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JP6683230B2 - 測定装置 - Google Patents

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Description

本開示は、溶液の状態を測定する測定装置に関する。
溶液中に含まれる水素イオン等の任意のイオンの濃度を測定する技術が従来から知られている。
例えば、特許文献１には、比較部の安定性に優れるとともに、化学的及び物理的耐久性にも優れることで、測定結果の再現性及び安定性が良好な、小型化及び固体化可能なイオン感応型電界効果トランジスタ（Ion Sensitive Field Effect Transistor (ISFET)）型のイオンセンサが開示されている。
特開２００９−２３６６８７号公報
しかしながら、測定部において溶液と接触している部分が、異物の付着、変質、及び削れ等を含む原因によって使用と共に劣化し、測定部から正確な測定信号が出力されなくなるといった問題があった。特許文献１に記載のイオンセンサのような場合、例えば、溶液と接触することでイオン感応膜が次第に劣化する。このとき、ユーザは、新たなイオンセンサに短期で交換する必要があり、利便性が低かった。
本開示は、長期にわたって溶液の状態を測定可能であり、ユーザの利便性が向上する測定装置を提供することを目的とする。
幾つかの実施形態に係る測定装置は、溶液の状態を測定する測定装置であって、前記溶液の状態に関連付けられた測定信号を出力する測定部と、前記測定部に取り付けられている保護部と、前記測定部から出力される前記測定信号に基づいて、前記溶液の状態に関する情報を取得する制御部と、を備え、前記測定部は、前記溶液と接触することで前記測定信号の出力に寄与する使用可能状態にある第１部分と、前記保護部によって前記溶液と隔離され、測定の待機状態にある第２部分と、を有する。これにより、長期にわたって溶液の状態を測定可能であり、ユーザの利便性が向上する。より具体的には、測定の待機状態にある第２部分を測定部が有することで、校正及び内部液の補充等を含むメンテナンス作業の周期が延長され、長期間の測定が可能になる。例えば、測定装置を用いれば、年単位での連続測定が可能である。
一実施形態において、前記保護部は、前記測定部の前記第２部分と前記溶液とを隔離する保護板を有し、前記保護板は、生分解性樹脂及び酸溶解性樹脂の少なくとも一方によって構成されてもよい。これにより、測定部の第２部分は、溶液と接触しないので、測定部の第２部分の劣化が抑制される。すなわち、測定部の第２部分は、第１部分による測定が継続されている間も、未使用の状態を維持可能である。また、生分解性樹脂及び酸溶解性樹脂の少なくとも一方によって保護板が構成されることで、保護板が測定部から脱離した場合であっても、溶液によって分解又は溶解する。したがって、保護板が溶液中に異物として残存することを防止できる。
一実施形態において、前記保護部は、前記保護板と前記測定部との取付部分を加熱するヒータをさらに有してもよい。これにより、保護板と測定部との取付部分の状態をヒータによる加熱で制御可能である。
一実施形態において、前記取付部分は、前記溶液の温度よりも高く、かつ前記ヒータによって加熱される際の温度よりも低い融点を有する熱溶解性接着剤を含み、前記保護板は、前記熱溶解性接着剤による接着により前記測定部に取り付けられていてもよい。これにより、ヒータの加熱によって取付部分に含まれる熱溶解性接着剤が溶解することで、保護板が測定部から脱離する。したがって、測定部の第２部分を測定の待機状態から使用可能状態へと切り替える制御がヒータの制御によって可能となり、当該切り替え制御が容易になる。
一実施形態において、前記制御部は、前記測定部の前記第１部分によって測定可能な所定の範囲を前記溶液の状態に関する情報の測定値が超えたと判定すると、前記ヒータの加熱によって前記保護板を前記測定部から取り外し、前記第２部分に基づいて前記測定信号を取得してもよい。これにより、測定部の第１部分に基づく測定が不可能となった場合であっても、測定部の第２部分に基づく測定に切り替えることが可能である。したがって、長期にわたって溶液の状態を測定可能であり、ユーザの利便性が向上する。
一実施形態において、前記保護板と前記測定部の前記第２部分との間に、特性が既知である内部液又はゲルが充填されていてもよい。これにより、制御部が保護板を脱離させる直前まで測定部の第２部分を用いた測定装置の校正が可能である。
一実施形態において、前記溶液の状態に関する情報は、ｐＨ濃度を含み、前記測定部は、ガラス電極型ｐＨ測定に用いられる、１つのガラス電極部と、第１比較電極部と、第２比較電極部とを有し、前記第１部分は、一対の前記ガラス電極部と前記第１比較電極部とを有し、前記第２部分は、前記第２比較電極部を有してもよい。これにより、従来のガラス電極型ｐＨ測定装置を用いた場合でも、校正及び内部液の補充等を含むメンテナンス作業の周期が延長され、長期間の測定が可能になる。
