JP2758183B2 - 溶液に含まれる濃度測定方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は溶液の分析に関し、特に、レファレンスを必
要とせず、シングルポイントキャリブレーションを使用
できる検出装置と、電界分布が一様な新規な電極と、一
定の容量を有する嫌気性の新規なセンサカートリッジ
と、化学分析のための小型の装置に関する。

発明の背景 従来公知の分析化学、及びそのより複雑な所産である
臨床化学における従来公知の“ウエット”化学技術は、
この数十年の間に電子装置に置き換えられてきた。

このような電子装置の出現によって実験的な測定の再
現性における精度は大幅に高められている。この精度は
臨床化学においては重要であり、特に、微量（ppm）測
定が行われるバイオメディカルの測定においては非常に
重要である。このような装置と、マイクロプロセッサと
近時発展したコンピュータ技術によって自動化された処
理技術を組み合わせることにより、分析及び臨床化学技
術の発展がもたらされた。電気化学計測の一分野におい
てこのような装置は大幅に進歩した。一般に従来公知の
電気化学測定においては、キャリブレーションを行うた
めには、未知量の濃度の物質を含む溶液の測定に先立っ
て、測定すべき物質を互いに異なった２種類の既知濃度
で含む基準溶液を測定しなければならない。

電気化学的方法においては、電位差計測用の電池を構
成するため、通常、レファレンス電極と、指示電極と、
溶液の間のブリッジを使用する。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＝M_f〔Ｃ〕＋Ｉ＋Ｊ （１） ここに、Ｖは電圧（信号）、 M_fは係数（実際の電極と物質によって定まる定数） Ｉ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ために、まず、電
極の係数M_fを決定することが求められる。このステップ
のために予め知られた濃度で所望の目的物質を含む２つ
の基準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。次に個々の電極について溶液中の特定の
物質に関する定数Ｉを定めることが必要である。接触電
位差もまた、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
物質に反応し、その特定の物質と電極構造によって定数
が定められる、一回のみ使用可能な電極、通称ワンショ
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ため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。このような事情のため、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。

電気化学分析のため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。特筆すべきもの
はいろいろな種類のイオン指示電極（ISE）、酵素ベー
スの指示電極（EBSE）、抗原−抗体ベースの指示電極
（ABSE）、化学的な電界効果トランスジューサ（CHEMFE
T）及びイオン選択電界効果トランスジューサ（ISFET）
である。これらのセンサは例えば被覆ワイヤ電極、薄膜
状電極等を含む微妙に違う様々な実体構造を有してい
る。これらは臨床化学用のみではなく、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ため
に用い得る。特別な形状のセンサによって所定の一種類
又は複数種類の物質のイオン活性に比例する電気信号を
派生させる様々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一次的に色測定に依存する分析方
法について簡単に述べると、それらもまた、非常に速く
進歩している。このなかで生化学の分野、即ち、酵素及
び抗原−抗体反応の分野では重要な進歩があった。

しかしながら、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。例えば上記のセンサは感度を高め
るために嵩張るものとなっている。電気化学的センサシ
ステムは、一般的に、両方とも注意深く較正又は調整さ
れたレファレンス電極と、指示電極とを必要とする。ま
た、特にレファレンス電極の場合、同一仕様の電極でも
製作誤差のため通常僅かに相違することが多く、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、測定すべき溶液中のレ
ファレンス電極と、そのレファレンス電極と組み合わせ
られる指示電極の間の接触電位差の変動と、信号のドリ
フトのために、測定値の変動が生じる。また、測定値の
変動は、電極の構造によるだけでなく、装置ごとに異な
り、また、測定を繰り返す都度変化していく。高感度計
測のためにはこのような変動は絶対に許されない。特
に、精密な測定が要求されるバイオメディカルへの応用
例においては、電極の感度を上げるために更に別の問題
が発生する。特に、外科的な処置の間の病状の監視のよ
うな有害な環境で用いられるときは、寿命、安定性及び
レ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。結局のところ、比較的嵩高なレファレンス電極を必
要とする電気化学システムは、大方、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、レ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。一種類の物質しか含まない
溶液の基本的評価とは異なり、多くの相互に作用する可
能性のある複数の電気活性物質を含む複合溶液の測定に
おいては活性係数（個々の構成要素による影響）が電気
化学的に相互に作用し、正確な測定を阻害する。そのた
め、例えば血液のような複合有機溶液の電気化学的測定
においては、特定の目的物質の測定値を確定するときに
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場合、このような評価に由来する
あいまいさは、どう考えても危険であり、最悪の場合は
致命的になる。接触電位差の評価の問題に関して、レフ
ァレンス電極と指示電極の両方のドリフトは、異常な測
定値をもたらすことがある。

