JPS6239388B2

JPS6239388B2 -

Info

Publication number: JPS6239388B2
Application number: JP54009495A
Authority: JP
Inventors: Kunio Kaede; Satoshi Nakajima; Koichi Takizawa
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1979-01-29
Filing date: 1979-01-29
Publication date: 1987-08-22
Also published as: JPS55101042A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、同一試料に対して複数の測定電極
を用いて試料内の１つまたは複数の物質を同時に
定量する方法に関する。

試料液内にアノードとカソードを有する測定電
極を入れ、アノード・カソード間に適当な電圧を
印加して、電極付近で生起した反応により生成さ
れた物質または試料液内に溶解ないしは混在して
いる物質の陽極酸化、陰極還元の現象によつてア
ノード・カソード間に流れる電極電流により、試
料液内の所望の物質を定量する方法は種々知られ
ている。この方法において、測定方法の必然性か
ら、または測定の迅速化を図る目的で、一試料内
に２つ以上の電極を入れる場合がある。このと
き、複数の電極に同時に電圧を印加すると、試料
内のイオンを媒体として電極間に電流が流れ、各
電極のアノード・カソード間の電極電流を正確に
測定し得ないことがある。

この発明は、同一試料内に複数の電極を配置す
る場合に、電極相互間の干渉を防ぎ、複数の電極
による同時定量の利点を生かしかつ精度の高い測
定が可能となる定量方法を提供するものである。

この発明は、試料内に設けられアノードとカソ
ードを有する測定電極に電圧を印加し、アノー
ド・カソード間に流れる電極電流を測定すること
により所定の物質を定量する方法であつて、少な
くとも２つの測定電極を用い、これらの電極にパ
ルス状電圧を順次かつ繰返して印加し、印加電圧
に同期した電極電流を測定することを特徴として
いる。各電極に同一瞬時において同時に電圧が印
加されることはないから、すべての電極は電気的
に相互に干渉することはなく、各電極毎に精度の
高い測定が達成される。

この発明のより詳細な内容は、以下に述べる実
施例において充分明らかになろう。これらの実施
例は、血液などの試料液中のしよ糖、グルコース
および尿酸の濃度を定量する場合であり、固定化
酸素を利用して所望の反応を生起させている。ま
た、用いられている測定電極は２つである。

実施例１この実施例は、固定化酵素膜を有する過酸化水
素電極を用いてしよ糖の濃度を測定するものであ
り、次の酵素反応系を利用する。

試料中にβ―グルコースが混在せずしよ糖のみ
が含まれている場合には、上記第(3)式における過
酸化水素（H₂O₂）の生成量を測定することによ
り、しよ糖の濃度測定が行なわれる。しかしなが
ら、しよ糖がグルコースとフルクトースとに加水
分解したり、他の理由で試料中にグルコースが混
在している場合には、そのβ形が第(3)式の反応を
直接起こして過酸化水素を生成するのでしよ糖濃
度の正確な測定が不可能となる。

そこで、酵素としてインベルターダ、ムタロタ
ーゼおよびグルコース・オキシダーゼの３酵素を
固定化した酵素膜を持つ第１の過酸化水素電極
と、グルコース・オキシダーゼのみを固定化した
酵素膜を持つ第２の過酸化水素電極とを用いて同
一試料を測定する。第１電極によつて測定される
過酸化水素の生成量は、試料中のしよ糖に由来す
るもの（第(1)〜第(3)式）と、試料中のβ―グルコ
ースに由来するもの（第(3)式）との和であり、第
２電極によつて測定される過酸化水素の生成量
は、試料中のβ―グルコースの反応（第(3)式）に
由来している。したがつて、第１電極の測定値か
ら第２電極の測定値を差し引けば、試料中のβ―
グルコースによる干渉成分を補償して、試料中の
しよ糖のみに由来する過酸化水素の生成量が得ら
れる。

