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(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】
(24)【登録日】2024-03-04
(45)【発行日】2024-03-12
(54)【発明の名称】電解質測定装置
(51)【国際特許分類】
G01N 27/416 20060101AFI20240305BHJP
G01N 27/26 20060101ALI20240305BHJP
G01N 27/333 20060101ALI20240305BHJP
【ＦＩ】
G01N27/416 366B
G01N27/26 371A
G01N27/333 331Z
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020102837
(22)【出願日】2020-06-15
(65)【公開番号】P2021196261
(43)【公開日】2021-12-27
【審査請求日】2023-02-06
(73)【特許権者】
【識別番号】501387839
【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク
(74)【代理人】
【識別番号】110002572
【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】松下 祐福
(72)【発明者】
【氏名】岸岡 淳史
(72)【発明者】
【氏名】原田 邦男
(72)【発明者】
【氏名】三宅 雅文
【審査官】小澤 理
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１２－５２８３２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】登録実用新案第３２１２６８２（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開平０２－２３６１６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－２１６５３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０５２００５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１０２７２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－２１９４０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０１－２０９３４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表平０６－５１０４６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１７０９７３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２７／４１６
Ｇ０１Ｎ ２７／２６
Ｇ０１Ｎ ２７／３３３
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
Ｓｃｏｐｕｓ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
イオン選択性電極を用いて試料液に含まれる電解質の濃度を測定する電解質測定装置であって、前記イオン選択性電極と参照電極の電位差を測定する電位測定部、
前記電位測定部にて測定された電位差を用いて前記濃度を算出する濃度算出部、
試料液などの液体が導入される流路、
前記イオン選択性電極と接続する前記流路に接続された第１ノイズ検出電極、
前記流路に接続された第１ノイズ検出電極とは別の位置に設置された複数の第２ノイズ検出電極、
前記第１および第２ノイズ検出電極の電位を測定するノイズ検出部、
前記電位測定部が測定した電位差からノイズを減殺するノイズ除去部、
を備え、
前記ノイズ除去部は、前記ノイズ検出部が検出した前記第１および第２ノイズ検出電極の電位を用いて、前記電位測定部が測定した電位から前記ノイズを減殺し、
前記ノイズ検出部は、前記第１ノイズ検出電極および前記複数の第２ノイズ検出電極の電位を測定することにより、ノイズのうち前記第１ノイズ検出電極および前記複数の第２ノイズ検出電極の設置位置に対応する箇所から混入した電流に起因するものを特定する
ことを特徴とする電解質測定装置。
【請求項2】
生体に対して着脱することができるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の電解質測定装置。
【請求項3】
前記電解質測定装置はさらに、前記イオン選択性電極において発生する電界ノイズを、前記試料液が流れる流路と直接接触せずに検出する、電界ノイズ検出電極を備え、前記ノイズ除去部は、前記電界ノイズ検出電極が検出した前記電界ノイズを用いて、前記電位測定部が測定した電位を補正する
ことを特徴とする請求項１記載の電解質測定装置。
【請求項4】
