WO1996008714A1

WO1996008714A1 - Procede et appareil de mesure de concentration de matiere

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Publication number: WO1996008714A1
Application number: PCT/JP1995/001703
Authority: WO
Inventors: Kazuhiro Nakamura; Yukihiro Fukuda; Yoko Nakamura
Original assignee: Toto Ltd.
Priority date: 1994-09-13
Filing date: 1995-08-28
Publication date: 1996-03-21

Description

明細害

物 κ 濃度計測方法及び物 ¾ 度計測装 at 産業上の利用分野

本発明は、気化学的な作動原理のセンサを用いて液体中の物質濃度を計測する方法及び装僮に関する · 特には、センサの飽和出力と物質濃度との閲係が物質濃度がある程度以上になるとフラッ卜になる特性（物質澳度が変化しても飽和出力がほとんど変化しない特性、本明細害中で頭打ち特性と言う）を生じる測定瑰境下において、サンプル液を希釈しなくても有効な測定を行うことのできる物質濃度計測方法及び物 K « 度計測装置に関する · より詳しくは、本発明は、一般家庭における簡便かつ精度な検尿方法及び検尿装置にする * 従来の技術

化学物の測定方法として、酵素を用いた電気化学的測定方法すなわちパイォセンサによる測定が知られてレヽる，バイオセンサは、固定化生体触媒と ¾ 極などの物理化学デバイスから構成される，高分子膜や無機担体膜に酵素を共有結合させること等により酵素を膜に固定化して酵素固定化膜を調製し、この固定化酵素膜を例えば酵素電極のガス透過性テフロン膜上に装藿することによつて鴛極型の酵素センサすなわちバイオセンサを製作することができる，

このセンサは通常試料液（サンプル液）中に濱して測定を行う（ノッチ方式）ことが可能であるが、速統的に測定を行ったり、あるいは多数のサンプルを測定するような場合にはフローシステム（ F I A ) の方が適している .

り、簡便で安価なげてきた

必要としない原液定方法は試薬を含験紙を利用した測定方法はその簡便さから検査等に広く普及している . しかしながら試験紙の呈色度合いは人間の目によって判断されるため一般人には判断が難しく、したがって一般家庭に普及させるには分析精度において課題が生じていた .

酵素センサを試料原液に直接浸濱させて測定する場合を、人間の尿中の糖分測定を例にとって説明する，選択透過膜を塗布した白金 ¾ 極上に、 G O D ( グルコースォキシダーゼ）を固定化した酵素膜を装 ¾ することによって酵素センサを構成する .

この酵素センサに尿を接触させると、酵素膜において以下の反応が起る。

C β Η 1 20 β + 0 2 ― C . Η , 00 _β + Η 2 0 2 - - ( 1 ) C , Η 1 ₂0 β ：グルコース（ブドウ糖）

C _e H , 00 _β ：グルコン酸

この反応で生じた H _a 0 ，（過酸化水素）は選択膜を通って S 極に至り、以下の反応により分解する .

H 2 0 a - H , 0 + 1/2 0 > + e - · · · · (2) この反応により生じた電流を検出することにより尿中のダルコース S度を計ることができる .

ところが、尿中の溶存酸素濃度は限られているため、グルコ一ス港度力 ^s 約 50mg/dl を越えると、上記（ 1 ) の反応が頭打ちとなつてしまい、その結果当然（ 2 ) の反応及び « 流も頭打ちとなる . そのためグルコース濃度を横軸に取り、センサ出力 « 流（飽和値）を縦軸にとって両者の M係を翻べると、図 1 0 のグラフの "バッチ式 - と示されている線のように、グルコース濃度 50rag /dl までは斜めに立上がるが、それを越えると、グルコース » 度の增加にもかかわらず、センサ出力電流がほぼ一定のいわばフラットな特性になってしまう . 発明が解決しょうとする課題

酵素センサを試料原液に直接浸演させて物質濃度を電気化学的に測定する方法の問題点は、測定 ¾ 度範囲が狭いことである。先の例にしたがえば、尿糖の測定では « 度 1 0 ~ 8 0 0 m g / d lの範囲にわたつて計測が可能でなければ、糖尿抦等の検査が満足に行えない本発明は、頭打ち特性のある計測環境下においてサンブル液を希釈しなくとも有効な計測を行うことのできる物質濃度計測方法及び物質濃度計測装 S を提供することを目的とする . また，センサ寿命が長く、簡便 · 小型の物質濃度計測装置を提供することを目的とする，題を解決するための手段

上記課題を解決するため、本発明の物濃度計測方法は、 w 気化学的な原理によつて作動するセンサを用いて試料（サンブル液 ) 中の物質瀑度を計測する方法であって：上記センサは、上記サンブル液の測定対象物 K ¾ 度範囲において、サンブル原液と接触してセンサの踅気出力が立上がり始めてからその出力が飽和するまでに S> O fif 間（出力飽和時間）を要するセンサであり、センサとサンブル原液との接触時間を出力飽和時間よりも短い一定時間とすることを特徴とする ·

