(57)【要約】攪拌操作なくして被検液と試薬液の混合液を得ることによって、被検液の特定成分の濃度の計測をより効率化する。被検液に試薬液を注入することによって攪拌しながら、前記被検液と前記試薬液とを含む混合液を得、ついで、前記被検液に光を照射しながら、少なくとも前記試薬液を注入する前の前記被検液の第１の光学特性と、前記試薬液を注入した後の前記被検液の第２の光学特性とを計測し、前記第１の光学特性と前記第２の光学特性とから前記被検液中の特定成分濃度を計測する。
2003010513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検液と試薬液とを混合して得た混合液の光学特性を計測し、前記被検液中の特定成分濃度を計測する溶液濃度計測方法であって、
（ａ）被検液に試薬液を注入することによって攪拌しながら、前記被検液と前記試薬液とを含む混合液を得る工程、および（ｂ）前記被検液に光を照射しながら、少なくとも前記試薬液を注入する前の前記被検液の第１の光学特性と、前記試薬液を注入した後の前記被検液の第２の光学特性とを計測し、前記第１の光学特性と前記第２の光学特性とから前記被検液中の特定成分濃度を計測する工程を含むことを特徴とする溶液濃度計測方法。
【請求項２】
前記工程（２）において、前記第１の光学特性と前記第２の光学特性とを連続的に計測することを特徴とする請求の範囲第１項記載の溶液濃度計測方法。
【請求項３】
前記被検液の体積Ｖ０と、前記試薬体の体積Ｖと、前記試薬液を注入する時間Ｔとを、所定の関係に設定することを特徴とする請求の範囲第１項記載の溶液濃度計測方法。
【請求項４】
前記関係が、式（１）：
Ｔ≦Ｋ×（Ｖ／Ｖ０）                          （１）
（式中、Ｋは定数）を満たすことを特徴とする請求の範囲第１項記載の溶液濃度計測方法。
【請求項５】
前記Ｋが１０以下であることを特徴とする請求の範囲第４項記載の溶液濃度計測方法。
【請求項６】
液体を保持して前記液体に光を照射しながらその光学特性を計測することのできる液体保持部、および
第１の液体を第２の液体に注入することによって攪拌しながら、前記第１の液体と前記第２の液体とを含む混合液を得ることのできるように、前記液体保持部にあらかじめ保持した前記第１の液体に前記第２の液体を注入するための注入口を具備することを特徴とするサンプルセル。
【請求項７】
あらかじめ保持した前記第１の液体の液面より下に前記注入口が位置し、前記第２の液体が外気に触れることなく前記第１の液体に注入されることを特徴とする請求の範囲第６項記載のサンプルセル。
【請求項８】
前記注入口からの前記第２の液体の注入方向と、前記光の光軸方向とが、前記液体保持部内で交わることを特徴とする請求の範囲第６項記載のサンプルセル。
【請求項９】
前記第１の液体に単一の渦を発生させるように前記第２の液体を注入することができることを特徴とする請求の範囲第６項記載のサンプルセル。
【請求項１０】
前記注入口からの前記第２の液体の注入方向が、前記液体保持部の一つの内壁面に対して垂直であることを特徴とする請求の範囲第６項記載のサンプルセル。
【請求項１１】
前記液体保持部が直方体形状を有し、前記注入口が前記液体保持部の一つの側面に位置し、前記注入口の一端が前記側面に垂直な側面に接することを特徴とする請求の範囲第６項記載のサンプルセル。
【請求項１２】
前記液体保持部が有底円筒形状を有し、前記注入口からの前記第２の液体の注入方向が、前記注入口と前記液体保持部の内壁が接する地点において、前記内壁に対して平行であることを特徴とする請求の範囲第６項記載のサンプルセル。
【請求項１３】
前記注入口からの前記第２の液体の注入方向が、あらかじめ保持された前記第１の液体の液面に平行であることを特徴とする請求の範囲第６項記載のサンプルセル。
【請求項１４】
前記液体保持部の内周距離Ｄ、前記注入口の開口面積Ｓおよび前記第２の液体の体積Ｖが所定の関係を満たすことを特徴とする請求の範囲第６項記載のサンプルセル。
【請求項１５】
前記関係が、式（２）：
Ｍ×Ｄ≦Ｖ／Ｓ≦Ｎ×Ｄ                        （２）
（式中、ＭおよびＮはそれぞれ独立した定数）を満たす関係であることを特徴とする請求の範囲第１４項記載のサンプルセル。
【請求項１６】
前記Ｍが１．７であり、前記Ｎが５であることを特徴とする請求の範囲第１５項記載のサンプルセル。
【請求項１７】
液体を保持して前記液体に光を照射しながらその光学特性を計測することのできる液体保持部、および
第１の液体を第２の液体に注入することによって攪拌しながら、前記第１の液体と前記第２の液体とを含む混合液を得ることのできるように、前記液体保持部にあらかじめ保持した前記第１の液体に前記第２の液体を注入するための注入口を具備することを特徴とするサンプルセルを具備することを特徴とする溶液濃度計測装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、溶液の攪拌方法に関する。また、本発明は、被検液と試薬液とを混合して被検液中の特定成分の濃度を計測する場合における溶液の攪拌方法に関する。さらに本発明は、これらに用いるサンプルセルにも関する。
特に本発明に係るサンプルセルは、被検液の光学特性を計測する際に使用する場合において、簡易性、高信頼性、小型および低価格などの特徴から高い実用性を発揮する。
背景技術