前記電解質測定装置は前記電界ノイズ検出電極を少なくとも二つ以上備え、前記ノイズ除去部は、前記電界ノイズ検出電極が検出した前記電界ノイズを用いて、前記電位測定部が測定した電位の補正、ならびに発生した電界形状を特定する
ことを特徴とする請求項３記載の電解質測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電解質測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
血液をはじめとする生体試料中のカリウム、ナトリウム、塩化物などのイオン濃度を測定するために、検出するイオンに対応した複数のイオン選択性電極（Ｉｏｎ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ：ＩＳＥ）を有する電解質分析ユニットが、自動分析装置などの装置に搭載されている。電解質分析ユニットは、臨床検査を自動、迅速、かつ連続的に実施できるので、電解質分析ユニット単独で、あるいは生化学自動分析装置などの装置の要素として、用いられている。
【0003】
イオン濃度を測定する際、イオン選択性電極は参照電極と組み合わせて用いられ、イオン選択性電極と参照電極との間に生じる電位差を測定することにより、目的のイオン濃度が求められる。臨床検査の分野では、生体試料である血液（特に血清や血漿）、尿などの検体に含まれるイオン濃度を定量する必要性が高い。これらの検体をそのままイオン選択性電極を用いて測定する、いわゆる非希釈法を用いて測定する場合がある。また、所定量の検体に所定量の希釈液を添加して希釈した後、イオン選択性電極を用いて測定する、いわゆる希釈法を用いる場合もある。
【0004】
希釈法は、検体の必要量が少なく、また測定液中のタンパク質や脂質などの共存物の濃度が低く、共存物による汚れの影響が少なく、イオン選択性電極の安定性が高い特長をもつ。
【0005】
臨床検査を迅速、かつ連続的に実施するために、イオン選択性電極内部を検体（測定液）が流れ、参照電極内部を参照液が流れる、フローセル型イオン選択性電極が用いられている。電解質測定装置においては、希釈法とフローセル型イオン選択性電極の組み合わせが現在主流となっている。検体の希釈には希釈槽と呼ばれる容器が用いられ、希釈槽に準備した希釈済みの検体は、配管を通してフローセル型イオン選択性電極へ送られて測定される。内部標準液を検体と交互に希釈槽に分注し、検体と交互に測定する。
【0006】
生体中の電解質濃度は、通常、狭い濃度範囲に維持されており、臨床上や治療上、わずかな濃度変化であっても重大な意味を持つ。したがって、イオン選択性電極には極めて高い測定精度が要求され、測定誤差を極力低減するために様々な技術が開発されている。
例えば特許文献１には、測定流路と廃液配管の溶液の流れを不連続となるように断絶することにより、電気的導通を断つことができ、排液配管および排液タンクに誘導されたノイズを測定流路の電極に混入させないように構成された、電解質測定装置が提案されている。
例えば特許文献１には、測定流路と廃液配管の溶液の流れを不連続となるように断絶することにより、電気的導通を断つことができ、排液配管および排液タンクに誘導されたノイズを測定流路の電極に混入させないように構成された、電解質測定装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開平２－０９６６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
イオン選択性電極と参照電極との間の電位差を測定する電解質分析ユニットは、測定系に対して混入する電気ノイズにより、正常な電位が出力されなくなる。これらの電気ノイズは、測定系と電気的に接続される構成要素の機微な状態変化や、分析装置の設置環境などに由来する。
【0009】
特許文献１に代表される従来の分析装置においては、測定系の電気的遮蔽や、機構部品が動作しないタイミングにおいて測定を実施するなどの定量精度の向上を図る方法が一般的であり、それによって設計の自由度が制限されてしまうという課題があった。
【0010】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、イオン選択性電極を用いて電解質を検出する場合において、電気的なノイズを補正することにより、設計の自由度を制限されることなく、定量精度の高い測定を実現する電解質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】
【0011】
本発明に係る電解質測定装置は、流路に接続されたノイズ検出電極を備え、ノイズ検出電極の電位を用いて、イオン選択性電極の電位に含まれるノイズを減殺する。
【発明の効果】
【0012】
本発明に係る電解質測定装置によれば、イオン選択性電極を用いて電解質を検出する場合において、電気的なノイズを補正することにより、設計の自由度を制限されることなく、定量精度の高い測定を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】実施形態１に係る電解質測定装置１００の構成を示す概略図である。
【図2】電解質測定ユニット１の各部が有する電気抵抗を示す図である。
【図3】電解質測定ユニット１の変形例を示す。
【図4】電解質測定装置１００を用いて、ＩＳとＩＲが検出された条件におけるＶとＶ－ＶＳを計測した結果を示す。
