JPH075145A - カートリッジ型分析装置及びカートリッジ - Google Patents

カートリッジ型分析装置及びカートリッジ

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JPH075145A
JPH075145A JP5145140A JP14514093A JPH075145A JP H075145 A JPH075145 A JP H075145A JP 5145140 A JP5145140 A JP 5145140A JP 14514093 A JP14514093 A JP 14514093A JP H075145 A JPH075145 A JP H075145A
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JP
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cartridge
sample
suction
discharge
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Application number
JP5145140A
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English (en)
Inventor
Terubumi Okada
光史 岡田
Junichi Tokumoto
淳一 徳本
Chie Masuda
千栄 増田
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置が簡単で分析の手間がかからず、しかも
血液感染の恐れがなく、その上多検体の測定が一度にで
きるカートリッジ型分析装置及びカートリッジを提供す
ること。 【構成】 カートリッジ型濃度分析装置は、試料溶液中
のNa+イオンの濃度を電気化学的に測定する装置であ
り、装置本体1の先端側には試料溶液を吸引するカート
リッジ3が着脱自在に取り付けられている。この装置本
体1は、カートリッジ3が嵌め込まれる接続部5と、接
続部5の連通孔7と連通するシリンダ9と、シリンダ9
に摺動自在に嵌挿されるピストン11と、接続部5に外
嵌する取外部13と、カートリッジ3の測定電極15
A,15Bからの信号に基づいて濃度測定を行なう電子
制御部19と、測定結果を表示する表示部21と、スイ
ッチ部23とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば医療分野,環境
測定分野等において、各種のサンプルを分析検査するカ
ートリッジ型分析装置及びカートリッジに関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、サンプルの溶液中の成分は、電気
化学的な手法で測定する様になってきている。特に医療
分野において血液中の成分を測定する場合、従来の炎光
光度法では、血液の前処理を必要とするので、電気化学
的な方法の様に前処理を必要としない方法が主流となり
つつある。
【0003】この電気化学的な方法を適用した検査装置
においては、試料を採取して検出部に移す煩わしさをな
くすために、シリンジ,ピペット等と検出部を一体化し
た装置が提案されている(特開昭55−12191号公
報,特開昭58−149746号公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の装置では下記〜の様な問題があり、必ずし
も十分とは言えなかった。 つまり、シリンジ,ピペット等と検出部とが一体化さ
れていても、電位差計までは一体化されていないので、
装置全体が大型化し複雑になるといった問題があった。
【0005】また、従来の装置では、検出後、シリン
ジ,ピペットの試料吸入用カートリッジを手で取り外さ
なければならず大変手間がかかり、特に血液検出の場合
には、血液感染を防止するために、手袋等をする必要が
あった。 多検体を測定する場合には、同じ装置(シリンジ,ピ
ペット)を多数必要とし、試料を分析するスピードが低
下するという問題があった。
【0006】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れ、装置が簡単で、分析の手間がかからず、しかも血液
