JP3854507B2

JP3854507B2 - サンプルの化学物性測定装置

Info

Publication number: JP3854507B2
Application number: JP2001401710A
Authority: JP
Inventors: 充本城; 伸樹吉岡
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: JP2003202319A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、少量サンプルや小さな固形サンプルを測定するのに好適であるサンプルの化学物性測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、サンプルのｐＨ，イオン濃度，酸素還元電位（ＯＲＰ）などの状態を測定するためにガラス電極を用いた測定装置がある。ｐＨの測定には、例えば図４に示されるような、ガラス電極３１と比較電極３２とが対になったものが使用される。なお、図４において、３３は内部電極、３４は内部液、３５は電極応答部、３６は比較電極内極、３７は比較電極内部液、３８は液絡部、３９は測定対象となる液体サンプルＳを入れるビーカなどの容器である。
【０００３】
このような従来の電極３１，３２を用いてサンプルＳのｐＨを測定する場合には、このサンプルＳ内に両方の電極３１，３２を浸漬していた。
【０００４】
図５はｐＨを測定する別の化学物性測定装置の構成を示している。本例の化学物性測定装置はスプーンのように形成された凹部４０の底部に、平面型ｐＨ応答ガラスによるｐＨセンサ（測定電極）４１と、比較電極４２を形成したものである。すなわち、測定対象溶液を前記凹部４０に汲み取ることにより、比較的少量であるサンプルのｐＨを測定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示す従来の化学物性測定装置は、電極３１，３２にガラスを用いているため、形状に自由度が低く、その形状が棒状であるから、これらの電極３１，３２を浸漬できる程度の多量の液体サンプルＳを用いて測定を行わなければならなかった。加えて、剥き出しになるガラスなどで形成される電極３１，３２は破損の可能性があるために取り扱いが難しいという問題もあった。
【０００６】
また、図５に示す化学物性測定装置は測定部に凹部４０などの立体的な構造があるために、サンプルは液状かゲル状である必要がある。さらに、サンプルは凹部４０に滴下した状態で、少なくとも両電極４１，４２を覆う程度の液体を必要としており、極少量のサンプルの場合には測定することができなかった。したがって、サンプルが小さな固形物の場合にはこれを液体やゲルに浸した状態で凹部４０に入れる必要があり手間がかかっていた。
【０００７】
すなわち、測定装置のセンサ部を構成する測定電極や比較電極の材質や形状によって、多量のサンプルを必要としていたりサンプルの形状が限定されるという問題があった。このため、従来の化学物性測定装置では広い平面を有する半固形のサンプルや、極めて少量のサンプル、また、小さな固形物を測定する場合には困難が伴っていた。
【０００８】
本発明は、サンプルの形状や量に関わらず測定可能であり、かつ、サンプルが液状、ゲル状である場合のみならず、小さな固形物であっても水滴を混ぜることで測定が可能となるサンプルの化学物性測定装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のサンプルの化学物性測定装置は、サンプルに接触する測定電極と、この測定電極に対向した状態で近接する比較電極と、両電極間に挟み込まれたサンプルの化学物性を算出する演算手段を有する装置本体と、前記測定電極を形成した第１平面と、前記比較電極を形成した第２平面と、両平面を対向させてサンプルを挟み込むように前記電極を近接させる挟持調節機構とを備え、前記測定電極がＩＳＦＥＴであり、さらに、前記挟持調節機構は、前記挟み込み状態から回動させて両平面を面一にさせるフラット状態に位置調整可能としたことを特徴としている。
【００１０】
