濃度測定装置
【課題】尿中の旋光性成分の濃度を旋光度を用いて測定する際、樹脂を用いて尿中の測定阻害成分を除去する手法においては、樹脂の交換容量に限りがあるため、一定量以上の測定阻害成分は除去できなくなってしまう。そこで、樹脂量を少ない状態に保ったまま除去する場合、尿を希釈する方法が考えられるが、希釈倍率が低いと測定阻害成分が除去できない可能性があり、逆に倍率が高すぎると希釈倍率に反比例して測定精度が低下してしまう。
【解決手段】尿の透過率と測定阻害成分の相関を用いて尿の透過率より尿中の測定阻害成分の大まかな量を推測し、その量に最適な希釈倍率において尿を希釈することにより、測定阻害成分の除去が完全にでき、かつ、過剰に希釈しすぎて測定精度を低下させることもないため、高精度にグルコース濃度を測定することができる。
【解決手段】尿の透過率と測定阻害成分の相関を用いて尿の透過率より尿中の測定阻害成分の大まかな量を推測し、その量に最適な希釈倍率において尿を希釈することにより、測定阻害成分の除去が完全にでき、かつ、過剰に希釈しすぎて測定精度を低下させることもないため、高精度にグルコース濃度を測定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料中の旋光性成分の濃度測定装置に関し、特に尿中に含まれるグルコース、尿タンパクの濃度を尿中に含まれるその他の測定阻害成分を除去し高精度に測定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料内の旋光性成分の濃度を測定する手段として、試料に光線を入射して旋光度を測定し、濃度を算出する旋光度方式は、直接試料に触れることなく測定することが可能であるため、有用であるとされている。旋光度より試料内の旋光性成分の濃度を求める方法の原理は式１に基づく。
θ（λ）＝α（λ）・ｃ・Ｌ（式１）
ここで、θ（λ）は光線の波長をλとしたときの旋光度、α（λ）は光線の波長をλとしたときの旋光性成分の比旋光度、ｃは試料内における旋光性成分の濃度、Ｌは試料の光路長である。式１において、比旋光度α（λ）は旋光性成分固有の係数であり、試料の光路長Ｌも同様に濃度測定前に既知の値であるため、試料に光線を入射したときの旋光度θ（λ）を測定することにより、旋光性成分の濃度ｃを求めることが出来る。例えば、Ｄ−グルコースの場合、波長λを５８９ｎｍとし、光路長Ｌを１０ｃｍと仮定すると、比旋光度α（λ）は約５２であるので、旋光度θ（λ）が０．５２°と測定されたとき、試料中のグルコース濃度ｃは約１０００ｍｇ／ｄＬと求まる。
【０００３】
その他の濃度測定手段としては、酵素を用いた酵素法が挙げられる。例えばグルコース濃度を測定する方法としては、ＧＯＤ（グルコース酸化酵素）法などが知られており、尿中グルコース濃度すなわち尿糖測定にも用いられている。この方法は、特定の成分に対して反応するため、不特定多数の成分が混在しているような場合でも測定が可能という利点があるが、酵素法は測定原理上、測定期間と測定回数に限度があるため一定期間、一定回数毎の交換が必要となる。また、濃度が高くなると反応が飽和してしまうといった欠点も存在する。その点、旋光度測定などの光学的方式においては、特に消耗品の交換などのメンテナンス等を必要とせず、長い期間において測定が可能である。
【０００４】
また、尿中成分の判別法としては、試験紙法が広く知られている。しかし、試験紙法は尿等の定量測定ができず定性測定となってしまう点が課題であり、また、測定に際して被験者が尿に触れる危険性があり不衛生的である点、また、一度紙コップなどで尿を採取してから試験紙を浸すなど、作業が面倒な点など課題が多い。その点、旋光度方式では測定に際して被験者が尿に触れる危険性もなく、装置構成によってはボタンを押すだけ、もしくは排尿するだけで尿糖値もしくは尿タンパク値の測定、値レベルの判別をすることができる。
【０００５】
しかし、旋光度を用いて尿糖や尿タンパクの濃度を測定する上での問題点として、尿中における測定対象成分以外の旋光性成分の存在が挙げられる。例えば、尿糖を測定する場合には、種々のアミノ酸やアスコルビン酸（ビタミンＣ）、ペプチド、タンパクなどが主な測定阻害成分として挙げられる。アミノ酸などに関しては健常者の尿においてもある程度の量が排出されており、その量は個人差のほかに、同一個人においても飲食物や体調によって大きく変化するものである。
【０００６】
そこで、これら測定阻害成分の影響を取り除いてグルコース濃度を測定する方法が考案されてきている。例えば、特許文献１によれば、多波長測定を用い、かつ阻害物質による誤差範囲をあらかじめ設定しておくことで、測定成分の濃度の範囲を判定するなどの手法
が用いられている。しかし、尿中には様々な成分が存在し、上述のようにまたその成分は個人の体調や食事などに大きく左右され、また、被験者が健常者ではない場合、例えば様々な薬を服用している場合や、尿に血液が混入する、いわゆる血尿が出る場合なども考慮した場合、それらの測定阻害成分入りの尿の旋光度からグルコース濃度を算出するのは困難である。また特許文献２によれば、尿に電界を印加し、電気泳動により測定阻害成分を光路以外に局在化させる方法が挙げられているが、測定阻害成分のすべてを電気泳動させることは困難である。例えば、電解質であるアミノ酸においてもｐＨによってイオン状態が異なることが知られており、無電荷の双性イオン状態では電気泳動は起こらない。
【０００７】
