JPS637344B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は液体の化学的特性を測定するための方
法に係る。更に詳しくは、本発明は血液試料のPH
の値を測定するための方法に関する。 血液のPHはしばしば測定される生理的因子であ
り、これは適当な酸―塩基のバランス並びに肺を
通しての血液―ガス交換の指標を与えてくれる。
産科学の分野においては、かかる試験は、胎盤を
通して母親から十分な量の酸素の供給を受けない
胎児により生じるものと思われる分娩中の胎児性
苦痛（fetal distress）の徴侯がある場合にしば
しば行われる。このような場合においては、胎児
の頭皮上に小さな切れ目をつくり、かつ該切れ目
付近に毛細管を設置することにより、血液は毛管
作用により該管の内部に浸入し、かくして血液試
料が採取される。血液PH測定用の標準臨床装置は
コーニングメデイカルコーポレーシヨン
（Corning Medical Corp.）により製造されたPH
ブラツドガスシステムアンドサプライ（PH
Blood Gas System and Supply）などの血液―
ガス分析器である。このような分析器では、毛細
管から装置内の受器まで、血液試料を移すことが
必要とされる。当分野において周知であるよう
に、血液試料中に周囲空気が混入した場合には、
PHは変化する。従つて、元の採取装置からPH測定
装置まで輸送する間に血液試料は容易に汚染され
る。更に、このような分析器は複雑かつ高価なも
のであるから、該分析器は典型的には、熟練技術
者によつて操作されることが必要とされる病院の
研究室においてのみ設置されている。そのため
に、しばしば、血液試料を採取してから研究室か
らの結果を受け取るまでに、著しい時間的遅れが
生ずる。もちろん、このような遅れは緊急を要す
る状況にある場合には望ましくない。 米国特許第3911901号、第3049118号および第
3999667号は、血液試料のPH測定用の代表的装置
を開示している。しかしながら、これら装置はす
べて複雑でかつ製作費用が高い。更に、これら装
置の使用は訓練された人々に制限されている。ま
た、これら装置はいずれも、血液試料を採取した
装置から直接PH測定することはできない。従来の
多数の装置の他の欠点は、大量の被検液体が必要
とされることである。不幸にも、手軽に多量の試
料を得ることはしばしば困難である。 従つて、本発明の第１の目的は、血液試料のPH
などのような、液体の化学的特性を測定する方法
を提供することであり、そこでは測定は試料を採
取する装置内の液体で行われる。 本発明の他の目的は、比較的少量の試料で、こ
のような測定の実施を可能にすることである。 本発明のさらに別の目的は、訓練された人々を
必要とすることなく、前記目的を経済的に達成す
ることのできる方法を提供することである。 本発明の最も広い局面によれば、化学的特性の
測定は、まず指示電極と参照電極とを、ある溶液
に漬けた場合に確立される電位を測定して試験装
置を較正することにより実施される。該溶液が第
１に電極を較正し、第２に液体試料と参照電極と
の間に電解ブリツジ（electrolytic bridge）を与
えるという、二重の目的を有することが本発明の
１特徴である。較正後、該液体試料を指示電極と
接触させる。 本発明の別の局面に従えば、本発明の方法は、
そうでなければ指示電極に接触しているはずの該
溶液を取り除くように試料が導入されるように工
夫されている。しかしながら、該溶液は装置内に
残されており、かつ液体試料から参照電極までの
電解ブリツジを与える。従つて、かくして得られ
た電位を先に得られた較正因子と比較した場合、
該液体試料の化学的特性の正確な指標が得られ
る。この技法は比較的経験の浅い人々であつても
利用することができ、大量の液体試料が必要とさ
れず、かつ使い捨て可能な安価な装置で実施し得
る。 本発明の１実施態様においては、試料は毛細管
