(57)【要約】  反応容器２内で生じた化学発光強度を計測することにより試料溶液の濃度を定量する試料溶液濃度測定方法であって、反応容器２が、噴出孔及び排出孔を有する反応槽が２つ以上直列に接続されてなるものであり、それぞれの前記反応槽の断面積（Ｓ１）と前記噴出孔の断面積（Ｓ２）との断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が３以上であり、試料溶液及び反応剤溶液を第１の反応槽Ａの噴出孔９から導入し、導入された溶液による噴流によって乱流を発生させて該試料溶液と該反応剤溶液とを混合し、得られた第１の混合溶液を第２以降の反応槽に対して同様に導入し、噴流によって乱流を発生させて更に混合し、反応容器２内で生じた化学発光強度を計測することを特徴とする。これにより、試料溶液と反応剤溶液との混合により生じた化学発光強度を再現性良く測定でき、試料溶液の濃度を精度良く定量することのできる測定方法が提供される。
2012133394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内で生じた化学発光強度を計測することにより試料溶液の濃度を定量する試料溶液濃度測定方法であって、
前記反応容器が、噴出孔及び排出孔を有する反応槽が２つ以上直列に接続されてなるものであり、
それぞれの前記反応槽の断面積（Ｓ１）と前記噴出孔の断面積（Ｓ２）との断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が３以上であり、
試料溶液及び反応剤溶液を第１の反応槽の噴出孔から第１の反応槽に導入し、導入された溶液による噴流によって第１の反応槽内に乱流を発生させて該試料溶液と該反応剤溶液とを混合し、
得られた第１の混合溶液を第１の反応槽の排出孔を通じて第２の反応槽の噴出孔から第２の反応槽内に導入し、
前記第１の混合溶液による噴流によって第２の反応槽内に乱流を発生させて該第１の混合溶液を更に混合し、
前記反応容器が、第２の反応槽の下流に更に１つ又は複数の追加の反応槽が繰返し配置された構成を任意的に有していて、第２の反応槽内における上記混合と同様に混合溶液を更に混合してもよく、
前記反応容器内で生じた化学発光強度を計測することを特徴とする試料溶液濃度測定方法。
【請求項２】
前記試料溶液が尿素を含む試料溶液である請求項１記載の試料溶液濃度測定方法。
【請求項３】
前記試料溶液が透析廃液である請求項１又は２記載の試料溶液濃度測定方法。
【請求項４】
前記反応剤溶液が次亜ハロゲン酸イオンを含む反応剤溶液である請求項１〜３のいずれか記載の試料溶液濃度測定方法。
【請求項５】
反応容器内で生じた化学発光強度を計測することにより試料溶液の濃度を定量する試料溶液濃度測定装置であって、
噴出孔及び排出孔を有する反応槽が２つ以上直列に接続されてなる反応容器を備え、
それぞれの前記反応槽の断面積（Ｓ１）と該噴出孔の断面積（Ｓ２）との断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が３以上であり、かつその反応槽の少なくとも一部が透明部を有して該透明部の外側に光検出器が配置され、
試料溶液及び反応剤溶液を第１の反応槽の噴出孔から第１の反応槽に導入する手段を備え、導入された溶液による噴流によってそれぞれの前記反応槽内に乱流を発生させて、該試料溶液と該反応剤溶液とを混合することにより前記反応容器内で生じた化学発光強度を計測することを特徴とする試料溶液濃度測定装置。
【請求項６】
前記噴出孔の軸と前記排出孔の軸との交わる角度αが１５度以上１６５度以下となる反応槽を少なくとも１つ有する請求項５記載の試料溶液濃度測定装置。
【請求項７】
尿素濃度を定量する請求項５又は６記載の試料溶液濃度測定装置。
【請求項８】
請求項７記載の試料溶液濃度測定装置により透析廃液中の尿素濃度を定量する人工透析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料溶液と反応剤溶液とを混合させることにより生じた化学発光を計測することにより試料溶液の濃度を定量する試料溶液濃度測定方法、及びそれに用いられる試料溶液濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工透析医療においては、ダイアライザと呼ばれる、内径１００μｍ程度の半透膜でできた管状の中空糸集合体を用いている。血中に存在する尿素等の溶質は、ダイアライザを通過する過程で透析液側に浸透することにより体外に除去される。従来、血中の尿素量は、採血することにより分析され、血中尿素窒素（Ｂｌｏｏｄ  Ｕｒｅａ  Ｎｉｔｒｏｇｅｎ、以下「ＢＵＮ」と略記することがある。）値として評価されていた。【０００３】
尿素を含む試料溶液中の尿素濃度を測定する方法として、尿素と反応して発色する試薬を用い、その試薬の標準色と比較することにより尿素濃度を測定する比色法、尿素に特異的に働く酵素であるウレアーゼをガラスビーズの周囲に固定化し、尿素の加水分解反応に伴う反応熱を測定することにより尿素濃度を測定する酵素サーミスタ法、尿素と反応して化学発光を生じる酸化剤、例えば、次亜ハロゲン酸塩を用い、その化学発光（Ｃｈｅｍｉｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、以下「ＣＬ」と略記することがある。）の強度から尿素濃度を測定する化学発光法等が知られている。【０００４】
