(57)【要約】【課題】  尿中のグルコース濃度を測定する手法として旋光性を用いた場合に、グルコース以外の旋光性物質が阻害物質となる。阻害物質の一つとしてはアスコルビン酸が挙げられ、これは尿中に大量に含まれる可能性があるため、グルコースの旋光度が測定できない、もしくは測定誤差が発生するといった状況が考えられる。【解決手段】  試料に直線偏光を照射し、試料の旋光度を測定することにより試料中の旋光性物質の濃度を測定する濃度測定装置において、旋光度を測定する手段の他に試料中のアスコルビン酸濃度を測定する手段を付加することによって、グルコース濃度測定の際の阻害物質であるアスコルビン酸による旋光度を算出し、測定した旋光度からアスコルビン酸による旋光度を減算することによって、アスコルビン酸の影響を除去することができるため、高精度のグルコース濃度測定が可能となる。  【選択図】      図１
2006003283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に直線偏光を照射し、前記試料の旋光度を測定することにより前記試料中の旋光性物質の濃度を測定する濃度測定装置であって、前記旋光度を測定する手段とともに旋光度以外の方法で前記試料中のアスコルビン酸濃度を測定する手段を有する濃度測定装置。
【請求項２】
前記アスコルビン酸濃度を測定する手段により測定した前記試料中のアスコルビン酸濃度からアスコルビン酸による旋光度を算出し、前記試料の旋光度より、前記アスコルビン酸による旋光度を減算した値を用いて、前記試料中のアスコルビン酸以外の旋光性物質の濃度を算出す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】
前記試料は尿であり、前記試料中の旋光性物質はグルコースであ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】
前記試料中のアスコルビン酸濃度を測定する手段は、前記試料に電極表面が接触する位置に一組の電極を配置し、該電極間に電圧を印加したときに前記電極間に流れる電流量を用いて、前記試料中のアスコルビン酸濃度を測定する手段であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項５】
前記一組の電極は作用電極と対極の二本の電極によって構成されることを特徴とする請求項４に記載の濃度測定装置。
【請求項６】
前記一組の電極は作用電極と対極と参照極の三本の電極によって構成されることを特徴とする請求項４に記載の濃度測定装置。
【請求項７】
前記試料に接触する電極表面は白金、金、カーボンまたはチタンによって構成されることを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項８】
前記電極間に印加する電圧は、水の電気分解が起こらない範囲の電圧値であることを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項９】
前記電流量を測定している間は、前記試料を安静状態にする、または一定速度で撹拌することを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項１０】
前記電極間に印加する電圧はパルス波形であり、前記電流量はパルスの立ち上がり時、または立ち下がり時に流れる電流値を用いることを特徴とする請求項４から請求項９のいずれか一項に記載の濃度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料中の旋光性物質の濃度測定装置に関し、特に尿中に含まれるグルコース濃度を尿中に含まれるアスコルビン酸の影響を受けることなく高精度に測定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
試料内の旋光性物質の濃度を測定する手段として、試料に光線を入射してその旋光度などの測定より濃度を求める光学的な方式は有用であるとされている。これは、例えばグルコース濃度を測定する方法としては、他にＧＯＤ法などの酵素を用いた酵素法が知られているが、この方法では電極を試料に接触させる必要があり、また測定原理上、測定回数に限度があるため一定期間ごとのメンテナンスや、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生じる。その点、旋光度測定などの光学的方式においては、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。
【０００３】
旋光度より試料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（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は試料内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、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。
【０００４】
