(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極が設けられ微生物含有の液体を導入することができる測定セルと、該測定セルにイオン透過性隔膜を介して連接された透析セルを備えた測定容器と、
前記複数の電極に印加して前記測定セル内の微生物を誘電泳動するための泳動電源回路と、
前記複数の電極間のインピーダンスまたは電気伝導率を測定するための測定部と、
前記測定部の測定結果を演算して微生物数を算出する演算部と、
前記透析セルを含む透析手段と、
前記泳動電源回路と前記透析手段と前記測定部と前記演算部を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記測定セルに導入された前記液体のイオン濃度が前記透析手段によって低下したことを前記測定部の測定結果によって判断し、その後前記泳動電源回路を制御して誘電泳動を行い、
前記演算部は、誘電泳動時の前記測定部の測定結果から前記測定セル内の微生物数を算出することを特徴とする微生物数測定装置。
【請求項２】
前記透析手段が、第１透析用電極を収容し陽イオン透過性隔膜を介して前記測定セルに連接された第１の透析セルと、第２透析用電極を収容し陰イオン透過性隔膜を介して前記測定セルに連接された第２の透析セルを備えるとともに、前記第１透析用電極と前記第２透析用電極に電気透析を行うための電圧を印加する透析電源回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の微生物数測定装置。
【請求項３】
前記透析手段が、半透膜を介して前記測定セルに連接された透析セルを備えるともに、前記透析セル内に前記測定セル内の液体より電気伝導率の低い液体を導入する透析溶液供給部を備えたことを特徴とする請求項１記載の微生物数測定装置。
【請求項４】
複数の電極を備えたセル内に微生物含有の液体を導入し、前記電極間に交流電圧を印加して前記測定セル内の微生物に誘電泳動力を及ぼして電界集中部に集めると共に電極間でインピーダンスまたは電気伝導率を測定して微生物数を算出する微生物数測定方法であって、
前記セルにイオン透過性隔膜を介して連接された透析セルを含む透析手段を用いて前記液体を脱イオン処理し、前記電極間のインピーダンスまたは電気伝導率が所定範囲になった後に、前記交流電圧を印加することを特徴とする微生物数測定方法。
【請求項５】
前記脱イオン処理が半透膜による透析であることを特徴とする請求項４記載の微生物数測定方法。
【請求項６】
前記脱イオン処理が前記セルに連接された第１の透析用セルと第２の透析用セルを用いた電気透析であることを特徴とする請求項４記載の微生物数測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶液中の微生物数を測定するための微生物数測定装置及び微生物数測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、溶液中の微生物数を測定する方法として特開５７−５０６５２に記載されたもの等の多数の技術が知られている。
【０００３】
しかし、従来の技術による微生物数の測定方法は、試料液に専用の薬剤、例えば酵素や色素を投入して生化学反応を起こさせ、その反応経過または結果を蛍光や発光によって測定するものであり、測定感度は比較的高いが微生物分野及び生化学分野に関する専門知識が必要であったり、また専用で高価な大型の測定装置が必要となり、さらには専任者による作業が必要となる等、とても一般的かつ簡易に微生物数を測定することができるものではなかった。
【０００４】
そこで、特開５９−９１９００に記載されたものをはじめとする、物理的手段のみを使い、薬剤を一切用いないで、小型で、試料系に組み込んでの自動測定が可能な、簡易な微生物数検出装置が提案されたが、微生物数が１０の８乗ｃｅｌｌｓ／ｍｌ（１ｍｌ中に微生物数が１億個）以上にならないと検出できないためその応用範囲に著しい制限が加えられていた。
【０００５】
【発明の解決しようとする課題】
このように、従来の技術による微生物数測定装置で測定感度を上げるためには、何らかの薬剤の使用や、専用の測定装置，専門知識を持った専任者による操作が必要であった。また薬剤を使用しない簡易型の装置では、専任者を必要とせず測定が可能になるが、微生物数が非常に多くないと測定が難しく、低感度の測定器しか得られないし、微生物を移動させて局部的に濃度を上げて感度を向上させたくても簡易でメンテナンスフリーな手段がないという問題があった。
【０００６】
そこでこれらの問題を解決するため本発明は、薬剤や特別な装置を必要とすることなく、高感度で、電気伝導率の高いさまざまな試料を迅速に自動で測定できるメンテナンスフリーの微生物数測定装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明の微生物数測定装置は、複数の電極が設けられ微生物含有の液体を導入することができる測定セルと、該測定セルにイオン透過性隔膜を介して連接された透析セルを備えた測定容器と、前記複数の電極に印加して前記測定セル内の微生物を誘電泳動するための泳動電源回路と、前記複数の電極間のインピーダンスまたは電気伝導率を測定するための測定部と、前記測定部の測定結果を演算して微生物数を算出する演算部と、前記透析セルを含む透析手段と、前記泳動電源回路と前記透析手段と前記測定部と前記演算部を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記測定セルに導入された前記液体のイオン濃度が前記透析手段によって低下したことを前記測定部の測定結果によって判断し、その後前記泳動電源回路を制御して誘電泳動を行い、前記演算部は、誘電泳動時の前記測定部の測定結果から前記測定セル内の微生物数を算出することを特徴とする
【０００８】
これにより、薬剤や特別な装置を必要とすることなく、高感度で、電気伝導率の高いさまざまな試料を迅速に自動で測定できるメンテナンスフリーの微生物数測定装置とその微生物数測定方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載された発明は、複数の電極が設けられ微生物含有の液体を導入することができる測定セルと、該測定セルにイオン透過性隔膜を介して連接された透析セルを備えた測定容器と、前記複数の電極に印加して前記測定セル内の微生物を誘電泳動するための泳動電源回路と、前記複数の電極間のインピーダンスまたは電気伝導率を測定するための測定部と、前記測定部の測定結果を演算して微生物数を算出する演算部と、前記透析セルを含む透析手段と、前記泳動電源回路と前記透析手段と前記測定部と前記演算部を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記測定セルに導入された前記液体のイオン濃度が前記透析手段によって低下したことを前記測定部の測定結果によって判断し、その後前記泳動電源回路を制御して誘電泳動を行い、前記演算部は、誘電泳動時の前記測定部の測定結果から前記測定セル内の微生物数を算出することを特徴とする微生物数測定装置であるから、イオン濃度が高く電気伝導率が高い試料であっても、電気透析によって試料の電気伝導率を低下させた後に効率よく微生物を電極付近に集中し、電気的な手段によって微生物数を測定することができるため、薬剤や特別な装置を必要とすることなく、高精度で高感度な測定ができる。また、測定の前に予め試料の電気伝導率を最適な値にすることができ、高精度で高感度な測定ができる。
