(57)【要約】【課題】高濃度の還元物質が存在する試料であっても、還元物質の存在を考慮して対象物質の濃度を精度よく測定でき、かつ、簡易な構成を備えた濃度測定装置を提供する。【解決手段】濃度測定装置１は、第一の電極１０１と、第一の電極１０１上に形成された反応膜１０２とを有する第一のセンサ１０と、第二の電極２０１を有する第二のセンサ２０と、を有する。反応膜１０２は、対象物質を酸化する酸化酵素を含み、第一のセンサ１０は、酸化酵素が対象物質に作用して生じる酸化電流と、液体試料が還元物質を含有するとき還元物質と第一の電極１０１との電極反応で生じる電解電流とを含む第一の電流を検出する。第二のセンサ２０は、液体試料が還元物質を含有するとき還元物質と第二の電極２０１との電極反応で生じる第二の電流を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象となる対象物質を含有する液体試料中の前記対象物質の濃度を測定する濃度測定装置であって、
第一の電極と、前記第一の電極上に形成された反応膜とを有する第一のセンサと、
第二の電極を有する第二のセンサと、
を有し、
前記反応膜は、前記対象物質を酸化する酸化酵素を含み、
前記第一のセンサは、前記酸化酵素が前記対象物質に作用して生じる酸化電流と、前記液体試料が還元物質を含有するとき前記還元物質と前記第一の電極との電極反応で生じる電解電流とを含む第一の電流を検出し、
前記第二のセンサは、前記液体試料が前記還元物質を含有するとき前記還元物質と前記第二の電極との電極反応で生じる第二の電流を検出する、濃度測定装置。
【請求項２】
前記第一のセンサと前記第二のセンサとが、同一基板上に形成されている、請求項１に記載の濃度測定装置。
【請求項３】
前記第一の電極及び前記第二の電極が同一材料からなる、請求項１又は２に記載の濃度測定装置。
【請求項４】
前記第一のセンサが、前記反応膜上にイオン交換膜を有する、請求項１乃至３いずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項５】
前記第二のセンサは、前記第二の電極上に有機膜を有し、
前記有機膜は、前記反応膜の構成成分のうち前記酸化酵素を除いた成分から構成される、請求項１乃至４いずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項６】
前記還元物質がアスコルビン酸又はアセトアミノフェンを含む、請求項１乃至５いずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項７】
前記酸化酵素がグルコース酸化酵素又はグルタミン酸酸化酵素である、請求項１乃至６いずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項８】
前記対象物質がグルコース又はグルタミン酸である、請求項１乃至７いずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項９】
前記液体試料が果汁、飲料、調味料、又は、尿若しくは血液を含む生体試料である、請求項１乃至８いずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項１０】
前記第一のセンサが検出した前記第一の電流を前記第一のセンサから受け付けるとともに、前記第二のセンサが検出した前記第二の電流を前記第二のセンサから受け付け、前記第一の電流と前記第二の電流とを比較して、前記液体試料中の前記対象物質の濃度を算出する演算部と、
前記演算部が算出した前記対象物質の濃度を出力する出力部と、
を有する、請求項１乃至９いずれか一項に記載の濃度測定装置。
【請求項１１】
前記演算部は、前記液体試料が還元物質を含有するとき前記第二の電流から前記液体試料中の前記還元物質の濃度を算出し、
前記出力部は、前記還元物質の濃度を出力する、請求項１０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、濃度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