先行する技術システムに関する問題点についてのべる
と、それば指示電極とレファレンス電極の両方の製造と
供給とにある。一般的にレファレンス電極は再使用でき
るようにするため、より複雑な構造となっている。この
ことは、このような電極を用いて得られた測定値は、製
造誤差のために常に変動してい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だけでな
く、キャリブレーションや未知の溶液を評価する場合に
要求されるいく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。

大部分の分析システムは周囲の環境に曝される。そし
てそれらは嫌気性ではない。何よりもまず第一に測定を
行う溶液を新鮮な状態に保つために、嫌気的な環境が望
まれる。次に、例えば血液のガス分析においては、溶液
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。最後に溶液から一連の測
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。測定値ができるまでに長時間を要するこ
とは有害であるのみならず、物質の汚染と化学変化が起
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ためには、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、測定すべき溶液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めに精巧な攪拌
又は混合装置が用いられる。常に一定量の溶液について
測定を行うことが望ましく、そして、特に、測定を行う
センサに、必要限度量の溶液を一様に供給し、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。システムを再使用することが意
図されている場合でも、テストの準備を行う場合に、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又
は技術者の義務であり、電極に対しては、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とっても操作
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いかっ
たものである。小型化され、そして標準化された装置
は、今まで上記のような電気化学的分析を行うためには
入手できなかった。

発明の要約 本発明の目的とするところは、先行技術及び方法の実
施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
定値を得るための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、シングルポイントキャリブ
レーションのみで、電位差、定電位又は抵抗率分析がで
き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、レ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
物質濃度測定のための方法と装置を提供することにあ
る。

さらに本発明の他の目的は、レファレンス電極によっ
て引き起こされる接触電位差により干渉がなく、バイオ
ロジカル溶液において所定の物質の真実の活性値を得る
ことにある。

さらに本発明の他の目的は、経時的に生じる内部変化
を避け、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迅速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、測定のために一定量の溶液
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、二種類以上の物質を含む溶
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セ
ッシング装置に挿入されるモジュラーカートリッジシス
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み合わせることので
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。

そしてこれらの目的は、少なくとも溶液中の第一及び
第二の物質の物質のシングルポイントキャリブレーショ
ンによって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、第一のセンサは第一及び第
二の物質に反応し、第二のセンサは第一の物質のみに反
応し、そして第三のセンサは第二の物質のみに反応す
る。この方法では、第一及び第二の物質を含む溶液をセ
ンサと接触させ、第一の信号、即ち、上記第一及び第二
のセンサの間の電位差信号と、第二の信号、即ち、上記
第一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。次のステップは、これらのセンサを既知量
の第一及び第二の特定物質を含む第二の溶液に接触さ
せ、そしてそれぞれ第一及び第二のセンサからの信号、
並びに、第一及び第三のセンサからの信号の電位差であ
る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、その定数は上記第一及び第
二の物質の濃度を決定するために計算装置に入力され
る。また同じことであるが、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。また、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
分の活性を決定することと等価である。この技術によっ
てもたらされる長所を要約すると、電気化学処理におい
て、レファレンス電極とそれに関連する定数の必要がな
くなり、そのため計算値の変動がなくなる。小型化は容
易となる。そして所定の物質の間のキャリブレーション
測定は、Ｎ個の物質の測定のための（Ｎ＋１）個のセン
サのみで足りることになる。さらに、ここで述べられた
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、第一の接続部と第二の接続
部とを有し、カートリッジケース内に配置され、所定量
の溶液を保持する保液室とを具備する、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を用いて物質
の濃度を測定するによって達成される。保液室の第一の
接続部には溶液供給部が接続され、更に第二の接続部に
は保液室と連通する一定容量の廃液貯留部が接続され
る。保液室には、廃液貯留部からの溶液の逆流を最小と
するための装置が設けられ、更に、第一の端部と逆流防
止装置の中間にはセンサが配される。そしてカートリッ
ジはセンサから発生した信号をカートリッジ外に伝達す
る装置を有する。