【００１０】
請求項２に記載された発明は、前記透析手段が、第１透析用電極を収容し陽イオン透過性隔膜を介して前記測定セルに連接された第１の透析セルと、第２透析用電極を収容し陰イオン透過性隔膜を介して前記測定セルに連接された第２の透析セルを備えるとともに、前記第１透析用電極と前記第２透析用電極に電気透析を行うための電圧を印加する透析電源回路を備えたことを特徴とする請求項１記載の微生物数測定装置であるから、イオン濃度が高いために電気伝導率が高い試料であっても、電気的な処理で簡単に測定セル内のイオン濃度を下げることができ、薬剤や特別な装置を必要とすることなく、高精度で高感度な測定ができる。
【００１１】
請求項３に記載された発明は、前記透析手段が、半透膜を介して前記測定セルに連接された透析セルを備えるともに、前記透析セル内に前記測定セル内の液体より電気伝導率の低い液体を導入する透析溶液供給部を備えたことを特徴とする請求項１記載の微生物数測定装置であるから、電気伝導率の低い液体を流すという簡易な構造で効率よく試料中のイオン濃度を低下させることができ、薬剤や特別な装置を必要とすることなく、高感度な微生物数の測定ができる。
【００１３】
請求項４に記載された発明は、複数の電極を備えたセル内に微生物含有の液体を導入し、前記電極間に交流電圧を印加して前記測定セル内の微生物に誘電泳動力を及ぼして電界集中部に集めると共に電極間でインピーダンスまたは電気伝導率を測定して微生物数を算出する微生物数測定方法であって、前記セルにイオン透過性隔膜を介して連接された透析セルを含む透析手段を用いて前記液体を脱イオン処理し、前記電極間のインピーダンスまたは電気伝導率が所定範囲になった後に、前記交流電圧を印加することを特徴とする微生物数測定方法であるから、イオン濃度が高いために電気伝導率が高い試料でも脱イオン処理によって高精度かつ高感度な測定を行うことができる。
【００１４】
請求項５に記載された発明は、前記脱イオン処理が半透膜による透析であることを特徴とする請求項４記載の微生物数測定方法であるから、半透膜を利用するという簡易な方法でありながら、イオン濃度が高いために電気伝導率が高い試料でも効率よく脱イオン処理ができ、高精度かつ高感度な測定ができる。
【００１５】
請求項６に記載された発明は、前記脱イオン処理が前記セルに連接された第１の透析用セルと第２の透析用セルを用いた電気透析であることを特徴とする請求項４記載の微生物数測定方法であるから、イオン濃度が高いために電気伝導率が高い試料でも、電気的に処理するから迅速に脱イオン処理ができ、短時間で高精度かつ高感度な測定ができる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図８と後述する（数１）〜（数５）を用いて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
本発明の一実施の形態である微生物数測定装置について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態１における微生物数測定装置の全体構成図、図２は本発明の実施の形態１における電極の説明図、図３は本発明の実施の形態１における電極の断面と電極間の電界の状態を説明するための図、図４は微生物数と測定時間と電極間の静電容量Ｃの関係を説明するためのグラフ、図５及び図６は電極間静電容量Ｃを算出する手順を説明する図、図７は誘電泳動による力と周波数の関係を説明するための図、図９は実施の形態１における一連の微生物数測定動作の流れを説明する図である。
【００１８】
図１において、１は測定セル、２は基板上の薄膜電極からなる測定電極、３は陰イオン交換膜、４は陽イオン交換膜、５は透析電極Ａ、６は透析電極Ｂ、７は透析セルＡ、８は透析セルＢ、９は電磁弁、１０は試料系配管、１１は透析電源回路、１２は泳動電源回路、１３は測定部、１４は演算部、１５は制御手段、１６は表示手段、３０は測定容器全体である。また、図２において、１７は測定電極の基板、１８は基板上の薄膜電極、１９は薄膜電極の２つの極間に挟まれたギャップである。また、図３の２０は薄膜電極間に印加される電圧によって生じる電気力線である。また図２、図５（ａ）において５０は薄膜電極１８の一方の極、５１は薄膜電極１８の他方の極、５２は想定されるＣＲ並列等価回路を構成する静電容量、５３は想定されるＣＲ等価回路を構成する抵抗、図５（ｂ）において、５４は時間軸、５５は電圧または電流の大きさを表す軸、５６は電流値の変化を表す曲線、５７は電圧値の変化を表す曲線である。また、図６はインピーダンスをベクトル分解した時のリアクタンスとレジスタンスと位相角の関係を表す図である。
【００１９】
図１に示すように、測定容器３０は陰イオン交換膜３と陽イオン交換膜４を介して測定セル１に連接された透析セルＡ７と透析セルＢ８を備えており、電磁弁９を閉状態にすることにより、イオン交換膜を介して以外の方法で測定セルと２つの透析セル間の物質移動は行われない構造になっている。電磁弁９は測定セルを試料系から遮断できるものであればほかの機構を用いても良い。また、実施の形態１においては、透析セルＡ７と透析セルＢ８にも電磁弁を設けているが、これは電気透析を行うときに電流がセル外部の試料系を迂回して流れることを防ぐためであり、電気的な迂回距離が十分に長く迂回電流がほとんど無視できるときには特に設ける必要はない。
【００２０】
また、図１及び図２に示すように測定セル１内には誘電泳動によって試料液体中の微生物を所定位置に移動させるために、測定電極２上に設けられた薄膜電極１８の２つの極５０，５１が微小なギャップ１９を介して対向して設けられている。本実施の形態１においては、図１および２に示すように櫛歯状の薄膜電極１８が互いに入れ子になるように配置されている。それぞれの電極はスパッタリングや蒸着やメッキ等の方法によって測定電極の基板１７上に密着して形成された導電体からなり、基板上で薄膜電極１８が密着している部分と基板表面がむき出しになっている部分の境界である端線が形成されている。２つの極５０，５１によって薄膜電極の端線間に構成されるギャップ１９は実施の形態１においてはすべて同じ間隔である。誘電泳動のための電圧印加によってこのギャップ１９付近の電界がもっとも強くなるため、ギャップ１９が本実施の形態１における電界集中部になる。詳細は後述するが、微生物はもっとも電界が集中するこのギャップ１９付近に向かって泳動される。
【００２１】
なおここで、本発明において検出対象としている微生物について説明する。本発明で言う微生物とは一般に細菌、真菌、放線菌、リケッチア、マイコプラズマ、ウイルスとして分類されている、いわゆる微生物学の対象となっている微生物のほかに、原生動物や原虫のうちの小型のもの、生物体の幼生、分離または培養した動植物細胞、精子、血球、核酸、蛋白質等も含む広い意味での生体または生体由来の微粒子である。また本発明では、測定対象として液体中に存在する微生物を想定している。