に集められ、該試料を保有する該毛細管の開放末
端は、隔置された参照電極と共に電解質溶液中に
浸漬された指示電極の一端に置かれる。使い捨て
可能なカセツトが該両電極用ハウジングとして与
えられる。指示電極は毛細管の末端を指示電極上
に位置させるための案内チヤンネル中に設置され
る。好ましくは電解質溶液を両電極を覆うための
該セセツト中に導くための手段を設けて、それに
よつて最初の較正電位が両者間に確立されるよう
にする。毛細管を指示電極上に置いた場合には、
液体試料が該溶液と置換され、その結果測定値は
該試料の化学的特性に基き、該試料と指示電極と
の間の半電池電位から導かれる。該溶液は該液体
のPHの期待値近辺の緩衝作用を受け、更に参照電
極に対する安定な電気化学的環境を与える。 本発明の前記および他の目的並びに諸利点は明
細書の以下の記載および添付図面を参照すること
により一層明らかとなろう。 第１および２図にはボツクス様カセツト１０が
示されており、これはプラスチツク製であること
が好ましい。この態様におけるカセツト１０は２
個の縦方向に伸びたチヤンネル１２と１４とを含
み、該チヤンネルは、夫々その一端で頂部カバー
２０における開口１６と１８で終結している。チ
ヤンネル１２と１４との底部は横方向のブリツジ
ングチヤンバー２２で連結されている。 指示電極２４はチヤンネル１２の主長軸に沿つ
た中心部に設置され、かつチヤンバー２２の底部
から、上向きにチヤンネル１２の内部に突出して
いる。指示電極２４は、本発明の１局面に従え
ば、ステンレス鋼ロツドであり、これは先ず外表
面を、塗布し得るエポキシライツ
（EPOXYLITE's）No.6001―Ｍエレクトロ―ドイ
ンシユレーター（Electrode lnsulator）溶液な
どの絶縁樹脂２５で被覆し、かつ製造業者の仕様
に従つて硬化することにより造られる。次いで該
ロツドの先端は、そこから樹脂を除去するため
に、例えば研削砥石などを使用する周知の方法に
よつて磨かれる。その後、該ロツドの上部を、ア
ンチモン含有電解質溶液に入れると、該ロツドと
該電解質との間である電位が確立される。露出先
端のみが導電性であるので、アンチモン層（第５
図参照）は、指示電極２４として作用するロツド
の先端２６上のみに電気メツキされる。 この実施態様において、ロツドの下部は導電性
コネクター２８にプレス嵌めされて、外部回路に
対する電気的接続をもたらす。電極２４とコネク
ター２８との間の電気的接触を一層良くするため
に、コネクター２８との合せ界面における電極２
４の下部から、絶縁性樹脂２５を除去する。更
に、前述の如き電気メツキ処理する前に、電極を
各々のコネクターに取り付けておくこともでき
る。従つて、指示電極２４の先端２６は案内チヤ
ンネル１２の内部に置かれ、かつ電極２４の唯一
の化学的反応性部分を与える。本明細書の後の記
載から更に明確になるように、案内チヤンネル１
２の直径は、血液試料を取り出すために使用され
る公知の毛細管の外径よりも幾分大きい。電極２
４の直径は該毛細管の内径よりもわずかに小さ
い。外径1.5mmおよび内径1.1mmを有する毛細管に
対して、案内チユーブ１２の直径は約1.6mmであ
り、一方電極２４の直径は約0.25mmであり得る。
ただし、これら寸法は単に例示的目的のために与
えたものであり、本発明はこれによつて限定され
るものではないものと理解すべきである。 参照電極３０は、同様に、チヤンネル１４内に
置かれた先端部３２を有し、かつその下部はコネ
クター３４に連結されている。参照電極３０は、
電解液中に浸漬された際に安定な半―電池電位を
発現する種々の金属―金属塩材料から製造するこ
とができる。参照電極３０は銀―塩化物被覆を有
する銀ワイヤーであることが好ましい。このよう
な電極は当業界において良く知られている。第１
〜５図に示された具体例において、参照電極３０
は鋭い先端３２を有する剛構造である。 破ることのできるメンブランでできたカプセル