濃度測定装置としては、例えば、特許文献１記載のものがある。特許文献１には、グルコース及びアスコルビン酸を含有する試料中のグルコース及び／又はアスコルビン酸濃度を計測する方法が記載されている。特許文献１によれば、この方法は、酵素電極法による電流測定と発光強度の測定を同時に行うことを特徴とするものであり、これにより、試料中にグルコースとアスコルビン酸が共存していても、アスコルビン酸の影響を排除して、正確にグルコース濃度を測定できるとともに、グルコースに加えアスコルビン酸濃度も同時に測定することが可能となるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４０６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記文献記載の技術は、ルミノールを使用する発光強度の測定によりアスコルビン酸濃度を測定するものであり、電流測定器及び吸光度計と２種の原理の異なる測定器を備える必要がある。そのため、測定装置全体の構成が複雑になるという問題がある。また、試料中のアスコルビン酸の濃度がルミノール量に比べて高くなりすぎると、発光強度が検出限界以下となってしまう。そのため、高濃度のアスコルビン酸を含む試料では精度よく測定できず、測定範囲に制限がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高濃度の還元物質が存在する試料であっても、還元物質の存在を考慮して対象物質の濃度を精度よく測定でき、かつ、簡易な構成を備えた濃度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、
測定対象となる対象物質を含有する液体試料中の前記対象物質の濃度を測定する濃度測定装置であって、
第一の電極と、前記第一の電極上に形成された反応膜とを有する第一のセンサと、
第二の電極を有する第二のセンサと、
を有し、
前記反応膜は、前記対象物質を酸化する酸化酵素を含み、
前記第一のセンサは、前記酸化酵素が前記対象物質に作用して生じる酸化電流と、前記液体試料が還元物質を含有するとき前記還元物質と前記第一の電極との電極反応で生じる電解電流とを含む第一の電流を検出し、
前記第二のセンサは、前記液体試料が還元物質を含有するとき前記還元物質と前記第二の電極との電極反応で生じる第二の電流を検出する、濃度測定装置
が提供される。
【０００７】
この発明によれば、試料中の電流を検出する二種のセンサ（第一、第二のセンサ）を有し、第一のセンサが対象物質を酸化する酸化酵素を備えることで、第一のセンサでは酸化酵素が対象物質に作用して生じる酸化電流と、還元物質の電解電流とを含む第一の電流を検出し、第二のセンサでは、還元物質の電解電流を検出する。これにより、還元物質により影響を受けた酸化電流の測定誤差を考慮して、試料中の対象物質の濃度を測定することができる。これにより、還元物質の濃度は電極反応により生じる電流から直接測定できるため、試料中に高濃度の還元物質が存在する場合においても還元物質の存在を考慮して対象物質を測定することができる。また、この構成では、対象物質及び還元物質の濃度はいずれも電流として検出できるため、装置構成を簡易にできる。したがって、高濃度の還元物質が存在する試料であっても、還元物質の存在を考慮して対象物質の精度よく測定でき、かつ、簡易な構成を備えた濃度測定装置が実現可能になる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、高濃度の還元物質が存在する試料であっても、還元物質の存在を考慮して対象物質の濃度を精度よく測定でき、かつ、簡易な構成を備えた濃度測定装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る濃度測定装置を模式的に示した平面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る濃度測定装置を模式的に示した断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る濃度測定装置の製造方法を説明する図である。
【図４】実施の形態に係る濃度測定装置を模式的に示した平面図である。
【図５】第２の実施の形態に係る濃度測定装置を模式的に示した断面図である。
【図６】第２の実施の形態に係る濃度測定装置の製造方法を説明する図である。
【図７】第１の実施の形態に係る濃度測定装置の出力電流の一例を示す図である。
【図８】第１の実施の形態に係る濃度測定装置の出力電流の一例を示す図である。
【図９】第２の実施の形態に係る濃度測定装置の出力電流の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
（第１の実施形態）