一実施形態において、前記ガラス電極部に含まれる内部電極と前記第１比較電極部に含まれる内部電極との距離は、前記ガラス電極部に含まれる前記内部電極と前記第２比較電極部に含まれる内部電極との距離と同一であってもよい。これにより、ガラス電極部の内部電極と各比較電極部の内部電極との電極間距離が一定であるため、各比較電極部の内部電極を用いた場合の測定結果の間で測定誤差が低減する。
一実施形態において、前記溶液の状態に関する情報は、イオン濃度を含み、前記測定部は、第１イオン感応型電界効果トランジスタと、第２イオン感応型電界効果トランジスタとを有し、前記第１部分は、前記第１イオン感応型電界効果トランジスタを有し、前記第２部分は、前記第２イオン感応型電界効果トランジスタを有してもよい。これにより、従来のイオン感応型電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）型測定装置を用いた場合でも、メンテナンス作業の周期が延長され、長期間の測定が可能になる。また、測定部が小型のＩＳＦＥＴによって構成されることで、測定装置１が小型に維持される。
本開示によれば、長期にわたって溶液の状態を測定可能であり、ユーザの利便性が向上する測定装置を提供可能である。
第１実施形態に係る測定装置の構成の一例を示す模式図である。 図１の測定装置と溶液とを含むブロック図である。 図２の第２比較電極部の先端部の拡大図である。 図１の測定装置によって得られる溶液のｐＨ濃度の時間依存性を示す模式図である。 図１の測定装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図１の測定装置の第１変形例を示す模式図である。 図１の測定装置の第２変形例を示す模式図である。 図１の測定装置の第３変形例を示す模式図である。 第２実施形態に係る測定装置の構成の一例を示す模式図である。 第３実施形態に係る測定装置の構成の一例を示す模式図である。
以下では、添付図面を参照しながら本開示の一実施形態について主に説明する。以下の図面では、説明の簡便のために、所定の構成部の図示を適宜省略する。例えば、図３、図６、図７、図９、及び図１０において後述する溶液Ｌの図示は省略されている。
（第１実施形態）
図１乃至図８を参照しながら、第１実施形態に係る測定装置１の構成及び機能について主に説明する。
図１は、第１実施形態に係る測定装置１の構成の一例を示す模式図である。第１実施形態に係る測定装置１は、溶液Ｌの状態に関する情報を取得する。第１実施形態において、「溶液Ｌの状態に関する情報」とは、ｐＨ濃度、すなわち水素イオン濃度を含む。第１実施形態に係る測定装置１は、ガラス電極型ｐＨ測定に用いられる複数の電極部を有する。図１を参照すると、測定装置１は、測定部１０と、測定部１０に取り付けられている保護部２０とを有する。
測定部１０は、溶液Ｌの状態に関連付けられた測定信号を出力する。測定部１０は、使用可能状態にある第１部分Ｐ１と、測定の待機状態にある第２部分Ｐ２とを有する。「使用可能状態」とは、溶液Ｌと接触することで、溶液Ｌの状態に関連付けられた測定信号の出力に寄与することが可能な測定部１０の状態を含む。より具体的には、第１実施形態において「使用可能状態」とは、ガラス電極型ｐＨ測定に基づく測定信号の出力に寄与することが可能な測定部１０の状態を含む。「測定の待機状態」とは、保護部２０によって溶液Ｌと隔離され、溶液Ｌの状態に関連付けられた測定信号の出力に寄与しない測定部１０の状態を含む。より具体的には、第１実施形態において「測定の待機状態」とは、ガラス電極型ｐＨ測定に基づく測定信号の出力に寄与しない測定部１０の状態を含む。
測定部１０の第１部分Ｐ１は、一対のガラス電極部１１と第１比較電極部１２とを有する。ガラス電極部１１は、水素イオンに応答するガラス薄膜１１ａと、ｐＨ濃度が既知の内部液１１ｂと、電気信号を読み出すための内部電極１１ｃと、内部電極１１ｃを支持する支持部１１ｄとを有する。ガラス薄膜１１ａは、支持部１１ｄの先端に取り付けられている。内部液１１ｂは、支持部１１ｄの内部に充填されている。内部液１１ｂは、例えばｐＨ７のリン酸緩衝液等の任意の溶液を含んでもよい。内部電極１１ｃは、支持部１１ｄの内部に充填された内部液１１ｂに浸っている。
第１比較電極部１２は、液絡部１２ａと、ｐＨ濃度が既知であり、かつ液間電位が小さい内部液１２ｂと、電気信号を読み出すための内部電極１２ｃと、内部電極１２ｃを支持する支持部１２ｄとを有する。液絡部１２ａは、支持部１２ｄの先端に配置され、複数の微細な孔を有する。内部液１２ｂは、支持部１２ｄの内部に充填されている。内部液１２ｂは、例えばＫＣＬ溶液等の任意の溶液を含んでもよい。内部液１２ｂは、液絡部１２ａを介して溶液Ｌ中に拡散する。内部電極１２ｃは、支持部１２ｄの内部に充填された内部液１２ｂに浸っている。