このカートリッジは、望ましくは、小型化された装置
に適合し、嫌気性容器内に測定すべき溶液を導入するだ
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、溶液中の物質を評価し得るセン
サを用いて物質の濃度を測定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物質と反応する物
質特定反応器とを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導電素子によ
って実現される。この反応器は導電素子と密接に結合し
ており、そして溶液中の活性物質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覆うもの
であり、エッジ効果を最小とするために第一の表面の幅
よりも広くなっている。

ここで述べられたセンサの態様は、受容体と伝導体の
界面に於いて、信号伝導体と特定物質受容体の間の一様
な相互反応を保証することによって、溶液の一様で再現
性のよい測定を容易にする。これは導体の周辺において
エッ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、そして既にレファレンス電極を使用しない
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
形状寸法とは関係なく、エッジ効果を最小にし、測定の
精度を高めるために実質的なオーバーラップを要求す
る。

上述の目的のいくつかは、溶液分析のためのコンパク
トは装置によって物質の濃度を測定することによって最
終的に達成される。この装置は、本体ケースと、情報を
ディスプレイするために本体ケースに設けられる情報デ
ィスプレイと、ディスプレイする情報を選択する選択装
置と、本体ケースに設けられるカートリッジ受容部と、
電気信号を処理し、処理された信号を情報ディスプレイ
装置に伝達する装置を具備する。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信
号を発生するセンサを具備するカートリッジを含んでい
る。このカートリッジは上記のカートリッジ受容部に適
合し得る寸法である。

上記の装置は、より単純で小型化され、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、その結果を得るた
め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
法と装置とを結合したときに、速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こと
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、新しいレファレンス電極を使
用しない分析方法、新しいセンサ構造、エッジ効果のな
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。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。

図面の簡単な説明 第１図は本発明に係る装置におけるセンサの説明図、 第２図はセンサを通過するフラックス密度分布の模式
図、 第３図は本発明に係る装置の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図は本発明に係る装置のコンパクトな機器の斜視
図、 第６図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い捨てタイプ
のものを示す斜視図、 第８図はセンサの構造及びエッジ効果に基づくフラッ
クス密度の変化を示すグラフである。

図示した実施例の詳細な説明 系統だてて説明するために、図示した実施例に関し
て、まず最初に、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
形態をと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おけるセ
ンサの組み合わせについて説明し、そして最後に、マイ
クロプロセッサを備え、かつ、屋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。

まず、最初に注意しておきたいことは、図示した実施
例は詳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わ
けではないという点である。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、ある程度大きなも
のであっても構わないことは容易に理解できよう。ま
た、レファレンス電極を備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。

方法について まず、第１図を参照しつつ本発明に係る方法について
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
からなる一群のセンサ12によって構成されている。図面
を簡略化するために、電気感応性のセンサ16は、物質Ａ
に対して感応し、センサ18は物質Ｂに対して感応し、セ
ンサ20は物質Ａ及びＢに対して感応し、そしてセンサ22
は物質Ａ及びＣに対して感応するものとする。（これら
の物質は、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遠くの物質の中から選定さ
れたものである。）これらの物質Ａ、Ｂ及びＣは、何れ
も溶液中に含有され、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、それぞれの物質に応じた特定の被膜17、1
9、21及び23によって被覆されている。これらの被膜は
イオン選択材料で作製されており、そのため各電極は物
質Ａ、Ｂ及びＣ、或いはＡとＢの組み合わせ、若しくは
ＡとＣの組み合わ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、溶液中の対象とする物質
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
れによって物質のイオン活性に比例した電荷の分布と電
位が発生する。本発明に係る技術の主要な変更実施例に
ついて、ポテンショ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、18
及び20はハーフセルを表し、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。ま
ずセンサ20について見てみれば、このセンサは物質Ａ及
びＢのための組み合わせ電極であり、その電位は最も単
純な形式では次の等式： E_20half＝M_A log C_A＋M_B log C_B＋I_AB （２） で表される。ここでM_A及びM_Bは、それぞれ物質Ａ及びＢ
についての定数であり、化合物と電極によって特定され
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_A及びC_Bは、それ
ぞれ物質Ａ及びＢの濃度である。上記等式（２）は更に
次のような式に変形し得る： E_20half＝M_AB［logC_A＋logC_B］＋I_AB （３） この場合、被膜21中に浸透する電気感応性の物質の量
が比例するように注意を払う。製造する前に、これらの
それぞれの組み合わせについて、より簡単な等式が得ら
れるような最も効果的な組み合わせのための量を求めて
おくことが先ず必要である。