また、本発明の物 « 濃度計測装 a は、サンプル液中の物質濃度を計測する物質濃度計測装匿であって：サンプリング手段と、サンブル原液と接触して « 気化学的な原理によって電気出力を発生するセンサと、搬送ポンプと、緩衝液タンクと、非計測時は、前記ポンブによつて搬送される緩衝液にセンサを a しておき、計測時には、前記サンプリング手段より採取されたサンプル原液を前記搬送ポンプによってセンサの出力飽和時間よりも短い — 定時間センサに浸漬させる制御手段とを具備することを特徴とする ·

作用

本発明の特徴に従えば、サンプルを希釈することなくセンサに直接浸濱させる計測方法においても計測 » 度範囲を限定される ( 狭くなる）ことなくサンプル液中の物質濃度が ffl 度良く計測可能となる · 頭打ち特性の詳細は後述する ·

また、本発明の他の特徴に従えば、従来のフロー型測定装 B からサンブル注入機構、希釈 · 混合機構を省略したので簡便で小型な測定装置が提供可能となる · 図面の簡単な説明

図 1 は、本発明の一実施例に係る物質濃度計測装置の原理を示す図である，

図 2 は、本発明の一実施例に係る物質濃度計測装置の作助の一態様を説明するための模式図である ·

図 3 は、図 1 の物 K « 度計測装置を用いて計測を行う場合の手順を示すフローチャートである ·

図 4 は、本発明の一実施例に係る物質濃度計測装 S ( 尿糖計）の取替部の分解図である ·

図 5 は、図 4 の取替部の断面 Ε である ·

図 6 は、本発明の一実施例に係る物質 » 度計測装置（尿糖計）のセンサ部の作用極での拡大断面図である *

図 7 は、図 6 のセンサの ¾極にポテンシヨスタツトと坩幅回路を接続したところを示す配線図である · 図 8 は、本発明の一実施例に係る物質澳度計測装置（尿糖計）の制御ュニッ卜のブロック図である，

図 9 は、計測開始（サンブル液のセンサ到達）から計測終了（サンブル液パージ）に至るまでの経過時間（横軸）とセンサの出力電力 ( 縦軸）との関係を示すグラフである，

図 1 0 は、グルコース濃度 ( 横軸）とセンサ出力 « 力との閲係を、従来のバッチ方式と本発明の一実施例の 2 秒接触式の 2 つの場合についてブロッ卜したグラフである，

図 1 1 は、本発明に係る較正手順を示すフローチャートである図 1 2 は、乳酸濃度（横軸）とセンサ出力電力との係を、本発明の一実施例の 2 秒接触式についてプロッ卜したグラフである図 1 3 は、グルタミン酸濃度（横軸）とセンサ出力 « 力との関係を、発明の一実施例の 2 秒接触式についてプロッ卜したグラフである《

図 1 4 は、センサの出力 ¾ 力（縦軸）とセンサとサンプル液の接触時間（横軸）の関係をブロットしたグラフである .

図 1 5 は、本発明の一実施例に係る物質濃度計測装匿（ハンディー型尿糖計 ) の外 tl 例を示す図である，

図 1 6 は、図 1 4 の物質濃度計測装 fi を使用している状態を示す図である .

図 1 7 は、従来の物 R 濃度計測装 S を示す図である .

図 1 8 は、図 4 の尿糖計の採尿孔の詳細形状を示す断面図である。

図 1 9 は、図 1 8 に示されている採尿孔で採尿している状態を示す概念的な図である . 実施例

本発明の上記特徴ゃ効果、ならびに、他の特徴や効果は、以下の実施例の記載に従いより咩しく説明する ·

図 1 は、本発明の原理を簡略に示した図である . 図 2 は、本発明の一実施例に係る物質濃度計測装置の作動の一態様を説明する模式図である，図 3 は、図 1 の物質濃度計測装 S を用いて計測を行う塌合の手順を示すフローチヤートである

図 1 の物質澳度計測装置は、サンプル原液と接触して電気化学的な原理によって作動するセンサ 1 と、センサ 1 のセンシング面を含むとともにサンブル給排ロ 6 を有するサンブル管 8 と、このサンブル管 8 のサンブル給排ロ 6 とは反対端に設けられた三方弁

2 と、緩衝液を貯蔵する緩衝液タンク 4 と、緩衝液タンク 4 と三方弁 2 をつなぐ緩衝液管 9 と、緩衝液を吸引及び吐出するボンブ 3 と、ボンブ 3 と三方弁 2 をつなぐポンブ吸吐管 1 0 とを、具備する《