第１部分Ｐ１に基づくガラス電極型ｐＨ測定では、ガラス薄膜１１ａに対して支持部１１ｄの内側及び外側にそれぞれ異なった２種類の溶液が配置されている。すなわち、内部液１１ｂと溶液Ｌとが配置されている。このとき、内部液１１ｂ及び溶液ＬのｐＨ濃度の差に比例した起電力がガラス薄膜１１ａの両面に発生する。内部液１１ｂに浸っている内部電極１１ｃは、ガラス薄膜１１ａの両面に発生する起電力に対応する起電力を発生させる。一方で、内部液１２ｂに浸っている内部電極１２ｃは、液絡部１２ａを介した溶液Ｌへの内部液１２ｂの拡散に伴って、溶液Ｌと電気的に接触しつつ常に一定の起電力を発生させる。
以上のように、測定部１０の第１部分Ｐ１では、第１比較電極部１２の内部電極１２ｃと溶液Ｌとの電気的接続を維持するために、液絡部１２ａより内部液１２ｂが少量ずつ拡散される。したがって、内部液１２ｂは、測定装置１による溶液ＬのｐＨ濃度の測定に伴って、測定時間の経過と共に次第に減少する。内部液１２ｂが空になると、測定部１０の第１部分Ｐ１を用いた測定が不可能となる。したがって、第２部分Ｐ２及び保護部２０を有さない従来のガラス電極型ｐＨ測定装置では、これらの要因により、校正及び内部液１２ｂの補充等を含むメンテナンス作業が、例えば１〜３ヶ月程度の短期間で発生していた。内部液１２ｂの量を増やしてメンテナンス作業の周期を延長することも考えられるが、この場合、内部液１２ｂを収容する支持部１２ｄが大型化し、結果としてガラス電極型ｐＨ測定装置全体が大型化する。以上により、従来技術では、ガラス電極型ｐＨ測定装置を小型に維持したまま、ガラス電極型ｐＨ測定装置による長期の測定が困難であり、ユーザの利便性が低かった。
第１実施形態に係る測定装置１は、このような課題を解決して、溶液Ｌの状態の測定を長期にわたって実現し、ユーザの利便性を向上させる。このために、測定装置１は、測定部１０の第２部分Ｐ２と、保護部２０とを有する。
測定部１０の第２部分Ｐ２は、使用可能状態にある一対のガラス電極部１１と第１比較電極部１２とは異なる第２比較電極部１３を有する。第２比較電極部１３は、液絡部１３ａと、ｐＨ濃度が既知であり、かつ液間電位が小さい内部液１３ｂと、電気信号を読み出すための内部電極１３ｃと、内部電極１３ｃを支持する支持部１３ｄとを有する。液絡部１３ａは、支持部１３ｄの先端に配置され、複数の微細な孔を有する。内部液１３ｂは、支持部１３ｄの内部に充填されている。内部液１３ｂは、例えばＫＣＬ溶液等の任意の溶液を含んでもよい。液絡部１３ａを介した内部液１３ｂの溶液Ｌへの拡散は、保護部２０によって抑制されている。内部電極１３ｃは、支持部１３ｄの内部に充填された内部液１３ｂに浸っている。
ガラス電極部１１に含まれる内部電極１１ｃと第１比較電極部１２に含まれる内部電極１２ｃとの距離は、内部電極１１ｃと第２比較電極部１３に含まれる内部電極１３ｃとの距離と同一であってもよい。これにより、ガラス電極部１１の内部電極１１ｃと各比較電極部の内部電極との電極間距離が一定であるため、内部電極１１ｃ及び内部電極１２ｃを用いた場合の測定結果と、内部電極１１ｃ及び内部電極１３ｃを用いた場合の測定結果との間で測定誤差が低減する。
図２は、図１の測定装置１と溶液Ｌとを含むブロック図である。図２を参照すると、測定装置１は、ガラス電極部１１、第１比較電極部１２、及び第２比較電極部１３を含む測定部１０、並びに保護部２０に加えて、電圧検出部３０と、制御部４０と、通信部５０と、記憶部６０とを有する。
電圧検出部３０は、電圧を検出可能な任意の電圧センサを含む。電圧検出部３０は、ガラス電極部１１の内部電極１１ｃと第１比較電極部１２の内部電極１２ｃとに発生する起電力の差、すなわち電圧を検出する。電圧検出部３０は、後述する第１比較電極部１２に基づく測定から第２比較電極部１３に基づく測定への切り替えに応じて、内部電極１２ｃとの接続を第２比較電極部１３の内部電極１３ｃとの接続に切り替える。
制御部４０は、１つ以上のプロセッサを含む。例えば、制御部４０は、測定装置１に関する処理を可能にするプロセッサを含む。制御部４０は、測定装置１を構成する各構成部に接続され、各構成部をはじめとして測定装置１全体を制御及び管理する。制御部４０は、測定部１０から出力される測定信号に基づいて、溶液Ｌの状態に関する情報を取得する。より具体的には、制御部４０は、電圧検出部３０を介して取得した測定部１０からの電圧信号に基づいて溶液ＬのｐＨ濃度を算出する。
通信部５０は、有線又は無線に基づく任意の通信プロトコルに対応した任意の通信インタフェースを含む。通信部５０は、制御部４０によって取得された溶液Ｌの状態に関する情報を任意の外部装置に送信してもよい。通信部５０は、後述する保護部２０の電極ヒータ２３を制御する制御信号を任意の外部装置から受信してもよい。