次に、他の電極について見れば、物質Ｂに対して感応
するセンサ18の電位は次の等式： E_18half＝M_B log［C_B］＋I_B （４） によって表される。

同様に、物質Ａに対するセンサ16のハーフセルの電位
は次の等式： E_16half＝M_A log［C_A］＋I_A （５） によって表される。

この技術分野の専門化であれば、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。しかしながら本発明においては、レファレンス
電極を必要としないから、その信号への影響を考慮しな
くても済むものである。レ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にこれらの信号をワイヤ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、デュスプレイ34
上に表示される。これによって、（E₂₀-E₁₈）及び（E₂₀
-E₁₆）に対応する電位差が求められる。

これらの基準信号は、次の等式： E_20-18 ＝（M_A log［C_A］＋M_B log［C_B＋I_AB］）−（M_B log［C
_B］＋I_B） （６） によって表される。

これを一層単純にするため、 E_20-18＝M_A log［C_A］＋I_AB−I_B （７） と置くと、 E_20-16＝M_B log［C_B］＋I_AB−I_A （８） が得られる。

この場合の係数M_A、M_B、M_ABや、その他の定数は、基
準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、上記の式に繰り入
れられる。従って、これらの係数及び信号値が知られれ
ば、基準溶液を測定することによって定数や濃度値を求
めることができる。上記等式を解くためには、物質Ａ及
びＢの濃度の知られた基準溶液を測定すればよい。定数
I_A、I_B及びI_AB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_{20-18standard}−E_20-18test ＝M_Alog［C_A］_(standard)−M_Alog［C_A］_(test) （９） が得られる。

上記信号電位と係数Ｍの値を知ることによってC_A及び
C_Bを直接算出することができる。二つの別個の物質を基
準となる測定値を得るためには三個の電極があればよ
い。即ち一つの電極は測定すべき上記二つの物質を組み
合わせたものに対して選択的に感応し、残りの二つの電
極はテストすべき物質のそれぞれ一つのみに選択的に感
応するものであればよい。これを単純化して考えれば、
上記組み合わせ電極は、（Ａ＋Ｂ）の活性に対応した信
号を発生し、この信号から物質Ａの影響分を差し引け
ば、Ｂの濃度が求められる。同様にして、組み合わせ電
極の値から物質Ｂの影響分を差し引けば物質Ａの濃度が
求められる。

本発明によれば、より多くの物質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、物質Ａ及びＣに感応性を有する第四の組み
合わせ電極22を用いることによって、第三の物質Ｃの濃
度を求めることも可能である。この場合、電極22から得
られる信号から電極16からの信号を差し引くことによっ
て物質Ｃの濃度が求められる。この場合には、溶液が物
質Ｃを含まなければならない。

このように本発明に係る方法によるときには、測定す
べき物質の数よりも一つ多い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
べき対象となる物質の数が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
いことになる。更にまた、この技術は単に二つの物質を
含む溶液、即ち、測定すべき物質とそれ以外の物質を含
む溶液の測定に用いてもよい。

上に述べた第二の実施例のように、多数の組み合わせ
システムにおいては、溶液中に追加の物質（Ｂ）が存在
するため、なんらか干渉を示す場合がある。従って、物
質Ｃのみに感応性を有する追加の電極、及び／又は、
Ａ、Ｂ及びＣの組み合わ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、各物質に固
有の電極16、18、22間のデータを比較し、或いは組み合
わせ電極20と物質Ａ、Ｂ及びＣに感応を有する一つの電
極とのデータを比較するための演算装置が用いられる。
多数の組み合わせ電極（三つ以上の物質に感応し得る電
極）を使用すると、電気化学的な相乗作用によって変則
的な信号を生じることがある。従って、それぞれの電極
の感応性は二つの物質に制限することが推奨される。

