JPH0434354A - 酵素電極 - Google Patents
酵素電極Info
- Publication number
- JPH0434354A JPH0434354A JP2142072A JP14207290A JPH0434354A JP H0434354 A JPH0434354 A JP H0434354A JP 2142072 A JP2142072 A JP 2142072A JP 14207290 A JP14207290 A JP 14207290A JP H0434354 A JPH0434354 A JP H0434354A
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- JP
- Japan
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- electrode
- membrane
- diffusion
- measured
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- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
この発明は酵素電極に関し、下地電極の表面に、生理活
性物質が固定化された膜（以下、固定化酵素膜と称する
）を有し、生理活性物質の存在下において測定対象物質
を反応させ、反応生成物質、または反応消失物質の量に
対応する電気信号を出力する酵素電極に関する。
性物質が固定化された膜（以下、固定化酵素膜と称する
）を有し、生理活性物質の存在下において測定対象物質
を反応させ、反応生成物質、または反応消失物質の量に
対応する電気信号を出力する酵素電極に関する。
〈従来の技術、および発明が解決しようとする課題〉
従来から非常に複雑な有機化合物、蛋白質等を極めて高
感度に、かつ選択的に検知することができるという特質
に着目して、下地電極の表面に生理活性物質を固定化し
た固定化酵素膜を付設してなるバイオセンサ（以下、酵
素電極と称する）により上記有機化合物、蛋白質等の測
定を行なうための研究開発が行なわれている。
感度に、かつ選択的に検知することができるという特質
に着目して、下地電極の表面に生理活性物質を固定化し
た固定化酵素膜を付設してなるバイオセンサ（以下、酵
素電極と称する）により上記有機化合物、蛋白質等の測
定を行なうための研究開発が行なわれている。
この場合において、下地電極としては、一般的に活性が
高い白金電極と安定な銀電極とを有する構成のものが使
用されることが多く、例えば、被検液中のグルコース濃
度を測定する酵素電極の場合には、下地電極の表面に生
理活性物質としてグルコース・オキシダーゼを用いた固
定化酵素膜および拡散制限膜をこの順に積層した構成が
採用される。尚、この２層の他に、反応生成物質として
の過酸化水素を選択的に透過させる過酸化水素選択透過
膜がさ′らに積層されることもある。そして、この構成
を採用すれば、グルコース番オキシダーゼの存在下にお
いてグルコースが酸化され、グルコン酸および過酸化水
素が生成され、生成される過酸化水素の量に対応する電
気信号が下地電極から出力されるので、この電気信号に
基づいて被検液中のグルコース濃度を測定できる。しか
し、酵素電極の表面に点着された被検液は濃度測定後も
そのまま白金電極を覆う状態で残留し、被検液中のグル
コースが全て酸化されるまで酵素電極から電気信号が出
力され続けることになり、次の濃度測定を高精度に行な
えるようになるまで（残留電流が所定の閾値に減少する
まで）の待ち時間が著しく長くなってしまう。このよう
な不都合を考慮して、本件発明者らは、濃度測定後に、
酵素電極の表面を、電極保存液が含浸された多孔質体に
圧接することを考えたが、連続的に複数の被検液中のグ
ルコース濃度を測定する場合には、第１回目において待
ち時間が約３０秒程度であっても、測定回数の増加に伴
なって待ち時間が長くなり、待ち時間が３分を越えるよ
うになってしまうという不都合がある。
高い白金電極と安定な銀電極とを有する構成のものが使
用されることが多く、例えば、被検液中のグルコース濃
度を測定する酵素電極の場合には、下地電極の表面に生