本実施の形態は、測定対象となる対象物質を含有する液体試料中の対象物質の濃度を測定する濃度測定装置である。図１、２は、本実施の形態の濃度測定装置の一例を示す図である。図１は、濃度測定装置１の平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ'断面図である。濃度測定装置１は、第一の電極１０１と、第一の電極１０１上に形成された反応膜１０２とを有する第一のセンサ１０と、第二の電極２０１を有する第二のセンサ２０と、を有する。反応膜１０２は、対象物質を酸化する酸化酵素を含み、第一のセンサ１０は、酸化酵素が対象物質に作用して生じる酸化電流と、液体試料が還元物質を含有するとき還元物質と第一の電極１０１との電極反応で生じる電解電流とを含む第一の電流を検出する。第二のセンサ２０は、前記液体試料が還元物質を含有するとき還元物質と第二の電極２０１との電極反応で生じる第二の電流を検出する。
【００１２】
液体試料としては、酸化酵素により酸化される測定対象物質及び還元物質を含むものであれば限定されないが、果汁、飲料又は調味料は、還元物質を高濃度に含むため、濃度測定装置１の測定対象として好ましい。飲料には、清涼飲料やアルコール飲料等が挙げられる。調味料には、酒、醤油、みりん等の液体調味料が挙げられる。また、液体試料としては、尿、血液等の生体試料であってもよい。
【００１３】
測定対象となる対象物質には、グルコース又はグルタミン酸が挙げられる。液体試料中、測定対象物質の濃度は、３ｍｍｏｌ／Ｌ以上であることが好ましく、５〜１００ｍｍｏｌ／Ｌであることがより好ましい。例えば、グルコースを対象物質とする場合は、グルコースの濃度は、液体試料中に５４ｍｇ／ｄＬ以上であることが好ましく、９０ｍｇ／ｄＬ〜１８００ｍｇ／ｄＬであることがより好ましい。また、グルタミン酸を対象物質とする場合は、グルタミン酸の濃度は、液体試料中に４４ｍｇ／ｄＬ以上であることが好ましく、７４〜１４７０ｍｇ／ｄＬであることがより好ましい。
【００１４】
還元物質としては、例えば、アスコルビン酸、アセトアミノフェン又はこれらの混合物が挙げられるが、少なくともアスコルビン酸を含むものが好ましい。濃度測定装置１は、より精度よく対象物質の濃度を測定できる観点から、好ましくは液体試料中、還元物質を０ｍｍｏｌ／Ｌ以上、６０ｍｍｏｌ／Ｌ以下含むものを測定することができ、還元物質を２ｍｍｏｌ／Ｌ以上を含むものであってもよい。例えば、還元物質としてアスコルビン酸を含む場合、液体試料中、０ｍｇ／ｄＬ以上、１０００ｍｇ／ｄＬ以下のアスコルビン酸を含むものが好ましく、３５ｍｇ／ｄＬ以上含むものであってもよい。
【００１５】
第一のセンサ１０及び第二のセンサ２０は、別個に分離できる部材であってもよいが、図示するように同一基板上に形成されていることが好ましい。基板３０は、絶縁性基板であり、セラミック、プラスチック、シリコン、ガラス、又は、高分子材料を使用することができる。高分子材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルクロライド及びポリカーボネードなどの合成樹脂が挙げられる。
【００１６】
第一のセンサ１０は、第一の電極１０１を備え、第二のセンサ２０は、第二の電極２０１を備える。第一の電極１０１及び第二の電極２０１は、二極系電極及び三極系電極のいずれであってもよいが、安定に応答電流を得ることができ、測定精度を安定化させる観点から、三極系電極が好ましい。より好ましくは、図１に示すように、第一の電極１０１は、作用極Ｗ１、参照極Ｒ１及び対極Ｃ１から構成することができる。また、第二の電極２０１も同様に、作用極Ｗ２、参照極Ｒ２及び対極Ｃ２から構成することができる。第一の電極１０１及び第二の電極２０１は、導電性材料を用いて形成させることができ、導電性材料としては、炭素、パラジウム、銀、白金、金、銅、ニッケル、これらの合金等の金属材料が挙げられる。第一の電極１０１及び第二の電極２０１は、１種の導電性材料により形成させてもよいし、２種以上の導電性材料により形成させてもよいが、測定精度を向上させる観点から、第一の電極１０１及び第二の電極２０１は、同一の導電性材料から形成させることが好ましい。具体的には、作用極Ｗ１、Ｗ２及び対極Ｃ１、Ｃ２を白金電極とし、参照極Ｒ１、Ｒ２は、銀塩化銀電極とすることが好ましい。これにより、いっそう安定した応答電流が得られ、測定精度をさらに安定化させることができる。
【００１７】