センサ 1 は酵素固定化旗を備えたボーラログラフ · セルによりサンブル液中の物質を定置分析するように構成されている · 図 4 の分解 I から良くわかるように、ポ一ラログラフ ' セルは、ブラスチックなどからなる基板 2 0 と、電極を担持したセラミック基板 2 1 と、シリコーンゴムなどからなるスぺーサ 2 2 と、 A B S 樹脂などからなる取替部 3 2 とを、接蕾等により互いに一休的に液密に締結することにより構成することができる . セラミック基板 2 1 は、例えばアルミナセラミックスからなり、金厲ペーストの印刷と焼結により、白金の作用極 2 3 と白金の対極 2 4 3 / 塩化銀の参照極 2 5 とが形成されている . 夫々の電極には - .. 子 2 6 が形成されており、これらの娥子 2 6 には、取替部 3 2 に設けた端子 2 7 が夫々電気接触させてある，端子 2 7 は、夫々リード線等によって、制御ユニット 5 に気的に接続されている . スぺーサ 2 2 には電極の領域において開口 2 8 が切り欠いてあり、図 5 に示したように電解室 2 9 を形成するようになっている，本発明の計測装置では、サンブルを原液のままセンサに接触させて計測を行うので、解室 2 9 はサンプル採取量の 1/2 〜 1/5 程度の容置（本発明では ΙΟ μ Ι)力 ^s あればよい . 取替部 3 2 には、この電解室 2 9 に連通するポート 4 1 、 4 2 が形成してあり、 « 解室にサンブル原液と緩衝液を通過させるようになつている，また、これらのポー卜及びサンプル間の怪は非常に小さく形成され、さらにサンブル給排口 6 からセンサに到速するまでの距離及び時間が短いので、サンプル原液をほとんど希釈することなくセンサに接触させることが可能となっている，

人間の尿中に含まれる尿糖を測定する塌合には、図 6 に示したように、白金の作用極 2 3 は、アルブミンや酢酸セルロースのように過酸化水素を選択的に透過させる物質からなる S 択透過膜 5 0 と、グルコース ' ォキシダーゼ（ G O D ) 固定化膜 5 1 とで被覆されている . G O D 固定化旗 5 1 は、 G O D ( 例えば， S I G M A 社 G 7141 ) とアルブミンを 4 対 1 の割合で水に溶解し、溶解液を選択透過膜 5 0 上に滴下した後、グルタルアルデヒド雰囲気中に約 3 0 分暴露すること〖こより形成することができる，電解室 2 9 内の尿サンブル中のグルコースが G O D 固定化膜 5 1 に接触すると、 G O D は酸化して次のようにグラコノラクトン（ C _e H ,。 0 , ) と通酸化水素（ H ， 0 , ) を生成する ·

C _β Η , ₂0 β + 0 ― C β Η 0 . + Η , 0 ，

生成した Η , 0 ，が選択透過腹 5 0 を透過して白金の作用極 2 3 に逮すると、白金の触媒作用により、 Η , 0 , は作用極に Β 子を与えながら水と酸素に分解される， S 択透過膜があるので、 H 0 より大きな分子量の妨害物 K が作用極 2 3 に到達するのが防止される，

図 7 に示したように、尿サンプル中のグルコースの定量分析に際しては、ポテンションスタツトにより、参照極に対する作用極の電位が正の一定値（例えば + 0 . 6 V ) になるように、作用極を対極との間に印加される圧が可変制御される《作用極と対極との間を流れる ¾ 流は過酸化水素の発生量に応じて変化する，したがつて、作用極を対極との間を流れる ¾ 流を制御回路によって検出することにより、過酸化水素の発生量を検出し、これに基づいて、尿サンブル中のグルコース濃度を演算することができる。

このように、本発明のセンサ 1 は、グルコースの酸化により生成する過酸化水素の発生量を検出するようになっている，過酸化水素の発生量の検出は、上記反応式における酸素の消費量（減少量）を検出するよりもはるかに正確に行うことができる，

図 1 において、流路を切り換えるための三方弁 2 は ¾ 動ロータリ一ノルブであり、三方弁 2 の一ボートは緩衝液管 9 を介して緩衝液タンク 4 を接続されている，ポンプ 3 には、 ¾ 動シリンジポンブを採用できる，三方弁 2 の他の一ポートは、ボンブ紿吐管 1 0 を介して、その ¾ 動シリンジポンプ 3 に接統されている，電動シリンジボンプ 3 は、ステツビングモータによって ¾ 動され正確な計量 • 搬送が可能となゥている . W 動ロータリーバルブは ¾ 動シリンジボンブ 3 と別体に形成、配置されているが、 1 つの一体モジュールとして形成すれば、パルプとポンプ 3 の間のポンプ給吐管の容稷を最小にすることができる，ロータリーバルブのボート数は 3 つに限られることなく必要に応じてその数を增やすことも可能である測定結果等を表示する表示部 1 1 は、 7 セグメントの L C D によって構成され 3 1 / 2 桁の表示が可能となっている，