要約すれば、この発明は（Ａ）の別々の物質の溶液に
ついて（Ｎ＋１）の電極を用いて単に二回の測定、即ち
未知の溶液と基準溶液の測定を行うだけで済む測定方法
を提供するものである。

上に述べた技術のいく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おいて、上記の方法はレフ
ァレンス電極の必要性を無くすものであり、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、レ
ファレンス電極を用いないため、互いに同様な構造を有
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別個のドリフトを生じ
るレファレンス電極と指示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、レファレンス電極と
指示電極の影響が個別であるため相殺される。）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、必要なときにリアルタイ
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われる各種検査手続き等の臨床化
学の分野において重要である。

電極の構成 これまでに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。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有する受容体を含浸固定
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4,214,96
8号に開示された薄いフィルム電極や、米国特許第4,43
1,508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、本発明に係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お
いて援用されるものである。

これらの電極を調整する場合には、溶液と導電体間に
均一な電荷密度を形成するために、基板となる導体より
も実質的には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る。

イオン選択性の被膜の電気感応性を有する物質の移動
によって導電体の断面の境界面へ送られる信号の均一性
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
前にも例えば米国特許第4,549,951号において提案され
たことがある。本発明にお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。しかしなが
ら、エッ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、信号について及ぼす影響につい
ては考慮されていなかった。（このエッジ効果は導電体
の周辺に沿って発生する表面張力、一層多層の電子移動
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おける不均
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れる。この事実は、
同じ物質についても電極による係数の変化を増大させ
る。

しかしながら、エッジ効果をなくすことによって、被
膜の形状を特定の形状に制限することなく信号の均一性
を向上させ得ることが判明した。従って、上記被膜は特
定の形態（ドーム状等々）に限定される必要はなく、エ
ッ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よいことが判明し
た。事実、被膜の表面積を導電体の断面積のサイズの少
なくとも約２倍程度とすることが推奨される。しかしな
がらより正確に言えば、被膜のオーパーラップの量は数
学的には、被膜及び電極の寸法及び古典的な電子伝達方
程式から容易に求めることができる。

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へ移動する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信号が発生する
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のエッジから30度ないし45度の範
囲の傾斜した部分から発生する。エッジ効果の均一性を
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
電極におけるエッジ効果の影響が示されている。電極11
0、112、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においては、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
伸びていない電極118においては、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、本発明におい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、電極のエッジに沿
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、本発明においては、電
極の物質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、本発明において使用される電極
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らり
も遥かに大きくなるように改造し、これによって、エッ
ジ効果とこれに基づく不均一なフラックス密度を排除す
るように構成したものである。

カートッジについて 本発明におけるセンサ付きのカートッジは、同一若し
くは異なったタイプの複数のマイクロセンサを有し、嫌
気性の基準溶液導入機構を備え、かつ、一定の容積を有
する保液室に溶液を定量ずつ送出する装置を有してい
る。

ここで第３図を参照すれば、同図には保液室構成部42
と下部挿入部44を有するカートリッジ40が示されてい
る。保液室構成部42中にはその容量が1ml以下、望まし
くは10ないし50μｌの範囲内に保たれた定量保液室46が
設けられている。上記保液室46は、略矩形の形状を有
し、保液室構成部42内にシールされて設けられる。保液
室構成部42中にはセンサ16、18、20及び22が取り付けら
れ、これらのセンサは保液室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、かつ、保液室46内に導入された溶液がこれらのセン
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。

保液室46の片側を横切る形で、保液室46の容積の４な
いし６倍の容積を有する廃液貯留部50が設けられてい
る。所定の位置に位置方向に流通ベント52が設けられ、
空気又はガスを排出すると共に、保液室42から廃液貯留
部50へ溶液を定量ずつ流し込むようになっている。廃液
貯留部50とセンサの間には溝48及び堰43が設けられてい
る。上記溝48及び堰43は、廃液貯留部50中の廃液が、底
面に複数のセンサを配置した保液室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、廃液貯留部50から保液室46へ溶液
が逆流するのを防止し、これにより、廃液と分析すべき
溶液間の流通、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、表面張力を利用して、上
記測定すべき溶液をセンサの一方の側に、廃液をもう一
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、上記堰は不要である。