したがって、測定に際して必要とされるサンプルの量は測定電極と比較電極の間の間隙を満たす程度であれば十分であり、極微量のサンプルの化学物性測定を行うことができる。また、サンプルがゲルや液体であればサンプルをそのまま測定可能であり、サンプルが小さな固形物や薄い紙片状のものであれば、測定部分を湿らせた状態でサンプルを両電極によって挟み込むだけで測定可能である。つまり、極微量のサンプルをその物理的な状態に関わらず測定できる。なお、サンプルが比較的多量のゲルや液体である場合には、測定電極と比較電極をサンプルに浸漬して測定することも可能である。
【００１１】
また、前記測定電極を形成した第１平面と、前記比較電極を形成した第２平面と、少なくとも両平面を対向させてサンプルを挟み込むように前記電極を近接させる挟持調節機構とを有しているので、サンプルを挟み込んで測定する動作を極めて容易に行うことができ、より手軽にサンプルの化学物性測定を行うことができる。
さらに、前記測定電極がＩＳＦＥＴであるので、化学特性としてサンプルのｐＨまたはイオン濃度を測定することができる。その上、測定電極の表面積を小さくすると共に耐久性の向上を図ることもできる。
【００１２】
特に、本発明では、前記挟持調節機構を、第１平面と第２平面を対向させてサンプルを挟み込む前記挟み込み状態から回動させて両平面を面一にさせるフラット状態に位置調整可能としている。すなわち、前記挟持調節機構が前記第１平面と前記第２平面とを面一に位置調整可能であるので、サンプルが両電極で挟み込むことができない程大きな固体または半固体で、測定部分が面状であるような場合においても、測定部分を少し湿らせるだけでこのサンプルの化学物性を測定することも可能となる。すなわち、容易に測定可能なサンプルがさらに増加する。
【００１３】
前記挟持調節機構が前記第１平面と前記第２平面との間隔を規定するスペーサを有する場合には、サンプルを挟み込んだ状態の両電極が接触しない程度にできるだけ近接して極微量サンプルを測定することも可能となる。また、挟み込むことによってサンプルが破損したり変形することを防止することも可能である。
【００１４】
前記両平面と挟持調節機構とを有し、装置本体に対して挿脱自在とする測定部を備えた場合には、測定部を交換することにより両電極を交換することも可能であり、測定するサンプルの化学物性を変えることも可能である。なお、サンプルの化学特性としては、ｐＨ，イオン濃度，ＯＲＰなど種々考えられ、複数の化学特性を組み合わせて測定可能としてもよい。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明のサンプルの化学物性測定装置の説明に入る前に、図１，２を用いて比較例について説明する。
図１は、本発明のサンプルの化学物性測定装置の第１の比較例の構成を示す全体図である。図１において、この比較例のサンプルの化学物性測定装置１は装置本体２と、この装置本体２に着脱自在に取り付けられる測定部３とからなる。Ｓは測定対象となるサンプルであり、前記測定部３はサンプルＳの種類および測定する化学物性などによって適宜選択する。以下に示す例ではサンプルＳのｐＨを測定する場合を説明する。測定する化学物性はｐＨのみならず特定イオンのイオン濃度、ＯＲＰなどを容易に選択することが可能である。
【００２１】
装置本体２には、サンプルのｐＨを算出する演算手段としてのマイクロコンピュータなどの演算処理部（ＣＰＵ）４と、このＣＰＵ４による演算結果を表示する表示部５とを有している。
【００２２】
測定部３はサンプルＳに接触する測定電極６と、この測定電極６を形成した第１平面７ａを有する固定台７と、測定電極６に対向した状態で近接する比較電極８と、この比較電極８を形成した第２平面９ａを有する可動台９と、各台７，９の基端部に形成された軸芯Ｏを中心に、可動台９を固定台７に対して傾動自在に保持するヒンジ１０とを有している。なお、この比較例では、測定電極６が形成された固定台７、比較電極８が形成された可動台９のみを挿脱自在に構成してもよい。
【００２３】
１１は前記可動台９の基端部分に形成された操作レバー、１２は可動部９を矢印Ａの方向に付勢する弾性部材（ばね）、１３は固定台７の上面に膨出して第１平面７ａと第２平面９ａとの間に所定の間隙ｄを確保するためのストッパ、１４は特に第１平面７ａが第２平面９ａに対して近づいた状態における可動台９の矢印Ａ方向の回転速度を弱めるためのブッシュである。つまり、この比較例の場合前記ヒンジ１０，ばね１２，ストッパ１３，ブッシュ１４が、前記両平面７ａ，９ａを対向させてサンプルＳを挟み込むように前記電極６，８を近接させる閉状態（実線）および両平面の間を開いた開状態（一点鎖線）に位置変更可能とする挟持調節機構１５を構成する。