図 8 に制御ュニッ卜 5 の構成の一例を示す，計測装置の本体に内蔵された制御ュニッ卜 5 は、プログラムされたマイクロコンビユータ 6 0 と、複数の操作スィッチ 6 1 と、使用者に対する指示や分析結果を表示する液晶表示パネル 1 1 と、分析データを格納するフラッシュメモリ 6 2 などで構成することができる . 操作スイッチとしては、電源回路の O N / O F F スイッチ 6 l a と測定開始スィツチ 6 1 b と較正スィヅチ 6 1 c などを設けることができる。制御ュニッ卜 5 に備えられたマイクロコンピュータ 6 0 は、計測装置の構成要素を後述のフローチャートのごとく制御するベくプログラムされている。ボーラログラフ ' セルの作用極と対極との間を流れる踅流は増幅回路により増幅された後、マイクロコンピュータの A / D 変換回路に入力される，マイクロコンビュータは、夫々のドライノくを介して、ロータリーバルブ駆動用モータ、（シリンジポンプの）ブランジャ駆動用モータを駆動する，次に、図 2 の模式図と図 3 のフローチャートを合わせて参照しな力 s ら、本発明の計測装 at の作動の一態様を説明する . 図 2 ( A ) は、計測開始直後の状態を示す，すなわち、図 3 の計測フローにおいて、計測開始 S 1 から緩衝液注入 S 2 に進んだ状態を示す . このとき、三方弁 2 は、緩衝液管 9 とポンプ給吐管 1 0 とが通じる位 S にある . 罨動シリンジポンプ 3 のプランジャの勳き（ポンブ 3 内の中間位 S まで右に動く）によって、一定量の緩衝液が動シリンジポンプ 3 内に吸引される . なお、このとき、サンブル管 8 内及びセンサ 1 ( ポーラログラフ ' セル）内は、前回計測最終段階で送り込まれた緩衝液で満たされている . 緩衝液はボーラログラフ · セル 1 の安定な作動に必要な緩衝作用を行うもので、 K H P 0 や N a , H P 0 のような p H 翻節剤や K C 1 のような塩絜イオン強度調節剤が添カ卩された水溶液からなる · 緩衝液は、更に、サンブル液をポーラログラフ ' セル 1 に搬送するキャリァ液として作用すると共に、ポーラログラフ · セル並びに管路を洗浄する役割も持っている ·

図 2 ( B ) は、サンプル液 7 をサンブル管 8 内に吸い込み、サンブル液がセンサ 1 に速した状態を示す，すなわち、図 3 の測定フローにおいて、サンプル吸引 S 3 、分析開始 S 4 、吸引停止 S 5 と進んだ状態である . このとき，三方弁 2 は、ポンプ吸吐管 1 0 とサンブル管 8 とを連通する位にある . この状態で、ブランジャ駆動用モータを駆動させてポンプ 3 のブランジャを図の最右端まで移動させて、サンブル管内にサンブル液を吸引する，吸引されたサンブル液は、サンプル管内を移送されて « 解室 2 9 内に到達し、センサ 1 の作用極、参照極、対極に接触する · 吸引の停止は、吸引開始から予め設定された時間 Δ t , が経過した時点で行う， Δ ΐ , は、プランジャ駆動用モータの速度と管路の容積から決定せれ、確実にサンプルとセンサ 1 とが接触するよう設定される《

サンブル吸引と同時に、マイクロコンピュータ 6 0 は、センサ 1 の作用極 2 3 と対極 2 4 との間の ¾ 流検知を開始する（ S 4 ) . サンブル液がセンサ 1 に到連する前の状態における ¾ 流検出を行い、この電流値をパックグランド « 流として Κ « する ·

再び図 6 を参照しつつ説明すれば、サンプル液とセンサの作用極 2 3 の接触によって、作用極に担持した酵累固定化腹 5 1 にてサンプル液に含有される物 » 濃度に応じて過酸化水素が発生し、前述したように作用極 2 3 と対極 2 4 との ffl に過酸化水素発生量に応じた踅流が流れる，図 7 及び図 8 に示されているように、この « 流は增幅回路 6 3 により增幅され、マイクロコンピュータ 6 0 の A / D 変換回路に入力される . ポーラログラフ . セルの電解室においては、一定時間だけ（例えば 2 秒間）サンブル液と酵素センサの接触が行われる，マイクロコンピュータ 6 0 は、入力された電流値を基に濃度の演算を行い（ S 8 ) 、その結果を表示部 1 1 等に表示する . 詳細な濃度の演算方法については後述する，図 2 ( C ) は、計測が終わってサンプル液がサンブル管 8 から排出された状態を示す，すなわち、図 3 の計測フローにぉレヽて、緩衝液排出 S 6 、管路 ' センサ洗浄 S 7 、測定完了 S 1 0 と進んだ状態である，このとき、三方弁 2 は、図 1 ( B ) と同様、ボンブ吸吐管 1 0 とサンブル管 8 とが通じる位 S にある，マイクロコンビュータ 6 0 は、吸引開始から予め設定された時間厶 1 ₂ 経過後に、ブランジャ駆勧用モータを吸引時と逆位相となるように駆動させて、同図の最左端までブランジャを駆動させる，この動作によって、ボーラログラフ · セル 1 及びサンブル管中のサンプル液は ¾ 動シリンジポンプ 3 のシリンダ内及びボンブ給吐管内の緩衝液に押し出される形でサンブル給排口 6 から外部に排出される。サンプル液の排出に統いて、ポーラログラフ · セル 1 及びサンブル管を洗浄した緩衝液も同様にサンブル給排ロ 6 から排出される，

次に本発明の物質濃度演算方法をグルコース濃度の演算方法を例にとって説明する . 図 9 ( A ) 、図 9 ( B ) は、サンブル液とセンサの接触から計測終了に至るまでの経適時間（横軸）とセンザの出力流値（縦軸）との関係を示すグラフである . 図 9 ( A ) におけるノヽ' ツチ式と表記されているカーブ（軌跡）は、酵素セ ε