保液構成部42の廃液貯留部50とは反対側の部分には、
基準溶液の供給ポート56と、基準溶液の注入器54と、試
験溶液導入エレメント60の試験溶液導入ポート62が設け
られている。試験溶液導入エレメント60は、ポート62か
らエレメント60へ試験溶液を注入し、また、従来の注入
器若しくは毛細管から保液室46内へ試験溶液を導入する
ためのゴム製の隔壁をその上面に有している。注入すべ
き試験溶液の量は、保液室46の容積と同様であることが
望ましいが、これを超過した場合にはその超過分は溝48
を経て廃液貯留部50中へ流出する。

基準試験溶液の注入器54は、保液室46内に配置された
センサが作動するのに充分な量の基準溶液を収容し得る
だけの予め定められた容積を有する。望ましくは、プラ
ンジャ58を押すことにより供給ポート56を通じて保液室
46内へ予め定められた量の基準溶液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
は保液室構成部42と同様に、望ましくは、適度の剛性及
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、センサ16、18等々からの導電性エレメント
（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信号の干渉
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際には、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。しかしながら、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物質を取り
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、各物質に固有
の電極は隣接する電極が感応性を有するもう一つの物質
に対応する小さなシグナルを発生するようにするのがよ
い。この可能性は、カートリッジのボディを非常に短く
したとき強まる。これによってイオンの移動が対応して
減少せしめられ、混合がセンサの受容部の表面に近接し
て生じるようになる。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
電気感応性の物質が電極に沿って下方に流れ、受容体で
ある被膜から短い距離での横方向での混同を生じなくな
る。従って、カートリッジは上記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
液貯留部50は、下部挿入部44の底面へ向けて伸びてい
る。保液室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16、18等と適宜の信号検知器との
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
くことが望ましい。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、電気的信号の
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
通じて保液室46中へこれが充満するまで充分な量の試験
溶液を注入する。電気化学的活性の測定は、一郡のセン
サを介して行われる。一旦測定が行われた後、注入器54
の供給ポート56を通じて、一定量の基準溶液が供給さ
れ、これによって保液室46内の試験溶液は溝48から堰43
を越えて廃液貯留部50中へ洗い流される。上記試験溶液
を保液室46から堰43を越えて廃液貯留部50中へ洗い流す
ために、基準溶液が追加され、最後にこの試験溶液と基
準溶液の混合液を除去するため基準溶液が追加、供給さ
れる。これによって保液室46や電気化学的感応性を有す
る被膜17、19等々に残留する試験溶液は実質的に除去さ
れる。更に数回の洗浄を行うことによって、基準溶液に
含まれる各物質の濃度のうち、既知の値よりも高濃度の
ものがある場合には、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等々に残留する溶液か
らのイオンの活性に起因する測定溶液中の特定のイオン
の濃度の不正確な測定が回避される。

第４図には、カートリッジの保液室構成部42と保液室
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有する物質の分析を
行い得る14個のセンサが配列されている。保液室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
みの基準溶液並びに試験溶液を保液室46から洗い流すた
めに用いられた溶液を貯留するための廃液貯留部50が設
けられている。廃液貯留部50は、一郡のセンサとの間に
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、保液室46内
に収容される溶液の量を正確に規定するようになってい
る。溶液の導入は、前述の場合と同様のステップに従っ
て行ってもよいが、或いはまた、保液室46内へ最初に基
準溶液を導入して測定を行い、しかる後試験溶液を基準
溶液内へ導入してその測定を行うようにしてもよい。基
準溶液を最初に導入することにより、この基準溶液を除
去するために比較的多量の試験溶液による洗浄を行わな
くても平衡状態が達成され、測定を行うことができる。
過剰な試験溶液は廃液貯留部50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い捨てタイプのものを想定してい
る。しかしながら、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廃液貯留部50
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、溶液を収容する保液室46をオープント
ップ構造としてもよい。しかしながら、その場合におい
ては、嫌気性が失われ、物質や基準溶液が大気に曝され
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う場合には、嫌気性の環境
のもとで測定を行うことが望ましい。）そのため、使用
前に、保液室46や廃液貯留部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、試験溶液導入エレメント
60を、分流バルブ若しくは分配器に変更し、基準溶液を
その源泉から直接抽出するようにしてもよい。例えば、
試験溶液導入エレメント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。例えば、溶液の
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
最大限に行われるように、発光側のファイバと受光側の
フィア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、保液室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
物質に特有の作用物質がその反応時に色彩変化を生じる
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、分析すべき溶液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、溶液の混合を防止しつつ汚染をなく
し、適宜の検出層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、電位差滴定、静電位分析、抵抗分析、比色
分析等々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。