そこで、測定前にそれらの測定阻害成分を除去してしまい、測定阻害成分の入っていない尿の旋光度を測定する方法が考えられる。その測定阻害成分を除去する手法として、例えばイオン交換樹脂や合成吸着樹脂などの樹脂類を用いる手法が挙げられる。イオン交換樹脂に関しては陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂があり、それぞれ陽イオンと陰イオンを樹脂に吸着させることが可能である。このため、尿を通液した際に、尿中のアミノ酸やアスコルビン酸はイオン交換樹脂に吸着されるので、測定阻害成分の除去が可能である。また、合成吸着樹脂は分子サイズによって樹脂内に分子を吸着するものであり、吸着する分子サイズを選定することによりグルコースなどの測定対象成分と異なる分子サイズの成分を吸着させることが可能となる。このように、樹脂類を用いることにより測定阻害成分が除去できるため、樹脂類に通液した後の尿を測定することにより、グルコース濃度などが測定できるものである。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１３８２３１号公報（図１）
【特許文献２】特開２００２−１０７３５６号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記の方法は以下に示す問題を有している。樹脂類を用いて尿中の測定阻害成分を除去する場合、樹脂類はそれぞれの性能に応じて除去できる量が限られるものであるため、一定量の樹脂に対しては一定量の測定阻害成分しか除去することができない。すなわち、それぞれの種類の樹脂においてその交換容量が決まっており、それを超える分は吸着できない。ここで、測定阻害成分の量の変化に対応させるためには２通りの方法が考えられる。１つ目はあらかじめ樹脂の量を十分多くしておく方法である。この方法は、尿中の測定阻害成分を除去することは可能であるが、樹脂量を無駄に多く必要とするため、樹脂フィルタの大型化を招き、装置全体も大型になってしまう。また、樹脂間を通液する際は流速が早すぎると樹脂に吸着しないため流速はある程度遅くする必要があり、このため、樹脂量が多いと尿が樹脂フィルタを通過する時間も長くなってしまい、測定に長い時間が必要となってしまう。
【００１０】
また、２つ目の方法としては、樹脂に通液する尿をあらかじめ希釈する方法である。希釈することにより除去すべき測定阻害成分の量も減るため、除去が可能となる。この場合、樹脂を通過した尿の旋光度を測定し、その値と希釈倍率を乗算することで、グルコースなどの濃度を測定することができる。しかし、この方法においても希釈倍率が小さすぎると除去が完全に出来なくなってしまい、また逆に希釈倍率が大きすぎると旋光度計の誤差がその倍率分大きくなるため、測定誤差が大きくなってしまう。例えば、旋光度計によるばらつきが元々±５ｍｇ／ｄｌ分あったと仮定すると、５倍に希釈した場合±２５ｍｇ／ｄｌのばらつきに増大してしまう。
【００１１】
そこで、本発明では上述した従来技術による課題を解決するため、尿中のグルコース濃度、または、尿タンパク濃度を尿中の測定阻害成分の量に依存せず高精度に測定することが可能な濃度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの課題を解決するために本発明による濃度測定装置は、下記に記載の手段を採用する。すなわち本発明は、尿の旋光度を測定することにより尿中の特定旋光性成分の濃度を測定する濃度測定装置であって、尿の透過率を測定する透過率測定手段と、尿を水で希釈する希釈手段と、希釈手段によって希釈した尿中の特定旋光性成分以外の成分を除去するフィルタと、フィルタを通過した尿の旋光度を測定する旋光度測定手段とを有し、透過率測定手段によって測定した尿の透過率より、希釈手段における尿の希釈倍率を変化させることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明におけるフィルタは樹脂を充填したカラムであり、樹脂はイオン交換樹脂または合成吸着樹脂である場合により有用である。
【００１４】
また、本発明における希釈手段は尿と水とのフィルタへの流量比を変化させることにより尿の希釈倍率を変化させることが好ましい。
【００１５】
また、本発明における特定旋光性成分はグルコースまたは尿タンパクである場合により有用である。
【００１６】
（作用）
尿中の旋光性成分、特にグルコースや尿タンパクの濃度を旋光度を用いて測定する際、樹脂を用いて尿中の測定阻害成分を除去する手法においては、樹脂の交換容量に限りがあるため、一定量以上の測定阻害成分は除去できなくなってしまう。そこで、樹脂量を少ない状態に保ったまま除去する場合、尿を希釈する方法が考えられるが、希釈倍率が低いと測定阻害成分が除去できない可能性があり、逆に倍率が高すぎると希釈倍率に反比例して測定精度が低下してしまう。本手法では尿の透過率より最適な希釈倍率を決定し適切な倍率の希釈を行うため、測定阻害成分の除去もでき、かつ、過剰に希釈しすぎて測定精度を低下させることもないものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明のように、本発明の濃度測定装置においては、下記に記載する効果を有する。
【００１８】
尿中の旋光性成分、特にグルコースや尿タンパクの濃度を旋光度を用いて測定する際、樹脂を用いて尿中の測定阻害成分を除去する手法においては、樹脂の交換容量に限りがあるため、一定量以上の測定阻害成分は除去できなくなってしまう。そこで、樹脂量を少ない状態に保ったまま除去する場合、尿を希釈する方法が考えられるが、希釈倍率が低いと測定阻害成分が除去できない可能性があり、逆に倍率が高すぎると希釈倍率に反比例して測定精度が低下してしまう。本発明においては尿の透過率と測定阻害成分の相関を用い、尿の透過率より尿中の測定阻害成分の大まかな量を推測し、その量に最適な希釈倍率において尿を希釈する。このため、測定阻害成分の除去が完全にでき、かつ、過剰に希釈しすぎて測定精度を低下させることもないため、高精度にグルコース濃度を測定することができる。