【００２２】
実施の形態１における薄膜電極１８の膜厚は約５ｎｍである。５ｎｍという膜厚は後述するギャップ１９の間隔１００μｍに比較しても、また検出対象である微生物と比較しても非常に小さいため薄膜電極１８は事実上厚みを無視できる２次元的な広がりのみをもった電極と考えることが出来る。そこで、すでに説明したように測定電極の基板１７上で電極の密着している部分と基板がむき出しになっている部分の境界を端線と表現している。この時、本実施の形態１で用いている測定電極２における電界集中部であるギャップ１９付近の電界分布は図３に示すようなものとなる。実施の形態１における薄膜電極１８の膜厚は約５ｎｍと薄いために図３に示すように２つの極５０，５１の端線に挟まれた間隙にもっとも電界が集中することになる。
【００２３】
そこで、ここで発生する微生物の誘電泳動現象について説明する。さらに詳細な説明が必要であれば文献Ｊ．ｔｈｅｏｒ．Ｂｉｏｌ（１９７２）ｖｏｌ．３７，１−１３を参照されたい。
【００２４】
さて、液中の電極間に高周波の交流電圧を印加すると、これによって発生する交流電界の作用で、測定セル１内の微生物はその誘電的な性質によって最も電場が強くかつ不均一な部分、すなわち電界集中部に泳動される。なお、ここで交流電圧というのは、正弦波のほか、ほぼ一定の周期で流れの向きを変える電圧のことであり、かつ両方向の電流の平均値が等しいものである。
【００２５】
この時に微生物の誘電体微粒子としての双極子モーメントをμとすると、力Ｆは電場Ｅとの間に（数１）の関係を持つ。
【００２６】
【数１】
0003761128.tif 000002
【００２７】
さらに、微生物の細胞質の比誘電率をε2、微生物を含んでいる液体の比誘電率をε1、微生物を球体と見なしたときの半径をａ、円周率をπとすると、誘電泳動力Ｆは（数２）のように書き換えることができる。
【００２８】
【数２】
0003761128.tif 000003
【００２９】
（数２）は誘電泳動による力が電位勾配、媒質と誘電体微粒子としての微生物の比誘電率の差などの影響を受けることを示している。ここで、実施の形態１では誘電泳動のために交流電圧を印加するので、比誘電率εは周波数依存性をもち、たとえばε1に対して交流に対する応答を考慮したものをε1‘とすると、ε1‘は（数３）のようにε1に虚数単位ｊと媒質の電気伝導率σ1と角周波数ωを用いた項が付加された形になる。
【００３０】
【数３】
0003761128.tif 000004
【００３１】
ε2に関しても同様であり、交流に対する応答を考慮したものをε2‘とすると、ε2‘はε2に虚数単位ｊと媒質の電気伝導率σ2と角周波数ωを用いた項が付加されたものとなり、Ｆはε1をε1‘、ε2をε2‘に置換したもので表現される。
【００３２】
このように、Ｆは媒質の電気伝導率の項も含むことになる。さて、この媒質の電気伝導率が具体的に誘電泳動力に対してどのように作用するのかを説明する。今、媒質をイオン濃度の低い水とし、微生物としての一般的な比誘電率等の値を用いて誘電泳動力と周波数の関係をグラフに表したのが図７（ａ）である。図７（ａ）から明らかなように誘電泳動はある周波数領域では引力として、そしてある周波数領域では斥力として作用する。本実施の形態１では微生物を移動するために引力を利用している。
【００３３】
さて、媒質である水のイオン濃度を高めて電気伝導率を高くした状態で再度グラフ化を行ったのが図７（ｂ）である。水のイオン濃度即ち電気伝導率を大きくした以外、印加電圧等の各因子の値は図７（ａ）のものと同じである。図７（ｂ）から明らかなように、引力を示す周波数領域は狭くなり、また引力自体も弱くなっているのがわかる。
【００３４】
このように、誘電泳動による力は媒質の電気伝導率に依存して変化し、媒質の電気伝導率が上昇すると弱くなる。従って誘電泳動を利用する微生物測定装置は電気伝導率の高い汚水や海水中等の微生物を測定するのは困難になることが分かる。
【００３５】
ところで、本実施の形態１では測定電極２のギャップ１９付近の構成が電界集中部にあたり、中でも最も電界が集中するのはギャップ１９である。従ってギャップ１９部分にもっとも強く微生物が泳動される。図２に示すギャップ１９は平行な電極に挟まれた部分であり、電極の伸びる方向すなわち、測定電極２の断面を描いた図３の紙面に垂直な方向については電界の分布は均一である。しかしながら、基板面に垂直な方向では図３に示すような電界の分布が生じ、電極の端線同志を結んだ面がもっとも電界が集中することになる。ギャップ１９付近に浮遊する微生物は測定電極２間に生じるこのような電界作用によってギャップ１９に引き寄せられ、電気力線に沿って整列する。この時、ギャップ１９付近の微生物２４の移動状態は、試料液体中に存在する微生物数とギャップ１９の間隔に依存するが、十分に微生物数が多い時にはギャップ１９が微生物２４から構成される鎖によって架橋されるほどになる。この際、当初からギャップ１９付近に浮遊していた微生物は直ちにギャップ１９部分へ移動するし、ギャップ１９から離れたところに浮遊していた微生物は距離に応じて所定時間経過後にギャップ１９部に至るため、一定時間後にギャップ１９付近の所定領域に集まっている微生物の数は測定セル１内の微生物数にも比例する。これは当然のことながら試料系配管１０に存在する微生物数に比例するものである。
【００３６】
薄膜電極１８は極端に抵抗が高くない限りどのような材料から構成されてもよいが、液体中での使用、特に本実施の形態１のように水中で使用されることを想定すると、なるべくイオン化傾向が低い金属が望ましい。誘電泳動時には電極間に強い電界が生じるため、印加する電圧の周波数と水中の電解質濃度によっては電気分解が生じることがある。電気分解が生じるとイオン化傾向の大きな金属から構成された電極では、電極の溶解が生じ電極形状の崩れや極端な場合には電極の破断等を生じてしまうものである。以上のようなことに鑑み、本実施の形態１では電極の主材料として白金を使用している。
【００３７】
測定電極の基板１７は、薄膜電極１８を保持でき、かつ絶縁性の高いものであればどのような材料から構成されてもよいが、誘電率は低いほうが望ましい。すなわちシリカガラス、ホウ珪酸ガラスのような低誘電率基板を使用するのが望ましい。なぜ誘電率の低い基板がより望ましいのかというと、薄膜電極１８間の電界は図３には詳細に記載していないが基板内部にも分布するからである。基板内部の電界と、基板外部に広がる電界すなわち誘電泳動のための電界との強度の比率は誘電率の比によって決まる。低誘電率基板であれば内部の電界が弱くなる。本実施の形態１では平滑性が高く、また、微細加工が行いやすく誘電率も比較的低いことから、低誘電率基板としてホウ珪酸ガラス基板を使用している。
【００３８】
本実施の形態１において、測定電極の基板１７上への薄膜電極１８の作成は一般的なフォトリソグラフィーを用いた方法で行っている。フォトリソグラフィーによる電極作成について以下に簡単に説明する。