【図5】電解質測定装置１００を用いた分析手順を説明するフローチャートである。
【図6】実施形態２における電解質測定ユニット１の構成図である。
【図7】実施形態３に係る電解質測定ユニット１の構成図である。
【図8】実施形態４に係る電解質測定装置１００の構成図である。
【図9】実施形態５における電解質測定ユニット１の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
＜実施の形態１＞
＜電解質測定装置の構成例＞
図１は、本発明の実施形態１に係る電解質測定装置１００の構成を示す概略図である。図１に示すように、電解質測定装置１００は、電解質測定ユニット１、表示部２、入力部３、制御部４、濃度算出部５、ノイズ除去部６、ノイズ検出部７、電位測定部８、を備える。
＜電解質測定装置の構成例＞
図１は、本発明の実施形態１に係る電解質測定装置１００の構成を示す概略図である。図１に示すように、電解質測定装置１００は、電解質測定ユニット１、表示部２、入力部３、制御部４、濃度算出部５、ノイズ除去部６、ノイズ検出部７、電位測定部８、を備える。
【0015】
電解質測定ユニット１は、３種類のイオン選択性電極１０１（塩素イオン電極１０１ａ、カリウムイオン電極１０１ｂ、ナトリウムイオン電極１０１ｃ）、ノイズ検出電極１０２、参照電極１０４、ピンチ弁１０５、真空吸引ノズル１０６、シッパーノズル１０７、希釈液供給ノズル１０８、内部標準液供給ノズル１０９、希釈槽１１０、廃液タンク１１１、真空ポンプ１１２、電磁弁１２１～１２７、内部標準液用シリンジポンプ１３１、希釈液用シリンジポンプ１３２、シッパーシリンジポンプ１３３、内部標準液ボトル１４１、希釈液ボトル１５１及び参照液ボトル１６１を備える。
【0016】
イオン選択性電極１０１としては、例えばフローセル型イオン選択性電極を用いることができる。イオン選択性電極１０１内のイオン電極の数は、測定対象となるイオン種の数に応じて変更することができる。イオン選択性電極１０１は、サンプル（試料）中のイオン濃度に応じた電位を発生する。
【0017】
ノイズ検出電極１０２は、シッパーノズル１０７より引き込まれた試料液と接触し、ノイズ検出部７と電位測定部９においてそれぞれ共通のグラウンドとの間の電位差を測定する。ノイズ検出電極１０２は試料液との接触によって発生する起電力ができる限り小さく、イオン選択性の低い材質が望ましい。例えば、金や白金などの貴金属や、合金などが挙げられる。あるいは、当該条件を満たすコーティング剤で試料液と接触する表面を被覆したものを用いてもよい。
【0018】
参照液ボトル１６１には参照液が収容されており、参照液はシッパーシリンジポンプ１３３により参照電極１０４内の流路に導入される。参照液として、例えば塩化カリウム水溶液などを用いることができる。参照電極１０４は、参照液中のイオン濃度に応じた電位を発生する。
【0019】
内部標準液ボトル１４１には内部標準液（ＩＳ）が収容されており、内部標準液は内部標準液用シリンジポンプ１３１及び内部標準液供給ノズル１０９により希釈槽１１０に分注される。
【0020】
検体は、図示しないサンプリング機構により希釈槽１１０に分注される。希釈液ボトル１５１には希釈液が収容されており、希釈液は希釈液用シリンジポンプ１３２及び希釈液供給ノズル１０８により希釈槽１１０に分注されて検体と混合される。このように、希釈槽１１０には、内部標準液、もしくは、検体と希釈液とが混合された測定液（以下、「サンプル」という）が導入される。
【0021】
希釈槽１１０内に満たされた液体を測定流路内へ充填する際の動作について説明する。まず、イオン選択性電極１０１内の流路に希釈槽１１０内に満たされた液を導入する際は、電磁弁１２１と電磁弁１２５を閉じ、ピンチ弁１０５と電磁弁１２２を開け、シッパーノズル１０７を希釈槽１１０の中に降下させ、シッパーシリンジポンプ１３３を引く。
【0022】
続いて、参照電極１０４内の流路に参照液を導入する際は、電磁弁１２１を開け、ピンチ弁１０５を閉じ、シッパーシリンジポンプ１３３を引くことで、参照液ボトル１６１から参照液が参照電極１０４内の流に導入される。また、シッパーシリンジポンプ１３３にたまった液を排出するために、電磁弁１２２を閉じ、電磁弁１２５を開け、シッパーシリンジポンプ１３３を押す。
【0023】
参照電極１０４内の流路に導入された参照液と、イオン選択性電極１０１に導入されたサンプルは、液絡部１２０において接触し、イオン選択性電極１０１と参照電極１０４とが液を通じて電気的に接続された状態となる。
【0024】
イオン選択性電極１０１内の流路にサンプルが導入され、参照電極１０４内の流路に参照液が導入された後、真空吸引ノズル１０６を降下し、真空ポンプ１１２を駆動することにより、希釈槽１１０内に残った液体（サンプル又は内部標準液）が吸引され、廃液タンク１１１に廃棄される。参照電極１０４に導入された参照液は、電磁弁１２１、真空ポンプ１１２及びシッパーシリンジポンプ１３３を操作することにより廃液タンク１１１に廃棄される。
【0025】