被検液の光学特性を計測して濃度を算出する場合、被検液中を光が伝搬する構造を有するサンプルセルに被検液を保持させる。このサンプルセルは、ガラスなどからなり直方体形状を有し、光を透過させる面は透明である。このため、光が被検試料中を伝搬することができる。
通常、このサンプルセルの上部は開放されており、この上部の開口部から、スポイト、ピペッタまたはシリンジなどで所定量の被検液をサンプルセルに導入する。つぎに、サンプルセルに所定量の試薬液を注入し、得られた混合液を攪拌棒で攪拌したり、またはサンプルセルを振動させたりすることにより、被検液と試薬液を均一に混ぜていた。そして、混合液の光学特性を計測して前記被検液中の特定成分の濃度を決定していた。
しかし、上記のような従来の方法のように、被検液と試薬液を混合した後に攪拌棒を用いて攪拌したりサンプルセルそのものを振動させたりすることは、操作を煩雑にするという問題があった。さらに、例えば攪拌棒が観測を妨害したり、サンプルセルを光学系から取り外すために混合後から観測を開始するまでに時間がかかったりするなどの問題があった。
これにより、被検液と試薬液との混合直後からの過渡現象を観測する場合、観測の空白時間が増加してしまう。これは、特に被検液と試薬液との反応速度が大きい場合、問題が大きかった。また、サンプルセルを計測光学系から取りはずすと、光学系の配置変化等が発生するため、試薬液との混合前後の光学特性の変化を計測する場合、精度が低下する。
上記の問題点に対し、本発明によると、攪拌棒を使用することもなく、また、サンプルセルを取りはずすこともなく、簡単に、被検液と試薬液を均一に混合することができる。これにより、本発明は、被検液と試薬液との混合直後からの過渡現象を観測する際に、有利である。
以上のように本発明によれば、実用的効果は極めて大きく、計測及び検査の高速化、高精度化、効率化と省力化が可能になる。
発明の開示
本発明は、被検液と試薬液とを混合して得た混合液の光学特性を計測し、前記被検液中の特定成分濃度を計測する溶液濃度計測方法であって、（ａ）被検液に試薬液を注入することによって攪拌しながら、前記被検液と前記試薬液とを含む混合液を得る工程、および（ｂ）前記被検液に光を照射しながら、少なくとも前記試薬液を注入する前の前記被検液の第１の光学特性と、前記試薬液を注入した後の前記被検液の第２の光学特性とを計測し、前記第１の光学特性と前記第２の光学特性とから前記被検液中の特定成分濃度を計測する工程を含むことを特徴とする溶液濃度計測方法に関する。
前記工程（２）においては、前記第１の光学特性と前記第２の光学特性とを連続的に計測するのが好ましい。
また、前記被検液の体積Ｖ０と、前記試薬体の体積Ｖと、前記試薬液を注入する時間Ｔとを、所定の関係に設定するのが好ましい。
前記関係が、式（１）：
Ｔ≦Ｋ×（Ｖ／Ｖ０）                          （１）
（式中、Ｋは定数）を満たすのが好ましい。前記Ｋは１０以下であるのが好ましい。
さらに、本発明は、液体を保持して前記液体に光を照射しながらその光学特性を計測することのできる液体保持部、および
第１の液体を第２の液体に注入することによって攪拌しながら、前記第１の液体と前記第２の液体とを含む混合液を得ることのできるように、前記液体保持部にあらかじめ保持した前記第１の液体に前記第２の液体を注入するための注入口を具備することを特徴とするサンプルセルにも関する。
あらかじめ保持した前記第１の液体の液面より下に前記注入口が位置し、前記第２の液体が外気に触れることなく前記第１の液体に注入されるのが好ましい。
また、前記注入口からの前記第２の液体の注入方向と、前記光の光軸方向とが、前記液体保持部内で交わるのが好ましい。
前記第１の液体に単一の渦を発生させるように前記第２の液体を注入することができるのが好ましい。
前記注入口からの前記第２の液体の注入方向が、前記液体保持部の一つの内壁面に対して垂直であるのが好ましい。
前記液体保持部が直方体形状を有し、前記注入口が前記液体保持部の一つの側面に位置し、前記注入口の一端が前記側面に垂直な側面に接するのが好ましい。換言すると、前記注入口が前記液体保持部の一つの側面に配置され、前記注入口の一端が、前記側面に垂直な別の側面に接することが好ましい。
前記液体保持部が有底円筒形状を有し、前記注入口からの前記第２の液体の注入方向が、前記注入口と前記液体保持部の内壁が接する地点において、前記内壁に対して平行であるのが好ましい。
また、前記注入口からの前記第２の液体の注入方向が、あらかじめ保持された前記第１の液体の液面に平行であるのが好ましい。
また、前記液体保持部の内周距離Ｄ、前記注入口の開口面積Ｓおよび前記第２の液体の体積Ｖが所定の関係を満たすのが好ましい。
前記関係が、式（２）：
Ｍ×Ｄ≦Ｖ／Ｓ≦Ｎ×Ｄ                        （２）
（式中、ＭおよびＮはそれぞれ独立した定数）を満たす関係であるのが好ましい。前記Ｍが１．７であり、前記Ｎが５であるのが好ましい。
さらに、本発明は、液体を保持して前記液体に光を照射しながらその光学特性を計測することのできる液体保持部、および
第１の液体を第２の液体に注入することによって攪拌しながら、前記第１の液体と前記第２の液体とを含む混合液を得ることのできるように、前記液体保持部にあらかじめ保持した前記第１の液体に前記第２の液体を注入するための注入口を具備することを特徴とするサンプルセルを具備することを特徴とする溶液濃度計測装置にも関する。
発明を実施するための最良の形態
