特許 5761708 濃度定量方法及び濃度定量装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5761708

(24)【登録日】2015年6月19日

(45)【発行日】2015年8月12日

(54)【発明の名称】濃度定量方法及び濃度定量装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/1455 20060101AFI20150723BHJP

   A61B 10/00 20060101ALI20150723BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/14 320

   A61B10/00 EZDM

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2011-64627(P2011-64627)

(22)【出願日】2011年3月23日

(65)【公開番号】特開2012-200277(P2012-200277A)

(43)【公開日】2012年10月22日

【審査請求日】2014年3月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504173471

【氏名又は名称】国立大学法人北海道大学

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(72)【発明者】

【氏名】西田 和弘

(72)【発明者】

【氏名】天野 和彦

(72)【発明者】

【氏名】清水 孝一

【審査官】 小田倉 直人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２５７７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１６４３４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２４４２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２９４５１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０２９３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０４０９４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０５５５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１１−５０５４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３２５７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１８３３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３７１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平１１−５０６６５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／１４５５

Ａ６１Ｂ １０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶媒に溶解した際に相互作用が生じる第一の溶質を溶解させた溶液中の第一の溶質の濃度を、吸光光度法によって測定する濃度定量方法であって、
溶媒の吸収係数（μ_ａｗ（λ））を参照する工程と、
予め測定した、溶媒と第一の溶質との相互作用が生じた後の、第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））を参照する工程と
溶媒と第一の溶質との相互作用が生じた後の、前記第一の溶質の濃度が未知の第一の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））を測定する工程と、
前記溶媒の吸収係数（μ_ａｗ（λ））、前記第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａ
ｇ（λ））、および前記第一の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））に基づいて、連立方程式（式１）を異なる２波長にて適用し、または、連立方程式（式１）（式２）を１波長にて適用し、未知の第一の溶質の体積分率（ｖ_ｇ）、および溶媒の体積分率（ｖ_ｗ）を得る工程と、
を少なくとも備えたことを特徴とする濃度定量方法。

【数1】

【請求項2】

溶媒に溶解した際に相互作用が生じる溶質を溶解させた溶液中の溶質の濃度を、吸光光度法によって測定する濃度定量方法であって、
溶媒の吸収係数（μ_ａｗ（λ））を参照する工程と、
予め測定した、前記溶媒と第一の溶質との相互作用が生じた後の、第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））を参照する工程と
予め測定した、前記溶媒と第二の溶質との相互作用が生じた後の、第二の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｎ（λ））を参照する工程と
前記溶媒と前記第一の溶質との相互作用が生じた後、および前記溶媒と前記第二の溶質との相互作用が生じた後の、前記第一の溶質、前記第二の溶質の濃度が未知の第二の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））を測定する工程と
前記溶媒の吸収係数（μ_ａｗ（λ））、前記第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａ
ｇ（λ））、前記第二の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｎ（λ））、および前記第二の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））に基づいて、連立方程式（式３）を異なる３波長にて適用し、前記第一の溶質の体積分率（ｖ_ｇ）、および前記第二の溶質の体積分率（ｖ_ｎ）、および前記溶媒の体積分率（ｖ_ｗ）を得る工程と、
を備えたことを特徴とする濃度定量方法。

【数2】

【請求項3】

前記第一の溶質の濃度の吸収係数（μ_ａ（λ））を測定する工程において、吸光光度
法の光源波長は、前記第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））が負の値となる波長の光源を用いることを特徴とする請求項１または２記載の濃度定量方法。

【請求項4】

前記光源波長は、１３７０ｎｍ〜１５１０ｎｍ、または１５５０ｎｍ〜１７４０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項３記載の濃度定量方法。

【請求項5】

前記光源波長は、１３７０ｎｍ〜１４２０ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項３記載の濃度定量方法。

【請求項6】

溶媒に溶解した際に相互作用が生じる第一の溶質を溶解させた溶液中の第一の溶質の濃度を、吸光光度法によって測定する濃度定量装置であって、
溶媒の吸収係数（μ_ａｗ（λ））、および予め測定した、前記溶媒と前記第一の溶質
との相互作用が生じた後の、第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））を記憶する記憶部と、
前記溶媒と前記第一の溶質との相互作用が生じた後の、前記第一の溶質の濃度が未知の第一の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））を測定する測定部と、
前記第一の試料に向けて所定の波長の光を照射する光源と、
前記溶媒の吸収係数（μ_ａｗ（λ））、前記第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａ
ｇ（λ））、および前記第一の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））に基づいて、連立方程式（式１）を異なる２波長にて適用し、または、連立方程式（式１）（式２）を１波長にて適用し、前記第一の溶質の体積分率（ｖ_ｇ）、および前記溶媒の体積分率（ｖ_ｗ）を算出する演算部と、
を少なくとも備えたことを特徴とする濃度定量装置。