【００３９】
フォトリソグラフィーによる電極作成法には多くのやり方があるが、本実施の形態１では、まずホウ珪酸ガラスからなる測定電極の基板１７の片面全面にスパッタリングによってクロムを下地とした白金薄膜を強固に付着させた物を作製する。ついでこの薄膜上に感光性樹脂をスピンコーティングによって均一に塗布し、感光性樹脂の硬化を促すために熱をかけてプリベークする。これに電極のパターンをあらかじめ形成したマスクを密着させて感光性樹脂を露光する。マスクによって光を遮られた部分の感光性樹脂は変化しないが、光が当たった部分の感光性樹脂は軟化し洗浄によって容易に剥離して白金蒸着面がむき出しになる。ついでこの基板を反応性のガス雰囲気下においてエッチングする。この時基板上で白金がむき出しになっている部分はエッチングによって侵され白金と下地のクロムが除去されるが、感光性樹脂が残っている部分、すなわち電極のパターン部分は樹脂によって保護されているために何ら影響を受けることがない。エッチング終了後、基板を硬化した感光性樹脂を除去する洗浄液に浸すことによって感光性樹脂を取り去る。基板上には感光性樹脂で保護されていた部分すなわち電極のパターンが残る。
【００４０】
この説明の例ではマスクを使った作成法を説明した。なお、マスクとは作成したい電極の形状と同一形のガラス基板上の遮光性薄膜からなるいわゆる「型」であり、ガラス基板上の遮光性物質を電子ビーム等によって電極のパターンに合わせて除去することで作成される。作成する電極が少数の場合には白金蒸着基板上に直接電子ビームによって電極パターンを描画しても良いが、同じ物を複数作成するときには一般に上記で説明したフォトリソグラフィーの方が効率的である。
【００４１】
以上、簡単にフォトリソグラフィーによる電極作成法を説明したが、これはあくまで一例であり、本実施の形態１で使用されている電極を作成する方法はほかにも多数考えられ、上記の方法以外の方法によって電極が作成されることを妨げるものではない。
【００４２】
さて、本実施の形態１におけるギャップ１９の間隔は１００μｍに設定されているが、ギャップ１９の間隔は測定対象となる微生物の大きさ等の影響を受けるため必要に応じて調節される。例えば、酵母や単離細胞のような大きなものでは広く、リケッチアのように小さなものについては狭くする必要がある。また、ギャップ１９の間隔は、広いほど大量の微生物を濃縮することができ、測定のダイナミックレンジも広くなるが、測定までの時間が長く必要になり、誘電泳動のために必要な電力も大きくなる。逆にギャップ１９を狭くすると、電力と測定のために必要となる時間は少なくなるが、測定のダイナミックレンジは狭くなってしまうものである。以上のような理由から本実施の形態１においては、ギャップ１９の間隔を１００μｍとしているが、この値は検出対象とする微生物に合わせて０．２〜３００μｍの範囲で適宜調節されることが望ましい。
【００４３】
次に透析セルＡ７、Ｂ８について説明すると、透析セルＡ７は陰イオン交換膜３で測定セル１と隔てられ内部に透析電極Ａ５を備えている。また、透析セルＢ８は陽イオン交換膜４で測定セル１と隔てられ内部に透析電極Ｂ６を備えている。２種類のイオン交換膜はいずれもイオン交換能をもった厚膜であり陰イオン交換膜３は陰イオンのみを、陽イオン交換膜４は陽イオンのみをそれぞれ透過することができる。透析電極Ａ５及び透析電極Ｂ６は実施の形態１においてはチタンの棒状電極に白金をコーティングしたものが用いられている。
【００４４】
ここで、電気透析について説明する。
イオンを含む水溶液に複数の電極を浸し、電極間に電位差をかけると、溶媒と溶質によって定まる一定の電位差で電気化学反応が生じ、溶液内をイオンが移動する。この現象は電気分解として一般に知られているものである。またこの時、陽極側には負電荷をもった陰イオンが移動し、陰極側には正電荷をもった陽イオンが移動してくるのが観察される。電極間の電位差が反転しないような電圧の印加、たとえば直流の印加を行えば、イオンの移動方向は一定となる。
【００４５】
測定容器３０の構造において透析電極Ａ５を陽極として、透析電極Ｂ６を陰極として両電極間に直流電圧を印加する場合について説明する。なお、印加される電圧の値は電極表面で酸化還元反応を生じるのに十分なものであればよい。
【００４６】
電圧の印加と同時に電気分解が生じ、測定容器３０内の陰イオンは陽極側へ、そして陽イオンは陰極側へ移動しようとする。この時透析電極Ａ５は陽極であり、陰イオン交換膜３は陰イオンを透過することができるので、透析セルＡ７と測定セル１内の陰イオンは容易に陽極側へ移動することができるが、陽イオン交換膜に隔てられた透析セルＢ８内の陰イオンは陽イオン交換膜４を透過することができないために透析セル８内にとどまる。同様に透析セルＢ８と測定セル１内の陽イオンは容易に透析電極Ｂ６側へ移動できるが、透析セルＡ７内の陽イオンは陰イオン交換膜３を通過できないために透析セルＡ７内にとどまる。
【００４７】
このような状況下で電圧の印加を続けると、測定セル１内の陽イオン及び陰イオンは測定セル１外に移動し、測定セル１内のイオン濃度は低下する。そして、測定セル１内の電荷のキャリアであるイオン濃度が低下するに従い系に流れる電流は次第に減少する。こうして測定セル１内のイオン濃度は低下し、測定セル１内の溶液の電気伝導率も低下する。
【００４８】
さて、微生物は一般的に負に帯電していることが知られている。したがって、測定セル１内の微生物も当然陽極側へ移動しようとする。しかしながら、微生物は小さいといえどもイオンに比べれば非常に巨大な粒子であり、溶液中での移動速度はイオンに比べて大変遅い。したがって、前述したような電気透析現象によって測定セル１内のイオン濃度を低下させるという目的を達するための時間のスケールでは、微生物の移動というのはほとんど考慮する必要が無いものである。さらに、イオン交換膜のイオンが透過する細孔は微生物に比較して大変小さいものであり、もし測定セル１内の微生物が陽極側へ移動しようとしても陰イオン交換膜に引っかかってしまうものである。したがって電気透析によって微生物まで移動することはなく、測定セル内のイオン濃度のみを低下させることができるものである。
【００４９】
透析電源回路１１は前述のような電気透析を実現するものであればどのようなものでもよく、実施の形態１では直流電源回路を用いている。透析電源回路１１は電極に電圧を印加する事ができ、制御手段１５によって制御されている。また、後述するように微生物数の測定前に行われる試料の電気伝導率の測定結果に応じて任意の電圧値を透析電極Ａ５を陽極として、透析電極Ｂ６を陰極として印加できるようになっている。なお、今後の説明が煩雑になるのを避けるために透析電源回路が印加する電圧を以下、透析のための電圧と表現する。
【００５０】
泳動電源回路１２は誘電泳動を起こすための交流電流を測定電極２間に供給するものである。本実施の形態１では、後述するように、誘電泳動を起こすための交流電流を一旦遮断し、電極間のインピーダンス変化の測定を行っている。この泳動電源回路１２は電磁弁９等と共に制御手段１５によって制御される。