本発明は、（ａ）被検液に試薬液を注入することによって攪拌しながら、前記被検液と前記試薬液とを含む混合液を得る工程、および（ｂ）前記被検液に光を照射しながら、少なくとも前記試薬液を注入する前の前記被検液の第１の光学特性と、前記試薬液を注入した後の前記被検液の第２の光学特性とを計測し、前記第１の光学特性と前記第２の光学特性とから前記被検液中の特定成分濃度を計測する工程を含むことを特徴とする溶液濃度計測方法に関する。
本発明における被検液としては、尿および血液などの体液、ならびに各種の分散液および溶液などが挙げられる。
また、被検液に含まれる被検物質（特定成分）としては、例えばアルブミン、ヘモグロビンおよび各種ホルモンなどが挙げられる。
したがって、試薬液は被検液および被検物質の種類に応じて適宜選択すればよいが、例えばスルホサリチル酸、および被検物質に特異的に結合する抗体などが挙げられる。
本発明の実施の形態を、図１および２を用いて以下に詳細に説明する。図１は、本発明に係るサンプルセルを含む溶液濃度計測装置の概略上面図である。また、図２は、図１に示す溶液濃度計測装置の概略縦断面図である。
図１および２において、サンプルセル１は、上部に開放された開口部を有する直方体状のアルミニウム製の容器からなる。そして、略平行光４が通る光路の両端に対応して、２つの対向する側面に光学窓としてのガラス板が嵌め込まれている。これにより、略平行光４が、サンプルセル１の液体保持部に保持された被検液中を透過することができる。
ここで、サンプルセル１の溶液保持部内における光の伝搬方向距離、すなわち光学窓間の距離を、図１に示すようにＡで表し、光の伝搬方向に対して垂直な方向における側面間の距離をＢで表す。本実施の形態では、Ａを０．８ｃｍ、Ｂを０．４ｃｍとする。注入口２は、図１に示すように光学窓のない側面の端部に配置され、内径（直径）が０．１ｃｍである。この注入口２の縦断面の中心はサンプルセル１の底面から距離ｘ、光学窓から距離ｚに位置している。注入方向は、光学窓の面に平行で、後述する略平行光４の光軸と垂直である。このように配置することで、注入口２の断面の中心から注入方向に伸びる注入軸と略平行光４の光軸とが、前記サンプルセル１内の液体保持部において交点を有する。本実施の形態では、ｘを０．４ｃｍ、ｚを０．１ｃｍとする。
光源３は、半導体レーザモジュールで、波長７８０ｎｍ、強度３．０ｍＷ、ビーム直径０．２ｃｍの略平行光４を投射している。この略平行光４の光軸はサンプルセル１の液体保持部の底面に平行で、底面から高さ距離０．４ｃｍに位置している。したがって、光軸と注入口２は、底面から同じ高さに位置している。
被検液を透過した光は光センサ５で検知される。また、ポンプ６から、試薬液を注入口２よりサンプルセル１内の被検液に注入する。光センサ５の出力信号はコンピュータ７によって解析され、コンピュータ７はポンプ６を制御する。なお、符号８で示される矢印は、注入口２より試薬液が注入された時に発生する渦を模式的に示している。
サンプルセル１の液体保持部内において、被検液の液面９の最下部は、液体保持部の底面より高さｈに位置する。このサンプルセル１は、内壁の角にｒを有するため、すなわち角部が厳密には直角でないため、ｈが０．８ｃｍの時、約０．２５ｍｌの被検液を保持している。矢印１０は、注入口２より注入される液体の注入方向を示す。なお、本発明では、液面９の最下部に接する面を液面と定義している。この定義に基づくと、本実施の形態では、注入方向が、液面に対して平行である。
本実施の形態では、まず、被検液としてサンプルセル１に平均直径が２０ｎｍのポリスチレン粒子を純水中に均一に分散した分散液を用いる。この被検液は全体が均一に混濁している。この被検液に試薬液として純水を注入する例を示す。純水にポリスチレン粒子を充分に均一に分散させた分散液は、比重が純水のものに近く、ポリスチレン粒子の粒径も小さいため、本発明で示す実験時間内においては、分離および沈殿などの現象は見られない。しかし、攪拌が不十分で均一に分散されなかった場合は、この限りではない。純水をこの被検液に注入すると、ポリスチレン粒子が全体に拡散して、ポリスチレン粒子濃度が低下するので、被検液全体の混濁度合い即ち濁度が低下する。この濁度を透過光強度として光センサ５の出力信号で計測する。
このように、微粒子を含んだ分散液の拡散による混濁の変化は、化学反応が伴わない。したがって、被検液全体の濁度は、ポリスチレン粒子の拡散度合いのみに依存しており、反応速度を勘案する必要がない。すなわち、濁度がある値で安定したことは、微粒子が分散液全体に充分に広がり、均一に分散していることを意味する。これらのことから、微粒子を含んだ分散液を試薬液として被検液に混合して濁度を観測すると、攪拌効果を検証する場合に便利である。
ここで、攪拌とは、液全体の分散状態が実質的に均一になることを意味する。すなわち、液中における特定物質（例えば微粒子）の濃度が、液のどの部分をとっても実質的に同一であることを意味する。
実施例１
まず、上述のポリスチレン粒子を含む被検液０．２５ｍｌをサンプルセル１へ導入した。ここで、サンプルセル１に略平行光４を照射しながら、コンピュータ７は光センサ５の出力信号の記録を開始した。この場合の光センサ５の出力信号の時間変化を図３に示した。図３において、横軸は出力信号の記録開始からの経過時間を示し、縦軸は光センサ５の出力信号を示す。記録開始後１０秒経過した時点で、コンピュータ７がポンプ６を制御して、注入口２より２秒間で試薬液である純水を注入した。
