濃度測定装置

【課題】樹脂による除去工程は基本的に作業者が行うことが前提となっているが、作業の効率化を図るには自動化することが望ましい。しかしながら、そのまま撹拌子を使用して撹拌行程を自動化装置にするのは困難であるし、樹脂も容器も使い捨てにした場合はさらに撹拌行程はそのままでは困難である。
【解決手段】撹拌を自動化するために、フィルター容器内にあらかじめプラスチックゴミとして廃棄可能な磁性体を混在させておき、試料液をフィルター容器１３内に入れた後、１つの磁性体に交互に電流を流すことで磁場を発生させて、上記磁性体を左右に動かすことにより、試料液と樹脂が混在した混在液４２を撹拌する。このことにより、フィルター容器は順次搬送されて連続的に使用され、使い終わったフィルター容器はプラスチックゴミとして廃棄される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は尿中に含まれる成分の測定、特にグルコース濃度を高精度に測定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
尿中の成分を測定することは健康を管理する上で有用なことはよく知られている。特に尿中グルコース濃度の定量測定は年々増え続ける糖尿病の指標となるので重要である。尿中のグルコース濃度、すなわち尿糖濃度を測定する方法としてはＧＯＤ（グルコースオキシダーゼ）法による酵素を用いたバイオセンサーが知られている（例えば特許文献１参照）。上記の方法は選択透過膜を塗布した電極上にＧＯＤを固着させた酵素膜を設ける構成となっている。尿に接触させると以下の反応が起こる。
β^-D^-グルコース⁺→ D^-グルコノ^-δ^-ラクトン＋Ｈ₂Ｏ₂ ・・・（反応式１）
Ｈ₂Ｏ₂→２Ｈ⁺＋Ｏ₂ ＋２ｅ^-・・・（反応式２）
このとき発生する電流量を測定することによりグルコース濃度を求めることが出来る。
【０００３】
また、光学的に尿糖の濃度を測定することもできる（例えば特許文献２参照）。旋光度を用いた光学的方式においては、直接試料液に触れることなく測定することが可能であり、センサー部に汚れが付着することもないため、特に部品の交換や消耗品等を必要とせず、長い期間において測定が可能である。
【０００４】
旋光度より試料液内の旋光性物質の濃度を求める方法の原理は式１に基づく。
θ＝１／１００×[α]λＴ×ｃ×Ｌ（式１）
ここで、θは旋光度であり、一般に右旋光方向を＋、左旋光方向を−とする。[α]λＴは光線の波長がλ、温度がＴの場合の旋光性物質の比旋光度であり、物質固有の係数である。また、ｃは試料液中の旋光性物質の濃度、Ｌは試料液の光路長である。式１において、前述のように比旋光度[α]λＴは濃度測定前に既知の係数であり、試料液の光路長Ｌも同様に既知の値であるため、試料液に光線を通したときの旋光度θを測定することにより、試料液中の旋光性物質の濃度ｃを求めることが出来る。
【０００５】
しかし、上記の方法により所定成分の濃度を求めることは可能だが、実際の測定試料液は目的とする成分以外の成分が混在することが多い。例えば尿糖（尿中のグルコース）測定の場合は、尿中にビタミンＣ（アスコルビン酸）がサプリメントの摂取などにより排泄されることがある。アスコルビン酸は強い還元作用を持つため上述の酵素による測定の電流値に影響を及ぼすのみでなく、旋光性成分（比旋光度２３°）であるので上述の旋光度による測定にも影響を及ぼす。さらには尿中にはアスコルビン酸のみならずペプチドやアミノ酸など種々の測定阻害となる成分が存在する。また、これらの成分は測定精度の弊害となるばかりでなく、測定部位の汚れの原因となる成分が多く含まれている。
【０００６】
上記課題の解決策として、試料液中の旋光性物質による旋光角を測定することにより試料液中の旋光性物質の濃度を測定する光学測定装置において、樹脂類により除去することが有効である。例えば尿糖測定の場合は、ビタミンＣやアミノ酸はイオン交換樹脂により除去され、ペプチド類は合成吸着樹脂や活性炭により除去される。
【０００７】
上記樹脂類により、試料液中の阻害成分を除去して、光測定する際の工程を図６に示す。図中（ａ）は撹拌容器２９中の樹脂と試料液が混ざった混在液２８を撹拌装置３０によって回転する撹拌子２７が撹拌している様子を示す。ここで、所定量の樹脂の入った撹拌容器２９にピペットにより所定量の試料を入れることにより樹脂と試料が混ざった混在液
２８となる。この作業によって樹脂は試料液（尿）中の阻害成分を効率良く除去できる。図中（ｂ）は樹脂と試料液（尿）が混ざった混在液２８をロート３１中の濾紙（図示せず。）を通して樹脂を除去し、試料溶液のみを旋光測定セル８に流し込んでいる様子を示す。光学測定装置９は旋光測定セル８に光１６を透過させて、旋光測定セル８中の阻害成分の除去された試料液（尿）の旋光度を測定することにより所定の成分の濃度を求める。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２７１２５９号公報（図２）