【００１９】
また、本発明においては、尿を希釈することにより少ない樹脂量で測定阻害成分の除去が可能となるため、装置の小型化が可能となる。
【００２０】
また、尿を希釈する際に、水を流す経路を複数設け選択的に水を流す方法を用いた場合、非常に簡易な構造で尿の希釈ができ、装置全体の簡略化につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を用いて本発明を利用した濃度測定装置の最適な実施形態を説明する。
【００２２】
（第一の実施形態）
図１は本発明の第一の実施形態の例である。図１において、尿１０１は第一のバルブ１０４を開いた状態でポンプ１０６を駆動することにより、希釈部１０７に到達する。また、同様に希釈用の水１０２は第二のバルブ１０５が開いた状態でポンプ１０６を駆動することにより希釈部１０７に到達する。希釈部１０７に到達した尿１０１と水１０２はそこで混合され、尿１０１はある希釈倍率で希釈される。希釈部１０７において希釈された尿１０１は第三のバルブ１０８を開くことによって、フィルタ１０９に流れる。ここでフィルタ１０９はイオン交換樹脂や合成吸着樹脂などの樹脂類を充填したものであり、フィルタ１０９内を尿１０１が通過する際、測定阻害成分は樹脂に吸着するため、フィルタ１０９を通過した後の尿は測定阻害成分を含まないものである。ここで、本実施形態においてはグルコース濃度を測定するものとすると、測定阻害成分としては、グルコース以外の旋光性成分として様々な種類のアミノ酸、アスコルビン酸、ペプチド、タンパクなど、光線の透過率を低下させてしまう成分として、血液、タンパクなどが挙げられる。
【００２３】
フィルタ１０９を通過した尿は次に旋光度測定手段によりその旋光度を測定する。本実施形態における旋光度測定手段は、光源や偏光子などからなる光源部１１１、旋光子１１２、試料セル１１３、検光子や受光素子などからなる受光部１１４によって構成される旋光度測定部１１０を示す。旋光度測定部１１０は、光源部１１１からの光線が旋光子１１２、試料セル１１３内の尿を透過して受光部１１４に到達し、試料セル１１３内の尿の旋光度を測定するものである。ここで、フィルタ１０９を通過した尿は試料セル１１３に到達し、旋光度を測定する。このとき、試料セル１１３内の尿はグルコース以外の旋光性成分を含まないため、上述の式１より測定した旋光度を用いてグルコース濃度が求まるものである。
【００２４】
また、尿１０１に関しては透過率測定手段により、その透過率を測定する。本実施形態における透過率測定手段は、光源部と受光部からなる透過率測定部１０３を示す。ここで図２に示すように、尿１０１の透過率と尿中の測定阻害成分量は相関が見られるため、尿１０１の透過率に応じて尿１０１の希釈倍率を決定する。図２は尿中のグルコース以外の旋光性成分による旋光度と尿の透過率の依存性を示すものである。ここで、尿中の測定阻害成分の主な成分であるアミノ酸は、1日のうち比較的一定に尿中に排出され、また、尿１０１の主な黄色成分であるウロクロームにおいても同様のことがいえ、かつ、主に尿１０１の透過率は尿１０１の黄色成分に依存するため、尿１０１の透過率と尿中の測定阻害成分量は相関が見られるものである。このとき、上述のように、樹脂類はそれぞれの性能に応じて除去できる量が限られるものであるため、一定量の樹脂に対しては一定量の測定阻害成分しか除去することができない。そこで、比較的少ない樹脂量で全ての測定阻害成分を除去するために、樹脂に通液する尿をあらかじめ希釈するものであるが、このとき、希釈倍率が小さすぎると除去が完全に出来なくなってしまい、また逆に希釈倍率が大きすぎると旋光度計の誤差がその倍率分大きくなるため、測定誤差が大きくなってしまう。例えば、旋光度計によるばらつきが元々±５ｍｇ／ｄｌ分あったと仮定すると、５倍に希釈した場合±２５ｍｇ／ｄｌのばらつきに増大してしまう。
【００２５】
そこで、尿１０１の透過率より、尿中の測定阻害成分のおおまかな量を予測し、その量に適した希釈倍率で尿１０１を希釈することにより、測定阻害成分の除去もでき、かつ、過剰に希釈しすぎて測定精度を低下させることもない。例えば、図２における尿１０１の透過率：−ｌｏｇ（Ｉｏ／Ｉ）が０．１程度の場合、測定阻害成分は少ないと推測されるため希釈倍率は２倍とし、透過率が０．３程度の場合は測定阻害成分が多いと推測されるため４倍に希釈するなど、希釈倍率を透過率によって変化させることにより、最適な希釈
倍率での希釈が可能となる。ここで、Ｉｏは尿透過前の光強度であり、Ｉは尿透過後の光強度を示す。図２においては横軸の透過率を−ｌｏｇ（Ｉｏ／Ｉ）で表しているため、値が大きいほど透過率が低いことを示す。
【００２６】
実際には、希釈手段として透過率測定部１０３の測定結果をコントローラ１１５に送信し、また、コントローラ１１５により第一のバルブ１０４、第二のバルブ１０５、ポンプ１０６を制御する。ここで、第一のバルブ１０４を開いた状態でポンプ１０６を駆動することによって希釈部１０７に流れる尿１０１の量と、第二のバルブ１０５を開いた状態でポンプ１０６を駆動することによって希釈部１０７に流れる水１０２の量をコントローラ１１５の制御により変化させることで希釈倍率を変化させることができる。その後、フィルタ１０９を通過し、旋光度測定部１１０において測定した旋光度より求めたグルコース濃度と希釈倍率を乗算することで尿１０１中のグルコース濃度を測定することができるものである。