【００５１】
制御手段１５は、図示しないマイクロプロセッサと、予め設定されたプログラムを保存するためのメモリ、タイマー等から構成され、前記プログラムにしたがって電磁弁９の開閉を行い、透析電源回路１１と泳動電源回路１２を制御して、透析電極Ａ５及び透析電極Ｂ６に特定の電圧の直流を印加し、また測定電極２へ特定の周波数と電圧をもった交流電圧を印加する。さらに制御手段１５は測定部１３と演算部１４と信号の送受信を行ない適宜制御を行うことで測定動作全般の流れを管理する。
【００５２】
実施の形態１において測定部１３は、測定電極２のインピーダンスを調べるための交流電圧（以下、測定のための電圧という）を印加する回路、インピーダンスを調べるために必要となる測定電極２間にかかる電圧と、それによって測定電極２を流れる電流と、前記電圧と電流の位相の差を測定するための回路等から構成され、誘電泳動によって微生物が移動し、電界集中部近傍に濃縮されることに起因する測定電極２のインピーダンスの変化を測定する。インピーダンスを調べるために測定部１３は、測定電極２間に印加された測定のための電圧値と、これにより測定電極２を流れる電流と、この電圧と電流の位相の差を測定し、演算部１４に渡す。演算部１４では後述する手順によってインピーダンスの演算が行われる。
【００５３】
なお、測定部１３は、インピーダンスのほかに試料の電気伝導率を測定するものでもよい。というのは電気伝導率はインピーダンスの逆数であり、実質的に両者は同一内容のものであって、測定部１３の構成は前述したインピーダンスを調べるための構成をそのまま使うことができるからである。
【００５４】
このように、電気伝導率とインピーダンスはいわば表現上の違いしかなく、一方のインピーダンスを測定することの説明を加えれば説明とすれば十分であるが、液体中のイオンによる電気伝導を説明する場合には、液体の電気抵抗であるインピーダンスよりも電気の通り易さを意味する電気伝導率を使ったほうがわかり易く、またこのような説明の方が液中のイオンの移動による酸化還元反応を説明するときには一般的でもあるため、液中でのイオンの挙動に関する説明をわかりやすくするためにインピーダンスだけでなく電気伝導率という表現を用いて説明する。
【００５５】
試料のインピーダンスまたは電気伝導率測定は後述するように微生物数を測定する前に行われる。なぜ試料のインピーダンスまたは電気伝導率の測定を行う必要があるのかについて説明する。
【００５６】
すでに説明したように誘電泳動力は微生物含有液体の電気伝導率によって増減し、電気伝導率が大きくなるほど（インピーダンスが小さくなるほど）弱くなる傾向がある。したがって、効率よく微生物を移動させ、短時間で正確な微生物数の測定を行うために、微生物数測定に先立って試料液の脱イオン処理を行い試料の電気伝導率を低下させることがもっとも重要になる。そのために本実施の形態１では脱イオン処理として電気透析を用いて説明を行っている。この電気透析によって試料の電気伝導率を一定の値以下にすることができる。実施の形態１の構成では試料の電気伝導率を１００μＳ／ｃｍ未満にしており、十分な移動速度で微生物の移動を行うことができる。
【００５７】
さて、所定時間の電気透析を行った後に試料液体のインピーダンスまたは電気伝導率を測定することにより、前述した値を満たしている場合には直ちに微生物数測定のステップに移ることができる。さらに、初期のイオン濃度が高いために所定時間内には十分に電気伝導率が低下しなかった試料についても条件が満たされていないことを確認して、再度電気透析を行って所定の電気伝導率に低下させることができる。従って、汚水や海水等のように電気伝導率が高い試料であっても、一定の条件を満たした試料に調整することができ、微生物数測定に供することができる。
【００５８】
本実施の形態１では、測定部１３は制御手段１５によって制御されており、予め設定されたプログラムに従って一連の測定動作を連携して円滑に進めることができる。
【００５９】
演算部１４は、図示しないマイクロプロセッサ、メモリ等から構成され、詳細は後述するが、測定部１３にて測定された結果から測定電極２のインピーダンスを解析し測定電極２間の静電容量を演算する。そして必要に応じて演算結果をメモリ１４に格納したり、予め保存されているデータを読み出して比較を行なう等して、最終的に試料系配管１０に含まれている微生物数を算出し表示手段１６に表示を行うなどする。また、演算部１４は微生物数測定に先立って行われる試料液のインピーダンスまたは電気伝導率測定の演算も行ない、演算結果を予めメモリされている値と比較し、試料に対して再度の電気透析が必要であるかどうかを決定する。
【００６０】
なお、このマイクロプロセッサは制御手段１５と演算部１４とで共用することができる。また、演算部１４も測定部１３同様制御手段１５によって制御されており、予め設定されたプログラムに従って一連の測定動作を連携して円滑に進めることができる。
【００６１】
表示手段１６は算出された微生物数を試料１ｍＬあたりの微生物数としてデジタル表示する。表示手段１６の表示が実施の形態１における微生物数測定装置の最終出力となる。本実施の形態１では使用者は測定された微生物数を試料１ｍＬあたりの微生物数として直接知ることができるが、表示手段としてはたとえば多いまたは少ないなどランク表示を行ったり、目的に応じてほかの表示方法であっても良い。さらに、試料中の微生物数を調べて殺菌装置を制御するとか、温度などの培養条件を制御するなど、使用者が直接微生物数を知る必要が無く、本微生物数測定装置を含む任意の装置の制御を行うために微生物数が明らかであれば良いような場合には、そのまま微生物数に対応した制御を行い表示手段は特に設ける必要がないのは言うまでもない。
【００６２】
以下、図９のフローチャートを用いて試料の導入から測定セル１内の微生物の濃縮、測定、洗浄にいたるまでの一連の流れを説明する。初期状態では試料系配管１０と測定セル１を遮断するための電磁弁９は開放状態にあり、試料系配管１０の液体は測定セル１と透析セルＡ７及び透析セルＢ８内を自由に通過している。所定のタイミングで、予めプログラムによって設定された測定動作に入ると制御手段１５は電磁弁９を閉状態にし、前述の３つのセルをを試料系配管１０から遮断し、閉鎖系を構成して試料導入を行う（ステップ１）。
【００６３】
この時、すでに説明したように、電気透析時にセル外部を迂回して流れる電流を無視できるときには透析セルＡ７及び透析セルＢ８の電磁弁は特に設ける必要が無い。この場合電気透析によって測定セル１外部に移動したイオンはそのまま拡散し、透析のための電圧を遮断した後も濃度勾配によってイオンが測定セル１内部へ再び進入するのを防ぐことができる。さらに、透析セルＡ７及び透析セルＢ８に電磁弁を設けず、透析セルＡ７及び透析セルＢ８内の液体を自由に流すように構成し、移動したイオンを直ちに流し去るようにするのが好ましい。
【００６４】
