(57)【要約】  【課題】  光学測定装置において光学特性として旋光度を測定する場合、測定対象物質以外の試料中に含まれる大きな旋光度を有する測定妨害物質による影響が大きく、特に生体試料で測定値誤差を招くという問題があった。  【解決手段】  光学測定装置の試料容器に複数の電極を、光路を妨げない場所に設け、前記電極に電圧を印加し、阻害要因となる測定妨害物質を酸化させた後に、光特性を測定することで、測定阻害物質による影響を除去し測定対象物質の光特性を正確に測定することが可能となる。 【選択図】    図２
2005283313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料容器に入れられる試料に光を透過させることによって光特性を測定する光学測定装置であって、前記試料容器に複数の電極を有し、前記試料容器内に前記試料に光を透過させるための光路を有する光学測定装置。
【請求項２】
前記試料が液体であり、前記電極に電圧を印加して、前記試料中の測定対象物質の光特性を測定する場合に、阻害要因となる測定妨害物質を酸化させた後に光特性が測定されることを特徴とする請求項１に記載の光学測定装置。
【請求項３】
前記測定対象物質がグルコースであることを特徴とする請求項２に記載の光学測定装置。
【請求項４】
前記測定妨害物質がアスコルビン酸であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光学測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋光度測定方式による光学測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料中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より濃度を求める方式が知られており、この方法は非常に有用であるとされる。
【０００３】
旋光性物質として、たとえばグルコースの濃度を測定する方法としては、酵素法が一般的に知られている。
【０００４】
酵素法にはグルコースとGOD（グルコースオキシダーゼ）が反応して生成する過酸化水素量を、電気的に、あるいはPOD（パーオキシダーゼ）と色素を共存させる呈色反応を用いて測定する方法や、グルコースとGODの反応により生成するGOD還元体と直接電子授受を行うメディエーターを用いて電気的に測定する方法が知られている。
【０００５】
しかし、上記一般的な酵素法では、測定を行う際に試料中にそのつど酵素や色素等を添加する必要が生じる。
【０００６】
また、酵素等の反応に寄与する物質を電極表面に固定化して繰り返し使用が可能な構造も報告されているが、酵素や色素は本来化学的活性物質であり経時的、熱的劣化は避けられず、長期使用は困難である。
【０００７】
その点、光線を用いる旋光度測定方式は、試料に特定の物質を添加せずに直接的に、また簡便にグルコースの濃度を測定することが可能であるため、長期間において特にメンテナンス等を必要とせず測定が可能である。
【０００８】
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。
【０００９】
また、旋光度は、直線偏光を試料に入射させ、試料を通過した光線を検光子へ入射させ、検光子を透過した光線をフォトダイオードなどの受光素子に入射し、光電変換することによって得られた信号を用いて求める。すなわち、偏光子の透過軸に対する検光子の透過軸の傾きをφとし、試料による旋光度をβとすると、受光素子で受光する光強度Ｉは、
Ｉ＝Ｔ×Ｉ0ｃｏｓ2（φ−β）（式２）
となる。
【００１０】
ここで、Ｔは試料、偏光子、及び検光子の反射や吸収による減衰すべてを考慮した透過率、Ｉ0は入射光の強度を表す。式２より分かる様に、光強度Ｉはφが変化することによって変化し、回転角度π（ｒａｄ）毎に極小点が得られる。よって、偏光子の透過軸に対する検光子の透過軸の傾きφを変化させたときの光強度Ｉを測定することによって試料による旋光度βを求めることが出来る。
【００１１】
ここで、偏光子の透過軸に対する検光子の透過軸の傾きφを変化させる方法としては、第一に偏光子を回転させる方法が考えられるが、この方法では機械的動作が必要となってしまうため、装置として比較的大型になるという課題があった。そこで旋光度変調素子としてファラデー素子（例えば、特許文献１参照）や液晶素子を用いて電気的に偏光面を変調する方法が挙げられる。
【００１２】
直線光を旋光させるために液晶素子を使用することついては、液晶素子とλ／４板を組み合わせたセナーモント旋光器があり、発展系としては可変電圧印加可能な３つの液晶素子を光照射方向に対して直列に配置させ、より自由度の高い光変調が可能になる装置の発明がある（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
また、液晶素子の旋光性を用いた濃度測定装置としては、従来の機械的な動作部が無いことを特徴としている発明がある（例えば、特許文献２参照）。
【００１４】
さらなる発展形として、液晶素子による位相変調を周期的に行うことにより高精度で安定した測定が可能な発明もある（例えば、特許文献３参照）。
【００１５】