理活性物質としてグルコース・オキシダーゼを用いた固
定化酵素膜および拡散制限膜をこの順に積層した構成が
採用される。尚、この２層の他に、反応生成物質として
の過酸化水素を選択的に透過させる過酸化水素選択透過
膜がさ′らに積層されることもある。そして、この構成
を採用すれば、グルコース番オキシダーゼの存在下にお
いてグルコースが酸化され、グルコン酸および過酸化水
素が生成され、生成される過酸化水素の量に対応する電
気信号が下地電極から出力されるので、この電気信号に
基づいて被検液中のグルコース濃度を測定できる。しか
し、酵素電極の表面に点着された被検液は濃度測定後も
そのまま白金電極を覆う状態で残留し、被検液中のグル
コースが全て酸化されるまで酵素電極から電気信号が出
力され続けることになり、次の濃度測定を高精度に行な
えるようになるまで（残留電流が所定の閾値に減少する
まで）の待ち時間が著しく長くなってしまう。このよう
な不都合を考慮して、本件発明者らは、濃度測定後に、
酵素電極の表面を、電極保存液が含浸された多孔質体に
圧接することを考えたが、連続的に複数の被検液中のグ
ルコース濃度を測定する場合には、第１回目において待
ち時間が約３０秒程度であっても、測定回数の増加に伴
なって待ち時間が長くなり、待ち時間が３分を越えるよ
うになってしまうという不都合がある。
以上には被検液中のグルコース濃度を測定する場合につ
いてのみ説明したが、グルコース以外の物質の濃度を測
定する場合にも同様の不都合が生じる。また、上記拡散
制限膜よりも拡散制限効果が低い拡散制限膜を介して被
検液を点着する場合にも同様の不都合が生じる。
いてのみ説明したが、グルコース以外の物質の濃度を測
定する場合にも同様の不都合が生じる。また、上記拡散
制限膜よりも拡散制限効果が低い拡散制限膜を介して被
検液を点着する場合にも同様の不都合が生じる。
〈発明の目的〉
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
被検液中の測定対象物質濃度を連続的に測定する場合に
おける待ち時間の増加を防止できる酵素電極を提供する
ことを目的としている。
被検液中の測定対象物質濃度を連続的に測定する場合に
おける待ち時間の増加を防止できる酵素電極を提供する
ことを目的としている。
く課題を解決するための手段〉
上記の目的を達成するための、この発明の酵素電極は、
測定電極と対向電極とを有する下地電極の表面に少なく
とも固定化酵素膜および測定対象物質の拡散を制限する
拡散制限膜を有しているとともに、測定電極形成部を除
いて下地電極を覆う保水層を有している。
測定電極と対向電極とを有する下地電極の表面に少なく
とも固定化酵素膜および測定対象物質の拡散を制限する
拡散制限膜を有しているとともに、測定電極形成部を除
いて下地電極を覆う保水層を有している。
但し、保水層が拡散制限膜の表面側に設けられているこ
とが好ましい。
とが好ましい。
尚、上記固定化酵素膜および拡散制限膜に加えて、反応
生成物質、または反応消失物質のみを下地電極に導く選
択透過膜がさらに積層されていてもよい。
生成物質、または反応消失物質のみを下地電極に導く選
択透過膜がさらに積層されていてもよい。
く作用〉
以上の構成の酵素電極であれば、直接、または拡散制限
効果が低い拡散制限膜を介して酵素電極に点着された被
検液中の一部の測定対象物質が測定対象物質の拡散を制
限する拡散制限膜を通して固定化酵素膜に導かれ、生理
活性物質の存在下において測定対象物質の酸化反応、ま
たは還元反応が行なわれ、反応生成物質、または反応消
失物質が下地電極に導かれるので、下地電極から測定対
象物質の濃度に対応する電気信号が出力される。
効果が低い拡散制限膜を介して酵素電極に点着された被
検液中の一部の測定対象物質が測定対象物質の拡散を制
限する拡散制限膜を通して固定化酵素膜に導かれ、生理
活性物質の存在下において測定対象物質の酸化反応、ま
たは還元反応が行なわれ、反応生成物質、または反応消
失物質が下地電極に導かれるので、下地電極から測定対
象物質の濃度に対応する電気信号が出力される。
そして、残余の被検液は保水層に引かれて測定電極上に
は残留しないので、次の測定を行ない得るまでの待ち時