記憶部６０は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等の任意の記憶装置を含み、測定装置１の動作を実現するために必要な情報を記憶する。記憶部６０は、主記憶装置、補助記憶装置、又はキャッシュメモリとして機能してもよい。記憶部６０は、測定装置１に内蔵されているものに限定されず、ＵＳＢ等のデジタル入出力ポート等によって接続されている外付け型の記憶装置であってもよい。記憶部６０は、例えば、制御部４０によって取得された溶液Ｌの状態に関する情報を記憶する。
図３は、図２の第２比較電極部１３の先端部の拡大図である。図３では、支持部１３ｄの内部に収容される内部液１３ｂ及び内部電極１３ｃの図示は省略されている。図３を参照しながら、保護部２０の構成及び機能について主に説明する。
保護部２０は、測定部１０の第２部分Ｐ２と溶液Ｌとを隔離する保護板２１を有する。より具体的には、保護板２１は、第２部分Ｐ２に含まれる第２比較電極部１３と溶液Ｌとを電気的に隔離する。保護板２１は、例えば、生分解性樹脂、並びにアクリル酸系及びフタル酸系等の分子量を制御した樹脂を含む酸溶解性樹脂の少なくとも一方によって構成されてもよい。保護板２１の構成はこれに限定されない。保護板２１は、例えば、生分解性及び酸溶解性のいずれも有さない任意の材料によって構成されてもよい。
保護板２１は、例えば、測定部１０の第２比較電極部１３の支持部１３ｄの先端面側に、熱溶解性接着剤２２による接着により取り付けられている。熱溶解性接着剤２２は、測定対象となる溶液Ｌの温度よりも高く、かつ後述する電極ヒータ２３によって加熱される際の温度よりも低い融点を有する任意の樹脂である。
保護板２１と第２比較電極部１３の液絡部１３ａとの間には、特性が既知である内部液１３ｅが充填されている。内部液１３ｅの「特性」とは、例えばｐＨ濃度を含む。内部液１３ｅは、内部液１３ｂと同一の溶液であってもよいし、内部液１３ｂとｐＨ濃度が同一で異なる成分により構成される溶液であってもよいし、内部液１３ｂとは全く異なる溶液であってもよい。
このように、液絡部１３ａの外側が内部液１３ｅ及び保護板２１によって保護されていることで、内部液１３ｂの溶液Ｌへの拡散が抑制される。内部液１３ｅ及び保護板２１によって、内部電極１３ｃの劣化が抑制され、第２比較電極部１３が溶液Ｌと接触する前の未使用の状態に第２比較電極部１３が維持される。
保護部２０は、保護板２１と測定部１０との取付部分を加熱する電極ヒータ２３をさらに有する。保護板２１と測定部１０との取付部分、より具体的には、保護板２１と第２比較電極部１３の支持部１３ｄとの取付部分には、上述した熱溶解性接着剤２２が介在する。電極ヒータ２３は、熱溶解性接着剤２２の近傍に配置され、図１に示すとおり、通電線２４を介して制御部４０と接続されている。電極ヒータ２３は、制御部４０による制御に基づいて熱溶解性接着剤２２を加熱する。
図４は、図１の測定装置１によって得られる溶液ＬのｐＨ濃度の時間依存性を示す模式図である。図４の縦軸は、溶液ＬのｐＨ濃度を示す。図４の横軸は、測定時間を示す。図４の測定グラフの一例において示す破線は、溶液ＬのｐＨ濃度の測定値のドリフトを示す。
図４を参照すると、測定装置１によって得られる溶液ＬのｐＨ濃度の測定値は、測定時間が経過するに従って一定の方向にドリフトする。溶液Ｌの実際のｐＨ濃度が変化すると溶液ＬのｐＨ濃度の測定値も対応して変化するが、溶液Ｌの実際のｐＨ濃度が一定であっても、溶液ＬのｐＨ濃度の測定値は、測定値が一定の割合で減少するようなドリフトを示す。測定装置１は、溶液ＬのｐＨ濃度の目安をユーザがある程度把握して、溶液ＬのｐＨ濃度に適合する測定範囲を有するようにユーザによって適切に選択される。すなわち、測定装置１は、測定可能な所定の範囲を有する。
制御部４０は、測定部１０の第１部分Ｐ１によって測定可能な所定の範囲を溶液Ｌの状態に関する情報の測定値が超えたか否かを判定する。例えば、溶液Ｌの状態に関する情報の測定値は、上述したドリフトによって、測定装置１が測定可能な所定の範囲の下限値をある測定時間において超える。また、溶液Ｌの状態に関する情報の測定値は、例えば、第１比較電極部１２の内部液１２ｂが全て溶液Ｌに流出し、第１比較電極部１２における内部液１２ｂの残量がゼロになると、ゼロの値をとるか、又は増大して振り切る。このとき、溶液Ｌの状態に関する情報の測定値は、測定装置１が測定可能な所定の範囲の下限値又は上限値を超える。また、溶液Ｌの状態に関する情報の測定値は、例えば、ガラス薄膜１１ａの表面に異物が付着すると、測定装置１が測定可能な所定の範囲の下限値又は上限値を超えて、当該異物によって定まる特定のｐＨ濃度を維持する。