３６はチヤンネル１４内の参照電極３０の先端上
に置かれている。この好ましい具体例に従えば、
カプセル３６は、第３図に示したように、該メン
ブランを破壊した際に、電極２４および３０を被
覆するために十分な量の電解液３８を含有してい
る。第３図に示したように、カプセル３６は摺動
ストツパー４０に対するロツド４２を押すことに
より破壊することが可能であり、ロツド４２を押
すことは、順次該カプセルメンブランを破壊する
ための電極先端３２に対してカプセル３６を押し
付けることになり、かつカセツト１０の内部に電
解液３８を導入することになる。電極２４と３０
とを電解液３８中に浸漬するための他の手段は容
易に工夫することができる。例えば、第６図はカ
セツト１０の別の具体例を示しており、そこでは
共通の参照番号が共通の要素を示すために使用さ
れている。この別の具体例においては、可撓性パ
ウチ４２が電解液３８を含んでいる。逆止め弁フ
ラツプ４４がチヤンネル１４と対面しており、パ
ウチ４２はこれを圧搾したときに、電解液がチヤ
ンネル１２，１４およびチヤンバー２２に流入し
て電極２４と３０とを覆うようになつている。こ
の具体例においては、参照電極３０は、前の具体
例において示したようにカプセル３６を破裂せし
める必要がないので、剛性である必要はない。 第７図には更に別の具体例が示されており、そ
こでは、適当な電子測定装置８２に連結されたソ
ケツト８０がロツド８４を包含しており、このロ
ツドはカセツト１０が該ロツドに挿入され、ピン
８８と９０とが夫々コネクター３４と２８に挿入
された時、ピストン８６を上方に押し上げる。溶
液３８はピストン８６上のチヤンバー９２内に包
含されており、カセツト１０をソケツト８０上に
載せた時に、ピストン８６はメンブラン９４を破
壊し、かつ電極２４と３０とを覆うように溶液３
８を生じさせる。この具体例において、案内チヤ
ンネル１２は逃げ（relief）９６を含み、これは
シリンジ（図示せず）のコネクター部分に一致
し、該シリンジは液体試料を供給するための別の
源として使用することができる。第７図の具体例
は、またチヤンバー２２に連結されたオーバーフ
ローチヤンバー９８を含み、かつカセツト１０内
の圧力を一様にするためのガス抜き１００を含ん
でいる。 本発明の更に別の局面によれば、電解液３８は
生理的領域の中央付近のPH値に緩衝されている。
更に、電解質３８は実質的に被検液体とほぼ同じ
反応性イオン濃度である。参照電極３０が銀／銀
―塩化物混合物であるこの具体例において、反応
性イオンは塩素イオンである。この反応性イオン
が、参照電極に関する半―電池電位を発現するイ
オンである。本明細書において更によく理解され
るように、試験中の試料内における反応性イオン
の拡散は参照電極の働きを妨害し、これは順次測
定精度をくるわす。試験中の液体が血液である場
合、電解液３８はトリス（ヒドロキシメチル）ア
ミノメタン（CH₂OH）₃CNH₂、塩素および塩化
ナトリウムの水性溶液であることが好ましい。該
トリスは種々の化学試薬製造業者から入手可能で
あり、当業界において公知である。電解液３８
は、12114ｇのトリスを蒸留水1000mlに溶解し
0.1Nトリス溶液をつくることによつて調製し得
る。0.01N塩酸溶液を、1.0N塩酸10mlを蒸留水で
希釈して1000mlとすることにより調製した。電解
液の再生において、このトリス並びに塩酸溶液
は、PHが７〜９の緩衝溶液を与えるように第１表
に従う量で混合することができる。

【表】 結果的に、約10／１〜１／１なるトリス対塩酸
比を有する緩衝溶液が７〜９のPHを与えることが
わかつた。好ましくは、緩衝溶液は7.2〜7.5、更
に好ましくは約7.3のPHを有すべきであり、この
範囲のPHは通常遭遇する血液のPHに相当する。 次いで、該緩衝溶液に塩化ナトリウムを添加し
て、ヒトの血液中に見い出される濃度と実質的に
等しい塩素イオン濃度を与える。これは約103ミ
リ当量（meq）である。緩衝溶液100ml当り約252
