物質の電気分解によって生じる電流を計測することにより計測する計測装置であって、
   前記電極に対する前記溶液の滴下後、前記反応の時間経過による進行が計測精度に影響しない範囲の第１経過時間後に、電気分解による前記計測物質の消失量又は増加量が計測精度に影響しない範囲の第１電圧を、計測精度に影響しない範囲の第１印加時間前記電極に印加する第１印加手段と、
   前記第１印加手段による前記第１電圧の印加により流れる第１電流を測定する第１測定手段と、
   前記第１電圧の印加による前記電極近傍の前記計測物質の濃度変化が、前記計測物質の拡散によって計測精度に影響しない程度まで回復するのに要する回復時間を、第２経過時間として取得する取得手段と、
   前記第１印加手段により前記第１電圧が印加された後、前記取得手段により取得した第２経過時間の経過後に、少なくとも１回、電気分解による前記計測物質の消失量又は増加量が計測精度に影響しない範囲の第２電圧を、計測精度に影響しない範囲の第２印加時間前記電極に印加する第２印加手段と、
   前記第２印加手段による前記第２電圧の印加により流れる第２電流を、少なくとも１回前記第２電圧が印加される毎に測定する第２測定手段と、
   前記第１測定手段によって測定された前記第１電流を用いて、前記第２測定手段によって測定された前記第２電流を規格化し、前記反応に基づいて変化した前記計測物質の濃度又は前記被検体の濃度を計測する計測手段と、
   を備えたことを特徴とする計測装置。
2. 前記取得手段は、
   前記反応の反応速度に反比例する時間であって計測精度に影響しない程度まで前記反応が終了するまでの収束時間の方が、前記回復時間よりも長い場合、前記収束時間を前記第２経過時間として取得することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記計測手段は、
   前記第２測定手段によって測定された前記第２電流を、前記第１測定手段によって測定された前記第１電流で除算した算出値に基づいて、前記計測物質の濃度又は前記被検体の濃度を計測することを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
4. 前記算出値と濃度との関係を示す関数を記憶する記憶部を備え、
   前記計測手段は、
   前記算出値に前記関数を適用することによって、前記計測物質の濃度又は前記被検体の濃度を決定することを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
5. 前記第１測定手段は、
   前記第１印加手段によって前記第１電圧が印加されている間に流れる電流の積算値を、前記第１電流として測定し、
   前記第２測定手段は、
   前記第２印加手段によって前記第２電圧が印加されている間に流れる電流の積算値を、前記第２電流として測定する
   ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の計測装置。
6. 前記第１電圧と前記第２電圧とが同一であることを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の計測装置。
7. 前記第１印加時間と前記第２印加時間とが同一であることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の計測装置。
8. 前記溶液が前記電極に滴下されたか判定する判定手段を備え、
   前記第１印加手段は、
   前記判定手段によって前記溶液が滴下されたと判断されたタイミングで、前記電極に対して前記第１電圧を印加することを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の計測装置。
9. 前記第２印加手段は、
   前記第２電圧がｍ（ｍは２以上の整数）回印加される場合、ｍ－１回目の前記第２電圧が印加された後、前記第２電圧の印加による前記電極近傍の前記計測物質の濃度変化が、前記計測物質の拡散によって計測精度に影響しない程度まで回復した第３経過時間の経過後に、ｍ回目の前記第２電圧を印加することを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の計測装置。
10. 前記第２印加手段によりｍ回印加される前記第２電圧の夫々の値のうち少なくとも一部の値が、他の値と相違することを特徴とする請求項９に記載の計測装置。
11. 前記第２印加手段によりｍ回印加される前記第２電圧の夫々の前記第２印加時間の値のうち少なくとも一部の値が、他の値と相違することを特徴とする請求項９又は１０に記載の計測装置。
12. 前記第２経過時間と前記第３経過時間とが同一であることを特徴とする請求項９から１１の何れかに記載の計測装置。
13. 前記電極は、酵素が製膜された酵素膜を表面に有し、
    前記反応では、
    前記被検体が前記酵素と反応することによって分解物が生成され、
    前記第１印加手段、及び、前記第２印加手段は、
    前記反応において前記分解物が生成されることに応じて消費される酸素を前記計測物質として、前記電極に対する電圧印加によって酸素を電気分解することを特徴とする請求項１から１２の何れかに記載の計測装置。
14. 前記被検体がヒスタミンであり、前記分解物がイミダゾールアセトアルデヒドであることを特徴とする請求項１３に記載の計測装置。
15. 前記電極は、作用極、対極、及び参照極を備えたことを特徴とする請求項１から１４の何れかに記載の計測装置。
16. 被検体を含む溶液が電極に滴下されたことに応じて前記被検体に反応が起こることにより生じる計測物質の濃度の時間変化を、前記計測物質の電気分解によって生じる電流を計測することにより計測する計測方法であって、
    前記電極に対する前記溶液の滴下後、前記反応の時間経過による進行が計測精度に影響しない範囲の第１経過時間後に、電気分解による前記計測物質の消失量又は増加量が計測精度に影響しない範囲の第１電圧を、計測精度に影響しない範囲の第１印加時間前記電極に印加する第１印加工程と、
    前記第１印加工程による前記第１電圧の印加により流れる第１電流を測定する第１測定工程と、
    前記第１電圧の印加による前記電極近傍の前記計測物質の濃度変化が、前記計測物質の拡散によって計測精度に影響しない程度まで回復するのに要する回復時間を、第２経過時間として取得する取得工程と、
    前記第１印加工程により前記第１電圧が印加された後、前記取得工程により取得した第２経過時間の経過後に、少なくとも１回、電気分解による前記計測物質の消失量又は増加量が計測精度に影響しない範囲の第２電圧を、計測精度に影響しない範囲の第２印加時間前記電極に印加する第２印加工程と、
    前記第２印加工程による前記第２電圧の印加により流れる第２電流を、少なくとも１回前記第２電圧が印加される毎に測定する第２測定工程と、
    前記第１測定工程によって測定された前記第１電流を用いて、前記第２測定工程によって測定された前記第２電流を規格化し、前記反応に基づいて変化した前記計測物質の濃度又は前記被検体の濃度を計測する計測工程と、
    を備えたことを特徴とする計測方法。
17. 前記取得工程は、
    前記反応の反応速度に反比例する時間であって計測精度に影響しない程度まで前記反応が終了するまでの収束時間の方が、前記回復時間よりも長い場合、前記収束時間を前記第２経過時間として取得することを特徴とする請求項１６に記載の計測方法。

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