図１は、上記発明の光学系を表している。レーザダイオード１から出射した光束は、レンズ２でコリメートされ、平行光となり、偏光子３Ａにより、垂直方向から４５°傾斜した方向に振動する直線偏光になる。次に、液晶素子８により水平方向もしくは垂直方向の偏光成分が位相変調される。液晶素子８は、水平方向もしくは垂直方向に液晶分子長軸が揃ったホモジニアス配向の液晶素子であり、電圧印加により液晶分子が立ち、分子長軸方向の屈折率が変化し、位相変調を行う事ができる。
ここで、液晶素子８により一方の偏光成分のみに位相変調を加えると、直交する偏光成分同士で干渉させる事になる。
【００１６】
次に、透過光はハーフミラー４により反射光と直進光に分岐され、直進光は、水平軸と垂直軸が４５°傾斜した４分の１波長板６Ａに入射し、水平・垂直方向の振動成分をそれぞれ反対方向に回転する円偏光成分に変換する事ができる。さらに、直進光は試料容器５に入射し、試料の旋光度に伴った右回り円偏光と左回り円偏光間で±θの位相差が与えられる。さらに、４分の１波長板６Ａと光軸が一致もしくは直交する４分の１波長板６Ｂを透過し、左右回りの円偏光が、それぞれ水平もしくは垂直方向に直交する偏光成分に変換される。
【００１７】
水平もしくは垂直方向から４５°傾斜した偏光子３Ｂを透過する事により、上述の直交する偏光成分間の干渉信号が得られ、一方の光速が位相変調されているためビート信号が得られ、フォトダイオード７Ａにより電気信号に変換される。フォトダイオード７Ｂより得られるビート信号は、試料の旋光度の影響は受けておらず、フォトダイオード７Ａ、７Ｂの信号間により検出される位相差により、試料の旋光度が検出されることによって濃度を求める事ができる。
【００１８】
【特許文献１】特開平９−１４５６０５号公報（図１）
【特許文献２】特開平７−２１８８８９号公報（図３）
【特許文献３】特開２００２−２７７３８７号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記の手段により、例えばグルコースのような旋光性物質を測定することが可能であるが、試料が生体試料の場合は、測定対象物質以外の物質による阻害影響が大きな問題となる。
【００２０】
例えば、サプリメント等で多量に摂取するビタミン類の過剰分は即座に体外に排出されるため、尿中のグルコース濃度を測定する場合、それらの影響を考慮する必要がある。
特に旋光度測定方式によるグルコース濃度測定においては、同方向で大きな旋光性を有するアスコルビン酸(ビタミンC)の影響を無視することができない。
【００２１】
酵素法による生体試料の電気的グルコース濃度測定においても、アスコルビン酸の酸化電位が過酸化水素のそれよりも低いことから、過酸化水素を直接酸化するのではなくそれよりも低い電位で酸化反応を行うメディエーターを用いる方法や、アスコルビン酸の酸化剤補助剤を添加する方法が提案されているが、旋光度測定方式でのアスコルビン酸阻害影響の除去方法は見出されていない。
【００２２】
本発明は旋光度測定方式によるグルコース濃度測定において簡便にアスコルビン酸の阻害影響を除去する前処理方法を有する光学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】
【００２３】
本発明は、試料容器に入れられる試料に光を透過させることによって光特性を測定する光学測定装置であって、試料容器に複数の電極を有し、試料に光を透過させるための光路を有することを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明の光学測定装置は、試料が液体であり、電極に電圧を印加して、試料中の測定対象物質の光特性を測定する場合に、前処理として阻害要因となる測定妨害物質を酸化させた後に光特性が測定されることが好ましい。
【００２５】
本発明の光学測定装置において、測定対象物質がグルコースであることがより好ましい。
【００２６】
更に、本発明の光学測定装置において、測定妨害物質がアスコルビン酸であることが有用である。
【００２７】
本発明の光学測定装置は、光路を試料容器のひとつの対向する面に有し、光路を妨げない位置に電極を設けることでひとつの試料容器で前処理と測定対象物質の光特性が測定されることが好ましい。
【００２８】
（作用）
本発明の光学測定装置は、測定される光特性が旋光度である場合、前処理にて電極に電圧を印加することにより、例えば試料中に存在する測定妨害物質であるアスコルビン酸を酸化する。非常に大きな旋光度を示すアスコルビン酸を酸化し、旋光度の小さなデヒドロアスコルビン酸に変えることにより、目的とする測定対象物質の旋光度を正確に測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の光学測定装置は、旋光性物質であるグルコース濃度を旋光度法により測定する際、例えば測定妨害物質となるアスコルビン酸の影響を、特定の試薬等を添加することなく、簡便に除去できる。
【００３０】
また、試料容器のひとつの対向する面に旋光度測定用のセル面を設け、光路を妨げない位置に電極を設けることで、ひとつの試料容器で前処理と測定を行うことが可能となり、装置の小型化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を用いて本発明を実施するための構成を説明する。
【００３２】
（実施例１）
図２は、図１中の試料容器５の形態の一例を示す。
