JPH05126747A - 濃度測定装置及び濃度測定方法 - Google Patents

濃度測定装置及び濃度測定方法

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JPH05126747A
JPH05126747A JP31170291A JP31170291A JPH05126747A JP H05126747 A JPH05126747 A JP H05126747A JP 31170291 A JP31170291 A JP 31170291A JP 31170291 A JP31170291 A JP 31170291A JP H05126747 A JPH05126747 A JP H05126747A
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Migiwa Ando
汀 安藤
Tsunetoshi Okura
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気ノイズ等の影響を受け難く、正確な濃度
測定ができ、部品の構成、構造が簡単で、且つ広範囲の
被測定物質に対して適用可能な濃度測定装置及び濃度測
定方法を提供する。 【構成】 透光性基板11と、該透光性基板11の一面
112上に形成され酸化還元反応により変色しうる固体
膜(Cu2 O、MoO3 、Mo2 、WO2 等)12と、
該固体膜12上に被覆され被測定物質が酸化性物質を精
製する反応を促進する触媒(グルコースオキシダーゼ等
の酵素等)の触媒を担体に担持してなる触媒固定化膜1
3と、上記透光性基板11の他面113側に光を照射さ
せるための照射手段2と、該照射された光が該固体膜1
2を反射し又は透過する光を受光するための受光手段3
と、を備え、発生する酸化性物質により上記固体膜が酸
化されて他の色に変化することを利用したことを特徴と
する装置及び測定方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、混合溶液(試験液)中
の被測定物質等の濃度を測定する装置及び濃度測定方法
に関する。本発明は、例えば、食品、医薬品、化学品、
農業、畜産業、水産業等における工程管理、医療用の各
種計測等に、また、グルコース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等の
濃度を測定する装置及び方式としては、反応生成物質
の電気分解に伴う電流或いは酸化還元電位を測る電極方
式のもの、反応生成物により発色する発色剤を併用
し、光の吸光度の変化を測定する吸光度測定方式のも
の、反応生成物により蛍光を発する蛍光剤を使用し、
蛍光の強度を測定する蛍光測定方式のもの等が知られて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の電極
方式の装置では、電極の形成を必要とする為、構成が複
雑になり易く、また測定に際しては、導電性イオン種や
被電解物質の共存による誤差を生じ易い。更に、微小な
電流、電圧の測定が必要となるため、電磁気障害を受け
易い。また、上記の吸光度測定方式の装置では発色剤
が使用できる場合に、上記の蛍光測定方式の装置では
蛍光剤が使用できる場合に用途が限定されることとなる
し、また装置が複雑で且つ測定方法も煩雑であるし、更
に、発色剤又は蛍光剤を添加する必要があり、手間がか
かる等の不都合がある。
【0004】本発明は、上記観点に鑑みてなされたもの
であり、電気ノイズ等の影響を受け難く、正確な濃度測
定ができ、部品の構成、構造が簡単で、且つ広範囲の被
測定物質に対して適用可能な濃度測定装置及び濃度測定
方法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】本発明の濃度測定装置
は、透光性基体と、該透光性基体の面上に形成され、酸
化還元反応により変色しうる固体膜と、該固体膜上に被
覆され、被測定物質が酸化性物質を生成する反応を誘起
又は促進する触媒が固定化された触媒固定化膜と、該固