第１図に過酸化水素電極の概略が、第２図に上
記のしよ糖の測定を行なう場合の測定装置の構成
がそれぞれ示されている。第１図において、過酸
化水素電極１は、アノード２が白金で、カソード
３が銀／塩化銀で構成されており、アノード２・
カソード３間に後述するように過酸化水素の分極
電圧に相当する0.6（Ｖ）程度のパルス状電圧が
印加される。また、電極を覆うように過酸化水素
透過性膜４がＯリング５により取り付けられてい
る。第２図において、試料液が入れられる測定容
器１０内には第１および第２の２つの電極１１，
２１が設けられている。第１電極１１には、イン
ベルターゼ、ムタロターゼおよびグルコース・オ
キシダーゼの３酵素の固定化酵素膜（図示略）が
取り付けられており、第２電極２１にはグルコー
ス・オキシダーゼのみが固定化された酵素膜（図
示略）が取付けられている。各電極１１，２１に
対して、0.6（Ｖ）程度の安定化した直流電圧を
発生する電圧発生器１２，２２および電極１１，
２１のアノード・カソード間に流れる電流を測定
する電流検出器１４，２４がそれぞれ設けられて
おり、これらの電圧発生器１２，２２および電流
検出器１４，２４はスイツチング回路１３，２３
を介してそれぞれ電極１１，２１に接続されてい
る。スイツチング回路１３，２３はスイツチン
グ・トランジスタなどのスイツチング素子を含
み、これらのスイツチング素子は制御回路３０に
よつて、一定の周期Ｔで一定の期間ｔだけ交互に
オンとなるように、オン、オフ制御される。この
結果、各電極１１，２１のアノード・カソード間
には、第３図に示すように、デユーテイ係数ｔ／
Ｔのパルス状電圧が期間ｔの間のみ交互に印加さ
れる。第(3)式の反応により生成された過酸化水素
の電気分解によつて、各電極１１，２１のアノー
ド・カソード間には上記の電圧に同期した電流が
流れ、この電極電流はスイツチング回路１３，２
３を経て電流検出器１４，２４によつてそれぞれ
検出される。電流検出器１４，２４は増巾回路と
平滑回路とから構成されている。電極電流は第４
図に示すように徐々に大きな値となり一定時間後
に飽和するから、この飽和した値が検出される。
両電流検出器１４，２４の出力Ａ，Ｂは減算回路
３１に送られ、検出器１４の出力Ａと検出器２４
の出力Ｂとの差、（Ａ−Ｂ）が算出される。そし
て、電流検出器１４の出力Ａおよび減算回路３１
の出力（Ａ−Ｂ）が表示器１５，２５にそれぞれ
表示される。減算回路３１によつて、第１電極１
１の電極電流値から第２電極２１の電極電流値を
差し引いているから、減算回路３１の出力は試料
中のしよ糖のみに由来する過酸化水素の生成量を
示すことになる。

ところで、電極１１，２１に取り付けられた過
酸化水素透過性膜はイオン透過性である。１つの
溶器１０内の試料液に２つの電極１１，２１を浸
し、かつ両電極１１，２１に同時に所定の電圧を
印加したとすると、両電極間の電位の差異によつ
て試料液内のイオンを媒体として両電極１１，２
１間にイオン電流が流れる。この電極１１，２１
相互の干渉のために過酸化水素の生成量の正確な
測定が不可能となる。しかしながら、第２図に示
す装置においては、電極１１，２１にパルス状電
圧を交互に印加しているから、両電極１１，２１
間にイオン電流が流れることはなく相互に電気的
に干渉しないで、精度の高い測定が可能となつて
いる。

上記実施例では、アノードが白金で、カソード
が銀／塩化銀で構成され、過酸化水素透過性膜が
取付けられた過酸化水素電極が用いられている。
第(1)〜第(3)式で示される酵素反応を利用してしよ
糖の濃度を測定する方法としては他に、酸素電極
を用いて酸素（O₂）の減少量（第(3)式）を測定す
る方法もある。この方法で用いられる酸素電極の
構造は第１図に示すものとほぼ同様であるが、
銀／塩化銀電極がアノードとして、白金電極がカ
ソードとして用いられる。また、過酸化水素透過
性膜の代わりに、テフロン（登録商標名）、ポリ
エチレン、シリコン等の酸素透過性膜が取り付け
られる。この酸素電極を用いた測定では、応答速
度が遅い、溶存酸素レベルが一定しない、また臨
床分析においては、ヘモグロビンが酸素と反応す
るため全血試料では測定できない、などの欠点が
ある。上記の過酸化水素電極を用いるとこれらの
欠点を克服できる。その上にこの発明の方法によ
つて、過酸化水素透過性膜の持つイオン透過性に
もとずく測定の不正確さが解決されている。

酸素電極において、酸素透過性膜はイオンを透
過しないから酸素透過性膜で覆われた部分は試料
液から電気的に絶縁されている。したがつて、複
数の酸素電極を同一試料液内に入れて所定の電圧
を同時に印加しても複数の電極が相互に干渉する
という問題は原則的には起こり得ないが、実際に
は、酸素透過性膜の取り付けが不備であると、小
さな間隙を過して電極間に干渉電流が流れる場合
があるので、酸素電極を使用する場合において
も、複数の電極に相互にパルス状電圧を印加する
ことが好ましい。

