JPS61182556A - フローセル中に位置した固定材料と放射線との相互作用を基にした非セグメント化連続流動分析方法 - 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】 本発明は個々の試料の連続分析または分散さｎた帯域の
形での一定容量の液体を非セグメント化キャリヤー液体
流によってフローセル中に輸送させることによる工程制
碑法に関する。上記セル内に１通常可視または紫外帯域
での入射放射線を反射、吸収または再発光させる不溶性
固体材料を置く。試料区分の通過が、１種または数種の
化学反応により、上記固体材料の表面上またはその表面
の近くの溶液中で放射線の反射率、吸光度または発光の
変化を生ぜしめる。

反射、吸収または発光された放射線の強の変化を次いで
通常の手段で測定し、表示に変換する。

既知標準溶液基こよって補正した後、システムを未知試
料の分析に供する。上記試料は一連の個々の試料の一部
、例えば別々の患者からの血液中のグルコース、ｐＨを
測定する土壌抽出物、またはアンモニア含有率について
分析すべき肥料であることができる。或いは試料区分は
、監視のたグルコース、酸素または二酸化炭素含有量、
ｐＨの周期的制御を目的として、連続反応器または醗酵
タンクの如き容器または流動流から周期的にとり出すこ
とができる。

反応器内の分散した試料の一定区分の試料採取１区分の
放出、その分散の制御、前進運動、停止、および連続分
析のためこれらの手段の使用は多（の出願人の特許１例
えば米国特許第４２２４０３３号に記載されている。溶
液輸送方法および試料区分処理は以Ｆ７０−インジエク
ション法（Ｆ工Ａ］と称する。

本発明を以下図面を参照して更に詳細に説明する。＠Ｉ
Ａ図およびＩ！ＩＢ図は、媒体が固体材料からなる測定
装置を示し、第２図は媒体が液体またはガスである測定
装置を示す。

試料溶液はフローセル中に供給し、測定および可能な反
応後、出口２でセルから放出する。

セルを通るその途中で、試料は媒体３中を通過し、そこ
で試料中の１種以上の成分を吸収するか或いはそれらと
反応する。中間キャリヤー８を有Ｔるかまたは有しない
媒体３は光学繊ｍ９の束の端と接触する。光４はこの繊
維束の一部を通って導びかれ、キャリヤー８．媒体３お
よび試料溶液中を通り、反射板材料６ζ当って反射され
、試料溶液、媒体３およびキャリヤーを通つて光ビーム
６として戻り導びかｎてセンサーに達Ｔる。

吸収剤または試薬媒体３は、！ＩＢ図に示す如（、中間
キャリヤ一層８を有し、または有しない反射板材料５上
に配置してもよい。

最初に述べた例の場合、光はこれによって媒体３中を２
回通過する。このため測定結果は一回通過後よりも実質
的に大となる。

透析とガス拡散とを組合せた測定を１ｇ２図に示す。試
料溶液は膜７を通ってセル中に導びかれ、２で出る。試
薬溶液１０は膜７の他の側で導入され、好ましくは膜の
遠い端ｌこある開口１１を経てセルから出て、更に試料
出口２へと出る。

この方法で膜の両側での圧力差が等しくなる。

かかる圧力均等化が必要ないときには、試Ｎ溶液はその
代りに別の出口を通って導き出す仁とができる。このと
き試薬溶液は膜を通過する材料の反応または吸収のため
の媒体として作用する。この実施態様は、酵素の如き高
価な試薬を利用しなければならない場合の工程制御に詔
いて有効であり、最も経済的に有利であることができる
。このとき試薬溶液が注入さｎた試薬プラグを有するキ
ャリヤー流からなるとき、連続的で長い工程側の場合で
さえも薬品の消費を非常に少なく保つことができる。光
の反射はここでは膜７に対して生ずる。

本発明の新規な特徴は、Ｆ工Ａ装置において動作するフ
ローセル中に固体材料を使用することにある。固体材料
と放射線の相互作用を論するのに可視光の反射の変化を
説明する例に限ってするが、同じ原理を可視光または紫
外線の放射線の吸収または放射線の再発光（螢光または
化学発光）にも適用できることは理解すべきであるＯ 試料区分の通過によって生じた。非セグメント化キャリ
ヤー流の組成の変化に応答するフローセル中の固体材料
は、フローセル中に次の如く配置できる： （ｍｌ所望によって織製繊維からなる多孔性構造物；ｌ
ｂｌ非多孔性重含体層； ｔｅｌ液体の２層を分離する多孔性疎水性重合体製膜； （山ゼラチンを基にした材料の層状構造物。