間が長くなるという不都合を防止できる。即ち、連続的
に複数の被検液中のグルコース濃度を測定する場合にお
いても待ち時間の増加を殆ど伴なわず、迅速に次の濃度
測定を開始できる。
は残留しないので、次の測定を行ない得るまでの待ち時
間が長くなるという不都合を防止できる。即ち、連続的
に複数の被検液中のグルコース濃度を測定する場合にお
いても待ち時間の増加を殆ど伴なわず、迅速に次の濃度
測定を開始できる。
そして、保水層か拡散制限膜の表面側に設けられている
場合には、固定化酵素膜と拡散制限膜との密着状態を確
保でき、しかも保水層を後から簡単に装着することがで
きる。
場合には、固定化酵素膜と拡散制限膜との密着状態を確
保でき、しかも保水層を後から簡単に装着することがで
きる。
〈実施例〉
以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。
第１図はこの発明の酵素電極の一実施例を示す斜視図、
第２図は中央縦断面図であり、白金等からなる測定電極
（１ａ）および測定電極（１ａ）を包囲する、銀等から
なる対向電極（１ｂ）を有する下地電極（１）の表面に
選択透過膜（２）、固定化酵素膜（３）および拡散制限
膜（４）をこの順に積層しているとともに、拡散制限膜
（４）の表面側に保水層（５）を積層している。
第２図は中央縦断面図であり、白金等からなる測定電極
（１ａ）および測定電極（１ａ）を包囲する、銀等から
なる対向電極（１ｂ）を有する下地電極（１）の表面に
選択透過膜（２）、固定化酵素膜（３）および拡散制限
膜（４）をこの順に積層しているとともに、拡散制限膜
（４）の表面側に保水層（５）を積層している。
上記固定化酵素膜（３）は、測定対象物質に対して活性
を有する生理活性物質を固定した膜であり、上記選択透
過膜■は、生理活性物質の存在下における測定対象物質
の反応の結果生成され、または消失される物質を選択的
に透過させる膜であり、拡散制限膜（４）は、測定対象
物質の拡散を制限して測定可能な濃度の限界を増加させ
るものであり、保水層■は、水分の吸収保持性が優れた
ものであって、測定電極（ｌａ）と正対する箇所に透孔
が形成されたものである。そして、例えば測定対象物質
がグルコースである場合には、選択透過膜■が過酸化水
素選択透過膜であり、固定化酵素膜Ｃ３）がグルコース
・オキシダーゼを固定化した膜であり、拡散制限膜（４
）がポリビニルアルコール膜であり、保水層■が１００
−程度の厚みの不繊布であればよい。但し、選択透過膜
（２）、拡散制限膜（４）、保水層（５）については他
の材質の膜を使用することが可能である。そして、保水
層（５）としては、全体が１枚の膜層として形成されて
いてもよいが、複数枚のの膜層として形成されたものを
リング状に整列させるようにしてもよい。
を有する生理活性物質を固定した膜であり、上記選択透
過膜■は、生理活性物質の存在下における測定対象物質
の反応の結果生成され、または消失される物質を選択的
に透過させる膜であり、拡散制限膜（４）は、測定対象
物質の拡散を制限して測定可能な濃度の限界を増加させ
るものであり、保水層■は、水分の吸収保持性が優れた
ものであって、測定電極（ｌａ）と正対する箇所に透孔
が形成されたものである。そして、例えば測定対象物質
がグルコースである場合には、選択透過膜■が過酸化水
素選択透過膜であり、固定化酵素膜Ｃ３）がグルコース
・オキシダーゼを固定化した膜であり、拡散制限膜（４
）がポリビニルアルコール膜であり、保水層■が１００
−程度の厚みの不繊布であればよい。但し、選択透過膜
（２）、拡散制限膜（４）、保水層（５）については他
の材質の膜を使用することが可能である。そして、保水
層（５）としては、全体が１枚の膜層として形成されて
いてもよいが、複数枚のの膜層として形成されたものを
リング状に整列させるようにしてもよい。
上記の構成の酵素電極を用いて被検液中の測定対象物質
の濃度を測定する場合には、第３図（Ａ）に示すように
、薄板材（Ｂａ）の開口（６ｂ）を覆うようにポリカー
ボネート等の、拡散制限膜（４）を目詰りさせる物質を
分離する機能、拡散制限膜（４）よりも低い拡散制限機
能、酵素電極に触れることなく被検液の点着を行なわせ