【数3】

【請求項7】

溶媒に溶解した際に相互作用が生じる溶質を溶解させた溶液中の溶質の濃度を、吸光光度法によって測定する濃度定量装置であって、
溶媒の吸収係数（μ_ａｗ（λ））、および予め測定した、前記溶媒と第一の溶質との
相互作用が生じた後の、第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））、および前記溶媒と第二の溶質との相互作用が生じた後の、第二の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｎ（λ））を記憶する記録部と、
前記溶媒と前記第一の溶質との相互作用が生じた後、および前記溶媒と前記第二の溶質との相互作用が生じた後の、前記第一の溶質、前記第二の溶質の濃度が未知の第二の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））を測定する測定部と、
前記第二の試料に向けて所定の波長の光を照射する光源と
前記溶媒の吸収係数（μ_ａｗ（λ））、前記第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａ
ｇ（λ））、前記第二の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｎ（λ））、および前記第二の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））に基づいて、連立方程式（式３）を異なる３波長にて適用し、前記第二の溶質の体積分率（ｖ_ｇ）、および前記溶媒の体積分率（ｖ_ｗ）を算出することを特徴とする濃度定量装置。

【数4】

【請求項8】

前記光源は、前記第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））、またはの前記第二の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｎ（λ））が負の値となる波長の光を照射することを特徴とする請求項６または７記載の濃度定量装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の光散乱媒質の層により構成される観測対象のうち、目的成分の濃度を、非侵襲的にかつ精度良く定量する濃度定量方法及び濃度定量装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、我が国は飽食の時代にあって、糖尿病の患者が毎年増加し続けている。そのために、糖尿病性腎炎の患者も毎年増加し続けることとなり、その結果、慢性腎不全の患者も毎年１万人もの増加を続け、患者数は２８万人を超えるようになってきている。
一方、高齢化社会の到来により、予防医学に対する要求の高まりを受けて、個人における代謝量管理の重要性が急速に増大している。中でも、血糖値測定は、食前や食後の血糖値を測定することで糖代謝の反応が分かることが知られており、糖尿病のごく初期段階での糖代謝の反応を評価することで、糖尿病の早期診断に基づく早期治療が可能になる。

【0003】

従来、血糖値の測定は、腕あるいは指先等の静脈から採血を行い、この血液中のグルコースに対する酵素活性を測定することで行っている。しかし、このような血糖値の測定方法では、採血が煩雑であり、しかも採血に痛みを伴い、さらには感染症の危険性を伴う等の様々な問題がある。
また、血糖値を連続的に測定する方法としては、静脈に注射針を刺した状態で連続的に血糖値相応のグルコースの定量を行う機器が米国にて開発されており、現在臨床試験中である。しかし、静脈に注射針を刺したままにしているために、血糖値の測定中に針が抜ける危険性や感染症の危険性がある。
そこで、採血無しに頻繁に血糖値を測定することができ、しかも感染症の危険性が無い血糖値の測定装置の開発が求められている。さらには、簡単にかつ常時装着可能であり、小型化可能な血糖値の測定装置の開発が求められている。

【0004】

非侵襲的に成分濃度を測定する装置としては、分子吸光の原理を用いた一般的な分光分析測定の原理を適用した装置が提案されている。
この装置は、測定対象物に特定波長の光または連続光を照射し、その光吸収量からBeer-Lambert則に基づいて、成分の濃度を算出している。

【0005】

しかしながら、こうしたBeer-Lambert則に基づいて、グルコースの濃度を算出する装置では、測定対象の成分どうしの間に相互作用、例えばクラスターが形成されるなどが生じる場合、Beer-Lambert則が適用できないため、正確な測定ができないという課題があった。例えば、血液中のグルコースを測定する際に、血液に含まれるグルコースと水（水分）との相互作用、更に血液に含まれる水と塩との相互作用などによって、これら成分の正確な濃度の定量が困難である。

【0006】

一方、こうしたBeer-Lambert則によらず、予め測定対象となる物質の濃度が既知の試料によって検量線を作成し、濃度が未知の被測定対象の測定によって得られた光吸収量を、検量線と対比させ、被測定対象の濃度を求める測定装置もある。（例えば特許文献１、２参照）