【特許文献２】特開２０００−８１３８６号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した樹脂による除去工程は作業者が行うことが前提となっているが、多くの試料を測定する場合、手間となり、効率性に欠ける。
本発明では上述した問題点を解決し、目的成分を精度良く測定するための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】
【００１０】
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。
【００１１】
本発明の濃度測定装置は、定量的に所定の溶液成分を測定する濃度測定装置であって、定量的に所定の溶液成分を測定する手段としてバイオセンサーあるいは光学式センサーを備え、所定の溶液成分以外の成分を除去する手段として樹脂類およびプラスチックごみとして廃棄可能な磁性体の入ったフィルター容器を備え、磁性体をフィルター容器内で移動させる手段として磁場発生装置を備えることを特徴とする。
【００１２】
さらには、成分の測定手段が尿成分測定手段であることも好ましい。また、磁場発生装置を複数個有することも好ましい。
【００１３】
（作用）
従来の樹脂による除去手段は作業者が図６に従って、樹脂と試料液（尿）を撹拌して測定阻害成分を除去した後、所定の成分を測定していた。これを自動化するために本発明では図３（ａ）に示すとおり、フィルター容器１３内にあらかじめプラスチックゴミとして廃棄可能な磁性体４１を混在させておく。その後、図３（ｂ）、（ｃ）に示すとおり、電磁石１および電磁石２に交互に電流を流すことで磁場を発生させ、磁性体４１を動かすことにより、試料液（尿）と樹脂が混在した混在液４２を撹拌する。上記方法によれば、使い終わったフィルター容器１３はプラスチックゴミとして廃棄される。なお、図４に示すごとくフィルター容器１３は順次搬送されて連続的に使用される。
【００１４】
さらには、フィルター容器の外形形状を図５（ａ）のごとく磁界発生の中心から均等な距離とすることにより、樹脂と試料液（尿）の混在溶液と同程度の比重を持つ磁性体４４は、均等な磁力で引き寄せられるので均一な撹拌が行える。また、図５（ｂ）のごとくの形状として磁界発生の中心からの距離を上下方向で変えることにより、樹脂と試料液（尿）の混在溶液より比重の重い磁性体４６は、同程度の磁力で引き寄せられるので均一な撹拌が行える。
【００１５】
すなわち、本発明においては、使い捨てフィルター容器中の樹脂の撹拌を自動で行え、仕分け廃棄の手間もいらなくなる。さらには、樹脂の撹拌を効率よく行うことによって必
要樹脂量の軽減が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
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。フィルター容器中の樹脂の撹拌を自動で行え、仕分け廃棄の手間もいらなくなる。さらに、プラスチックごみとして廃棄可能な磁性体は主成分がプラスチックなので金属磁性体のように樹脂との間で影響を及ぼしあう可能性は低い。
【００１７】
また、撹拌機能を保持しながら、フィルター容器を交換するための方向の自由度が大きく、大量の試料を高速で測定する面で最適な構造をとることができる。さらには、樹脂の撹拌を効率よく行うことによって必要樹脂量の軽減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
（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。
【００１９】
図１は本発明による濃度測定装置の全体システム図を示す。図中、制御装置１０は全体システムを制御するためのＣＰＵおよび周辺回路から構成される。バイオセンサーまたは光学式センサーとして、光学測定装置９は旋光測定セル８の試料液（尿）の旋光度を測定するための装置であり、制御装置１０の指示によって測定する。洗浄容器４は洗浄液を保存するための容器であり、試料液容器３は測定する試料液（尿）を入れておく容器である。電磁弁６は洗浄容器４側または試料液容器３側を制御装置１０の指示に従って選択して開く機能を有する。電磁弁５は制御装置１０の指示に従って大気との開閉を行う。電磁弁１４および電磁弁１５は制御装置１０の指示に従って開閉を行う。
【００２０】