感染の恐れがなく、その上多検体の測定が一度にできる
カートリッジ型分析装置及びカートリッジを提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の請求項1の発明は、内部の検査室に試料を収容するカ
ートリッジを装置本体に取り付け、試料の電気化学的特
性を分析するカートリッジ型分析装置であって、前記装
置本体には、前記カートリッジを前記装置本体に着脱自
在に取り付ける接続部と、前記検査室に設けた少なくと
も一対の測定電極を前記装置本体に電気的に接続する電
気接続部と、前記検査室と連通して前記試料の検査室へ
の吸引又は検査室からの排出を行なう吸排出部と、前記
接続部に接続された前記カートリッジを取り外す取外部
と、前記測定電極によって得られる電気信号に基づいて
前記試料の電気化学的特性を分析する試料分析部と、を
備えたことを特徴とするカートリッジ型分析装置を要旨
とする。
【0008】また、請求項2の発明は、前記請求項1の
接続部,電気接続部,吸排出部及び取外部を複数セット
備えるとともに、前記吸排出部を一体に接続して各検査
室内の試料の吸引又は排出を同時に行なう吸排出用操作
部と、前記取外部を一体に接続して各接続部に接続され
たカートリッジの取り外しを同時に行なう取外用操作部
と、を備えたことを特徴とするカートリッジ型分析装置
を要旨とする。
【0009】請求項3の発明は、前記請求項1又は請求
項2記載のカートリッジ型分析装置に用いられるカート
リッジであって、前記検査室とカートリッジ先端側とを
連通して開口し、前記試料の吸引及び排出を行なう先端
側開口部と、前記検査室とカートリッジ基端側とを連通
して開口し、前記吸排出部に連通する基端側開口部と、
前記測定電極から伸びて、前記装置本体の電気接続部と
の電気的接続を行なうリード部と、を備えたことを特徴
とするカートリッジを要旨とする。
【0010】ここで、本発明の各構成要素について例示
して詳しく述べる。 1)本発明のカートリッジ型分析装置及びカートリッジ
は、試料の濃度の分析に使用すると装置構成が簡単であ
るので好適であるが、それ以外にも例えば、溶液の電気
伝導率,コロイド粒子等の濁度,溶液の透光度又は屈折
率の分析に適用することができる。
【0011】2)前記測定電極としては、参照電極(基
準となる電極)とそれに対応して設けられた指示電極
(例えば測定するイオンの種類別に設けられる電極)と
があるが、指示電極は検出対象の種類に応じて1又は複
数個を採用できる。 3)本発明の装置による測定方法としては、参照電極と
指示電極との両電極間に発生する起電力を測定する方法
や、両電極間に電圧を印加して流れる電流或は流れる電
流の抵抗値を測定する方法が挙げられる。
【0012】4)前記参照電極としては、例えば寒天ゲ
ルを内部電解質層として用いた電極を使用できる。一
方、指示電極としては、特定のイオン毎に区別して用い
られるイオン感応膜を採用することができる。例えばN
+イオン測定用の感応膜として固体電解質のナシコン
セラミックス(Na3Zr2Si2PO12),F-イオン測
定用としてLaF3,Ag+イオン測定用としてAg2
等の無機感応膜,K+イオン測定用としてバリノマイシ
ンを利用した有機感応膜等を各々使用することができ
る。
【0013】5)前記吸排出部としては、カートリッジ
の検査室と連通して設けられたシリンダ、及びこのシリ
ンダ内を摺動するピストンの構成が考えられる。 6)前記ピストン部及び取外部は、常時はばね,ゴム等
の弾性体によって上方に付勢されている構造であると、
操作が簡単であるので好ましい。
【0014】
【作用】請求項1の発明では、装置本体の接続部にカー
トリッジを接続することによって、カートリッジの検査
室の測定電極が装置本体の電気接続部に電気的に接続さ
れる。この状態で吸排出部(例えばピストン)を例えば
上方に駆動することによって、試料は検査室内へ吸引さ
れるので、例えば試料に接触する測定電極間に生ずる起
電力等に基づいて試料のイオン濃度等の分析が行われ
る。そして、分析が終了すると、給排出部を例えば下方
に駆動することによって、試料が検査室外へ排出され、
続いて取外部を例えば下方に駆動することによって、接
続部からカートリッジが取り外される。
【0015】これによって、手を汚すことなく、試料の
