JPH01235845A - イオン活量測定器具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、水性液体試料、各種水溶液、特に血液、血漿
、血清、尿など生体液中の炭酸イオン活量（炭酸濃度）
と水素イオン活ｍ＜水素イオン濃度。

この値の対数ｐＨ値で一般に表示する）をボテンシオメ
トリカルに測定するためのイオン活量測定器具に関し、
参照液と液体試料を各１回点着供給するだけで炭酸イオ
ン濃度（又は炭酸濃度）とｐＨ１１Ｍの２項目が同時に
測定できるイオン活量測定器具に関するものである。

［従来の技術］ 生物体液のｐＨは内因性あるいは外因性の酸や塩基の産
生・侵入に対して７．４０±０．０５の範囲に保つよう
様々な防御機構が働く。生物体の備えている化学的緩衝
作用のうち最も重要なものは重炭酸緩衝系である。

ｐＨはＨｅｎｄｅｒｓｏｎ−Ｈａｓｓｅｌｂａｌｃｈの
式ｐｌ＝ｐに　＋ｌｏｇ［）ＩＣ０３−ロー１０ｇ［α
φＰｃ０２］にも示されるように重炭酸イオン濃度（Ｈ
ＣＯ３−）と炭酸分圧（Ｐｃｏ２）によって決定される
。

ここて、ｐＫは重炭酸イオンの解離定数、αは炭酸の溶
解度係数で、各々温度とｐ）Ｉが求まれば一定の値を示
す定数である。この関係より１１０　、ＴｅＯ２（全炭
酸濃度）＋Ｐｃ◇２．　ＨＣＯ３−１１度をこれらのう
ちいずれ６）２つを知ることにより計算することができ
る。

ｐＨの異常には、ｐＨが酸性に傾くアシド−シスと塩基
性に傾くアルカローシスがあるが、その原因によりさら
に主にＨＣＯ，−濃度の異常による代謝性アシド−シス
とアルカローシスと主にＰｃ０２の異常による呼吸性ア
シド−シスとアルカローシスとに分けられる。従って酸
−塩基平衡の異常が発生しても、炭酸濃度とｐＨの値が
わかれば上記の式よりＰｉ：０２と）ＩＣＯ３−濃度値
を計算により導きだすことができ、そのｐＨ異常の原因
が何れのものであるか推測することができる。

炭酸濃度及びｐＨ値は採血後できるかぎり速く測定を行
うことが望ましい。なぜなら体液中のＰＣＯ２は空気中
のそれに比べ１００倍以上も高いので、血液採取後密封
が不十分てあればたちまちＰ（０２は減少し、　Ｈｅｎ
ｄｅｒｓｏｎ−Ｈａｓｓｅｌｂａｌｃｈの式に従いｐＨ
値は上昇する。また嫌気的に保管していても時間がたて
ばＰｌ、。２の増加によりｐＨ値は減少（酸性側に変化
）してしまう。ｐＨの値がずれるとＨｅｎｄｅｒｓｏｎ
　−）１ａｓｓｅ　Ｉ　ｂａ　ｌ　ａｈの式からもわか
るように炭ｖＩ濃度にも誤差が生じる。

しかし、現行の測定機器の多くは全血では測定できず、
遠心分離等の処理で血球を分離しなければならないため
、採血後すぐに炭酸イオン濃度測定を行うことはできな
い。また、酸−塩基平衡を詳しく調べる場合、　ｐＨ，
炭酸濃度、Ｐ（（＋２．ＨＣＯ３−濃度と多項目にわた
って測定を行わねばならない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は炭酸イオン選択性電極とｐＨｔ極の２種
のイオン選択性電極を有するイオン活量測定器具を提供
することである。

本発明のイオン活量測定器具では、各１回の参照液、液
体試料点着で、炭酸イオンとｐ）Ｉの２項目の測定がで
きるので、同時にこれらの値からＰ（０２と）ＩＣＯ３
−８度の値を計算により求めることができる。