このように純水を注入した場合における、光センサ５の出力信号の変化を図３の実線で示した。図３で、ａは純水を０．１ｍｌ注入した場合、ｂは純水を０．０７ｍｌ注入した場合、ｃは純水を０．０５ｍｌ注入した場合、ｄは純水を０．０３ｍｌを注入した場合における光センサ５の出力信号の変化を示した。この図で、純水の注入を開始する１０秒経過時点から２秒以上の期間は、注入された純水の流速（流れ）そのものが略平行光４の光路に侵入するため、透過光の強度および伝搬方向が乱れ、光センサ５の出力信号は激しく変化した。この変化の振幅を、図３でハッチングで示す領域で表した。
すなわち、透過光強度は０．６〜１．４Ｖの間で変化した。また、同じ体積の純水を用いて再度同じ操作を行った場合、変化の履歴は再現されなかったが、変化の振幅はこの領域で示された。純水の注入量に応じてポリスチレン粒子の濃度が低下するので、濁度も純水の注入量に応じて低下した。
注入量が０．１ｍｌ、０．０７ｍｌおよび０．０５ｍｌの場合は、それぞれ図３の実線ａ、ｂおよびｃで示されるように、各注入量に応じた出力信号を示し、出力信号そのものも安定した。これは、純水を注入したことによって渦が発生し、充分均一になるまで被検液と純水の混合液を攪拌することができたからである。
一方、純水の注入量が０．０３ｍｌの場合は、図３の実線ｄで示されるように、出力信号が安定しなかった。これは、攪拌が不充分で、分散状態が均一になるまで混合液を攪拌できなかったからである。
このように純水を注入する前のポリスチレン分散液の体積は０．２５ｍｌであるので、少なくともその１／５以上、すなわち０．０５ｍｌ以上の純水を注入することで、充分均一になるまで得られる混合液を攪拌することができた。そして、濁度より、被検液中の特定成分の濃度を計測する場合は、コンピュータ７により、この実線で示す注入後の光センサ５の出力信号を解析して、被検液の濃度を算出することができた。
以上のように、本実施の形態によれば、攪拌棒を使用することなく、かつサンプルセルを光学系から取り外すことなく、被検液および試薬液からなる混合液を溶液を攪拌することができる。したがって、この実施の形態は、液体を混合する前後の濁度を連続的に計測することができ、反応が伴う過渡的濁度変化を観測する場合や、液体を混合する前の被検液の濁度の違いを補償する場合に特に効果的である。また、工程を簡略化することができるとともに誤動作を発生しにくくすることができ、本発明の実用的効果は極めて大きく、計測および検査の効率化および省力化が可能となる。
実施例２
実施例１と同様のポリスチレン粒子を含んだ被検液０．２５ｍｌをサンプルセル１に導入した。ここで、略平行光４を照射しながら、コンピュータ７に光センサ５の出力信号の記録を開始させた。記録開始以後の光センサ５の出力信号の時間変化を図４および５の実線ｅおよびｆで示した。図４および５において、横軸で出力信号の記録開始後の経過時間を示し、縦軸で光センサ５の出力信号を示した。１０秒経過した時点で、コンピュータ７がポンプ６を制御し、注入口２より純水を０．０５ｍｌ注入した。ここで、１秒間で注入した場合を図４の実線ｅで示し、また、２．８秒間で注入した場合を図５の実線ｆで示した。
図４で、純水の注入を開始する１０秒経過時点から１秒間は、注入された純水の流れそのものが略平行光４の光路に侵入するので、透過光の強度および伝搬方向が乱れ、光センサ５の出力信号は激しく変化した。この変化の振幅を、図４でハッチングした領域で示した。すなわち、透過光強度は０．６〜１．４２Ｖの間で変化した。また、同じ条件で操作をした場合に変化の履歴は再現されなかったが、変化の振幅はこの領域で示された。
図５で、純水の注入を開始する１０秒経過時点から２．８秒間は、注入された純水の流れそのものが略平行光４の光路に侵入するので、透過光の強度および伝搬方向が乱れるため、光センサ５の出力信号は激しく変化した。この変化の振幅は、図５でハッチングした領域で示した。すなわち、透過光強度は０．６〜１．４Ｖの間で変化した。また、同じ条件で操作をした場合に、変化の履歴は再現されなかったが、変化の振幅はこの領域で示された。
本実施例では０．０５ｍｌの純水を注入した。これは、実施例１における図３のｃの場合と同じであった。純水を１秒で注入した図４のｅにおいては、図３のｃと同様に、光センサ５の出力信号が約１．０９Ｖにまで到達して安定した。一方、純水を２．８秒で注入した図５のｆにおいては、図３のｃと異なり、光センサ５の出力信号は安定しなかった。これは、攪拌が不充分で、混合液を均一になるまで攪拌できなかったからであった。
実施例１の結果も含めて考えるとわかるように、純水を注入する前のポリスチレン分散液の体積は０．２５ｍｌであるので、その１／５以上、すなわち０．０５ｍｌ以上の純水を少なくとも２秒以内で注入することで、得られる混合液を充分均一になるまで攪拌することができた。
つぎに、注入する純水量が０．０７ｍｌの場合の光センサ５の出力信号の時間変化をそれぞれ図６および７の実線ｇおよびｈで示した。図６のｇは、２．８秒間で注入した場合を、図７のｈは４秒間で注入した場合を示した。図６および７においても、ハッチングした領域は、図３、４および５と同様に、光センサ５の出力信号が激しく変化したことを示し、変化の振幅はこの領域にあった。また、同様に、変化の履歴は再現されなかった。図６のｇにおいては、実施例１の図３のｂと同様に、光センサ５の出力信号は約１．１５Ｖにまで到達して安定した。