【0007】

しかしながら、こうした検量線を用いた測定装置では、想定した測定対象以外の成分が含まれていると、この測定対象以外の成分の濃度変動によって測定対象の成分の光吸収量の変動をもたらし、測定誤差が大きくなるという課題があった。

【0008】

さらに、こうした検量線を用いた測定装置のうち、想定した測定対象以外の成分による濃度変動を考慮した多変量解析を用いたものもある（例えば、特許文献３、４参照）。
こうした多変量解析を用いた測定装置（測定方法）では、シミュレーションによって検量線を作成しており、成分間の相互作用が考慮されていない。よって、測定対象に複数成分が含まれている場合、これら成分間で相互作用が生じてしまう。成分間で相互作用が生じると、濃度測定の際に誤差が大きくなり、目的の成分を正確に測定することが困難であった。
また、こうした多数の試料をシミュレーションでなく実測し、こうした実測による光吸収量に基づいて検量線を作成することも考えられるが、こうした相互作用を考慮した検量線の作成は多くの時間と手間が掛かり、実用的ではない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開昭５２−６３３９７号公報

【特許文献2】特許第３９０３１４７号公報

【特許文献3】特開２００３−０５０２００号公報

【特許文献4】特開２００７−２５９９６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、測定対象以外の成分が存在しても、溶媒に対して相互作用を生じる溶質の濃度を、Beer-Lambert則に基づいて精度良く定量することができる濃度定量方法及び濃度定量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】

【0011】

上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態は、以下の濃度定量方法及び濃度定量装置を採用した。
すなわち、本発明の濃度定量方法は、溶媒に溶解した際に相互作用が生じる第一の溶質を溶解させた溶液中の第一の溶質の濃度を、吸光光度法によって測定する濃度定量方法であって、
溶媒の吸収係数（μ_ａｗ（λ））を参照する工程と、
予め測定した、溶媒と第一の溶質との相互作用が生じた後の、第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））を参照する工程と
溶媒と第一の溶質との相互作用が生じた後の、第一の溶質の濃度が未知の第一の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））を測定する工程と、
これら溶媒の吸収係数（μ_ａｗ（λ））、既知の第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））、および第一の溶質の濃度が未知の第一の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））に基づいて、連立方程式（式１）を異なる２波長にて適用し、または、連立方程式（式１）（式２）を１波長に適用し、未知の第一の溶質の体積分率（ｖ_ｇ）、および溶媒の体積分率（ｖ_ｗ）を得る工程と、
を少なくとも備えたことを特徴とする。

【0012】

【数1】

【0013】

前記溶液には、更に第二の溶質が含まれている場合、
溶媒の吸収係数（μ_ａＷ（λ））を参照する工程と、
予め測定した、溶媒と第一の溶質との相互作用が生じた後の、第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））を参照する工程と
予め測定した、溶媒と第二の溶質との相互作用が生じた後の、第二の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｎ（λ））を参照する工程と
溶媒と第一の溶質との相互作用と溶媒と第二の溶質との相互作用が生じた後の、第一の溶質、第二の溶質の濃度が未知の第二の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））を測定する工程と
これら溶媒の吸収係数（μ_ａｗ（λ））、既知の第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））、既知の第二の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｎ（λ））、および第一の溶質、第二の溶質の濃度が未知の第二の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））に基づいて、連立方程式（式３）を異なる３波長にて適用し、または、連立方程式（式３）（式４）を異なる２波長にて適用し、未知の第一の溶質の体積分率（ｖ_ｇ）、未知の第二の溶質の体積分率（ｖ_ｎ）、および溶媒の体積分率（ｖ_ｗ）を得る工程と、
を備えていればよい。

【0014】

【数2】

【0015】

前記第一の溶質の濃度が未知の第一の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））を測定する工程において、吸光光度法の光源波長は、前記第一の溶質の濃度の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））またはの第二の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｎ（λ））が負の値となる波長の光源を用いればよい。