制御部４０は、所定の範囲を溶液Ｌの状態に関する情報の測定値が超えたと判定すると、電極ヒータ２３を加熱し、電極ヒータ２３の加熱によって保護板２１を測定部１０から取り外す。このとき、制御部４０は、第２部分Ｐ２に基づいて測定信号を取得する。より具体的には、制御部４０は、ガラス電極部１１及び第１比較電極部１２を用いた測定から、ガラス電極部１１及び第２比較電極部１３を用いた測定に切り替える。電圧検出部３０は、このような制御部４０による測定の切り替えに応じて、第１比較電極部１２の内部電極１２ｃとの接続を第２比較電極部１３の内部電極１３ｃとの接続に切り替える。
図５は、図１の測定装置１の動作の一例を示すフローチャートである。図５を参照しながら、測定装置１の動作の一例について主に説明する。
ステップＳ１０１では、測定装置１は、第１部分Ｐ１に基づいて溶液Ｌの状態を測定する。より具体的には、制御部４０は、ガラス電極部１１と第１比較電極部１２とを用いて測定部１０から出力された電圧信号に基づき、溶液Ｌの状態に関する情報を連続的に取得する。
ステップＳ１０２では、制御部４０は、測定部１０の第１部分Ｐ１によって測定可能な所定の範囲を溶液Ｌの状態に関する情報の測定値が超えたか否かを判定する。所定の範囲を溶液Ｌの状態に関する情報の測定値が超えたと制御部４０が判定すると、フローはステップＳ１０３に進む。所定の範囲を溶液Ｌの状態に関する情報の測定値が超えていないと制御部４０が判定すると、フローはステップＳ１０１に戻る。
ステップＳ１０３では、制御部４０は、第１比較電極部１２に基づく測定を停止して、電極ヒータ２３を加熱し、電極ヒータ２３の加熱によって保護板２１を測定部１０から取り外す。より具体的には、制御部４０は、保護板２１と支持部１３ｄとを接着している熱溶解性接着剤２２を電極ヒータ２３で溶解し、保護板２１を脱離させる。保護板２１が酸溶解性樹脂によって構成され、かつ溶液Ｌが酸性である場合、保護板２１の厚さは、溶液ＬのｐＨ濃度の測定値がドリフトにより下限値を超えるときの測定時間と溶液Ｌの酸濃度とによって、定められてもよい。より具体的には、保護板２１の厚さは、溶液ＬのｐＨ濃度の測定値がドリフトにより下限値を超えるときの測定時間よりも前に保護板２１が溶液Ｌによって完全に溶解しないような厚さであってもよい。脱離した保護板２１は、溶液Ｌによって溶解し、消滅する。
ステップＳ１０４では、測定装置１は、第２部分Ｐ２に基づいて溶液Ｌの状態を測定する。より具体的には、制御部４０は、ガラス電極部１１と第２比較電極部１３とを用いて測定部１０から出力された電圧信号に基づき、溶液Ｌの状態に関する情報を連続的に取得する。
以上のような第１実施形態に係る測定装置１によれば、長期にわたって溶液Ｌの状態を測定可能であり、ユーザの利便性が向上する。より具体的には、第１部分Ｐ１に加えて、測定の待機状態にある第２部分Ｐ２を測定部１０が有することで、測定装置１が小型に維持されたまま、校正及び内部液１２ｂの補充等を含むメンテナンス作業の周期が延長され、長期間の測定が可能になる。第１比較電極部１２に基づく測定が不可能になった場合であっても、第２比較電極部１３に基づいて測定を継続できるので、測定装置１の取り出しが困難な生体内及びプロセス内へ測定装置１を導入したまま、長期間の測定が可能である。例えば、測定装置１を用いれば、年単位での連続測定が可能である。
通信部５０により溶液Ｌの状態に関する情報を任意の外部装置に送信することで、ユーザは、例えば無線通信等の通信方法により測定装置１が設置された現場にいなくても溶液Ｌの状態に関する情報を取得することができる。
以下では、図６乃至図８を用いて、第１実施形態に係る測定装置１の変形例について主に説明する。
図６は、図１の測定装置１の第１変形例を示す模式図である。図６は、測定装置１の測定部１０及び保護部２０を底面側から見たときの様子を示す。
第１実施形態では、測定部１０は、１つのガラス電極部１１と、２つの比較電極部とを有するとして説明したが、これに限定されない。測定部１０は、１つのガラス電極部１１に対して、３つ以上の比較電極部を有してもよい。図６を参照すると、測定部１０は、ガラス電極部１１、第１比較電極部１２、及び第２比較電極部１３に加えて、例えば第３比較電極部１４と、第４比較電極部１５とをさらに備えてもよい。
このとき、第２比較電極部１３に対して取り付けられている上述した保護部２０と同様の保護部２０が、第３比較電極部１４及び第４比較電極部１５にも取り付けられていてもよい。すなわち、使用可能状態にある測定部１０の第１部分Ｐ１は、上記と同様に一対のガラス電極部１１と第１比較電極部１２とを有する。測定の待機状態にある測定部１０の第２部分Ｐ２は、第２比較電極部１３に加えて、第３比較電極部１４及び第４比較電極部１５をさらに有する。
ガラス電極部１１に含まれる内部電極１１ｃと各比較電極部に含まれる内部電極との距離は、互いに同一であってもよい。例えば、各比較電極部に含まれる内部電極は、ガラス電極部１１に含まれる内部電極１１ｃを中心とする同心円状に配置されていてもよい。これにより、ガラス電極部１１の内部電極１１ｃと各比較電極部の内部電極との電極間距離が一定であるため、内部電極１１ｃ及び各比較電極部の内部電極を用いた場合の測定結果の間で測定誤差が低減する。
