JPH01502360A - 溶液に含まれる濃度測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ゛　の　るための　び １批公団 本発明は溶液の分析に関し、特にシングルポイントキャリブレーションと、一様 な電界分布を発生する新規な電極と、新しい一定容積の嫌気性のセンサカートリ ッジ及び新しい化学分析の為の小型化された装置を使用するリファレンスレス測 定方式に関する。

主里生宜量 従来公知の分析化学、及びそのより複雑な所産である臨床化学に於ける従来公知 の“ウェット”化学技術は、この数十年間に於いて電子装置によって置き換えら れた。

この装置の出現によって実験的な測定の再現性にに於ける精度は大幅に高められ た。この精度は臨床化学に於いては重要であり、特に、微量測定通常（１／１， ０００．０００）が普通であるバイオメディカルの測定に於いては最も重要であ る。このような装置と、マイクロプロッセッサと、与えられたコンピュータ技術 により自動化された処理の結合は、分析及び臨床化学技術の発展をもたらした。

電気化学計測のサブデスシブライン（Ｓｕｂ−ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ）に於いて このような装置は大幅に進歩した。一般に従来公知の電気化学測定に於いては、 未知量のスペシーズを含む溶液の測定に先立ってキャリブレーションを行う為に 、その物質の２種類の異なった既知濃度の物質を含む２つのサンプル溶液につい て測定が要求される。

電気化学的方法に於いては、電位差計測の為の電池を構成するため通常リファレ ンス電極とサブスタンススベシフインク電極と、溶液の間のプリフジを使用する 。この電池から得られた電気信号（通常ミリボルト）はイオン活性、即ち溶液の 中の物質の濃度に比例する。この信号濃度関係は次のネルンストの式によって数 学的に表わされる。

ｖ＝Ｍｔ　（Ｃ）＋Ｉ＋Ｊ　（１） ここに、■は電圧（信号）、 Ｍｔは係数（実際の電極と物質によって定まる定数） ■は特定の物質によって定まる定数 Ｊは電池の接触電位差 （Ｃ）はイオン活性（物質の濃度） この式を解くのに必要な数値を得る為に、先ず電極の係数Ｆ、を決定することが められる。このステップの為に予め知られた濃度で所望の目的物質を含む２つの 溶液について測定が行われる、この数値は上記の式に代入され、そしてこれらの 式は係数を得るために同時に解かれる０次に特定の電極について溶液中の特定の 物質に関する定数Ｉを定める事が必要である。接触電位差も又、公知の方法によ って決定される。従来公知の技術は二重又はデュアルポイントキャリブレーショ ンを必要とする。

最近の電極技術の進歩によって、特定の物質と電極構造によって定数が定められ るプリセットワンショット電極を導入することにより、定数を決定する必要がな くなった。これらの装置は溶液に一定時間曝した後では、定数シフトが生ずる為 に一般的に一回しか使用できない、定数のシフトは特に予め水和していない電極 の水和によって発生する。このような事情の為、このワンショット電極は特定の システム及び電極と組み合わせる場合に限って使用される 電気化学分析の為に使用するセンサの感度に関して大きな改良がなされた。比較 的新しい多数種類のセンサが研究室の中で用いられるようになった。特質すべき ものはいろいろな種類のイオン選択電極（ＩＳＥ）、酵素ベースの選択電極（Ｅ ＢＳＥ）、抗原−抗体ベースの選択電極（ＡＢＳＥ）、化学的な電界効果トラン スジューサ（ＣＨＥＭＦＥＴ）及びイオン選択電界効果トランスジューサ１−５ ０２３ｔｉＯ（４） ユーザ（ＩＳＦＥＴ）である、これらのセンサのそれぞれは被覆ワイヤ電極、薄 膜状電極等を含む様々なバリアンツを持っている。これらは臨床化学用のみでな く、工業化学、製薬、生化学、環境コントロール等の一般的な用途の為に用い得 る。特別にデザインされたセンサによって特別の一つ又は複数の物質のイオン活 性に比例する電気信号を発生させるさまざまな装置及び技術が技術者に提供され 、選択できるようになったので、正確な計測ができるようになった。

光学的なセンサ及び−次的にカラーメトリーに依存する分析方法について簡単に 述べると、それらも又非常に速い進歩を経験している０重要な進歩が生化学の分 野、即ち酵素及び抗原−抗体反応の分野でなされた。

然しなから技術者は新しい技術に関連する多くの問題に直面している０例えば上 記のセンサの感度を高める為にそれらは嵩高のデザインとなっている。！気化学 的センサシステムは、−ｍ的に、両方とも注意深くキャリプレイド又は調整され たリファレンス電極と、スペシーセンシテブ電極とを必要とする。又特にリファ レンス電極の場合には、同一仕様の電極でも製作誤差の為恐らくは通常僅かに相 違しており、それが大きな測定誤差、ドリフト問題及び接触電位差誤差を生じさ せる。

そのような電極を使用すると、テストすべきメディアの中のリファレンス電極と それと組み合わせる電極の間の接触電位差の変動と、信号のドリフトの為に、測 定値の変動が生じる。信号の中の接触電位差の寄与分は、電極の構造から由来す るばかりでなく、装置毎に異なり、かつ測定を繰り返す都度発生する。高感度計 測の為にはそのような変動は全く受け入れることができない、特に精密な測定が 困難なバイオメディカルへの応用例に於いては、電極の感度を上げなければなら ないので更に別の問題が発生する。特に外科的な処置の間のインベイシブモニタ リングの様な有害な環境に於いて用いられるときは、寿命、安定性及びリファレ ンス電極の汚染について充分に考慮しなければならないが、現在までのところ未 だ解決がなされていない、最後に、比較的嵩高なリファレンス電極に必要とする 電気化学システムは、大力、小型化の要求に反している。

複合溶液（多成分）の電気化学的計測の場合には、他の問題、即ちリファレンス 電極の接触電位差と信号の分離という問題が発生する。単一スペシーズ溶液の基 本的評価とは異なり、多くの相互に作用する可能性のある複数のエレクトロアク チブなスペシーズを含む複合溶液の測定に於いては活性係数（個々のコンポーネ ンツによる寄与）が電気化学的な相互作用によって正確な測定を阻害する。その ため例えば血液の様な複合有機溶液の電気化学的測定に於いては、特定の目的物 質の寄与のを確定するときには正確さを保証するため、信号の評価が必要になる 。正確な測定が要求されるところでは、このような評価に由来するあいまいさは 、幸便の場合でも危険であり、最悪の場合は致命的になる。接触電位差の検証問 題に関連して、リファレンス電極とスペシメン電極の両方のドリフトは、異常な 測定値を窒らすことがある。

先行する技術システムに関する問題点について述べると、それはスペシーズ・ス ペシフィック電極とリファレンス電極の両方の製造と供給とにある。一般的にリ ファレンス電極は再使用できるようにするために、より複雑な構造となっている 。このことはそれだけで、そのような電極を用いて得た測定値が製作誤差の為に いつも変動することを示している。ドリフトやキャリブレーション問題が存在す るばかりでなく、キャリブレーションや未知の溶液を評価する場合に要求される 幾つかの異なった溶液について測定する場合に、特に標準化が困難であるという 問題もある。

