JPH0862179A - 電解質分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】イオン選択電極により安定した濃度応答出力が
得られ、しかも測定系の高速処理が可能な電解質分析装
置を提供する。 【構成】吸引ノズルを経てイオン選択電極ブロック３０
に生体試料を導入して試料中の電解質測定を行う。電極
ブロック３０の前段に加熱機能を有する試料導入ブロッ
ク３２が配置され、試料導入ブロック３２と電極ブロッ
ク３０，比較電極３１は一定温度を維持する恒温槽３３
内に収納される。試料導入ブロック３２を通過する試料
をイオン選択電極の温度に近づけるための予熱が与えら
れように試料の流速を定めると共に、予熱された試料を
イオン選択電極内で一時停止させるシリンジ１４を備
え、この試料流速とイオン選択電極内での試料の一時停
止によりイオン選択電極内での試料温度が実質的にイオ
ン選択電極膜と同温度になるよう設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電解質分析装置に係り、
特に血液等の生体試料中の特定電解質成分を定量するの
に好適なイオン選択電極を用いた電解質分析装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、イオン選択電極は、特定の電解
質成分のみを透過させることにより電圧変化を生じるイ
オン選択膜を被検試料と電極内部液との間に置き、被検
試料と電極内部液の特定電解質濃度の差にもとづく電圧
変化をイオン選択電極内に置かれた出力用電極と比較電
極間から取り出すようになっている。

【０００３】この種のイオン選択電極を用いた電解質分
析装置は、血液等の生体成分の定量など医療用として用
いられ、高速で多量の検体を処理可能なものが望まれて
いる。

【０００４】従来、イオン選択電極を用いた高速処理能
力をもつ電解質分析装置には、イオン選択膜を非常に薄
く形成して、膜両端の液濃度差にもとづく平衡状態を短
時間に達成することを目的とした高速濃度応答形電極を
用いたものがある。しかし、イオン選択膜を薄くしてあ
るため、イオン感応成分を含有させた液膜タイプ（フロ
ータイプ）のイオン選択膜では、イオン感応成分の膜外
への溶解が早く、寿命も短く、また、薄膜であるため、
電極膜を介して電気的絶縁を維持することが困難で安定
性に欠ける傾向があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上の事情から、イオ
ン選択膜を比較的厚く形成することにより、膜内部に充
分なイオン感応物質を保持させて長期間安定とした電極
もあるが、この電極には濃度応答が遅いという問題が残
されている。また、本発明者らは、次の現象を実験結果
により確認した。すなわち、厚く形成したイオン選択膜
の濃度応答時間を短縮するために、電極温度を一定温度
まで上昇させると、一旦、被検試料とイオン選択膜間に
温度差が生じ、その結果、イオン選択膜に膜厚方向の温
度勾配が生じ、しかもこの温度勾配の回復に時間を要
し、これが電極電位に非常に長時間にわたって変化する
雑音成分を重畳させて、安定した電位を得るのを妨げる
原因となることを確認した（この現象を示す実験データ
は、発明の作用の項で図１を用いて説明する）。このよ
うな雑音成分が重畳する場合には、膜内温度勾配の回復
を待ってイオン選択電極の出力信号の取り出しを行う必
要があるために、高速処理を困難にする。

【０００６】本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目
的は、イオン選択電極により安定した濃度応答出力が得
られ、しかも測定系の高速処理が可能な電解質分析装置
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、試料吸引ノズルを経てイオン選択電極に
生体試料を導入して該試料中の電解質測定を行う電解質
分析装置において、前記試料吸引ノズルに接続された試
料通路が加熱機能を有する試料導入ブロックを経て前記
イオン選択電極を通るように形成され、前記試料導入ブ
ロック及びイオン選択電極が一定温度を維持する恒温槽
内に収納され、且つ前記試料導入ブロックを通過する試
料に前記イオン選択電極の温度に近づけるための予熱が
与えられように前記試料の流速を定めると共に、予熱さ
れた前記試料を前記イオン選択電極内で一時停止させる
流量制御機構を備え、この試料流速制御と前記イオン選
択電極内での試料の一時停止によりイオン選択電極内で
の試料温度が実質的に前記イオン選択電極膜と同温度に
なるよう設定した。