第一のセンサ１０は、第一の電極１０１上に反応膜１０２を備える。反応膜１０２は、第１の電極１０１を一部又は全面を覆うことが好ましい。反応膜１０２に含まれる酸化酵素は、液体試料中の対象物質を酸化できるものであればよく、グルコース酸化酵素又はグルタミン酸酸化酵素であることが好ましい。測定試料中のグルコース濃度を測定する場合は、グルコース酸化酵素（ＧＯＸ）を用いることができる。また、測定試料中のグルタミン酸酸化酵素濃度を測定する場合は、グルタミン酸酸化酵素を用いることができる。
【００１８】
反応膜１０２において、ＧＯＸは、固定化されたものを用いることができる。ＧＯＸの固定化には、包括法、担体結合法、架橋法又はこれらを組合せた複合法を用いることができる。包括法でＧＯＸを固定化する場合、有機ゲル等によって、ＧＯＸを包み込むことができる。また、担体結合法でＧＯＸを固定化する場合、ＧＯＸを樹脂等に結合させて不溶化させればよい。中でも、架橋剤で固定化されたもの、あるいは、アルブミン架橋膜で包括することにより固定化されたものがより好ましい。
【００１９】
架橋剤としては、多官能性アルデヒド化合物や多官能性エポシキ化合物を用いることができ、多官能性アルデヒドとしては、グリオキサール、スクシンアルデヒド、グルタルアルデヒド及びマレアルデヒドなる群から選ばれたジアルデヒドなどを用いることができる。また、多官能性エポシキ化合物としては、例えば、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル等が挙げられる。中でも、使い勝手の良さ、膜厚のコントロールの容易さの観点からグルタルアルデヒドが好ましい。
【００２０】
アルブミン架橋膜は、卵白アルブミン又は動物由来の血清アルブミン、好ましくは牛子牛血清のアルブミン（ＢＳＡ：Ｂｏｖｉｎｅ  Ｓｅｒｕｍ  Ａｌｂｕｍｉｎｅ）を、架橋剤を用いて架橋化させたものである。アルブミンの架橋剤も、上記例示したＧＯＸの架橋剤と同様のものを用いることができる。
【００２１】
ＧＯＸの固定化法は、公知の固定化酵素の製造技術を適宜採用し得るが、例えば、ＧＯＸとＢＳＡとグルタルアルデヒドとを任意の溶媒に混合させて、ＧＯＸを固定化させることができる。この場合、溶媒としては、例えば、水、アルコール、ＨＥＰＥＳ（４−（２−ヒドロキシエチル）−１−ピペラジンエタンスルホン酸）、ＴＥＳ（Ｎ−［トリス（ヒドロキシメチル）−メチル］−２−アミノエタンスルホン酸）、ＰＩＰＥＳ（４−ピペラジンジエタンスルフォン酸）等のグッド緩衝液を用いることができる。この方法では、ＧＯＸに直接グルタルアルデヒドが架橋したグルタルアルデヒド架橋型ＧＯＸと、ＢＳＡとグルタルアルデヒドとの架橋体により包括されたＢＳＡ包括型ＧＯＸとの混合物からなる固定化ＧＯＸを得ることができる。
【００２２】
第二のセンサ２０は、第二の電極２０１上に有機膜２０２が形成されていることが好ましい。有機膜２０２は、酸化酵素を備えていなければよいが、酸化酵素以外の構成成分が反応膜１０２と同一であることがより好ましい。例えば、反応膜１０２がＢＳＡ及びグルタルアルデヒドで固定化されたＧＯＸを含む場合、有機膜２０２は、ＧＯＸを含まず、ＢＳＡ及びグルタルアルデヒドを含むことが好ましい。
【００２３】
第一のセンサ１０及び第二のセンサ２０は、図示するように樹脂膜４０により一体的に覆うこともできる。樹脂膜４０は、好ましくはフッ素樹脂、及びシリコン樹脂から選択される樹脂を用いて形成することができ、フッ素樹脂を用いて形成するとより好ましい。フッ素樹脂には、ポリメタクリル酸パーフルオロデシルが挙げられる。第一のセンサ１０及び第二のセンサ２０を樹脂膜４０で一体的に覆うことにより、液体試料を透過させるとともに酸化反応に必要な酸素を透過させ、さらに液体試料中の不溶成分や、過剰な還元剤を除去することができる。
【００２４】
続いて、本実施の形態の濃度測定装置１の製造方法について、グルコース濃度測定装置を例に挙げ、図３を用いつつ説明する。まず、シリコンやガラス等の絶縁性基板３０上に、スクリーン印刷、スパッタ法、または蒸着法を用いて導電性材料を塗布し、第一の電極１０１及び第二の電極２０１を形成する（図３（ａ））。第一の電極１０１及び第二の電極２０１の膜厚は、例えば２μｍ以下とすることができ、１μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以下がより好ましい。その後、第一の電極１０１及び第二の電極２０１を覆うように、過酸化水素を透過する制限透過膜（図示せず）を形成してもよい。制限透過膜は第一の電極１０１上に選択的に形成させてもよい。
【００２５】
