濃度測定装置
【課題】 試料の旋光度を測定する事により試料内の旋光性物質の濃度を測定する濃度測定に於いて、試料中の所望の旋光性物質以外の旋光性物質を除去するのに、イオン交換樹脂や合成吸着剤、活性炭等を充填剤としたフィルターによる除去は有用である。ただし、試料中に想定以上の阻害成分が含まれていると、準備しておいたフィルターでは除去しきれず測定が不能になってしまう。
【解決手段】 測定対象物質がフィルターを通って、流出するのにかかる時間とその割合を予め調べておき、マイクロコンピューター等の記憶手段に記憶させる。時間経過に伴う測定対象物質流出率を利用した旋光度予測機能を付加することで測定不能を回避することができる。
【解決手段】 測定対象物質がフィルターを通って、流出するのにかかる時間とその割合を予め調べておき、マイクロコンピューター等の記憶手段に記憶させる。時間経過に伴う測定対象物質流出率を利用した旋光度予測機能を付加することで測定不能を回避することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は旋光性を利用した旋光性物質の濃度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、尿中グルコース測定は試験紙法や酵素電極法のような化学反応による検出方法が広く用いられている。しかし、試験紙を用いる手法では尿を扱わなければならない煩わしさが伴う。また、ＧＯＤ固定化酵素電極法などの酵素法は電極を試料に接触させる必要があり、装置の一部の交換、緩衝液の追加などの処置を行う必要があり、一定期間毎のメンテナンスを必要とする。
【０００３】
一方、旋光度等光学的手法に基づいた尿中グルコース測定は、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、特に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。また旋光度などを用いる光学的な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、無自覚で測定可能という利点もある。
【０００４】
旋光度より試料中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（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物質の比旋光度、ｃは試料中における旋光性物質の濃度、Ｌは試料の光路長である。式１において、比旋光度α（λ）は旋光性物質固有の係数であり、光線の波長λや温度によって変化する値ではあるが、濃度測定前に既知の値である。また、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、旋光性物質の濃度ｃを求めることが出来る。
【０００５】
上記の方法により旋光度測定より濃度を求めることは可能である。しかし、実際の測定試料は所望の旋光性物質以外の旋光性物質が混在することが多い。例えば、尿中グルコース測定の場合は、尿中にはタンパク質の一種であるアルブミンや、複数のアミノ酸が排泄される。また、サプリメントの摂取などにより基準値以上のアスコルビン酸が排泄されることもある。そこで、グルコース以外の旋光性物質を除去する必要があり、除去する方法としては化学的な手法と濾過などの物理的な手法が考えられる。例えば特許文献１のように、電荷を発生させて尿中の浮遊固形物質を局在化させることで除去する方法などが知られている。
【０００６】
しかし、腎臓疾患を有する患者や代謝疾患者の場合、アルブミンやアミノ酸の一種であるヒスチジンの異常排泄が起こりうる。判定精度が落ちて、尿糖値の区画表示にズレを起こす場合があることから、尿中への旋光性物質の異常な排泄を判断した場合は、測定結果を無効にする方法なども知られている (例えば特許文献２参照)。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１０７３５６号公報（図１）
【特許文献２】特開２００２−８２０４７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
代謝疾患や食事内容によって一時的な尿中への異常排泄の度に測定が無効になってしまっては、再測定するために安静にする必要があったり、また、尿中グルコース値の日内変
化を観察できなかったりと測定が煩わしいものとなり、ユーザーにとって芳しくない。
【０００９】
そこで本発明は上記の課題を解決し、より優れた機能を持った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】
前述した課題を解決するために、本発明による濃度測定装置は旋光性を利用して試料中に含まれる旋光性物質の濃度を測定する濃度測定装置であって、試料中の測定対象物質の旋光度測定を妨げる妨害物質を除去するフィルターを有し、旋光度予測を行う手段を有することを特徴とする。
【００１１】
また、旋光度予測は、測定対象物質の時間経過に伴う流出率を予め記憶手段に記憶させておくことで行うことが好ましい。
【００１２】
また、旋光度予測は、フィルター通過後の試料の旋光度を連続的に監視する監視手段を利用して行われることが好ましい。
【００１３】
また、監視手段において、旋光度が定常状態を示さなかった場合に、旋光度予測を行うことが好ましい。
【００１４】
また、本発明の濃度測定装置における試料は尿であり、測定対象物質が尿中グルコースである場合により有用である。
【００１５】
また、フィルターはイオン交換樹脂、合成吸着剤、活性炭またはそれらを組み合わせたものである場合により有用である。
【００１６】
（作用）
例えば、尿の旋光度を測定することにより尿中グルコース値を測定する濃度測定装置において、タンパク質やアミノ酸等のグルコース以外の旋光性物質を除去するフィルターは、有用である。しかし、想定していたよりも多量の旋光性物質が尿中に含まれていて、フィルターで除去しきれないことがある。そこで、測定対象物質の時間経過に伴う流出率を予め記憶手段に記憶させておき、その流出率を用いて旋光度予測を行う機能を付加することで、測定不能を回避することが可能となる。