イオン選択性電極１０１内の流路に導入されたサンプル中の分析対象のイオン濃度によって、参照電極１０４と各イオン選択性電極１０１との間の電位差（起電力）が変化する。電位測定部９は、その起電力を測定し、測定結果（起電力の時間推移など）を濃度算出部５に出力する。以下において、「起電力」を単に「電位」という場合がある。電位が測定される期間のうち、イオン濃度を算出するための時間を含む所定の時間幅を「所定の時間領域」という場合がある。
【0026】
次に、本構成において、シッパーノズル１０７、参照液ボトル１６１から測定系の間で発生するノイズの具体的な補正方法について説明する。
【0027】
図２は、電解質測定ユニット１の各部が有する電気抵抗を示す図である。イオン選択性電極１０１に発生する電流値をＩＳ、参照電極１０４に発生する電流値をＩＲとし、試料液と参照液による流路の電気抵抗２０１、２０２、２０３と、各電極の電気抵抗２０４、２０５、２０６、２０７、２０８の抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７とする。電気抵抗２０７はその他の電気抵抗に比べて十分に小さいものとする。イオン選択性電極１０１と試料液の接触によって発生する起電力をＥＩＳＥ、ノイズ検出電極１０２と試料液の接触によって発生する起電力をＥＸ、参照電極１０４と参照液の接触によって発生する起電力をＥＲＥＦとする。ノイズ検出部７で取得される測定電圧をＶ、電位測定部９で取得される測定電圧をＶＳとする。電流ＩＳとＩＲが検出された条件におけるＶとＶＳは次式で記述される。
【0028】
Ｖ＝ＥＩＳＥ－ＥＲＥＦ＋ＩＳ×Ｒ２＋（ＩＳ＋ＩＲ）×Ｒ３ （１）
【0029】
ＶＳ＝Ｅｘ－ＥＲＥＦ＋ＩＳ×Ｒ２＋（ＩＳ＋ＩＲ）×Ｒ３ （２）
【0030】
ＶからＶＳを差し引くことにより、ＩＳとＩＲによって発生するノイズを補正し、式３を得ることができる。ノイズ除去部６は、式３を用いて、電位測定部８が測定した電位に含まれるノイズを補正する（ノイズ成分を減殺する）。
【0031】
Ｖ－ＶＳ＝ＥＩＳＥ－Ｅｘ （３）
【0032】
図３は、電解質測定ユニット１の変形例を示す。この変形例では、参照液と接触し、かつ参照電極１０４が配置された流路位置の電位と同電位となる位置に、ノイズ検出電極１０２を備える。この形態では、参照液からの電流ＩＲのみがノイズとして影響するケースにおいて有効であるものの、ノイズ検出電極は参照液とのみ接触するので、Ｅｘは毎測定同じであるとみなすことができる。したがって式３のＥＩＳＥは、ＶとＶＳの測定結果から求めることができる。ノイズ除去部６はこの原理にしたがって補正操作を実施することができる。なお、液絡部１２０から廃液タンク１１１に接続した流路には、試料液、内部標準液、参照液を含む廃液がシリンジポンプ１３３によって引き込まれ、廃液タンク１１１に排出される。参照液と試料液のイオン濃度や温度などが異なる場合、廃液流路に流れてくる液体の混合比は経時的に一定ではないため、廃液流路の液体のイオン濃度や温度は測定毎に変動する。そのため、当該流路にノイズ検出電極を備えた場合、測定される電位には検出したいノイズ由来の電位変化に加えて液のイオン濃度や温度などの変化による電位変化が含まれる可能性が高いため、ノイズ検出電極の設置には適さない。
【0033】
その他のノイズ補正方法として、ノイズ検出電極を用いず、複数のイオン選択性電極の値から、流路に混入する電気ノイズの変動を補正する方法も考えられる。しかし、電解質濃度による電位値の変動を考慮しなければならないことや、それぞれの電極で用いられるイオン選択性膜の寄生容量が異なるなどが原因となり、電気ノイズによる電位への影響がそれぞれの電極によって異なる。したがって、式（３）による補正はできない。これらの課題を回避するためには、測定毎に電位のキャリブレーションを実施するなどの追加操作などが必要となるので、本発明が目的とする測定シーケンスの自由度を低減してしまう可能性がある。よって、イオン選択性の低い材質を用いたノイズ検出電極が用いることが望ましい。
【0034】
図４は、電解質測定装置１００を用いて、ＩＳとＩＲが検出された条件におけるＶとＶ－ＶＳを計測した結果を示す。本結果から、ノイズ補正後は計測結果の変動幅が１０倍以上低減されていることを確認できる。
【0035】
【0036】
ステップＳ５０１において、ユーザが入力部３から動作開始の指示を入力することにより、制御部４は、電解質測定ユニット１を駆動し、測定動作を開始する。
【0037】
ステップＳ５０２において、電解質測定ユニット１は、内部標準液用シリンジポンプ１３１、電磁弁１２３及び１２６を駆動して、内部標準液供給ノズル１０９から、希釈槽１１０に内部標準液を導入し、測定流路に内部標準液を導入する。
【0038】
ステップＳ５０３において、電位測定部９は、参照電極１０４と各イオン選択性電極１０１との電位差（起電力）を測定し、ノイズ除去部６に内部標準液電位ＶＩＳとして出力する。
【0039】
ステップＳ５０４において、ノイズ検出部７が測定した内部標準液のノイズ電位ＶＳ＿ＩＳを測定し、ノイズ除去部６に出力する。
【0040】
Ｓ５０５において、ノイズ除去部６は、ノイズ補正操作を実施し、内部標準液電位ＶＩＳを補正する。
【0041】
Ｓ５０６において、ノイズ除去部６は、補正後の内部標準液電位ＶＩＳの任意時間における電位の平均値を濃度算出部５に出力する。図示は省略しているが、次のステップＳ５０７を実施する前に、電解質測定ユニット１は、希釈槽１１０から残りの内部標準液を排出する。
【0042】