上記実施形態では、保護板２１は、対応する支持部の先端面側に、熱溶解性接着剤２２を介して取り付けられているとして説明したが、保護板２１の取付方法は、これに限定されない。保護板２１は、任意の方法で固定されてもよい。例えば、図６のように複数の保護板２１を固定する必要がある場合、対応する支持部ごとに取り付けるのではなく、各電極部をまとめて収容する支持部１０ａの先端面側に、熱溶解性接着剤２２を介して複数の保護板２１が取り付けられていてもよい。
保護板２１は、熱溶解性接着剤２２を介して対応する支持部の先端面側に取り付けられる代わりに、熱溶解性接着剤２２を介さずに、対応する支持部の先端面に直接取り付けられていてもよい。すなわち、熱溶解性接着剤２２は不要である。このとき、保護板２１は、測定対象となる溶液Ｌの温度よりも高く、かつ電極ヒータ２３によって加熱される際の温度よりも低い融点を有する任意の樹脂により構成される。これにより、保護板２１は、制御部４０による電極ヒータ２３の制御によって、所定の測定時間において適切に脱離可能である。
図７は、図１の測定装置１の第２変形例を示す模式図である。図７は、測定装置１の測定部１０及び保護部２０を底面側から見たときの様子を示す。
上記では、測定部１０は、１つのガラス電極部１１を有するとして説明したが、これに限定されない。測定部１０は、ガラス電極部を２つ以上有してもよい。例えば、図７に示すとおり、測定部１０は、一対のガラス電極部１１及び第１比較電極部１２に加えて、他の一対のガラス電極部１６及び第２比較電極部１３を有してもよい。このとき、第２比較電極部１３に対して取り付けられている上述した保護部２０と同様の保護部２０が、ガラス電極部１６にも取り付けられていてもよい。すなわち、使用可能状態にある測定部１０の第１部分Ｐ１は、上記と同様に一対のガラス電極部１１と第１比較電極部１２とを有する。測定の待機状態にある測定部１０の第２部分Ｐ２は、一対のガラス電極部１６と第２比較電極部１３とを有する。以上により、保護板２１によって、第２比較電極部１３に加えてガラス電極部１６の劣化が抑制される。例えば、ガラス電極部１６のガラス薄膜の表面に異物が付着することを抑制し、ガラス薄膜の汚染が抑制可能である。
ガラス電極部１１に含まれる内部電極１１ｃと第１比較電極部１２に含まれる内部電極１２ｃとの距離は、ガラス電極部１６に含まれる内部電極と第２比較電極部１３に含まれる内部電極１３ｃとの距離と同一であってもよい。これにより、各一対のガラス電極部の内部電極と比較電極部の内部電極との電極間距離が異なる対に対して同一である。したがって、各一対のガラス電極部の内部電極と比較電極部の内部電極とを用いた場合の測定結果の間で測定誤差が低減する。
図８は、図１の測定装置１の第３変形例を示す模式図である。
上記では、保護板２１は、測定部１０の第２部分Ｐ２に含まれる各電極部に対して個別に取り付けられるとして説明したが、保護板２１の取り付け方法はこれに限定されない。例えば、図８に示すとおり、図７同様に、測定の待機状態にある測定部１０の第２部分Ｐ２が一対のガラス電極部１６と第２比較電極部１３とを有する場合、一対のガラス電極部１６及び第２比較電極部１３にまとめて保護板２１が取り付けられていてもよい。
図７及び図８に示すように、測定部１０の第２部分Ｐ２において、一対のガラス電極部１６及び第２比較電極部１３が含まれるような場合でも、保護板２１と測定部１０の第２部分Ｐ２との間に、特性が既知である内部液１３ｅが充填されていてもよい。これにより、制御部４０が保護板２１を脱離させる直前までガラス電極部１６及び第２比較電極部１３を用いた校正が可能である。より具体的には、測定装置１は、保護板２１が脱離する前に、ガラス電極部１６と第２比較電極部１３とを用いてｐＨ濃度が既知の内部液１３ｅを測定する。これにより、制御部４０及びユーザは、既知のｐＨ濃度と測定値とが一致するか否かを判定可能である。したがって、測定装置１の校正が容易になる。
上記では、内部液１３ｅは、任意の溶液であるとして説明したが、これに限定されない。内部液１３ｅは、任意のゲルであってもよい。
上記では、測定部１０の第１部分Ｐ１によって測定可能な所定の範囲を溶液Ｌの状態に関する情報の測定値が超えたか否かを制御部４０が判定することで測定の切り替えが行われるとして説明したが、判定方法はこれに限定されない。例えば、制御部４０は、測定装置１の使用開始前に校正によって算出されたドリフトの傾きと、測定可能な所定の範囲の下限値とに基づいて予め測定寿命Ｔを算出してもよい。例えば、制御部４０は、第１比較電極部１２の内部液１２ｂの初期の充填量と、液絡部１２ａから流れ出る内部液１２ｂの単位時間当たりの流出量とに基づいて予め測定寿命Ｔを算出してもよい。