【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】
旋光度予測機能を付加することで、測定対象物質の旋光度測定を妨げるような妨害物質が、想定以上含まれておりフィルターで除去しきれなかった場合でも測定が可能となる。
【００１９】
また、旋光度予測機能を平常的に使用することで、フィルターに必要な充填剤の量を減らすことができ、低コストでの装置の提供及び装置の小型化が可能となる。
【００２０】
また、旋光度予測機能を平常的に使用することで、測定時間短縮も可能となる。
【００２１】
また、旋光度予測機能を平常的に使用することで、少量の試料で測定が可能となり、流路の汚れを軽減することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を用いて本発明の濃度測定装置の最適な実施形態を説明する。
【００２３】
（第一の実施形態）
まず、図１は本発明の実施形態の例である。図１において採取部１は、試料が採取される容器である。採取部１には採取感知センサー２が取り付けられており、試料の有無を感知する。例えば、光による光学的検出や電極による電気的検出方法が考えられる。採取感知センサー２により試料が感知されると、制御回路３に信号が送られる。試料感知の信号を受け、制御回路３は送液バルブ４を開き、送液ポンプ５を起動する信号を送る。送液バルブ４と送液ポンプ５によって、試料は送液チューブ６を通り、フィルター7を通過する。フィルター7は、試料中の測定対象物質の旋光度測定を妨げる妨害物質を除去する機能をもったものである。フィルター７を通り、妨害物質が除去された試料は、旋光度測定セル８へと送液される。旋光度測定セル８に入った試料の旋光度は連続的に監視されており、そのデータは制御回路３へ送られる。また、試料は旋光度測定セル８に取り付けられた廃液用ノズル９より、廃棄される。
【００２４】
例えば、尿中の尿糖濃度を測定することを考える。尿中旋光成分には、グルコースだけでなく、アルブミン等のタンパク質、アミノ酸、アスコルビン酸などがある。尿をフィルター７に通すことで、尿糖以外の旋光成分を除去する必要があり、それら妨害物質を除去するには、合成吸着剤や活性炭などの高い吸着能力を持った吸着剤が有効である。また、イオン性の旋光成分はイオン交換樹脂のようなイオン交換作用をもったもので除去するとよい。妨害物質が陰イオン型のアミノ酸（Ｈ2Ｎ−ＣＨＲ−ＣＯＯ-）であり、強塩基性陰イオン交換樹脂で除去する場合の化学式１は以下の通りである。
R−N・OH- ＋ Ｈ2Ｎ−ＣＨＲ'−ＣＯＯ- →
Ｒ−N・ＣＯＯ-−ＣＨＲ'−ＮＨ2 ＋ OH-
ここで R−N・OH-は強塩基性陰イオン交換樹脂を示し、Ｒ'はアミノ酸特有の有機
分子を示す。
【００２５】
フィルター７に充填剤として、合成吸着剤、活性炭、イオン交換樹脂またはこれらを組み合わせたものを用いることで、試料中の測定対象物質の旋光度測定を妨げる妨害物質を除去が可能となる。
【００２６】
図２は本発明の旋光度測定部における実施形態の例である。図２において例えばレーザダイオードなどの光源１１より出射された光線をコリメートレンズ１２に入射する。コリメートレンズ１２によって平行光となった光線を次に偏光子１３に入射する。偏光子１３によって光線は偏光子１３の透過軸方向に光軸を持つ直線偏光となる。次に偏光子１３を透過してきた直線偏光を電気光学的な旋光度変調素子１４に入射する。図２に示す本実施形態においては、電気光学的な旋光度変調素子１４としてホモジニアス配向の液晶素子１５とλ／４波長板１６を用いている。ここで、液晶素子１５へ印加する電圧を変化させることにより、直線偏光の偏光軸方向を回転させること、すなわち旋光させることが出来る。
【００２７】
旋光度変調素子１４によって旋光度が変調された光線は次に旋光度測定セル８に入射する。ここで、旋光度測定セル８内に試料がある場合、旋光度測定セル８を通過する光線は、試料を通過する際、その試料内の旋光性物質によって未知の変位量だけ旋光する。このときの変位量は上述の式１のように試料内の旋光性物質の濃度、試料を通過する光線の光路長に比例する。
【００２８】
旋光度測定セル８を通過した光線は次に検光子１７に入射する。検光子１７においては、検光子１７の透過軸方向の光成分のみが透過し、光検出器１８の受光部に到達する。光
検出器１８は受光した光線の強度を電圧信号として出力するものである。このとき、例えば、検光子１７を回転させる、もしくは旋光度変調素子１４によって直線偏光の旋光度の変調範囲や変調量を変化させるなどの手段を用い、そのときの光検出器１８を観察することによって、試料の旋光度を測定することが出来る。マイクロコンピューター等の監視手段１９が光検出器１８で受光した光線の強度を示す電圧信号を常に受信することで、旋光度を連続的に監視することができる。また、記憶手段２０は、旋光度予測を行うために、測定対象物質の時間経過に伴う流出率を記憶させておく手段であり、例えば、マイクロコンピューター等がある。
【００２９】
また、上述の実施形態における電気光学的な旋光度変調手段としては液晶素子とλ／４波長板を用いているが、例えばファラデーセル、光弾性変調子またはポッケルセルなど、その他の素子を用いた場合にも本手法は有効である。
【００３０】
また、上述の実施形態において、監視手段と記憶手段はそれぞれ別のものとしているが、例えば、マイクロコンピューターを用いた場合など、監視手段と記憶手段が同一のものになってもよい。
【００３１】
図３は、充填剤としてイオン交換樹脂と合成吸着剤を詰めたフィルターに、グルコースを生理食塩水に溶解した試料を通液し、連続的に旋光度測定した結果である。用いた試料は２４４mg/ｄＬのグルコース溶液であったため、グルコースの比旋光度α（６３３） ＝＋4６（ｃ＝１０、Ｈ2Ｏ）とすると式１より、このグルコース溶液が示す旋光度値は０．１１２となるので、この値を理想旋光度とする。
【００３２】
時間Ｔ1は、試料を流し始めた時間である。時間Ｔ2より、旋光度が徐々に増加し、時間Ｔ3において理想旋光度に達する。時間Ｔ1から時間Ｔ2までの時間には、試料が流路を通ってフィルターから出始めるのにかかった時間であるので、流路の長さや流速によって変動する。また、試料はグルコース溶液であるため、旋光性を示す物質はグルコースのみである。したがって、時間Ｔ2から時間Ｔ3が示す旋光度の増加はグルコースがフィルターから流出する動向を表している。