ステップＳ５０７において、電解質測定ユニット１は、図１には図示しないサンプリング機構により希釈槽１１０に検体を導入し、希釈液用シリンジポンプ１３２を駆動して希釈液供給ノズル１０８から希釈液を導入して、混合液であるサンプルを得る。その後、電磁弁１２１と電磁弁１２５を閉じ、ピンチ弁１０５と電磁弁１２２を開け、シッパーノズル１０７を希釈槽１１０の中に降下させ、シッパーシリンジポンプ１３３を駆動して、測定流路に測定液を導入する。
【0043】
ステップＳ５０８において、電位測定部９は、参照電極１０４と各イオン選択性電極１０１との電位差（起電力）を測定し、ノイズ除去部６にサンプル電位Ｖｓａｍｐとして出力する。
【0044】
ステップＳ５０９において、ノイズ検出部７は、サンプルのノイズ電位Ｖｓａｍｐを取得する。
【0045】
Ｓ５１０において、ノイズ除去部６は、ノイズ補正操作を実施し、サンプル電位Ｖｓａｍｐを補正する。
【0046】
Ｓ５１１において、ノイズ除去部６は、補正後のサンプル電位Ｖｓａｍｐの任意時間における電位の平均値を濃度算出部５に出力する。図示は省略しているが、例えばステップＳ５１１の取得の後に、電解質測定ユニット１は、希釈槽１１０内の残りのサンプルを排出する。
【0047】
ステップＳ５１２において、濃度算出部５は、補正後の内部標準液電位ＶＩＳの平均値と、補正後のサンプル電位Ｖｓａｍｐの平均値とに基づいて、サンプル中のイオン濃度を算出する。例えば、それぞれの電位の差などを算出する。このとき、ノイズ検出部７と溶液が接触することで発生するＥＸは、試料液中の電解質濃度にほとんど依存しないと仮定すれば、内部標準液電位ＶＩＳの平均値とサンプル電位Ｖｓａｍｐの平均値との間の差を求めることにより、ノイズ検出電極１０２と試料液の接触によって発生する起電力ＥＸの影響を無視することができる。
【0048】
ステップＳ５１３において、表示部２は、算出されたイオン濃度（測定結果）を表示する。
【0049】
ステップＳ５１４において、制御部４は、次のサンプルがあるかどうかを判定する。例えば、ステップＳ５０１より前に、予め測定対象のサンプル数が電解質測定装置１００に入力されており、制御部４が測定対象のサンプル数と測定済みのサンプル数とを比較することにより、次のサンプルの有無を判定することができる。次のサンプルがある場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ５０２へ戻り、同様にイオン濃度の測定を実施する。次のサンプルがない場合（ＮＯ）は、ステップＳ５１５に移行して測定を終了する。
【0050】
＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る電解質測定装置１００は、ノイズ検出電極１０２によって検出した電位Ｖを用いて、電位測定部９が測定した電位ＶＳを補正することができる。これにより、定量精度の高い測定を実現することができる。さらに、測定流路と廃液配管の溶液の流れを断絶することによって電気的導通を断ち、機構部品が動作しないタイミングで測定を実施する必要がなくなるので、設計の自由度を下げることなく測定精度を高めることができる。
本実施形態１に係る電解質測定装置１００は、ノイズ検出電極１０２によって検出した電位Ｖを用いて、電位測定部９が測定した電位ＶＳを補正することができる。これにより、定量精度の高い測定を実現することができる。さらに、測定流路と廃液配管の溶液の流れを断絶することによって電気的導通を断ち、機構部品が動作しないタイミングで測定を実施する必要がなくなるので、設計の自由度を下げることなく測定精度を高めることができる。
【0051】
＜実施の形態２＞
実施形態１において、試料液と接するノイズ検出電極１０２の信号を用いて、測定電位Ｖに含まれる電流成分由来のノイズを補正することにより、設計の自由度を下げる必要のない構成と方法について説明した。本発明の実施形態２においては、上記に加えて、電流成分由来のノイズの混入経路を特定する方法を説明する。
実施形態１において、試料液と接するノイズ検出電極１０２の信号を用いて、測定電位Ｖに含まれる電流成分由来のノイズを補正することにより、設計の自由度を下げる必要のない構成と方法について説明した。本発明の実施形態２においては、上記に加えて、電流成分由来のノイズの混入経路を特定する方法を説明する。
【0052】
図６は、本実施形態２における電解質測定ユニット１の構成図である。図６において、図２に示した構成要素と同様の構成要素については同じ参照番号が付されている。以下、図２の装置構成との相違点について詳細に説明する。その他構成は実施形態１と同様である。
【0053】
本実施形態２において、シッパーノズル１０７、参照電極１０４、参照液ボトル１６１それぞれにおいて発生する電位と同電位となる位置に、ノイズ検出電極６０１、６０２、６０３を配置する。各電極はノイズ検出部７と接続され、それぞれの電位を測定する。各ノイズ検出電極６０１～６０３と、試料液あるいは参照液との間の電気抵抗６１０、６２０、６３０を、説明の便宜上図示した。
【0054】