制御部４０は、算出した測定寿命Ｔを記憶部６０に格納し、測定部１０の第１部分Ｐ１の使用時間と、予め算出された測定寿命Ｔとを比較してもよい。例えば、制御部４０は、測定寿命Ｔに達していないと判定した場合、測定部１０の第１部分Ｐ１に基づく測定を継続させる。例えば、制御部４０は、測定寿命Ｔに達したと判定した場合、測定部１０の第２部分Ｐ２に基づく測定に切り替える。
制御部４０は、例えば、支持部１２ｄの内部に設置された任意のセンサに基づいて内部液１２ｂの残量をリアルタイムに測定し、内部液１２ｂの残量がゼロになったか否かを判定してもよい。例えば、制御部４０は、内部液１２ｂの残量がゼロになっていないと判定した場合、測定部１０の第１部分Ｐ１に基づく測定を継続させる。例えば、制御部４０は、内部液１２ｂの残量がゼロになったと判定した場合、測定部１０の第２部分Ｐ２に基づく測定に切り替える。
上記では、電極ヒータ２３を制御して保護板２１を脱離させるとして説明したが、保護板２１の除去方法はこれに限定されない。例えば、保護部２０は、電極ヒータ２３を有さなくてもよい。この場合、保護板２１は、例えば生分解性樹脂又は酸溶解性樹脂によって構成され、溶液Ｌによって徐々に分解又は溶解する。保護板２１は、例えば保護板２１が完全に分解又は溶解する時間と測定寿命Ｔとが略一致するような厚さに形成される。以上のような構成により、電極ヒータ２３が不要となるので、例えば測定装置１に電源として取り付けられる電池の消費が抑制される。電極ヒータ２３を取り付けるスペースが省略されるので、測定装置１が小型化される。
測定装置１は、例えば各支持部の外壁等の任意の位置に設置された、溶液Ｌの温度を測定する温度センサをさらに有してもよい。これにより、制御部４０は、測定された溶液Ｌの温度に基づいて、溶液Ｌの状態に関する情報の測定値を補正可能である。このような温度センサは、保護板２１と第２部分Ｐ２との間にも設置されてよい。これにより、当該温度センサは、第１部分Ｐ１に基づく測定の間、溶液Ｌから隔離される。したがって、当該温度センサの劣化が抑制され、第２部分Ｐ２に基づく測定が開始するときに、当該温度センサは未使用の状態で温度検出可能である。
（第２実施形態）
図９は、第２実施形態に係る測定装置１の構成の一例を示す模式図である。図９を参照しながら、第２実施形態に係る測定装置１の構成及び機能について主に説明する。
第１実施形態では、溶液Ｌの状態に関する情報は、ｐＨ濃度を含み、測定部１０は、ガラス電極型ｐＨ測定に用いられる各電極部を有するとして説明したが、これに限定されない。第２実施形態に係る測定装置１では、例えば、溶液Ｌの状態に関する情報は、イオン濃度を含み、測定部１０は、第１ＩＳＦＥＴ７１と、第２ＩＳＦＥＴ７２とを有してもよい。第２実施形態に係る測定装置１の測定部１０以外の構成は第１実施形態と同様であり、当該構成については、第１実施形態における上記の説明がそのまま適用される。第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。第１実施形態と異なる点について主に説明する。
図９を参照すると、測定部１０は、第１ＩＳＦＥＴ７１と、第２ＩＳＦＥＴ７２とを有する。第１ＩＳＦＥＴ７１は、ソース電極７１ａ及びドレイン電極７１ｂを含む測定電極と、比較電極７１ｃとを有する。第１ＩＳＦＥＴ７１は、ソース電極７１ａ及びドレイン電極７１ｂにわたって配置されるイオン感応膜７１ｄを有する。同様に、第２ＩＳＦＥＴ７２は、ソース電極７２ａ及びドレイン電極７２ｂを含む測定電極と、比較電極７２ｃとを有する。第２ＩＳＦＥＴ７２は、ソース電極７２ａ及びドレイン電極７２ｂにわたって配置されるイオン感応膜７２ｄを有する。
測定部１０の第１部分Ｐ１は、第１ＩＳＦＥＴ７１を有する。測定部１０の第２部分Ｐ２は、第２ＩＳＦＥＴ７２を有する。すなわち、第１ＩＳＦＥＴ７１には保護部２０が取り付けられておらず、第１ＩＳＦＥＴ７１のイオン感応膜７１ｄは溶液Ｌと接触するが、第２ＩＳＦＥＴ７２には保護部２０が取り付けられており、第２ＩＳＦＥＴ７２のイオン感応膜７２ｄは溶液Ｌと隔離される。したがって、第２ＩＳＦＥＴ７２のイオン感応膜７２ｄでは、保護部２０によって、異物の付着、変質、及び削れ等を含む劣化が抑制される。
第２実施形態に係る測定装置１の測定部１０は、保護部２０が取り付けられた第２ＩＳＦＥＴ７２と同様の構成を有するＩＳＦＥＴをさらに複数有してもよい。
以上のような第２実施形態に係る測定装置１は、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第２実施形態に係る測定装置１は、測定部１０が小型のＩＳＦＥＴによって構成される。したがって、第２部分Ｐ２の構成部の数を第１実施形態と比較してより大きくしたとしても、測定装置１が小型に維持される。第２実施形態に係る測定装置１は、小型に維持された状態であっても、メンテナンス作業の周期を延長可能であり、長期間の測定を可能にする。
（第３実施形態）
図１０は、第３実施形態に係る測定装置１の構成の一例を示す模式図である。図１０を参照しながら、第３実施形態に係る測定装置１の構成及び機能について主に説明する。