次いで、第一の電極１０１及び第二の電極２０１上にレジストＰ１を塗布し、パターニングして、第二のセンサ２０の形成領域を選択的に露出させる（図３（ｂ））。
【００２６】
次いで、ＧＯＸを含まない溶液を第二の電極２０１の全体を覆うように塗布する（図３（ｃ））。ＧＯＸを含まない溶液は、例えば、ＢＳＡ及びグルタルアルデヒドと、ＴＥＳ等のグッド緩衝液との混合液が挙げられる。塗布膜２０２ａの厚みは、０．５〜１μｍ程度にすることができる。
【００２７】
その後、レジストＰ１を剥離し、不要部分を除去することで、有機膜２０２を形成する（図３（ｄ））。
【００２８】
次いで、第一の電極１０１及び有機膜２０２上にレジストＰ２を塗布し、パターニングして、第一のセンサ１０の形成領域を選択的に露出させる（図３（ｅ））。
【００２９】
次いで、ＧＯＸを含む溶液を第一の電極１０１の全体を覆うように塗布する（図３（ｆ））。ＧＯＸを含む溶液は、例えば、ＧＯＸ、ＢＳＡ及びグルタルアルデヒドと、ＴＥＳ等のグッド緩衝液との混合液が挙げられる。塗布膜１０２ａの厚みは、塗布膜２０２ａの厚みと同じにすることが好ましく、例えば、０．５〜１μｍ程度にすることができる。
【００３０】
その後、レジストＰ２を剥離し、不要部分を除去することで、反応膜１０２を形成する（図３（ｇ））。
【００３１】
そして、第一のセンサ１０及び第二のセンサ２０を覆うよう樹脂膜４０を形成し、濃度測定装置１を得る。
【００３２】
こうして得られた濃度測定装置１は、図４で示すように、増幅回路５１、５２、演算回路５３、及び表示部５４をさらに備えることができる。
【００３３】
増幅回路５１は、第一のセンサ１０が検出した第一の電流を第一のセンサ１０から受け付け、これを増幅する。
【００３４】
増幅回路５２は、第二のセンサ２０が検出した第二の電流を第二のセンサ２０から受け付け、これを増幅する。
【００３５】
演算回路５３は、増幅回路５１から第一の電流を受け付け、増幅回路５２から第二のセンサを受け付け、第一の電流と第二の電流とを比較して、液体試料中の対象物質の濃度を算出する。
【００３６】
表示部５４は、演算回路５３が算出した対象物質の濃度をユーザに表示する。
【００３７】
演算回路５３は、第二の電流から液体試料中の還元物質の濃度を算出し、表示部５４は、これを対象物質の濃度とともに表示してもよい。
【００３８】
なお、演算回路５３は、算出した結果をプリンタ等に出力してもよいし、ＬＡＮやネットワークを介して端末に送信してもよい。
【００３９】
続いて、図４で示す濃度測定装置１を用いた測定方法について、測定対象となる対象物質としてグルコースと、還元物質としてアスコルビン酸とを含有する液体試料を用いたグルコース濃度の測定を例に挙げて説明する。
【００４０】
液体試料を第一のセンサ１０及び第二のセンサ２０に添加すると、第一のセンサ１０では、反応膜１０２において液体試料中のグルコースがＧＯＸに作用し、溶存酸素と反応して過酸化水素を発生する。生成した過酸化水素は第一の電極１０１上で酸化されて酸化電流を与える。また、液体試料中の還元物質は第一の電極１０１上で電解反応を起こし、電解電流を与える。この酸化電流及び電解電流が第一の電流として増幅回路１（５１）で増幅し、これを演算回路５３が受け付ける。
【００４１】
一方、第二のセンサ２０には、ＧＯＸは存在しないので、グルコースと溶存酸素との反応は生じず、第二の電極２０１上では過酸化水素の酸化電流は検出されない。液体試料中の還元物質は第二の電極２０１上で電解反応を起こし、第二の電流を与える。この第二の電流を増幅回路２（５２）で増幅し、これを演算回路５３が受け付ける。
【００４２】
演算回路５３は、増幅回路５１から受け付けた第一のセンサ１０の出力Ｓ１、及び、増幅回路５２から受け付けた第二のセンサ２０の出力Ｓ２を用い、例えば、下記の式（１）及び（２）から、グルコース濃度Ｃｇｌｕ、及び、アスコルビン酸濃度Ｃａｓｃを算出する。
Ｓ１=（Ｃｇｌｕ＋Ｃａｓｃ）＊（１−α＊Ｃｇｌｕａ＊Ｃａｓｃｂ）      （１）
Ｓ２＝Ｃａｓｃ＊（１−１−α＊Ｃｇｌｕａ＊Ｃａｓｃｂ）      （２）
【００４３】
なお、式（１）、（２）中、αはセンサ定数であり、ａ、ｂは、反応速度へのべき乗である。本実施の形態において、ａ、ｂは共に０．５〜１．０の範囲である。ａ、ｂはセンサの構造によってほぼ一定であり、αは各センサに固有の数字であり単独又は混合の標準液で構成する際に求めることができるが、例えば０．６〜２．５の範囲である。
【００４４】