測定の１例を説明する。電位測定部９が取得する測定電位Ｖのノイズとなる電流は、構成要素の異常などにより測定系へ混入する可能性がある。例えば、（ａ）シッパーノズル１０７、（ｂ）参照液ボトル１６１、（ｃ）イオン選択性電極１０１と参照電極１０４との間の流路、などの異常があげられる。実施形態１のノイズ検出電極１０２のみでは、電流由来ノイズの混入経路を特定することは困難である。本実施形態２においては、ノイズ検出部７が取得するノイズ検出電極１０２、６０１、６０２、６０３それぞれの電位を参照することにより、ノイズ混入経路を推定することができる。
【0055】
例えば、ノイズ検出電極１０２、６０２、６０３の電位のみが変動するケースにおいては、シッパーノズル１０７からのノイズの混入の可能性を除外し、参照液ボトル１６１の異常、またはイオン選択性電極１０１と参照電極１０４との間の流路の異常、のみに絞り込むことができる。これにより、ノイズ補正による変動値混入経路を特定することが可能である。したがって、電解質測定装置１００の異常状態からの復旧作業において作業者の負担を低減することができる。
【0056】
＜実施の形態２：まとめ＞
本実施形態２に係る電解質測定装置１００は、シッパーノズル１０７、参照電極１０４、参照液ボトル１６１それぞれにおいて発生する電位と同電位となる位置に、ノイズ検出電極６０１～６０３を配置し、ノイズ検出電極６０１～６０３が検出した電位の変動に基づき、電流由来ノイズの混入経路を推定する。これにより、保守管理の作業負担を低減できる。
本実施形態２に係る電解質測定装置１００は、シッパーノズル１０７、参照電極１０４、参照液ボトル１６１それぞれにおいて発生する電位と同電位となる位置に、ノイズ検出電極６０１～６０３を配置し、ノイズ検出電極６０１～６０３が検出した電位の変動に基づき、電流由来ノイズの混入経路を推定する。これにより、保守管理の作業負担を低減できる。
【0057】
＜実施の形態３＞
実施形態２において、電気的なノイズの混入経路を特定することにより、保守管理の作業負担を低減する方法を説明した。一方、試料液および参照液が通過する流路に気泡などが混入することによって、測定毎の電気抵抗２０１、２０２、 ２０３の値のオーダが大きく変動する場合などにおいては、電気ノイズの混入経路を特定することは難しくなる。本発明の実施形態３では、このようなケースにおいてもノイズの混入経路を特定できる方法について説明する。
実施形態２において、電気的なノイズの混入経路を特定することにより、保守管理の作業負担を低減する方法を説明した。一方、試料液および参照液が通過する流路に気泡などが混入することによって、測定毎の電気抵抗２０１、２０２、 ２０３の値のオーダが大きく変動する場合などにおいては、電気ノイズの混入経路を特定することは難しくなる。本発明の実施形態３では、このようなケースにおいてもノイズの混入経路を特定できる方法について説明する。
【0058】
図７は、本実施形態３に係る電解質測定ユニット１の構成図である。図７において、図２または図６に示した構成要素と同様の構成要素については同じ参照番号が付されている。以下、図２または図６の装置構成との相違点について詳細に説明する。その他構成は実施形態１～２と同様である。
【0059】
本実施形態３において、参照電極１０４とアナロググラウンドの間に電流計７１０を配置する。さらに、ノイズ検出電極１０２、６０１、６０２、６０３とそれぞれ接続するスイッチ７３１、７３２、７３３、７３４配置するとともに、各スイッチと接続する電圧源７２０を配置する。ここでは図示しないが、各スイッチは制御部４と接続されており、個別に切り替えることが可能である。
【0060】
測定電圧取得時において、各スイッチはノイズ検出部７と接続するように設定されている。電圧源７２０の値は既知であり、スイッチを切り替えることにより、それぞれのノイズ検出電極１０２、６０１、６０２、６０３に対して所定の電圧を印可できる。このとき、電気抵抗２０７、６１０、６２０、６３０はその他の電気抵抗に比べて十分小さいと仮定すれば、電圧源７２０の電圧値と、切り替え操作ごとに電流計７１０で取得された電流値とを用いて、電気抵抗２０１、２０２、２０３の値を求めることができる。特にこの操作は測定電圧の測定後に実施するので、本操作による測定電圧への影響はない。さらに、電流計７１０は測定電圧取得時にも電流値を取得することができ、例えば、測定電圧と電流値が同じ変動パターンを示す場合は流路に流れる電流の影響であることが想定されるが、同じ変動パターンを示さない場合は、その他のノイズの影響であることが想定され、ノイズ種類の判別にも活用することができる。
【0061】
電気抵抗２０１～２０３を上記構成によって測定することにより、各流路に気泡が混入して測定毎にそれぞれの電気抵抗２０１～２０３の値が変化するケースにおいても、ノイズの混入経路を正確に特定することが可能である。
【0062】
＜実施の形態３：まとめ＞
本実施形態３に係る電解質測定装置１００は、ノイズ検出電極６０１～６０３いずれかに対して電圧を印加するようにスイッチ７３１～７３４を切り替え、電気抵抗２０１～２０３を測定する。これにより、例えば気泡などが流路に対して混入することによって流路の電気抵抗が変動するケースにおいても、電気的なノイズの混入経路を特定することができる。
本実施形態３に係る電解質測定装置１００は、ノイズ検出電極６０１～６０３いずれかに対して電圧を印加するようにスイッチ７３１～７３４を切り替え、電気抵抗２０１～２０３を測定する。これにより、例えば気泡などが流路に対して混入することによって流路の電気抵抗が変動するケースにおいても、電気的なノイズの混入経路を特定することができる。