【００３３】
時間Ｔ2から時間Ｔ3が示す旋光度の増加、つまり時間経過に伴いグルコースがフィルターから流出する割合をより分かりやすくするために、図３の時間経過に伴う旋光度をそれぞれ、理想旋光度で除算したものを、時間経過に伴うグルコース流出率とし、図４に示す。
【００３４】
一般的に、イオン交換樹脂や合成吸着剤などが充填剤として詰められたフィルターをある物質が通過するとき、その物質がフィルターから流出するのにかかる時間は、その物質の分子量や分子サイズ、充填剤との親和性等でそれぞれ決まっている。そのため、この時間経過に伴うグルコース流出率は、充填剤の種類やフィルターの長さ、送液速度には依存するものの、グルコースの濃度には依存しない。
【００３５】
図５は、グルコース濃度７３mg/ｄＬのグルコース溶液を用い、フィルターに通過させた場合の時間経過に伴うグルコース流出率であるが、図４のグルコース濃度２４４mg/ｄＬの試料を用いた場合の時間経過に伴うグルコース流出率と比べてみても、時間経過に伴うグルコース流出率はほとんど同じであることが言える。
【００３６】
つまり、この時間経過に伴うグルコース流出率を記憶手段に記憶させておけば、旋光度予測が可能となる。
【００３７】
図6は、尿を試料としフィルターを通してグルコース以外の旋光性物質を除去し、旋光
度を測定した場合の時間Ｔに伴う旋光度変化である。グルコース以外のものは妨害物質としてフィルターで除去されるので、言わばグルコース溶液を測定することとなる。時間Ｔaからグルコースの流出が始まり、時間Ｔbで、グルコースの流出率が１００％である試料の旋光度が検知される。つまり、グルコースの流出率が１００％である試料の旋光度とは、尿中グルコースの旋光度であり、求めたい旋光度である。旋光度が定常状態になった時間Ｔbの旋光度より式１を用いて濃度演算が可能となる。しかし、試料が尿である場合、単なるグルコース溶液とは違い、フィルターでグルコース以外の旋光成分を除去している。そのため、フィルターの除去能力が低下し始めた時間Ｔcから、フィルターで除去しきれなくなった妨害物質が流出し始める。例えば、妨害物質が左旋光の場合は、時間Ｔcから旋光度は低下する。また、妨害物質が右旋光の場合、旋光度は増加する。グルコース以外の旋光性成分がフィルターによって除去されている間、つまり時間Ｔaから時間Ｔcでは、旋光度の増減はグルコースにのみ由来するものであるため、時間経過に伴うグルコースの流出率に換算できる。また、試料に含まれているグルコースの濃度によって旋光度の値は異なるものの、時間経過に伴うグルコースの流出率に換算した場合その値は同じになる。
【００３８】
図７(実線)は、尿中にグルコース以外の旋光性物質が想定以上含まれており、フィルターで除去しきれなかった場合の時間経過に伴う旋光度変化である。本来であれば、図５の時間Ｔbのように妨害物質が除去され、なおかつグルコースの流出率が１００％である試料の旋光度が定常状態で検知されるのだが、時間Ｔdにおいて、フィルターで除去しきれなくなった阻害成分が流出し始めるため、グルコースの流出率が１００％になる時間Ｔbでは、妨害物質の旋光度値も含まれた値を検知することになり、グルコースのみの旋光度が検知できず、濃度測定が行えない。
【００３９】
そこで、時間経過に伴うグルコース流出率を用い、旋光度予測を行う。旋光度予測は監視手段において、旋光度が定常状態を示さなかった場合に行う。定常状態が得られなかった場合、フィルターの能力が想定より早く限界を迎えてしまっただけで、フィルターの除去能力が皆無であったわけではない。つまり、試料を流し始めてから、阻害成分が流出してしまうまでの時間は、阻害成分は除去できている。図７において、時間Ｔaから時間Ｔdに関しては、阻害成分は除去されており、旋光度の増減はグルコースにのみ由来するものであるため、得られた旋光度を時間経過に伴うグルコース流出率に換算できる。ただし、時間Ｔaから時間Ｔdの間だけでは、グルコース流出率は１００％には達していない。そこで、予めマイクロコンピューター等に、測定対象物質の時間経過に伴う流出率を記憶させておき、その値を用いて、旋光度予測を行う。
【００４０】
例えば、ある時間Tiにおいて、グルコース流出率がＸi％であることをマイクロコンピューターに記憶させておく。この記憶させておく値は、使用するフィルターの充填剤の種類や量、送液速度などに依存するので、条件にあった値を予め調べておく必要がある。実際に、尿中グルコースの濃度測定を行うために、尿を試料としフィルターに通した場合、旋光度の連続的監視によって得られた時間Tiにおける旋光度がＡiであったとすると、式２より尿中グルコースの旋光度が求められる。
尿中グルコースの旋光度＝Ａi×100／Ｘi (式２)
式２より得られた尿中グルコースの旋光度と式１より、尿中グルコース濃度が求められる。このようにして、ある時間Tiにおけるグルコース流出率がＸi％を記憶させておくことで、旋光度を予測し、濃度を求めることが出来る。
【００４１】
ただし、時間Tiは、阻害成分が除去されており、グルコースのみが流出している時間でなければならない。予め時間Tiにおけるグルコース流出率Ｘi％は記憶させておく必要があるため、時間Tiにおいて、阻害成分が除去できているかは定かではない。あまりにも阻害成分が多く、時間Tiにおいて、既にフィルターの能力が低下し、阻害成分が流出してい
る可能性がある。そこで、時間Tiだけでなく、時間Tiより経過時間の短い時間Tjにおいても同様に、グルコース流出率Ｘj％を記憶させておく。時間Tiと時間Tjの２点について旋光度予測を行い、予測結果が同じになるかどうか確認することでより確実な予測を行うことが出来る。
万が一、時間Tiの旋光度から予測した値と時間Tjの旋光度から予測した値に大きなズレが生じたら、経過時間の長い時間Tiについては、フィルターの除去能力が低下して、妨害物質が流出している時の値である可能性がある。そのため、時間経過に伴うグルコース流出率は使用できず、予測は不可能である。大きなズレが生じた場合は、より時間経過の短い時間Tjの旋光度を使用し、予測を行うとよい。また、時間Ｔにおけるグルコース流出率を記憶させておくのは２点に限らず、２点以上であればより精度の高い予測となる。