また１本発明のイオン活量測定器具は、全血による測定
が可能であるから、血球分離等の処理を行う必要もなく
、採血俊速やかに測定を行うことができる。さらに９本
発明のイオン活量測定器具では、ｐＨと炭酸イオン濃度
を同時に測定することができるので、＆１衝層を持たな
い炭酸イオン選択性電極を用いて、得られた電位を水素
イオン選択性電極で得られたｐＨの値により補正し、正
しい炭酸濃度を計算により導きだす方法を用いることも
できる。

［発明の構成コ 本発明は、炭酸イオン選択性電極対とｐＨ電極対各々を
構成するイオン選択性電極が、金属、金属ハライド層、
必要により設けられる電解質層、及びイオン選択膜層、
必要により設けられる緩衝層を順次積層してなるイオン
選択性電極であり、その各電極端部が互いに短絡しない
間隔を保ちつつ互いに近接するように枠体に配置され、
前記２種類のイオン選択性電極対のイオン選択性層又は
緩衝層の上に接して、又は液体供給時に液体を通じて接
触しろる距離を隔てて配置された１個の多孔性ブリッジ
を有する炭酸イオン活量（Ｎ濃度）及び水素イオン活量
（濃度）を定量することができるイオン活量測定器具で
ある。

本発明の好ましい実施態様として。

■前記多孔性ブリッジと前記イオン選択性層又は前記緩
衝層の間に、前記２種類のイオン選択性電極の各一方の
側に前記イオン選択性層又は前記緩衝層に接して、又は
液体供給時に液体を通じて接触しろる距離を隔ててそれ
ぞれ１個ずつ又は２個ずつの液体分配部材が設けられて
いる前記のイオン活量測定器具、及び。

■前記多孔性ブリッジが紡績糸であり、前記液体分配部
材が紡績糸からなる布地、又はフィラメント糸又は紡績
糸からなる不織布である■に記載のイオン活量測定器具
である。

［発明の構成の詳細な説明コ 本発明のイオン活量測定器具は、炭酸イオン選択性電極
対とｐｎ電極対を１個の支持枠に配置した１枚の薄板状
（スライド状）の測定器具で、各１回の参照液、液体試
料点着で、炭酸イオン濃度とｐＨ値の２項目の測定がで
きることが特徴である。この２組のイオン選択性電極対
は、その各電極端部が互いに短絡しない間隔を保ちつつ
互いに近接するようにして１Ｍの支持枠に平面配置され
ている。

液点着孔は該シート状の測定器具の上部枠の中心部に１
対のみ存在することが好ましく、１組の液点着孔から２
組のイオン選択性電極へと液を供給するために２両者間
に多孔性液分配部材を配することが可能である。前記２
つのイオン選択性電極対はこの２つの液点着孔を結ぶ直
線に関して対称な位置に配置されていても、非対称な位
置に配置されていてもよい。

イオン活量測定器具のイオン選択性電極対として、フィ
ルム状（シート状）、バレル型及びワイア状のイオン選
択性電極のいずれをも用いることができるが、フィルム
状のイオン選択性電極（対）が好ましい。

［実施態様例コ 以下９図面を参照して本発明の好ましい実施態様例の構
成と測定操作方法について説明する。

第１図は本発明の１実施態様であるイオン活量測定器具
の構成を示す斜視分解図、第２図はその外観の斜視図で
ある（実施態様例１）。

これらの図に示すイオン活量測定器具は上部枠１；多孔
性液分配部材２１，２２；水不透性部材層３；炭酸イオ
ン選択性電極対４１Ａ、４２Ａ　；ｐＨ電極対４１Ｂ。

４２Ｂ；下部支持枠５からなる。上部枠には１組の液点
着孔ぐ参照液用と液体試料用１０１，１０２）、及び多
孔性ブリッジ（好ましくはポリエチレンテレフタレート
繊維撚糸からなるブリッジ）１００．及び前記の２組の
イオン選択性電極対４１Ａ、４２Ａ　；　４１Ｂ、４２
Ｂにそれぞれ貫通する測定用プローブ挿入口１１Ａ、１
２Ａ　；１１Ｂ、１２Ｂが設けられている。上部枠は熱
可塑性部材（熱可塑性有機ポリマー）からなるのが好ま
しい。