小型化システムについて 第５図及び第６図には、上記の如き電極を具備し、セ
ンサを有するカートリッジを使用し、更に上記の如き分
析技術によって測定を行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、主体部81に開閉パネル83をヒンジ止め（図示せ
ず）した携帯用ケース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、ポワーコンデンサ、ト
ランス等々である。

主体部81の基本的な構成は、マイクプロセッサ（図示
せず）と、その所望の機能を立ち上げる操作ボタンの列
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。主体部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、
光学的文字読み取り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、特定センサや、センサの組み
合わ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。

下側の開閉パネル83には、太陽電池パネル89や、RS23
2ポート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91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
ニタからの信号は、液晶表示画面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
てこれらの信号を処理し、更に適宜のボタンによってこ
れらの作動を行わせることができる。RS232ポート90
は、図示した装置と、これから離れた場合に設置された
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
等の付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。マククロプロセッサ及
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幅8.26cm、幅22.9
cm、厚さ5.26cm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226.8g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
持ち運ぶ必要がなくなる。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80に使用するため、ポータブル形
式でかつ使い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はその保液室構成部95と下部挿
入部97とを有し、下部挿入部97は、これに適合するよう
ユニット80に設けられたカートリッジ受容部に挿入さ
れ、ここで電気的な接続が行われるようになっている。
ユニット80の内部には、第１図を参照しつつ説明した電
子回路及び制御回路が収納されており、これによって前
述の方法に基づく溶液の分析が行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に係数に関する情報がストアされ
ている。