大部分の分析シテスムは周囲の環境に曝される。そしてそれらは嫌気性でない、 何よりも先ず第一にサンプルを新鮮な状態に保つ為に、嫌気的な環境が望まれる ０次に、例えば血液のガス分析に於いては、サンプルの空気による汚染を回避し 、測定結果に影響が及ばないようにすることが重要である。最後に、サンプルか ら一連の測定値を得るために無視できない時間と多くの個別の測定が要求される ０時間的ファクターは有害であるのみならず、スペシーズの汚染と、化学的変化 が起こるであろう。

ある特定の物質の正確な測定、特に、血液のガス分析を行う為には、嫌気的な測 定環境を維持することが望ましい、最後に、大部分の公知のシステムは、サンプ ルの容積を一定とするようになっていない。センサへの一様な給液を保証するた め精巧な攪拌又は混合装置が用いられる。常に一定量の溶液について測定を行う 事が望ましく、そして特に、測定を行うために必要なセンサに、一様に供給され る必要限度量の溶液について分析を行うことが望ましい。

臨床医によって使用される試験室に関しては、更に実際的な考慮がなされる。シ ステムが再使用することを意図されている場合でも、テストの為に準備を行う場 合には、電極が汚染されていないことを保証するのはオペレーター又は技術者の 義務である、使用する都度クリーニングと再キャリブレーションが必要である。

このような作業は無視できない手間を必要とし、コストを無駄にし、特に病院の 試験室などでは再使用可能なシステムの使用の障害となる。使い捨てのシステム が用いられる所では技術者の技量に関して問題が生じる。

最小限の職業訓練を受けただけの人々によっても操作可能な、小型で簡単に使用 し得る現場用又は実験室用の電気化学装置は、従来開発の対象とはされていなか ったものである。小型化され、そして標準化された装置は、今までは上記の様な 電気化学的分析を行う為には入手できなかった。

光里坐！ｎ 本発明の目的とするところは、先行技術及び方法の使用に関して経験された上記 の問題を解決することにある。

本発明の他の目的は、正確で再現性のある物質濃度測定値を得る為の装置を提供 することにある。

本発明の更に他の目的は、ポテンショメトリック、ボテンヨスタティック又はレ システィビティ分析の為の、シングルポイントキャリブレーションのみで足りる 電気化学的測定方法及び装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、リファレンス電極を必要とせず、最小のコストと、最小の 労力で足りる電気化学的な物質濃度測定の為の方法と装置を提供することにある 。

更に本発明の他の目的は、リファレンス電極によって引き起こされる接触電位差 誤差によるインターフェレンスが無く、バイオロギカル溶液に於いて目的とする スペシーズの真実の活性値を得ることにある。

更に本発明の他の目的は、経時的に生じる内部変化を避けるために、安定性を最 大とするために、そしてセンサの汚染可能性を最小とするためにスピーディな測 定を行い得る技術と装置を供給することにある。

本発明の更に他の目的は潜在的な技術者のエラーを最小限にでき、そして専門的 解説を必要としない技術と装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、溶液を嫌気的環境に保持し得る溶液分析装置を提供す ることにある本発明の更に他の目的は、測定の為に一定量の溶液の送り出しをす ることにある。

本発明の更に他の目的とするところは、電気化学及び光学測定の分析目的に等し く応用できる測定方法及び装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、マルチスペシーズ溶液のリアルタイムの分析のために 、センサアレーを用いることができ、そして小型化することができる技術と装置 を提供することにある。

本発明の他の目的は、使い捨ての、又は再使用できるカートリッジを提供するこ とにある。

本発明の更に他の目的をとするところは、異なった測定のために異なったカート リッジが順序よく一つのプロフセッシング装置に挿入されるモジュラ−カートリ ッジシステムを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、広範囲の異なった分析技術のための多数の異なったセ ンサを組合せることのできるユニバーサルセンサカートリッジを提供することに ある。

これらのそして他の目的は、少なくとも溶液中の第−及び第二のスペシーズのシ ングルポイントキャリブレーシランによってに部分的に達成される。そこでは第 一、第二及び第三のセンサが用いられ、第一のセンサは第−及び第二にのスペシ ーズに反応し、第二にのセンサは第一のスペシーズのみに反応し、そして第三の センサは第二のスペシーズのみに反応する。この方法では、第−及び第二のスペ シーズを含む溶液をセンサと接触させ、第一の信号、即ち上記第−及び第二のセ ンサの間の電位差信号と、第二の信号、即ち上記第−及び第三のセンサの電位差 の信号を得ることを意図している。これらの信号は一つのシグナルプロセッサに 伝達される０次のステップは、これらのセンサを既知量の第−及び第二のスペシ −ズを含む第二の溶液に接触させ、そしてそれぞれ第−及び第二のセンサ、から の信号及び第−及び第三のセンサからの信号の差であるところの第三及び第四の 信号を得ることである。そしてこれらの信号は信号プロセッサに伝達され、上記 第三及び第四の信号から定数が計算され、その定数は上記第−及び第二のスペシ ーズの濃度を決定するために計算装置に入力される。また同じ事であるが、この 技術では、最初に既知濃度の溶液を導入し、そしてその次に未知の溶液を導入す るように構成することもできる。又、熟練した技工には明らかであるように、濃 度の決定は溶液中の特定成分のアクテビティを決定することと等価である。この 技術によって實らされる長所を要約すると、電気化学処理に於いて、リファレン ス電極とそれに関連する定数の必要が無くなり、そのため計測値の変動が無くな る。小型化は容易とる。そして所定のスペシーズの間の比較測定と、Ｎ個のスペ シーズの測定のための（Ｎ＋１）個のセンサのみで足りることになる。

更に、ここに述べられた装置と結合されたときには、手数と誤操作とが最小にな る。

本発明の更に他の目的は、ハウジングと、第一の端部と第二の端部とを有し、上 記ハウジング内に配置され、予め定められた一定量の溶液を収容するチャンバー とか特表千１−５０２３６０　（６） ら成る、溶液の分析測定用の測定を容易にするためのカートリッジによって達成 される。上記チャンバーにはその第一の端部に近接して流体供給路に接続するイ ンレフトポートが設けられ、更に上記チャンバーと連通ずる一定容量の廃液リザ ーバ設けられる。チャンバー内には上記リザーバからの液体の逆流を最小とする ための装置が設けられ、更に、センサエレメントが上記第一の端部と逆流防止装 置の中間で、ハウジング内に配置される。そしてカートリッジはセンサから発生 したシグナルをハウジング外に伝達する装置を有する。

このカートリッジは、望ましくは、小型化さた装置に適合し、嫌気性容器内にテ スト溶液を保持し、テストのためには少量の溶液を導入するだけで足り、同種又 は異種の多数のセンサと組み合わせることができるよう構成される。

本発明の他の目的は、溶液中のスペシーズを評価し得るセンサを提供することに よって達成される。このセンサは溶液中の特定の活性スペシーズと反応するスペ シーズ特定反応器と結合する特別な断面形状を持つ第一の表面を有し、信号を発 生することのできるコンダクテブエレメントによって実現される。この反応器は 導体と密接に結合しており、そして溶液中の特定の活性スペシーズに対応する信 号を発生することができる。この反応器は第一の表面をカバーする大きさであり 、エツジ効果を最小とするために第一の表面の周辺の長さを越える距離だけ離れ ている。

ここに述べられたセンサアレンジメントはシグナルコンダクタとスペシーズ特定 反応器の間の一様な相互反応を保証することによって、溶液の一様で再現性の良 い測定を容易にする。これはコンダクタの周辺に於いてエツジ効果を消去若しく は最小とすることによって完成される。センサはここに述べられた装置と結合す るように計画され、そして既にリファレンスレス技術と共に使用されている。セ ンサの構造に関する教示は一般的に信じられているものと反対である。これは同 じ形式の計測特にシングルポイントキャリブレーションに対して、センサ形状寸 法精度を要求せず、センサの形状寸法とは関係無く、エツジ効果を最小にし、測 定の精度を高める為に実質的なオーバーラツプを要求する。