【0016】

前記光源波長は、１３７０ｎｍ〜１５１０ｎｍ、または１５５０ｎｍ〜１７４０ｎｍの範囲内であればよい。

【0017】

前記光源波長は、１３７０ｎｍ〜１４２０ｎｍの範囲内であればよい。

【0018】

本発明の濃度定量装置は、溶媒に溶解した際に相互作用が生じる第一の溶質を溶解させた溶液中の第一の溶質の濃度を、吸光光度法によって測定する濃度定量装置であって、
予め測定した、溶媒と第一の溶質との相互作用が生じた後の、第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））を記憶する記憶部と、
溶媒と第一の溶質との相互作用が生じた後の、第一の溶質の濃度が未知の第一の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））を測定する測定部と、
前記第一の試料に向けて所定の波長の光を照射する光源と、
これら溶媒の吸収係数（μ_ａｗ（λ））、既知の第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））、および第一の溶質の濃度が未知の第一の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））に基づいて、連立方程式（式１）を異なる２波長にて適用し、または連立方程式（式１）（式２）を１波長に適用し、未知の第一の溶質の体積分率（ｖ_ｇ）、および溶媒の体積分率（ｖ_ｗ）を算出する演算部と、
を少なくとも備えたことを特徴とする。

【0019】

【数3】

【0020】

前記記憶部には、予め測定した、溶媒と第二の溶質との相互作用が生じた後の、第二の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｎ（λ））が更に記憶され、
前記測定部は、溶媒と第二の溶質との相互作用が生じた後の、第一の溶質、第二の溶質の濃度が未知の第二の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））を測定し、
前記演算部は、これら溶媒の吸収係数（μ_ａｗ（λ））、既知の第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））、既知の第二の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｎ（λ））、および第一の溶質、第二の溶質の濃度が未知の第二の試料の吸収係数（μ_ａ（λ））に基づいて、連立方程式（式３）を異なる３波長にて適用し、または、連立方程式（式３）（式４）を異なる２波長にて適用し、未知の第二の溶質の体積分率（ｖ_ｇ）、および溶媒の体積分率（ｖ_ｗ）を算出すればよい。

【0021】

【数4】

【0022】

前記光源は、前記第一の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））またはの第二の溶質の見かけの吸収係数（μ’_ａｎ（λ））が負の値となる波長の光を照射すればよい。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の第１の実施形態の血糖値測定装置の構成を示す概略ブロック図である。

【図2】人の皮膚組織の断面を示す模式図である。

【図3】本発明の第１の実施形態の血糖値測定装置が血糖値を測定する動作を示すフローチャートである。

【図4】本発明の第２の実施形態の血糖値測定装置が血糖値を測定する動作を示すフローチャートである。

【図5】本発明の第３の実施形態の血糖値測定装置の構成を示す概略ブロック図である。

【図6】ＮａＣｌを含む成分の吸収係数、または見かけの吸収係数を示すグラフである。

【図7】グルコース水溶液の状態を模式的に示した模式図である。

【図8】グルコース濃度の推定誤差率を示すグラフである。

【図9】水の吸収係数、グルコース水溶液の吸収係数から水の吸収係数を差し引いたもの、およびグルコースの見かけの吸収係数を示すグラフである。

【図10】本発明の第１の実施形態の変形例を示す概略ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明の濃度定量装置及び濃度定量方法を実施するための形態について説明する。
本発明では、濃度定量装置として血糖値測定装置を、観測対象として人の手のひらの皮膚を、目的成分としてグルコースを、それぞれ例に取り説明する。

【0025】

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態の血糖値測定装置の構成を示す概略ブロック図である。
この血糖値測定装置１００は、溶媒に溶解した際に相互作用が生じる第一の溶質を溶解させた溶液中の第一の溶質の濃度を、吸光光度法によって正確に測定可能なものであり、演算部１０１、記憶部１０２、表示部１０３、計測光強度取得部（測定部）１０４と、照射部１０５および受光部１０６からなる測定ユニット１０７を備えている。

【0026】

この血糖値測定装置１００は、例えば、皮膚（観測対象）の真皮層（任意の層）に存在する体液（試料：溶液）を構成する成分、即ち、溶媒である水（溶媒）に溶解した際に相互作用を生じる第一の溶質であるグルコース（第一の溶質）の濃度を測定（定量）する。
なお、ここでいう相互作用とは、溶媒に対して溶質を溶解させた際に生じるクラスターの形成による作用、例えば、分子間の水素結合数の変化、グルコース水溶液中の水とグルコースの水素結合、水と塩化ナトリウムのイオン結合などが挙げられる。

【0027】

記憶部１０２は、水（溶媒）の吸収係数（μ_ａｗ（λ））、および、水にグルコース（第一の溶質）を溶解させて相互作用が生じた後の、既知のグルコースの濃度における水溶液から測定したグルコースの見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））を記憶する。
計測光強度取得部（測定部）１０４は、水とグルコースとの相互作用が生じた後の、グルコースの濃度が未知である第一の試料、即ち、皮膚（観測対象）の真皮層（任意の層）に存在する体液の吸収係数（μ_ａ（λ））を測定する。