分析及び分析後のカートリッジの取り外しが可能とな
る。また、請求項2の発明では、上述した請求項1の様
な分析を行なう構成が複数セット設けてあるので、吸排
出用操作部を駆動することによって、同時に複数のカー
トリッジに試料を吸引して、多検体の分析を一度に行な
うことが可能である。更に、試料の分析後には、再度吸
排出用操作部を駆動することによって、同時に複数のカ
ートリッジから試料を排出し、その後取外用操作部を駆
動することによって、同時に複数のカートリッジを取り
外すことが可能である。
【0016】更に、請求項3の発明では、カートリッジ
型分析装置の本体にカートリッジを取り付けた場合に
は、カートリッジの基端側開口部にてカートリッジの検
査室と装置本体とが連通され、先端開口部を介して試料
の外部からの吸引及び外部への排出が行われる。そし
て、測定電極から伸びるリード部によって装置本体の電
気接続部との電気的接続が行われ、測定電極間の電気信
号によって試料の分析が行われる。
【0017】
【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。 (第1実施例)図1に示す様に、第1実施例のカートリ
ッジ型濃度分析装置は、試料溶液中のNa+イオンの濃
度を電気化学的に測定する装置であり、装置本体1の先
端側には、試料溶液を吸引するカートリッジ3が着脱自
在に取り付けられている。
【0018】i)この装置本体1は、合成樹脂製の筐体
2に各種の構成部品が取り付けられたものであり、装置
本体1の先端側(図の下方)に設けられてカートリッジ
3が嵌め込まれる接続部5と、接続部5の基端側(図の
上方)に設けられて接続部5の連通孔7と連通するシリ
ンダ9と、シリンダ9に摺動自在に嵌挿されるピストン
11と、接続部5に外嵌するとともにピストン11と平
行に配置される取外部13と、カートリッジ3の測定電
極15A,15Bからの電気信号に基づいて濃度測定等
を行なう電子制御部19と、測定した結果を表示する表
示部21と、電源のオンオフ等の操作を行なうスイッチ
部23とを備えている。
【0019】次に、前記各構成について説明する。前記
接続部5は、合成樹脂からなる円筒状の部材であり、筐
体2より先端側に一部が突出しており、その内部にはカ
ートリッジ3の検査室3aとシリンダ9とを連通する連
通孔7が軸方向に形成されている。この接続部5の先端
側にカートリッジ3の基端側が外嵌されるが、図2
(a),(b)に示す様に、接続部5の先端側の外周面
には、カートリッジ3と装置本体1の電子制御部19と
を電気的に接続するために、カートリッジ3の一対の測
定電極15A,15Bに対応して銅製の一対の端子部5
a,5bが形成されている。尚、接続部5の先端側に
は、カートリッジ3の接続の際に位置決めをする凹部5
cが形成されている。
【0020】前記シリンダ9は、図1に示す様に、ピス
トン11が摺動可能に嵌入される柱状の空間であり、こ
のシリンダ9内を上下方向に移動するピストン11によ
って、試料溶液の吸入及び排出の動作が行われる。尚、
このシリンダ9は吸引及び排出の動作に利用されるだけ
であり、シリンダ9までは試料溶液は侵入しない。
【0021】前記ピストン11は、前記シリンダ9にそ
の先端部11aが嵌入される長尺の部材である。このピ
ストン11は、その先端部11aと基端部(ボタン部)
11bが大径とされ、それらを小径のロッド11cが接
続する構造であり、ボタン部11bに取り付けられたス
プリング25によって上方に付勢されている。よって、
ピストン11を上下方向に移動させることによって、試
料溶液の吸引及び排出を行なうことができる。
【0022】前記取外部13は、カートリッジ3を取り
外すために上下方向に摺動可能な長尺の部材である。こ
の取外部13は、接続部5に外嵌する円筒状の先端部1
3aと、先端部13aから一旦横方向に張り出して上方
に伸びるロッド13bと、ロッド13bの基端側に設け
られたボタン部13cとからなり、このボタン部13c
には取付部13を上方に付勢するスプリング27が取り
付けられている。よって、ボタン部13cを押すことに
よって、接続部5に取り付けられたカートリッジ2を押
し出して取り外すことができる。
【0023】前記電子制御部19は、電位差計の機能を
含むとともに、通常のマイクロコンピュータとして構成