上述の目的の幾つかは、溶液分析のためのコンパクトな装置によって最終的に達 成される。この装置は、ハウジングと、情報ディスプレイの為にハウジングの表 面に設けられるディスプレイされる情報を選択する選択装置と、ハウジングの上 に設けられた予め設けられたレセプタタルと、電気的シグナルを処理し、処理さ れたシグナルを情報ディスプレイ装置に伝達する装置等を含んでいる。この装置 は更に溶液の性質に感応し、そして、その感応した性質に対応するシグナルを発 生するセンサカートリッジを含んでいる。このカートリッジは上記のレセプタタ ルに適合する様な寸法である。

上記の装置は、よりシンプルで小型化され、容易に取り扱い得る分析用具、特に 現場で使用するのに適したものである。これは正確な溶液分析を行い、その結果 を得る為に要求される病院関係者の能力、知識、及び労力を最小にするように考 慮されている。ここに述べられている方法と装置と結合したときに、すみやかな サンプル評価を達成するために同種又は異種のセンサを多数用いる事により広い 範囲の分析結果を得るのに特に適合している。

要約すれば、本発明は、新しいリファレンスレスの分析方法、新しいセンサ構造 、エツジ効果の影響の無いセンサ構造特にテスト溶液を中性的な状態に保持し得 る、小型化に適したカートリッジ及びコンパクトで、自己包蔵型のいつでも使用 できる分析処理用のユニットを提供する。上記の要約によれば熟練者は容易に上 記の事項を評価するであろう０本発明は以下図示された実施例の説明によって明 らかにされる。

ヌｎ簡」じ０１朋− 第１図は本発明に係るセンサの説明図、第２図はセンサを通過するフランクス密 度分布の模式図、第３図は本発明に係るセンサカートリッジの説明図、第４図は センサの配列を示す上面図、 第５図は本発明に係るコンパクトな機器の斜視図、第６図は上記機器を折り畳ん だ状態を示す説明図、第７図はセンサを含むカートリッジの使捨てタイプのもの を示す斜視図、 第８図はセンサの構造及びエツジ効果に基づくフランクス密度の変化を示すグラ フである。

パスした　の−　なｉ゛ 系統だでて説明するために、図示した実施例に関して、先ず最初に、特定の基板 についての電気化学的分析に関する新たな方法について説明し、二番目に、電極 の形態を有するセンサの構造について説明し、三番目に、電極保有カートリッジ の小型化した形態のものに於けるセンサの組合せについて説明し、そして最後に 、マイクロプロセッサを具え且つ野外若しくは実験室内で使用し得るよう太陽電 池で作動するように構成した小型の装置について説明する。

先ず最初に注意しておきたいことは、図示した実施例は繊細な構造を有する小型 のものであるが、本発明を実際に実施する場合にはこのようなものに限定される 訳ではないという点である０例えば、実験室で使用するための機器として作製す る場合には、成る程度大きなものであっても構わないことは容易に理解できよう 、また、リファレンス電極を具えた多目的のカートリッジとすることも可能であ り、その場合には各電極が以下に述べる内容を具備するものである。従って、本 発明は以下に述べる特定の実施例のみに限定されるものではない。

方ユニ２と工 先ず第１図を参照しつ一本発明にか−る方法について説明すれば、同図には、マ ルチチャンネルのセンサシステム１０が示されている。このセンサシステム１０ は、この実施例の場合４個の個別の電極センサ１６．１８．２０．及び２２から なる一層のセンサス２によって構成されている０図面を簡略化するために、電気 感応性のセンサ１６は、スペシーズＡに対して感応し、センサ１８はスペシーズ Ｂに対して惑応し、センサ２０はスペシーズＡ及びＢに対して惑応し、そしてセ ンサ２２はスペシーズＡ及びＣに対して感応するものと想定する。（これらのス ペシーズは、例えばカリウムイオン、ナトリウムイオン、塩素イオン、水素イオ ン、或いは選択された生化学的若しくは有機化学的分子等々の多くのスペシーズ の中から選定されたものである。）これらのスペシーズＡ、Ｂ及びＣは、何れも 流体中に含有され、以下に述べる二種類の方法のうち何れか一方によって電気化 学的に測定される物質である。

より具体的には、このような測定の対象としては、血液のような複雑な生化学的 液体を意図している。

後で一層詳細に説明するように、上記センサ１６．１８．２０及び２２は、それ ぞれのスペシーズに応じた特定の被膜１７．１９．２１及び２３によって被覆さ れ、これらの被膜はイオン選択材料で作製されており、そのため各電極はスペシ ーズＡ、Ｂ及びＣ１或いはＡ、！：Ｂの組合せ、若しくはＡとＣの組合せ等にそ れぞれ感応するようになっている。

上記被膜とセンサは、流体中の対象とするスペシーズと、被膜中の電気感応性の 化合物との相互作用によって実質的に均一な電気信号が得られるように構成され る。上記被膜とセンサとの間には対応する電荷が発生し、これによって、スペシ ーズのイオン活性に比例した電荷の分布とポテンシャルが発生する０本発明にか ＼る技術の主要な変更実施例について、ボテンシッメトリック電極センサ１６． １８及び２０を参照しつつ説明する。当業者であれば、センサ１６．１Ｂ及び２ ０がハーフセルを表し、二つのハーフセルを組み合わせることによって、それぞ れのセンサ間の電位差に応じた起電力（ＥＭＦ）が発生することを理解できよう 、先ずセンサ２０について見てみれば、このセンサはスペシーズＡ及びＢのため の組合せ電極であり、その電気的ポテンシャルは、最も単純な形式では、次の等 式： ％式％（２） で表される。ここでＭａ及びＭ、は、それぞれスペシーズＡ及びＢについての定 数であり、化合物と電極とによって特定されるものであり、これらは予め定めら れた値であって計算機中にプログラムし得る数値である。ｃ。

及びＣ８は、それぞれスペシーズＡ及びＢの濃度である。

上記等式（２）は更に次の様な式に変形し得る：Ｅｔ・ｈａｔｆ−Ｍ＾富［１ｏ ｇＣａ　＋　１ｏｇＣ■　］＋Ｉａｍ　（３）この場合、被膜２１中に浸透する 電気感応性のスペシーズの量が比例するように注意を払う、製造する前に、これ らのそれぞれの組合せについて、より簡単な等式が得られるような最も効果的な 組合せのための量をめておくことが先ず必要である。

次に、他の電極について見てみれば、スペシーズＢに対して感応するセンサ１８ の電気的ポテンシャルは次の等式： ％式％（４） によって表される。

同様に、スペシーズＡに対するセンサ１６のハーフセルのポテンシャルは次の等 式 ％式％（５） によって表される。

この技術分野の専門家であれば、これらの等式が、スタンダード電極に対してイ オン選択性の電極によって測定される値から得られる古典的なネルンストタイプ 等式（Ｎｅｒｎｓｔ−ｔｙｐｅ　ｅｑｕａｔｉｏｎｓ）を示していることを理解 できよう、然しなから本発明に於ては、リファレンス電極を必要とせず、また、 そのシグナルへの影響を考慮しなくて済むものである。リファレンス電極の排除 は、センサ１６と２０の間、及びセンサ１８と２０の間にセルを形成することに よって達成されるものであり、ワイヤ３６を介してマイクロコンピュータ３２に よって制御されるマルチプレクサ２６にこれらのシグナルをワイヤ２４を通じて 送ることによって達成される。これらの信号は演算増幅器２８（この実施例の場 合には差動増幅器）に送られ、センサ１６及び１８からの信号はアナログ／デジ タル変換器３０を経て最終的にマイクロコンピュータ３２に送られディスプレイ ３４上に表示される。これによって、ＣＥｔ。−Ｅｌ、）及び（Ｅ２゜−Ｅ　ｒ 　ｈ　）に対応するポテンシャルの差がめられる。