【0028】

光源である照射部（光源）１０５は、皮膚（観測対象）に向けて所定の波長の光を照射する。こうした照射部（光源）１０５は、例えば、レーザー光源から構成されればよい。照射部１０５は、例えば、グルコース（第一の溶質）の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））が負の値となる波長の光を照射する光源であれば良い。また、照射部１０５は、皮膚に対して短時間パルス光を照射する。この照射部１０５が照射する複数の短時間パルス光は、皮膚を構成する主成分の各々の成分の吸収スペクトル分布の直交性が高くなる波長の光、すなわち、皮膚を構成する主成分の各々の成分のうち、ある主成分における特定成分の吸収スペクトルの極大値が他の成分の吸収スペクトルの極大値と大きく異なる波長の光を含んでいる。

【0029】

演算部１０１は、水（溶媒）の吸収係数（μ_ａｗ（λ））、既知のグルコースの見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））、および未知のグルコース濃度の観測対象の吸収係数（μ_ａ（λ））に基づいて、未知のグルコースの体積分率（Ｖ_ｇ）、および溶媒の体積分率（Ｖ_ｗ）を算出する。こうした演算部１０１は、例えば、ＣＰＵ、メモリなどから構成されていればよい。

【0030】

受光部１０６は、例えば、短時間パルス光が皮膚によって後方散乱した光を受光すればよい。

【0031】

ここで、観測対象である人の皮膚組織の構造について説明する。
図２は、人の皮膚組織の断面を示す模式図であり、皮膚３１は、表皮層３２と、真皮層（任意の層）３３と、皮下組織３４の３層により構成されている。
表皮層３２は、最も外側にある厚み０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの薄い層で、概ね水を６０％程度、蛋白質、脂質及びグルコースを含有する層であり、角質層、顆粒層、有棘層、底層等を含む。

【0032】

真皮層３３は、表皮層３２下に形成される厚み０．５ｍｍ〜２ｍｍの層で、概ね水を６０％程度、蛋白質、脂質及びグルコースを含有する層であり、この真皮層３３内には神経、毛根、皮脂腺、汗腺、毛包、血管、リンパ管等が存在する。
皮下組織３４は、真皮層３３下に形成される厚み１〜３ｍｍの層で、大部分が概ね脂質を９０％以上含み、残部が水からなる皮下脂肪でできている。

【0033】

真皮層３３内には毛細血管等が発達しており、血中グルコースに応じた物質移動が速やかに起こり、血中グルコース濃度（血糖値）に対して真皮層３３中のグルコース濃度も追随して変化すると考えられている。そこで、この血糖値測定装置１００では、照射部（光源）１０５及び受光部１０６を所定の入出射間距離Ｗをおいて皮膚３１の表面に密着させ、この密着状態で照射部１０５から皮膚３１の表面に光を照射し、この光が皮膚３１内の組織により反射され、この反射光が照射部１０５及び受光部１０６に向かって散乱する光（後方散乱した光）を受光部１０６で検出する。

【0034】

次に、血糖値測定装置１００の動作、即ち、本発明の濃度定量方法を説明する。
血糖値測定装置１００は、血糖値を測定する前に、予め、水（溶媒）に所定量のグルコース（第一の溶質）を溶解させて、グルコース濃度が既知の溶液を作成し、この溶液における吸収係数の測定値からグルコースの見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））を算出し、記憶部１０２に記憶させておく。

【0035】

図３は、血糖値測定装置を用いて血糖値を測定する際の動作を示すフローチャートである。
まず、ユーザー（被測定者）は、血糖値測定装置１００の測定ユニット１０７を手首等の皮膚に当て、測定開始スイッチ（図示せず）の押下等により血糖値測定装置１００を動作させる。照射部１０５は、皮膚３１に向けて、グルコース（第一の溶質）の見かけのの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））が負の値となる波長λ_１の短時間パルス光を照射する。

【0036】

測定時に照射される光は、１種類の波長λ_１の光、また２波長以上の光を順次照射する構成であればよい。

【0037】

照射部１０５が光を照射すると、受光部１０６は、照射部１０５から照射され皮膚３１によって後方散乱された光を受光（測定）する（Ｓ１）。

【0038】

次いで、受光部１０６が受光を完了すると、記憶部１０２が記憶する波長の光路長情報から、皮膚の光路長を取得する（Ｓ２）。また演算部１０１は、皮膚の吸収係数を算出すればよい（Ｓ３）。