上部枠の液点看孔（１０１：　１０２）を挟んで外側に
対向する位置に多孔性ブリッジｌＯｏの両端部が固定さ
れている。上部枠が熱可塑性部材からなる場合。

多孔性ブリッジは熱可塑性部材の軟化または融解によっ
て上部枠に固定されている。

炭酸イオン選択性電極対は、４１Ａと４２Ａが同一のイ
オン選択性電極で４１ａ及び４２ａが機能層である。

同様にｐＨ電極対は４１Ｂと４２８が同一のイオン選択
性電極で４１ｂ及び４２ｂが機能層である。炭酸イオン
選択性電極対及びｐ）ｌ電極対としては特開昭６０−２
４３５５５に記載の方法で製造した１個の共通の電気絶
縁性支持体シート上に切削溝で絶縁した２個の電極が形
成されている構造の電極対が好ましい。

水不透性部材層３には２８１Ｉのイオン選択性電極対の
各機能層に貫通する液供給孔３１Ａ、３２Ａ　；　３１
Ｂ。

３２Ｂが設けられている。なお、水不透性部材層の電橿
側表天には、イオン選択性電極の機能層に親和性があり
、かつイオン選択性層を実質的に損なわない接着剤層を
設けることが好ましい。下部支持枠側表面にも接着剤層
を設けて、電極対の支持体を接着固定することが好まし
い。接着剤層を備えた態様は好ましい態様であるが、接
着剤層は必須ではない。

実施態様例１のイオン活量測定器具において。

吹酸イオン濃度とｐＨ値が既知である参照液を液点着孔
１０１に点着し、炭酸イオン濃度とｐＨ値が未知である
液体試料を液点着孔１０２にそれぞれほぼ同時に点着す
れば、参照液は澄分配部材２１へ送られ。

そこから液供給孔３１Ａ及び３１Ｂを経て各イオン選択
性電極の機能層４１ａ及び４１ｂに供給される。同様に
液体試料は液分配部材４２から液供給孔３２Ａ及び３２
Ｂを経て各イオン選択性電極の機能層４２ａ及び４２ｂ
へ供給される。一方、参照液及び液体試料の界面は多孔
性ブリッジ１００の中央付近で接触し液絡を形成する。

これにより、イオン選択性電極４１Ａ及び４２Ａの間、
イオン選択性電極４１８及び４２Ｂの間にそれぞれ参照
液と液体試料との間の炭酸イオン濃度及びｐＨの差に対
応す４電位差が発生する。そこで、測定用プローブ挿入
口１１Ａ、＋２Ａ　；　１１８，１２８に電位測定装置
の測定用プローブを順次挿入して各電極と接触させ、前
記の各電位差を測定し、測定された電位差からＮｅｒｎ
ｓｔＯ式に基づく検量線又は実測値に基づく検量線によ
り、液体試料中の炭酸イオン濃度とｐＨ値がそれぞれが
求められる。

第３図には本発明の別の１実施態様であるイオン活量測
定器具の構成を示す斜視分解図、第４図はその外観の斜
視図を示す〈実施態様例２）。

これらの図に示すイオン活量測定器具は、実施態様例１
と同様に上部枠１；多孔性液分配部材２１゜２２；水不
透性部材層３；炭酸イオン選択性電極対４１Ａ、４２Ａ
　；　ｐＨ電極対４１Ｂ、４２８　；下部支持枠５から
なる。上部枠には１組の液点着孔（参照液用と液体試料
用１０１，１０２）、及び多孔性ブリッジ（好ましくは
ポリエチしンテレフタレート繊維撚糸ブリッジからなる
）１００が設けられている。上部枠は熱可塑性部材（熱
可塑性有機ポリマー）からなるのが好ましい。上部枠の
渣点着孔（１０１；　１０２）を挟んで外側に対向する
位置に多孔性ブリッジ１００の両端部が固定されている
。上部枠が熱可塑性部材からなる場合、多孔性ブリッジ
は熱可塑性部材の軟化又は融解によって上部枠に固定さ
れている。