【００２７】
上述のように、本実施形態においては尿中のグルコース以外の測定阻害成分を除去した上で旋光度を測定するため、高精度にグルコース濃度を測定することができる。また、尿を希釈することにより少ない樹脂量で測定阻害成分の除去が可能となるため、装置の小型化が可能となる。
【００２８】
また、本実施形態においては尿中のグルコース濃度を測定しているがそれに限るものではなく、フィルタ１０９内の樹脂類を選択することにより例えば尿タンパクなどの尿中のその他の旋光性成分の濃度を測定することも可能である。
【００２９】
（第二の実施形態）
次に第二の実施形態について図３を用いて説明する。本実施形態においても、第一の実施形態同様、尿１０１は水１０２により希釈され、フィルタ１０９を通過することでその測定阻害成分が除去される。本実施形態においてはグルコース濃度を測定するものとすると、測定阻害成分としてはグルコース以外の旋光性成分として様々な種類のアミノ酸、アスコルビン酸、ペプチド、タンパクなど、光線の透過率を低下させてしまう成分として、血液、タンパクなどが挙げられる。次に、フィルタ１０９を通過した尿は旋光度測定手段によりその旋光度を測定する。本実施形態における旋光度測定手段である旋光度測定部１１０は光源や偏光子などからなる光源部１１１、旋光子１１２、試料セル１１３、検光子や受光素子などからなる受光部１１４によって構成され、光源部１１１からの光線が旋光子１１２、試料セル１１３内の尿を透過して受光部１１４に到達し、試料セル１１３内の尿の旋光度を測定するものである。ここで、フィルタ１０９を通過した尿は試料セル１１３に到達し旋光度を測定するものであるが、このとき、試料セル１１３内の尿はグルコース以外の旋光性成分を含まないため、上述の式１よりグルコース濃度が求まるものである。
【００３０】
また、このときの尿１０１の希釈率に関しては、第一の実施形態と同様に、透過率測定手段である透過率測定部１０３により尿１０１の透過率を測定し、その透過率の値によって変化させる。これは尿１０１の透過率と尿中の測定阻害成分量は相関が見られるためであり、希釈倍率を透過率によって変化させることにより、最適な希釈倍率での希釈が可能となる。
【００３１】
本実施形態においては、尿１０１の希釈手段として、尿１０１を通すバルブ１０４と水１０２を通す第二のバルブ３０１、第三のバルブ３０２、第四のバルブ３０３を用いる。ここで、それぞれのバルブを通過する経路は同様の長さかつ同径であるとする。このとき、透過率測定部１０３の測定により、希釈倍率は２倍が最適であると判断された場合には、コントローラ１１５により第一のバルブ１０４と第二のバルブ３０１を開きポンプ１０
６を駆動する。ここで、それぞれのバルブを通ってくる経路は同じ長さ、同径であるため、尿１０１と水１０２は同量だけフィルタ１０９に流れて行き、結果として尿１０１は２倍に希釈された状態となる。同様に、３倍に希釈するのが最適となった場合は、第一のバルブ１０４、第二のバルブ３０１のほかに第三のバルブ３０２を開いてポンプを駆動することによって３倍に希釈することができる。同様の方法で４倍に希釈することも可能である。このように、尿１０１と水１０２を混合する箇所を特に設けなくとも、尿１０１と水１０２のフィルタ１０９への流量比を変化させることによって希釈を行うことができる。ここで、本実施形態においては最大４倍の希釈までとなっているが、経路を増やすことにより最大希釈倍率を増加することは可能である。
【００３２】
このように、尿を希釈する際に、水を流す経路を複数設け選択的に水を流す方法を用いた場合、攪拌などを必要とせずにポンプ１０６で送液するだけで希釈を行うことができるため、構造の簡略化につながるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第一の実施形態における濃度測定装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における尿の旋光度と尿の透過率との関係を示す図である。
【図３】本発明の第二の実施形態における濃度測定装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０１ 尿
１０２ 水
１０３ 透過率測定部
１０６ ポンプ
１０９ フィルタ
１１０ 旋光度測定部
１１１ 光源部
１１２ 旋光子
１１３ 試料セル
１１４ 受光部
１１５ コントローラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料中の旋光性成分の濃度測定装置に関し、特に尿中に含まれるグルコース、尿タンパクの濃度を尿中に含まれるその他の測定阻害成分を除去し高精度に測定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料内の旋光性成分の濃度を測定する手段として、試料に光線を入射して旋光度を測定し、濃度を算出する旋光度方式は、直接試料に触れることなく測定することが可能であるため、有用であるとされている。旋光度より試料内の旋光性成分の濃度を求める方法の原理は式１に基づく。
θ（λ）＝α（λ）・ｃ・Ｌ（式１）