次いで制御手段１５は、透析電源回路１１を制御して透析電極Ａ，Ｂ間に５Ｖの直流を印加し電気透析を開始する（ステップ２）。電気透析の進行過程はすでに説明した通りである。所定時間の電気透析が終了すると、制御手段１５は測定部１３に信号を送り測定セル１内の試料液のインピーダンスまたは電気伝導率を測定する（ステップ３）。測定セル１内の試料液のインピーダンスまたは電気伝導率を測定するために測定部１３は周波数１ｋＨｚ、電圧１Ｖの交流を測定電極２に印加し、その時に流れる電流値を測定して演算部１４に送る。演算部は測定値からインピーダンスまたは電気伝導率を演算し、予めメモリしてある値と比較して試料のインピーダンスまたは電気伝導率が微生物数測定を行なえるだけ十分に上昇または低下したかどうかを調べる（ステップ４）。本実施の形態１では試料の電気伝導率が１００μＳ／ｃｍ以下になることを微生物数測定開始のための条件としている。当然のことながら、電気伝導率１００μＳ／ｃｍに対応するインピーダンスの演算までを行って条件判断を行ってもよいことは言うまでもない。
【００６５】
試料のインピーダンスまたは電気伝導率が前述の条件を満たしている場合には直ちに微生物数の測定に移行し（ステップ５）、満たされていない場合には再度試料の電気透析が行われる（ステップ２）。電気透析が終了し電気伝導率が予め定められた条件を満たすと、微生物数の測定に移る（ステップ５）。
【００６６】
制御手段１５は、測定部１３に微生物数測定開始の信号を送って測定の開始を指令する。測定開始の指令を受けた測定部１３は、測定のための電圧として直ちに測定電極２間に周波数１００ｋＨｚ、電圧１Ｖの正弦波交流電圧を印加し、その時の電流値および電圧と電流の位相の差を測定する。ここで、印加される測定のための交流の周波数、電圧は、後述するようにあらかじめ濃度が明らかな微生物を含む試料による較正時に最適なものを選択すればよく、１００ｋＨｚ、１Ｖという本実施の形態で例示している値にとらわれる必要はない。また、測定電極２は少なくとも２つの電極が必要であるが、測定目的に応じて３つ以上の複数の電極を設けて測定することができる。
【００６７】
測定結果は演算部１４に送られる。演算部１４は得られた測定結果から、測定電極２間のインピーダンス、測定電極２間に想定される等価回路を後述する抵抗と静電容量からなるＣＲの並列回路であるとみなしたときの静電容量値を算出する。インピーダンスは印加電圧と電流の除算で求めることができる。また静電容量の算出はやや複雑であるが、インピーダンスを測定のための電圧と電流の位相の差を角周波数の角度差で表現した値（以下、位相角という）を使って複素平面上に極座標表現し、これを解析することで算出することができる。以下、インピーダンスをＺ、静電容量をＣ、リアクタンスをｘ、レジスタンスをｒとして、図５、図６と（数４）〜（数８）の式を用いて詳細に説明する。
【００６８】
【数４】
0003761128.tif 000005
【００６９】
【数５】
0003761128.tif 000006
【００７０】
【数６】
0003761128.tif 000007
【００７１】
【数７】
0003761128.tif 000008
【００７２】
【数８】
0003761128.tif 000009
【００７３】
（数４）はＣＲ並列等価回路の合成インピーダンスを表す式、（数５）はＣＲ並列等価回路のレジスタンス表す式、（数６）はＣＲ並列等価回路のリアクタンスを表す式、（数７）はＣＲ並列等価回路の抵抗値を表す式、（数８）はＣＲ並列等価回路の静電容量値を表す式である。
【００７４】
図５（ａ）は、電極間の電気的状態を等価回路で示したものである。電極５０，５１の間には微生物を含んだ水が存在しており誘電泳動によって微生物が電極間のギャップに移動する前には水を電極間誘電体として構成される静電容量Ｃ５２と水による電気伝導抵抗Ｒ５３が並列に電極５０と５１間を結んでいると考えられる。また、誘電泳動によって微生物が移動した後も後述するように微生物体が誘電体微粒子としてふるまうために静電容量Ｃ５２と抵抗Ｒ５３の絶対値は変化しても等価回路の接続形態は変わらないと考えることができる。以下この等価回路をＣＲ並列回路と呼ぶ。
【００７５】
このようなＣＲ並列回路に交流電圧を印加すると、回路に流れる電流５７と印加した電圧５６の間に図５（ｂ）に示すような位相の差が現れることが一般に知られている。位相差を印加した電圧の周波数を角周波数ωであらわしたときの角度差θを用いて複素平面上に極座標表示すると、電圧、電流、位相角の間には図６に示す関係がある。
【００７６】
インピーダンスＺは測定される印加電圧と電流の除算で得られ、図６に示されたベクトルの絶対値に相当する。この時、インピーダンスＺはＺ＝ｒ＋ｊｘ（ｊは虚数単位）の形で表現することができ、レジスタンスｒはｒ＝Ｚｓｉｎθとして図５（ａ）に示されたＣＲ並列回路の合成インピーダンスの抵抗性成分、リアクタンスｘはｘ＝Ｚｃｏｓθとして同回路の容量性成分の逆数に関連付けられる。
【００７７】
一方図５（ａ）のＣＲ等価回路の合成インピーダンスは（数４）で表現され、（数４）をＺ＝ｒ＋ｊｘの関係からレジスタンスｒとリアクタンスｘに分解して（数５）と（数６）を得る。（数５）と（数６）を連立させて変形すると（数７）と（数８）を得る。（数７）と（数８）に測定のための電圧値、その時の電流値、電圧と電流の位相角の測定値から演算したｒ、ｘ、ωを代入することにより抵抗Ｒ５３と静電容量Ｃ５２を知ることができる。
【００７８】
このように説明すると大変煩雑であるが、演算部１４は図示しないマイクロプロセッサを備えており、一連の演算は一瞬のうちに終了する。
【００７９】
演算部１４は算出された静電容量Ｃの値を初期値としてメモリに格納し、初期値の測定が終了したことを信号を送って制御手段１５に伝える。以下、制御手段１５と測定部１３、演算部１４は必要に応じて適宜信号のやり取りを行い、予め設定されたプログラムにしたがった円滑な動作を行う。
【００８０】
なお、予め測定値に対応した演算を行っておき、これを換算テーブルにしてメモリしておけば演算を測定の都度行うのではなく、換算テーブルを参照するだけで微生物に換算することもできる。すなわち、予め設定された時間誘電泳動による微生物の濃縮を行なった後に測定を行い、測定のための電圧値、その時の電流値、電圧と電流の位相差を測定した後、この測定結果でメモリ上の換算テーブルを参照すればそこに予め演算された微生物数が書き込まれているということである。このような構成にすれば演算部１４を設けることなく、さらに簡易な構造の微生物数測定装置とすることができる。この場合には制御手段１５は透析電源回路１１と、泳動電源回路１２と、測定部１３の制御と換算テーブルへのアクセスを行う。
【００８１】
次いで制御手段１５は泳動電源回路１２を制御して測定電極２間に周波数１ＭＨｚでピーク電圧１００Ｖの正弦波交流電圧（以下、泳動のための電圧という）を印加させる。この時印加される交流の周波数は誘電泳動が生じる周波数範囲であれば任意に選ぶことが可能であるが、あまりに周波数が低いと測定電極２間で望ましくない電気分解が発生し、また逆にあまりに周波数が高いと電源回路が複雑になる。そこで、本実施の形態１では十分に誘電泳動を起こすことができ、かつ泳動電源回路１２も比較的簡易なものですむということで１ＭＨｚという周波数を選択している。
【００８２】