態様例２では、態様例１とは異なり、２種のイオン選択
性電極対の機能層が下方を向いて（下部支持枠側に向い
て）上部枠に設置されている０機能層が下方を向いてい
るので、各イオン選択性電極４１Ａ、　４２Ａ　；　４
１Ｂ、４２Ｂにそれぞれ貫通する測定用プローブ挿入口
５１Ａ、　５２Ａ　；　５１Ｂ、５２Ｂは上部枠ではな
く下部支持枠に設けられている。水不透性部材層３には
前記のイオン選択性電極対の機能層に貫通する液供給孔
３１Ａ、　３２Ａ　；　３１Ｂ、３２Ｂに加え、液点着
孔に点着された液を多孔性液分配部材へ供給するための
液供給孔３０１　；　３０２が設けられている。

実施態様例２のイオン活量測定器具において。

炭酸イオン濃度とｐＨ値が既知である参照液を液点着孔
＋０１に点着し、炭酸イオン濃度とｐ）ｌ値が未知であ
る液体試料を液点着孔１０２にそれぞれほぼ同時に点着
すれば、参照液は液供給孔３０１を経て液分配部材４１
へ送られ、さらに液供給孔３１Ａ及び３１Ｂを通過して
各イオン選択性電極の機能層４１ａ及び４１ｂに供給さ
れる。同様に液体試料は液供給孔３０２を経て液分配部
材４２から液供給孔３２Ａ及び３２Ｂを通過して各イオ
ン選択性電極の機能層４２ａ及び４２ｂへ供給される。

一方、参照液及び液体試料の界面は多孔性ブリッジ１０
０の中央付近で接触し液絡を形成する。これにより、イ
オン選択性電極４１Ａ及び４２Ａの間、イオン選択性電
極４１Ｂ及び４２Ｂの間にそれぞれ参照ｉαと液体試料
との間の炭酸イオン濃度及びｐＨＯ差に対応する電位差
が発生する。そこで、測定用プローブ挿入口５１Ａ、５
２Ａ　；　５１Ｂ、５２Ｂに電位測定装置の測定用プロ
ーブを順次挿入して各電極と接触させ、前記の各電位差
を測定し、測定された電位差からＮｅｒｎｓｔの式に基
づく検量線又は実測値に基づく検量線により、液体試料
中の炭酸イオン濃度とｐ）Ｉ値がそれぞれが求められる
。

第５図には本発明の別の１実施態様であるイオン活量測
定器具の構成を示す斜視分解図、第６図はその外観の斜
視図を示す（実施態様例３）。

これらの図に示すイオン活量測定器具は実施態様例２の
イオン活量測定器具に類似しており、相違点は、電極１
対分相当のダミー電極対（Ｉ対の電極対と同じサイズの
電気絶縁性ポリマーシート）が配置されていて、電極３
対分の電極対収容凹陥部が上部支持枠に下向きに設けら
れている点と多孔性ブリッジが２組の電極対の対称中心
線からはずれて一方に偏倚した位置に設けられている点
である。この態様例３では、炭酸イオン選択性電極対−
多孔性ブリッジ−ダミー電極対−ｐ）Ｉ電極対の順に配
置しである。なお、　ｐＨ電極対−多孔性ブリッジ−ダ
ミー電極対−炭酸イオン選択性電極対の順又はｐＨ電極
対−多孔性ブリッジ−炭酸イオン選択性電極対−ダミー
電極対の順等に配置することもできる。また、ダミー電
極対に対応する水不透性部材層の液供給孔３１０，３２
Ｄは省略する（孔を設けない）ことができる。

実施態様例３の器具は、特開昭６２−３９７５７．特開
昭６２−３９７５８　、特開昭６２−３９７５９に記載
のイオン活量測定器具と同様にして（ダミー電極対はイ
オン選択性電極対と同様に支持枠に配置固定することが
できる）製造することができる。

実施態様例３のイオン活量測定器具を用いて炭酸イオン
濃度とｐｌ（値を測定する操作手順は、実質的に実施態
様例２の器具を用いる場合の操作手順と同様である。実
施態様例２及び３のイオン活量測定器具を用いる測定操
作は特開昭６０−１５５９６３等に記載の分析装置を用
いると容易な操作で高精度の測定を実施することができ
る。この分析装置にＨｅｎｄｅｒｓｏｎ−１（ａｓｓｅ
ｌｂａｌｃｈの式を用いる炭酸分圧を求める計算式プロ
グラムを備えることにより、炭酸イオン濃度とｐＨ値と
ともに炭酸分圧（Ｐｃｏ２）も同時に求めることができ
る。