る機能等を有する拡散制限膜（６Ｃ）を貼着した補助装
置に被検液σ）を先ず点着しておき、次いで、第３図（
Ｂ）に示すように酵素電極を拡散制限膜（６Ｃ）に圧接
することにより、点着された被検液を酵素電極に拡散さ
せる。比較的短時間だけ酵素電極を拡散制限膜（６Ｃ）
に圧接した後は、酵素電極を拡散制限膜（６ｃ）から離
す。この場合に、保水層（５）が存在していなければ、
第３図（Ｃ）（Ｄ）に示すように、拡散制限膜（４）の
、測定電極（ｌａ）と正対する位置に被検液が残留する
。
の濃度を測定する場合には、第３図（Ａ）に示すように
、薄板材（Ｂａ）の開口（６ｂ）を覆うようにポリカー
ボネート等の、拡散制限膜（４）を目詰りさせる物質を
分離する機能、拡散制限膜（４）よりも低い拡散制限機
能、酵素電極に触れることなく被検液の点着を行なわせ
る機能等を有する拡散制限膜（６Ｃ）を貼着した補助装
置に被検液σ）を先ず点着しておき、次いで、第３図（
Ｂ）に示すように酵素電極を拡散制限膜（６Ｃ）に圧接
することにより、点着された被検液を酵素電極に拡散さ
せる。比較的短時間だけ酵素電極を拡散制限膜（６Ｃ）
に圧接した後は、酵素電極を拡散制限膜（６ｃ）から離
す。この場合に、保水層（５）が存在していなければ、
第３図（Ｃ）（Ｄ）に示すように、拡散制限膜（４）の
、測定電極（ｌａ）と正対する位置に被検液が残留する
。
しかし、この実施例においては、拡散制限膜（４）の表
面に保水層（５）が存在しているのであるから、残留す
るはずであった被検液が速やかに保水層（５）に引っば
られ、測定電極（ｌａ）と正対する箇所には残留しない
。したがって、被検液中の測定対象物質の反応がいつま
でも継続することにより残留電流の減少速度が遅くなる
という不都合がなくなり、次の濃度測定動作を開始でき
るまでの待ち時間が連続測定のために長くなるという不
都合を解消して迅速な連続測定を行なうことができる。
面に保水層（５）が存在しているのであるから、残留す
るはずであった被検液が速やかに保水層（５）に引っば
られ、測定電極（ｌａ）と正対する箇所には残留しない
。したがって、被検液中の測定対象物質の反応がいつま
でも継続することにより残留電流の減少速度が遅くなる
という不都合がなくなり、次の濃度測定動作を開始でき
るまでの待ち時間が連続測定のために長くなるという不
都合を解消して迅速な連続測定を行なうことができる。
また、得られる濃度測定結果についても、測定電極（１
ａ）と正対している箇所が保水層（５）によっては覆わ
れていないのであるから、固定化酵素膜（３）への測定
対象物質の拡散が阻害されるという不都合がないのみな
らず、余分な測定対象物質が測定電極（１ａ）と正対す
る箇所に保持されるという不都合もなくなり、高精度の
濃度測定および待ち時間の増加防止を達成できる。
ａ）と正対している箇所が保水層（５）によっては覆わ
れていないのであるから、固定化酵素膜（３）への測定
対象物質の拡散が阻害されるという不都合がないのみな
らず、余分な測定対象物質が測定電極（１ａ）と正対す
る箇所に保持されるという不都合もなくなり、高精度の
濃度測定および待ち時間の増加防止を達成できる。
第４図は保水層（５）を設けた場合と設けていない場合
との酵素電極からの出力電流の時間変化を示す図であり
、実線が保水層（５）を設けた場合に、破線が保水層（
５）を設けていない場合に、それぞれ対応している。
との酵素電極からの出力電流の時間変化を示す図であり
、実線が保水層（５）を設けた場合に、破線が保水層（
５）を設けていない場合に、それぞれ対応している。
この図から明らかなように、濃度測定開始後は先ず出力
電流が単調増加し、次いで単調減少し、所定の閾値に減
少すれば、次の測定開始が指示されていることを条件と
して酵素電極のリフレッシュが所定時間だけ行なわれ、
リフレッシュ後に出力電流が所定の閾値に減少したこと
を条件として次の濃度測定動作を開始することができる
のであるが、保水層（５）を設けた構成の場合には、出
力電流の減少速度が大きく、次の濃度測定を開始できる
までの待ち時間の増加を効果的に抑制できる。
電流が単調増加し、次いで単調減少し、所定の閾値に減
少すれば、次の測定開始が指示されていることを条件と