脱着装置１１および脱着装置１２は制御装置１０の指示に従ってフィルター容器１３を脱着するための装置である。フィルター容器１３は塩化ビニルで作製されており、阻害成分を除去するための樹脂（イオン交換樹脂と合成吸着樹脂）と撹拌のためのプラスチックゴミとして廃棄可能な磁性体（例えばディック精密部品（株）製ＦＰＡ２０２Ｆ）が入っている。また、フィルター容器１３には溶液が入る入口側と出口側に通液穴があり、出口側には樹脂を通過させないためのメンブレンフィルターを備えてある。フィルター容器１３は自動連続交換可能な機構となっている（図示せず）。電磁石１および電磁石２は交互に電流を流すことで磁場を発生して、上記磁性体を左右に動かすことにより、試料液（尿）と樹脂を撹拌する。光学測定装置９は旋光測定セル８の試料液（尿）の旋光度を測定するための装置であり、制御装置１０の指示によって測定する。ポンプ７は送液ポンプであり、制御装置１０の指示に従って液の搬送・停止を行う。
【００２１】
次に全体システムの動作について説明する。図２は制御装置１０のシステムフローチャートを示す。測定を開始すると、実行ステップ１７により電磁弁１４および電磁弁１５を閉じて溶液が流れないようにした後、次に実行ステップ１８により脱着装置１１および脱着装置１２により新しいフィルター容器１３を装着する。次に実行ステップ１９により電磁弁６の試料液容器側を開き、電磁弁１４および電磁弁１５を開くことにより、試料液（尿）がフィルター容器に搬送されるパスを確保する。次に実行ステップ２０により送液ポンプ７を動かし、フィルター容器１３に試料液（尿）が入りきる時間である２分後に送液ポンプ７を停止し、電磁弁１４および電磁弁１５を閉める。上記の動作により、フィルター容器１３内に試料液（尿）が保持されることとなる。
【００２２】
次に実行ステップ２１により電磁石１および電磁石２は交互に電流を流すことで磁場を発生して、上記磁性体を左右に動かすことにより試料液（尿）と樹脂を１分間撹拌する。
このステップによりイオン成分（アミノ酸やアスコルビン酸等）はフィルター中のイオン交換樹脂により吸着され、分子量の比較的大きな分子（ペプチドやタンパク質等）はフィルター中の合成吸着樹脂に吸着される。次に実行ステップ２２により、電磁弁５および電磁弁５を開けてフィルター容器１３中の試料液（尿）が測定セル８に搬送されるパスを確保し、１分間送液ポンプ７を動かして測定セル８に上記試料液（尿）を送液する。次に実行ステップ２３により、光学測定装置９は旋光測定セル８に光１６を透過させて、旋光測定セル８中の阻害成分の除去された試料液（尿）の旋光度を測定することにより尿中グルコース（尿糖）の濃度を求める。次に実行ステップ２４により、電磁弁６の洗浄水容器４側を開き電磁弁５を閉じ電磁弁１４を開けることにより、洗浄液が通液出来るパスを確保する。最後に実行ステップ２５により、３分間送液ポンプ７を動かすことにより、洗浄液でシステム全体を洗浄する。
【００２３】
次にフィルター容器１３内の樹脂の撹拌に関する詳細について説明する。図３は図２中の実行ステップ２１時のフィルター容器１３、電磁石１および電磁石２付近の詳細模式図である。図中、（ａ）は電磁石１および電磁石２には電流が流れていない状態を示し、（ｂ）は電磁石１のみに電流が流れている状態を示し、（ｃ）は電磁石２のみに電流が流れている状態を示す。図３（ａ）において混在液４２はフィルター容器１３内の樹脂と試料液（尿）の混ざり合った混在液を示す。磁性体４１はプラスチックとして廃棄可能な素材であり、ボンド磁性体の中にも種類によっては該当するものがある（例えばディック精密部品（株）製ＦＰＡ２０２Ｆ）。また、将来的にはパイ共役の繋がった高分子（東京大学大学院工学系研究科「C60分子を主鎖に含む高分子の合成と評価」北沢宏一他）は、磁性プラスチックに応用上有望な材料であることが知られている。
【００２４】
図３（ａ）のごとく電磁石１および電磁石２に電流が流れていない場合は、フィルター容器１３内の磁性体４１は分散した状態である。図（ｂ）のごとく電磁石１のみに電流が流れた場合は式２に従って発生する磁界によって、フィルター容器１３内の磁性体は電磁石１側に引き寄せられる。
Ｈ＝ｎｉ［Ａ／ｍ］（式２）
ここで、Ｈは磁界の強さ、ｎは導線の巻き数、ｉは導線に流れる電流を表す。
これに伴って、混在液４２も移動する。図（ｃ）のごとく電磁石２のみに電流が流れた場合は式２に従って発生する磁界によって、フィルター容器１３内の磁性体は電磁石２側に引き寄せられる。これに伴って、混在液４２も移動する。図３（ａ）の状態と（ｂ）の状態を繰り返し作り出すことにより、混在液４２は撹拌される（例えば３０Ｈｚ）。
【００２５】
次にフィルター容器１３の具体的な交換システムについて説明をする。図４はフィルター容器１３を連続的に自動交換するための詳細機構を示す。図中、脱着装置１１は上下する機能を持ち、フィルター容器をはずす際は上へ動き装着する際は下へ動く。脱着装置１２は上下する機能を持ち、フィルター容器をはずす際は下へ動き装着する際は上へ動く。フィルター容器１３ａは使用済みであり、フィルター容器１３ｂはこれから使用されるフィルター容器であり、以下フィルター容器１３ｃ、フィルター容器１３ｄ、フィルター容器１３ｅの順番で使用されていく。各フィルター容器はベルト３５に備えられている。