【００４２】
上述のように、装置に旋光度予測機能を付加することで、尿中への旋光性物質の異常な排泄がありフィルターで除去しきれず、定常状態を示さなかった場合でも、尿中グルコースの濃度測定が可能となり、測定不能を回避することができる。
【００４３】
(第二の実施形態)
次に第二の実施形態について説明する。装置構成や旋光度を測定する系及び旋光度予測方法に関しては第一の実施形態と同様のものとする。装置に付加した旋光度予測機能を、想定以上の妨害物質による測定不能を回避する目的で使用するのではなく、平常的に使用する。つまり、監視手段によって定常状態が確認されなかった場合に、予測機能を用いるのではなく、定常状態が得らようが得られまいが関係なく予測機能を用いる。このように、旋光度予測機能を平常的に使用することで、いくつかのメリットが生まれる。例えば、尿中グルコース測定の場合、グルコースが１００％流出する時間まで、妨害物質を除去し続ける必要がなくなるためフィルターの充填剤の量を減らすことが出来る。また、フィルターの充填剤の量を減らすことが出来ると、安いコストでの装置の提供や装置の小型化が可能となる。また、少量の試料での測定が可能となり、測定時間も短縮できる。
【００４４】
(第三の実施形態)
次に第三の実施形態について図８を用いて説明する。旋光度を測定する系及び旋光度予測方法に関しては、第一の実施形態と同様のものとする。ただし、旋光度予測を行う場合は、送液チューブ６に付けられた流速測定装置２１を用いて、試料の送液速度が計測される。時間経過に伴うグルコース流出率を用いた旋光度予測は、送液速度に大きく依存した予測方法であるため、速度を確実に制御する必要がある。送液速度は送液ポンプにて制御されているが、試料によって粘度等が変わりやすい生体試料においては、流速測定装置を設けることで、より確実な速度制御が可能となる。
【００４５】
そこで例えば、超音波センサーを利用した流速計などが考えられる。図9に示すように、送液チューブ６に超音波センサー２２及び超音波センサー２3のように、特定の位置に超音波センサーを取り付ける。超音波センサー間で、交互に超音波を送受信することで、超音波伝搬速度を測定し、伝搬距離や超音波センサー間の角度より、流速を求める方法などがある。また、この方法に限らず、電気式、機械式等でも流速を測定する方法であればよい。
【００４６】
予め記憶させた時間経過に伴うグルコース流出率を算出した場合の流速値と流速測定装置によって計測された流速値を比較し、同様であれば問題ないが流速値が異なる場合は、グルコース流出率を修正する必要がある。例えば、流速Ｖ1において、ある時間Tiにおいて、グルコース流出率がＸi％であると記憶させたのに、流速を測定してみたらＶ2であった場合、流速Ｖ2におけるある時間Tiにおいてのグルコース流出率Ｘkは式３より求められる。
Ｘk＝Ｖ2／Ｖ1×Ｘi(式３)
これは、流速とグルコース流出率が比例関係にあることを利用している。また、グルコース流出率Ｘは０＜Ｘ≦100でなければならない。
【００４７】
ここで、上述の実施形態においては試料として尿および測定対象物質として尿中グルコースとしているが、これに限るものではなく、様々な成分が混在している試料中で特定の旋光性物質の濃度を測定する際には有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【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概略図である。
【図２】本発明の旋光度測定部の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の濃度測定装置の実施形態における経過時間と旋光度との関係を示す図である。
【図４】本発明の濃度測定装置の実施形態における時間経過に伴うグルコース流出率を示す図である。
【図５】本発明の濃度測定装置の実施形態における時間経過に伴うグルコース流出率を示す図である。
【図６】本発明の濃度測定装置の実施形態における経過時間と旋光度との関係を示す図である。
【図７】本発明の濃度測定装置の実施形態において旋光性物質が想定以上含まれていた場合の経過時間と旋光度との関係を示す図である。
【図８】本発明の第三の実施形態における濃度測定装置の構成を示す概略図である。
【図９】本発明の第三の実施形態における濃度測定装置の構成の一部を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 採取部
２ 採取感知センサー
３ 制御回路
４ 送液バルブ
５ 送液ポンプ
６ 送液チューブ
７ フィルター
８ 旋光度測定セル
９ 廃液用ノズル
１１ 光源
１２ コリメートレンズ
１３ 偏光子
１４ 旋光度変調素子
１５ 液晶素子
１６ λ／４波長板
１７ 検光子
１８ 光検出器
１９ 監視手段
２０ 記憶手段
２１ 流速測定装置
２２ 超音波センサー
２３ 超音波センサー
【技術分野】
【０００１】
本発明は旋光性を利用した旋光性物質の濃度測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、尿中グルコース測定は試験紙法や酵素電極法のような化学反応による検出方法が広く用いられている。しかし、試験紙を用いる手法では尿を扱わなければならない煩わしさが伴う。また、ＧＯＤ固定化酵素電極法などの酵素法は電極を試料に接触させる必要があり、装置の一部の交換、緩衝液の追加などの処置を行う必要があり、一定期間毎のメンテナンスを必要とする。
【０００３】
一方、旋光度等光学的手法に基づいた尿中グルコース測定は、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、特に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。また旋光度などを用いる光学的な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、無自覚で測定可能という利点もある。
【０００４】