一方、純水を４秒で注入した図７のｈにおいては、前記ｂおよびｇと異なり、光センサ５の出力信号は安定しなかった。これは、攪拌が不充分で、均一になるまで混合液を攪拌することができなかったからである。
つぎに、注入する純水量が０．１ｍｌの場合の光センサ５の出力信号の時間変化を図８、９および１０の実線ｉ、ｊおよびｋで示した。図８のｉは２．８秒間で注入した場合を、図９のｊは４秒間で注入した場合を、図１０のｋは５秒間で注入した場合を示した。この図８、９および１０においても、ハッチングした領域は、図３、４、５、６および７と同様に、光センサ５の出力信号は激しく変化していることを示した。また、変化の振幅はこの領域にあったが、変化の履歴は再現されなかった。
図８および９のｉおよびｊにおいては、実施例１の図３のａと同様に、光センサ５の出力信号は約１．２２Ｖにまで到達して安定した。一方、純水を５秒で注入した図１０のｋにおいては、前記ａ、ｉおよびｊと異なり、光センサ５の出力信号は安定しなかった。これは、攪拌が不充分で、均一になるまで混合液を攪拌することができなかったからである。
ここで、本実施例と実施例１のａ〜ｋで示した各条件における攪拌特性を図１１に示した。図１１においては、横軸で純水を注入する以前の被検液の体積Ｖ０に対する、注入する純水の体積Ｖの比率Ｒ（＝Ｖ／Ｖ０）を示し、縦軸で純水を注入する時間Ｔ（秒）を示した。
図１１中の●は、充分均一になるまで攪拌することができた場合を示し、×は攪拌が不充分で均一になるまで攪拌できなかった場合を示している。これらの●および×の右側のａ〜ｋの文字はそれぞれ図３〜１０までの各実線ａ〜ｋに相当することを示している。また図１１の実線はＴ＝１０×Ｒの直線を示している。
この図１１から分かるように、少なくともつぎの式（１）を満足する場合は、得られる混合液を充分均一になるまで攪拌することができた。ただし、Ｋは１０（秒）以下である。
Ｔ≦Ｋ×Ｒ                                    （１）
また、図１１と式（１）から、注入される液体の体積比率Ｒが一定の場合は、注入時間Ｔが所定値以下であれば、充分均一になるまで得られる混合液を攪拌することができることが確認できた。同時に、注入時間Ｔが一定の場合は、Ｒが所定値以上であれば、充分均一になるまで攪拌することができることが確認できた。これらは、液体が注入されることによってサンプルセル内の液体に回転する運動エネルギーが与えられ、攪拌されるからである。
すなわち、注入する液体の注入速度（単位時間当たりの注入体積）および注入体積が大きいほど、液体の運動エネルギーが大きくなり、また、サンプルセル内で液体が回転することによって得られる運動エネルギーも大きくなり、攪拌効果が向上するからである。このように、注入体積と注入時間が攪拌効果に大きな影響を有するため、Ｒ＝Ｖ／Ｖ０と、注入時間Ｔとの関係を所定の条件に設定することで、充分な攪拌効果を発生させることができる。特に、上記のような特性から式（１）の関係を満たすと合理的である。さらに上記の実験結果から、少なくともＫが１０秒以下であれば、充分に攪拌することができることが確認できた。
以上のように、本実施例によれば、攪拌棒を使用することなく、かつサンプルセルを光学系から取り外すことなく、溶液を攪拌することができる。これにより、液体を混合する前後の濁度を連続的に計測できる。したがって、反応が伴う過渡的濁度変化を観測する場合や、液体を混合する前の被検液の濁度の違いを補償する場合に、特に効果的である。また、工程を簡略化することができるとともに誤動作が発生しにくくなり、本発明の実用的効果は極めて大きく、計測および検査の効率化と省力化を可能にする。
実施例３
本発明の実施例３について、まず実施例１と同じ構成の図１および２を用いて以下に詳細に説明する。本実施例においても、被検液としてサンプルセルに平均直径が２０ｎｍのポリスチレン粒子を純水中に均一に分散させた分散液を用いた。そして、前記ポリスチレン粒子を含んだ被検液０．２５ｍｌをサンプルセル１へ導入した。
ここで、略平行光４を照射しながら、コンピュータ７に光センサ５の出力信号の記録を開始させ、実施例１および２と同様に１０秒経過時点より純水を注入し、光センサ５の出力信号の変化を観測して充分均一になるまで攪拌できるかどうかを確認した。
攪拌度合いの判定については、実施例１および２と同様に、光センサ５の出力信号が、純水注入による希釈効果による濁度低下度合いと対応し、出力信号が観測時間内において一定になり、かつこれらが安定的に再現できれば充分な攪拌がなされたと判定した。
この際、比率Ｒおよび注入時間ＴがＴ≦１０×Ｒの関係を満たすように、表１で示す組合わせに設定した。
2003010513.tif 000003
実施例４
つぎに、図１および２に示した注入口２の大きさを変えた場合、すなわち注入口の直径を０．２ｃｍにした場合について説明する。ここでも実施例３と同様に攪拌度合いを判定した。この際、比率Ｒおよび注入時間ＴがＴ≦１０×Ｒを満たすように、表２で示す組合わせに設定した。
2003010513.tif 000004
実施例５
つぎに、図１および２に示した注入口２の大きさを変えた場合、すなわち注入口の直径を０．０５ｃｍにした場合について説明する。ここでも実施例３と同様に攪拌度合いを判定した。この際、比率Ｒおよび注入時間ＴがＴ≦１０×Ｒの関係を満たすように、表３で示す組合わせに設定した。
2003010513.tif 000005