これらのりファレンシャルシグナルは、次の等式：％式％） によって表される。

これを一層単純に変形して、 Ｅｔｏ−ｔ＊　＝Ｍａ　ｌｏｇ［ｃａ　］　＋Ｉ　ａｍ　Ｉ　ｍ　（７）となる 。

これに対応して Ｅｘ＠−１６”’Ｍ１１０ｇ［Ｃ１］　＋　ＩＡＩ　Ｉ　Ａ、　（８）となる、 この場合の係数Ｍａ　、Ｍｍ　、Ｍａｎや、その他の定数は、スタンダード溶液 を用いて特定の電極によって行う予備試験から予め知られ得るものである。これ らの値はマイクロコンピュータ３２に入力若しくはストアされ、上記の式に繰入 られる。従って、これらの係数及びシグナル値が知られれば、リファレンス溶液 を測定することによって定数や濃度値をめることができる。上記等式を解（ため には、スペシーズＡ及びＢの濃度の知られたリファレンス溶液を測定すればよい 、定数Ｉａ、Ｉｓ及び■□は両方の溶液について同一であるからこれらは等式中 から消去されて： Ｅ、。−＋ｓｓｔｍｓ＋ｉａｒ４Ｅｇｏ−＋＊ｔ＊ｓｚ　＝Ｍａ　（ｌｏｇ　［ ＣＡ　］　（ｓＬｍａｄｓｒｌ）　Ｍａ　ｌｏｇ［Ｃａ　］　（ｔｅｓｔ）とな る。

上記シグナルポテンシャルと係数（Ｍ）の値を知ることによってＣ１及びＣ１を 直接算出することができる。

二つの別個のスペシーズのリファレンシヤルな測定値を得るためには三個の電極 があればよい、即ち一つの電極はテストすべき上記二つのスペシーズを組み合わ せたものに対して選択的に感応し、残りの二つの電極はテストすべき選択された それぞれのスペシーズに選択的に感応′するものであればよい、これを単純化し て考えれば、上記組合せ電極は、（Ａ＋Ｂ）の活性に対応したシグナルを発生し 、このシグナルからスペシーズＡの影響分を差し引けば、Ｂの濃度がめられる、 同様にして、組合せ電極の値からスペシーズＢの影響分を差し引けばスペシーズ への濃度がめられる。

本発明によれば、より多くのスペシーズの分析を行うための第二の方法も実施す ることができる。前述の原理を利用して、即ち、スペシーズＡ及びＣに感応性を 有する第四の組合せ電極２２を用いることによって、第三のスペシーズＣの濃度 をめることも可能である。この場合、電極２２から得られるシグナルから電極１ ６からのシグナルを差し引くことによってスペシーズＣの濃度がめられる。この 場合には、キャリブレーション溶液がスペシーズＣを含まなければならない。

このように本発明にか〜る方法によるときには、測定すべきスペシーズの数より も一つ多くの電極を用いるだけで測定を行い得ることが理解できよう、数学的に は、もし分析すべき対象となるスペシーズの数がＮであれば、本発明の技術を実 施するためには単に（Ｎ＋　１　）のセンサを用いればよい、更にまた、この技 術は単に二つのスペシーズを含む溶液、即ち、キャリプラントと未知の溶液とを 測定すればよい。

上に述べた第二の実施例の様に、多数の組合わせシステムに於ては、溶液中に追 加のスペシーズ（Ｂ）が存在するため、何らかの干渉を示す場合がある。従って 、スペシーズＣのみに感応性を有する追加の電極、又は／及びＡ、Ｂ及びＣの組 合せに対して感応性を有する電極を設けることが有利である。その場合には、各 スペシーズに固有の電極１６．１８．２２間のデータを比較し、或いは組み合わ せ電８ｉ２０とスペシーズＡ、Ｂ及びＣに感応性を有する一つの電極とのデータ を比較するための演算装置が用いられる。多数の組合せ電極（二つ以上のスペシ ーズ）を使用すると、電気化学的な相乗作用によって変則的なシグナルを生じる ことがある。従って、それぞれの電極の感応性は二つのスペシーズに制限するこ とが推奨される。

要約すれば、この発明は、（Ｎ）の別々のスペシーズの溶液について、（Ｎ＋１ ）の電極を用いて単に二回の測定、即ち未知の溶液とキャリプラント溶液の測定 を行なうだけで済む測定方法を提供するものである。

上に述べた技術の幾つかの局面を以下に示す、原理的には、電気化学的な分析に 於て、上記の方法はリファレンス電極の必要性を無くするものであり、従って電 位差に対する考慮を不要とするものである。更にまた、リファレンス電極を用い ないため、互いに同じ様な構造を有する電極間に生じるドリフトを減少させるこ とにより“ドリフト”の問題を解消し得るものである。異なった形状及び組成等 によってそれぞれ個別のドリフトを生じるリファレンス電極とスペシーズ電極の 両方のドリフトが互いに結合してドリフトを生じるよりも、同一の構造及び組成 材料からなる電極を用いれば比較的均一なドリフトで済むものである。従って、 そのドリフト成分は無視できる程僅かであるか直線的で推定可能な性質のもので ある。即ち、指数関数的であったり、推定不可能であったりすることがない、　 （ドリフトは、リファレンス電極とスペシーズ電極の個別の影響があるため二乗 される。）従って、第二にはこの方法は装置の小型化に寄与するものである。

当業者であれば、この方法が多数の成分の電気化学的分析を省力化するのみなら ず、必要な時にリアルタイムで分析結果を提供し得る好適な技術であるというこ とを容易に理解するであろう、これらの利点は、特に、患者の手術を行う際に行 なわれる各種検査手続等の臨床化学の分野に於て重要である。

亘歪皇盪炭 これまで述べてきた技術及び以下に述べる装置に関しては従来公知の電極を使用 し得る０例えば、ワイヤ電極、被覆ワイヤ電極、フィルム電極、レドックスや半 導体の厚いフィルム若しくは薄いフィルムから成る電極、或いはまた電気化学的 感応性を育するレセプタを含浸固定せしめたポリメリックマトリクスからなるタ イプの電極等々を使用し得る。より具体的には米国特許第４，２１４，９６８号 に開示された薄いフィルム電極や、米国特許第４，４３１．５０８号に開示され たグラファイト電極や、米国特許第４、５４９．９５１号に開示された凸状ドー ム型の電極等々を変形させたものが、本発明にか−る装置及び方法に何れも利用 でき、従って、これらの特許の開示内容は本発明に於て援用されるものである。

これらの電極を改造する場合には、基板となる導電体よりも実質的に大きな断面 積を有するイオン選択性の電極若しくは被膜を選択する必要があり、これによっ て溶液と導電体間に均一な電荷密度を形成することが可能となるものである。