また、特に尿中のグルコース濃度、すなわち尿糖を判別する方法としては一般に試験紙法などが知られているが、この方式は第一に不衛生的であり、また、一度紙コップなどで尿を採取してから試験紙を浸すなど、作業も面倒である。その点、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、装置構成によってはボタンを押すだけ、もしくは排尿するだけで尿糖値の測定、尿糖値レベルの判別をすることができる。
【０００５】
しかし、旋光度を用いて尿糖を測定する上での問題点として、尿中に存在する旋光性物質はグルコースのみではないことが挙げられる。尿中のグルコース以外の主な旋光性物質としては、ビタミンＣ、即ちアスコルビン酸や種々のアミノ酸、タンパク質などがあるが、その中でもアスコルビン酸は大きな阻害物質となりうる。アスコルビン酸に関しては、体内では重要なビタミンであり、欠乏した場合には壊血病になることは知られている。しかし近年では、美容に良いことや、日焼け対策にもなることが広く知られてきて、ビタミン多量摂取健康法に対する関心が高まってきたことから、サプリメントの経口摂取などにより、必要以上のアスコルビン酸、例えば一日に１ｇ超ものアスコルビン酸を摂取するケースが多くなってきている。ここで、アスコルビン酸は水溶性であるために体内に必要な分以外はそのほとんどが尿中に排出されることが知られている。そのため、非常に多量に摂取した場合、尿中のアスコルビン酸濃度が高い値となり、アスコルビン酸による旋光度によってグルコースの旋光度が測定できない、もしくは測定誤差が発生するといった状況が発生してしまう。ここで、波長５８９ｎｍ、２０℃におけるグルコースとアスコルビン酸水溶液の比旋光度はそれぞれ、約５２．７と２３である。すなわち、例えば水溶液に２００ｍｇ／ｄｌのアスコルビン酸が溶解している試料の旋光度を測定した場合、その旋光度はグルコース換算で約８７ｍｇ／ｄｌという値になる。
【０００６】
そこで、アスコルビン酸の影響を取り除いてグルコース濃度を測定する方法が考案されてきている。例えば、特許文献１によれば、グルコースとアスコルビン酸の比旋光度の波長依存性の差を用いて、多波長の光で旋光度を測定し、測定した旋光度より連立方程式でグルコース濃度を算出する方法や、特許文献２によれば、ヨウ素酸、トリンダー試薬などの特定の試薬を用いて発色させ、溶液中のアスコルビン酸濃度を測定する方法が挙げられている。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１３８２３１号公報（図１）
【特許文献２】特開平１０−２８８６１７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述した方法には以下のような短所が生じる。グルコースとアスコルビン酸の旋光度の波長依存性の差を用いて、それぞれの濃度を推測する方法に関しては、光線の波長が短い領域では、両者の波長依存性の傾向に差異が見られるが、実際に尿に光線を透過させて旋光度を測定する際に用いることが可能であると考えられる光線の波長領域、すなわち約５００ｎｍ以上の波長領域ではグルコースとアスコルビン酸の波長依存性には、ある波長を基準とした場合ほとんど差異がないため、旋光度がグルコースによるものなのか、アスコルビン酸によるものなのかを分別することは難しい。また、様々な試薬を用いて溶液中のアスコルビン酸濃度を測定する手法においては、試薬を用いるという点で汎用的ではなく、ある一定回数の測定毎もしくは測定毎に試薬を交換するなどが必要となってくるため、光学式測定における、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というメリットが生かせなくなってしまう。
【０００９】
そこで、本発明では上述した従来技術による問題点を解決し、アスコルビン酸を含んだ尿においても尿中のグルコース濃度を高精度に測定することが可能な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。すなわち本発明は、試料に直線偏光を照射し、試料の旋光度を測定することにより試料中の旋光性物質の濃度を測定する濃度測定装置であって、旋光度を測定する手段とともに旋光度以外の方法で試料中のアスコルビン酸濃度を測定する手段を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の濃度測定装置は、アスコルビン酸濃度を測定する手段により測定した試料中のアスコルビン酸濃度からアスコルビン酸による旋光度を算出し、試料の旋光度より、アスコルビン酸による旋光度を減算した値を用いて、試料中のアスコルビン酸以外の旋光性物質の濃度を算出することが好ましい。
【００１２】
また、本発明の濃度測定装置における試料は尿であり、試料中の旋光性物質はグルコースである場合により有用である。
【００１３】
また、本発明における試料中のアスコルビン酸濃度を測定する手段は、試料に電極表面が接触する位置に一組の電極を配置し、電極間に電圧を印加したときに電極間に流れる電流量を用いて、試料中のアスコルビン酸濃度を測定する手段であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明における一組の電極は作用電極と対極の二本の電極によって構成されるこ
とが好ましい。
【００１５】
また、本発明における一組の電極は作用電極と対極と参照極の三本の電極によって構成されることが好ましい
【００１６】
また、本発明における試料に接触する電極表面は白金、金、カーボン、またはチタンによって構成されることが好ましい。