されている。この電子制御部19は、接続部5の両端子
部5a,5bを介してカートリッジ3の両測定電極15
A,15Bに接続されており、両測定電極15A,15
B間の生ずる起電力を測定して、この起電力に基づいて
試料溶液中のイオン濃度(本実施例の場合はNa+イオ
ン濃度)を算出する。
【0024】前記表示部21は、電子制御部19にて演
算された測定結果を表示する液晶パネルであり、測定結
果を電位差[mV]や濃度[mol/l]等に切り換えて表
示することができる。前記スイッチ部23は、つまみ2
3aを切り換えることによって、電源のオンオフを行な
うとともに、つまみ23aをmeas.に合わせると電位差
による表示を指示し、つまみ23aをcal.に合わせると
濃度の換算を指示するものである。
【0025】ii)一方、カートリッジ3は、先端側が狭
くされた略円筒状のポリプロピレンからなる合成樹脂製
の部材であり、その内部にはカートリッジ3の先端側及
び基端側に開口する検査室3aを備えている。この検査
室3aの内周面には、図2(c),(d)に示す様に、
軸方向に伸びる一対の導電部17A,17Bが樹脂フィ
ルム3b上に対向して形成されており、この導電部17
A,17Bの先端側に上述した測定電極15A,15B
が各々形成されている。つまり、測定対象(Na+イオ
ン)に応じて設定される指示電極15Aと基準となる電
極である参照電極15Bとが、検査室3aの先端側にて
対向する様に配置されている。そして、導電部17A,
17Bは、その基端側にて装置本体1の接続部5の端子
部5a,5bに各々電気的に接続されている。尚、カー
トリッジ3の基端側内面には、接続部5の凹部5cと嵌
合して位置決めを行なう凸部3cが設けられている。
【0026】また、前記指示電極15Aは、後に詳述す
る様に、カーボンとAgClとからなるイオンブリッジ
層の表面にナシコンセラミックスからなる固体電解質の
Na +イオン感応膜を設けたものであり、一方、参照電
極15Bは、AgCl層の表面に寒天ゲル層を設けたも
のである iii)次に、この両電極15A,15Bの形成方法につ
いて、図3及び図4に基づいて説明する。尚、ここで
は、一度に複数対の電極15A,15Bを形成する方法
について述べる。
【0027】まず、図3(a)に示す様に、PET等
の耐熱製フィルム3b上に、指示電極(A)用の銅から
なるリード線及び参照電極(B)用の銀からなるリード
線を印刷する。尚、このリード線が導電部17A,17
Bのベースとなる。 次に、図3(b)に示す様に、参照電極(B)用のリ
ード線をアノード(陽極)とし、一方、白金線又は白金
板をカソード(陰極)として、1MのKCl水溶液中で
電気分解(電流密度0.3mA/cm2)し、参照電極
(B)用のリード線の先端にAgCl層を析出させる。
【0028】次に、図3(c)に示す様に、指示電極
(A)用のリード線の先端部に、カーボンペーストとA
gClとが1:1に割合で混合したペースト混合物を印
刷してイオンブリッジ層を形成する。その後、このイオ
ンブリッジ層の上に、イオンブリッジ層より少し大きめ
のNa+イオン感応膜であるナシコンセラミックスの板
状焼結体を乗せ、150℃で30分間程乾燥して、上記
ペースト混合物を硬化させる。これによって感応膜を形
成する。
【0029】次に、図3(d)に示す様に、各リード
線等を絶縁するために、指示電極(A)と参照電極
(B)とを、エポキシ系樹脂,ウレタン系樹脂等の耐水
性絶縁膜を用いて絶縁する。この絶縁の際には、AgC
l層の下地(銀のリード線)が露出しない様に、絶縁膜
がAgCl層の一部(図の上方)を覆う様に形成する。
尚、感応膜が露出する様に、感応膜の中央部には絶縁膜
を形成しない。
【0030】次に、図3(e)に示す様に、参照電極
(B)用のリード線のAgCl層を囲むように寒天ゲル
形成用の枠を載置する。尚、作業中に感応膜が損なわれ
ることを防止するために、感応膜の表面は枠の一部で覆
っておく。そして、この枠内に、寒天ゲル(寒天3wt
%と1MのKClを熱水に溶かしたもの)を注いでから
冷却する。その後、ゲルが冷えてから枠を取り除いて、
図4(a)に示す様な指示電極(A)及び参照電極
(B)が形成されたフィルム3bを作成する。
【0031】次に、図4(b)に示す様に、フィルム
3bを図の破線の様に切断して、図4(c)に示す様な