【0063】
＜実施の形態４＞
実施形態１～３では、電気的なノイズを補正することにより、設計の自由度を下げることなく、定量精度の高い測定を実現することができること、さらに、電気的なノイズの混入経路を特定することにより、保守管理の作業負担を低減する方法を説明した。本発明の実施形態４では、試薬や各種駆動構成要素を有さないウェアラブル（生体に対して着脱できるように構成されている）な電解質測定装置においても、電気的なノイズを補正することができる形態について説明する。
実施形態１～３では、電気的なノイズを補正することにより、設計の自由度を下げることなく、定量精度の高い測定を実現することができること、さらに、電気的なノイズの混入経路を特定することにより、保守管理の作業負担を低減する方法を説明した。本発明の実施形態４では、試薬や各種駆動構成要素を有さないウェアラブル（生体に対して着脱できるように構成されている）な電解質測定装置においても、電気的なノイズを補正することができる形態について説明する。
【0064】
図８は、本実施形態４に係る電解質測定装置１００の構成図である。本実施形態４における電解質測定装置１００は、イオン選択性電極１０１、ノイズ検出電極１０２、参照電極１０４、各種電極の電気抵抗値８０１、８０２、８０３、８０４、８１２、制御部８０５、電源部８０６、データ送信部８０７、濃度算出部８０８、ノイズ除去部８０９、電位測定部９１０、ノイズ検出部７１１を備えている。
【0065】
図８に示す電解質測定装置１００は、生体に取り付けて固定し、装置外側に露出したイオン選択性電極１０１およびノイズ検出電極１０２と接触する汗や血液などの試料液に含まれる電解質濃度を測定できる。固定方法としては、粘着剤を用いた皮膚への貼り付けや生体内への侵襲的な埋め込みが可能である。これにより図８の電解質測定装置１００はウェアラブルデバイスとして構成されている。
【0066】
イオン選択性電極１０１は、実施形態１～３と同様に、試料に含まれるイオンによって電位を出力する。本実施形態４においては、生体成分を試料として測定することになる。例えば皮膚表面に電解質測定装置１００を取り付ける場合は、汗に含まれるイオンなどを測定できる。電解質測定装置１００を生体内へ埋め込む場合は、血液に含まれるイオンなどを測定できる。
【0067】
参照電極１０４の電位は、一定に維持する必要がある。実施形態１～３においては、参照液を供給することによりこれを実現している。本実施形態４においては、参照液を供給する機構がないので、代替手段を用いる必要がある。例えば液絡部を有する封入管などを用いて参照電極１０４を常に参照液に浸した状態にすることや、定電圧回路などを参照電極１０４と接続することにより、参照液を供給することなく、実施形態１～３における参照電極１０４と同様の役割を実現することができる。
【0068】
ウェアラブル化の欠点として、外乱によるイオン選択性電極１０１へのノイズが混入することにより、電解質濃度の測定精度が低下することが問題となることがある。これを回避するためにはノイズを混入させないためのシールド構造などの工夫が必要である。本実施形態４では、イオン選択性電極１０１の近傍に設置されたノイズ検出電極１０２の信号を用いてノイズ除去部８０９が測定電位を補正することにより、特殊なシールド構造を有さないウェアラブル化された電解質測定装置であっても測定精度を向上させることができる。
【0069】
＜実施の形態４：まとめ＞
本実施形態４に係る電解質測定装置１００は、生体に固定するタイプのウェアラブルデバイスとして構成した場合であっても、実施形態１～３と同様に、ノイズの混入を抑制するために設計の自由度を下げることなく、定量精度の高い測定を実現することができる。
本実施形態４に係る電解質測定装置１００は、生体に固定するタイプのウェアラブルデバイスとして構成した場合であっても、実施形態１～３と同様に、ノイズの混入を抑制するために設計の自由度を下げることなく、定量精度の高い測定を実現することができる。
【0070】
＜実施の形態５＞
実施形態１～４において、測定流路に接続したノイズ検出電極１０２を用いたノイズの補正方法により、ノイズの混入を抑制するために設計の自由度を下げることなく、定量精度の高い測定を実現する方法を説明した。一方、これらの方法は試料液などに流れる電気的なノイズを対象とするものであり、静電気などの発生に伴う電界の影響などによってイオン選択性電極に直接混入する電気ノイズは補正することができない。本発明の実施形態５では、これらの課題を解決するための方法を実現する構成例を説明する。
実施形態１～４において、測定流路に接続したノイズ検出電極１０２を用いたノイズの補正方法により、ノイズの混入を抑制するために設計の自由度を下げることなく、定量精度の高い測定を実現する方法を説明した。一方、これらの方法は試料液などに流れる電気的なノイズを対象とするものであり、静電気などの発生に伴う電界の影響などによってイオン選択性電極に直接混入する電気ノイズは補正することができない。本発明の実施形態５では、これらの課題を解決するための方法を実現する構成例を説明する。
【0071】