イオン選択性の被膜の電気感応性を有するスペシーズの伝送から導電体の断面の 境界面へ送られるシグナルの均一性を向上させ、これによって測定の精度と再現 性を向上させるために、凸状の形態を有する被膜を用いる技術が以前にも例えば 米特許第４．５４９，９５１号に於て提案されたことがある０本発明に於けるド ーム型の被膜電極もこのような目的を達成するためのものである。然しなから、 エツジ効果が空間電荷分布及び伝達現象に対して及ぼす影響、従ってまた、シグ ナルについて及ぼす影響については考慮されていなかった。（このエツジ効果は 導電体の周辺に沿って発生する表面張力、一層多量の電子伝達等々に基づくもの である。）これは基本的には、溶液及び被膜の境界面と電極の導電性部材との間 に於ける不均一な電荷分布の層に起因するものである。このような不均一性は、 表皮現象と、比較的大量の溶液に対応する高密度のフラックスに暴露されること が原因となって、導電体及び被膜の周辺領域に顕著に現われる。この事実は、同 じスペシーズについても電極から電極への係数の変化の上昇をもたらす。

然しなからエツジ効果をなくすることによって、被膜の形状を特定の形状に制限 することな（シグナルの均一性を向上させ得ることが判明した。従って、上記被 膜は特定の形！（ドーム状等々）に限定される必要はな（、エツジ効果を低減さ せるためには、導電体の断面積に対して被膜のサイズを充分に大きくすれば良い ことが判明した。事実、被膜の表面積を導電体の断面積のサイズの少なくても約 ２倍程度とすることが推奨される。然しなから、より正確に言えば、被膜のオー バーラツプの量は数学的には、被膜及び電極の寸法及び古典的な電子伝達方程式 から容易にめる事ができる。

次に第２図を参照すれば、同図には、溶液Ｓから、矩形の断面を有する被膜３７ 及びドーム状の被膜３８を通じて下部の導電体３６への電子の流れが示されてい る。この場合、被膜の表面部分から若干のシグナルが発生するが、均一なフラッ クス分布の大部分は、電極上に横たわる部分並びに導電体３６のエツジから３０ 度ないし４５度の範囲の傾斜した部分から発生する。エツジ効果の均一性を向上 させ、不均一な測定を防止するためには、被膜のサイズを大きくし、被膜が導電 体の周辺を越えて充分に広がるように構成するとよい。

次に第８図を参照すれば、同図には、異なった形態の電極に於けるエツジ効果の 影響が示されている。電極１１０　、１１２及び１１４はそれぞれ凹状、凸状並 びに平坦な被膜を有しており、何れも導電体の表面全体にわたって均一なフラッ クス密度が得られることを示している。これに対して、導電体の周辺を僅かに越 えるドーム型の凸状の被膜を有する電極１１６に於いては、フラックス密度に若 干の偏差が見られる。また、被膜が導電体の周辺から全く伸び出ていない電極１ １８に於ては、導電体の表面に沿って顕著なフラックス密度の変化が見られる。

このように第８図は、本発明に於て被膜の面積を導電体の断面積よりも充分に大 きくすることにより、電極のエツジに沿ったフラックス密度の不均一性を最小限 に抑制し得ることを明白に示している。従って、本発明に於ては、電極のスペシ ーズ感応領域若しくは溶液との接触領域を有する被膜の面積を、導電体の断面積 より充分に大きく　（約２倍）するものである。

以上を要約すれば、本発明に於て使用される電極は、公知の電極を、その電気化 学的感応性を有する表面の面積が、その下に設けられている電極導電性の部分よ りも蟲かに大きくなるよう改造し、これによって、エツジ効果とこれにもとづく 不均一なフラックス密度を排除するように構成するものである。

カートリッジについて 本発明に於けるセンサ付のカートリッジは、同−若しくは異なったタイプの複数 のマイクロセンサを有し、嫌気性のサンプル室を具え、且つ一定の体積を有する チャンバに流体を定量づつ送出する装置を有している。

ニーで第３図を参照すれば、同図にはチャンバハウジング４２と下部挿入部４２ を有するカートリッジ４０が示されている。チャンバハウジング４２中にはその 容量が１　ｔａｎ。

以下、望ましくは１０ないし５０ｕｌの範囲内に保たれた定量チャンバ４６が設 けられている。上記チャンバ４６は、略矩形の形状を有し、チャンバハウジング ４２中にシールされて設けられる。チャンバハウジング４２中にはセンサ１６． １８．２０及び２２が取り付けられ、これらのセンサはチャンバ４６の底面に一 列に配置されている。また、これらのセンサは電気的に互いに絶縁され、且つ、 チャンバ４６内に導入された流体がこれらのセンサの被膜１７．１９、等々を完 全にカバーするように配置されている。

チャンバ４６０片側を横切る形で、チャンバ４６の容積の４ないし６倍の容積を 有する廃液リザーバ５０が設けられている。所定の位置に一方向流通ベント５２ が設けられ、空気又はガスを排出すると共に、チャンバ４２からリザーバ５０へ 液体を定量づつ流し込むようになっている。リザーバ５０とセンサの間には溝４ ８及び堰４３が設けられている。

上記溝４８及び堰４３は、リザーバ５０中の廃液が、底面に複数のセンサを配置 したチャンバ４６内へ逆流しないように構成されている。特に野外で使用する装 置の場合には、堰４３は被膜１７．１９等々の厚さを越える充分な高さを有し、 試験溶液がこれらの被膜上に保持されるようにする。溝４８及び堰４３は、廃液 リザーバ５０からチャンバ４６へ流体が逆流するのを防止し、これにより、廃液 と分析すべき液体間の流通、汚染がなされないようにする役割を果たす。

但し、上記カートリッジが、表面張力を利用して、上記サンプル流体をセンサの 一方の側に、キャリプラント流体をもう一方の側に安定して保持するように設計 されているものである場合には、上記基は不要である。

チャンバハウジング４２の廃液リザーバ５０とは反対側の部分には、キャリブレ イション流体の供給ポート５６と、キャリブレイション流体の注入器５４と、試 料導入エレメント６０の試料導入ボート６２が設けられている。試料導入エレメ ント６０は、ボート６２からエレメント６０へ試料を注入し、また従来の注入器 若しくは毛細管からチャンバ４６内へ試料を導入するためのゴム製の隔壁をその 上面に有している。注入すべき試料の量は、チャンバ４６の容積と同量であるこ とが望ましいが、これを超過した場合にはその超過分は溝４８を経て廃液リザー バ５０中へ流出する。

キャリブレイション流体の注入器５４は、チャンバ４６内に配置されたセンサが 作動するに充分な量のキャリブレイション流体を収容し得るだけの予め定められ た容積ををする、望ましくは、プランジ中５８を押すことにより供給ボート５６ を通じてチャンバ４６内へ予め定められた量のキャリブレイション流体が供給さ れるようにすることが好適である。

次に、下部挿入部４４の構造について説明すれば、これはチャンバハウジング４ ２と同様に、望ましくは、適度の硬度及び強度を有する透明なポリマーで作製さ れ、その全長にわたって、七゛ンサ１６．１８等々からの導電性のエレメント（ グラファイト、ワイヤ等）が取り付けられている。