ここで、θ（λ）は光線の波長をλとしたときの旋光度、α（λ）は光線の波長をλとしたときの旋光性成分の比旋光度、ｃは試料内における旋光性成分の濃度、Ｌは試料の光路長である。式１において、比旋光度α（λ）は旋光性成分固有の係数であり、試料の光路長Ｌも同様に濃度測定前に既知の値であるため、試料に光線を入射したときの旋光度θ（λ）を測定することにより、旋光性成分の濃度ｃを求めることが出来る。例えば、Ｄ−グルコースの場合、波長λを５８９ｎｍとし、光路長Ｌを１０ｃｍと仮定すると、比旋光度α（λ）は約５２であるので、旋光度θ（λ）が０．５２°と測定されたとき、試料中のグルコース濃度ｃは約１０００ｍｇ／ｄＬと求まる。
【０００３】
その他の濃度測定手段としては、酵素を用いた酵素法が挙げられる。例えばグルコース濃度を測定する方法としては、ＧＯＤ（グルコース酸化酵素）法などが知られており、尿中グルコース濃度すなわち尿糖測定にも用いられている。この方法は、特定の成分に対して反応するため、不特定多数の成分が混在しているような場合でも測定が可能という利点があるが、酵素法は測定原理上、測定期間と測定回数に限度があるため一定期間、一定回数毎の交換が必要となる。また、濃度が高くなると反応が飽和してしまうといった欠点も存在する。その点、旋光度測定などの光学的方式においては、特に消耗品の交換などのメンテナンス等を必要とせず、長い期間において測定が可能である。
【０００４】
また、尿中成分の判別法としては、試験紙法が広く知られている。しかし、試験紙法は尿等の定量測定ができず定性測定となってしまう点が課題であり、また、測定に際して被験者が尿に触れる危険性があり不衛生的である点、また、一度紙コップなどで尿を採取してから試験紙を浸すなど、作業が面倒な点など課題が多い。その点、旋光度方式では測定に際して被験者が尿に触れる危険性もなく、装置構成によってはボタンを押すだけ、もしくは排尿するだけで尿糖値もしくは尿タンパク値の測定、値レベルの判別をすることができる。
【０００５】
しかし、旋光度を用いて尿糖や尿タンパクの濃度を測定する上での問題点として、尿中における測定対象成分以外の旋光性成分の存在が挙げられる。例えば、尿糖を測定する場合には、種々のアミノ酸やアスコルビン酸（ビタミンＣ）、ペプチド、タンパクなどが主な測定阻害成分として挙げられる。アミノ酸などに関しては健常者の尿においてもある程度の量が排出されており、その量は個人差のほかに、同一個人においても飲食物や体調によって大きく変化するものである。
【０００６】
そこで、これら測定阻害成分の影響を取り除いてグルコース濃度を測定する方法が考案されてきている。例えば、特許文献１によれば、多波長測定を用い、かつ阻害物質による誤差範囲をあらかじめ設定しておくことで、測定成分の濃度の範囲を判定するなどの手法
が用いられている。しかし、尿中には様々な成分が存在し、上述のようにまたその成分は個人の体調や食事などに大きく左右され、また、被験者が健常者ではない場合、例えば様々な薬を服用している場合や、尿に血液が混入する、いわゆる血尿が出る場合なども考慮した場合、それらの測定阻害成分入りの尿の旋光度からグルコース濃度を算出するのは困難である。また特許文献２によれば、尿に電界を印加し、電気泳動により測定阻害成分を光路以外に局在化させる方法が挙げられているが、測定阻害成分のすべてを電気泳動させることは困難である。例えば、電解質であるアミノ酸においてもｐＨによってイオン状態が異なることが知られており、無電荷の双性イオン状態では電気泳動は起こらない。
【０００７】
そこで、測定前にそれらの測定阻害成分を除去してしまい、測定阻害成分の入っていない尿の旋光度を測定する方法が考えられる。その測定阻害成分を除去する手法として、例えばイオン交換樹脂や合成吸着樹脂などの樹脂類を用いる手法が挙げられる。イオン交換樹脂に関しては陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂があり、それぞれ陽イオンと陰イオンを樹脂に吸着させることが可能である。このため、尿を通液した際に、尿中のアミノ酸やアスコルビン酸はイオン交換樹脂に吸着されるので、測定阻害成分の除去が可能である。また、合成吸着樹脂は分子サイズによって樹脂内に分子を吸着するものであり、吸着する分子サイズを選定することによりグルコースなどの測定対象成分と異なる分子サイズの成分を吸着させることが可能となる。このように、樹脂類を用いることにより測定阻害成分が除去できるため、樹脂類に通液した後の尿を測定することにより、グルコース濃度などが測定できるものである。
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１３８２３１号公報（図１）
【特許文献２】特開２００２−１０７３５６号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上記の方法は以下に示す問題を有している。樹脂類を用いて尿中の測定阻害成分を除去する場合、樹脂類はそれぞれの性能に応じて除去できる量が限られるものであるため、一定量の樹脂に対しては一定量の測定阻害成分しか除去することができない。すなわち、それぞれの種類の樹脂においてその交換容量が決まっており、それを超える分は吸着できない。ここで、測定阻害成分の量の変化に対応させるためには２通りの方法が考えられる。１つ目はあらかじめ樹脂の量を十分多くしておく方法である。この方法は、尿中の測定阻害成分を除去することは可能であるが、樹脂量を無駄に多く必要とするため、樹脂フィルタの大型化を招き、装置全体も大型になってしまう。また、樹脂間を通液する際は流速が早すぎると樹脂に吸着しないため流速はある程度遅くする必要があり、このため、樹脂量が多いと尿が樹脂フィルタを通過する時間も長くなってしまい、測定に長い時間が必要となってしまう。
【００１０】
