JPS62156554A - 濃度測定装置 - 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】 く産業上の利用分野〉 この弁明は、酵素電極を用いるＣ２度測定装冒に関する
。ざらにａｙａには、２酸素電極方式酵素電極を用いて
、血液等の試料液中のグルコース等の被検物質の濃度を
測定づる装置に関づる。

〈従来の技術〉 従来から、試料液中の被検物質を定ｆｆｉする手段とし
て、電極上に固定化酵素膜を形成した酵素電極が広く用
いられている。このＶｔ’Ａ電極は、試料中に含まれる
種々の被検物質を直接、温和な条イ′１下に分析できる
センナ−として非常に岡れたもので、現在、医療、食品
、ｍ境…測等の広い分野で使用され、また研究されてい
る。

このＪ：うな酵素電極の一種として、固定化酵素膜での
酵素反応で、試料液中の被検’４′ＩＪ質ど溶存酸素を
反応させ、溶存酸木吊の減少を酸素電極で測定し、被検
物質の濃度を求める方法が知られ、例えば、酸素電極、
トに、グルコースオキシターゼ酵素を固定化した膜を形
成し、試料液中のグルコース濃度を測定するグルコース
センサー；酸素電極子に固定化ウリカーゼ膜を形成し、
試料液中の尿酸温度を測定する尿酸センリーー等が挙げ
られる。

この種の酵素電極を用いる試料液中の被検物質の１Ａｒ
ｒｉ測定装置（よ、通常、酵素電極ど該酵素電極からの
出力電流値を測足りる電流検出手段からなり、モの測宇
握横を、例えば゛、上記のグルコースセンサーをｆｆ１
ｌＪにとって説明すると、次の酵素反応を利用するもの
である。

ＧＯＤ ゲルコースト０２十ト＋２ｏ−一→ グルコン酸十Ｈ２０２ 勺なわち、ＧＯＤの存在下、グルコースが溶存酸素によ
り酸化され、グルコン酸に変化する際の溶存酸素の消費
量を酵素電極で、一方、試料液中の溶存酸素量を別に酸
素電極で、それぞれ電流ＩＩＩ″１として測定し、両者
の差から、あらかじめ作成８れた検部線Ｊ、す、試料液
中のグルコース濃度を求めるものである。この種の仙の
酵素電極を用いた濃度測定ｇ首も同様な機構に基づき、
被検物質に応じた固定化酵素膜を使用して、同様にして
被検物質の濃度を測定リ−る。

〈発明が解決しようとする問題点〉 従来、このＪ：うな酵素電極を用いた試料液中の被検物
質の測定ｇｃ置にあっては、試第３１液中の溶存酸素を
室中する電４４ｉ（以下、対照電極と称する）と、固定
化酵素膜での酵素反応後の濱存酸素吊を室中するだめの
酵素電極（以下、１ｌｌｌｌ定電極と称する）が８物で
あり、■対照電極と測定電極の特性に非均一性があるこ
と、■対照電極と測定電極におりる配索透過性の相違等
により電極からの出力の動揺が大きいこと、など測定精
度の而で問題がある。

また、試料液の被検物質が高）震度の揚台にあっては、
溶存酸素量が不足し、完全に酵素反応が進行しないため
、測定可能な濃度範囲は溶存酸素量に規制され、その範
囲は極めて狭い。そのため、試料液は、通常、定量可能
な濃度範囲に緩Ｖｌｉ液で希釈されＣおり、試料液中の
被検物質の濃度は低く、被検物質の酸化に要する醒索消
費吊が少ないことから、測定Ｋｆｆｉからの出力と対照
型４セの出力の差は極端に少なく、出力の動揺が被検物
質深度換０値のｒＳＩ差をさらに人さくする。

さらに、この種の従来の濃度測定装置は、電流値の変化
間をもって測定するので、電極からの出力電流がほぼ安
定りるまで、通常３分程麿の測定時間が必要であり、測
定に時間がかかり処理検体数の増加が困難であるという
問題点がある。

く発明の目的〉 この発明は、上記の問題点に慨みな０れたもので、安定
性、感度ｄ３よびＩ、１５答竹に優れた、試料液中の被
検物質の濃度測定装置を提供することを目的と覆る。