【０００８】

【作用】本発明の作用に先立ち、図１により、イオン選
択膜を使用したイオン選択電極の濃度応答について説明
する。

【０００９】図１は試料温度をパラメータとして、イオ
ン選択電極の出力電圧の時間的変化を求めた実験結果を
示す線図で、イオン選択電極としてポリ塩化ビニルを母
体とした軟質プラスチックにバリノマイシンをイオン感
応物質として均一に拡散させたカリウムイオン選択膜を
使用したフロータイプのイオン選択電極を用い、このカ
リウムイオン選択電極をイオン選択膜，電極内部液，出
力電極および電極ボディとともに３７℃に温度制御し、
そこに０．１５ｍＭのカリウムイオンを含む被検試料液
２００μｌを４ｍｌ／minの流速で流した場合の結果を
示してあり、曲線ａ〜ｅはそれぞれ被検試料の温度が２
０℃，２５℃，３０℃，３５℃，４０℃の場合を示す。
同一濃度の被検試料を流した場合、電極の出力電圧は一
定であるべきであるが、図１に示すように、２０℃の試
料液を導入した場合は曲線ａのように導入直後は７ｍ
Ｖ、３０秒後には１．３ｍＶの誤差を生じている。この
ように経時的に変化する傾向をもつ雑音成分が発生する
のは、一定温度（例えば３７℃）のプラスチック製のイ
オン選択膜の試料側に温度差のある試料液が導入された
場合に、プラスチック製イオン選択膜内部に非定常の温
度勾配が厚さ方向に生じ、それが徐々に回復するためと
推察される。このような現象に対して、本発明では次の
ように対処できる。

【００１０】すなわち、被検試料が試料導入ブロックに
流速制御されて通過する過程では、加熱機能を有する試
料導入ブロックとの熱交換作用により試料が一定温度に
昇温することにより、試料温度がイオン選択膜に近づ
く。ただし、ここで、完全に試料温度とイオン選択膜温
度とを同一にさせてしまうと、かなり試料の流速を遅く
することになり、処理時間がかかってしまうので、試料
の処理速度（流速）と妥協して、この過程では試料温度
をある程度、イオン選択電極膜に近づけるに留める。そ
して、この被検試料がイオン選択電極内に導入される
と、試料はイオン選択電極で一時停止制御されて測定に
付されるが、この段階でも被検試料には、恒温槽中で一
定温度に維持されているイオン選択電極から熱が与えら
れるので、ここで、試料温度が実質的にイオン選択膜と
極めて短時間で同一温度となる。したがって、イオン選
択電極に導入された試料が、その導入時にイオン選択膜
と若干の温度差により、イオン選択膜に温度勾配が生じ
ても、その温度勾配の回復も短時間で保証する。

【００１１】このように流速設定された試料がイオン選
択電極に導入されて一時停止した時の電極出力電圧特性
の関係を図４に一例として示すが、この図４について
は、実施例の項で詳述する。

【００１２】

【実施例】本発明の一実施例を図２，図３により説明す
る。

【００１３】図２は本発明の適用対象となる電解質分析
装置のシステム全体を示す構成図で、イオン選択電極に
よる稀釈血清分析の場合を示してある。

【００１４】図２において、１はラックサンプラ、２は
試料容器で、試料が入った多数の試料容器２はラック３
に入れてある。このとき、図示していない駆動機構によ
ってラックサンプラ１が動作してラック３がサンプリン
グ位置４に到達すると、サンプリング機構５により試料
容器２内の試料がサンプリングノズル６で必要量分取さ
れ、次に、サンプリングノズル６が稀釈チェーン７側に
回転し、稀釈容器８内吐出される。このとき、稀釈液９
もディスペンサ１０、電磁弁１１、ピペッタ１２を介し
て同一稀釈容器８内に注入される。

【００１５】稀釈された試料の入った稀釈容器８は、エ
ンドレスに配置された稀釈チェーン７の一定時間毎の回
転にともなって稀釈チェーン７によって順次送られ、そ
の稀釈容器８が吸引ノズル１３の位置まで移動すると、
シリンジ１４の作用により、稀釈容器８内の稀釈された
試料が吸引ノズル１３によって吸引されて電極セット部
１５に至る。このとき、同時に比較電極液１６も電極セ
ット部１５に吸引される。

【００１６】電極セット部１５には、図３に示すように
血清電解質（ナトリウム、カリウム、塩素）分析用の３
種のイオン選択電極よりなる電極ブロック３０、比較電
極セル３１、および接地電極がある。ここで、イオン選
択電極は、少なくとも、カリウムについては液膜タイプ
のものが使用される。これは、カリウムは、その他のガ
ラス電極膜，固体選択膜では精度の良い測定が期待でき
ないためである。例えば、既述したような、バリノマイ
シンをイオン感応物質としてポリ塩化ビニルを母体とし
た軟質プラスチックに均一に拡散させたカリウムイオン
選択膜を使用した。ナトリウム，塩素については液膜タ
イプ以外のイオン選択膜でも使用可能である。