表１、２および３において、●は十分攪拌できた場合を示し、×は十分攪拌できなかった場合を示す。なお、この×の場合は、図１１のｄ、ｆ、ｈおよびｋのように、光センサ５の出力信号が充分攪拌されたときの大きさにまで到達しない場合だけでなく、所定時間内で安定しないこともあった。
表１、２および３の結果から、たとえＴ≦１０×Ｒが満たされていても、×で示されたように充分に攪拌できなかった場合がある。Ｒに着目して、本発明の好ましい条件を以下のように整理する。
表１において、０．１２≦Ｒ≦０．４を満たす場合に充分な攪拌がなされた。また、表２においては、０．４８≦Ｒ≦１．６を満たす場合に充分な攪拌がなされた。表３においては、０．０３≦Ｒ≦０．１を満たす場合に充分な攪拌がなされた。なお、注入される液体の体積比率Ｒが一定の場合、注入時間Ｔが所定値以下であれば、すなわちＴ≦１０×Ｒ（式（１））を満足していれば、均一になるまで攪拌できる。そのため、上記Ｒの範囲と式（１）が同時に満たされれば、充分に攪拌がなされることは言うまでもない。
これら表１、２および３による条件の違いは、注入口の直径の違いであるため、本発明の好ましい条件は以下のようにして一般化することができる。
注入口の開口面積をＳとする。注入口の直径が０．１ｃｍの場合のＳは約０．００７８５ｃｍ２となり、注入口の直径が０．２ｃｍの場合のＳは約０．０３１４ｃｍ２となる。また、注入口の直径が０．０５ｃｍの場合のＳは約０．００１９６ｃｍ２となる。
つぎに、注入する液体（試薬液）の体積Ｖおよび注入口の開口面積Ｓから、Ｖ／ＳをＣと定義する。このＣは、図１から分かるように、注入口から注入された液体が帯状のまま（拡散せずに）進行したと仮定したときの、その液体の長さ（流束長）に相当する。
このＣをＲで表現するとＣはＲ・Ｖ０／Ｓである。これにＶ０＝０．２５ｍｌを代入してＲをＣで表すと、注入口の直径が０．１ｃｍの場合Ｒは約０．０３１×Ｃ、注入口の直径が０．２ｃｍの場合Ｒは約０．１３×Ｃ、注入口の直径が０．０５ｃｍの場合Ｒは約０．００７８×Ｃとなる。
ここで、上述した各Ｒの範囲からＣの範囲を算出すると、注入口の直径が０．１ｃｍの場合は３．９≦Ｃ≦１３、注入口の直径が０．２ｃｍの場合は３．７≦Ｃ≦１２、また、注入口の直径が０．０５ｃｍの場合は３．８≦Ｃ≦１３が得られる。すなわち、これらの範囲を満たす場合に充分な攪拌がなされる。そして、これら３つの範囲をすべて満たす範囲は、３．９≦Ｃ≦１２である。
以上より、流束長Ｃが３．９〜１２ｃｍの範囲にあり、かつ式（１）が満たされれば、充分な攪拌が達成されることが分かる。
実施例６
つぎに、上記の流束長の条件をより一般化するために、図１に示すＡおよびＢの大きさが異なるサンプルセルを使用して、実施例１、２および５で行った実験を同様に行い、攪拌効果を同様に検証した。この結果を表４に示した。
この際、液体の注入方向を含む水平面に平行な面と前記サンプルセルの内壁とが交わる部分の距離、すなわちサンプルセルの液体保持部の側面の内周距離Ｄを測定した。例えば、Ａが０．８ｃｍでＢが０．４ｃｍの場合は、Ｄは２．４ｃｍとなった（＝２×（０．８＋０．４））。また、Ｃの下限をＬ、上限をＨと表現した。
2003010513.tif 000006
実施例７
また、図１２および１３に示す溶液濃度計測装置を用いて、上記実施例と同様の実験を行って攪拌効果を検証した。図１２は、本発明に係る別のサンプルセルを含む溶液濃度計測装置の概略上面図である。また、図１３は、図１２に示した本発明に係るサンプルセルを含む溶液濃度計測装置の概略縦断面図である。
図１２および１３中の符号２〜１０で示した構成要素は、図１および２中の符号２〜１０と同じ構成要素を示し、その機能も同じである。図１２および１３において、サンプルセル１１はガラス製であり、円筒形状を有する。このサンプルセル１１の内径を図１２においてφで表す。注入口２は、図１２に示すように、注入口２とサンプルセル１１の液体保持部の内壁とが接する地点で、注入する液体の注入方向が内壁面および水平面に対して平行になるように設置した。すなわち、注入方向は水平面に平行で、かつ前記地点における液体保持部の内円周の接線方向に平行とした。そして、上記と同様にサンプルセル１１の内周距離Ｄも算出した。実験結果を表５に示した。
2003010513.tif 000007
表４および５に示す条件をすべて満たす条件は、Ｌ≧１．７×ＤおよびＨ≦５×Ｄである。これを式で表すと、式（２）：
Ｍ×Ｄ≦Ｃ≦Ｎ×Ｄ                            （２）
（式中、Ｍは１．７、Ｎは５）が得られる。
少なくとも式（１）および式（２）を満足すると、得られる混合液を充分均一化するまで攪拌することができることになる。式（２）は、流束長Ｃが、サンプルセルの内周距離Ｄの１．７〜５倍の範囲にあれば充分な攪拌が実現されることを示している。
以上の結果は、注入する液体の体積および注入速度（単位時間当たりの注入体積）だけでなく、内周距離Ｄおよび発生させる流束の長さＣの関係が攪拌効果に大きな影響を与えていることを意味している。したがって、ＤとＣとを所定の関係に設定することで、充分な攪拌効果を発生させることができる。特に、この内周距離Ｄと流束の長さＣとの比に、充分攪拌することができる適当な範囲が存在していることから式（２）を満たすように設定すると合理的である。さらに、上記の実験結果から、少なくともＭが１．７で、Ｎが５であれば、充分に攪拌できることが確認できる。