また、２つ目の方法としては、樹脂に通液する尿をあらかじめ希釈する方法である。希釈することにより除去すべき測定阻害成分の量も減るため、除去が可能となる。この場合、樹脂を通過した尿の旋光度を測定し、その値と希釈倍率を乗算することで、グルコースなどの濃度を測定することができる。しかし、この方法においても希釈倍率が小さすぎると除去が完全に出来なくなってしまい、また逆に希釈倍率が大きすぎると旋光度計の誤差がその倍率分大きくなるため、測定誤差が大きくなってしまう。例えば、旋光度計によるばらつきが元々±５ｍｇ／ｄｌ分あったと仮定すると、５倍に希釈した場合±２５ｍｇ／ｄｌのばらつきに増大してしまう。
【００１１】
そこで、本発明では上述した従来技術による課題を解決するため、尿中のグルコース濃度、または、尿タンパク濃度を尿中の測定阻害成分の量に依存せず高精度に測定することが可能な濃度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの課題を解決するために本発明による濃度測定装置は、下記に記載の手段を採用する。すなわち本発明は、尿の旋光度を測定することにより尿中の特定旋光性成分の濃度を測定する濃度測定装置であって、尿の透過率を測定する透過率測定手段と、尿を水で希釈する希釈手段と、希釈手段によって希釈した尿中の特定旋光性成分以外の成分を除去するフィルタと、フィルタを通過した尿の旋光度を測定する旋光度測定手段とを有し、透過率測定手段によって測定した尿の透過率より、希釈手段における尿の希釈倍率を変化させることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明におけるフィルタは樹脂を充填したカラムであり、樹脂はイオン交換樹脂または合成吸着樹脂である場合により有用である。
【００１４】
また、本発明における希釈手段は尿と水とのフィルタへの流量比を変化させることにより尿の希釈倍率を変化させることが好ましい。
【００１５】
また、本発明における特定旋光性成分はグルコースまたは尿タンパクである場合により有用である。
【００１６】
（作用）
尿中の旋光性成分、特にグルコースや尿タンパクの濃度を旋光度を用いて測定する際、樹脂を用いて尿中の測定阻害成分を除去する手法においては、樹脂の交換容量に限りがあるため、一定量以上の測定阻害成分は除去できなくなってしまう。そこで、樹脂量を少ない状態に保ったまま除去する場合、尿を希釈する方法が考えられるが、希釈倍率が低いと測定阻害成分が除去できない可能性があり、逆に倍率が高すぎると希釈倍率に反比例して測定精度が低下してしまう。本手法では尿の透過率より最適な希釈倍率を決定し適切な倍率の希釈を行うため、測定阻害成分の除去もでき、かつ、過剰に希釈しすぎて測定精度を低下させることもないものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明のように、本発明の濃度測定装置においては、下記に記載する効果を有する。
【００１８】
尿中の旋光性成分、特にグルコースや尿タンパクの濃度を旋光度を用いて測定する際、樹脂を用いて尿中の測定阻害成分を除去する手法においては、樹脂の交換容量に限りがあるため、一定量以上の測定阻害成分は除去できなくなってしまう。そこで、樹脂量を少ない状態に保ったまま除去する場合、尿を希釈する方法が考えられるが、希釈倍率が低いと測定阻害成分が除去できない可能性があり、逆に倍率が高すぎると希釈倍率に反比例して測定精度が低下してしまう。本発明においては尿の透過率と測定阻害成分の相関を用い、尿の透過率より尿中の測定阻害成分の大まかな量を推測し、その量に最適な希釈倍率において尿を希釈する。このため、測定阻害成分の除去が完全にでき、かつ、過剰に希釈しすぎて測定精度を低下させることもないため、高精度にグルコース濃度を測定することができる。
【００１９】
また、本発明においては、尿を希釈することにより少ない樹脂量で測定阻害成分の除去が可能となるため、装置の小型化が可能となる。
【００２０】
また、尿を希釈する際に、水を流す経路を複数設け選択的に水を流す方法を用いた場合、非常に簡易な構造で尿の希釈ができ、装置全体の簡略化につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を用いて本発明を利用した濃度測定装置の最適な実施形態を説明する。
【００２２】
（第一の実施形態）
図１は本発明の第一の実施形態の例である。図１において、尿１０１は第一のバルブ１０４を開いた状態でポンプ１０６を駆動することにより、希釈部１０７に到達する。また、同様に希釈用の水１０２は第二のバルブ１０５が開いた状態でポンプ１０６を駆動することにより希釈部１０７に到達する。希釈部１０７に到達した尿１０１と水１０２はそこで混合され、尿１０１はある希釈倍率で希釈される。希釈部１０７において希釈された尿１０１は第三のバルブ１０８を開くことによって、フィルタ１０９に流れる。ここでフィルタ１０９はイオン交換樹脂や合成吸着樹脂などの樹脂類を充填したものであり、フィルタ１０９内を尿１０１が通過する際、測定阻害成分は樹脂に吸着するため、フィルタ１０９を通過した後の尿は測定阻害成分を含まないものである。ここで、本実施形態においてはグルコース濃度を測定するものとすると、測定阻害成分としては、グルコース以外の旋光性成分として様々な種類のアミノ酸、アスコルビン酸、ペプチド、タンパクなど、光線の透過率を低下させてしまう成分として、血液、タンパクなどが挙げられる。
【００２３】