【0039】

演算部１０１は、記憶部１０２に予め記憶しておいた情報（事前準備）を参照して、体液を構成する水（溶媒）の吸収係数（μ_ａｗ（λ））と、グルコースの見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））とを得る（Ｓ４）。
そして、測定時に皮膚に照射した光の波長λ_１，λ_２…ごとに、参照した水の吸収係数（μ_ａｗ（λ））、グルコースの見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ）、および測定ユニット１０７を手首等の皮膚に当てて短時間パルス光を照射して測定した吸収係数（μ_ａ（λ））に基づいて、以下の連立方程式（式１）を適用し、皮膚の体液中に含まれるグルコース（第一の溶質）の体積分率（Ｖ_ｇ）、および水（溶媒）の体積分率（Ｖ_ｗ）を得る（Ｓ５）。

【0040】

【数5】

【0041】

こうして得られたグルコース（第一の溶質）の体積分率（Ｖ_ｇ）、および水（溶媒）の体積分率（Ｖ_ｗ）は、表示部１０３、例えばモニタ画面やプリンタに出力すればよい（Ｓ６）。

【0042】

ここで、グルコース（第一の溶質）の見かけの吸収係数について説明する。見かけの吸収係数とは、溶質の吸収特性を表す値で溶媒、例えば水との相互作用を含むものである。ここでは、グルコース水溶液を例にとってグルコースの見かけの吸収係数について説明する。

【0043】

図７は、グルコース水溶液の状態を模式的に示した模式図である。
グルコース水溶液において、成分はグルコースと水の２つである。水溶液中では、グルコースと水が水素結合により相互に作用を及ぼすと考えられる。血糖値相当のグルコース水溶液のように水がグルコースに比較して十分に多い場合、全てのグルコースは水素結合の影響を受け、水については一部がその影響を受けると考えられる。よって、水については、グルコースと結合した水（水和水）と結合していない水（バルク水）を別成分として考える。この考えにもとづくとグルコース水溶液の吸収係数は、式（５）のように表すことができる。

【0044】

【数6】

【0045】

水素結合の数はグルコースの量に依存すると考えられる。また、ｖ_ｗ１とｖ_ｗ２の和をｖ_ｗとすると比例定数αを用いて式（５）は、式（６）のように変換できる。

【0046】

【数7】

【0047】

ここで、式（６）の［］内をμ’_ａｇ（λ）とおくと、見かけ上Beer-Lambert則が得られる。μ’_ａｇ（λ）は、見かけの吸収係数であり、「水に溶けたグルコースの吸収係数μ_ａｇ（λ）」と「グルコース添加による水の吸収係数の変化量μ_ａｗ２（λ）−μ_ａｗ（λ）に比例定数αをかけたもの」の和を表している。μ’_ａｇ（λ）ｖ_ｇがｖ_ｇに対して線形である（すなわちμ’_ａｇ（λ）がｖ_ｇによって変動しない）範囲で、式（６）を用いてμ’_ａｇ（λ）を物性値のひとつとして扱うことで成分の体積分率を求めることが可能である。

【0048】

グルコース水溶液の濃度測定をするにあたっては、グルコース水溶液の吸収係数を測定することが必要になるが、この吸収係数の測定値に誤差が含まれる場合の波長に対する濃度定量誤差率を図８に示す。なお、測定値誤差は吸収係数で０．０００１／ｍｍとし、濃度算出には式（７）を用いた。

【0049】

【数8】

【0050】

上述した式（７）のような連立方程式を解く場合、成分（ここでは水とグルコース）の吸収係数の値が異なるほうが、解が不定になりにくく誤差にも強くなる。つまり、図８に示した誤差率はグルコースの見かけの吸収係数と水の吸収係数の差の絶対値が大きいほど小さくなる（図９参照）。見かけの吸収係数が負になる部分（成分間相互作用が大きい）は吸収係数差が大きくなる傾向にあるので、誤差率が低くなりやすい特徴がある。したがって、グルコースの見かけの吸収係数と水の吸収係数の差の絶対値が大きい部分を用いることによって、誤差率を一層低く抑えることができる。