ただこの時、測定対象となる微生物の種類によっては、測定のための電圧と泳動のため電圧は二つの異なる周波数ではなく、同一の周波数を用いても良い。任意の微生物についてそれらをもっとも効率よく泳動するために印加すべき交流の周波数ともっとも効率よく測定するために印加する交流の周波数は必ずしも同じではないが、微生物種によっては泳動と測定の最適周波数は同じになる。この場合には、単一周波数で泳動と測定を行うことができるために泳動電源回路１２を簡素化することができる上に、泳動を行いながら連続的に測定を行うことが可能になり、より精密な結果を得ることができるようになる。
【００８３】
さて、予め設定された所定時間が経過した後、制御手段１５は測定電極２間に印加している交流電圧を一旦遮断し、測定動作を行う。測定部１３と演算部１４は連携して前述した方法により、測定電極２間のインピーダンスを測定、測定電極２間の静電容量を演算し、得られた値をメモリに格納する。測定終了後、制御手段１５は再び誘電泳動のための交流電圧を印加する。
【００８４】
以下、予め設定された時間毎に、制御手段１５と測定部１３は連携して泳動と測定を繰り返し、測定部１３は算出された静電容量を都度メモリに格納する。このように、誘電泳動による微生物のギャップ１９付近への移動と測定電極２のインピーダンス測定を繰り返すことによって、測定電極２間の静電容量の時間変化を調べることができる。
【００８５】
誘電泳動のための交流電圧印加開始後、予めプログラムされた所定の回数の測定電極２のインピーダンス測定を行うと、測定部１３はメモリに格納されている複数の時点における静電容量Ｃの演算結果から、図４に示すようにその時までの測定電極２間の静電容量Ｃの時間変化の傾きを計算し、後述する変換式に従って試料系配管１０の微生物数を算出する。
【００８６】
なぜ静電容量の時間変化の傾きを測定すれば微生物数を算出することができるかというと、微生物はイオンリッチで比較的電気伝導率が大きな細胞壁と、リン脂質からなるとともに電気伝導率の小さな細胞膜に囲まれており、微小な誘電体粒子とみなすことができる。そして、誘電体微粒子としてみた微生物の誘電率は一般的な液体と比較して、さらに液体としては高い誘電率を持つ水と比較しても大きな値を持っている。したがって、誘電泳動によってギャップ１９に移動する微生物の数が増えるに連れてギャップ１９付近の見かけの誘電率は上昇していく。電極の条件を固定した状態で、その間の媒体の誘電率を変化させると静電容量Ｃが変化するのは周知の事実である。そこで、測定電極２間の静電容量Ｃの変化を通じて測定電極２間の誘電率の変化を測定すればその値はギャップ１９付近に移動してきた微生物数、ひいては試料系配管１０に存在する微生物数に相関した測定結果を得ることができる。このような静電容量Ｃの時間変化の一例を示したのが図４である。そして図４からも分かるように、測定初期の静電容量Ｃの時間変化の傾き（勾配）も静電容量Ｃの時間変化と同様に、微生物数に対応して増加しているのが分かる。静電容量Ｃの時間変化で微生物数を算出する場合、過渡状態をすぎてから測定した方が正確であるから、どうしても時間が長くかかるが、測定初期の静電容量の時間変化の傾き（勾配）によって微生物数を算出する場合は、比較的短時間で微生物数を算出できるという特徴がある。
【００８７】
さて、静電容量Ｃ変化と試料系配管１０の微生物数を関連付けるためには静電容量Ｃと微生物数間の変換式が必要である。この変換式は微生物数が明らかな校正用試料を、本実施の形態１で説明した微生物数測定装置の測定系を用いて予め測定し、その時の微生物数と静電容量Ｃの間の相関関係からばらつきを回帰分析して得られる曲線をあらわす関数をもちいる。この変換式を演算部１４のメモリに記憶させ、微生物数が未知の試料を測定する場合には、所定時間内における静電容量Ｃ変化の値を代入することにより試料系配管１０の微生物数を算出できる。
【００８８】
ここで実施の形態１の試料としては、例えば酵母の培養液等の単一微生物系を想定しているが、混合微生物系であっても、微生物の種類とその構成比が大きく変化しない限り、前もって同様の変換式を算出しておいて測定することが可能である。
【００８９】
以上説明したように、微生物数を算出後、予めプログラムされた所定の時間が経過すると、演算部１４は測定終了の通知を制御手段１５に送る。これを受け、制御手段１５は測定電極２への通電を停止するとともに電磁弁９を開放して洗浄に入る（ステップ６）。ギャップ１９付近に集まった微生物は、電磁弁９の開放により流入する試料系配管１０の液体によって洗い流され、一連の測定動作が終了する。
【００９０】
このように本実施の形態１では、微生物数測定に先立って試料液のインピーダンスまたは電気伝導率を電気透析によって低下させるために、イオン濃度の高い試料でも正確な測定が可能となり、短時間で、簡易な構造でありながら、測定感度が高く、また自動測定も可能でメンテナンスフリーの微生物数測定装置を提供することができる。
【００９１】
（実施の形態２）
本発明のもう一つの実施形態である微生物数測定装置について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態２は、実施の形態１の微生物数測定装置と重複する部分があるため、実施の形態１と異なる部分について詳細な説明を加える。
【００９２】
図８は本発明の実施の形態２における微生物数測定装置の全体構成図、図１０は本発明の実施の形態２における一連の微生物数測定動作の流れを説明する図である。試料中の微生物数と測定時間と電極間の静電容量Ｃの関係を説明するためのグラフは図４と同様であるので詳細な説明は実施の形態１に譲って省略する。
【００９３】
図８において、４０はイオン透過性の半透膜、４１は低電気伝導率液体の流入口、４２は低電気伝導率液体の流出口、４３は実施の形態２における透析セル、４４は実施の形態２における測定容器、４５は透析溶液供給部である。
【００９４】
実施の形態２が実施の形態１ともっとも異なる点は測定容器４４の構成である。測定容器４４は測定セル１と透析セル４３を備えている。測定セル１は実施の形態１同様に内部に測定電極２を備え、電磁弁９を介して試料系配管１０につながっている。また、測定セル１と透析セル４３はイオン透過性の半透膜４０を介して連接されており、イオンは自由に透過できるが微生物などのより大きな粒子は透過できないようになっている。
【００９５】
透析セル４３は流入口４１と流出口４２をもっており、測定セル１をすっぽりと覆っている。透析液供給部４５は液の供給源と制御用の弁等からなり、制御手段１５によって制御され、流入口４１を介して試料液体よりもイオン濃度の低い即ち低電気伝導率液体を必要量供給することができる。低電気伝導率液体というのは、詳細は後述するが、試料として測定に供される試料系配管１０を流れている液体に比較して十分にイオン濃度が低いということである。透析セル４３内はこの低電気伝導率液体で満たされており、測定セルはその中に浸漬されている。
【００９６】
測定電極２以下、泳動電源回路１２、測定部１３、演算部１４、制御手段１５、表示手段１６等の構成は電気透析のための動作を行わないという点を除いて同じであるので実施の形態１に説明を譲って割愛する。