比色法では、尿素と反応して変色する試薬の調製に手間がかかり、測定誤差の原因の一つにもなるとともに、測定が終わるまでに時間がかかってしまう問題があった。また、経時的に濃度変化をモニタリングするには不向きであった。【０００５】
酵素サーミスタ法では、測定を繰り返すごとに酵素が劣化し、酵素の経時変化が大きく、長期間安定して測定することが困難であった。尿素濃度のモニタリングに用いることはできるが、複数回の測定に用いるには精度的に問題があった。【０００６】
化学発光は、尿素と次亜ハロゲン酸イオンが反応する過程で生成される励起窒素が基底状態に戻る際に生じるとされている（非特許文献１）。化学発光法は、尿素濃度をリアルタイムで測定することが可能であるため、試料溶液が尿素を含む試料溶液である場合には、人工透析医療において透析治療の終了すべきタイミングを知る手段として用いることができる。例えば、非特許文献２では、ＢＵＮ値を知る目安として、透析廃液中の尿素濃度を測定することが記載されている。具体的には、透析廃液中の尿素と、次亜臭素酸ナトリウムとが反応することにより生じた化学発光を測定することで、尿素濃度の測定を行う方法について記載されている。しかしながら、化学発光効率や再現性が必ずしも良好ではなく改善が求められていた。【０００７】
また、ガラス管を渦巻き状に加工した反応容器を用いた化学発光測定方法（フローインジェクション法）が知られている。これは、ポンプ等により試料溶液及び反応剤溶液を反応容器の導入口に送り、該導入口で試料溶液と反応剤溶液とが混合されるとともに渦巻き管内に導入され、生じた化学発光を計測する方法である。しかしながら、試料溶液と反応剤溶液とを短時間に均一に混合できない場合があり、特に、試料溶液と反応剤溶液とを混合した際に、化学発光寿命が短い反応が生じる場合あるいは気泡が発生するような反応が生じる場合には、化学発光強度の測定の再現性が良好ではなく改善が求められていた。【０００８】
特許文献１には、シリンダー内で生じた化学発光を計測する化学発光測定方法であって、シリンダー内でピストンを移動させることにより試料溶液又は反応剤溶液の一方をシリンダー内に吸入し、続いて他方の溶液を吸入し、他方の溶液による噴流によってシリンダー内に乱流を発生させて試料溶液と反応剤溶液とを均一に混合させることにより生じた化学発光を計測することを特徴とする化学発光測定方法が記載されている。この方法によれば、発光効率が高く再現性の良い化学発光測定を行うことができるとされている。しかしながら、上記方法では、多数回の繰り返し使用によりピストン摺動部から液漏れが生じるためしばしばピストンの交換が必要なこと、反応剤溶液の使用量が多くなるため多量の反応剤溶液を備蓄する必要があること、精密なピストン摺動機構が必要なためコスト高となることがあり、改善が求められていた。【０００９】
また、特許文献２には、シリコン基板の表面に異方性エッチングにより形成された複数の独立した反応チャンバと、該シリコン基板の表面に陽極接合され前記反応チャンバを密閉する平板とからなる、ことを特徴とする生化学反応用マイクロリアクタについて記載されている。これによれば、例えば１０００以上の多数の生化学反応を同時に並列的に行うことができ、かつ、単なる分析だけではなく、蛋白質合成などの物質合成反応をもセル上で行うことができるとされている。また、生化学反応を光学的に観察することができ、発光強度をモニタすることができるとされている。しかしながら、最終的に反応生成物を得ることを目的とする上記マイクロリアクタでは、各々の独立した反応チャンバ内において短時間で均一に混合できない場合があった。特に、試料溶液と反応剤溶液とを混合した際に、化学発光寿命が短い反応が生じる場合あるいは気泡が発生するような反応が生じる場合には、各々の独立した反応チャンバ内における化学発光反応の再現性が必ずしも良好ではなく改善が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２００９／０３５００８号
【特許文献２】特開平１０−３３７１７３号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Xincheng Hu他，「Bull. Chem. Soc. Jpn.」，1996年，第69巻，第5号，p.1179-1185
【非特許文献２】岡林徹他，「臨牀透析」，2006年，第22巻，第8号，p.1199-1204
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、試料溶液と反応剤溶液との混合により生じた化学発光強度を再現性良く測定することにより試料溶液の濃度を精度良く定量することのできる測定方法を提供することを目的とするものである。また、そのような測定方法の好適な用途を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題は、反応容器内で生じた化学発光強度を計測することにより試料溶液の濃度を定量する試料溶液濃度測定方法であって、前記反応容器が、噴出孔及び排出孔を有する反応槽が２つ以上直列に接続されてなるものであり、それぞれの前記反応槽の断面積（Ｓ１）と前記噴出孔の断面積（Ｓ２）との断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が３以上であり、試料溶液及び反応剤溶液を第１の反応槽の噴出孔から第１の反応槽に導入し、導入された溶液による噴流によって第１の反応槽内に乱流を発生させて該試料溶液と該反応剤溶液とを混合し、得られた第１の混合溶液を第１の反応槽の排出孔を通じて第２の反応槽の噴出孔から第２の反応槽内に導入し、前記第１の混合溶液による噴流によって第２の反応槽内に乱流を発生させて該第１の混合溶液を更に混合し、前記反応容器が、第２の反応槽の下流に更に１つ又は複数の追加の反応槽が繰返し配置された構成を任意的に有していて、第２の反応槽内における上記混合と同様に混合溶液を更に混合してもよく、前記反応容器内で生じた化学発光強度を計測することを特徴とする試料溶液濃度測定方法を提供することによって解決される。【００１４】