【００２４】
１６は前記測定電極６に接続された信号線、１７は比較電極７に接続された信号線、１８は各信号線１６，１７を装置本体２に接続するためのコネクタである。
【００２５】
前記装置本体２および測定部３の外カバーは例えばＡＢＳ樹脂などによって形成されており、特に前記測定電極６および比較電極８を埋設する固定台７および可動台９は導電性のない材料であることが求められ、かつ、ある程度の強度や耐薬品性を有する材料によって形成されることが望ましい。
【００２６】
表示部５は例えば液晶表示部であり、ＣＰＵ４によって計算された測定結果を適宜表示するものである。なお、装置本体２には他にも電源スイッチや測定開始スイッチなどの入力スイッチを設ける必要があるが、この比較例では説明を簡略化するためにこれらの図示を省略する。
【００２７】
前記測定電極６はｐＨ測定用のＩＳＦＥＴである。つまり、ＩＳＦＥＴによって測定電極６を形成することにより、その表面積を小さくすると共に耐久性の向上を図っている。
【００２８】
前記比較電極８は例えば本願出願人が提案した日本特許広告公報：平成４年１６２１６号に示されている、シート型の比較電極の構成を採用している。しかしながら、この比較電極８は通常の液絡部を有するものであってもよいことは言うまでもない。
【００２９】
また、この比較例では測定電極６を固定台７に形成し、比較電極８を可動台９に形成する例を示しているが、測定電極６を可動台９、比較電極８を固定台７に設けることも可能であり、両電極６，８を可動する台に設けてもよい。
【００３０】
操作レバー１１は作業者による可動台９の開閉操作を容易とするものであり、ばね１２は操作者が操作レバー１１から手を放したときに自動的に可動台９が矢印Ａ方向に回動するように付勢するものである。なお、図１に示すばね１２はスプリングであるが、これは板ばねであってもよく、合成樹脂などを弾性部材として用いてもよい。
【００３１】
スペーサ１３は間隔ｄを確保するように固定台７の平面７ａに盛り上げて形成することにより、その製造コストを抑えることができるが、このスペーサ１３を固定台７と別体にして平面７ａに着脱自在としてもよい。この場合、スペーサ１３の交換によって間隔ｄを変更することができる。または、スペーサ１３の高さを螺子の締付け量などによって自在に調節可能とすることが望ましい。
【００３２】
また、スペーサ１３の形状も円柱状の突起に限られるものではなく、種々の形状を選択可能である。例えば、スペーサ１３を平面７ａの幅方向一杯に形成された段差として、サンプルＳを挟持したときにサンプルＳが可動台９の軸芯Ｏ方向に進入することを防ぐようにしてもよい。
【００３３】
前記ブッシュ１４は可動台９の平面９ａがスペーサ１３に当接するときの衝撃を緩和するものであり、合成樹脂などの弾性体による突起を可動台７，９の軸芯Ｏに近い位置に設けている。このブッシュ１４を構成する弾性体の固さは、ばね１２の付勢力によってサンプルＳを挟持するときにサンプルＳが飛び散ることなく電極６，８に接するように適宜調整する。また、このブッシュ１４はショックアブソーバのような構成にしてもよい。
【００３４】
前記サンプルの化学物性測定装置１を用いてサンプルＳのｐＨを測定する場合には、利用者は操作レバー１１を用いて可動台９を開いた状態で、拡大図に示すように微量のサンプルＳをスポイドなどで測定電極６の上に滴下し、その後操作レバー１１を離す。このとき、可動台９はばね１２の付勢力によって矢印Ａ方向に回動し、ブッシュ１４の作用によってサンプルＳを静かに両電極６，８によって押しつけることができる。そして、その間隔ｄはスペーサ１３によって的確に調整される。
【００３５】
測定に必要なサンプルＳの量は、両電極６，８の面積に間隔ｄを掛けた量であるから極微量であってよい。すなわち、ｐＨ測定のために採取するサンプルＳは極微量であるから、例えば固形のサンプルＳである場合には電極６の上にのせた状態で、水などの液体を少しこれに滴下して測定することができる。