【００２６】
フィルター容器１３を交換する際（図２の実行ステップ１８）は脱着装置１１が上へ動き、脱着装置１２が下へ動いた後に、フィルター容器１３ｂが所定に位置になる長さ分だけベルト３５が図中の矢印の方向に引っ張られる。脱着装置１１が下に動き脱着装置１２が上に動くことにより、フィルター容器１３ｂが固定される。その後、電磁石１および電磁石２によってフィルター容器１３ｂ内は図２の実行ステップ２１により撹拌される。
【００２７】
以上の動作によりフィルター容器１３の自動交換が行われる。ここで、電磁石１および電磁石２はフィルター容器の両側に配置されているので、フィルター容器が入ってくる方
向および使用後に出て行く方向（図中矢印側）を阻害することはない。
【００２８】
（第二の実施形態）
図５は本発明の第二の実施形態の例である。図５（ａ）中、フィルター容器５１は内部の磁性体４４に対する磁力が一定になるようにフィルター容器１３を改良したものである。すなわち、磁力は式３（ビオ・サバールの法則）に従って距離に依存することより電磁石１から容器までの距離である磁界距離４３が一定になるよう工夫した。もちろん、電磁石２から容器までの距離も同様である。
Ｂ＝ｉ／２πｒ［Ａ／ｍ］（式３）
ここで、Ｂは磁石に働く力の大きさを表し、ｉは電流を表し、ｒは距離を表す。
これにより、樹脂と試料液（尿）の混合液４７は図中縦方向に関しても撹拌することができることになり、混合液４７全体を撹拌することになる。
【００２９】
図５（ｂ）は図５（ａ）をさらに改良したフィルター容器５２を示す。図５（ｂ）中、フィルター容器５２は内部の磁性体４６に対する磁力が一定になるようにフィルター容器１３の改良したものである。すなわち、磁力は式３に従って電磁石１から容器までの距離に依存する。しかしながら、樹脂と試料液（尿）の混合液４８より磁性体４６が重い場合は上方向になるに従って電磁石１から容器までの距離である磁界距離４５が短くなるよう工夫した。もちろん、電磁石２から容器までの距離も同様である。さらには、樹脂と試料液（尿）の混合液４８より磁性体４６が軽い場合は下方向になるに従って電磁石１から容器までの距離である磁界距離４５が短くなるよう工夫する。
これにより、樹脂と試料液（尿）の混合液４８は図中垂直方向に関しても撹拌することができることになり、混合液４８全体を撹拌することになる。
【００３０】
上記実施例では磁場発生装置として２つの電磁石を用いたが数に制限があるものではない。また、磁性体を図面では３個となっているが数や大きさに制限はない。また、試料液として尿、測定成分として尿糖としたが、試料液に制限があるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第一の実施形態における濃度測定装置のシステム構成を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施形態における濃度測定装置のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明の第一の実施形態における濃度測定装置のフィルター内の動きを示す図である。
【図４】本発明の第一の実施形態における濃度測定装置のフィルター交換部を示す図である。
【図５】本発明の第二の実施形態における濃度測定装置のフィルター形状を示す図である。
【図６】従来の濃度測定工程を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１電磁石
６電磁弁
７送液ポンプ
８旋光測定セル
９光学測定装置
１０制御装置
１１脱着装置
１３フィルター容器
２１実行ステップ
３５ベルト
４１磁性体
４２混在液
４３磁界距離
５１フィルター容器

【特許請求の範囲】
【請求項１】
定量的に所定の溶液成分を測定する濃度測定装置であって、前記定量的に所定の溶液成分を測定する手段としてバイオセンサーまたは光学式センサーを備え、樹脂類、および有機物を主成分とする磁性体が入ったフィルター容器により、前記所定の溶液成分以外の成分を除去し、磁場発生装置により前記磁性体を前記フィルター容器内で移動させる濃度測定装置。
【請求項２】
前記定量的に所定の溶液成分を測定する手段が尿成分測定手段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】
前記磁場発生装置を複数個有す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。

【図１】