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£0^I0/S6df/IDd »- 80/96 OAV を、従来のバッチ式と本発明一実施例の 2 秒接触式の 2 つの場合についてプロッ卜したグラフである，バッチ式の場合飽和出力 ( 図 9 ( A ) において出力カーブが略水平に寝ている部分）をセンサ出力としているので、従来の技術の部分で述べたように、力ーブが頭打ち特性となっており、グルコース澳度約 1 S O m g Z d 1 以上では、カーブが寝てしまい、定量的な濃度計測は不可能である，しかし、まさしく注目に値するのは、 2 秒接触計測の塌合、グルコース濃度約 8 0 0 m g / d l に至るまで、きわめて良好な検量線として使用しうるほぼリニアなカーブが得られており、糖尿病等の発見に十分な測定範囲を濃度計測可能であることがわかるであろう，

次に本発明のセンサの較正について図 1 1 の較正フローを参照しながら説明する。新品のセンサの感度のばらつきや、センサが度重なる使用で経時的に劣化した場合などに備えて、センサを新たに装着した場合や使用頻度に応じて定期的にセンサを較正する必要がある。センサの較正に際しては、本体に付設されている不図示の較正ボタンを押し、続いて較正液をサンブル給排口に適量たらしてからスタートボタンを押す（ S 1 ) . 較正液はサンブル管内に取り込まれ続いてセンサ 1 に接触する（ S 2 〜 S 5 ) 。較正液とセンザの接触後の手順並びに分析方法は通常の測定と同様である（ S 6 ~ S 8 ) , 接触によって発生した電流値（出力）は最新のデータとして記馆され（ S 9 ) 、今後の計測時において濃度決定のための比較データとして利用される .

続いて本発明の他の実施例を説明する，センサの機能膜として L 一乳酸ォキシターゼを含有する膜を使用し以下の反応系を使用することにより、本発明を食品工業用製造過程における水溶液中の L 一乳酸濃度計測に利用できる . 計測結果を図 1 2 に記載する

4 ( L 一乳酸ォキシターゼを含有する膜での反応）

L — 乳酸 + 0 - ビルビン酸 + Η ， 0 ,

( 白金 ¾ 極での反応）

2 H 0 -* 2 H a 0 + 0 + 2 e *

センサの機能膜として L ーグルタメ一トォキシダーゼを含有する膜を使用し以下の反応系を使用することにより、本発明を調理品または賙理過程における水溶液中の L 一グルタミン酸 « 度計測に利用できる . 計測結果を図 1 3 に記載する .

( L ーグルタメ一トォキシタ一ゼを含有する膜での反応）

2 L — グルタミン酸 + 0 2 ( 2 -oxoglutarate ) +

N H + H 0

( 白金 « 極での反応）

2 H 0 - 2 H , 0 + 0 2 e - その他、ビール等に含まれるアルコール濃度を測定する場合には、アルブミンゃ胙酸セルロースのように過酸化水素を選択的に透過させる物質からなる選択透遇膜と、アルコール · ォキシタ一ゼ固定化膜とをセンサに備えることによってアルコール濃度を検出することができる，また、本発明の測定対象物 Hは前記実施例に捕われることはなく任意である .

再度、本発明のポイントとなる事項をまとめて述べると次のとおりである，

本発明によれば、計測しょうとする物質を含んだ溶液とセンサとの接触時間を短く制御してやることによって、分析しようとうするサンブル原液によるセンサ部の汚損が少なく、センサ性能安定ィヒとサンブル溶液の a搬のための緩衝液を節約しながら、より広い計測範囲の検出をより短い時間で行うことができる，ポンプ

5 等を用いて、採取したサンブル原液の送液を制御してやることによって、緩衝液に浸っていたセンサ部とサンブル溶液を短時間接触させた後、センサ部を再び緩衝液に浸してやる . この際サンプル原液は、希釈ノヽ' ツチや F I A のように、毎回一定置のサンブルを正確に分取して希釈する必要はない，また、原液バッチの場合と比較して、センサ部がサンブル原液と接する時間が短いので、踅極表面やそれに付随する機能性膜（妨害物の透過を妨げる選択透過性膜、検出目的物を電気化学的な信号を得るための物質に変換するための酵素膜等）が汚損される割合が低い . 更に、緩衝液はセンサの保存 · 洗浄に必要となる最低限の量ですむ。加えて原液バッチと比較して、その出力ビークが低く、ビークに達するまでの時間も短いため、測定目的物質濃度と出力信号強度（ビーク値とベース値の差）との間で直接閲係の成り立つ範囲が広くなり、結果として広い濃度範囲にわたってより短い時間で測定をすることが可能になる。

続いて、更に正確な計測を可能とする本発明の別実施例を説明する，図 1 4 は本発明の測定方法においてセンサの出力 ¾ 力（縦軸）とセンサとサンプル液の接触時間（横軸）の閲係をブロットしたものである。接触時間と出力の間にもきわめて良好な比例閲係が存在することがわかる，