上ε構造物は、それぞれの化学分析を基にして化学反応
を受ける色指示薬、酵素、基質、緩衝物質およびその他
の補助物質を含有する。上記構造物中のこわらの化金物
の少なくとも幾らかは上記固体面上で不動態化されなけ
ればならない。不動態化法は、不動態化された材料が少
なくとも１日間再現性ある測定のために充分な長い時間
上記固体の面に納金したままであるような方法で設計し
なければならない。このためには共有納金が最も好適な
方法の一つである。

多孔性重含体膜１０を使用する一つの場合においては、
不動態化は必要でな（、必要な薬品（指示薬、ｆｆ１ｆ
ｆｉ剤、酵素ノの周期的更新によって置き換えることが
でき、従ってこの場合は別々に熟理する。

反射性固体の面での不動態化された試薬の使用は近年新
しい開発段階に達した。何世紀にもわたる古いリドマス
紙の考えは、ｐＨ測定以外に、グルコース、尿素等の如
き臨床的に重要な種の測定も包含する範囲に拡大さｎた
。別の進歩、マトリックスｌａＪ〜（山での指示薬の共
有納金は。

アメス・カンパニイ〔登録商標クリニスティックス（Ｃ
１ｉｎｉｓｔｉｘ）　、セラライザー（Ｓｅｒａｌｙｚ
ｅｒ））。

ペーリンゲル〔登録商標し７０マート（Ｒｅｆｌｏｍａ
ｔＪ）およびコダック（登録商標エククグム（−租ｃｈ
ａｎＪ法〕によって作られた診断補助（スティックス〕
のみならず均質非ブリード性指示薬の製造をもたらした
。後者の方法は層状ゼラチンを基にした構造物を利用す
る。

こわらの指示薬ストリップは、このストリップを試験溶
液に浸漬し、次いでそれを反射率測定器具中に置（こと
により半定量的測定に使用される。

従って各分析について、新しいストリップを使用しなけ
ればならず１反射率光度計内の一定配置は再現するのに
困難であり、測定は他の自動的方法よりも再現性が劣る
。上記ストリップの手での取り扱い方法が満足できない
別の理由がある。用いらｎる液体の量が一つの試料から
次の試料へと異なり、従って試料材料の固体材料の層へ
の拡散が異なる。着色参照バーは真の参照溶液（例えば
標準グルコース溶液、ｐＨ標準緩衝剤）として決して作
用できず、標準にならない、これは同じストリップを最
初に補正し、次いで分析に使用すときにのみ役に立つ。

全ての操作を手でしなければならないから、操作の簡便
性において悩まされている。結論として。

手での回分式の操作はこれらの材料の使用にあたっての
限定的要因である。Ｅ’工Ａ原理に基づいた連続流動操
作は測定の再現性を改良し、試料採取の周期を増大させ
、操作する人に便利性を与える。

Ｐエムは種々の可能性を提供する試料取扱い法である。

（ｍｌ試料をプラグとして注入し、その分散は種々異な
る流速、コイル長、コイル直径等を選択することによっ
て制御できる； ＋ｂ＋試料材料は非定常状態条件で測定を可能にする精
確で再現性ある時間の間検知フローセルと接触状態にあ
る； ｔｅｌ系は試料と同じ方法で標準を反応させて補正でき
る； ｌｄｌ試料は稀釈、ｐ過、再濃縮または反応器の助けに
よって（イオン交換の如く）化学的に変性できる； Ｉｅｌ系は連続流動するキャリヤーにより試料（標準）
間で調整される； （ｆ１フローセル中の指示薬物質は試料露光後キャリヤ
ーによって調整される； す試料滞留時間が短く、定常状態が必要でないことから
高度の試料処理量を達成できる；ｉｈｌこの方法の感度
は試料稀釈により、或いは停止原注により反応時間の延
長によって制御できる； （１）系の調整は洗浄キャリヤーの間欠的ポンプ輸送に
よって改良できる。