フィルタ１０９を通過した尿は次に旋光度測定手段によりその旋光度を測定する。本実施形態における旋光度測定手段は、光源や偏光子などからなる光源部１１１、旋光子１１２、試料セル１１３、検光子や受光素子などからなる受光部１１４によって構成される旋光度測定部１１０を示す。旋光度測定部１１０は、光源部１１１からの光線が旋光子１１２、試料セル１１３内の尿を透過して受光部１１４に到達し、試料セル１１３内の尿の旋光度を測定するものである。ここで、フィルタ１０９を通過した尿は試料セル１１３に到達し、旋光度を測定する。このとき、試料セル１１３内の尿はグルコース以外の旋光性成分を含まないため、上述の式１より測定した旋光度を用いてグルコース濃度が求まるものである。
【００２４】
また、尿１０１に関しては透過率測定手段により、その透過率を測定する。本実施形態における透過率測定手段は、光源部と受光部からなる透過率測定部１０３を示す。ここで図２に示すように、尿１０１の透過率と尿中の測定阻害成分量は相関が見られるため、尿１０１の透過率に応じて尿１０１の希釈倍率を決定する。図２は尿中のグルコース以外の旋光性成分による旋光度と尿の透過率の依存性を示すものである。ここで、尿中の測定阻害成分の主な成分であるアミノ酸は、1日のうち比較的一定に尿中に排出され、また、尿１０１の主な黄色成分であるウロクロームにおいても同様のことがいえ、かつ、主に尿１０１の透過率は尿１０１の黄色成分に依存するため、尿１０１の透過率と尿中の測定阻害成分量は相関が見られるものである。このとき、上述のように、樹脂類はそれぞれの性能に応じて除去できる量が限られるものであるため、一定量の樹脂に対しては一定量の測定阻害成分しか除去することができない。そこで、比較的少ない樹脂量で全ての測定阻害成分を除去するために、樹脂に通液する尿をあらかじめ希釈するものであるが、このとき、希釈倍率が小さすぎると除去が完全に出来なくなってしまい、また逆に希釈倍率が大きすぎると旋光度計の誤差がその倍率分大きくなるため、測定誤差が大きくなってしまう。例えば、旋光度計によるばらつきが元々±５ｍｇ／ｄｌ分あったと仮定すると、５倍に希釈した場合±２５ｍｇ／ｄｌのばらつきに増大してしまう。
【００２５】
そこで、尿１０１の透過率より、尿中の測定阻害成分のおおまかな量を予測し、その量に適した希釈倍率で尿１０１を希釈することにより、測定阻害成分の除去もでき、かつ、過剰に希釈しすぎて測定精度を低下させることもない。例えば、図２における尿１０１の透過率：−ｌｏｇ（Ｉｏ／Ｉ）が０．１程度の場合、測定阻害成分は少ないと推測されるため希釈倍率は２倍とし、透過率が０．３程度の場合は測定阻害成分が多いと推測されるため４倍に希釈するなど、希釈倍率を透過率によって変化させることにより、最適な希釈
倍率での希釈が可能となる。ここで、Ｉｏは尿透過前の光強度であり、Ｉは尿透過後の光強度を示す。図２においては横軸の透過率を−ｌｏｇ（Ｉｏ／Ｉ）で表しているため、値が大きいほど透過率が低いことを示す。
【００２６】
実際には、希釈手段として透過率測定部１０３の測定結果をコントローラ１１５に送信し、また、コントローラ１１５により第一のバルブ１０４、第二のバルブ１０５、ポンプ１０６を制御する。ここで、第一のバルブ１０４を開いた状態でポンプ１０６を駆動することによって希釈部１０７に流れる尿１０１の量と、第二のバルブ１０５を開いた状態でポンプ１０６を駆動することによって希釈部１０７に流れる水１０２の量をコントローラ１１５の制御により変化させることで希釈倍率を変化させることができる。その後、フィルタ１０９を通過し、旋光度測定部１１０において測定した旋光度より求めたグルコース濃度と希釈倍率を乗算することで尿１０１中のグルコース濃度を測定することができるものである。
【００２７】
上述のように、本実施形態においては尿中のグルコース以外の測定阻害成分を除去した上で旋光度を測定するため、高精度にグルコース濃度を測定することができる。また、尿を希釈することにより少ない樹脂量で測定阻害成分の除去が可能となるため、装置の小型化が可能となる。
【００２８】
また、本実施形態においては尿中のグルコース濃度を測定しているがそれに限るものではなく、フィルタ１０９内の樹脂類を選択することにより例えば尿タンパクなどの尿中のその他の旋光性成分の濃度を測定することも可能である。
【００２９】
（第二の実施形態）
次に第二の実施形態について図３を用いて説明する。本実施形態においても、第一の実施形態同様、尿１０１は水１０２により希釈され、フィルタ１０９を通過することでその測定阻害成分が除去される。本実施形態においてはグルコース濃度を測定するものとすると、測定阻害成分としてはグルコース以外の旋光性成分として様々な種類のアミノ酸、アスコルビン酸、ペプチド、タンパクなど、光線の透過率を低下させてしまう成分として、血液、タンパクなどが挙げられる。次に、フィルタ１０９を通過した尿は旋光度測定手段によりその旋光度を測定する。本実施形態における旋光度測定手段である旋光度測定部１１０は光源や偏光子などからなる光源部１１１、旋光子１１２、試料セル１１３、検光子や受光素子などからなる受光部１１４によって構成され、光源部１１１からの光線が旋光子１１２、試料セル１１３内の尿を透過して受光部１１４に到達し、試料セル１１３内の尿の旋光度を測定するものである。ここで、フィルタ１０９を通過した尿は試料セル１１３に到達し旋光度を測定するものであるが、このとき、試料セル１１３内の尿はグルコース以外の旋光性成分を含まないため、上述の式１よりグルコース濃度が求まるものである。
【００３０】