旋光度より試料中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（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物質の比旋光度、ｃは試料中における旋光性物質の濃度、Ｌは試料の光路長である。式１において、比旋光度α（λ）は旋光性物質固有の係数であり、光線の波長λや温度によって変化する値ではあるが、濃度測定前に既知の値である。また、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、旋光性物質の濃度ｃを求めることが出来る。
【０００５】
上記の方法により旋光度測定より濃度を求めることは可能である。しかし、実際の測定試料は所望の旋光性物質以外の旋光性物質が混在することが多い。例えば、尿中グルコース測定の場合は、尿中にはタンパク質の一種であるアルブミンや、複数のアミノ酸が排泄される。また、サプリメントの摂取などにより基準値以上のアスコルビン酸が排泄されることもある。そこで、グルコース以外の旋光性物質を除去する必要があり、除去する方法としては化学的な手法と濾過などの物理的な手法が考えられる。例えば特許文献１のように、電荷を発生させて尿中の浮遊固形物質を局在化させることで除去する方法などが知られている。
【０００６】
しかし、腎臓疾患を有する患者や代謝疾患者の場合、アルブミンやアミノ酸の一種であるヒスチジンの異常排泄が起こりうる。判定精度が落ちて、尿糖値の区画表示にズレを起こす場合があることから、尿中への旋光性物質の異常な排泄を判断した場合は、測定結果を無効にする方法なども知られている (例えば特許文献２参照)。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１０７３５６号公報（図１）
【特許文献２】特開２００２−８２０４７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
代謝疾患や食事内容によって一時的な尿中への異常排泄の度に測定が無効になってしまっては、再測定するために安静にする必要があったり、また、尿中グルコース値の日内変
化を観察できなかったりと測定が煩わしいものとなり、ユーザーにとって芳しくない。
【０００９】
そこで本発明は上記の課題を解決し、より優れた機能を持った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】
前述した課題を解決するために、本発明による濃度測定装置は旋光性を利用して試料中に含まれる旋光性物質の濃度を測定する濃度測定装置であって、試料中の測定対象物質の旋光度測定を妨げる妨害物質を除去するフィルターを有し、旋光度予測を行う手段を有することを特徴とする。
【００１１】
また、旋光度予測は、測定対象物質の時間経過に伴う流出率を予め記憶手段に記憶させておくことで行うことが好ましい。
【００１２】
また、旋光度予測は、フィルター通過後の試料の旋光度を連続的に監視する監視手段を利用して行われることが好ましい。
【００１３】
また、監視手段において、旋光度が定常状態を示さなかった場合に、旋光度予測を行うことが好ましい。
【００１４】
また、本発明の濃度測定装置における試料は尿であり、測定対象物質が尿中グルコースである場合により有用である。
【００１５】
また、フィルターはイオン交換樹脂、合成吸着剤、活性炭またはそれらを組み合わせたものである場合により有用である。
【００１６】
（作用）
例えば、尿の旋光度を測定することにより尿中グルコース値を測定する濃度測定装置において、タンパク質やアミノ酸等のグルコース以外の旋光性物質を除去するフィルターは、有用である。しかし、想定していたよりも多量の旋光性物質が尿中に含まれていて、フィルターで除去しきれないことがある。そこで、測定対象物質の時間経過に伴う流出率を予め記憶手段に記憶させておき、その流出率を用いて旋光度予測を行う機能を付加することで、測定不能を回避することが可能となる。
【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】
旋光度予測機能を付加することで、測定対象物質の旋光度測定を妨げるような妨害物質が、想定以上含まれておりフィルターで除去しきれなかった場合でも測定が可能となる。
【００１９】
また、旋光度予測機能を平常的に使用することで、フィルターに必要な充填剤の量を減らすことができ、低コストでの装置の提供及び装置の小型化が可能となる。
【００２０】
また、旋光度予測機能を平常的に使用することで、測定時間短縮も可能となる。
【００２１】
また、旋光度予測機能を平常的に使用することで、少量の試料で測定が可能となり、流路の汚れを軽減することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を用いて本発明の濃度測定装置の最適な実施形態を説明する。
【００２３】
（第一の実施形態）
まず、図１は本発明の実施形態の例である。図１において採取部１は、試料が採取される容器である。採取部１には採取感知センサー２が取り付けられており、試料の有無を感知する。例えば、光による光学的検出や電極による電気的検出方法が考えられる。採取感知センサー２により試料が感知されると、制御回路３に信号が送られる。試料感知の信号を受け、制御回路３は送液バルブ４を開き、送液ポンプ５を起動する信号を送る。送液バルブ４と送液ポンプ５によって、試料は送液チューブ６を通り、フィルター7を通過する。フィルター7は、試料中の測定対象物質の旋光度測定を妨げる妨害物質を除去する機能をもったものである。フィルター７を通り、妨害物質が除去された試料は、旋光度測定セル８へと送液される。旋光度測定セル８に入った試料の旋光度は連続的に監視されており、そのデータは制御回路３へ送られる。また、試料は旋光度測定セル８に取り付けられた廃液用ノズル９より、廃棄される。
【００２４】
例えば、尿中の尿糖濃度を測定することを考える。尿中旋光成分には、グルコースだけでなく、アルブミン等のタンパク質、アミノ酸、アスコルビン酸などがある。尿をフィルター７に通すことで、尿糖以外の旋光成分を除去する必要があり、それら妨害物質を除去するには、合成吸着剤や活性炭などの高い吸着能力を持った吸着剤が有効である。また、イオン性の旋光成分はイオン交換樹脂のようなイオン交換作用をもったもので除去するとよい。妨害物質が陰イオン型のアミノ酸（Ｈ2Ｎ−ＣＨＲ−ＣＯＯ-）であり、強塩基性陰イオン交換樹脂で除去する場合の化学式１は以下の通りである。