このとき、前記試料溶液が尿素を含む試料溶液であることが好適であり、前記試料溶液が透析廃液であることが好適である。前記反応剤溶液が次亜ハロゲン酸イオンを含む反応剤溶液であることも好適である。【００１５】
更に上記課題は、反応容器内で生じた化学発光強度を計測することにより試料溶液の濃度を定量する試料溶液濃度測定装置であって、噴出孔及び排出孔を有する反応槽が２つ以上直列に接続されてなる反応容器を備え、それぞれの前記反応槽の断面積（Ｓ１）と該噴出孔の断面積（Ｓ２）との断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が３以上であり、かつその反応槽の少なくとも一部が透明部を有して該透明部の外側に光検出器が配置され、試料溶液及び反応剤溶液を第１の反応槽の噴出孔から第１の反応槽に導入する手段を備え、導入された溶液による噴流によってそれぞれの前記反応槽内に乱流を発生させて、該試料溶液と該反応剤溶液とを混合することにより前記反応容器内で生じた化学発光強度を計測することを特徴とする試料溶液濃度測定装置を提供することによっても解決される。【００１６】
このとき、前記噴出孔の軸と前記排出孔の軸との交わる角度αが１５度以上１６５度以下となる反応槽を少なくとも１つ有することが好適であり、尿素濃度を定量することが本発明の好適な実施態様である。また、上記試料溶液濃度測定装置により透析廃液中の尿素濃度を定量する人工透析装置が本発明の好適な実施態様である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の試料溶液濃度測定方法では、各反応槽内に導入された溶液による噴流によって試料溶液と反応剤溶液との混合が繰り返される。これにより、該混合により生じた化学発光強度を再現性良く測定できるため、試料溶液の濃度を精度良く定量することができる。化学発光の反応速度が速い場合でも化学発光強度を再現性良く測定することができる。特に、試料溶液と反応剤溶液とを混合した際に、化学発光反応に伴って気泡が発生する場合であっても、化学発光強度を再現性良く測定することができる。また、試料溶液が尿素を含む試料溶液である場合、リアルタイムで尿素濃度を測定することができるため、透析時間の終了を知ることのできる人工透析装置として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の試料溶液濃度測定装置の一例を示した概略平面図である。
【図２】本発明の試料溶液濃度測定装置の一例を示した概略側面図である。
【図３】実施例１で得られた化学発光応答波形図である。
【図４】実施例１において尿素水溶液の濃度を変更した際に得られた化学発光応答波形図である。
【図５】実施例１において化学発光寿命τの算出に用いた化学発光応答波形図である。
【図６】実施例１で得られた尿素濃度と化学発光強度との相関図である。
【図７】実施例２で得られた化学発光応答波形図である。
【図８】比較例１で得られた化学発光応答波形図である。
【図９】各反応槽Ａ〜Ｇで生じた化学発光強度を測定する装置の概略平面図である。
【図１０】各反応槽Ａ〜Ｇで生じた化学発光強度を測定して得られた化学発光応答波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら本発明をより具体的に説明する。図１は、本発明で用いられる試料溶液濃度測定装置１の一例を示した概略平面図であり、図２は、前記装置１の一例を示した概略側面図である。図１では、第１の反応槽Ａから第７の反応槽Ｇまでの噴出孔及び排出孔を有する反応槽が直列に接続されてなる反応容器２を備えている。前記各反応槽は反応容器２の上面側に透明部を有しており、図２に示されるように、反応容器２の上面と対向する位置に光検出器２４が配置されている。試料溶液導入口３と第１の反応槽Ａは配管７で接続されている。試料溶液は、ポンプ５を作動させることにより試料溶液導入口３から配管７を通って第１の反応槽Ａの噴出孔９から第１の反応槽Ａ内に導入される。一方、反応剤溶液導入口４と第１の反応槽Ａは配管８で接続されている。反応剤溶液は、ポンプ６を作動させることにより反応剤溶液導入口４から配管８を通って第１の反応槽Ａの噴出孔９から第１の反応槽Ａ内に導入される。そして、第１の反応槽Ａ内に導入された溶液による噴流によって第１の反応槽Ａ内で乱流が発生し、試料溶液と反応剤溶液とが均一に混合されて第１の混合溶液が得られる。得られた第１の混合溶液は、第１の反応槽Ａの排出孔１０を通じて第２の反応槽Ｂの噴出孔１１から第２の反応槽Ｂ内に導入される。前記導入された第１の混合溶液による噴流によって、第２の反応槽Ｂ内で乱流が発生し、第１の混合溶液が更に混合されて、第２の混合溶液が得られる。次いで、得られた第２の混合溶液は、第２の反応槽Ｂの排出孔１２の下流に設けられた第３の反応槽Ｃから第７の反応槽Ｇまでのそれぞれの反応槽内において、更に混合される。このようにして、反応容器２内で試料溶液と反応剤溶液との混合により生じた化学発光強度が光検出器２４により測定され、試料溶液の濃度を定量することができる。