以上のように本実施例によれば、攪拌棒を使用することなくかつサンプルセルを光学系から取り外すことなく、溶液を攪拌することができる。これにより、液体を混合する前後の濁度を連続的に計測できる。したがって、反応が伴う過渡的濁度変化を観測する場合や、液体を混合する前の被検液の濁度の違いを補償する場合に、特に効果的である。また、工程を簡略化することができるとともに誤動作が発生しにくくなり、本発明の実用的効果は極めて大きく、計測および検査の効率化と省力化が可能になる。
なお、実施例１〜７では、液体注入後５０秒経過時点での光センサ５の出力信号の安定性に基づいて攪拌効果を判定したが、本発明の攪拌方法は、これに限定されるものではない。
また、これらの実施例のように、ポリスチレン粒子分散液に純水を注入しても反応が伴わない場合は、拡散による均一化および攪拌による均一化を区別できる程度の時間だけ光センサ５の出力信号を観測する必要がある。これらの実施例の場合、液体注入後の経過時間が短すぎると攪拌が完了しない。また、経過時間が長すぎると拡散により均一化が完了してしまったり、一旦均一化しても粒子成分が沈殿したり分離したりすることで不均一化することもあるので、攪拌効果を判定するには適さない。
さらに、試薬液の注入により何らかの反応が発生する場合は、反応が完了した時点で光センサ５の出力信号の安定性に基づいて攪拌効果を判定することができる。また、反応が未完了でも、反応による濁度変化を補償することができるのであれば、補償を行って光センサ５の出力信号から攪拌効果を判定することが可能である。
上記実施例においては、注入口２が、試薬液を注入する以前の被検液の液面以下に配置されており、注入される試薬液が雰囲気と接触することなく直接前記被検液に注入することができたので、充分な攪拌効果が得られた。注入口２の断面の中心から保持された被検液の注入方向１０へ伸びる注入軸と略平行光４の光軸とが、前記サンプルセルの液体保持部で交点を有するように配置したため、泡などが光学窓に付着して略平行光４の光路を妨害する確率が低くなった。
さらに、注入方向が混合液中に唯一の渦を発生させるように注入口２を配置した場合、および注入方向がサンプルセルの内壁面に対して垂直になるように注入口２を配置した場合、装置全体の動作が安定した。
また、直方体状のサンプルセルを用い、注入口２を側面に配置し、注入口２の一端が前記側面と垂直な側面に接するように配置すると、動作が安定した。
また、円筒形状のサンプルセルにおいて、注入方向が注入口２とサンプルセルの内壁が接する地点で内壁に対して平行になるように、注入口２を配置すると、動作が安定した。
加えて、注入方向が液面に対して平行になるように注入口２を配置すると、動作が安定した。
実施例８
本実施例では、図１および２に示した装置を用い、かつ試薬液としてスルホサリチル酸試薬液（硫酸ナトリウムを２−ヒドロキシ−５−スルホ安息香酸水溶液に溶解した試薬）を用い、被検液中のタンパク質濃度を計測する例である。
本実施例においては、被検液とスルホサリチル酸試薬液とが混合されると、被検液中のタンパク質成分が凝集して、被検液全体が混濁するため、この混濁度合い、すなわち濁度を計測することで、タンパク質濃度を決定する。
ここでは、濁度を透過光強度、すなわち光センサ５の出力信号として計測する。タンパク質濃度が高いほど濁度が高いため、光センサ５の出力信号は小さくなる。なお、ここでは、実施例１〜７と異なり、濁度の生成速度、すなわち光センサ５の出力信号の変化速度には、攪拌効果だけでなく反応（凝集）速度も影響を与えている。また、本実施例では注入口２の直径を０．１ｃｍとし、Ａは０．８ｃｍ、Ｂは０．４ｃｍとしている。
まず、タンパク質濃度が０．０３ｍｇ／ｄｌ以下と確認された尿に、尿中の主たるタンパク質であるヒトアルブミンを溶解させ、アルブミン濃度が１００ｍｇ／ｄｌの被検液を調製した。この被検液０．２５ｍｌをサンプルセル１へ導入した。ここで、略平行光４を照射しながら、コンピュータ７に光センサ５の出力信号の記録を開始させた。この光センサ５の出力信号の時間変化を図１４に示した。図１４において、横軸で経過時間を示し、縦軸で光センサ５の出力信号を示した。
計測開始後６０秒経過した時点で、コンピュータ７でポンプ６を制御し、スルホサリチル酸試薬液０．０５ｍｌを注入口２より２秒で注入した。このようにスルホサリチル酸試薬液を注入した場合の光センサ５の出力信号を図１４の実線で示した。
そして、被検液中の特定成分の濃度を計測する場合は、コンピュータ７で、この実線で示す試薬液混合後の光センサ５の出力信号を解析し、被検液の濃度を算出した。図１４の実線で示すように、透過光強度が試薬液注入時点付近で大きく変化するが、これは、注入された試薬液の流束そのものが略平行光７の光路中に侵入して光路が妨害されたためである。この透過光強度が大きく変化する領域をハッチングで示した。
また、図１４に、スルホサリチル酸試薬液０．０５ｍｌを５秒で注入した場合の光センサ５の出力信号を点線で示した。この点線は、計測開始後から６０秒経過するまでは、実線と重なっているが、これ以降は、実線と比較して光センサ５の出力信号の低下速度が小さかった。これは、攪拌作用がなかったためである。したがって、図１４で示したように、試薬液混合後３６０秒経過時点で光センサ５の出力信号は約１．１４Ｖを示し、信号はさらに低下し続け、安定しなかった。