【００１７】
また、本発明における電極間に印加する電圧は、水の電気分解が起こらない範囲の電圧値であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明において、電流量を測定している間は、試料を安静状態にする、または一定速度で撹拌することが好ましい。
【００１９】
また、本発明における電極間に印加する電圧はパルス波形であり、電流量はパルスの立ち上がり時、または立ち下がり時に流れる電流値を用いることが好ましい。
【００２０】
（作用）
尿の旋光度を測定することにより尿中のグルコース濃度、すなわち尿糖値を測定する濃度測定装置において、旋光度を測定する手段の他に尿中のアスコルビン酸濃度を測定する手段を付加することによって、グルコース濃度測定の際の阻害物質であるアスコルビン酸の影響を除去することができるため、高精度のグルコース濃度測定が可能となる。また、アスコルビン酸濃度の測定手段として、電極のみを用いた手法とすることによって、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。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【００２２】
試料、例えば尿に直線偏光を照射し、試料の旋光度を測定することにより試料中の旋光性物質、例えばグルコースの濃度を測定する濃度測定装置において、旋光度を測定する手段の他に試料中のアスコルビン酸濃度を測定する手段を付加することによって、グルコース濃度測定の際の阻害物質であるアスコルビン酸による旋光度を算出し、測定した旋光度からアスコルビン酸による旋光度を減算することによってアスコルビン酸の影響を除去することができるため、高精度のグルコース濃度測定が可能となる。
【００２３】
また、アスコルビン酸濃度の測定手段として、特に試薬等を用いずに電極のみを用いた手法とすることによって、光学式測定における、特に消耗品の交換や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というメリットを失うことなく濃度測定が可能となる。
【００２４】
また、電流測定のタイミングを安定状態のみではなく印加するパルス信号電圧の立ち上がりや立ち下がりにに流れる瞬間電流を用いることで、アスコルビン酸濃度による電流値の差が比較的大きな値となるため、精度良くアスコルビン酸の濃度測定が出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
（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。図１において例えばレーザダイオードなど
の光源１０１より出射された光線をコリメートレンズ１０２に入射する。コリメートレンズ１０２によって平行光となった光線を次に偏光子１０３に入射する。偏光子１０３によって光線は偏光子１０３の透過軸方向に光軸を持つ直線偏光となる。次に偏光子１０３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１０６に入射する。図１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１０６としてホモジニアス配向の液晶素子１０４とλ／４波長板１０５を用いている。ここで、液晶素子１０４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１０６によって旋光度が変調された光線は次に試料１１５を含んだ試料セル１０７に入射する。ここで、試料セル１０７を通過する光線は、試料１１５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１１５を通過する光線の光路長の長さに比例する。ここで、試料セル１０７における光線が通過する面は光線をあまり吸収しない様に透過率の高い透明なものである必要があり、これには例えばガラスなどが挙げられる。
【００２８】
試料セル１０７を通過した光線は次に検光子１０８に入射する。検光子１０８においては、検光子１０８の透過軸方向の光成分のみが透過し、光検出器１０９の受光部に到達する。光検出器１０９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１０８を回転させる、もしくは旋光度変調素子１０６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１０９を観察することによって、試料１１５の旋光度を測定することが出来る。
【００２９】
ここで、上述では旋光度変調素子１０６に液晶素子などを用いているが、上述の旋光度測定方法は一例であり、素子の構成や旋光度の算出方法などは様々な手法が考えられるため、本実施形態に示した手法に限るものではない。
【００３０】
この時、試料セル１０７内には、電極を配置しておく。本実施形態においては電極は二本の電極、すなわち作用極１１０と対極１１１によって構成され、それぞれの電極の電極表面は試料１１５に接するように配置する。電極表面の素材としては例えば白金、カーボン、チタンなど抵抗が小さく、電圧を印加したときに溶解しないものが挙げられる。ここで、二本の電極間には信号発生器１１２によりＤＣもしくはパルス波形などの電位差を発生させることが出来るように配線し、また、電流計１１３により電極間に流れた電流量を測定出来るようにする。