【００２０】
本発明の試料溶液濃度測定装置１は、噴出孔及び排出孔を有する反応槽が２つ以上直列に接続されてなる反応容器２を備えている。このような構成とすることで、反応容器２内で生じた化学発光強度の測定の再現性が良好となる。後述する比較例１の結果からも分かるように、反応槽を１つのみ有する反応容器を用いた場合、試料溶液と反応剤溶液との混合により生じた化学発光強度の安定性が良好ではなかった。したがって、噴出孔及び排出孔を有する反応槽が２つ以上直列に接続されてなる反応容器２を採用する意義が大きい。本発明では、前記反応容器２が、第２の反応槽Ｂの下流に更に１つ又は複数の追加の反応槽が繰返し配置された構成を任意的に有していてもよい。このように、複数の反応槽が繰返し配置されることで、化学発光強度の測定の再現性が良好となる。かかる観点から、本発明で用いられる反応容器２としては、前記反応槽が３つ以上直列に接続されていることが好ましく、４つ以上直列に接続されていることがより好ましく、５つ以上直列に接続されていることが更に好ましい。特に、試料溶液の濃度が低い場合には、接続される反応槽の数が多い方が化学発光強度の測定の再現性が良好となる。
【００２１】
本発明で用いられる反応槽の形状は特に限定されない。反応槽の形状は、円筒型であってもよいし、球型であってもよいし、角型であってもよい。攪拌効率が良好である観点から、円筒型又は球型の反応槽が好適に用いられる。本発明で用いられる反応槽の大きさは特に限定されないが、溶液による噴流によって効率良く乱流を発生させるとともに、反応剤溶液の使用量を少なくすることができる観点から、１つの反応槽の容量が３００ｍｍ３以下であることが好ましく、２００ｍｍ３以下であることがより好ましく、１００ｍｍ３以下であることが更に好ましい。
【００２２】
本発明の試料溶液濃度測定装置１は、前記噴出孔の軸と前記排出孔の軸との交わる角度αが１５度以上１６５度以下となる反応槽を少なくとも１つ有することが好ましい。このような構成とすることで、反応容器２内で生じた化学発光強度の測定の安定性が良好となる。この理由について本発明者らは、上流側の反応槽の排出孔から下流側の反応槽の噴出孔に溶液による噴流が導入される際に、該噴流が下流側の反応槽の内壁に衝突することにより、より均一な混合がされるためと推察している。
【００２３】
本発明の試料溶液濃度測定装置１において、それぞれの前記反応槽の断面積（Ｓ１）と前記噴出孔の断面積（Ｓ２）との断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が３以上である。ここで、反応槽の断面積（Ｓ１）とは、噴出孔から反応槽内に流れ込む水流に対して垂直な面における最大断面積を意味する。断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が３以上であることにより、試料溶液及び反応剤溶液を噴出孔から反応槽内に導入する際に、溶液による噴流が生じて、該噴流によって乱流が発生することとなる。その結果、試料溶液と反応剤溶液とが急激に混合されて均一化するため、生じた化学発光強度を測定する際の化学発光強度の揺らぎが減少してＳ／Ｎ比が向上し、化学発光強度の測定の再現性が良好となる。断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が３未満の場合、試料溶液及び反応剤溶液を噴出孔から反応槽内に導入する際に、乱流と層流が混在してしまい、化学発光強度の測定の再現性が低下するおそれがあり、断面積比（Ｓ１／Ｓ２）は、４以上であることが好ましく、５以上であることがより好ましい。一方、断面積比（Ｓ１／Ｓ２）は、通常１０００以下である。
【００２４】
本発明の試料溶液濃度測定装置１は、各反応槽の少なくとも一部が透明部を有して該透明部の外側に光検出器２４が配置されている。この光検出器２４により、試料溶液と反応剤溶液とを混合することにより反応容器２内で生じた化学発光が計測される。このように、光検出器２４を用いて化学発光強度を測定することにより、試料溶液の濃度を定量することができる。光検出器２４の配置としては、各反応槽が有する透明部の外側であれば特に限定されないが、図２に示されるように、反応容器の上面と対向する位置に該上面に接するように配置することが好ましい。
【００２５】
本発明で用いられる反応槽を構成する材料としては特に限定されない。上述のように各反応槽の少なくとも一部が透明部を有する観点から、反応槽を構成する材料は、ガラスであってもよいし、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂等の透明樹脂であってもよいし、これらを組み合わせたものであってもよい。本発明者らは、反応槽内に導入される試料溶液及び反応剤溶液の流量が低い場合には、反応槽の少なくとも一部がガラスで構成されていた方が得られる化学発光強度の再現性が良好であったことを確認している。一方、成形加工が容易であるとともに安価である観点から、熱可塑性樹脂が好適に用いられる。また、本発明の試料溶液濃度測定装置１を長期間使用することにより、反応槽の内部に仮に汚染物が蓄積した場合であっても、安価で製造することができるため使い捨て使用が可能となる。また、本発明者らは、反応槽を構成する材料がアクリル樹脂等の熱可塑性樹脂である場合には、強アルカリ性である反応剤溶液を反応槽内に一度流通した後に、試料溶液と反応剤溶液との混合により生じた化学発光強度を測定すると、得られる化学発光強度の再現性がより良好になったことを確認している。この理由については必ずしも明らかではないが、強アルカリ性である反応剤溶液により反応槽内の表面が親水化された可能性があることを本発明者らは推察している。