本発明の計測方法及び装置を用いて計測を行った際に、サンブル液中に含有される物質の濃度が低くセンサの W 気出力が弱くなり、図 9 ( A ) に見られるような出力ピークが得られないときは、 « 度の再測定を行う。この際、サンブル液とセンサの接触時間を 1 回目の計測時よりも延長（長く）することにより良好な出力ビークが得られるのである . また、逆にサンプル液中に含有される物質の濃度が高くセンサの W 気出力が飽和してしまう場合には、サンプル液とセンサの接触時間を 1 回目の測定時よりも短縮 ( 短く ) して再計測を行えば良好な出力ビークが得られるのである，

このようにして、再測定を行うことにより本発明を更に正確な計測装置とすることも可能となる . また接触時間を可変としても計測結果に何ら影響のないことは前述の図 1 4 に示した事実から明らかである，

なお、本発明においては、『出力飽和』とは、サンブルと接触した後のセンサの出力変化量が、そのセンサの 3 分後の出力変化

9 5 % に達する C ：とと、一 - 般的に . 考えてよい , また、

『一定時間』とは、一般的には、繰り返し精度が保証できる時間以上、例えば 0 . 5 秒以上 2 . 5 分以内である，『出力飽和に要する時間よりも短い』とは、一般的には、出力飽和に逹するまでの時間の 0 . 2 % 以上 8 5 % 以下である，

図 1 5 は、本発明の一実施例に係る物質濃度計測装置 ( ハンディー型尿糖計）の外観例を示す図である，図 1 6 は、図 1 5 の物質港度計測装 S を使用している状態を示す図である · ハンディー型尿糖計 3 0 は、大きく分けて、演算部を内蔵し表示パネル 1 1 やボタンスイツチ 3 5 等のある本体 3 9 と、採尿部 3 1 やセンサのある取替部 3 2 とに分かれている，

取替部 3 2 は、電気的、液密に接統部 3 3 に差し込まれており、内蔵するセンサの寿命 ( 計測約 7 0 0 回 ) が来た段階で取替る着脱可能ないわゆるディスボーザブル方式となっている , ボタンスィヅチ 3 5 · 3 7 は、夫々 « 源 0 N / 0 F F スィツチ、測定開始スィツチである，発明の効果

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尿に置換される形で尿が採尿孔内に取り込まれる，したがって、採尿孔内に気泡が生じることなく、採尿が無搴に行なわれる . 図 1 8 、 1 9 を参照しつつ具体的に説明する .

図 1 8 は、図 4 の尿糖計の採尿孔 1 1 3 の詳細形状を示す断面図である。

棒状採尿部 1 1 1 の表面には、採尿孔 1 1 3 が形成されている . 採尿孔 1 1 3 は外拡がりの円錐形をしている . すなわち、採尿孔 1 1 3 の側面は、外拡がりの円錐形面 1 8 5 となっている · 採尿孔 1 1 3 の底は、サンプル管路（外） 1 2 1 とつながっている採尿孔 1 1 3 の開口端（外側の緣の部分）は、滑らかに棒状採尿部 1 1 1 の外周面とつながるように、アール 1 8 1 、 1 8 3 が付けられている . このアールは面取りであってもよい . また、ァール 1 8 1 ( 採尿孔の開口端）は、棒状採尿部 1 1 1 先端の先端球面部 1 1 5 にかかっている .

この採尿孔 1 1 3 の開口部の径は、 0 . 5 ~ 1 0 m m であることが好ましい。また、採屎孔 1 1 3 の円錐形面 1 8 5 の傾き α は 3 0 · ~ 7 5 ' であることが好ましい . 採尿孔 1 1 3 の深さは 2 ― 1 O m m であることが好ましい . なお棒状採尿部 1 1 1 の径は — 般的に 6 〜 1 6 m m である ·

このように構成すれば、少々尿糖計を傾けても、採尿された尿がほとんどこぼれ落ちるようなことがない . その理由は、尿の表面張力によって、図 1 9 ( B ) に示されているように、尿が採尿孔 1 1 3 内にとどまるためと考えられる .

また、採尿孔 1 1 3 内に予め存在するキャリア液との置換作用が円滑に行われ、十分な量の尿が採尿孔 1 1 3 内に採尿される · なお、ここで言う置換作用は、尿の有する運動エネルギーにより

9 、尿が採尿孔 1 1 3 内に流れ込む現象が主なものと考えられる . さらに、採尿孔にはシャープな角部がないので、尿と混在する細かい気泡が採尿孔内のそのような角部にへばり付くこともなくなり、よりスムーズな採尿が可能になる。

棒状採尿部の採尿孔周囲は、疎水性の材料（ A B S 榭脂ゃァクリル樹脂等）で形成されていることが好ましい，採尿孔は、採尿時に置換液もしくはキャリア液にて満たされており、採尿孔の材質が疎水性であっても、それらの液は採尿孔中の狭い空間に保持される。その後採尿動作により、キャリア液等は尿により置換されるが、採尿孔周囲が疎水性の材料であれば、液体が狭い空間に溜まる性質により、採尿後においても尿は採尿孔中へ保持される棒状採尿部 1 1 1 を円柱状にする等の作用について、囟 1 9 を参照しつつ説明する .