【0051】

以上のように、本発明によれば、予め測定、ないし調べておいた水（溶媒）の吸収係数（μ_ａｗ（λ））と、グルコースの見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））の情報を参照して、これらの情報と、測定した濃度が未知の試料（皮膚に含まれる体液）の吸収係数（μ_ａ（λ））とから、グルコース（第一の溶質）の体積分率（Ｖ_ｇ）、および水（溶媒）の体積分率（Ｖ_ｗ）を算出することによって、水（溶媒）にグルコース（第一の溶質）を溶解させた場合などに代表される、溶解などによって互いに相互作用が生じる溶媒と第一の溶質とからなる溶液（被測定対象）であっても、正確に溶液（被測定対象）に含まれるグルコース（第一の溶質）の体積分率（Ｖ_ｇ）を測定することが可能になる。

【0052】

なお、図１に示した第一実施形態の変形例として、図１０に示す構成としてもよい。
図１０に示す血糖値測定装置１００では、例えば体液などを採取してガラスセル１１０に注入し、照射部１０５と受光部１０６との間にこのガラスセル１１０を配置してグルコース（第一の溶質）の体積分率（Ｖ_ｇ）を測定する構成である。

【0053】

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、第２の実施形態における血糖値測定装置の構成、および測定の流れを示す概要図である。
この実施形態の血糖値測定装置１１０では、互いに異なる波長の光を出力する２つの光出射部（光源）１１１ａ，１１１ｂを備えている。そしてこの光出射部（光源）１１１ａ，１１１ｂから、測定対象、例えば皮膚に向けてそれぞれ波長が異なる光（例えば、グルコース（第一の溶質）の見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））が負の値となる波長の短時間パルス光）を照射する。

【0054】

そして、光受光部１１２が光出射部（光源）１１１ａ，１１１ｂからそれぞれ照射され皮膚（測定対象）によって後方散乱された光を受光すると、吸収係数算出部１１３は、光路長情報記憶部１１４を参照して、波長λ_１の光路長を取得し、皮膚に含まれる体液の吸収係数（μ_ａ（λ））を算出する。

【0055】

次に、体積分率算出部１１５において、成分吸収情報記憶部（記憶部）１１６から、予め測定、ないし調べておいた水（溶媒）の吸収係数（μ_ａｗ（λ））と、グルコースの見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））の情報を参照する。そして、これら成分吸収情報記憶部（記憶部）１１６の情報と、測定した濃度が未知の試料（皮膚に含まれる体液）の吸収係数（μ_ａ（λ））とから、グルコース（第一の溶質）と水（溶媒）の体積分率を算出する。そして、濃度単位変換部１１７において、グルコース（第一の溶質）と水（溶媒）の体積分率をモル濃度に変換する。こうして得られたグルコース（第一の溶質）のモル濃度（Ｃ_ｇ）、および水（溶媒）のモル濃度（Ｃ_ｗ）を濃度表示部１１８に表示する。

【0056】

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態について説明する。
図５は、第３の実施形態における血糖値測定装置の構成、および測定の流れを示す概要図である。
この実施形態の血糖値測定装置１２０では、複数の波長を含む光、例えば白色光を出射させる光出射部（光源）１２１ａと、この光出射部（光源）１２１ａから出射された光を複数の波長の光に分光させる分光手段１２１ｂを備えている。そして、分光手段１２１ｂで分光された複数の波長の光を、測定対象、例えば皮膚（測定対象）に向けて照射する。

【0057】

そして、光受光部１２２が分光手段１２１ｂで分光された複数の波長の光が皮膚（測定対象）によって後方散乱された光を受光すると、吸収係数算出部１２３は、光路長情報記憶部１２４を参照して、波長λ_１の光路長から、皮膚に含まれる体液の吸収係数（μ_ａ（λ））を算出する。

【0058】

次に、体積分率算出部１２５において、成分吸収情報記憶部（記憶部）１２６から、予め測定、ないし調べておいた水（溶媒）の吸収係数（μ_ａｗ（λ））と、グルコースの見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））の情報を参照する。そして、これら成分吸収情報記憶部（記憶部）１２６の情報と、測定した濃度が未知の試料（皮膚に含まれる体液）の吸収係数（μ_ａ（λ））とから、グルコース（第一の溶質）と水（溶媒）の体積分率を算出する。そして、濃度単位変換部１２７において、グルコース（第一の溶質）と水（溶媒）の体積分率をモル濃度に変換する。こうして得られたグルコース（第一の溶質）のモル濃度（Ｃ_ｇ）、および水（溶媒）のモル濃度（Ｃ_ｗ）を濃度表示部１２８に表示する。