体膜に光を照射させるための光照射手段と、該照射され
た光が該固体膜を反射し又は透過する光を受光するため
の受光手段と、を備えることを特徴とする。
【0006】上記の如く「透光性基体」用いるのは、光
照射手段から照射した射出光がこの透過性基体を透過
し、この透過光が固体膜に達し、この固体膜からの反射
光又は透過光を受光すること等により濃度測定をするた
めである。尚、触媒固定化膜側から光が照射される場合
においても、この透光性基体を、その一部が透過する必
要があるためである。この透光性基体は、透光性を有す
ればよく、透明であってもよいし、着色されてもよい。
また、その材質は、透光性であればよく、ガラス、樹
脂、セラミック等であってもよい。更に、この形状、厚
さ等も本発明の目的を達成できる限りにおいては、特に
問わない。例えば、平板状に限らず、円柱状、角柱状等
の棒状体、又は円筒状、角筒状等の筒状体でもよい。こ
の平板状体の場合は、通常、上記固体膜が形成された上
面と反対の下面側から光が照射されるが、これに限ら
ず、これと反対の上面側から照射されてもよい。この棒
状体又は筒状体の場合は、通常、この一端面側に光を照
射し、他方の端面から出る光を受光して、光の電送損失
の変化を調べることとなる。
【0007】上記「固体膜」としては、酸化還元反応に
より変色しうる膜を広く使用することができ、例えば、
亜酸化銅、三酸化モリブデン、二酸化モリブデン又は二
酸化タングステン等からなる各膜を用いることができ
る。尚、これらの各膜の酸化前後の変色の仕方は、順
次、赤褐色→黒褐色、薄緑色→真黄色、黒褐色→黄緑
色、黒→黄緑色である。この固体膜の形成方法は、上記
透光性基体の所望面(一部の面でも全面でもよい。)上
にこの膜を形成できればよく、例えば、亜酸化銅の蒸
着、スパッタリング、更に、種々の方法により形成した
Cu膜の酸化等を挙げることができる。
【0008】上記「触媒固定化膜」は、所定の担体(例
えば、紙、セラミック膜、プラスチック等)に所定の触
媒を担持させたものであり、試験液の添加により透明若
しくは透光性状態となるものも含まれる。これに使用さ
れる触媒としては、H2 2 等の酸化性物質を生成でき
るものであり、酵素、微生物、更に他の無機物質又は有
機物質でもよく、例えば、グルコースオキシダーゼ、コ
レステロールオキシダーゼ等を用いることができる。
尚、この触媒(特に酵素)固定化膜は、選択性(電極活
性物質であるアスコルビン酸又は尿酸を試験液に含有し
ても良好に測定できること)の向上の為、牛血清アルブ
ミンを含ませた構成とすることもできる。尚、本濃度測
定装置は、H2 2 等の酸化性物質そのものを測定する
センサ、装置として用いることもできる。
【0009】上記「光照射手段」における光源の種類、
照射光の入射角等は特に問わず、照射光が上記固体膜に
当てられればよい。上記「受光手段」は、固体膜に当た
った光を受光できればよく、その配置場所を特に問わな
い。そして、通常、この固体膜からの反射光を受光する
が、これに限らず、透過光を受光してもよい。また、こ
の光照射手段及び/又は受光手段に光ファイバーを装着
すれば、遠隔操作が可能となり、有用なものとなる。
【0010】本発明の濃度測定方法は、透光性基体(1
1)と、該透光性基体の面上に形成され、酸化還元反応
により変色しうる固体膜(12)と、該固体膜上に被覆
され、被測定物質が酸化性物質を生成する反応を誘起又
は促進する触媒が固定化された触媒固定化膜(13)
と、を備えるセンサ素子(1)の該触媒固定化膜に上記
被測定物質を含有する試験液を接触させると、その触媒
作用により該被測定物質の濃度に対応した量の酸化性物
質が生成され、その後、該酸化性物質が上記固体膜に作
用した場合、該固体膜は該酸化性物質濃度に応じて酸化
されて酸化前と異なる色に変化し、次いで、該固体膜に
光を照射し、反射し又は透過された光を受光し、その場
合の受光量は酸化前の受光量と比べて変化し、該受光量
の変化量と上記被測定物質の濃度が一定の関係を有する
ことを利用することを特徴とする。
【0011】