本発明のイオン活量測定器具には公知の諸種のフィルム
状（シート状）、バレル状、ワイア状の炭酸イオン選択
性電極（対）及びｐ）Ｉ電極（対）を用いることができ
る０本発明のイオン活量測定器具においてはフィルム状
の電極が好ましい。

全炭酸（炭酸イオン）活量（又は濃度）をボテンシオメ
トリカルに測定するためのフィルム状イオン選択性電極
として、特開昭５６−９２４４２に記載の導電性金属層
の上に金属ハロゲン化物層を積層した参照電極の上に順
に親水性ポリマーバインダー含有電解質層、イオン泳動
体含有隔膜層及び緩衝剤含有層を積層した炭Ｍ濃度分析
用イオン選択性電極、特開昭６０−２２０８５４に記載
の導電性金属層の上に金属ハロゲン化物層を積層した参
照電極の上に順に親水性ポリマーバインダー含有電解質
層、イオン泳動体含有隔膜層及び珪酸カルシウム等の核
形成剤含有オーバーコート層を積層した炭酸濃度分析用
イオン選択性電極、特願昭６２−６１８８９に記載の導
電性金属層の上に金属ハロゲン化物層を積層した参照電
極の上に順にイオン泳動体含有隔膜層及び緩衝剤含有層
を積層した炭酸濃度分析用イオン選択性電極等を用いる
ことができる。

水素イオン活量（又は濃度；すなわちｐＨ値）をボテン
シオメトリカルに測定するためのフィルム状イオン選択
性電極として、特開昭５８−４２９６４に記載の導電性
金属層の上に金属ハロゲン化物層を積層した参照電極の
上に順に親水性ポリマーバインダー含有電解質層、疎水
性水素イオン選択性層を積層した水素イオン選択性電極
、米国特許４２８２０７９に記載のの導電性金属層の上
に金属ハロゲン化物層を積層した参照電極の上に１１１
１に親水性ポリマーバインダー含有電解質層、接着層、
カチオン選択性ガラス層（水素イオン選択性層）を積層
した水素イオン選択性電極等を用いることができる。

前述のフィルム状イオン選択性電極は、前述の諸特許及
び特開昭５２−１４２５８４．特開昭５６−９２４４２
　。

特開昭５７−１７８５１．特開昭５８−１５６８４８．
特開昭６０−２４３５５５等の明細書に記載の方法に従
って製造することができる。これらの方法のうちで、特
開昭６０−２４３５５５に記載の方法が好ましい。すな
わち、電気絶縁製支持体の上に設けられた金属層をバイ
ト等で切削して前記支持体に達する溝を設は金属層を各
々電気的に独立させ、その後金属層の表面に金属ハロゲ
ン化物層を設けた電気的に独立した２個の参照電極対の
上に、・２個の参照電極の金属ハロゲン化物層の上に共
通の（−続きの）イオン選択性層を順次設けるイオン選
択電極の製造法である。

この方法により、電気化学的特性のよくそろった２個１
対の炭酸イオン活量測定用又は水素イオン活量測定用イ
オン選択性電極対を製造することができる。

且コワ［癖 ［実施例１］ 実施籾種例２のイオン活量測定器具を用いて炭酸イオン
濃度とｐＨ値の異なる３水準の管理血清を液体試料とし
て炭酸イオン濃度とｐＨ値について測定した。得られた
各イオン選択性電極対の電位差を下表に示す。参照）α
としては、炭酸イオン濃度とｐ）ｌ値の検定された管理
血清を用いた。対照として炭酸イオン濃度をＣｏｒｎｉ
ｎｇ−９６５電極、ｐＨ値をガラス電極を用いて測定を
行った。

ｐＨ電極対からは理論上の傾き（−６０ｎＶ／ｄｅｃ）
に近い　−５８ｎＶ／ｄｅｃの傾きの直線が、炭酸イオ
ン選択性電極対からは理論上の傾き（−３０ｎＶ／ｄｅ
ｃ　）に近い−２６ｍ〜’／ｄｅｃの傾きを持つ直線が
得られた。