電気化学的な測定を行う場合には、センサの長さを充分長くすることによって近 接するセンサ間のシグナルの干渉を抑制することができる。実際的には、電極の 表面をカバーする被膜を製造する場合には、被膜を導電体上に部分的にゲルの状 態で付着させ、残った溶剤、一般的には有機溶剤を揮発せしめるものである。然 しなから、ある種の溶剤はカートリッジ本体のコア内に浸透している場合があり 、この浸透した溶剤が、電気感応性のスペシーズを取り込む場合がある。従って 、カートリッジのボディ自体を感応性又は反感応性を有するようにしておくのが よい、電極同士が互いに極めて近接して配置されている場合には相互汚染を生じ る場合がある。従って、特表千１−５０２３６０　（ｌｊ） 各スペシーズに固有の電極は、隣接する電極が感応性を有するもう一つのスペシ ーズに対応する小さなシグナルを発生するようにするのが良い、これは、カート リッジのボディを非常に短（し、これによって変位の度合いを減少させ、混同が センサのレセプタの表面に近接して生じるようにすることによって可能となる。

センサ及びカートリッジを長くすることにより、重力の作用によって、溶液中に 残留する電気感応性のスペシーズが電極に沿って下向きに流れ、レセプタである 被膜から短い距離での横方向での混同を生じな（なる、従って、カートリッジは このような効果を最小限にするような充分な長さを有するものとすることが望ま しい。

カートリッジ４０の構造について続けて説明すれば、廃液リザーバ５０は、下部 挿入部４４の底面へ向けて伸びている。チャンバ４４の底面からは電気的なポイ ント接点４７が突出し、これらはセンサ１６９．１８等と適宜のシグナル検知器 との間の電気的伝達を果たすようになっている。内部信号の干渉若しくは外部か らの電気的ノイズの干渉が生じるのを防止するため、センサ１６．１８等々は互 いに絶縁しておくのが望ましい、従って、センサ１６は図示するように、その周 囲に絶縁シーズ４９を設けるのが望ましい。

すべてのセンサがこのように絶縁されると、電気的シグナルの干渉の可能性は低 減する。

カートリッジ４０を使用する場合には、導入ポート６２を通じてチャンバ４６中 へこれが充満するまで充分な量の試料溶液を注入する。！気化学的活性の測定は 、一群のセンサを介して行なわれる。一旦測定が行なわれた後、注入器５４の供 給ボート５６を通じて、一定量のキャリプレーシラン流体が供給され、これによ ってチャンバ４６内の試料流体は溝４８から堰４３を越えて廃液リザーバ５０中 へ洗い流される。上記第一の部分をチャンバ４６から堰４３を越えてリザーバ５ ０中へ洗い流すために、第二の部分が追加、供給され、最後にこの第二の部分を 除去するために第三の部分が追加、供給される。これによってチャンバ４６や電 気化学的感応性を有する被膜１７．１９等々に残留する試料流体は実質的に完全 に除去される。更に数回の洗浄を行なうことによって、試料溶液がキャリプレー シラン流体に比べて特定のイオンを高濃度に含有する場合には、上記複数回の洗 浄作業によって、平衡状態が確立され、被膜１７．１９等々に残留する試料から のイオンの活性に起因するキャリプラント溶液中の特定のイオンの濃度の不正確 な測定が低減せしめられるものである。

第４図には、カートリッジのチャンバハウジング４２とチャンバ４６のもう一つ の実施例が示されている。この実施例においては、１３種類の電気化学的活性を をするスペシーズの分析を行ない得る１４個のセンサが配列されている。チャン バ４６の一端には、第３図に示した実施例の場合と同様に、分析済みの試料サン プル並びにこの試料溶液をチャンバ４６から洗い流すために用いられたキャリプ レーシラン流体を貯留するための廃液リザーバ５０が設けられている。リザーバ ５０と、一群のセンサとの間には溝４８及び堰４３が設けられている。堰４３は 、この場合においては、溝４８とセンサとの間に配置され、チャンバ４６内に収 容される流体の量を正確に規定するようになっている。

流体の導入は、前述の場合と同様のステップに従って行なってもよいが、或いは また、チャンバ４６内へ最初にキャリプラント流体を導入して測定を行ない、然 るのち試料溶液をチャンバ内へ導入してその測定を行なうようにしてもよい、キ ャリプラントを最初に導入することにより、このキャリプラント溶液を除去する ために比較的多量の試料溶液による洗浄作業を行なわなくても平衡状態が達成さ れ、測定を行なうことができる。過剰な試料流体は廃液リザーバ５０中へ流出す る。上に述べたカートリッジの実施例では、比較的安価なポリメリック材料で作 製された使捨てタイプのものを想定している。然しなから、再使用可能なカート リッジとすることも可能であり、その場合にはカートリッジ内に再使用可能なセ ンサを取り付けると共に、カートリッジ４０が汚染されるのを防止するための適 宜のクリーニング手段が設けられる。そのような実施例においては、リザーバ５ ０に、その底部の下部挿入部４４に近い位置に適宜の流体排出口を設け、一連の 洗浄作業を可能にするように構成する。或いはまた、流体を収容するチャンバ４ ６をオープントップ構造としてもよい、然しなから、その場合においては、嫌気 性が失われ、スペシーズやキャリプラントが大気に曝されるので、望ましくない 場合がある。（特に、前に述べたような生体医学的な測定を行なう場合には、嫌 気性の環境のもとて測定を行なうことが望ましい。）そのため、使用前に、チャ ンバ４６や廃液リザーバ５０を、窒素などの不活性ガスで充満させ、測定時に大 気中の酸素や二酸化炭素が存在しないようにすることが望ましい。

他の変更実施例においては、試料導入エレメント６０を、分流バルブ若しくは分 配器に変更し、サンプルをその源泉から直接抽出するようにしてもよい０例えば 、試料導入エレメント６０をカテーテルに連結し、患者の体内から血液を直接抽 出するようにしてもよい、ポイント接点４７についてもその構造及び配置を変更 することが可能である。これらの接点を下部挿入部４４の側面に配置したり、こ れらの接点に適合するコンセントによって電気接点が拭かれるような構造とする ことも可能である。

更にまた、上記カートリッジを電気化学的な分析器以外の装置に変更することも 可能である０例えば、流体の光学的特性を測定するために、オプチカルファイバ を取り付けることも可能である。その場合には、光の授受が最大限に行なわれる ように、発光側のファイバと受光側のファイバを配置しなければならない、望ま しくは、公知の同軸ファイバが利用される。更にまた、チャンバ４６の上面は、 光反射性の材料で被覆するのが望ましい、その他の変更例においては、電極をカ バーする被膜に浸透したスペシーズに特有の作用物質がその反応時に色彩の変化 を生じるので、これを光学的に測色分析するものである。その場合の色の変化は 、同軸オプチカルセンサによって検出できる。更に他の変更実施例においては、 光学的及び電気化学的センサを同じカートリッジ中に組み合わせて使用する場合 もある。

要約すれば、カートリッジ４０は、その中に収容されたセンサの特定の形状を一 定位置に安定して保持する機能を果たし、また、分析すべき流体の正確な容積を 規定し、また、嫌気性のテスト環境を提供し、更にまたセンサの汚染を防止し、 流体の混合を防止しつ一汚染をなくし、適宜の検出装置とセンサの正確なアライ メントを達成する手段を提供する機能を果たすものである。更にまた、例えば、 電位差測定、ポテンショスタティックな測定、抵抗測定、測色測定等々の分析の ための従来公知の各種のセンサに適応し得るよう変更することが可能である。