【作用】本濃度測定装置では、透光性基体の面上に固体
膜が形成され、その固体膜上に触媒固定化膜が被覆され
ている。そして、試験液中の被測定物質(例えば、グル
コース)は、この触媒としての酵素(例えば、グルコー
スオキシダーゼ等)に接触すると、その触媒作用により
この被測定物質の濃度に対応した量の酸化性物質(例え
ば、H2 2 )が生成する。次いで、この酸化性物質
は、上記透光性基体上に形成された亜酸化銅等からなる
固体膜に作用した場合、亜酸化銅等は酸化されて、色の
異なる酸化物〔例えば、主としてCuO(ごく微量のC
3 4 と共に)等〕を生成する。この変化は、例えば
Cu2 Oの赤褐色からCuOの黒褐色への変化をもたら
す。そして、この色の変化により、照射光の吸収量(反
射量)に変化をもたらすので、この固体膜を反射又は透
過して受光手段により受光される光量が変化する。従っ
て、被測定物質の濃度と受光量とは、一定の直線関係を
有する。
【0012】
【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。本実施例は、水−グルコース混合溶液(試験液)中
のグルコース(被測定物質)の濃度測定に関するもので
ある。 (1)センサ素子の作製 先ず、透光性基体としてのスライドガラス(板状体、2
6×76×1.5mm)11を用意し、この表面111
の中央部にスパッタリング装置を用いて、直径3mm
φ、厚さ約700Åの固体膜としての亜酸化銅膜12を
形成した。次いで、触媒としてのグルコースオキシダー
ゼ50mgと牛血清アルブミン50mgを1mlの緩衝
液(リン酸塩、pH=7.0)に溶解させたものを、直
径4mmφの和紙に浸み込ませ、これを150メッシュ
のステンレス網に乗せ、冷蔵庫内(4℃)で15時間自
然乾燥して、酵素固定化膜13を作製した。その後、こ
の酵素固定化膜13を、亜酸化銅膜12上に同心円状と
なるように乗せ、更に、酵素固定化膜13の外周部を接
着剤(エポキシ樹脂系)で固定し、亜酸化銅膜12上に
酵素固定化膜13を形成して、本実施例に係るセンサ素
子1を作製した。
【0013】(2)濃度測定装置の概要 本実施例にて、使用した濃度測定装置は、以下の様に構
成されている。先ず、図1に示す様に、上記センサ素子
1を、酵素固定化膜13が形成された側のスライドガラ
ス表面(上面)112を上方に向け、且つ水平を保持す
るように配置した。一方、スライドガラス11の裏面1
12側には、スライドガラス面(即ち亜酸化銅膜12の
面)に対して、照射光Aを入射角60°にて入射させら
れる位置に光照射手段2が配置されている。また、スラ
イドガラス11の下方側に、且つ亜酸化銅膜12上で反
射した反射光Bを反射角60°にて受光できる位置に、
受光手段3の一部をなす光ファイバ32の一端面(受光
面)321が対向、配置されている。ここで、光照射手
段2は、He−Neレーザ装置(ビーム径;0.7mm
φ、波長;543nm、出力;1mw)からなる。ま
た、受光手段3は、パワーメータ(オプティカルパワー
メータ、アンリツ社製、商品名;「ML910B」)3
1と、該パワーメイタ31の端部に接続された光ファイ
バ32とからなる。
【0014】(3)性能試験とその評価 本性能試験は、試験液中のグルコース濃度と受光量変化
(ΔdB)の関係を調べたものである。先ず、以下の様
に、試験条件の設定を行った。上記酵素固定化膜13上
に、所定濃度(グルコース濃度300mg/dl)の試
験液を10μl滴下した。その後、上記光照射手段2よ
り射出したレーザー光Aを酵素固定化膜13の略中心に
向けて照射し、この膜13から反射する反射光Bを受光
手段3により受光して、受光量の測定を行った。尚、試
験液の滴下後50秒後までの受光量を測定し、この経時
変化結果を図2に示す。同図によれば、時間の経過とと
もに受光量の変化が大きくなり、50秒後に最も大きな
受光量の変化(─6dB)を示した。従って、以下の試
験においては、いずれも滴下後50秒後の受光量を読み
取ることとした。
【0015】次いで、種々の濃度(0、100、30
0、500、700、900、1000mg/dl)の