また、このときの尿１０１の希釈率に関しては、第一の実施形態と同様に、透過率測定手段である透過率測定部１０３により尿１０１の透過率を測定し、その透過率の値によって変化させる。これは尿１０１の透過率と尿中の測定阻害成分量は相関が見られるためであり、希釈倍率を透過率によって変化させることにより、最適な希釈倍率での希釈が可能となる。
【００３１】
本実施形態においては、尿１０１の希釈手段として、尿１０１を通すバルブ１０４と水１０２を通す第二のバルブ３０１、第三のバルブ３０２、第四のバルブ３０３を用いる。ここで、それぞれのバルブを通過する経路は同様の長さかつ同径であるとする。このとき、透過率測定部１０３の測定により、希釈倍率は２倍が最適であると判断された場合には、コントローラ１１５により第一のバルブ１０４と第二のバルブ３０１を開きポンプ１０
６を駆動する。ここで、それぞれのバルブを通ってくる経路は同じ長さ、同径であるため、尿１０１と水１０２は同量だけフィルタ１０９に流れて行き、結果として尿１０１は２倍に希釈された状態となる。同様に、３倍に希釈するのが最適となった場合は、第一のバルブ１０４、第二のバルブ３０１のほかに第三のバルブ３０２を開いてポンプを駆動することによって３倍に希釈することができる。同様の方法で４倍に希釈することも可能である。このように、尿１０１と水１０２を混合する箇所を特に設けなくとも、尿１０１と水１０２のフィルタ１０９への流量比を変化させることによって希釈を行うことができる。ここで、本実施形態においては最大４倍の希釈までとなっているが、経路を増やすことにより最大希釈倍率を増加することは可能である。
【００３２】
このように、尿を希釈する際に、水を流す経路を複数設け選択的に水を流す方法を用いた場合、攪拌などを必要とせずにポンプ１０６で送液するだけで希釈を行うことができるため、構造の簡略化につながるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第一の実施形態における濃度測定装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における尿の旋光度と尿の透過率との関係を示す図である。
【図３】本発明の第二の実施形態における濃度測定装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０１ 尿
１０２ 水
１０３ 透過率測定部
１０６ ポンプ
１０９ フィルタ
１１０ 旋光度測定部
１１１ 光源部
１１２ 旋光子
１１３ 試料セル
１１４ 受光部
１１５ コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿の旋光度を測定することにより該尿中の特定旋光性成分の濃度を測定する濃度測定装置であって、前記尿の透過率を測定する透過率測定手段と、前記尿を水で希釈する希釈手段と、該希釈手段によって希釈した尿中の前記特定旋光性成分以外の成分を除去するフィルタと、該フィルタを通過した尿の旋光度を測定する旋光度測定手段とを有し、前記透過率測定手段によって測定した前記尿の透過率より、前記希釈手段における前記尿の希釈倍率を変化させる濃度測定装置。
【請求項２】
前記フィルタは樹脂を充填したカラムであり、前記樹脂はイオン交換樹脂または合成吸着樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項３】
前記希釈手段は前記尿と前記水との前記フィルタへの流量比を変化させることにより前記尿の希釈倍率を変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の濃度測定装置。
【請求項４】
前記特定旋光性成分はグルコースまたは尿タンパクであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項１】
尿の旋光度を測定することにより該尿中の特定旋光性成分の濃度を測定する濃度測定装置であって、前記尿の透過率を測定する透過率測定手段と、前記尿を水で希釈する希釈手段と、該希釈手段によって希釈した尿中の前記特定旋光性成分以外の成分を除去するフィルタと、該フィルタを通過した尿の旋光度を測定する旋光度測定手段とを有し、前記透過率測定手段によって測定した前記尿の透過率より、前記希釈手段における前記尿の希釈倍率を変化させる濃度測定装置。
【請求項２】
前記フィルタは樹脂を充填したカラムであり、前記樹脂はイオン交換樹脂または合成吸着樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項３】
前記希釈手段は前記尿と前記水との前記フィルタへの流量比を変化させることにより前記尿の希釈倍率を変化させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の濃度測定装置。
【請求項４】
前記特定旋光性成分はグルコースまたは尿タンパクであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１９８８３３（Ｐ２００７−１９８８３３Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６２２８（Ｐ２００６−１６２２８）
【出願日】平成１８年１月２５日（２００６．１．２５）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２５日（２００６．１．２５）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
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