【0059】

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態について説明する。
被測定対象である試料、例えば皮膚に含まれる体液に含まれる第二の溶質を更に測定（定量）する構成であってもよい。例えば、体液中に含まれる水（溶媒）と相互作用するグルコース（第一の溶質）とともに、水（溶媒）と相互作用する塩分（例えばＮａＣｌ）を測定することもできる。

【0060】

こうした第二の溶質の測定にあっては、水（溶媒）の吸収係数（μ_ａｗ（λ））および、水（溶媒）とグルコース（第一の溶質）との相互作用が生じた後の、グルコースの見かけの吸収係数（μ’_aｇ（λ））および、水（溶媒）とＮａＣｌ（第二の溶質）との相互作用が生じた後の、ＮａＣｌの見かけの吸収係数（μ’_aｎ（λ））とを、血糖値測定装置の記憶部に、予め記憶させておく。
そして、水とグルコースとの相互作用、および水とＮａＣｌとの相互作用が生じた後の、グルコース、ＮａＣｌの濃度が未知の第二の試料、例えば、皮膚に含まれる体液の吸収係数（μ_ａ（λ））を測定する。測定にあたっては、例えば、グルコースの見かけの吸収係数（μ’_ａｇ（λ））が負の値となる波長の光とＮａＣｌの見かけの吸収係数（μ’_ａｎ（λ））が負の値となる波長の光を、被測定対象である皮膚に向けて照射し、その後方散乱光を受光部で受光する。なお、こうした水の吸収係数とＮａＣｌ、およびグルコースの見かけの吸収係数の波長による変化を図６に示す。

【0061】

そして、記憶部に予め記憶させておいた水（溶媒）の吸収係数（μ_ａｗ（λ））および、水（溶媒）とグルコース（第一の溶質）の相互作用が生じた後の、グルコースの見かけの吸収係数（μ’_aｇ（λ））および、水（溶媒）とＮａＣｌ（第二の溶質）の相互作用が生じた後の、ＮａＣｌの見かけの吸収係数（μ’_aｎ（λ））と、測定したグルコースとＮａＣｌを含む試料（皮膚）の吸収係数（μ_ａ（λ））に基づいて、連立方程式（式３）（式４）を適用し、未知のグルコース（第一の溶質）の体積分率（Ｖ_ｇ）、ＮａＣｌ（第二の溶質）の体積分率（Ｖ_ｎ）、および水（溶媒）の体積分率（Ｖ_ｗ）を得る。そして、濃度単位変換部において、グルコース（第一の溶質）、ＮａＣｌ（第二の溶質）、水（溶媒）の体積分率をモル濃度に変換する。こうして得られたグルコース（第一の溶質）のモル濃度（Ｃ_ｇ）、およびＮａＣｌ（第二の溶質）のモル濃度（Ｃ_ｎ）および水（溶媒）のモル濃度（Ｃ_ｗ）を濃度表示部に表示する。

【0063】

こうした実施形態によれば、溶媒に対して相互作用を生じる複数の溶質（第一の溶質、第二の溶質）が含まれた試料から、第一の溶質、および第二の溶質のそれぞれの正確な濃度を確実に、かつ容易に非侵襲で測定することが可能になる。

【0064】

以上、本発明の各実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等が可能である。
例えば、上記の各実施形態では、濃度定量装置として血糖値測定装置を、観測対象として人の手のひらの皮膚を、目的成分としてグルコース、ＮａＣｌをそれぞれ取ることで、皮膚の真皮層に含まれるグルコース７ＮａＣｌの濃度を測定する場合について説明したが、これに限らず、濃度定量装置、濃度定量方法を、互いに相互作用が生じる任意の溶媒と溶質との間で、それぞれの成分の濃度を定量する他の装置に用いてもよい。
また、成分の体積分率を求めるために用いた（式１）（式２）（式３）（式４）は、吸収係数＝吸収係数×体積分率の関係を表しているが、吸収係数＝モル吸光係数×モル濃度の関係式（式８）、（式９）、（式１０）、（式１１）をそれぞれ用いても良い。この場合、体積分率ではなく直接モル濃度が求められることになる。
さらに、各実施形態では、モル濃度を表示する場合について説明したが、これに限らず単位変換部において、ｍｇ／ｄｌなどの質量／体積で表される濃度に変換して、これを濃度表示部に表示しても良い。

【0065】

【数10】

【符号の説明】

【0066】

３１…皮膚（観測対象）、１００…血糖値測定装置（濃度定量装置）、１０２…記憶部、１０３…表示部、１０４…計測光強度取得部、１０５…照射部（光源）、１０６…受光部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】