mgの塩化ナトリウムによつて、PH7.30の溶液に対
して所定の103meqなる塩素イオン濃度が得られ
ることがわかつた。しかしながら、これら数値は
特定例としてのみ示したものであり、何等本発明
を限定するものではないものと理解すべきであ
る。例えば、塩化ナトリウムの量は該溶液のPHを
決めるために使用されたHClの量に依存する。 例えば、使用する電極材料および被検液体に依
存して、上記の例の種々の変更が可能であること
が当業者によつて明らかであることに注意すべき
である。本発明の教示に従つて、電解液３８は化
学的特性を理解すべき液体の有するものと実質的
に同じ反応性イオン濃度を有するべきである。特
に、好ましい具体例と関連して、塩素イオン濃度
は実質的に血液における濃度に等しくすべきであ
る。該電解液のPHは被検液体のPHにほぼ等しくす
べきである。電解液３８のPHは、被検液体が血液
である場合には、約７〜９であることが好まし
く、更に好ましくは7.2〜7.5である。しかしなが
ら、電解液がどうであろうと、そのPHが安定であ
ることが重要である。なんとなれば、以下に記載
されるように、被検液体の測定において、電解液
のPHは定数であるとして使用されるからである。 本発明の方法によれば、電解液３８がカセツト
１０に導入されて、指示電極２４および参照電極
３０を覆う。これは、例えば第３図に示されてい
るように、電極３０に向けてカプセルを押して、
電解液３８を含むカプセル３６を破裂させること
によつて達成される。更に、第６図に示したよう
にパウチ４２は電極２４と３０を包含するカセツ
ト１０の内部に電解液３８を強制的に導入するた
めに圧搾することができる。第７図の具体例に示
したように、電解液３８はカセツト１０をソケツ
ト８０上に設置する際に導入される。電解液３８
がカセツト１０と自蔵式であることは本発明の１
特徴であるが、この電解質は他の外的手段によつ
て導入することも可能であることに注意すべきで
ある。 かくして較正電位を電極２４と３０との間に確
立することができる。当業界において知られてい
るように、これら電極間の電位差は指示電極２４
と電解液３８との間並びに参照電極３０と電解液
３８との間に確立される二つの半―電池EMFに
よるものである。この電位は、コネクター２８と
３４とを外部測定回路８２に連結することによ
る、直接的電子技術により測定することができ
る。該回路はまず出力電位を測定し、二種の較正
チエツクを行うことが好ましい。第１に、電位が
予め決定した高―低限界内にあることを確かめ
る。第２に、電位測定のドリフトの割合をチエツ
クし、あるドリフト因子以下であることを確かめ
る。次いで、Ｃに関し以下の方程式を解く。 Ｖ＝Ｋ〔PH〕＋Ｃ ただし、Ｖは測定電位であり、 PHは電解液の既知のPHであり、 Ｋは電極感度に関連した定数であり、 Ｃは較正常数である。 Ｃの計算値を、例えば周知のランダムアクセス
メモリー（RAM）に、後の訂正の目的で記憶さ
せる。電解液３８が、装置を操作し、かつ被検液
体からの化学的特性値の期待領域が比較的狭いよ
うな、最も臨界的領域の中央値に緩衝されるの
で、本発明は単に電極の１点較正のみを必要とす
るにすぎないことに注目すべきである。しかしな
がら、必要ならば違つた電極感度を考慮するため
に、被検液体により、２点較正を行うこともでき
る。しかし、本発明の装置が血液のPHを測るため
に使用された場合には、１点法のみが必要とさ
れ、ここでは使用した電極間の補償電位差が測ら
れる。 第１〜６図の具体例においては、次いで内孔５
４中に予め血液試料５２を採取した毛細管５０が
開口１６を介して案内チヤンネル１２に置かれ
る。毛細管５０はその上部にワツクス状ストツパ
ー５８を含み、管５０の一端を、当業界で周知の
如く、内孔５４中に血液５２を保持するために閉
じることができる。次いで、管５０を、案内チユ
ーブ１２に沿つて、指示電極２４の先端２６がチ
ユーブ内孔５４に突き出して、第４および５図か