く問題を解決するための手段〉 上記の問題点を解決すべくな８れた、この発明にかかる
濃度測定装置は、固定化酵素膜と酸素電極とからなる酵
素電極と、該酵素電極からの出力電流を時間に対して微
分する微分手段と、該微分手段からの信号のピーク値を
検出Ｊるピーク検出手段とから構成され、前記の酸素電
極は第１おにび第２の二個の陰極と両者に共通の一個の
陽極を一体に形成した２酸素電極であり、かつ第１の陰
極に対応する位置の固定化酵素膜の酵素が失活している
ことを特徴とするものである。

く作　川〉 この発明は、上記の４ｉ′４成よりなり、固定化酵素膜
の失活した酵素に対応する位置にある第１の陰極と陽極
とで、試料液中の溶存酸素量を測定づ゛る対照電極が構
成される。すなわち、試料液中の溶存酸素量は、固定化
Ｖｆ木本成失活したＰｒｔ木部弁部分照電極間に存在す
る緩衝液中の溶存酸素量より少ないことから、面液笠の
試料液を該酵素電極の検知部に滴下すると、該緩衝液中
の溶存酸素は固定化酵素膜に拡散し、溶存酸素量の減少
をもたらす。この溶存酸Ａｆｆｌの減少を対照電極で測
定し、その時間に対ザる微分値のピーク値、すなわち蟲
小値く但し、微分値の絶対値をもって測定Ｊるとさはｌ
ｒＡ大値、以下同じ）をとると、その値は試料液中の溶
存酸素量と相関する。従って、その値より試’１４液中
の溶存酸素量を測定できる。

一方、固定化酵素膜の活性を右づるＶＩ木に対応づる位
置にある第２の陰極と陽極とで、酵素反応後の溶存酸素
組の減少を測定する測定電極が４１可成される。すなわ
ち、活性を有する固定化酵素膜では、前記の試料液中の
溶存酸素吊が少ないことによる溶存酸素量の減少と、酵
素反応に基づく溶存酸素（ｉの減少が起こる。この溶存
酸木帛の減少を測定型（蛋で測定し、その時間に対づる
微分最小値をとると、その値は試料液中の溶存酸素場と
酵素反応で間貸された溶存醒素吊とを加えた聞と相関す
る。従って、その値より試料液中の溶存酸木聞と酵素反
応で消費された溶存酵素ｈ１を測定できる。

従って、前記の対照電極からの測定値と測定電極かうの
測定値との差から、試料液中の被検物質の）調度を締出
づることかできる。

この発明の測定方法は上記の作用に基づき、対照電極と
測定型４〜が一体化されているので、対照電極と測定電
極の特性が均質化され、また、固定化酵素膜は、同一の
膜構成要素からなり、酸素透過性が均一となるので、電
極からの出力の動揺が少なくなる。

さらに、電極からの出力電流の微分値のピーク値を用い
て、被検物質の濃度を測定するので、応答時間が極めて
速く、また、酔素反応初明の溶存酸木吊が充分にある状
態を測定づるので、試料液ｊ高濶度液であっても、希釈
等の操作なしに直接測定“することかできる。さらに、
被倹吻買澗度か低い試料液にあってし、出力信号が大き
い。

〈実施例〉 以下、図面に基づいて、この発明の詳細な説明する。

第１ａ図は、この発明の濃度測定装置に使用きれる２Ｍ
索電極方式醇索電＠Ａ（１１の概略断面図を示し、第１
ｂ図は第１ａ図のＡ−Ａ線断面図を示す。プラスチック
ス等の絶縁性Ｈ＃質からなる本体［２１，ｌｈに、高絶
縁性を確保するためにレラミックスからなる電極保持材
（３）が形成され、該電極保持４４（３１，１−には、
第１および第２の白金陰極（４）および（５）ならびに
両名に共通な銀／塩化銀陽極（６）が設けられ、第１の
白金陰極（４）ど銀／塩化宋陽極（６）により対照電極
が、第２の白金陰極（５）と銀／塩化銀陽極（６）によ
り測定電極が構成きれて２醒索電極が形成されている。