【００３６】
また、紙などの薄い固形サンプルＳを用いる場合には、一部を少し濡らした状態で、その濡らした部分を挟み込むことによって測定することが可能である。なお、紙などの薄いサンプルＳを測定する場合はスペーサ１３を無くしてサンプルＳの厚みによって電極６，８の間隔ｄを確保してもよい。
【００３７】
すなわち、この比較例のサンプルの化学物性測定装置１を用いることにより、固体、液体、ゲルなどあらゆる状態のサンプルＳを測定することができるだけでなく、測定に必要な量は極微量である。なお、サンプルＳが大量の液体である場合には、測定部３の先端をサンプルＳに浸漬することも可能であることはいうまでもない。
【００３８】
また、電極６，８は何れも固定台７、可動台９によって形成される平面７ａ，９ａの内側に形成されるので、電極６，８の破損を効果的に防止して、サンプルの化学物性測定装置１の扱いが容易となる。そして、この比較例において説明したように電極６はＩＳＦＥＴであるので、ガラス電極によって形成する場合に比べてさらに堅牢性を増し加えることができる。同様に、本例の電極８はシート型の比較電極であるから堅牢性をさらに向上している。
【００３９】
なお、上述した挟持調節機構１５はこの比較例において説明したものに限られるものではなく、種々の変形が考えられる。図２は前記挟持調節機構１５の変形例となる第２の比較例の別の測定部３Ａの例を示す図である。なお、この第２の比較例において図１と同じ符号は付された部分は同一または同等の部材であるからその詳細な説明を省略する。
【００４０】
図２に示す測定部３Ａでは、前記可動台９を固定台７に対して平行移動するようにした挟持調節機構１９を形成する例を示している。すなわち、図１に示すように軸芯Ｏを中心に回動するように両平面７ａ，９ａを対向させる構成は簡素である反面、第１平面７ａと第２平面９ａとの間に角度が発生するために電極６，８間の位置関係を厳密に平行にすることは難しいが、この第２の比較例のように両平面７ａ，９ａを平行移動するように体面させることにより、より少ないサンプルＳを電極６，８間に位置させることができる。
【００４１】
以下、本発明のサンプルの化学物性測定装置について説明する。図３は本発明のサンプルの化学物性測定装置における測定部３Ｂの例を示している。なお、本例において、図１，２と同じ符号を付した部材は同一または同等の部材であるからその詳細な説明を省略する。
【００４２】
図３において、サンプルの化学物性測定装置１は、サンプルＳに接触するＩＳＦＥＴよりなる測定電極６と、この測定電極６に対向した状態で近接する比較電極８と、両電極６，８間に挟み込まれたサンプルＳの化学物性を算出する演算手段４を有する装置本体２とを備え、さらに、前記測定電極６を形成した第１平面７ａと前記比較電極８を形成した第２平面９ａとを対向させてサンプルＳを挟み込むように前記電極６，８を近接させる一方、両平面７ａ，９ａを回動させる軸芯Ｏを両平面７ａ，９ａの長手方向に平行に設け、前記挟み込み状態から回動させて第１平面７ａと第２平面９ａを面一にさせるフラット状態に位置調整可能とした挟持調節機構２０を備えている。すなわち、本例のように、挟持調節機構２０を全開状態にしたときに両平面７ａ，９ａを面一にさせるフラット状態を形成することにより、サンプルＳが両電極６，８で挟み込むことができない程大きな固体やゼリー状などの半固体で、測定部分が面状であるような場合においても、測定部分を少し湿らせるだけでこのサンプルＳの測定を行なうことが可能となり、容易に測定可能なサンプルＳがさらに増加する。
【００４３】
なお、挟持調節機構２０は両平面７ａ，９ａが面一になる状態からさらに回動可能に構成してもよい。また、本例のようにフラット状態を形成可能な挟持調節機構１９を構成する場合には、電極６，８を軸芯Ｏに寄せることにより、フラット状態でより小さい平面状のサンプルＳを測定することが可能となる。
【００４４】
【００４５】
【００４６】
【００４７】
【００４８】
【００４９】
【００５０】
【００５１】
【００５２】
【００５３】
【００５４】
【００５５】
【００５６】
【００５７】