図 1 9 は、実施例の尿糖計の採尿孔に尿を採尿している状態を示す概念的な図である .

図 1 9 ( A ) において、棒状採尿部 1 1 1 の採尿孔 1 1 3 は、尿 1 1 7 の流れが来る方向には向いていない . これは、被験者の尿糖計の持ち方が悪いためである .

しかしな力 s ら、尿 1 1 7 の流れは、棒状採尿部 1 1 1 の外周面を回り込んで、採尿孔 1 1 3 に速している . このような尿の流れの回り込み作用を実現するために、棒状採尿部 1 1 1 を円柱形とすることが好ましいのである . さらに棒状採尿部 1 1 1 の先端を先端球面部 1 1 5 とし、採尿孔 1 1 3 の闋口の一部が該先端球面部 1 1 5 にかかるようにすれば、さらに回り込み作用が良好になると考えられる .

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非計測時は、センサに前記キャリア液を供給しておき、計測時には、センザの出力飽和時間よりも短い一定時間サンブル液原液をセンサに供給する制御手段と、

を具備することを特徴とする物 K 濃度計測装置，

4 . サンブル液中の物 K 濃度を計測する物 K ¾ 度計測装であつて：

サンブル液と接触して ¾ 気化学的な原理によって電気出力を出すセンサと

このセンザにサンブル液を搬送するためのキヤリァ液を収容するキャリア液タンクと、

前記サンブル液とキヤリァ液を前記センサに搬送するポンプを有する搬送手段と、

前己センザの出力信号に基づいてサンブル液中の物 κ 澳度の含有量を演算する演算手段と、

非計測時は、センサに前記キャリア液を供給しておき、計測時には、センザとサンブル液原液との接触時間を出力飽和時間よりも短い一定時間範囲内で可変としてサンブル液をセンサに供給する制御手段と、

を具備することを特徴とする物質濃度計測装置，

5 . 前記センサの電気出力が 1 回目の測定において不十分なときは、センサとサンブル液との接触時間を 1 回目の測定時より延長して再測定を行う請求項 2 記載の物 K 濃度計測方法および請求項 4 記載の物質激度計測装 S .

6 . 前記センサの電気出力が、 1 回目の測定において飽和してしまったときは、センサとサンブル液との接触時問を 1 回目の測定時より短縮して再測定を行うことを特徴とする請求項 2 記載の物質濃度計測方法および請求項 4 記載の物質濃度計測装 B .

7 . 前記サンブル液が人間の尿であり、

前記物質がグルコースであり、

前記センサがグルコースォキシダーゼ（ G O D ) 固定化酵素膜を有するグルコースセンサであり、

実的に尿を希釈することなくセンサと接触させる請求項 1 又は 2 記載の物質濃度計測方法および請求項 3 又は 4 SS 載の物質濃度計測装還 .

8 . 測定対象物質を含有するサンブル液を採取するサンブル採取部と、

サンブル液中の測定対象物質の成分を反応させる酵橐を担持した作用極を備え、反応生成物の発生置に応じた ¾ 気信号を出力するボーラログラフ · セルと、

サンブル液を前記ボーラログラフ · セルに搬送するためのキヤリア液を収容するキャリア液タンクと、

前記サンブル液とキヤリア液を前記ポーラログラフ · セルに搬送するポンプを有する搬送手段と、

前記ポーラログラフ · セルの出力信号に基づいてサンブル液中の前記測定対象物質の含有量を演算するための演算手段を備えてなり：

前記サンプル採取部より採取されたサンプル液は、前記搬送手段によってボーラログラフ · セルに搬送された後に、再び前記サンブル採取部より排出されることを特徴とする物質濃度計測装 S

9 . 測定対象物質を含有するサンプル液を採取するサンプル採取部と、

サンプル液中の測定対象物 « の成分を反応させる酵素を担持した作用極を備え、反応生成物の発生量に応じた電気信号を出力するボーラログラフ · セルと、

前記サンブル液とキャリア液を前記ポーラログラフ · セルに搬送するボンブを有する搬送手段と、

前記ボーラログラフ . セルの出力信号に基づいてサンブル液中の前記測定対象物質の含有量を演算するための演算手段を備えてなり；

前記サンブル採取部、ボーラログラフ . セル、キャリア液タンク、及び搬送手段は、直接または間接的に、管路によって接続されてお 0 、

前記ポーラログラフ · セルはサンブル採取部の直後に配置されていることを特徴とする物質濃度計測装置。

1 0 . 測定対象物質を含有するサンブル液を採取するサンプル採取部と

サンブル液中の測定対象物質の成分を反応させる酵紫を担持した作用極を備え、反応生成物の発生量に応じた W 気信号を出力するボ一ラログラフ · セルと、

サンブル液を前記ボーラログラフ · セルに搬送するためのキヤリァ液を収容するキヤリア液タンクと、

前記サンブル液とキヤリア液を前記ポーラログラフ · セルに搬送するボンブを有する搬送手段と、

前記ポーラログラフ · セルの出力信号に基づいてサンプル液中の前記測定対象物 K の含有量を演算するための演算手段を備えてなり：

前 IB ボーラログフセルはサンブル採取部と搬送手段を逋通する管路の途中に配 s されていることを特徴とする物質濃度計測装置 .