これらの電極（４）、［５１３３よび（６）上に電解液
（７）を介してほぼ密着した状態で酸素透過性フィルｌ
＼（８）が設けられ、さらに該酸素透過性フィルム（８
）１−に固定化酵素膜（９）おＪ、びフィルター（１１
）が積層されている。第１の白金陰極（４）に対応する
位置にある固定化酵素膜（９）中の酵素は、例えば、加
熱またはレーデ光、紫外線等の照射などの手段により失
活さゼられており、固定化酵素′ｖ！＋９１のツー失活
部分圓）では酵素反応は起らない。前記の酸素透過性フ
ィルム（８）、固定化Ｍ索ＰＡ（９１およびフィルター
（１１）は固定具（１２）で本体（２）に固定され、２
酸ｆｉ電極方１℃酵素電極（１）が形成される。前記の
白金陰ｆｉ［４１（１３よび（５）並びに限／塩化銀陽
極（６）からのリード線（１３ａ）、（１３ｂ）および
（１３ｃ）は、後述の微分手段（１５）に接続される。

上記の２酸素電、極力式ツー電極（１）において、固定
化Ｖｆ木本成９）の酵素としては、被検１？Ｉ買と溶存
酸素との反応の触媒となる酵素であれば、特に限定され
ず、例えば、前記のグルコースオキシダーゼ、ウリカー
ゼの他に、乳酸窓吊用に乳酸オキシダーピ、アミノ酸室
中用にアミノ酸オキシダーゼ、アルコール定吊用にアル
コールオキシダーゼ等が挙げられる。これらの酵素を固
定化した固定化酵素膜（９）も慣用の方法で形成され、
例えば、ジアゾ法、グルタルアルデヒド法、臭化シアン
法等の共有結合法、アクリルアミドゲル笠の品分イ担体
を使用した包括法等が挙げられる。

酸素透過性フィルム（８）は、電極反応妨害物質を除去
し、電極反応を速やかに進行させるために設Ｃプられ、
テトラフルオロエチレン樹脂フィルム、フッ化ビニリデ
ン樹脂フィルム等のフッ木含有樹脂フィルムなどの慣用
のフィルムが用いられる。

また、フィルター（１１）は、試料液中の妨害物質（例
えば、試料液が白液の場合、血球、蛋白等）やごみを除
去し、固定化酵素ｖ（９）の汚染、該膜中の酵素の失活
を防止するために設けられ、さらに試料液か高濃度であ
る場合には、被検物質の拡散、透過を制限するための膜
を用いるのがよい。フィルター（１１）を形成する材料
どしては、親水性の膜が用いられ、例えば、限外濾過膜
として使用されるセルロースアセテート膜、ポリカーボ
ネ−１・摸、ロルロースナイトレート膜等が挙げられ、
また、アクリル系具申合体フィルター、セロファン等で
もＪ、い。これらのフィルターは、膜厚が１０〜２００
μｍであり、孔径が０．００１−　２μ汎程度の細孔を
イｊ覆る膜が好ましい。

第２ａ図４３よび第２ｂ図は、この発明にかかる濃度測
定装置の、概略を示すブロック図である。

第２ａ図にあっては、試料液供給手段としてフローセル
を使用してｉＪ７す、フローセルを用いることにより、
試料溶液中の被検物質濃度を、３！！！続的、経時的に
測定力ることがでａ″る。第２ａ図中、（１）はフロー
はル（１４）にその検知部を露出してなる前記の２酸素
電極力式酵素電極である。血液等の試料液（１８）は、
フローセル（１４）の一端より供給され、該ツー電４ｆ
ｉ（１１の検知部にプリ達した試料液（１８）中の被検
’４′／）質は、フィルター（１１）を拡散、透過して
固定化酵素膜（９）に達する。この際、固定化酵素膜の
失活部分（ト））では、前記の酵素反応は起らないので
、溶存酸素の消費はないが、前述のように試料液中の溶
存酸素φが少ないので、対照電極近ｆＺの溶存酸素は酸
素透過フィルム（８）おＪ、び固定化酵素膜（９）へ拡
散するため減少する。従って、対照電極は、この溶存配
索串の減少を検知し、そのΦにｊ、１５シた電流値の減
少が生ずる。