本発明の別の観点は、フローシステムの超小型化にあり
、これは試薬および試料消費を減少させ、検知機装ｍｇ
よび流れの凹凸を増大させる。このことは二つの液体を
分離Ｔる多孔性疎水性膜の場合を代表するガス拡散の例
で最も良く示される。液体の一つは供与体流即ち分散さ
れた試料区分を輸送する非セグメント化キャリヤー流で
ある。反射性固体として作用する重含体製ガス透過性膜
の他の側に他の液体を配置する。この流れ、受容体流は
色を変化する指示薬を含有し、もし注入さｎた試料区分
から発生する揮発仕種が膜に浸透したとき、上記多孔性
膜から反射さｎた光の強度が測定される１反射さｎた光
は指示薬の色に関係し、従って膜に浸透するガスの量に
関係する。供与体流における１１以上のｐＨで、アンモ
ニアは多孔性膜を通って受容体流中に拡散する。上述し
た方法で膜を通って拡散するアンモニアの量は受容体溶
液のｐＨ変化を生ぜしめ、これによって酸−塩基指示薬
の色の変化も生ぜしめる。同様に血液または醗酵液中の
二酸化炭素の分析に当っては、受容体流のｐＨを低下さ
せ、従ってその中に含有された酸−塩基指示薬の色を変
化させる。別の分析、酸素側定番こおいては、液体試料
区分から発生する酸素が多孔性膜を浸透し、着色した可
溶性種〔例エハバナジクム＋１＋のレドックス指示薬）
を酸化する、従って膜面から反射する光の強度を変化さ
せる。こわらの構成において、使用する試薬は不動態化
してはならず、各測定サイクル前および後で、即ち各試
料区分の通過前および後で直ち【こ更新することができ
る。こｎは各測定サイクルの完全に再現しうる条件およ
び再現しうる基本線（即ちゼロ含有率）条件を確実にす
る。

反射性膜に近接する受容体流の容量は非常に小さい（代
表的には５μ１未満）から、各サイクルについての試薬
の消耗はこの種の従来の分析についても約１００倍も小
ざい。

更新成分または再生成分、従ってＦ工Ａによって実施し
うる再現性は、成分の幾つかが満足できる程不態化でき
ないとき、前記材料１ａＪ、（Ｕおよび＋ｄｌを用いた
ときにも有利に応用できる。

更に別のｌｉ’ＩＡの重要な特徴、停止流手段は、固体
材料を含有する検知機の再現性ある操作に非常に良く適
していることである。必然的に全ての固体多孔性構造物
は、拡散非制御輸送に。

従って液体の接触時間の如き全操作の正確なタイミング
、濃度勾配、多孔性構造物内での拡散。

および反応生成物の再拡散に重く依存する。長期間、な
お一定の時間上記固体の面と接触して分散した試料区分
を保持することにより、次の測定サイクル前の色形成、
ガス拡散および生成物の除去の程度を完全に制御できる
、従って所望濃度範囲門番こ信号の最適化を可能にする
。例示のため、二つの基本的具体例を示す。ＷＩＡ図お
よび第１Ｂ図は１表面に共役的に結合した指示薬を有す
る繊維材料を含有するフローセルを表わす。１８２図は
受容体＠液および指示薬溶液の間に配置したガス透過性
多孔性光反射性膜を含有するフローセルの設計を表わす
。フローセルは米国特許出願第４７３２２７号に記載さ
れた方法によって層状構造物として製造し、微小導管中
に一体化したものである。一体化された光学繊維を有す
る微小導管はこの目的のための理想的なビヒクルとなる
。セル発光および反射光の集束のため二叉マルチストラ
ンド光学繊維を使用した。繊維の他端（図示せず）は二
つの腕に分けられ、通常の光源に接続しており。

一定波長での反射光を測定する通常の分光光度計に接続
している。

特にｐＨの測定方法においては、セルロース上のグロム
チモルグルーおよびチモルプルーの共有納金した混金物
を用いて、第１Ａ図または第１Ｂ図によるフローセルを
使用した。１０　　Ｍ（７，）　ＨＣＩ！からなるキャ
リヤー流を１ｍｌ／分の速度でポンプ輸送し、一方補正
のため使用した注入した試料（容量２５μ！りはｐａ４
．ｏ〜１０．０内の標準緩衝剤溶液からなっていた。６
２０ｎｍ（青色〕での反射率を測定したとき、ｐＨ５〜
８で直線的応答が得らｎた、一方ｐＨ４〜９内で有用な
応答が得られた。試料周期は１８０秒／時間であった。

繊維材料の同じバンドを、基本線での著しい変化なしに
、或いは応答傾斜の悪化なしに少な（とも４週間連続的
＋Ｃ使用できた。範囲をｐＨ７〜８に限定し、キャリヤ
ー流をｐＨ６，８に調整（リン酸塩緩衝剤）に調整した
とき、±ｏ、ｏｏｓｐａ単位の測定再現性が得られた。

ＨＨ，１〜２０　ｐＰｍの範囲内でのアンモニアの測定
を、注入したとき相互に分けられ、これによってアンモ
ニアが放出さｎるアルカリ性を形成する二つの勾配の重
なる部分において塩化アンモニウム（３５μｌ）および
０．１Ｍ水酸化ナトリクム（２１μｌ）からなる二つの
隣接区分を供与体キャリヤー流（ｐＨ６，５のｌＸｌ０
　　Ｍリン酸塩緩衝剤）中に注入して行なった。フロー
セル（１ｇ２図）中に入ったとき、アンモニアガスが多
孔性膜中を拡散し、これによって受容体流中に存在する
酸−塩基指示薬の色を変化させた、この変化は光学装置
で監視した。感度を増大させるため、試料区分の一定セ
グメントをフローセル中で停止させ、これによって更に
アンモニアガスを膜中に拡散させ、かくして指示薬の色
変化の強度に影響を与えた。予め選択した停止時間につ
いて、アンモニア（ここでは試料中の塩化アンモニアノ
の濃度と記録された信号の間に比例関係がある。更に停
止時間の開始のための遅延時間、即ち定量のため選択し
た注入された試料区分の勾配上の点を変化させることに
よって、試料を意のままに電気的に稀釈させてもよい。