【００２６】
本発明の試料溶液濃度測定装置１は、試料溶液及び反応剤溶液を噴出孔９から第１の反応槽Ａに導入する手段を備えている。前記導入手段としては、試料溶液及び反応剤溶液を第１の反応槽Ａ内に一定流量で導入できるのであれば特に限定されない。例えば、ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ、プランジャーポンプ、ギヤポンプなどが挙げられる。中でも応答性及び定量性が良好である観点から、ダイヤフラムポンプが好適に用いられる。本発明の試料溶液濃度測定装置１は、前記導入手段以外には機械的な動作手段を特に必要としないため、装置構成が複雑とならず、メンテナンスフリーで試料溶液の濃度を定量することができる。また、故障しにくく安価で本発明の試料溶液濃度測定装置１を製造できる。
【００２７】
本発明の試料溶液濃度測定装置１は、試料溶液の供給が可能な試料溶液供給部を備えていてもよく、例えば、試料溶液が収容されたタンク等が挙げられる。試料溶液の濃度をリアルタイムで定量する観点からは、試料溶液供給部が随時新たな試料溶液を供給できる手段を備えていることが好ましい。後述するように、試料溶液が尿素を含む試料溶液、特に透析廃液である場合は、随時新たな透析廃液を供給できるため、リアルタイムで透析廃液中の尿素濃度を定量することができる。これにより、透析治療の終了すべきタイミングを知ることが可能となる。また、本発明の試料溶液濃度測定装置１は、反応剤溶液の供給が可能な反応剤溶液供給部を備えていてもよく、例えば、反応剤溶液が収容されたタンク等が挙げられる。
【００２８】
本発明の試料溶液濃度測定方法は、噴出孔及び排出孔を有する反応槽が２つ以上直列に接続されてなる反応容器２内で生じた化学発光強度を計測することにより試料溶液の濃度を定量することを特徴とする。本発明のように、反応槽内に導入された溶液による噴流によってそれぞれの反応槽内に乱流を発生させることにより、試料溶液と反応剤溶液とが急激に混合されて均一化するため、生じた化学発光強度を測定する際の化学発光強度の揺らぎが減少してＳ／Ｎ比が向上し、化学発光強度の測定の再現性が良好となる。これにより、試料溶液濃度の定量が可能となる。
【００２９】
本発明の試料溶液濃度測定方法では、図１に示されるように、試料溶液と反応剤溶液とが第１の反応槽Ａ内に導入され、前記導入された溶液による噴流によって第１の反応槽Ａ内で乱流が発生し、試料溶液と反応剤溶液とが均一に混合されて第１の混合溶液が得られる。得られた第１の混合溶液は、排出孔１０を通じて噴出孔１１から第２の反応槽Ｂ内に導入される。前記導入された第１の混合溶液による噴流によって第２の反応槽Ｂ内で乱流が発生し、第１の混合溶液が更に混合されて第２の混合溶液が得られる。得られた第２の混合溶液は、排出孔１２の下流に設けられた第３の反応槽Ｃから第７の反応槽Ｇまでのそれぞれの反応槽内において、更に混合される。そして、前記混合された溶液は、排出口２３から排出される。このようにして、反応容器２内で試料溶液と反応剤溶液との混合により生じた化学発光強度を光検出器２４により計測することにより、試料溶液の濃度を定量することができる。
【００３０】
本発明は、上記説明したように、各反応槽内での混合が繰り返されることで、該混合より生じた化学発光強度を再現性良く測定することができる。特に、試料溶液と反応剤溶液との混合により化学発光を生じる反応に伴って気泡が発生した場合であっても、化学発光強度の測定の再現性が良好となる。本発明者らは、試料溶液と反応剤溶液とを混合した際に気泡が発生すると、化学発光強度の安定性が良好ではなかったことを確認しており、発生した気泡により反応が阻害されたこと、あるいは化学発光が散乱されたことによると推察している。後述する実施例においても、第１の反応槽Ａ内で試料溶液と反応剤溶液とが混合されて第１の混合溶液を得た際に、気泡が発生しているのを本発明者らは目視にて確認している。そして、第１の混合溶液とともに発生した気泡が第２の反応槽Ｂから第７の反応槽Ｇまでのそれぞれの反応槽を通過すると、前記発生した気泡を目視にて確認することが困難であった。このことは、各反応槽内において、溶液による噴流によって混合が繰り返されることで、第１の混合溶液とともに発生した気泡が微細化されていったためであると考えられる。一方、後述する比較例１の結果からも分かるように、反応槽を１つのみ有する反応容器を用いた場合、試料溶液と反応剤溶液との混合により生じた化学発光強度の安定性が良好ではなかった。したがって、気泡を発生する反応が伴って生じる際に反応容器２内で生じた化学発光強度を計測することにより試料溶液の濃度を定量することが本発明の好適な実施態様である。
【００３１】