ら理解しうるように、血液５２と該内孔で嵌合す
るまで、移動させる。第５図において更に明確に
わかるように、管５０に関する案内チユーブ１２
と電極２４との相対的寸法は自動的にチヤンネル
１２中の管５０に中心を置いており、電極２４の
先端２６と障害なく嵌合される。管５０が電極２
４上に摺動された場合、電解液３８は血液５２が
電極２４の化学的に活性な先端２６のみと接触す
るように移される。その結果、新たな半―電池電
位が電極２４と血液５２との間に確立される。し
かしながら、同じ半―電池電位が参照電極３０と
電解液３８との間の界面に残されている。第７図
の具体例において、シリンジのコネクターは逃げ
９６上にあり、シリンジ中の血液がチヤンネル１
２内に強制導入され、それによつて電解液３８は
指示電極先端２６から移動させられる。 電解液３８中の塩素イオン濃度を血液５２中の
値と同じくすることにより、血液５２中の塩素イ
オンの参照電極への移動が避けられる。この移動
は較正電位を得るために使用される原半―電池電
位を乱す。こうして、同じ電解液３８が較正用溶
液としてかつPH測定中の血液５２と参照電極３０
との間のブリツジとして使用することができる。
この測定は、電極２４と３０との間の電位を再度
検出することによつて実施される。較正定数Ｃは
先の較正測定により計算されているので、血液５
２のPHは前述の方程式をPHについて解くことによ
り計算することができる。測定装置８２における
エレクトロニクスは、周知の技法を用いてPHの値
を解く装置により、メモリーに予め記憶させてお
いたＣの値を取り出し、これを前記方程式に代入
するために、有利に据え付けることができる。カ
セツト１０は、較正段階およびPH測定段階いずれ
においてもソケツト８２上に置いたままにしてお
くことができる。オペレーターは、単にＣの計算
を行うためのボタン（図示せず）を押し、次いで
血液をカセツト１０内に導入し、その後試料のPH
測定を行うために別のボタン（図示せず）を押す
だけでよい。検出されたPHは、次いで測定装置に
おける適当な装置により表示される。 本発明が、液体の化学的特性を測ることのでき
る比較的安価な装置を提供するものであることは
容易に理解される。カセツト１０、指示電極２４
および参照電極３０は安価で製造し得るので使い
捨てし得る。更に、この試験は比較的経験の浅い
人々によつて実施し得る。更に一層重要なこと
に、測定が試料を採取する装置と同一の装置で行
えるので、汚染の可能性が極めて低い。同様に、
本発明が極めて少量の試料からこれらの測定値を
得ることのできる装置を提供するものであること
も重要である。本明細書に記載された独創的概念
の種々の修正ついては当業者にとつて明白である
ものと理解すべきである。従つて、本発明はその
特別な例に関連して記載されているが、これによ
つて何等本発明を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法で用いる装置の１実施態
様の平面図であり；第２図は、第１図のライン２
―２に沿つて取つた断面図であり；第３図は、第
２図に示した装置に電解質を導入する１方法を示
すための図面であり；第４図は、指示電極上に置
かれた毛細管を示す第３図と同様な図面であり；
第５図は、毛細管―指示電極嵌合状態を示す、第
４図の拡大部分断面図であり；第６図は本発明の
装置の別の実施態様を示す断面図であり；第７図
は、本発明の他の実施態様の分解部品配列図であ
る。各図中の記号の主なものは以下の通りであ
る。 １０…ボツクス様カセツト；１２，１４…チヤ
ンネル；１６，１８…開口；２０…頂部カバー；
２２…ブリツジングチヤンバー；２４…指示電
極；２５…絶縁性樹脂；２６…指示電極ロツド先
端；２８，３４…コネクター；３０…参照電極；
３２…参照電極先端；３６…カプセル；３８…電
解液；４０…摺動ストツパー；４２…可撓性パウ
チ；４４…逆止め弁フラツプ；５０…毛細管；５