【００３１】
ここで、二本の電極間に低電圧を印加することによって、微量ではあるが電流が流れる。この時、印加する電圧は水の電気分解が起こらない範囲の電圧、例えばｐＨ７．０で０．８Ｖ程度の電圧とするのが好ましい。これは、高い電圧を印加してしまうと、水の電気分解が起こり始めるため、水素や酸素などのガスが発生してしまうこと、また、それにより電極表面に気泡などが発生するため、電流値の微小な変化を読みとることが難しくなってしまうためである。
【００３２】
上述のような条件で低電圧を印加したときの結果を図２に示す。図２は電極間に０Ｖ−０．８Ｖのパルス波形電圧を印加したときの立ち上がり時の電流値と、試料中のアスコルビン酸濃度の関係を示す。印加電圧の立ち上がり、立ち下がり時は安定時と比較して検出する電流値が高くなる傾向にあるため、本実施形態においては立ち上がり時の電流値を用いている。試料は生理食塩水にアスコルビン酸粉末をある濃度になるように溶解したものと、尿にアスコルビン酸粉末を溶解したものとしている。図２より、溶媒がいずれの場合も試料内にアスコルビン酸が含まれる場合は含まれない試料に比べ電流値が増加しており
、更にアスコルビン酸濃度に依存して電流値が大きくなっていることが分かる。また、このとき、アスコルビン酸の有無以外の条件によっては電流値に変化は見られないことから、電流値よりアスコルビン酸濃度を測定することができる。これは、アスコルビン酸の酸化還元電位が０．０５８Ｖ（ｐＨ＝７．０）という低い値であるため、印加電圧が低い状態でも反応するためであると考えられる。
【００３３】
これにより、電極間に一定電圧値を印加したときの電流値を測定することによって、試料内のアスコルビン酸の濃度が測定されるため、この値よりアスコルビン酸による旋光度を算出し、試料の旋光度より、アスコルビン酸による旋光度を減算した値を用いて、試料中のグルコース濃度を算出することが出来る。
【００３４】
また、本実施形態におけるアスコルビン酸濃度を測定する手段は電極を用いる方式で、特に試薬等を必要としないため、定期的な消耗品の交換やメンテナンス等を必要とせずに測定が可能である。
【００３５】
ここで、電流値を測定する際は試料は安静状態にするかもしくは撹拌する状態が好ましい。これは、定常状態の溶液に振動が加わることによって電流値が変動してしまうためであり、本実施形態では試料を撹拌した状態で測定を行った。
【００３６】
また、本実施形態においては試料として、生理食塩水もしくは尿に粉末のアスコルビン酸を溶解したものを用いているが、それに限るものではなく、アスコルビン酸を多量に経口摂取した時の尿においても電流値の増加は確認されており、実際のアスコルビン酸を含む尿においても有用である。
【００３７】
（第二の実施形態）
次に第二の実施形態について図３を用いて説明する。旋光度を測定する系に関しては第一の実施形態と同様のものとする。第一の実施形態と同様に試料セル１０７を用い、試料セル１０７内には、電極を配置しておく。本実施形態においては電極は三本の電極、すなわち作用極１１０と対極１１１と参照極２０１によって構成され、それぞれの電極の電極表面は試料に接するように配置する。ここで、参照極としては電位の基準となるもので、例えば、標準水素電極（NHE）や銀・塩化銀電極（Ag/AgCl）などが挙げられる。この時、作用極１１０と参照極２０１間に電位計２０２を配置することで、基準電位に対する作用極１１０の電位が測定できる。作用極１１０と対極１１１の電極間には第一の実施形態と同様に信号発生器１１２によりＤＣもしくはパルス波形などの電位差を発生させることが出来るように配線し、また、電流計１１３により電極間に流れた電流量を測定する。この方式により、作用電極１１１の電位を観察しながら測定ができるため、例えば測定値が何らかの外乱により急な変動を見せた場合などもその影響が観察している電圧値にも現れるため、そのときのデータのみを省くなどの処理ができ、より正確な濃度測定が可能となる。
【００３８】
また、定電位設定装置（ポテンシオスタット）を用いることによっても、更に安定した測定が可能となる。
【００３９】
また、上述の実施形態においては電極を用いているが、酵素を用いるなど他手法によってもアスコルビン酸濃度を測定することは可能であり、その場合にも非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【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図である。
【図２】本発明の実施形態におけるアスコルビン酸濃度と電流値の関係を示す図である。
【図３】本発明の第二の実施形態における濃度測定装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０１  光源
１０２  コリメートレンズ
１０３  偏光子
１０４  液晶素子
１０５  λ／４波長板
１０６  旋光度変調素子
１０７  試料セル
１０８  検光子
１０９  光検出器
１１０  作用電極
１１１  対極
１１２  信号発生器
１１３  電流計
２０１  参照極
【図１】
2006003283.tif 000003
【図２】
2006003283.tif 000004
【図３】
2006003283.tif 000005