上述した各比較例ならびに本発明では、サンプルＳの化学物性の一例としてｐＨを測定するための測定電極６と比較電極８の例を挙げて説明しているが、本発明はｐＨ測定に限定されるものではないことはいうまでもない。すなわち、測定電極６と比較電極８の種類を変更することによって、特定のイオン濃度を測定することも、ＯＲＰの測定を行うことも可能である。
【００５８】
さらに、複数の化学物性を同時に測定できるように複数種類の測定電極と比較電極を設けることも可能である。この場合、表示部５には複数成分の測定結果が一度に表示され、利用者はサンプルＳの化学物性をより的確に知ることができる。
【００５９】
そして、前記各比較例ならびに本発明では測定部３，３Ａ，３Ｂを装置本体２に対して着脱自在としているので、この測定部だけを取り替えることにより、測定する化学物性を変えたり、測定方法を変えることも可能である。また、測定部を使い捨てにして、測定部のメンテナンスを不要としたり、常に最善の状態で測定を行うことも可能である。とりわけ人体に関係する化学物性を測定する場合には、測定部を使い捨てにすることが望ましい。
【００６０】
加えて、上述した各比較例ならびに本発明例では装置本体２がコネクタ１８によって接続された状態では測定部３，３Ａ，３Ｂに一体的に接触しており、測定と同時に測定結果が表示部５に表示される例を示しているので、より手軽に測定を行うことができ、測定結果をその場で確認できる利点があるが、本発明はこの装置本体２の構成を限定するものではない。
【００６１】
すなわち装置本体２が測定部に対して直接的に接触して電気信号を有線または無線によるデータ通信によって送信する通信部を有する子機と、データ通信によって得られた電気信号を解析演算して化学物性の測定結果を算出し、これを表示する処理部を有する親機によって形成してもよい。この場合、測定結果を親機側で記憶することにより統計演算を行ったり、測定結果の整理や評価を行うことも可能である。
【００６２】
また、子機にそれぞれＩＤをつけてこれを通信することにより、複数の子機を一台の親機によって制御することも可能である。さらに、簡易的な表示部５を装置本体２に子機側に設けて、測定時に手元でも測定結果を表示するようにしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のサンプルの化学物性測定装置によれば、測定電極と比較電極が対向した状態で近接するので、少量のサンプルや、小さな固形物であっても水滴と混ぜることにより容易にその化学物性を測定可能である。また、測定電極と比較電極を挟み込むように位置変更可能とすることにより、細くて柔軟な固形のサンプルも挟み込むことによって測定することができる。そして、測定電極と比較電極を同一平面状に位置変更可能とすることにより、平面形状のサンプルの測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサンプルの化学物性測定装置の比較例を示す図である。
【図２】前記比較例の変形例を示す図である。
【図３】本発明のサンプルの化学物性測定装置における測定部を示す図である。
【図４】従来のｐＨ測定電極の例を示す図である。
【図５】従来のｐＨ測定電極の別の例を示す図である。
【符号の説明】
１…サンプルの化学物性測定装置、２…装置本体、３，３Ｂ…測定部、４…演算手段（ＣＰＵ）、６…測定電極、７ａ…第１平面、８…比較電極、９ａ…第２平面、１３…スペーサ、２０…挟持調節機構、Ｓ…サンプル。

Claims

サンプルに接触する測定電極と、この測定電極に対向した状態で近接する比較電極と、両電極間に挟み込まれたサンプルの化学物性を算出する演算手段を有する装置本体と、前記測定電極を形成した第１平面と、前記比較電極を形成した第２平面と、両平面を対向させてサンプルを挟み込むように前記電極を近接させる挟持調節機構とを備え、前記測定電極がＩＳＦＥＴであり、さらに、前記挟持調節機構は、前記挟み込み状態から回動させて両平面を面一にさせるフラット状態に位置調整可能としたことを特徴とするサンプルの化学物性測定装置。
前記挟持調節機構が前記第１平面と前記第２平面との間隔を規定するスペーサを有する請求項１に記載のサンプルの化学物性測定装置。
前記両平面と挟持調節機構とを有し、装置本体に対して挿脱自在とする測定部を備えた請求項１または２に記載のサンプルの化学物性測定装置。