実施例２この実施例は、同一試料中において相互に無関
係な物質の濃度を測定する場合であり、グルコー
スと尿酸とを測定する。それぞれの反応式は次の
通りである。

この実施例においても過酸化水素電極を用い、
過酸化水素の生成量を測定することにより試料中
のグルコース濃度および尿酸濃度を得る。

これら両物質の測定装置が第５図に示されてい
る。第５図において第２図と同一物には同一符号
を付し説明を省略する。第１電極１１はグルコー
スの測定に、第２電極２１は尿酸の測定にそれぞ
れ用いられる。この実施例においても各電極１
１，２１には、第３図に示すようなパルス巾ｔ、
周期Ｔのパルス状電圧が交互に印加される。各電
流検出器１４，２４の出力は表示器１５，２５に
それぞれ送られ、各電極１１，２１の電極電流値
がそれぞれ表示される。

上記２実施例において、試料液中には過酸化水
素分解酵素カタラーゼを含ませておくことが好ま
しい。両電極のいずれにおいても酵素反応によつ
て過酸化水素が生成されているが、液中に拡散し
てくる過酸化水素は次の反応によつて分解され
る。

したがつて、各電極で増加した過酸化水素が他
方の電極に拡散して相互に干渉することはない。
また、カタラーゼは分子が大きいので過酸化水素
透過膜で覆われた電極部分に入り込むことはな
い。

また、上記のいずれの実施例においても、試料
は１つの測定容器１０内に満たされかつ各電極１
１，２１には固定化酵素膜が取付けられている
が、この発明は第６図に示すように試料液を所定
の経路にそつて流動させ、各ブロツクを通過する
ときに所定の反応または測定を行なうようにする
こともできる。第６図において、ブロツク４１，
４３，４４には粒状、膜状その他所望の形状の固
定化酵素が収められ、ブロツク４２，４５には過
酸化水素測定用の電極が備えられている。ブロツ
ク４１の酵素はグルコース・オキシダーゼであ
り、ここで第(4)式の反応が起こり、この反応によ
つて生成された過酸化水素がブロツク４２で測定
される。ブロツク４３にはカタラーゼがあり、ブ
ロツク４１で生成した過酸化水素が第(6)式の酵素
反応によつてここで分解される。ブロツク４４の
酵素はウリカーゼであり、ここで第(5)式の反応に
よつて過酸化水素が生成され、この過酸化水素が
ブロツク４５で測定される。このように試料液を
流動させる場合にも、複数の電極に交互に電圧を
印加すれば電極相互間の干渉を排除してより精度
の高い測定が可能となる。

以上は２つの測定電極を用いた場合である。３
つ以上の電極を用いた場合には、第７図に示すよ
うにこれらの電極にパルス状電圧を一定の順序で
順次かつ繰返えして印加すればよい。周期Ｔは、
パルス巾ｔおよび使用される電極の数によつて定
められる。そして、この場合にも電極相互間の電
気的干渉が排除され、各電極毎の正確な定量が達
成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は測定電極の一例を示す構成図、第２図
はこの発明をしよ糖濃度の測定に適用した場合に
好適に用いられる測定装置のブロツク図、第３図
は第２図の２つの電極に印加される電圧を示す波
形図、第４図は電極電流の波形図、第５図は相互
に無関係な物質の濃度を測定する場合の測定装置
のブロツク図、第６図は試料液を流動させた場合
の測定装置の一例を示すブロツク図、第７図は３
以上の測定電極を用いた場合にこれらの各電極に
印加される電圧を示す波形図である。１，１１，２１…過酸化水素電極、２…アノー
ド、３…カソード、１２，２２…電圧発生器、１
３，２３…スイツチング回路、１４，２４…電流
検出器、ｔ…パルス巾、Ｔ…繰返し周期。

Claims

【特許請求の範囲】

１試料内に設けられアノードとカソードを有す
る測定電極に電圧を印加し、アノード・カソード
間に流れる電極電流を測定することにより所定の
物質を定量する方法であつて、少なくとも２つの
測定電極を用い、これらの電極にパルス状電圧を
順次かつ繰返して印加し、印加電圧に同期した電
極電流を測定する、複数の電極を用いた定量方
法。