【００９７】
また、実施の形態２において微生物数を知るために行われる測定と演算の基本的な考え方は実施の形態１と同様である。即ち、微生物の誘電泳動によるギャップ付近への移動によって変化する電極の静電容量Ｃを調べて微生物数に換算するものである。これら一連の測定の流れを図１０を用いて以下に説明するが、実施の形態２が実施の形態１ともっとも異なる微生物数測定に先立って行われる試料液体のイオン濃度の低減、即ち電気伝導率の低減（インピーダンスの上昇）を実現するための透析動作の部分について詳細に説明し、実施の形態１と重複する部分については実施の形態１に説明を譲って割愛する。
【００９８】
測定セル１に試料液体が導入されると（ステップ１１）、制御手段１５は透析作用によって測定セル１内のイオン濃度すなわち電気伝導率が低下するまでの所定時間待機する。測定セル１の壁面は半透膜４０を介して透析セル４３内を満たしている低電気伝導率液体と接しているので試料液体中のイオンは濃度勾配にしたがって透析セル４３内を満たしている低電気伝導率液体の中へ拡散し移動していく。その結果、測定セル１内のイオン濃度は低下し、試料液体の電気伝導率は低下（インピーダンスは上昇）していく（ステップ１２）。
【００９９】
所定時間経過後、制御手段１５は測定部１３に信号を送り測定セル１内の試料液のインピーダンスまたは電気伝導率を測定する（ステップ１３）。試料のインピーダンスまたは電気伝導率が微生物数測定のための条件を満たしていない場合（ステップ１４）には再度試料の透析が行われる（ステップ１２）。電気伝導率とインピーダンスは実質的に同一内容のものであるから、インピーダンスの演算までで条件判断を行ってもよいことは実施の形態１と同様である。ただ、液中の挙動を判断すには電気伝導率の方が分かり易いので、実施の形態２では電気伝導率を利用している。
【０１００】
測定セル中のイオンの低電気伝導率液体への移動は、濃度勾配に起因したものであるので、試料液体と低電気伝導率液体のイオン濃度の差が大きいほど早くなる。したがって、試料液導入直後は急激に電気伝導率が低下し、低電気伝導率液体に移動したイオンによる濃度と、試料液中のイオンの濃度の差が時間経過にしたがって小さくなると遅くなっていくものである。最終的に透析セル４３内のイオン濃度と測定セル１内のイオン濃度が同じになると拡散は平衡に達し測定セル１内の試料液体の電気伝導率はそれ以上低下しなくなる。つまり、測定セル１内の試料液体の電気伝導率の最終到達点は透析セル４３内に導入される低電気伝導率液体のイオン濃度の初期値によって決まってくることになる。したがって、第一回目の透析終了時点で試料液体の電気伝導率が微生物数測定のための条件を満たしていない場合には、制御手段１５は透析液供給部４５を制御して透析セル４３内の液体を新しい電気伝導率の低い液体に入れ替え、第２回目の透析を行う（ステップ１５）。
【０１０１】
もちろん、測定セル１に比較して透析セル４３の容積を大きくしていけば透析セル４３内の液体を入れ替えなくとも、拡散によって最終的に到達する測定セル１内のイオン濃度はより低下する。しかしながら、これは装置が大きくなってしまうためあまり望ましいこととはいえない。
【０１０２】
前述した方法よりさらに試料液体の電気伝導率を低下させるためのよりよい方法は、透析セル４３内の低電気伝導率液体を透析液供給部４５から連続的に供給し測定セル１から拡散してきたイオンを流出口４２から流し去ることである。このような構成にすることにより試料液体は半透膜４０を介して常にもっとも清浄な状態の低電気伝導率液体と接することになり、常時最大限のイオン濃度差を維持したまま透析を行うことができるようになる。このような構成にすることにより、原理的には透析セル４３に供給する低電気伝導率液体と同じ電気伝導率になるまで測定セル１内の試料液体のイオン濃度を低下させることができる。このような構成をとることは機構的にもやや複雑になるが、より精密な測定を行うときや、極端に電気伝導率の高い試料中の微生物を測定する際には望ましい方法である。ただし、あまりに極端な速度で試料液体の電気伝導率を低下させる、即ちイオン濃度を低下させると、測定すべき試料液体中の微生物が浸透圧の急激な変化によって破壊されてしまう可能性があるので注意が必要である。測定対象が単離された動物細胞のように細胞膜のみで柔らかいものである場合などには透析の速度を遅くする必要がある。
【０１０３】
制御部１５は測定セル１内の電気伝導率が微生物数測定のための条件を満たすと、微生物数の測定を開始する（ステップ１６）。微生物の測定とその後の洗浄の手順は実施の形態１と同様であるので実施の形態１に説明を譲って割愛する（ステップ１７）。
【０１０４】
このように、半透膜を用いて清浄液体中で試料液体の透析を行うことによって試料液体中のイオン濃度が低下し、試料液体の電気伝導率が低下して効率よく誘電泳動を行うことができるようになり、簡易な構造でありながら、精度が高くメンテナンスフリーの微生物数測定装置を提供することができる。
【０１０５】
【発明の効果】
本発明によれば、薬剤や特別な装置を必要とすることなく、高感度で、電気伝導率の高い試料であっても迅速に自動で測定できるメンテナンスフリーの微生物数測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における微生物数測定装置の全体構成図
【図２】本発明の実施の形態１における電極の説明図
【図３】本発明の実施の形態１における電極の断面と電極間の電界の状態を説明するための図
【図４】微生物数と測定時間と電極間の静電容量Ｃの関係を説明するためのグラフ
【図５】電極間の静電容量の計算方法を説明するための図
【図６】電極間の静電容量の計算方法を説明するためのもう一つの図
【図７】誘電泳動による力と周波数の関係を説明するための図
【図８】本発明の実施の形態２における微生物数測定装置の全体構成図
【図９】本発明の実施の形態１における一連の微生物数測定動作の流れを説明する図
【図１０】本発明の実施の形態２における一連の微生物数測定動作の流れを説明する図
【符号の説明】
１  測定セル
２  測定電極
３  陰イオン交換膜
４  陽イオン交換膜
５  透析電極Ａ
６  透析電極Ｂ
７  透析セルＡ
８  透析セルＢ
９  電磁弁
１０  試料系配管
１１  透析電源回路
１２  泳動電源回路
１３  測定部
１４  演算部
１５  制御手段
１６  表示手段
１７  測定電極の基板
１８  薄膜電極
１９  ギャップ
２０  電気力線
３０  測定容器
４０  半透膜
４１  流入口
４２  流出口
４３  透析セル
４４  測定容器
４５  透析液供給部
５０，５１  極
５２  静電容量
５３  抵抗
５４  時間軸
５５  電圧または電流の大きさを表す軸
５６  電流値の変化を表す曲線
５７  電圧値の変化を表す曲線
【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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