図９は、本実施形態５における電解質測定ユニット１の構成図である。図９において、図２～８に示した構成要素と同様の構成要素については同じ参照番号が付されている。以下、図２～図８の装置構成との相違点について詳細に説明する。
【0072】
本実施形態５では、ノイズ検出電極１０２の他に、測定流路とは直接電気敵に接続していない電界ノイズ検出電極９０１を備えている。電界ノイズ検出電極９０１は、電流計９０２と接続している。例えば、電界が発生し、塩素イオン電極１０１aに微少な電流が混入するとき、電界ノイズ検出電極９０１によってその電流量を検出することができる。電界ノイズ検出電極９０１の形状は球や円柱・円錐、四角柱・四角柱、多面体などが用いられる。
【0073】
例として、塩素イオン電極１０１aに混入して参照電極に接続されたグラウンドを流れる電流Ｉｎｏｉｓｅが測定系へ影響する際の補正について説明する。このとき測定される電位Ｖｎｏｉｓｅは、電気抵抗Ｒ２０２、Ｒ２０４、Ｒ２０８、塩素イオン電極１０１aの起電力Ｖを用いて、下記のように示される。
【0074】
Ｖｎｏｉｓｅ＝Ｖ＋（Ｒ２０２＋Ｒ２０４＋Ｒ２０８）×Ｉｎｏｉｓｅ （４）
【0075】
電流計９０２が測定するＩｃｏｒｒは、Ｉｎｏｉｓｅと同じ値ではないが、Ｉｎｏｉｓｅとの間である程度の相関を有していると考えられる。この相関関係を例えば実測値によってあらかじめ把握しておき、Ｉｃｏｒｒを用いてＶｎｏｉｓｅを補正することにより、電位ＶからＩｎｏｉｓｅに関するノイズ成分を除去することができる。１例として、式４に準じて、Ｖｎｏｉｓｅ－Ａ×Ｉｃｏｒｒが電位Ｖの真値を表すように、あらかじめ係数Ａを求めておき、その係数Ａを用いてノイズ成分を除去することが考えられる。その他適当な計算式を用いてもよい。
【0076】
図９には示していないが、電界ノイズ検出電極９０１と電流計９０２は複数個設置することができ、またそれぞれを同時に測定することができる。複数個設置した場合はそれぞれの位置と電流量を用いて、空間的な電界ノイズの状態を検出することで、電界ノイズの発生方向や混入経路、を推定することができるため、より正確な補正が可能になる。さらに、空間的な電界ノイズの状態より、構成要素の不具合によって発生した電界ノイズか否かも推定することができるため、不具合発生時の復旧作業者の負担を低減することができる。
【0077】
＜実施の形態５：まとめ＞
本実施形態５に係る電解質測定装置１００は、静電気などの発生に伴う電界の影響などによってイオン選択性電極１０１に対して直接混入する電気ノイズの補正が可能になり、さらに定量精度を向上させることができる。
本実施形態５に係る電解質測定装置１００は、静電気などの発生に伴う電界の影響などによってイオン選択性電極１０１に対して直接混入する電気ノイズの補正が可能になり、さらに定量精度を向上させることができる。
【0078】
＜本発明の変形例について＞
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【0079】
以上の実施形態において、イオン選択性電極１０１の例として塩素イオン電極１０１ａ、カリウムイオン電極１０１ｂ、ナトリウムイオン電極１０１ｃを例示したが、その他イオン種に対して本発明を適用することもできる。
【0080】
以上の実施形態において、制御部４、濃度算出部５、ノイズ除去部６、などの演算処理を実施する機能部は、その機能を実装した回路デバイスなどのハードウェア用いて構成することもできるし、その機能を実装したソフトウェアをＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算装置が実行することによって構成することもできる。
【符号の説明】
【0081】
１００・・・電解質測定装置
１・・・電解質測定ユニット
２・・・表示部
３・・・入力部
４・・・制御部
５・・・濃度算出部
６・・・ノイズ除去部
７・・・ノイズ検出部
８・・・電位測定部
１０１・・・イオン選択性電極
１０２・・・ノイズ検出電極
１０４・・・参照電極
１０５・・・ピンチ弁
１０６・・・真空吸引ノズル
１０７・・・シッパーノズル
１０８・・・希釈液供給ノズル
１０９・・・内部標準液供給ノズル
１１０・・・希釈槽
１１１・・・廃液タンク
１１２・・・真空ポンプ
１２１～１２７・・・電磁弁
１３１・・・内部標準液用シリンジポンプ
１３２・・・希釈液用シリンジポンプ
１３３・・・シッパーシリンジポンプ
１４１・・・内部標準液ボトル
１５１・・・希釈液ボトル
１６１・・・参照液ボトル
１・・・電解質測定ユニット
２・・・表示部
３・・・入力部
４・・・制御部
５・・・濃度算出部
６・・・ノイズ除去部
７・・・ノイズ検出部
８・・・電位測定部
１０１・・・イオン選択性電極
１０２・・・ノイズ検出電極
１０４・・・参照電極
１０５・・・ピンチ弁
１０６・・・真空吸引ノズル
１０７・・・シッパーノズル
１０８・・・希釈液供給ノズル
１０９・・・内部標準液供給ノズル
１１０・・・希釈槽
１１１・・・廃液タンク
１１２・・・真空ポンプ
１２１～１２７・・・電磁弁
１３１・・・内部標準液用シリンジポンプ
１３２・・・希釈液用シリンジポンプ
１３３・・・シッパーシリンジポンプ
１４１・・・内部標準液ボトル
１５１・・・希釈液ボトル
１６１・・・参照液ボトル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】