一方、固定化酵素膜（９）の酵素が失活していない部分
にあっては、酵素反応に基づいて、被検物質の酸化が起
こり、溶存酵素が消費される。さらに、前述の試料液中
の溶存酸素が少ないことに基づく拡散による減少が起り
、測定電極近傍の溶存酸素量は両者の和だけ減少づ”る
。測定電極は、この溶存酸木吊の減少を検知し、その蟻
に応じた電流値の減少が生ずる。

（１５）は２酸木電極力式解木電極（１）の電極からの
出力電流を時間に対して微分する微分手段、（１６）は
微分手段（１５）からの微分出力の最小値を求めるピー
ク検出手段である。上記の対照電極および測定電極から
の出力電流は、それぞれ微分手段（１５）に入力され、
その１次微分値または２次微分値に変換される。微分手
段（１５）からの上記微分出力はピーク検出手段（１６
）にて、その最小値が求められる。得られた微分最小値
は、記録計（１７）に記録８れ、両省の差から、あらか
じめ作成した検量線と比較し、試料液中の被検物質の濃
１５が９出される。

第２ｂ図は、第２ａ図に示したものにおいで、試料溶液
（１８）の供給をフローセルを用いることなく、直接、
２酸木電極方ｊ（酵素電極（１）の検知部に滴下りるＪ
、うになした例を示し、作用１栴、測定方法等ｔよ第２
ａ図の装置と同様である。この例では、リンプルが少量
でよく、また操作が簡便である。

なａ３、この発明は、上記の実施例に限定されるしので
はなく、例えば、陰極および陽極として金を用いること
、第２ａ図にＪｊいて、フローセルを使用することなく
、カップ等に入れられた試料液に２酸素電極力式醇索電
極（１）の検知部を直接浸漬し被検物質濃度を測定する
こと、検量線をあらかじめ記憶させたマイクロコンピュ
タ−を使用して、電極からの出力を微分処理した出力信
号に基づき被検物質濃度を表示させることなど、この発
明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更できる。

く効果〉 以上のように、この発明の濃度測定装置によれば、酵素
電極の固定化酵素膜の成膜条件等の外的影響を少なく覆
ることができ、動揺の少ない安定した出力電流が得られ
、測定精度の向上が図れる。

また、微分変化をもって測定するので、測定時間が短く
、処理検体数を増加でき、さらに、出力信号が大きいの
で誤差を少なくすることができるとともに低濃度から高
濃度の試料液まで直接測定ができるという特有の効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は、この発明の濃度測定装置に使用される２醒
木電極力式酵素電極の概略断面図、第１ｂ図は、第１ａ
図のＡ−Ａ線断面図、第２ａ図および第２ｂ図は、この
発明の濶度測定装置の直路を示すブロック図である。 （１）・・・・・・２酸木電極力式醇木電極！４１［５
１・・・白金院４４　　　　（６１・・・・・・鍜／塩
化限陽惨（７）・・・・・・電解液　　　　（８）・・
・・・・酸素透過哲フィルム（９）・・・・・・固定化
酵本成 （１０）・・・固定化酵素膜の失活部分（１１）・・・
フィルター　　（１２）・・・固定具（１４）・・・フ
ｌ−１−セル　　（１５）・・・微分手段（１６）・・
・ピーク検出手段（１７）・・・記録計特許出願人　　
ダイキン工業株式会社 代　　　即　　　人　　　弁理士　　亀　　井　　弘　
　勝　　　　−−ス″）（ほか２名）　、　　・

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固定化酵素膜と酸素電極で構成され、 該酸素電極が第１および第２の二個の陰極 と両者に共通の一個の陽極を一体に形成し た２酸素電極であり、かつ第１の陰極に対 応する位置の固定化酵素膜の酵素が失活し ている酵素電極と、 該各酸素電極からの出力電流を時間に対し て微分する微分手段と、 該微分手段からの信号のピーク値を検出す るピーク検出手段とからなることを特徴と する試料液中の被検物質の濃度測定装置。 ２、第１および第２の陰極が白金電極であ り、陽極が銀／塩化銀電極である上記特許 請求の範囲第１項記載の試料液中の被検物 質の濃度測定装置。 ３、固定化酵素膜が、グルコースオキシダ ーゼを固定化した膜である上記特許請求の 範囲第１項または第２項記載の試料液中の 被検物質の濃度測定装置。