２…血液；５４…内孔；８０…ソケツト；８２…
電子測定装置；８４…ロツド；８６…ピストン；
８８，９０…ピン；９２…チヤンバー；９４…メ
ンブラン；９６…逃げ；９８…オーバーフローチ
ヤンバー；１００…ガス抜き。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被検液をチユーブの中に入れ、電解質溶液中
   に浸漬されている指示電極及び参照電極のうち、
   指示電極上に該チユーブの開放末端を位置させ、
   それによつて指示電極から電解質溶液を除いて被
   検液で指示電極を覆い、電解質溶液が被検液と参
   照電極との間のブリツジとして作用するように
   し、次いで２つの電極間の回路の電気特性を測定
   し、これによつてチユーブ内の被検液の化学的特
   性が与えられることを特徴とする液体の化学的特
   性の測定方法。 ２ 被検液が血液であり、測定される化学的特性
   が血液のPHである特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３ チユーブの末端を指示電極上に設置する前
   に、予め電解質溶液を含む回路の電気特性を測定
   し、次に行う測定のための較正因子を確立する工
   程を含む特許請求の範囲第１項記載の方法。 ４ 被検液が血液であり、測定される化学的特性
   がPHであり、かつ電解質溶液が約7.2〜7.5のPHが
   緩衝されているとともに参照電極に対して反応す
   る電解質中のイオンの濃度が血液と実質的に同じ
   濃度であり、それによつて血液の反応性イオンが
   参照電極へ拡散するのを防止する特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ５ 参照電極に対して反応する電解質溶液中のイ
   オン濃度が被検液と実質的に同じ濃度であり、そ
   れによつて被検液の反応性イオンが参照電極へ拡
   散するのを防止する特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ６ 測定する電気特性が電極間の電位である特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ７ 被検液が血液であり、チユーブが毛細管であ
   つて、該毛細管中に血液を入れ、参照電極と指示
   電極とをブリツジング電解質溶液で覆い、電極間
   の電位差を測定し、それによつて較正電位を得、
   次いで指示電極上に該毛細管の開放末端を位置さ
   せ、それによつて指示電極から電解質溶液を除い
   て血液で指示電極を覆い、電解質溶液が血液と参
   照電極との間のブリツジとして作用するように
   し、その後指示電極と参照電極間の電位を測定
   し、この電位と較正電位との差を求め、これによ
   つて血液のPHの指標が与えられる特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ８ 指示電極、参照電極及び電解質溶液がカセツ
   トの中に保持されている特許請求の範囲第７項記
   載の方法。 ９ 指示電極が、毛細管を案内するために該カセ
   ツト内の案内チヤンネルに突出しており、その結
   果毛細管の開放末端が、該案内チヤンネルに挿入
   された時に指示電極と連絡する特許請求の範囲第
   ８項記載の方法。 １０ 電解液が初めにカセツト内に設置された密
   閉部材中に包含されており、更に該部材を破壊し
   て電極を該電解液で覆う工程を含む特許請求の範
   囲第９項記載の方法。 １１ カプセルを電極の１つと強制的に接触させ
   ることにより破壊する特許請求の範囲第１０項記
   載の方法。 １２ 電解液が血液と実質的に等しい反応性イオ
   ンの濃度を有し、それによつて血液中の反応性イ
   オンが参照電極にまで拡散することを防止する特
   許請求の範囲第１０項記載の方法。