光は対向するセル面９Aからセル面９Bを直進する。試料容器５は、透明なガラス、あるいは石英からなることが望ましい。
【００３３】
試料容器５の上部より試料を入れ、もうひとつの対向する側面に電極１０Aと電極１０Bを試料容器内部に設ける。試料容器５に設ける電極材料は化学的に安定な電極材料であれば用いることが可能であり、金、白金、パラジウム黒、白金黒、炭素電極、あるいはＩＴＯ等の無機酸化物電極などを用いることができる。
【００３４】
電極に印加する電圧は測定妨害物質の酸化電位以上であればよいが、水の電気分解が生じてしまう電位以下で行う必要がある。
【００３５】
図１の測定装置において、上記の試料容器５を用い、試料溶液として１０ｍＭアスコルビン酸のＰＢＳ（リン酸バッファ塩）溶液を用い、電極１０Ａを接地し、電極１０Ｂに一定時間＋０．８Ｖを印加した。電極１０Ａと１０Ｂはともに白金電極である。
【００３６】
図３に、電圧を印加したことによるアスコルビン酸溶液の波長５８９ｎｍにおける旋光度変化を示す。図３より、印加時間の経過に伴い旋光度が低下することがわかる。
【００３７】
また、その際の電極間に流れた電流値変化を図４に示す。図３と図４の結果から、溶液に正の電圧を印加することにより溶液中のアスコルビン酸が酸化され酸化電流が発生し、アスコルビン酸がデヒドロアスコルビン酸に変化し、時間の経過とともにアスコルビン酸の濃度が下がることにより電流値と旋光度が共に低下するものと考えられる。
【００３８】
更に、電圧印加前Ｂと一定時間印加後Ａのアスコルビン酸溶液のＣＶ（サイクリックボルタモグラム）−電流電位曲線を図５に示す。図中の破線が初期、実線が一定時間電圧印加後のＣＶ−電流電位曲線である。図５より、一定時間電圧を印加することによりアスコルビン酸の酸化電流が見られなくなることからアスコルビン酸が酸化されて消失していることがわかる。
【００３９】
また、図では記載しないが一定時間電圧を印加することによりアスコルビン酸溶液のｐＨも酸性から中性に変化することも確認しており、電圧を印加することによりアスコルビン酸がデヒドロアスコルビン酸に変化しているものと考えられる。
【００４０】
（実施例２）
試料として１０ｍＭアスコルビン酸と１０ｍＭグルコースのＰＢＳ溶液を用いた他は、実施例１と同様の反応を行った。図６にアスコルビン酸とグルコース混合溶液の旋光度変化を示す。時間経過とともに旋光度が一定値に収束した。測定対象物であるグルコースが共存してもアスコルビン酸の酸化が起こることがわかる。
【００４１】
（比較例１）
試料としてＰＢＳ溶液を用いた他は、実施例１と同様の反応を行った。溶液の旋光度変
化を測定したが、時間経過による旋光度変化は観察されなかった。溶媒であるＰＢＳは、電圧印加により何ら変化しないことが判る。
【００４２】
（比較例２）
試料として１０ｍＭグルコースのＰＢＳ溶液を用いた他は、実施例１と同様の反応を行った。図７にグルコースの溶液の旋光度変化を示す。時間経過による旋光度変化は無く、グルコースは０．８Ｖ電圧印加下で安定であり、化学変化を生じないことがわかった。
【００４３】
以上、上記実施例、比較例で示したように、本発明の光学測定装置は、旋光性物質であるグルコース濃度を旋光度法により測定する際、例えば測定妨害物質となるアスコルビン酸の影響を、特定の試薬等を添加することなく、簡便に除去することができる。
【００４４】
また、試料容器５に設ける電極構造は光路を妨げない場所であれば試料容器内部のどこに設けてもよく、電極面積を変化させることにより印加時間、すなわち前処理時間をコントロールすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】光学測定装置の測定系構造図である。
【図２】本発明の光学測定装置における試料容器の構造図の一例である。
【図３】本発明の光学測定装置におけるアスコルビン酸溶液の旋光度変化を示す                図である。
【図４】本発明の光学測定装置におけるアスコルビン酸溶液の電流値変化を示す                図である。
【図５】本発明の光学測定装置におけるアスコルビン酸溶液のＣＶ−電流電位曲                線を示す図である。
【図６】本発明の光学測定装置におけるアスコルビン酸とグルコース混合溶液の                旋光度変化を示す図である。
【図７】比較例２のグルコース溶液の旋光度変化を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１              レーザダイオード
２              レンズ
３Ａ、３Ｂ      偏光子
４              ハーフミラー
５              試料容器
６Ａ、６Ｂ      ４分の１波長板
７Ａ、７Ｂ      フォトダイオード
８              液晶素子
９Ａ、９Ｂ      セル面
１０Ａ、１０Ｂ  電極
【図１】
2005283313.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005283313.tif 000007
【図６】
2005283313.tif 000008
【図７】
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