演算回路５３の算出結果は、表示部５４に出力され、表示することができる。図４では、グルコース濃度が０．５％であり、アスコルビン酸濃度が０．２％である例を示す。
【００４５】
続いて、濃度測定装置１の作用効果について説明する。濃度測定装置１によれば、第一のセンサ１０、及び、第二のセンサ２０を有し、第一のセンサ１０が対象物質を酸化する酸化酵素を備えることで、第一のセンサ１０では酸化酵素が対象物質に作用して生じる酸化電流と、還元物質の電解電流とを含む第一の電流を検出し、第二のセンサ２０では、還元物質の電解電流を検出する。これにより、還元物質により影響を受けた酸化電流の測定誤差を考慮して、試料中の対象物質の濃度を測定することができる。この構成では、対象物質及び還元物質の濃度はいずれも電流として検出できるため、装置構成を簡易にできる。したがって、簡易な構成を備えた濃度測定装置が実現可能になる。
【００４６】
一方、濃度測定装置１では、第一のセンサ１０の反応膜１０２が酸化酵素を含む以外は、第一のセンサ１０と第二のセンサ２０とを同一の材料を用いて同一に形成することが好ましい。これにより、測定試料の酸化電流と測定試料濃度との関係、及び、還元物質の電解電流と還元物質濃度との関係をいずれも線形することができる。したがって、測定範囲に制限がない濃度測定装置が実現可能になる。例えば、還元物質を２ｍｍｏｌ／Ｌ以上（アスコルビン酸の場合で３５ｍｇ／ｄＬ以上）含む試料であっても精度よく対象物質の濃度を測定することができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
本実施の形態も、測定対象となる対象物質と還元物質とを含有する液体試料中の対象物質の濃度を測定する濃度測定装置である。図５は、本実施の形態の濃度測定装置の一例を示す断面図である。濃度測定装置２の平面図は、図１と同じであり、図５は、図１のＡ−Ａ'断面図である。濃度測定装置２は、第一のセンサ１０が反応膜１０２上にイオン交換膜１０３を備える点が異なる以外は、第１の実施形態の濃度測定装置１と同じ構成である。
【００４８】
イオン交換膜１０３としては、陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜が挙げられるが、陽イオン交換膜が好ましく、例えば、ナフィオン（登録商標）を用いることができる。
【００４９】
濃度測定装置２の製造方法について、グルコース濃度測定装置を例に挙げ、図６を用いて説明する。まず、第一の実施の形態で説明した方法と同様に、絶縁性基板３０上に、第一の電極１０１及び第二の電極２０１を形成する（図６（ａ））。
【００５０】
次いで、第一の電極１０１及び第二の電極２０１上にレジストＰ３を塗布し、パターニングして、第一のセンサ１０の形成領域を選択的に露出させる（図６（ｂ））。
【００５１】
次いで、ＧＯＸを含む溶液を第一の電極２０１の全体を覆うように塗布する（図６（ｃ））。ＧＯＸを含む溶液は、例えば、ＧＯＸ、ＢＳＡ及びグルタルアルデヒドと、ＴＥＳ等のグッド緩衝液との混合液が挙げられる。塗布膜１０２ｂの厚みは、例えば、０．５〜１μｍ程度にすることができる。
【００５２】
その後、レジストＰ３を剥離し、不要部分を除去することで、反応膜１０２を形成する（図６（ｄ））。
【００５３】
次いで、反応膜１０２及び第二の電極２０１上にレジストＰ４を塗布し、パターニングして、第二のセンサ２０の形成領域を選択的に露出させる（図６（ｅ））。
【００５４】
次いで、ＧＯＸを含まない溶液を第二の電極２０１の全体を覆うように塗布する（図６（ｆ））。ＧＯＸを含まない溶液は、例えば、ＢＳＡ及びグルタルアルデヒドと、ＴＥＳ等のグッド緩衝液との混合液が挙げられる。塗布膜２０２ｂの厚みは、塗布膜１０２ａの厚みと同じにすることが好ましく、例えば、０．５〜１μｍ程度にすることができる。
【００５５】
その後、レジストＰ４を剥離し、不要部分を除去することで、有機膜２０２を形成する（図６（ｇ））。
【００５６】
さらに、反応膜１０２及び有機膜２０２上にレジストＰ５を塗布し、パターニングして、第一のセンサ１０の形成領域を選択的に露出させる（図６（ｈ））。
【００５７】
次いで、反応膜１０２表面を覆うようにイオン交換膜１０３ｂを積層し（図６（ｉ））、その後、レジストＰ５を剥離し、不要部分を除去することで、イオン交換膜１０３を形成する（図６（ｊ））。
【００５８】
そして、第一のセンサ１０及び第二のセンサ２０を覆うように樹脂膜４０を形成し、濃度測定装置２を得る。
【００５９】