R−N・OH- ＋ Ｈ2Ｎ−ＣＨＲ'−ＣＯＯ- →
Ｒ−N・ＣＯＯ-−ＣＨＲ'−ＮＨ2 ＋ OH-
ここで R−N・OH-は強塩基性陰イオン交換樹脂を示し、Ｒ'はアミノ酸特有の有機
分子を示す。
【００２５】
フィルター７に充填剤として、合成吸着剤、活性炭、イオン交換樹脂またはこれらを組み合わせたものを用いることで、試料中の測定対象物質の旋光度測定を妨げる妨害物質を除去が可能となる。
【００２６】
図２は本発明の旋光度測定部における実施形態の例である。図２において例えばレーザダイオードなどの光源１１より出射された光線をコリメートレンズ１２に入射する。コリメートレンズ１２によって平行光となった光線を次に偏光子１３に入射する。偏光子１３によって光線は偏光子１３の透過軸方向に光軸を持つ直線偏光となる。次に偏光子１３を透過してきた直線偏光を電気光学的な旋光度変調素子１４に入射する。図２に示す本実施形態においては、電気光学的な旋光度変調素子１４としてホモジニアス配向の液晶素子１５とλ／４波長板１６を用いている。ここで、液晶素子１５へ印加する電圧を変化させることにより、直線偏光の偏光軸方向を回転させること、すなわち旋光させることが出来る。
【００２７】
旋光度変調素子１４によって旋光度が変調された光線は次に旋光度測定セル８に入射する。ここで、旋光度測定セル８内に試料がある場合、旋光度測定セル８を通過する光線は、試料を通過する際、その試料内の旋光性物質によって未知の変位量だけ旋光する。このときの変位量は上述の式１のように試料内の旋光性物質の濃度、試料を通過する光線の光路長に比例する。
【００２８】
旋光度測定セル８を通過した光線は次に検光子１７に入射する。検光子１７においては、検光子１７の透過軸方向の光成分のみが透過し、光検出器１８の受光部に到達する。光
検出器１８は受光した光線の強度を電圧信号として出力するものである。このとき、例えば、検光子１７を回転させる、もしくは旋光度変調素子１４によって直線偏光の旋光度の変調範囲や変調量を変化させるなどの手段を用い、そのときの光検出器１８を観察することによって、試料の旋光度を測定することが出来る。マイクロコンピューター等の監視手段１９が光検出器１８で受光した光線の強度を示す電圧信号を常に受信することで、旋光度を連続的に監視することができる。また、記憶手段２０は、旋光度予測を行うために、測定対象物質の時間経過に伴う流出率を記憶させておく手段であり、例えば、マイクロコンピューター等がある。
【００２９】
また、上述の実施形態における電気光学的な旋光度変調手段としては液晶素子とλ／４波長板を用いているが、例えばファラデーセル、光弾性変調子またはポッケルセルなど、その他の素子を用いた場合にも本手法は有効である。
【００３０】
また、上述の実施形態において、監視手段と記憶手段はそれぞれ別のものとしているが、例えば、マイクロコンピューターを用いた場合など、監視手段と記憶手段が同一のものになってもよい。
【００３１】
図３は、充填剤としてイオン交換樹脂と合成吸着剤を詰めたフィルターに、グルコースを生理食塩水に溶解した試料を通液し、連続的に旋光度測定した結果である。用いた試料は２４４mg/ｄＬのグルコース溶液であったため、グルコースの比旋光度α（６３３） ＝＋4６（ｃ＝１０、Ｈ2Ｏ）とすると式１より、このグルコース溶液が示す旋光度値は０．１１２となるので、この値を理想旋光度とする。
【００３２】
時間Ｔ1は、試料を流し始めた時間である。時間Ｔ2より、旋光度が徐々に増加し、時間Ｔ3において理想旋光度に達する。時間Ｔ1から時間Ｔ2までの時間には、試料が流路を通ってフィルターから出始めるのにかかった時間であるので、流路の長さや流速によって変動する。また、試料はグルコース溶液であるため、旋光性を示す物質はグルコースのみである。したがって、時間Ｔ2から時間Ｔ3が示す旋光度の増加はグルコースがフィルターから流出する動向を表している。
【００３３】
時間Ｔ2から時間Ｔ3が示す旋光度の増加、つまり時間経過に伴いグルコースがフィルターから流出する割合をより分かりやすくするために、図３の時間経過に伴う旋光度をそれぞれ、理想旋光度で除算したものを、時間経過に伴うグルコース流出率とし、図４に示す。
【００３４】
一般的に、イオン交換樹脂や合成吸着剤などが充填剤として詰められたフィルターをある物質が通過するとき、その物質がフィルターから流出するのにかかる時間は、その物質の分子量や分子サイズ、充填剤との親和性等でそれぞれ決まっている。そのため、この時間経過に伴うグルコース流出率は、充填剤の種類やフィルターの長さ、送液速度には依存するものの、グルコースの濃度には依存しない。
【００３５】
図５は、グルコース濃度７３mg/ｄＬのグルコース溶液を用い、フィルターに通過させた場合の時間経過に伴うグルコース流出率であるが、図４のグルコース濃度２４４mg/ｄＬの試料を用いた場合の時間経過に伴うグルコース流出率と比べてみても、時間経過に伴うグルコース流出率はほとんど同じであることが言える。
【００３６】
つまり、この時間経過に伴うグルコース流出率を記憶手段に記憶させておけば、旋光度予測が可能となる。
【００３７】
図6は、尿を試料としフィルターを通してグルコース以外の旋光性物質を除去し、旋光
度を測定した場合の時間Ｔに伴う旋光度変化である。グルコース以外のものは妨害物質としてフィルターで除去されるので、言わばグルコース溶液を測定することとなる。時間Ｔaからグルコースの流出が始まり、時間Ｔbで、グルコースの流出率が１００％である試料の旋光度が検知される。つまり、グルコースの流出率が１００％である試料の旋光度とは、尿中グルコースの旋光度であり、求めたい旋光度である。旋光度が定常状態になった時間Ｔbの旋光度より式１を用いて濃度演算が可能となる。しかし、試料が尿である場合、単なるグルコース溶液とは違い、フィルターでグルコース以外の旋光成分を除去している。そのため、フィルターの除去能力が低下し始めた時間Ｔcから、フィルターで除去しきれなくなった妨害物質が流出し始める。例えば、妨害物質が左旋光の場合は、時間Ｔcから旋光度は低下する。また、妨害物質が右旋光の場合、旋光度は増加する。グルコース以外の旋光性成分がフィルターによって除去されている間、つまり時間Ｔaから時間Ｔcでは、旋光度の増減はグルコースにのみ由来するものであるため、時間経過に伴うグルコースの流出率に換算できる。また、試料に含まれているグルコースの濃度によって旋光度の値は異なるものの、時間経過に伴うグルコースの流出率に換算した場合その値は同じになる。