本発明の試料溶液濃度測定方法は、試料溶液と反応剤溶液との混合により生じる化学発光の反応速度が速い場合でも化学発光強度の測定の再現性が良好である。したがって、そのような試料溶液の濃度を精度良く定量することが可能である。ここで、化学発光の反応速度が速いとは、化学発光寿命τが小さいことを示しており、本発明において化学発光寿命τとは、化学発光強度の減衰が生じているときに、その化学発光強度が１／ｅの値に減少するまでの時間で定義される。図５の化学発光応答波形図から分かるように、試料溶液と反応剤溶液との混合により生じる化学発光強度は、試料溶液及び反応剤溶液の供給を止めると指数関数的に減衰している。このとき、化学発光寿命τは、片対数グラフにおける縦軸を化学発光強度、横軸を時間とした化学発光応答波形図において、減衰曲線上における化学発光強度が１／ｅの値に減少するまでの時間により求められる。このように、化学発光の反応速度が速い場合でも化学発光強度の測定の再現性が良好となる理由としては、反応槽内に導入された溶液による噴流によってそれぞれの反応槽内に乱流を発生させることにより、試料溶液と反応剤溶液とが急激に混合されて均一化するため、生じた化学発光強度を測定する際の化学発光強度の揺らぎが減少してＳ／Ｎ比が向上するためと考えられる。したがって、化学発光寿命τが３秒以下である化学発光反応において反応容器２内で生じた化学発光強度を計測することにより試料溶液の濃度を定量する試料溶液濃度測定方法が本発明の好適な実施態様である。
【００３２】
本発明で用いられる試料溶液としては、反応剤溶液と混合することにより化学発光するものであれば特に限定されないが、尿素、アミノ酸、タンパク質等の生体由来含窒素化合物を含む試料溶液であることが好ましく、尿素を含む試料溶液であることがより好ましい。試料溶液が尿素を含む試料溶液である場合、本発明の試料溶液濃度測定装置１は、尿素濃度測定装置として種々の用途に好適に用いることができる。また、本発明で用いられる反応剤溶液としては、試料溶液と混合することにより化学発光するものであれば特に限定されないが、尿素、アミノ酸、タンパク質等の生体由来含窒素化合物を含む試料溶液と反応して化学発光するという観点から、反応剤溶液が次亜ハロゲン酸イオンを含む反応剤溶液であることが好ましい。次亜ハロゲン酸イオンとしては特に限定されず、ＦＯ−、ＣｌＯ−、ＢｒＯ−、ＩＯ−等の次亜ハロゲン酸イオンが挙げられるが、次亜臭素酸イオン又は次亜塩素酸イオンから選択される少なくとも１種であることが好ましい。また、次亜ハロゲン酸イオンを含む反応剤溶液は、次亜ハロゲン酸イオンを含む水溶液として予め調製されたものを装置に供給してもよいし、装置内でハロゲンイオンを含む水溶液を電気分解することにより供給してもよい。
【００３３】
本発明で用いられる試料溶液が透析廃液である場合、透析廃液中の尿素濃度を測定することを特徴とする人工透析装置として好適に用いることができる。特に、リアルタイムで尿素濃度を測定することができるため、透析治療の終了すべきタイミングを知ることのできる人工透析装置として好適に用いることができる。また、ダイアライザの品質・性能評価に用いることもできるため、本発明の試料溶液濃度測定装置１を用いたダイアライザの性能評価方法も本発明の好適な実施態様である。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明する。【００３５】
実施例１
図１及び図２に示される試料溶液濃度測定装置１（縦：７４ｍｍ、横：１００ｍｍ、高さ：７４ｍｍ）を用いて、試料溶液の濃度測定を行った。図１は試料溶液濃度測定装置１の一例を示した概略平面図であり、図２は前記装置１の概略側面図である。図１に示されるように、反応容器２（縦：４０ｍｍ、横：４０ｍｍ、高さ：５ｍｍ）は、第１の反応槽Ａから第７の反応槽Ｇまでのそれぞれの円筒型反応槽（直径：３ｍｍ、高さ：３ｍｍ）が直列に接続された構成を有している。第１の反応槽Ａから第７の反応槽Ｇまでの各反応槽が形成されたアクリル樹脂板の上面と下面にガラス板を配置した。これにより、前記各反応槽の上面と下面はガラスからなり、前記各反応槽の側面はアクリル樹脂からなる構成となった。第１の反応槽Ａから第７の反応槽Ｇまでのそれぞれの反応槽には、噴出孔（内径：１ｍｍ）及び排出孔（内径：１ｍｍ）が設けられている。前記各反応槽の断面積（Ｓ１）と該噴出孔の断面積（Ｓ２）との断面積比（Ｓ１／Ｓ２）は９であった。第１の反応槽Ａの排出孔１０と第２の反応槽Ｂの噴出孔１１とが細い通路を介して接続され、第２の反応槽Ｂの排出孔１２の下流には更に第３の反応槽Ｃから第７の反応槽Ｇまでのそれぞれの反応槽が直列に接続されている。このとき、各反応槽における角度αは、反応槽Ａは９０度、反応槽Ｂは１２０度、反応槽Ｃは６０度、反応槽Ｄは１８０度、反応槽Ｅは６０度、反応槽Ｆは１２０度、反応槽Ｇは１８０度であった。図２に示されるように、反応容器２の上面と対向する位置に光検出器２４である光センサモジュールを該上面と接するように取り付けた。【００３６】
試料溶液導入口３は配管７（内径：１ｍｍ）を介して第１の反応槽Ａと接続され、反応剤溶液導入口４は配管８（内径：１ｍｍ）を介して第１の反応槽Ａと接続されている。試料溶液は、ポンプ５を作動させることにより試料溶液導入口３から配管７を通って第１の反応槽Ａ内に導入される。一方、反応剤溶液は、ポンプ６を作動させることにより反応剤溶液導入口４から配管８を通って第１の反応槽Ａ内に導入される。図１に示されるように、試料溶液と反応剤溶液とが第１の反応槽Ａの噴出孔９から第１の反応槽Ａ内に導入される直前で配管７と配管８とが合流する構成を有している。試料溶液として９ｍＭの尿素水溶液を用い、反応剤溶液として０．５Ｍの次亜臭素酸と０．２Ｍの水酸化ナトリウムを含む混合溶液を用いた。ポンプ５及びポンプ６を作動させると試料溶液及び反応剤溶液とが第１の反応槽Ａの噴出孔９から第１の反応槽Ａ内に導入される。前記導入された溶液による噴流によって第１の反応槽Ａ内で乱流が発生し、試料溶液と反応剤溶液とが均一に混合されて第１の混合溶液が得られるとともに窒素ガスが発生した。【００３７】