こうして得られた濃度測定装置２も、濃度測定装置１と同様に、増幅回路５１、５２、演算回路５３、及び表示部５４をさらに備えた、図４で示す構成にすることができる。
【００６０】
濃度測定装置２を用いた試料濃度の測定は、第１の実施形態で説明した濃度測定装置１を用いた試料濃度の測定と同様に実行することができる。なお、本実施の形態において、対象物質としてグルコース、及び、還元物質としてアスコルビン酸を含む試料を測定する場合、式（１）及び式（２）にかえて、下記式（３）及び（４）を採用することが好ましい。すなわち、濃度測定装置２では、演算回路５３は、増幅回路５１から受け付けた第一のセンサ１０の出力Ｓ１、及び、増幅回路５２から受け付けた第二のセンサ２０の出力Ｓ２を用い、例えば、下記の式（３）及び式（４）から、グルコース濃度Ｃｇｌｕ、及び、アスコルビン酸濃度Ｃａｓｃを算出する。
Ｓ１=Ｃｇｌｕ＊（１−β＊Ｃｇｌｕｃ＊Ｃａｓｃｄ）             （３）
Ｓ２＝Ｃａｓｃ＊（１−β＊Ｃｇｌｕｃ＊Ｃａｓｃｄ）            （４）
【００６１】
なお、式（３）、（４）中、βはセンサ定数であり、ｃ、ｄは、反応速度へのべき乗である。本実施の形態において、ｃは０〜０．１の範囲であり、ｄは０．１〜１．５の範囲にすることができる。ｃ、ｄはセンサの構造によってほぼ一定であり、βは各センサに固有の数字であり単独又は混合の標準液で構成する際に求めることができるが、例えば０．５〜０．８の範囲である。
【００６２】
濃度測定装置２では、イオン交換膜１０３により、測定対象物質及び還元物質以外の成分を除去できるため、測定対象物質及び還元物質に起因する電流を選択的に検出することができる。したがって、より精度よく対象物質の濃度を求めることができる。濃度測定装置２の場合も、より精度よく対象物質を測定できる観点から、好ましくは液体試料中、還元物質を０ｍｍｏｌ／Ｌ以上、６０ｍｍｏｌ／Ｌ以下含むものを測定することができ、還元物質を２ｍｍｏｌ／Ｌ以上を含むものであってもよい。例えば、還元物質としてアスコルビン酸を含む場合、液体試料中、０ｍｇ／ｄＬ以上、１０００ｍｇ／ｄＬ以下のアスコルビン酸を含むものが好ましく、３５ｍｇ／ｄＬ以上含むものであってもよい。
【００６３】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【実施例】
【００６４】
実施例１
図１、２で示す構成を用い、図３で示す方法によりグルコース濃度測定装置を作製した。基板３０はガラス基板とした。第一の電極１０１及び第二の電極２０１は、三極系電極とし、作用極Ｗ１、Ｗ２及び対極Ｃ１、Ｃ２は白金電極とし、参照極Ｒ１、Ｒ２は銀塩化銀電極とした。反応膜１０２は、ＢＳＡ及びグルタルアルデヒドで固定化されたＧＯＸ及びＴＥＳ緩衝液の混合物を塗布することで形成し、有機膜２０２は、ＢＳＡ、グルタルアルデヒド及びＴＥＳ緩衝液の混合物から形成した。樹脂膜４０は、ポリメタクリル酸パーフルオロデシルを用いて形成した。
【００６５】
実施例１のグルコース濃度測定装置を用い、グルコース濃度が１００、５００ｍｇ／ｄＬであり、アスコルビン酸濃度が０、４０、２００ｍｇ／ｄＬである水溶液を測定試料として第一のセンサ１０からの出力を調べた。その結果、図７で示すように出力が線形であり、グルコースの濃度が高くなるにつれ出力電流が高くなることが示された。また、アスコルビン酸の含有量が多くになるにつれ、第一のセンサ１０からの出力も高くなった。なお、図７中、「Ｇｌｕ（Ａｓｃ０）」はアスコルビン酸濃度が０ｍｇ／ｄＬであるグルコース水溶液を示し、「Ｇｌｕ（Ａｓｃ４０）」はアスコルビン酸濃度が４０ｍｇ／ｄＬであるグルコース水溶液を示し、「Ｇｌｕ（Ａｓｃ２００）」はアスコルビン酸濃度が２００ｍｇ／ｄＬであるグルコース水溶液を示す。
【００６６】
実施例１のグルコース濃度測定装置を用い、４０、２００ｍｇ／ｄＬアスコルビン酸水溶液を測定試料として第二のセンサ２０からの出力を調べたところ、図８で示すように出力が線形であり、アスコルビン酸の濃度が高くなるにつれ出力電流が高くなることが示された。
【００６７】
実施例２
図１、５で示す構成を用い、図６で示す方法によりグルコース濃度測定装置を作製した。イオン交換膜１０３をシグマアルドリッチ社製のナフィオン（登録商標）とした以外は、実施例１と同様にした。
【００６８】