各試験液を調整した。そして、これら各試験液を酵素固
定化膜13上に滴下し、滴下後50秒経過後の受光量の
変化を測定した。この結果を図3に示す。これによれ
ば、グルコース濃度0〜1000mg/dlの範囲に渡
って、濃度と受光量の変化(ΔdB)との間に明確な比
例関係が現れた。従って、本濃度測定装置により、正確
な濃度測定が可能となる。
【0016】尚、本発明においては、前記具体的実施例
に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範
囲内で種々変更した実施例とすることができる。即ち、
濃度測定装置及び方法は、図4に示すように、固体膜1
2を反射し透光性基体11の内壁を反射してこの透光性
基体11の一端面から射出される反射光Bを、受光手段
3の受光端部33にて受光して、その受光量を測定する
方法(ここで、31はパワーメータ、32は光ファイバ
を示す。)とすることもできる。尚、他の公知の光照射
手段又は受光手段を用いることもできる。
【0017】
【発明の効果】本発明の濃度測定装置及び濃度測定方法
によれば、光を用い、電極の形成を必要としないため部
品の構成、構造が簡単であると共に、測定濃度に誤差を
生ずることも少なく正確な測定ができる。また、電気ノ
イズ等の影響を受けることもなく、更に、広範囲の被測
定物質に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係わる濃度測定装置の概要を示す説
明図である。
【図2】一定濃度の試験液を滴下した場合の受光量の経
時変化を示すグラフである。
【図3】グルコース濃度と受光量の変化(ΔdB)の関
係を示すグラフである。
【図4】他の濃度測定装置の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
1;センサ素子 11;スライドガラス(透光性基体) 12;亜酸化銅膜(固体膜) 13;酵素固定化膜(触媒固定化膜) 2 ;光照射手段 3 ;受光手段 31;パワーメータ 32;光ファイバ A ;照射光 B ;反射光。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透光性基体と、該透光性基体の面上に形
    成され、酸化還元反応により変色しうる固体膜と、該固
    体膜上に被覆され、被測定物質が酸化性物質を生成する
    反応を誘起又は促進する触媒が固定化された触媒固定化
    膜と、該固体膜に光を照射させるための光照射手段と、
    該照射された光が該固体膜を反射し又は透過する光を受
    光するための受光手段と、を備えることを特徴とする濃
    度測定装置。
  2. 【請求項2】 上記固体膜は、亜酸化銅(Cu2 O)、
    三酸化モリブデン(MoO3 )、二酸化モリブデン(M
    oO2 )又は二酸化タングステン(WO2 )からなる各
    膜である請求項1記載の濃度測定装置。
  3. 【請求項3】 透光性基体(11)と、該透光性基体の
    面上に形成され、酸化還元反応により変色しうる固体膜
    (12)と、該固体膜上に被覆され、被測定物質が酸化
    性物質を生成する反応を誘起又は促進する触媒が固定化
    された触媒固定化膜(13)と、を備えるセンサ素子
    (1)の該触媒固定化膜に上記被測定物質を含有する試
    験液を接触させると、その触媒作用により該被測定物質
    の濃度に対応した量の酸化性物質が生成され、 その後、該酸化性物質が上記固体膜に作用した場合、該
    固体膜は該酸化性物質濃度に応じて酸化されて酸化前と
    異なる色に変化し、 次いで、該固体膜に光を照射し、反射し又は透過された
    光を受光し、その場合の受光量は酸化前の受光量と比べ
    て変化し、該受光量の変化量と上記被測定物質の濃度が
    一定の関係を有することを利用することを特徴とする濃
    度測定方法。
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