ハ　シスームについて 第５図及び第６図には、上記の如きセンサを有するカートリッジを使用し、上記 の如き電極を具備し、更に上記の如き分析技術によって測定を行なう小型化され たユニットが描かれている。生体医学用に作製されたコンパクトなユニット８０ は、上部ポーション８１とホールドアウトポーション８３とをヒンジ止め（図示 せず）したホールドアツプケース８２として構成されている。ケース内に収容さ れている電気部品は市販のものである。それらは、マイクロプロセッサ、ランダ ムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）　、増幅器、スイ ッチ、アナログ／デジタル変換器、パワーコンデンサ、トランス等々である。

上部ポーション８１の基本的な構成は、マイクロプロセッサ（図示せず）と、そ の所望の機能を作動させる操作ボタンの列８６と、これらによって制御される液 晶ディスプレイパネル８４とから構成されている。上部ポーション８１には更に センサカートリッジ９４を挿入するための所望のサイズのカートリッジ受容部（ 図示せず）が設けられている。前記の如く、カートリッジを挿入すると、カート リッジ９４に取り付けられた電極が機能し、それらの作動は液晶表示板上にディ スプレイされるようになっている。複数のボタン８６は、所望の測定内容、例え ば血液中のガスの濃度や血圧等を選択し、これをディスプレイ８４上に表示させ る作業を容易ならしめる。上記のカートリッジの受容部は、光学的文字読取装置 や磁気的ピックアップ装置を受容し、カートリッジの側面からこれらの情報を読 み出すことができるように構成することができる。

例えば、カートリッジの側面にバーコードや磁気コードテープを取り付けておき 、これを挿入したときに係数値（前記の方法を参照されたい、）や、特定のセン サや、センサの組合せに関する照合のためのデータが自動的にインプットされる ようにすることができる。このような構成とすれば、オペレータがこれらの数値 や情報を例えばキーボード（図示せず）を通じて入力する作業が削減できる。更 にまた、これらのコードによって特定のカートリッジによって実行される特定の テストのためにボタン８６の機能を再設定することが可能となる。

下側のパネル８３には、太陽電池パネル８９や、Ｒ５２３２ポ−ト９０や、更に 心音表示装置や血圧モニタ等の端末機器を接続するためのプラグ挿入アダプタ９ １及び９２等が設けられている。これらの心音表示装置若しくは血圧モニタから のシグナルは、液晶表示画面上にディスプレイすることが可能であり、また同時 にマイクロプロセッサによってこれらのシグナルを処理し、更に適宜のボタンに よってこれらの作動を行なわせることができる。　Ｒ５２３２ポート９０は、図 示した装置と、これから離れた場所に設置された患者に関する情報蓄積領域との 間でデジタル信号の授受を行なうために利用され、カートリッジ９４によって処 理されたデータや、上記の心音表示装置若しくは血圧モニタ等の附属機器からの データをコンピュータ等へ伝送するために利用することが望ましい、マイクロプ ロセッサ及びエレクトロニクス技術の向上により、上に述べたような構造及び技 術を用いることによって装置を小型化し得るばかりでなく、更には上記ユニット ８０をポケットに入れて持ち運ぶことができるような形態にすることも可能であ る。その場合には装置のサイズを幡３χインチ、幅９インチ、厚さ１ｚインチ以 下とすることが必要である。また、ユニット全体の重さは約０．５ボンドに制限 される。このようなユニットであれば、容易に携帯でき、かつ操作も容易である 。このようなサイズであれ特表平１−５０２３ｔ；０　（１３） ば、医者はこれを第６図に示すように折り畳んでコートのポケットに入れて患者 の回診等を行なうことが可能である。更にまた、必要な電源を得るために太陽電 池パネル８９を設けることによって、外科医、内科医等の臨床医は随時使用可能 な電源を持ち運ぶ必要がな（なる、或いはまた、化学電池等の適宜の電源を取り 付けることも可能である。このようにすることによって、このユニットを例えば 事故現場、その他の野外に持ち出して使用することが可能となる。ユニット８０ 中にＲＡＭを設けることにより、患者に関する各種のサンプルを採取し、これを 後で読み出して患者のデータバンクに入力することが可能である。

次に、第７図を参照すれば、同図には前述のカートリッジ４０を上記ユニット８ ０に使用するため、ポータプル形式でかつ使捨て形式に変更した実施例が示され ている。

当該カートリッジ９４は、その上部ポーション９５と下部ポーシラン９７とを有 し、下部ボーシラン９７は、これに適合するようユニット８０に設けられた開口 部に挿入され、こ−で電気的な接続が行なわれるようになつている。ユニット８ ０の内部には、第１図を参照しつ一説明した電子回路及び制御回路が収納されて おり、これによって前述の方法に基づく流体の分析が行なわれるようになってい る。

このような装置内のＲＯＭには、特定の電極構造に対する特定の物質の前記の係 数に関する情報がストアされている。

上部ポーシラン９５の具体的な構成について説明すれば、これにはキャリプラン ト溶液を収容するチャンバと、試料チャンバ（図示せず）を充満させるためのブ ツシュボタン形式のキャリプラント溶液器９８が設けられている。

試料導入ボート９６は、血液その他の流体を試料チャンバ内へ注入するためのも のである。この実施例においては、廃液リザーバはその全体が上部ポーシラン９ ５中に収容されるようになっている。このカートリッジの作動は前の部分で述べ たものと同様である。

以上の説明から明らかなように、上記ポケットサイズのユニット８０及びカート リッジ９４は、医療関係者若しくは病院において、或いは野外において使用され るように構成されていた。然しなから、同様の原理は例えば環境的な水質分析等 の様々な分野に利用し得るものである。

当業者であれば、上記の如きシステム、カートリッジ、電極構造の変更例、及び 単一キャリプレーシランによるリファレンスレス技術に関する説明から、更に様 々の変更実施例を推考し得るであろう、従って、それらの変更実施例は、こ−に 添付の請求の範囲に記載された本発明の範囲に包含されるものである。

Ｆｉｇ、　１ 国際調査報告 一１１鵞ＮＭ１４Ｍａｌ＾帥＆ｃａｗａｍ、ＰＣτ１１コ１５８８７００２１０ ＫＬ　Ｃ１ａｉｎｓ　１０−２５　ｄｒａｗｎ　ｔｏ　ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　 ｃａｒｔｒｉｄｇｅ２　Ｃ１ａｓｓ４２２　９ｕｂｃｌａｓｓ　５５゜ ＸＩＬ　Ｃｌａｉｍｓ　２６−２１１　ｄｒａｗｎ　ｔｏ　ａｎ　１ｏｎ−ｓｅ ｌｅｃｔｉｖｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｙＣｌａｓｓ　２０４９ｕｂｃｌａｓｓ　 ４１６゜ＺＬ　Ｃｌａｉｍｓ　２９−３４　ｄｒａｗｎ　ｔｏ　ａｎａｌｙｔｉ ｃａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ；　Ｃ１ａｓｓ３６４　５ｕｂｃｌａｓｓ　４ ９フ。