【００３８】
図７(実線)は、尿中にグルコース以外の旋光性物質が想定以上含まれており、フィルターで除去しきれなかった場合の時間経過に伴う旋光度変化である。本来であれば、図５の時間Ｔbのように妨害物質が除去され、なおかつグルコースの流出率が１００％である試料の旋光度が定常状態で検知されるのだが、時間Ｔdにおいて、フィルターで除去しきれなくなった阻害成分が流出し始めるため、グルコースの流出率が１００％になる時間Ｔbでは、妨害物質の旋光度値も含まれた値を検知することになり、グルコースのみの旋光度が検知できず、濃度測定が行えない。
【００３９】
そこで、時間経過に伴うグルコース流出率を用い、旋光度予測を行う。旋光度予測は監視手段において、旋光度が定常状態を示さなかった場合に行う。定常状態が得られなかった場合、フィルターの能力が想定より早く限界を迎えてしまっただけで、フィルターの除去能力が皆無であったわけではない。つまり、試料を流し始めてから、阻害成分が流出してしまうまでの時間は、阻害成分は除去できている。図７において、時間Ｔaから時間Ｔdに関しては、阻害成分は除去されており、旋光度の増減はグルコースにのみ由来するものであるため、得られた旋光度を時間経過に伴うグルコース流出率に換算できる。ただし、時間Ｔaから時間Ｔdの間だけでは、グルコース流出率は１００％には達していない。そこで、予めマイクロコンピューター等に、測定対象物質の時間経過に伴う流出率を記憶させておき、その値を用いて、旋光度予測を行う。
【００４０】
例えば、ある時間Tiにおいて、グルコース流出率がＸi％であることをマイクロコンピューターに記憶させておく。この記憶させておく値は、使用するフィルターの充填剤の種類や量、送液速度などに依存するので、条件にあった値を予め調べておく必要がある。実際に、尿中グルコースの濃度測定を行うために、尿を試料としフィルターに通した場合、旋光度の連続的監視によって得られた時間Tiにおける旋光度がＡiであったとすると、式２より尿中グルコースの旋光度が求められる。
尿中グルコースの旋光度＝Ａi×100／Ｘi (式２)
式２より得られた尿中グルコースの旋光度と式１より、尿中グルコース濃度が求められる。このようにして、ある時間Tiにおけるグルコース流出率がＸi％を記憶させておくことで、旋光度を予測し、濃度を求めることが出来る。
【００４１】
ただし、時間Tiは、阻害成分が除去されており、グルコースのみが流出している時間でなければならない。予め時間Tiにおけるグルコース流出率Ｘi％は記憶させておく必要があるため、時間Tiにおいて、阻害成分が除去できているかは定かではない。あまりにも阻害成分が多く、時間Tiにおいて、既にフィルターの能力が低下し、阻害成分が流出してい
る可能性がある。そこで、時間Tiだけでなく、時間Tiより経過時間の短い時間Tjにおいても同様に、グルコース流出率Ｘj％を記憶させておく。時間Tiと時間Tjの２点について旋光度予測を行い、予測結果が同じになるかどうか確認することでより確実な予測を行うことが出来る。
万が一、時間Tiの旋光度から予測した値と時間Tjの旋光度から予測した値に大きなズレが生じたら、経過時間の長い時間Tiについては、フィルターの除去能力が低下して、妨害物質が流出している時の値である可能性がある。そのため、時間経過に伴うグルコース流出率は使用できず、予測は不可能である。大きなズレが生じた場合は、より時間経過の短い時間Tjの旋光度を使用し、予測を行うとよい。また、時間Ｔにおけるグルコース流出率を記憶させておくのは２点に限らず、２点以上であればより精度の高い予測となる。
【００４２】
上述のように、装置に旋光度予測機能を付加することで、尿中への旋光性物質の異常な排泄がありフィルターで除去しきれず、定常状態を示さなかった場合でも、尿中グルコースの濃度測定が可能となり、測定不能を回避することができる。
【００４３】
(第二の実施形態)
次に第二の実施形態について説明する。装置構成や旋光度を測定する系及び旋光度予測方法に関しては第一の実施形態と同様のものとする。装置に付加した旋光度予測機能を、想定以上の妨害物質による測定不能を回避する目的で使用するのではなく、平常的に使用する。つまり、監視手段によって定常状態が確認されなかった場合に、予測機能を用いるのではなく、定常状態が得らようが得られまいが関係なく予測機能を用いる。このように、旋光度予測機能を平常的に使用することで、いくつかのメリットが生まれる。例えば、尿中グルコース測定の場合、グルコースが１００％流出する時間まで、妨害物質を除去し続ける必要がなくなるためフィルターの充填剤の量を減らすことが出来る。また、フィルターの充填剤の量を減らすことが出来ると、安いコストでの装置の提供や装置の小型化が可能となる。また、少量の試料での測定が可能となり、測定時間も短縮できる。
【００４４】
(第三の実施形態)
次に第三の実施形態について図８を用いて説明する。旋光度を測定する系及び旋光度予測方法に関しては、第一の実施形態と同様のものとする。ただし、旋光度予測を行う場合は、送液チューブ６に付けられた流速測定装置２１を用いて、試料の送液速度が計測される。時間経過に伴うグルコース流出率を用いた旋光度予測は、送液速度に大きく依存した予測方法であるため、速度を確実に制御する必要がある。送液速度は送液ポンプにて制御されているが、試料によって粘度等が変わりやすい生体試料においては、流速測定装置を設けることで、より確実な速度制御が可能となる。
【００４５】
そこで例えば、超音波センサーを利用した流速計などが考えられる。図9に示すように、送液チューブ６に超音波センサー２２及び超音波センサー２3のように、特定の位置に超音波センサーを取り付ける。超音波センサー間で、交互に超音波を送受信することで、超音波伝搬速度を測定し、伝搬距離や超音波センサー間の角度より、流速を求める方法などがある。また、この方法に限らず、電気式、機械式等でも流速を測定する方法であればよい。