［実施例２コ 実施態様３のイオン活量測定器具を用いて採血直後の新
鮮な人血液（全血）を液体試料としてｐＨ値と炭酸イオ
ン濃度を求めた。

ＰＣＯ２の値はＣｏｒｎ　ｉ　ｎｇ−９６５電極を用い
て測定を行った。

Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ−Ｈａｓｓｅｌｂａｌｃｈの式で計
算により求められたＰＣＯ２の値は、　Ｃｏｒｎｉｎｇ
−９６５電極で測定した値とほぼ一致していた（差異的
−０，９％）。

［発明の効果コ 本発明のイオン活量測定器具では、採血俊速やかに全血
のまま測定できるため、遠心分離などの方法で血球分離
を行う必要はなく、参照液と水性液体試料各１回の点着
供給で炭酸イオン濃度とｐＨ値の２項目の測定が可能で
あり、さらにこの値からＰ（０２とＨＣＯ３−の値をＨ
ｅｎｄｅｒｓｏｎ　−Ｈａｓｓｅｌｂａｌｃｈの式で計
算により求めろことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施態様である実施態様例１のイオ
ン活量測定器具の構成を示す斜視分解図。 第２図はその外観を示す斜視図である。 第３図は本発明の別の１実施態様である実施態様例２の
イオン活量測定器具の構成を示す斜視分解図、第４図は
その外観を示す斜視図である。 第５図は本発明の別の１実施態様である実施態様例３の
イオン活量測定器具の構成を示す斜視分解図、第６図は
その外観を示す斜視図である。 ｌ　　　　上部枠 １０１．１０２　　液点着孔 １００　　　　多孔性ブリッジ １１Ａ、１２Ａ　：　１１８，１２８　　測定用プロー
ブ挿入口２１．２２　　　液分配部材 ３　　　　水不透性部材層 ３１Ａ、３２Ａ　；　３１Ｂ、３２Ｂ 液供給孔（液分配部材から機能層へ） ３１０．３２０　　液供給孔（液分配部材からダミー電
極対へ） ３０１．３０２　　液供給孔（液点着孔から液分配部材
へ）４１Ａ、４２Ａ　　炭酸イオン選択性電極対４１Ｂ
、４２８　　ｐＨ電極対（水素イオン選択性電極対）４
１ａ、４２ａ　；　４１ｂ、４２リ　機能層４１０．４
２０　　ダミー電極対 ５　　　　下部支持枠 ５１．５２　　　測定用プローブ挿入切欠き５１Ａ、５
２Ａ　：　５１Ｂ、５２Ｂ　　測定用プローブ挿入口特
許出願人　富士写真フィルム株式会社第１図　　　　　
　　第２図 第３図　　　　　　第４図 第５図 第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭酸イオン選択性電極対とｐＨ電極対各々を構成
   するイオン選択性電極が、金属、金属ハライド層、必要
   により設けられる電解質層、及びイオン選択膜層、必要
   により設けられる緩衝層を順次積層してなるイオン選択
   性電極であり、その各電極端部が互いに短絡しない間隔
   を保ちつつ互いに近接するように枠体に配置され、前記
   ２種類のイオン選択性電極対のイオン選択性層又は緩衝
   層の上に接して、又は液体供給時に液体を通じて接触し
   うる距離を隔てて配置された１個の多孔性ブリッジを有
   することを特徴とする炭酸イオン活量（濃度）及び水素
   イオン活量（濃度）を定量することができるイオン活量
   測定器具。
2. （２）前記多孔性ブリッジと前記イオン選択性層又は前
   記緩衝層の間に、前記２種類のイオン選択性電極の各一
   方の側に前記イオン選択性層又は前記緩衝層に接して、
   又は液体供給時に液体を通じて接触しうる距離を隔てて
   それぞれ１個ずつ又は２個ずつの液体分配部材が設けら
   れている特許請求の範囲第１項に記載のイオン活量測定
   器具。
3. （３）前記多孔性ブリッジが紡績糸であり、前記液体分
   配部材が紡績糸からなる布地、又はフィラメント糸又は
   紡績糸からなる不織布である特許請求の範囲第２項に記
   載のイオン活量測定器具。