一方、実線で示すように、２秒で注入した場合は、３６０秒経過時点で光センサ５の出力信号は約０．２５Ｖを示し、信号低下が飽和して信号が充分に安定した。なお、アルブミン濃度が１００ｍｇ／ｄｌの被検液を攪拌棒などで充分に攪拌した場合でも、光センサ５の出力信号は約０．２５Ｖで安定した。
また、被検液のアルブミン濃度を１００ｍｇ／ｄｌから０ｍｇ／ｄｌ、２．５ｍｇ／ｄｌ、５ｍｇ／ｄｌ、１５ｍｇ／ｄｌ、３０ｍｇ／ｄｌまたは６０ｍｇ／ｄｌに変え、スルホサリチル酸試薬液を２秒間で注入し、上記と同様にして計測を行った。図１５に、タンパク質濃度と、混合後３６０秒経過後の透過光強度との関係を示した。そして、縦軸で試薬液混合後３６０秒経過した時点の光センサ５の出力信号を示し、横軸で各被検液のタンパク質濃度を示した。
図１５の実線に示したように、各点は直線状に並び、この直線を検量線とすることで、高精度にタンパク質濃度を計測することができた。この計測精度は、攪拌棒などで充分に攪拌したときと同程度であった。
一方、３秒、４秒および５秒など、２秒より長い時間でスルホサリチル酸試薬液を注入した場合は、各点は直線に乗らず、かつ再現性も低く、計測の精度は低かった。
本実施例のように、式（１）および（２）を満足する条件で試薬液を注入して攪拌することで、攪拌棒などで充分に攪拌したときと同等の攪拌効果が得られ、高精度な計測を実現することができた。
なお、上記実施例では、透過光を光センサ５で検出して濁度を計測したが、溶液中を略平行光４が伝搬する際に発生した散乱光を検出して濁度を計測しても同様に高精度な計測を実現できた。また、上記実施例においては、液体を注入する期間における注入速度は一定とした。
産業上の利用の可能性
本発明に係る溶液濃度計測方法によれば、攪拌棒などを用いずに溶液と試薬液を攪拌しながら混合することが可能であり、その実用的効果は大きく、計測および検査の効率化および省力化が可能になる。また、被検液中の特定成分と試薬液との反応を連続的に観測することができるため、この点からも実用的効果は極めて大きい。特に本発明に係る溶液濃度計測方法は尿検査に好適である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係るサンプルセルを含む溶液濃度計測装置の概略上面図である。
図２は、図１に示した本発明に係るサンプルセルを含む溶液濃度計測装置の概略縦断面図である。
図３は、実施例１において０．１ｍｌ、０．０７ｍｌ、０．０５ｍｌまたは０．０３ｍｌの純水を２秒間で注入した場合の計測開始からの経過時間と透過光強度との関係を示すグラフである。
図４は、実施例２において、０．０５ｍｌの純水を１秒間で注入した場合の計測開始からの経過時間と透過光強度との関係を示すグラフである。
図５は、実施例２において、０．０５ｍｌの純水を２．８秒間で注入した場合の計測開始からの経過時間と透過光強度との関係を示すグラフである。
図６は、実施例２において、０．０７ｍｌの純水を２．８秒間で注入した場合の計測開始からの経過時間と透過光強度との関係を示すグラフである。
図７は、実施例２において、０．０７ｍｌの純水を４秒間で注入した場合の計測開始からの経過時間と透過光強度との関係を示すグラフである。
図８は、実施例２において、０．１ｍｌの純水を２．８秒間で注入した場合の計測開始からの経過時間と透過光強度との関係を示すグラフである。
図９は、実施例２において、０．１ｍｌの純水を４秒間で注入した場合の計測開始からの経過時間と透過光強度との関係を示すグラフである。
図１０は、実施例２において、０．１ｍｌの純水を５秒間で注入した場合の計測開始からの経過時間と透過光強度との関係を示すグラフである。
図１１は、実施例１および２における被検液の試薬液に対する比（Ｖ／Ｖ０）と試薬液を注入する時間（Ｔ）との関係を示すグラフである。
図１２は、本発明に係る別のサンプルセルを含む溶液濃度計測装置の概略上面図である。
図１３は、図１２に示した本発明に係るサンプルセルを含む溶液濃度計測装置の概略縦断面図である。
図１４は、実施例８において、０．０５ｍｌのスルホサリチル酸試薬液を２秒間（実線）または５秒間（破線）で注入した場合の計測開始からの経過時間と透過光強度との関係を示すグラフである。
図１５は、実施例８において、被検溶液のタンパク質濃度と、試薬液混合から３６０秒間経過後の出力信号との関係を示すグラフである。
【図１】
2003010513.tif 000008
【図２】
2003010513.tif 000009
【図３】
2003010513.tif 000010
【図４】
2003010513.tif 000011
【図５】
2003010513.tif 000012
【図６】
2003010513.tif 000013
【図７】
2003010513.tif 000014
【図８】
2003010513.tif 000015
【図９】
2003010513.tif 000016
【図１０】
2003010513.tif 000017
【図１１】
2003010513.tif 000018
【図１２】
2003010513.tif 000019
【図１３】
2003010513.tif 000020
【図１４】
2003010513.tif 000021
【図１５】
2003010513.tif 000022
【国際調査報告】
2003010513.tif 000023
2003010513.tif 000024
2003010513.tif 000025
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