第２図の装置を用いて１〜１０ｍｍｏｌ／ｌ！の範囲で
の尿素の測定も行なった。？工Ａマンホールドは、キャ
リヤー流をトリスバッファー（ｐＨ８，３２Ｊとして、
トリスバッファー（６，１Ｍ％ｐＨ８，３２］中Ｃζ溶
解したウレアーゼ（５０ＣＩ／ｍｌ　）からなる試薬（
３６μｌ）と尿素（２５μｌ）から試料区分を構成した
以外は、アンモニア番こついて述べたものと同じにした
。フローセル通過中、尿素はウレアーゼによって酵素的
にアンモニアに分解され、これを前の如（測定し、再び
感度を増強するため停止シーダンスを用いて測定した。

標準偏差は±０．３倦であった。この方法は数ケ月操作
して機能した。或いは或いは尿素の注入試料区分は、不
動態化したウレアーゼを含有するカラム反応器を通過さ
せて検知器に同うその途中でアンモニアに分解させても
よい。

【図面の簡単な説明】

＠ＩＡ図および第１Ｂ図は媒体が固体材料からなる測定
装置を示し、第２図は媒体が液体またはガスである測定
装置を示す。 １は入口、２は出口、３は媒体、４は入射光。 ５は反射板材料、６は光束、７は膜、８はキャリヤー、
９は光学繊維、１０は試薬溶液、１１は開口。 Ｆ！Ｇ、ＩＡ ＦＩＧ、ＩＢ 手続補正書 昭和２７年２月２７日 」 ｍ−」 除 」 す ＦＩ／） 悸’ｅ　／１（ｔ＋９Ｑ。 り、琲均イを角１閃乙

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、放射線を反射、吸収、放出または再放出することの
   できる固体材料を含有するフローセル中を反応または未
   反応生成物を通すことによつて試料中の１種または数種
   の物質を測定するための連続流動分析法であつて、試料
   を連続キャリヤー流中に供給し、試料およびキャリヤー
   流に１種以上の試薬を加え、上記キャリヤー流溶液内の
   制御しうる分散液にプラグとして試料を供給し、放射線
   を反応した媒体中にその反射前および反射後の両方で通
   すことを特徴とする方法。 ２、固体材料のすぐ近くでまたはその中で１種以上の物
   質を不動態化し、上記物質の少なくとも１種を試料また
   はその反応生成物によつて影響を受けさせ、かくして光
   学特性における変化を測定し、上記試料中の濃度または
   異なる物質を参照できるようにした特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ３、固体材料が、ガスまたは液体の流れから原子、分子
   および／またはイオンに対して透過性で光学特性、反射
   率、吸光度、発光、再発光、螢光、ルミネッセンスまた
   はりん光の測定しうる変化を生ぜしめる膜から全体がま
   たは部分的になる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４、膜上の圧力を膜の両側からの出流間を連通させて等
   しくする特許請求の範囲第１項または第３項記載の方法
   。 ５、キャリヤー流を間欠的に停止し、或いはその速度を
   測定精度、種類および面積に関して最良にするため変化
   させる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ６、上記１種以上の添加試薬を断続ポンプ輸送で供給す
   る特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の方
   法。 ７、試料溶液を供給するための装置（１）、過剰の試料
   溶液のための出口（２）、試料を吸収し、それと反応す
   るための媒体（３）、固体バツクグラウンド材料に対し
   反射するため媒体中を通る放射光のためのエミッター（
   ４）、および反射光を測定し、試料中の１種以上の物質
   を測定するためのセンサー（６）を特徴とする特許請求
   の範囲第１項〜第６項の何れか一つの方法を実施するた
   めの装置。 ８、媒体（３）が試料または試薬からの原子、分子およ
   びイオンに対し選択透過性である親水性膜（７）からな
   り、連通（１１）を、膜上の圧力を等しくさせるため膜
   （７）の両側上を流れる流れの間に配置する特許請求の
   範囲第７項記載の装置。 ９、１種以上の試薬を、膜上でまたはそのすぐ近くで不
   動態する特許請求の範囲第７項または第８項記載の装置
   。