【００４６】
予め記憶させた時間経過に伴うグルコース流出率を算出した場合の流速値と流速測定装置によって計測された流速値を比較し、同様であれば問題ないが流速値が異なる場合は、グルコース流出率を修正する必要がある。例えば、流速Ｖ1において、ある時間Tiにおいて、グルコース流出率がＸi％であると記憶させたのに、流速を測定してみたらＶ2であった場合、流速Ｖ2におけるある時間Tiにおいてのグルコース流出率Ｘkは式３より求められる。
Ｘk＝Ｖ2／Ｖ1×Ｘi(式３)
これは、流速とグルコース流出率が比例関係にあることを利用している。また、グルコース流出率Ｘは０＜Ｘ≦100でなければならない。
【００４７】
ここで、上述の実施形態においては試料として尿および測定対象物質として尿中グルコースとしているが、これに限るものではなく、様々な成分が混在している試料中で特定の旋光性物質の濃度を測定する際には有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【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概略図である。
【図２】本発明の旋光度測定部の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の濃度測定装置の実施形態における経過時間と旋光度との関係を示す図である。
【図４】本発明の濃度測定装置の実施形態における時間経過に伴うグルコース流出率を示す図である。
【図５】本発明の濃度測定装置の実施形態における時間経過に伴うグルコース流出率を示す図である。
【図６】本発明の濃度測定装置の実施形態における経過時間と旋光度との関係を示す図である。
【図７】本発明の濃度測定装置の実施形態において旋光性物質が想定以上含まれていた場合の経過時間と旋光度との関係を示す図である。
【図８】本発明の第三の実施形態における濃度測定装置の構成を示す概略図である。
【図９】本発明の第三の実施形態における濃度測定装置の構成の一部を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ 採取部
２ 採取感知センサー
３ 制御回路
４ 送液バルブ
５ 送液ポンプ
６ 送液チューブ
７ フィルター
８ 旋光度測定セル
９ 廃液用ノズル
１１ 光源
１２ コリメートレンズ
１３ 偏光子
１４ 旋光度変調素子
１５ 液晶素子
１６ λ／４波長板
１７ 検光子
１８ 光検出器
１９ 監視手段
２０ 記憶手段
２１ 流速測定装置
２２ 超音波センサー
２３ 超音波センサー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋光性を利用して試料中に含まれる旋光性物質の濃度を測定する濃度測定装置であって、前記試料中の測定対象物質の旋光度測定を妨げる妨害物質を除去するフィルターと、旋光度予測を行う手段とを有する濃度測定装置。
【請求項２】
前記旋光度予測は、前記測定対象物質の時間経過に伴う流出率を予め記憶手段に記憶させておくことで行う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】
前記旋光度予測は、前記フィルター通過後の前記試料の旋光度を連続的に監視する監視手段を利用して行われ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】
前記監視手段において、旋光度が定常状態を示さなかった場合に、前記旋光度予測を行うことを特徴とする請求項３に記載の濃度測定装置。
【請求項５】
前記試料が尿であり、前記測定対象物質が尿中グルコースであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項６】
前記フィルターはイオン交換樹脂、合成吸着剤、活性炭またはそれらを組み合わせたものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項１】
旋光性を利用して試料中に含まれる旋光性物質の濃度を測定する濃度測定装置であって、前記試料中の測定対象物質の旋光度測定を妨げる妨害物質を除去するフィルターと、旋光度予測を行う手段とを有する濃度測定装置。
【請求項２】
前記旋光度予測は、前記測定対象物質の時間経過に伴う流出率を予め記憶手段に記憶させておくことで行う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】
前記旋光度予測は、前記フィルター通過後の前記試料の旋光度を連続的に監視する監視手段を利用して行われ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】
前記監視手段において、旋光度が定常状態を示さなかった場合に、前記旋光度予測を行うことを特徴とする請求項３に記載の濃度測定装置。
【請求項５】
前記試料が尿であり、前記測定対象物質が尿中グルコースであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項６】
前記フィルターはイオン交換樹脂、合成吸着剤、活性炭またはそれらを組み合わせたものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−８５９７５（Ｐ２００７−８５９７５Ａ）
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７７３５６（Ｐ２００５−２７７３５６）
【出願日】平成１７年９月２６日（２００５．９．２６）
【出願人】（０００００１９６０）シチズン時計株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２６日（２００５．９．２６）
【出願人】（０００００１９６０）シチズン時計株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
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