【００１７】吸入された試料は、これらのイオン選択電
極内で一時停止し、その間に電解質濃度に比例した電圧
が測定される。この測定値は増幅器１７で増幅された
後、Ａ−Ｄ変換器１８でデジタル変換されてマイクロコ
ンピュータ１９へ送られ、マイクロコンピュータ１９で
演算処理された結果は、プリンタ２０に表示される。

【００１８】一方、測定を終了した試料はシリンジ１４
を介してドレン受け２１に捨てられる。また、試料の測
定が終了した稀釈容器８は、稀釈容器洗浄ノズル２２の
位置に移動され、ノズル２２によって残試料が廃液トラ
ップ２３内に吸引される。廃液トラップ２３は、電磁弁
２４を介して真空瓶２５に接続してあり、真空瓶２５は
真空ポンプ２６によって排気されている。したがって、
電磁弁２４を一定時間開くと廃液トラップ２３内が真空
になって残試料を吸引する。廃液トラップ２３内にたま
った残試料は３方管２７を介して装置外へ排出させる。
次に内部標準液２８を洗浄用シリンジ２９によって稀釈
容器８内に注入して稀釈容器８内を洗浄し、洗浄を終わ
った液は、上記と同様にして廃液トラップ２３を介して
排出させる。洗浄された稀釈容器８は、再びサンプリン
グ位置に戻され、同様の工程を繰り返す。なお、５回に
１回はデータ補正用として内部標準液２８を稀釈容器８
内に残しておいて、これを電極セット部１５に導いて、
ドリフト補正のデータ処理を行うようにする。

【００１９】本実施例では、電極セット部１５の構成を
図３に示す実施例のように構成してある。図３におい
て、８は稀釈容器で、稀釈された被検試料は、シリンジ
１４により電極ブロック３０および比較電極セル３１を
経由して吸引される。電極ブロック３０の手前には、加
熱機能を有する試料導入ブロック３２が設けてあり、試
料吸引ノズルに接続された試料通路がこの試料導入ブロ
ック３２を経てイオン選択電極付きの電極ブロック３０
及び比較電極セル３１を通るように形成されている。試
料は、この試料導入ブロック３２により一定温度に昇温
される。

【００２０】また、電極ブロック３０、比較電極セル３
１および試料導入ブロック３２は、ともに１つの空気恒
温槽３３内に配置してあり、空気恒温層３３には、冷熱
素子３４によって温度制御された制御フィン３５が設け
てあり、制御フィン３５の熱はファン３６によって空気
恒温槽３３内を強制対流させてあり、また、冷熱素子３
４の余分の熱は放熱フィン３７によって捨てるようにし
てあり、これによって上記電極ブロック３０、比較電極
セル３１及び試料導入ブロック３２を一定温度に保持す
るようにしてある。

【００２１】上記構成によれば、試料通路を介して流れ
る試料は試料導入ブロック３２で予熱されて電極ブロッ
ク３０に至り、電極ブロック３０にて試料の測定のため
に一時停止して、各イオン選択電極により被検試料（稀
釈血清）中の電解質成分Ｎａイオン，Ｋイオン，Ｃｌイ
オン濃度が測定される。

【００２２】ここで、試料温度を２０℃一定としたとき
の吸入試料流速をパラメータとした場合のイオン選択電
極出力電圧特性を図４に示す。

【００２３】図４は、試料温度を２０℃一定としたとき
の吸入試料流速をパラメータとした場合の電極出力電圧
特性を示し、曲線ｆ〜ｊはそれぞれ３００μｌの試料を
１，２，４，６，１０ｍｌ／minの流速で吸引した場合
の電極の出力電圧の時間的特性で、低速で吸引すれば、
その分、試料導入ブロック３２を通過する試料は該ブロ
ックからの予熱が、より多く与えられて、イオン選択電
極の温度に近づくので出力電圧の変動は小さくなるが、
高速処理化と相反するので、一定流速で試料を吸引する
場合には、曲線ｇのように２ｍｌ／minが最適である。
本実施例では、試料流速を２ｍｌ／minとした。この曲
線ｇでは、電力出力電圧に若干の変動が生じているが、
この変動部分は、図１の特性図を参照すれば明らかなよ
うに、試料導入ブロック３２により予熱された試料がイ
オン選択電極に導入された直後では、未だ試料がイオン
選択電極と実質的に同一温度になっていないために（た
だしイオン選択電極に近い温度）、イオン選択膜の膜内
に試料・イオン選択電極との温度差による若干の温度勾
配が膜厚方向に生じて、それが僅かな雑音成分として表
れているものであることが容易に理解される。この曲線
ｇ相当の膜内温度勾配は、イオン選択電極で試料が測定
に要する一時停止中にイオン選択電極から熱を与えられ
ることで極めて短時間で回復するために、高速で安定し
た濃度応答出力を取り出せることが可能になる。本実施
例では、シリンジ１４が流量制御機構に相当し、シリン
ジ１４によって、試料導入ブロック３２を通過する試料
にイオン選択電極の温度に近づけるための予熱が与えら
れように試料の流速を定めると共に、予熱された試料を
イオン選択電極内で一時停止させるようにしてある。