一対の測定電極15A,15B(即ち指示電極15Aと
参照電極15B)を完成する。 次に、図4(d)に示す様に、この一対の測定電極1
5A,15Bが形成されたフィルム3bを丸めて筒状に
する。そして、この筒状のフィルム3bをカートリッジ
3の内部の検査室3aに挿入して、測定電極15A,1
5Bを備えたカートリッジ3を完成する。
【0032】iv)次に、本実施例のカートリッジ型濃度
測定装置を用いたイオン濃度の測定方法について説明す
る。まず、ピストン11のボタン部11bを押した状態
で、カートリッジ3の先端を試料溶液中に差込み、その
後ボタン部11bを離すことによって、ピストン11が
上昇するにつれて、試料溶液はカートリッジ3内の検査
室3aに吸入される。これによって、試料溶液が両測定
電極15A,15Bに接触した状態となる。
【0033】ここで、スイッチ部23のつまみ23aを
meas.に合わせて両測定電極15A,15B間に発生す
る起電力を測定し、30秒経過した後に電子制御部19
にて起電力が安定したことを確認すると、その起電力の
電位差のデータを表示部21に表示する。尚、つまみ2
3aをcal.に合わせ、予め校正液を用いて校正を行なっ
ておけば、電位差の代わりにNa+イオンの濃度値を表
示部21に表示することができる。
【0034】次に、ピストン11のボタン部11bを再
度押すと、ピストン11が下降するにつれて、試料溶液
はカートリッジ3の検査室3aから排出される。その
後、取外部13のボタン部13cを押すと、取外部13
の下降につれて、その先端部13aにてカートリッジ3
が押し出されて取り外される。
【0035】v)この様に本実施例のカートリッジ型濃
度測定装置は、検査室3a内に測定電極15A,15B
を備えたカートリッジ3を着脱自在に装置本体1に取り
付ける構成であるので、装置構成を簡易化できるという
効果がある。また、試料溶液の濃度測定後には、従来の
様にシリンジ,ピペットの試料吸入用カートリッジを手
で取り外すという操作が必要がなく、取外部13のボタ
ン部13cを押すだけで簡単にカートリッジ3を取り外
すことができるので、濃度測定の手間が著しく簡易化で
きるという利点がある。特に血液検出の場合には、直接
に手が触れないので手袋等をする必要がなく、手間が簡
易化できるにもかかわらず極めて安全であるという顕著
な効果がある。
【0036】尚、この装置の精度を確認したところ、炎
光光度計による値との誤差は約5%以内であり、精度的
にも良好であった。 (第2実施例)第2実施例のカートリッジ型濃度測定装
置は、前記第1実施例の装置を組み合わせ、複数のカー
トリッジを取り付けて多数の試料溶液の濃度測定を1度
に行なうものである。
【0037】このカートリッジ型濃度測定装置は、図5
に示す様に、装置本体31に4つの接続部33を備えて
おり、この接続部33の各々に前記第1実施例と同様な
カートリッジ35が着脱自在に接続されている。そし
て、この装置のピストン37の上部には前記第1実施例
とほぼ同様に1つのボタン部37bが形成されている
が、下部は4つに分岐して、各々の先端部37aが接続
部33の上方に形成された各シリンダ39に摺動可能に
内嵌されている。また、取外部41もピストン37と同
じく、その上部には前記第1実施例とほぼ同様に1つの
ボタン部41bが形成されているが、下部は4つに分岐
して、各々の先端部41aが接続部33に摺動可能に外
嵌されている。
【0038】従って、ピストン37のボタン部37bを
一旦押した後に離すと、4つのカートリッジ35内に一
斉に試料溶液が吸入され、その後ボタン部37bを再度
押すと、カートリッジ35内の試料溶液が一斉に排出さ
れる。更に、取外部41のボタン部41bを押すと、4
つのカートリッジ35が一斉に接続部33から押し出さ
れて取り外される。
【0039】これによって、一度の操作で複数の試料溶
液の濃度測定ができるので、測定の手間が軽減されて、
多検体に対してその測定スピードが向上するという特長
がある。 (第3実施例)第3実施例のカートリッジ型濃度測定装
置は、前記第1実施例の様に1本のカートリッジを着脱
自在に接続するものであり、試料溶液中の複数の測定対
象(例えばNa+イオン,K+イオン,Cl-イオン)に
対する濃度測定を、1度の吸引操作によって行なうもの
である。