して酵素電極のリフレッシュが所定時間だけ行なわれ、
リフレッシュ後に出力電流が所定の閾値に減少したこと
を条件として次の濃度測定動作を開始することができる
のであるが、保水層（５）を設けた構成の場合には、出
力電流の減少速度が大きく、次の濃度測定を開始できる
までの待ち時間の増加を効果的に抑制できる。
また、高濃度の被検液の測定を連続的に行なう場合には
、保水層（５）がない構成の酵素電極を用いた測定にお
いて、第１回目の測定動作に当っては第４図中実線で示
す出力電流変化特性が得られ、待ち時間は余り長くなら
ないのであるが、測定回数の増加に伴なって出力電流変
化特性が第４図中破線で示すように変化し、待ち時間が
著しく長くなってしまうのである。これに対して保水層
（５）がある構成の酵素電極を用いた測定においては、
測定回数の増加に拘らず出力電流変化特性がほぼ第４図
中実線で示すとおりに保持され続け、待ち時間をほぼ連
続測定開始当初の待ち時間に保持し続けることができた
。
、保水層（５）がない構成の酵素電極を用いた測定にお
いて、第１回目の測定動作に当っては第４図中実線で示
す出力電流変化特性が得られ、待ち時間は余り長くなら
ないのであるが、測定回数の増加に伴なって出力電流変
化特性が第４図中破線で示すように変化し、待ち時間が
著しく長くなってしまうのである。これに対して保水層
（５）がある構成の酵素電極を用いた測定においては、
測定回数の増加に拘らず出力電流変化特性がほぼ第４図
中実線で示すとおりに保持され続け、待ち時間をほぼ連
続測定開始当初の待ち時間に保持し続けることができた
。
第１表から第４表は保水層■を有する酵素電極を用いて
標準液（グルコース濃度が１５０■／ｄＪ）および血液
測定を連続測定した場合、保水層■を存していない酵素
電極を用いて標準液および血液測定を連続測定した場合
の条件および測定結果を示しており、保水層（５）を設
けることにより連続測定の場合における待ち時間の増加
を効果的に抑制できたことが分る。
標準液（グルコース濃度が１５０■／ｄＪ）および血液
測定を連続測定した場合、保水層■を存していない酵素
電極を用いて標準液および血液測定を連続測定した場合
の条件および測定結果を示しており、保水層（５）を設
けることにより連続測定の場合における待ち時間の増加
を効果的に抑制できたことが分る。
（以下余白）
表１
表２
表３
表４
〈実施例２〉
第５図はこの発明の酵素電極の他の実施例を示す縦断面
図であり、第１図の実施例と異なる点は、保水層（５）
を固定化酵素膜（３）と拡散制限膜（４）との間に配置
した点のみである。
図であり、第１図の実施例と異なる点は、保水層（５）
を固定化酵素膜（３）と拡散制限膜（４）との間に配置
した点のみである。
したがって、この実施例の場合には、固定化酵素膜（３
）と拡散制限膜（４）とがやや離れてしまうという不都
合が生じるが、保水層（５）の厚みを薄くすればこの不
都合はほぼ無視できる程度になるので、達成度を殆ど低
下させることなく、上記実施例と同様に待ち時間の効果
的な抑制を達成できる。
）と拡散制限膜（４）とがやや離れてしまうという不都
合が生じるが、保水層（５）の厚みを薄くすればこの不
都合はほぼ無視できる程度になるので、達成度を殆ど低
下させることなく、上記実施例と同様に待ち時間の効果
的な抑制を達成できる。
〈発明の効果〉
以上のように第１の発明は、測定電極と正対する部分を
除いて下地電極の表面を覆う保水層を設けているので、
測定電極と正対する箇所に被検液がいつまでも残留する
という不都合を解消し、連続測定時においても次の測定
が開始できるまでの待ち時間の増加を効果的に抑制でき
るという特有の効果を奏する。
除いて下地電極の表面を覆う保水層を設けているので、
測定電極と正対する箇所に被検液がいつまでも残留する
という不都合を解消し、連続測定時においても次の測定
が開始できるまでの待ち時間の増加を効果的に抑制でき
るという特有の効果を奏する。
第２の発明は、固定化酵素膜と拡散制限膜との密着を確
保したままで保水層を設けることができ、測定精度を低
下させることなく待ち時間の増加を効果的に抑制できる
という特有の効果を奏する。
保したままで保水層を設けることができ、測定精度を低