保液室構成部95の具体的な構成について説明すれば、
これには基準溶液を収容する保液室と、保液室に基準溶
液を充満させるためのプッシュボタン形式の基準溶液注
入器98が設けられている。試験溶液導入ポート96は、血
液その他の溶液を保液室へ注入するためのものである。
この実施例においては、廃液貯留部はその全体が保液室
構成部95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、医療関係者によっ
て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。しかしながら、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、及び単一キャリブレーションに
よるレファレンス電極を必要としない技術に関する説明
から、更に様々な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、ここに添付の請求の範囲
に記載された本発明の請求の範囲に包含されるものであ
る。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記のステップから成ることを特徴とす
   る、第一及び第二の物質に反応する第一のセンサと、第
   一の物質のみに反応する第二のセンサと、第二の物質の
   みに反応する第三のセンサとを用いて、溶液に含まれる
   第一及び第二の物質の濃度を測定する方法。 ａ）これらのセンサを上記第一及び第二の物質を含む溶
   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物質を予め知られ
   た量を含む第二の溶液に接触させ、上記第一及び第二の
   センサの間の電位差であるところの第三の信号と、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四
   信号を発生させるステップ。 ｅ）第三及び第四の信号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信号から定数を算出するステッ
   プ。 ｇ）上記第一及び第二の物質の濃度を決定するするため
   の定数を演算装置に入力するステップ。
2. 【請求項２】下記の構成要素から成り、請求項１に記載
   の物質の濃度を測定する方法の実施に用いられるカート
   リッジ。 ａ）カートリッジケース ｂ）第一の接続部と、第二の接続部を有し、上記カート
   リッジケース内に収容される予め定められた容積の溶液
   を収納する保液室。 ｃ）保液室の第一の接続部に接続され、保液室に溶液を
   供給する溶液供給部。 ｄ）保液室の第二の接続部に接続され、保液室から排さ
   れる溶液を溜める廃液貯留部。 ｅ）廃液貯留部から保液室への溶液の逆流を最小とする
   ための逆流防止装置。 ｆ）カートリッジケース内に設けられ、第一の接続部と
   逆流防止装置の間の保液室内に配置される、第一、第二
   及び第三のセンサ。 ｇ）上記センサが発生した信号を上記カートリッジケー
   ス外に伝達する装置。
3. 【請求項３】下記の構成要素から成り、予め定められた
   カートリッジ受容部の中に挿入され、請求項１に記載の
   物質の濃度を測定する方法の実施に用いられる使い捨て
   の小型化されたカートリッジ。 ａ）上部に定められた容積の保液室を有し、保液室には
   試験溶液の導入ポートを有するカートリッジケース。 ｂ）上記カートリッジケースに測定すべき物質を予め知
   られた量で含む溶液を供給するための基準溶液供給ポー
   ト。 ｃ）上記カートリッジケース内に設けられ、上記保液室
   と結合して上記保液室の下側に伸びており、１個は第一
   及び第二の物質のうちの何れか一方に感応し、他の１個
   はそれらのうちの他の一方に感応し、残余の１個はその
   両方の物質に感応する合計３個のセンサ。 ｄ）カートリッジケース内に設けられ、保液室よりも大
   きな容積を有し、保液室から流出する溶液を受け入れ得
   る廃液貯留部。 ｅ）物質検知装置と廃液貯留部との間に設けられた逆流
   防止装置。
4. 【請求項４】下記の構成要素から成る、請求項１に記載
   の物質の濃度を測定する方法の実施に用いられるセン
   サ。 ａ）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導電素子。 ｂ）導電素子の第一の表面を覆い得る面積と、導電素子
   の第一の表面の周囲の長さ以上の長さとを有し、導電素
   子の第一の表面と緊密に接触し、溶液中の所定の所定の
   物質に感応して検知信号を発生するイオン選択性被膜。
5. 【請求項５】下記の構成要素から成る、請求項１に記載
   の物質の濃度を測定する方法の実施に用いられる装置。 ａ）本体ケース。 ｂ）情報をディスプレイするために本体ケースに設けら
   れる情報ディスプレイ装置。 ｃ）ディスプレイする情報を選択する選択装置。 ｄ）本体ケース内部に設けられ、電気信号を処理し、処
   理された信号を情報ディスプレイ装置に伝達する装置。 ｅ）本体ケースに設けられるカートリッジ受容部。 ｆ）カートリッジ受容部に受け入れられる形状であり、
   溶液の電位を測定するためのセンサを有するカートリッ
   ジ。
6. 【請求項６】第一及び第二の物質に感応する第一のセン
   サと、第一の物質のみに感応する第二のセンサと、第二
   の物質のみに感応する第三のセンサとを用い、下記のス
   テップを順次実行して溶液中の互いに異質の第一と第二
   の物質の濃度を測定する方法。 ａ）これらのセンサを互いに異質の第一及び第二の物質
   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
   第一の信号と、上記第一及び第三のセンサの電位差であ
   るところの第二の信号を発生させるステップ。 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）既知量の上記互いに異質の第一と第二の物質を含む
   第二の溶液に接触させ、上記第一及び第二のセンサの信
   号と、第一及び第三のセンサの信号から、それぞれ第三
   及び第四の信号を発生させるステップ。 ｅ）上記第三及び第四の信号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信号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
   第二の物質の濃度を決定するステップ。
7. 【請求項７】少なくとも第一の物質とその第一の物質と
   は別異の第二の物質とを含む溶液中の第一の物質の濃度
   を測定する方法であって、第一と第二の物質に感応する
   電極を具備する第一のセンサと、第二の物質のみに感応
   する電極を具備する第二のセンサとを用いて、下記のス
   テップを順次実行することにより、第一の物質の濃度を
   測定する方法。 ａ）第一及び第二のセンサを少なくとも第一及び第二の
   物質を含む第一の溶液に接触させるステップ。 ｂ）第一及び第二のセンサが第一の溶液に接触したとき
   に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）第一及び第二のセンサを第一及び第二の物質の既知
   の量を含む第二の溶液に接触させ、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信号を発生させるステップ。 ｄ）上記第一及び第二の信号をシグナルプロセッサ装置
   に入力し、第一の物質の濃度を決定するステップ。