【0040】本実施例に使用するカートリッジには、図
6に示す様に、多くの電極53〜56が形成されてい
る。つまり1つの参照電極53に対して複数の指示電極
54,55,56が形成されており、これらの電極53
〜56は、図示しない装置本体の電子制御部に各々接続
されている。従って、参照電極53と指示電極54,5
5,56と間に発生する起電力を各々測定することによ
って、複数の測定対象に対する濃度測定をほぼ同時に実
行することができる。
【0041】尚、本発明は、上記実施例に何等限定され
ず、本発明の要旨の範囲内において各種の態様で実施で
きることは勿論である。
【0042】
【発明の効果】本発明の請求項1のカートリッジ型分析
装置では、試料の吸入装置と分析装置とが着脱自在に一
体化される構造であるので、装置が簡易化でき、場所を
取らずコンパクトにできるという効果がある。
【0043】また、試料の分析後には、カートリッジを
取外部によって機械的に取り外すことができるので、作
業が簡易化され、しかも従来の様に手で触る必要がない
という特長がある。よって、特に血液分析の場合、手袋
をする手間もいらず、しかも接触による血液感染の恐れ
がないという顕著な効果を奏する。
【0044】請求項2のカートリッジ型分析装置では、
多検体の分析が一度にでき、時間と手間が省けるという
利点がある。請求項3のカートリッジを使用すると、上
述した様に装置が簡易化でき、しかも試料の分析後にカ
ートリッジを機械的に取り外せるので、特に血液感染を
防止できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1実施例のカートリッジ型濃度測定装置を
示す説明図である。
【図2】 第1実施例の装置本体の接続部及びカートリ
ッジを示し、(a)は接続部の底面図,(b)はその一
部の断面図,(c)はカートリッジの平面図,(d)は
その一部の断面図である。
【図3】 電極の形成方法を示す説明図である。
【図4】 電極の形成方法を示す説明図である。
【図5】 第2実施例のカートリッジ型濃度測定装置を
示す説明図である。
【図6】 その他のカートリッジを示す説明図である。
【符号の説明】
1,31…装置本体 3,35…カートリ
ッジ 5,33…接続部 9,39…シリンダ 11,37…ピストン 13,41…取外部 15A,15B,53,54,55,56…電極 3a…検査室

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部の検査室に試料を収容するカートリ
    ッジを装置本体に取り付け、試料の電気化学的特性を分
    析するカートリッジ型分析装置であって、 前記装置本体には、 前記カートリッジを前記装置本体に着脱自在に取り付け
    る接続部と、 前記検査室に設けた少なくとも一対の測定電極を前記装
    置本体に電気的に接続する電気接続部と、 前記検査室と連通して前記試料の検査室への吸引又は検
    査室からの排出を行なう吸排出部と、 前記接続部に接続された前記カートリッジを取り外す取
    外部と、 前記測定電極によって得られる電気信号に基づいて前記
    試料の電気化学的特性を分析する試料分析部と、 を備えたことを特徴とするカートリッジ型分析装置。
  2. 【請求項2】 前記請求項1の接続部,電気接続部,吸
    排出部及び取外部を複数セット備えるとともに、 前記吸排出部を一体に接続して各検査室内の試料の吸引
    又は排出を同時に行なう吸排出用操作部と、 前記取外部を一体に接続して各接続部に接続されたカー
    トリッジの取り外しを同時に行なう取外用操作部と、 を備えたことを特徴とするカートリッジ型分析装置。
  3. 【請求項3】前記請求項1又は請求項2記載のカートリ
    ッジ型分析装置に用いられるカートリッジであって、 前記検査室とカートリッジ先端側とを連通して開口し、
    前記試料の吸引及び排出を行なう先端側開口部と、 前記検査室とカートリッジ基端側とを連通して開口し、
    前記吸排出部に連通する基端側開口部と、 前記測定電極から伸びて、前記装置本体の電気接続部と
    の電気的接続を行なうリード部と、 を備えたことを特徴とするカートリッジ。
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