特表平１−５０２３６０　（１５）

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．下記のステップから成ることを特徴とする、第一及び第二のスペシーズに反 応する第一のセンサと、第一のスベシーズのみに反応する第二のセンサと、第二 のスベシーズのみに反応する第三のセンサとを用いて、少なくとも第一及び第二 のスベシーズを含む溶液中の第一と第二のスベシーズの測定を行う為のシングル ポイントキャリプレーション方法。 ａ）これらのセンサを上記第一及び第二のスペシーズを含む溶液に接触させるス テップ。 ｂ）上記第一及び第二のセンサの間の電位差であるところの第一の信号と、上記 第一及び第三のセンサの間の電位差であるところの第二の信号を発生するステッ プ。 ｃ）上記第一及び第二の信号をシグナルプロセッサに伝達するステップ。 ｄ）これらのセンサを第一及び第二のスペシーズを予め知られた量を含む第二の 溶液に接触させ、上記第二のセンサと、第一及び第三のセンサのそれぞれとの電 位差であるところの第三及び第四のシグナルを発生させるステップ。 ｅ）第三及び第四のシグナルをシグナルプロセッサに伝達するステップ。 ｆ）上記第三及び第四のシグナルから定数を算出するステップ。 ｇ）上記第一及び第二のスペシーズの濃度を決定するための定数を演算装置に入 力するステップ。
2. ２．下記の構成要素から成る溶液の分析的測定を行う為のカートリッジ。 ａ）ハウジング ｂ）第一の端部と第二の端部を有し上記ハウジング内に収容される予め定められ た容積の溶液を収納するチャンバー。 ｃ）上記第一のチャンバーの端部に近接して設けられ、上記チャンバーに流体を 供給するインレットポート。 ｄ）上記第二のチャンバーの端部に近接して設けられ、上記チャンバーと通ずる 予め定められた容量の廃液リザーバ。 ｅ）上記リザーバから上記チャンバーへの流体の逆流を最小とするための装置。 ｆ）上記ハウジング内に設けられ、上記第一の端部と上記逆流防止装置の間の予 め定められた位置でチャンバーに配置されるセンサエレメント。 ｇ）上記センサが発生した信号を上記ハウジングの外に伝達する装置。
3. ３．下記の構成要素から成り、予め定められたレセプタクルの中に挿入され、溶 液中の少なくとも２つの物質を測定するために用いられる使い捨ての小型化され たカートリッジ。 上部と下部にポーションを有し、上記上部ポーションには予め定められた容積の チャンバーを有し、上記チャンバーには流体を導入するための第一のインレット が設けられているハウジング。 上記ハウジングにキャリブレーション用の液体を導入するための第二のインレッ ト。 上記ハウジング内に設けられ、上記チャンバーと結合して上記ハウジングの下側 に伸びており、３個のうち２個はそれぞれ１つの物質に感応し１個は両方の物質 に感応する合計３個の物質検知装置。 上記ハウジング内に設けられ、上記チャンバーよりも大きな内容積を有し、ハウ ジングの下部ポーションまで伸び、上記チャンバーから流出する流体を受け入れ るリザーバ。 上記検出装置と上記リザーバとの間に設けられた流体阻止装置。 但し、上記ハウジングの下部ポーションは、その内部にコンプリメンタリーレセ プタクルを受容するよう構成され、上記の検知装置はレセプタクルの中で、シグ ナルコンダクティブエレメントに対応するシグナルコンタクトを有する。
4. ４．下記の構成要素から成る、溶液中のスペシーズを評価する為のセンサ。 特定の断面形状を有する第一の表面を有し、信号を発生することのできるコンダ クティブエレメント、及び、そのリアクティング装置が上記コンダクティブエレ メント密接に接触し、そして、溶液の活性スベシーズに対応して信号を発生する ことができ、そして、上記リアクティング装置は上記第一の表面をカバーする大 きさを有し、そして、エッジ効果を最小にするために上記第一の表面の周囲の長 さ以上の距離を有する、溶液中の特定の活性スペシーズと反応するスペシーズス ペシフィック反応装置。
5. ５．下記の構成要素から成る液体分析の為のコンパクトな装置。 ハウジング。 情報をディスプレイするために上記ハウジングの表面に設けられる情報ディスプ レイ装置。 ディスプレイする情報を選択する選択装置。 上記ハウジングの上に位置する予め定められたリセクタクル。 上記レセプタクルに適合する大きさを有し、電気シグナルを処理し、上記処理さ れたシグナルを上記情報ディスプレイ装置に伝達する装置。溶液の品質に感応し て対応するシグナルを発生するセンサを内包するカートリッジ。
6. ６．下記のステップから成る溶液中のケミカルスペシーズの濃度を決定する方法 。 ａ）第一のスベシーズの濃度に対応する信号を発生することのできる、溶液中の 第一のケミカルスベシーズの存在を検出する第一のセンサを用意するステップ。 ｂ）第一及び第二のスペシーズの濃度に対応する信号を発生することができる、 溶液中の第一のケミカルスベシーズとそれとは異なる第二のケミカルスベシーズ の両方の存在に反応する第二のセンサを用意するステップ。 ｃ）上記第一及び第二のセンサを、第一及び第二のスペシーズを含む溶液に接触 させるステップ。 ｄ）第一のセンサから第一のシグナルを発生させるステップ。 ｅ）第二のセンサから第二のシグナルを発生させるステップ。 ｆ）第一及び第二のシグナルを処理し、第一及び第二のシグナルの間の電位差に 比例し、第二のスベシーズの濃度を表示す信号を得るステップ。 ｇ）第二のスベシーズの濃度を決定するステップ。
7. ７．第一及び第二のスペシーズに感応する第一のセンサと、第一のスペシーズの みに感応する第二のセンサと、第二のスペシーズのみに感応する第三のセンサと を用いて溶液中の互いに異質の第一と第二のケミカルスベシーズを測定するため のシングルポイントキャリブレーション方法。 ａ）これらのセンサを互いに異質の第一及び第二のケミカルスペシーズを含む溶 液に接触させるステップ。 ｂ）上記第一及び第二のセンサの電位差であるところの第一のシグナルと、上記 第一及び第三のセンサの電位差であるところの第二のシグナルを発生させるステ ップ。 ｃ）上記第一及び第二のシグナルをシグナルプロセツサに伝達するステップ。 ｄ）既知量の上記互いに異質の第一と第二のケミカルスベシーズを含む第二の溶 液に接触させ、上記第一及び第二のセンサのシグナルと、第一及び第三のセンサ のシグナルから、それぞれ第三及び第四のシグナルを発生させるステップ。 ｅ）上記第三及び第四のシグナルをシグナルプロセッサに伝達するステップ。 ｆ）上記第三及び第四のシグナルから定数を決定するステップ。 ｇ）上記定数を計算装置に入力し、互いに異質の第一と第二のケミカルスベシー ズの濃度を決定するステップ。
8. ８．検出さるべき化学物質の数がＮ（１を含む）であるとき、（Ｎ＋１）個のセ ンサのみを用いて溶液の中の化学物質のキャリプレーションを行う方法であって 、ここでは少なくとも第一のケミカルスベシーズは少なくとも２つのケミカルス を含有する一つの溶液として、互いに異質の第一と第二のケミカルスペシーズに 感応する電極と組み合わされた第一のイオン検出センサと、第二のスベシーズの みに感応する電極と組み合わされた第二のイオン検出センサとによりテストされ る、下記のステップからなる方法。 ａ）センサを少なくとも第一と第二の互いに異質のケミカルスベシーズを含む溶 液に接触させるステップ。 ｂ）２つのセンサが液体に接触したとき発生する電荷の差によって決定される第 一の信号を得るステップ。 ｃ）センサを第一及び第二のスベシーズの既知の量を含む第二の溶液にセンサを 接触させ、少なくとも第一及び第二のセンサによって第二の溶液に対応して発生 された電荷の差に対応する第二のシグナルを発生させるステツブ。 ｄ）上記のシグナルをシグナルプロセッサ装置に入力し、第一のケミカルスベシ ーズの濃度を決定するステップ。