得られた第１の混合溶液は、排出孔１０を通じて噴出孔１１から第２の反応槽Ｂ内に導入される。前記導入された第１の混合溶液による噴流によって、第２の反応槽Ｂ内で乱流が発生し、第１の混合溶液が更に混合されて、第２の混合溶液が得られる。このとき、第２の反応槽Ｂの噴出孔１１から第１の混合溶液とともに導入された窒素ガスは、第１の混合溶液による噴流によって微細な気泡となって、第２の混合溶液中に分散された。得られた第２の混合溶液は、第２の反応槽Ｂの排出孔１２の下流に設けられた第３の反応槽Ｃから第７の反応槽Ｇまでのそれぞれの反応槽内において、更に混合される。このとき、各反応槽内における混合とともに、窒素ガスが更に微細な気泡となった。このようにして、反応容器２内で試料溶液と反応剤溶液との混合により生じた化学発光強度を光検出器２４により測定し、試料溶液の濃度を定量した。試料溶液と反応剤溶液の両方をそれぞれ同じ流量のまま変化させて反応容器２内に導入した際に得られた化学発光応答波形図を図３に示す。尿素水溶液の濃度を変更した際に得られた化学発光応答波形図を図４に示す。化学発光寿命τの算出に用いた化学発光応答波形図を図５に示す。このときの化学発光寿命τは０．９秒であった。また、尿度濃度と化学発光強度との相関図を図６に示す。【００３８】
ここで、反応器内の試料と試薬の合計流量Ｑが４０ｍｌ／ｍｉｎ（０．６６７×１０−６ｍ３／ｓ）の場合、噴出孔の内半径は０．５×１０−３ｍより断面積Ｓは（０．５×１０−３）２×３．１４＝７．８５×１０−７ｍ２であるから、この部分における平均流速ｖは、ｖ＝Ｑ／Ｓ＝０．６６７×１０−６／７．８５×１０−７＝０．８５ｍ／ｓとなる。試料溶液を２０℃の水としたときの動粘性係数は１．０×１０−６ｍ２／ｓであるから、レイノルズ数Ｒｅ＝Ｕｄ／ν＝０．８５×１×１０−３／１．０×１０−６＝８５０＜２３２０（配管内の流水の臨界レイノルズ数）となり、内径１ｍｍの配管内では乱流とならない。しかしながら、一般に水流中に流れに対して垂直に円柱を置いた場合にはＲｅ＝２３程度から流れが円柱から剥離して渦ができることが知られている。したがって、本実施例のように、内径１ｍｍの噴出孔から直径３ｍｍ、高さ３ｍｍの円筒型反応槽内に溶液が導入される場合も、噴出孔で溶液による流れが剥離して渦が生じ、該渦によって乱流が発生したと推察される。その結果、試料溶液と反応剤溶液とが均一に混合されたと考えられる。また、本実施例で用いられた反応槽の容積は１．５２×３×３．１４＝２１．２ｍｍ３であり、第１の反応槽Ａから第７の反応槽Ｇまでの７個の反応槽が直列に接続されているため、反応容器２の全容積は約１５０ｍｍ３（１．５×１０−７ｍ３）となる。したがって、流量０．６６７×１０−６ｍ３／ｓの溶液が反応容器２内に滞留している時間は約０．２２秒であり、尿素と次亜臭素酸イオンとの化学発光反応に要する時間が数１００ｍｓ程度であることから、反応容器２内でほとんど全ての尿素が消費されて化学発光が生じたと考えられる。【００３９】
実施例２
実施例１において、第１の反応槽Ａから第７の反応槽Ｇまでの各反応槽の上面と下面を含め、全てアクリル樹脂製の反応槽とした以外は実施例１と同様にして、反応容器２内で試料溶液と反応剤溶液との混合により生じた化学発光強度を光検出器２４により測定し、試料溶液の濃度を定量した。試料溶液と反応剤溶液の両方をそれぞれ同じ流量で反応容器２内に導入した際に得られた化学発光応答波形図を図７に示す。図７において、流量が１０ｍｌ／ｍｉｎと小さい場合には、それ以上の流量（２０ｍｌ／ｍｉｎ、３０ｍｌ／ｍｉｎ、４０ｍｌ／ｍｉｎ）の場合に比べて光センサ出力の変動が激しく、化学発光の計測値が比較的不安定であった。このとき、反応槽内を目視により確認すると各反応槽内に残存する気泡が認められた。試料溶液と反応剤溶液との混合により発生した気泡の微細化が不十分であったと考えられる。したがって、前記発生した気泡によって化学発光反応が阻害されないようにするため、あるいは化学発光が散乱されないようにするためには、前記発生した気泡が微細化されるような墳流の速度、すなわち流量であることが望ましい。【００４０】
比較例１
実施例１において、第１の反応槽Ａから第７の反応槽Ｇまでのそれぞれの反応槽が直列に接続された反応容器２を用いる代わりに、反応槽（直径：１０ｍｍ、高さ：３ｍｍ、ポリ塩化ビニル製）を１つのみ有する反応容器を用いた。また、反応剤溶液として０．５Ｍの次亜塩素酸ナトリウム、２Ｍの臭素ナトリウム、及び０．２Ｍの水酸化ナトリウムの混合溶液を用いた以外は実施例１と同様にして、反応容器内で試料溶液と反応剤溶液との混合により生じた化学発光強度を光検出器２４により測定し、試料溶液の濃度を定量した。試料溶液と反応剤溶液の両方をそれぞれ２０ｍｌ／ｍｉｎの流量で反応容器内に導入した際に得られた化学発光応答波形図を図８に示す。【００４１】
実施例３