1 1 . 携帯可能なノヽウジングと、

このハウジングに形成された、測定対象物 K を含有するサンブル液を採取するサンプル採取部と、

サンプル液中の測定対象物質の成分を反応させる酵素を担持した作用極を備え、反応生成物の発生量に応じた電気信号を出力するポーラログラフ · セルと、

サンブル液を前記ポーラログラフ · セルに搬送するためのキヤリア液を収容するキャリア液タンクと、

前記サンブル液とキヤリア液を前記ボーラログラフ · セルに搬送するポンプを有する搬送手段と、

前記ポーラログラフ · セルの出力信号に基づいてサンブル液中の前記測定対象物質の含有量を演算するための演算手段と、

前記演算手段の演算結果を表示する表示部を備えてなり：前記ポーラログラフ ' セル、キャリア液タンク、搬送手段及び演算手段は、前記ハウジング内に収容されており、

前記サンブル採取部が開口する面と同一の面に表示部が設けられていることを特徴とする物 K 濃度計測装置 ·

1 2 . サンブル液中の物 K 濃度を計測する物濃度計測装 S であつて；

測定対象物 K を含有するサンプル液を採取するサンブル採取部と、

サンプル液中の測定対象物 K の成分を反応させる酵素を担持した作用極を懶え、反応生成物の発生量に応じた ¾ 気信号を出力するポーラログラフ ' セルと、

サンブル液を前記ポーラログラフ · セルに搬送するためのキヤリァ液を収容するキヤリア液タンクと、

前記サンブル液とキャリア液を前記ポーラログラフ · セルに搬送するポンプを有する搬送手段と、

前記ボーラログラフ · セルの出力信号に基づいてサンプル液中の前記測定対象物質の含有量を演算するための演算手段を備えてなり：

該物質濃度計測装置は、計測装置本体と、この本体に対して奢脱自在な構造の取替部とからなり、

該取替部が、前記サンプル採取部及びボーラログラフ · セルを含むことを特徴とする物質濃度計測装 s。

1 3 . 前記サンブル液が人間の尿であり、

前記酵素が尿サンブル中のグルコースを酸化する酵素であり、前記ポーラログラフ · セルが、グルコースの酸化により生成する過酸化水素の発生量に応じた 18 気信号を出力する請求項 8 〜 1 2 いずれか 1 項記載の物 K 濃度計測装置 .

1 4 . 前記サンブル液が、食品工業生成液、食品分解液、または食品抽出液であり、

前記酵素が、サンブル中の L 一乳酸を酸化する酵素であり、前記ボーラログラフ · セルが、 L 一乳酸の酸化により生成する過酸化水素の発生量に応じた電気信号を出力する Ιβ 求項 8 〜 1 2 いずれか 1 項記載の物質濃度計測装置，

1 5 . 前記サンブル液が、調理品、調理過程品、またはそれらの抽出液であり、

前記酵素が、サンブル中の L 一グルタミン酸を酸化する酵素であり、

前記ボーラログラフ · セルが、 L 一グルタミン酸の酸化により生成する過酸化水素の発生量に応じた電気信号を出力する請求項 8 - 1 2 いずれか 1 項記載の物質濃度計測装 S .

1 6 . さらに、前記ボーラログラフ · セルを較正するための較正液を収容する較正液タンクを備えた請求項 8 〜 1 2 いずれか 1 項記載の物 g 濃度計測装置，

1 7 . 前記キャリア液が、前記ボーラログラフ · セルの安定的な作動を保証する作用及び保存作用を備えた緩衝液である請求項 8 〜 1 2 のいずれか 1 項記載の物質澳度計測装 31 ,

1 8 . 前記サンブル採取部が、表面に開口する採尿孔を有する棒状採尿部として形成されており、

被験者の尿サンプリング開始指令が入力される入力部を有し、該指令入力があった場合に、前記搬送手段を駆動して、採尿孔にキヤリア液を供給するよう制御する制御手段を、さらに具備する請求項 8 〜 1 2 いずれか 1 項記載の物 K ¾ 度計測装置 .

1 9 . 前記採尿孔の開口径が 0 . 5 〜 1 0 mmである請求項 1 8 記載の物質濃度計測装置 *

2 0 . 前記採尿孔が外拡がりの円錐形として前記棒状採尿部表面に形成されている請求項 1 8 記載の物濃度計測装置 .

2 1 . 前記採尿孔の開口端が面取り又は R 処理されている請求項 1 8 記載の物質 ¾ 度計測装置 .

2 2 . 前記棒状採尿部は、先端が球面状に丸められた円柱形であり、前記採尿孔の開口の 1 部が、該球面状に丸められた部分（先端球面部）にかかるように、前記採尿孔が形成されている請求項 1 8 記載の物質濃度計測装置 ·

2 3 . 前記棒状採尿部の採尿孔周囲が、疎水性の材料で形成されている IB求項 1 8 記載の物 K «度計測装置 ·