実施例２のグルコース濃度測定装置を用い、グルコース濃度が１００、５００ｍｇ／ｄＬであり、アスコルビン酸濃度が０、４０、２００ｍｇ／ｄＬである水溶液を測定試料として第一のセンサ１０からの出力を調べた。その結果、図９で示すように出力が線形であり、グルコースの濃度が高くなるにつれ出力電流が低くなることが示された。アスコルビン酸の含有量が多くになるにつれ、第一のセンサ１０からの出力は低くなった。なお、図９中、「Ｇｌｕ（Ａｓｃ０）」はアスコルビン酸濃度が０ｍｇ／ｄＬであるグルコース水溶液を示し、「Ｇｌｕ（Ａｓｃ４０）」はアスコルビン酸濃度が４０ｍｇ／ｄＬであるグルコース水溶液を示し、「Ｇｌｕ（Ａｓｃ２００）」はアスコルビン酸濃度が２００ｍｇ／ｄＬであるグルコース水溶液を示す。
【００６９】
＜評価＞
実施例１、２のグルコース濃度測定装置を用いて、各種飲料のグルコース濃度及びアスコルビン酸濃度を測定した。全自動グルコース測定装置（グルコースオードアンドスタット、アークレイ社製）を用いて真のグルコース濃度を測定し、これを基準値として実施例１、２のグルコース濃度測定装置で算出したグルコール酸濃度と比較した。実施例１、２のグルコース濃度測定装置のグルコース濃度は、第一のセンサ１０からの出力電流Ｓ１、及び、第二のセンサ２０からの出力電流Ｓ２を用い、実施例１では、前述の式（１）、（２）に代入して、グルコース濃度を算出した。式（１）、（２）中、α＝１．２４、ａ＝１、ｂ＝１とした。また、実施例２では、前述の式（３）、（４）に代入して、グルコース濃度を算出した。式（３）、（４）中、β＝０．６５、ｃ＝０．０８、ｄ＝０．３とした。
また、アスコルビン酸濃度は、アスコルビン酸濃度が既知の標準液（アスコルビン酸水溶液）を測定したときの出力電流Ｓ２を基準として算出することにより求めた。
比較例には、実施例２の第一のセンサ１０のみを備えるグルコース測定装置（ＵＧ−２０１、株式会社タニタ製）を用いた。
実施例１、２、比較例のグルコース濃度、及び、アスコルビン酸濃度の測定結果を表１に示し、実施例１、２、比較例のグルコース濃度と真のグルコース濃度との比較した結果を表２に示す。
【００７０】
【表１】
2013242171.tif 000003
【００７１】
【表２】
2013242171.tif 000004
【００７２】
表１、２中＊１〜６は、以下のとおりである。
＊１  日本酒：  山田錦、沢の鶴株式会社製。
＊２  コーラ：  コカ・コーラ、コカ・コーラカンパニー製。
＊３  レモン味清涼飲料：Ｃ１０００、ハウスウェルネスフーズ社製。
＊４  レモン味清涼飲料（３倍希釈）：Ｃ１０００（ハウスウェルネスフーズ社製）を水で３倍に希釈したもの。
＊５  レモン味清涼飲料（５倍希釈）：Ｃ１０００（ハウスウェルネスフーズ社製）を水で５倍に希釈したもの。
＊６  全自動グルコース測定装置（グルコースオードアンドスタット、アークレイ社製）
【００７３】
表１、２で示すように、レモン味清涼飲料のように高濃度のアスコルビン酸を含む試料においても、実施例１、２の装置は、精度良くグルコース濃度を測定できた。また、表２で示すように、一組の電極を備える従来のグルコース濃度測定装置では、真のグルコース濃度に対して１０％以上の誤差があるのに対し、アスコルビン酸濃度測定用電極を備える実施例１、２のグルコース濃度測定装置では、アスコルビン酸濃度によらず真のグルコース濃度に対して６％以内の誤差範囲に抑えることができた。
【符号の説明】
【００７４】
１      濃度測定装置
２      濃度測定装置
１０    第一のセンサ
２０    第二のセンサ
３０    基板
４０    樹脂膜
５１    増幅回路
５２    増幅回路
５３    演算回路
５４    表示部
１０１  第一の電極
１０２  反応膜
１０２ａ  塗布膜
１０２ｂ  塗布膜
１０３    イオン交換膜
１０３ｂ  イオン交換膜
２０１  第二の電極
２０２  有機膜
２０２ａ  塗布膜
２０２ｂ  塗布膜
Ｃ１    対極
Ｃ２    対極
Ｐ１    レジスト
Ｐ２    レジスト
Ｐ３    レジスト
Ｐ４    レジスト
Ｐ５    レジスト
Ｒ１    参照極
Ｒ２    参照極
Ｗ１    作用極
Ｗ２    作用極
【図１】
2013242171.tif 000005
【図２】
2013242171.tif 000006
【図３】
2013242171.tif 000007
【図４】
2013242171.tif 000008
【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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