【００２４】本実施例によれば、電極ブロック３０に導
入される試料の温度と電極ブロック３０のイオン選択膜
の温度との間に短時間で温度差がないようにできるの
で、電解質分析装置に液膜タイプのイオン選択電極を用
いた場合でイオン感応物質溶解防止のため比較厚く形成
したイオン選択膜であっても、濃度応答性を高め、且つ
イオン選択膜の膜内温度勾配を短時間で回復して、雑音
成分が重畳しない安定した出力信号を取り出すことがで
き、かつ、その出力取り出しに必要とする処理時間を高
速化させることができる。

【００２５】また、試料温度をイオン選択電極の温度に
接近させる場合に、恒温槽の存在によりイオン選択電
極，比較電極，および試料に対する外気による温度影響
を低減せしめる。さらに、試料の流速制御のほかに測定
時の試料の一時停止制御を利用して試料を一定温度にす
るので、試料温度の安定化に必要な試料通路の長さを短
くすると共に、その分、試料導入ブロック３２の小型化
を図ることができ、しかも、通路の短くなった分だけ使
用試料量の節約を図り得る。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、イオン選択電極に用い
るイオン選択膜に生じる膜内温度勾配を短時間で回復さ
せることができるので、濃度応答性を高めて雑音成分が
重畳しない安定した測定出力信号を保証すると共にその
測定に要する処理時間の高速化を図ることができる。ま
た、試料の流速制御のほかに測定時の試料の一時停止制
御を利用して試料をイオン選択電極と同一温度にするの
で、その分だけ試料温度の安定化に必要な試料通路の短
縮化を図ることができ、しかも通路の短くなった分だけ
使用試料量の節約を図り得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】イオン選択電極における電極出力電圧の試料温
度による時間的変化の実験結果を示す線図。

【図２】本発明の一実施例に係る電解質分析装置のシス
テム全体を示す構成図。

【図３】図２図のシステムに用いる電極ブロック部及び
その周辺の構成要素を示す説明図。

【図４】試料温度を一定としたときの電極出力電圧の試
料流速による時間的変化の実験結果を示す線図。

【符号の説明】

８…稀釈容器、９…稀釈液、１３…吸引ノズル、１４…
シリンジ（流量制御機構）、１５…電極セット部、１６
…比較電極液、３０…電極ブロック（イオン選択電
極）、３１…比較電極セル、３２…試料導入ブロック、
３３…恒温槽、３４…冷熱素子、３５…制御フィン、３
６…ファン、３７…放熱フィン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 左藤 猛英 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日立 製作所那珂工場内 (72)発明者 栗村 正明 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日立 製作所那珂工場内 (72)発明者 斎藤 清孝 茨城県勝田市市毛882番地 日立計測エン ジニアリング株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料吸引ノズルを経てイオン選択電極に
   生体試料を導入して該試料中の電解質測定を行う電解質
   分析装置において、 前記試料吸引ノズルに接続された試料通路が加熱機能を
   有する試料導入ブロックを経て前記イオン選択電極を通
   るように形成され、 前記試料導入ブロック及びイオン選択電極が一定温度を
   維持する恒温槽内に収納され、 且つ前記試料導入ブロックを通過する試料に前記イオン
   選択電極の温度に近づけるための予熱が与えられように
   前記試料の流速を定めると共に、予熱された前記試料を
   前記イオン選択電極内で一時停止させる流量制御機構を
   備え、この試料流速制御と前記イオン選択電極内での試
   料の一時停止によりイオン選択電極内での試料温度が実
   質的に前記イオン選択電極膜と同温度になるよう設定し
   たことを特徴とする電解質分析装置。
2. 【請求項２】 前記イオン選択電極として、電解質成分
   であるカリウムを分析するイオン感応物質を含有するプ
   ラスチック製の液膜タイプのイオン選択電極を備えた請
   求項１記載の電解質分析装置。