実施例１において、反応容器２を用いる代わりに、第１の反応槽Ａから第７の反応槽Ｇまでのそれぞれの円筒型反応槽（直径：３ｍｍ、高さ３ｍｍ、ポリ塩化ビニル製（黒色））が細い通路（オリフィス、直径１ｍｍ、長さ３ｍｍ）を介して直線状に接続された反応容器２５を用いた。各反応槽Ａ〜Ｇの上面と下面に厚さ１ｍｍの透明板２６（ガラス製）を配置した。図９に示されるように、反応容器２５の上面と対向する位置に、各反応槽の直径と等しいピンホール２７が設けられた光検出器２４（光電子増倍管）を該上面と接するように配置した。実施例１と同様に、試料溶液として９ｍＭの尿素を含む透析液を用い、反応剤溶液として０．５Ｍの次亜臭素酸と０．２Ｍの水酸化ナトリウムを含む混合溶液を用いた。リニアスライダー２８により光検出器２４を第１の反応槽Ａから第７の反応槽Ｇまで移動させ、各反応槽Ａ〜Ｇにおける化学発光強度を測定した。試料溶液と反応剤溶液の各々の流量を２０ｍｌ／ｍｉｎ（合計流量４０ｍｌ／ｍｉｎ）とした場合に得られた化学発光応答波形図を図１０に示す。図１０の化学発光応答波形図から分かるように、化学発光強度は第２の反応槽Ｂにおいて最大値を示し、その後は下流の反応槽になるにつれて減少した。この結果から、強い化学発光強度を得るためには、細い通路（オリフィス）を介して反応槽が２つ以上直列に接続されていることが有効であることが分かる。
【符号の説明】
【００４２】
１  試料溶液濃度測定装置
２  反応容器
３  試料溶液導入口
４  反応剤溶液導入口
５、６  ポンプ
７、８  配管
Ａ  第１の反応槽
Ｂ  第２の反応槽
Ｃ  第３の反応槽
Ｄ  第４の反応槽
Ｅ  第５の反応槽
Ｆ  第６の反応槽
Ｇ  第７の反応槽
９  第１の反応槽の噴出孔
１０  第１の反応槽の排出孔
１１  第２の反応槽の噴出孔
１２  第２の反応槽の排出孔
１３  第３の反応槽の噴出孔
１４  第３の反応槽の排出孔
１５  第４の反応槽の噴出孔
１６  第４の反応槽の排出孔
１７  第５の反応槽の噴出孔
１８  第５の反応槽の排出孔
１９  第６の反応槽の噴出孔
２０  第６の反応槽の排出孔
２１  第７の反応槽の噴出孔
２２  第７の反応槽の排出孔
２３  排出口
２４  光検出器
２５  反応容器
２６  透明板
２７  ピンホール
２８  リニアスライダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月19日(2012.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内で生じた化学発光強度を計測することにより尿素を含む試料溶液の尿素濃度を定量する尿素濃度測定方法であって、
前記反応容器が、噴出孔及び排出孔を有する反応槽が直線状通路を介して３つ以上直列に接続されてなるものであり、前記噴出孔の軸と前記排出孔の軸との交わる角度αが１５度以上１６５度以下となる反応槽を少なくとも１つ有し、
それぞれの前記反応槽の断面積（Ｓ１）と前記噴出孔の断面積（Ｓ２）との断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が３以上であり、
尿素を含む試料溶液及び次亜ハロゲン酸イオンを含む反応剤溶液を第１の反応槽の噴出孔から第１の反応槽に導入し、導入された溶液による噴流によって第１の反応槽内に乱流を発生させて該試料溶液と該反応剤溶液とを混合し、
得られた第１の混合溶液を第１の反応槽の排出孔を通じて第２の反応槽の噴出孔から第２の反応槽内に導入し、
前記第１の混合溶液による噴流によって第２の反応槽内に乱流を発生させて該第１の混合溶液を更に混合し、
得られた第２の混合溶液を、第２の反応槽の排出孔の下流に設けられたそれぞれの反応槽内において更に混合し、
前記反応容器内で生じた化学発光強度を計測することを特徴とする尿素濃度測定方法。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記尿素を含む試料溶液が透析廃液である請求項１記載の尿素濃度測定方法。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
反応容器内で生じた化学発光強度を計測することにより尿素を含む試料溶液の尿素濃度を定量する尿素濃度測定装置であって、
噴出孔及び排出孔を有する反応槽が直線状通路を介して３つ以上直列に接続されてなり、前記噴出孔の軸と前記排出孔の軸との交わる角度αが１５度以上１６５度以下となる反応槽を少なくとも１つ有する反応容器を備え、
それぞれの前記反応槽の断面積（Ｓ１）と該噴出孔の断面積（Ｓ２）との断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が３以上であり、かつその反応槽の少なくとも一部が透明部を有して該透明部の外側に光検出器が配置され、
尿素を含む試料溶液及び次亜ハロゲン酸イオンを含む反応剤溶液を第１の反応槽の噴出孔から第１の反応槽に導入する手段を備え、導入された溶液による噴流によってそれぞれの前記反応槽内に乱流を発生させて、該試料溶液と該反応剤溶液とを混合することにより前記反応容器内で生じた化学発光強度を計測することを特徴とする尿素濃度測定装置。
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
請求項５記載の尿素濃度測定装置により透析廃液中の尿素濃度を定量する人工透析装置。
【国際調査報告】
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