下させることなく待ち時間の増加を効果的に抑制できる
という特有の効果を奏する。
第１図はこの発明の酵素電極の一実施例を示す斜視図、
第２図は中央縦断面図、
第３図は濃度測定動作に伴なう酵素電極表面の被検液の
状態を説明する図、 第４図は保水層を設けた場合と設けていない場合との酵
素電極からの出力電流の時間変化を示す図、 ３６５図はこの発明の酵素電極の他の実施例を示す縦断
面図。 （１ａ）・・・測定電極、（ｌｂ）・・・対向電極、（
１）・・・下地電極、■・・・選択透過膜、（３）・・
・固定化酵素膜、（４）・・・拡散制限膜、（５）・・
・保水層 （Ｃ） （Ｄ） 第 図 リフレッシュ開始 区Ｘコ 〔３ご
状態を説明する図、 第４図は保水層を設けた場合と設けていない場合との酵
素電極からの出力電流の時間変化を示す図、 ３６５図はこの発明の酵素電極の他の実施例を示す縦断
面図。 （１ａ）・・・測定電極、（ｌｂ）・・・対向電極、（
１）・・・下地電極、■・・・選択透過膜、（３）・・
・固定化酵素膜、（４）・・・拡散制限膜、（５）・・
・保水層 （Ｃ） （Ｄ） 第 図 リフレッシュ開始 区Ｘコ 〔３ご
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、測定電極（１ａ）と対向電極（１ｂ）とを有する下
地電極（１）の表面に少なくとも固定化酵素膜（３）お
よび測定対象物質の拡散を制限する拡散制限膜（４）を
有しているとともに、測定電極形成部を除いて下地電極
（１）を覆う保水層（５）を有していることを特徴とす
る酵素電極。 ２、保水層（５）が拡散制限膜（４）の表面側に設けら
れている上記特許請求の範囲第１項 記載の酵素電極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2142072A JP2504293B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 酵素電極 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2142072A JP2504293B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 酵素電極 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0434354A true JPH0434354A (ja) | 1992-02-05 |
| JP2504293B2 JP2504293B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=15306782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2142072A Expired - Fee Related JP2504293B2 (ja) | 1990-05-31 | 1990-05-31 | 酵素電極 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2504293B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2824451A1 (en) | 2013-07-12 | 2015-01-14 | Horiba, Ltd. | Concentration measuring device |
-
1990
- 1990-05-31 JP JP2142072A patent/JP2504293B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2824451A1 (en) | 2013-07-12 | 2015-01-14 | Horiba, Ltd. | Concentration measuring device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2504293B2 (ja) | 1996-06-05 |
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