第３実施形態に係る測定装置１では、例えば、溶液Ｌの状態に関する情報は、イオン濃度又は化学成分組成量を含み、測定部１０は、第１金属薄膜８１と、第２金属薄膜８２と、プリズム基板８３と、図示しない光検出器とを有してもよい。第３実施形態に係る測定装置１の測定部１０以外の構成は第１実施形態と同様であり、当該構成については、第１実施形態における上記の説明がそのまま適用される。第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。第１実施形態と異なる点について主に説明する。
測定部１０は、第１金属薄膜８１と、第２金属薄膜８２と、プリズム基板８３と、図示しない光検出器とを有する。第１金属薄膜８１又は第２金属薄膜８２には、プリズム基板８３を介して測定光Ｌ１が照射される。例えば、第１金属薄膜８１の表面で反射した測定光Ｌ１を光検出器により検出することで、第１金属薄膜８１が接触する溶液Ｌの光吸収スペクトルを制御部４０が取得する。制御部４０は、取得した光吸収スペクトルに基づいて溶液Ｌ中の各成分のイオン濃度又は化学成分組成量を分析する。
測定部１０の第１部分Ｐ１は、第１金属薄膜８１を有する。測定部１０の第２部分Ｐ２は、第２金属薄膜８２を有する。すなわち、第１金属薄膜８１には保護部２０が取り付けられておらず、第１金属薄膜８１は溶液Ｌと接触するが、第２金属薄膜８２には保護部２０が取り付けられており、第２金属薄膜８２は溶液Ｌと隔離される。したがって、第２金属薄膜８２では、保護部２０によって、異物の付着、変質、及び削れ等を含む劣化が抑制される。
第３実施形態に係る測定装置１の測定部１０は、保護部２０が取り付けられた第２金属薄膜８２と同様の構成を有する金属薄膜をさらに複数有してもよい。
以上のような第３実施形態に係る測定装置１は、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、第３実施形態に係る測定装置１では、第１実施形態及び第２実施形態と異なり、測定信号のドリフトが存在しない。したがって、測定装置１は、異物の付着、変質、及び削れ等を含む要因によって金属薄膜が劣化しない限り、長期にわたって溶液Ｌの状態を測定可能である。仮に金属薄膜が劣化したとしても、測定装置１の測定部１０が第２部分Ｐ２を有することで、測定装置１は、メンテナンス作業の周期を延長可能であり、長期間の測定を可能にする。
本開示は、その精神又はその本質的な特徴から離れることなく、上述した実施形態以外の他の所定の形態で実現できることは当業者にとって明白である。したがって、先の記述は例示的であり、これに限定されない。開示の範囲は、先の記述によってではなく、付加した請求項によって定義される。あらゆる変更のうちその均等の範囲内にあるいくつかの変更は、その中に包含されるとする。
例えば、上述した各構成部の形状、配置、向き、及び個数等は、上記の説明及び図面における図示の内容に限定されない。各構成部の形状、配置、向き、及び個数等は、その機能を実現できるのであれば、任意に構成されてもよい。
例えば、上述した測定装置１を用いた測定方法の各ステップに含まれる機能等は、論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数のステップを１つに組み合わせたり、又は分割したりすることが可能である。
１ 測定装置
１０ 測定部
１０ａ 支持部
１１ ガラス電極部
１１ａ ガラス薄膜
１１ｂ 内部液
１１ｃ 内部電極
１１ｄ 支持部
１２ 第１比較電極部
１２ａ 液絡部
１２ｂ 内部液
１２ｃ 内部電極
１２ｄ 支持部
１３ 第２比較電極部
１３ａ 液絡部
１３ｂ 内部液
１３ｃ 内部電極
１３ｄ 支持部
１３ｅ 内部液
１４ 第３比較電極部
１５ 第４比較電極部
１６ ガラス電極部
２０ 保護部
２１ 保護板
２２ 熱溶解性接着剤
２３ 電極ヒータ
２４ 通電線
３０ 電圧検出部
４０ 制御部
５０ 通信部
６０ 記憶部
７１ 第１ＩＳＦＥＴ
７１ａ ソース電極
７１ｂ ドレイン電極
７１ｃ 比較電極
７１ｄ イオン感応膜
７２ 第２ＩＳＦＥＴ
７２ａ ソース電極
７２ｂ ドレイン電極
７２ｃ 比較電極
７２ｄ イオン感応膜
８１ 第１金属薄膜
８２ 第２金属薄膜
８３ プリズム基板
Ｌ 溶液
Ｌ１ 測定光
Ｐ１ 第１部分
Ｐ２ 第２部分
Ｔ 測定寿命

Claims (9)

  1. 溶液の状態を測定する測定装置であって、
    前記溶液の状態に関連付けられた測定信号を出力する測定部と、
    前記測定部に取り付けられている保護部と、
    前記測定部から出力される前記測定信号に基づいて、前記溶液の状態に関する情報を取得する制御部と、
    を備え、
    前記測定部は、
    前記溶液と接触することで前記測定信号の出力に寄与する使用可能状態にある第１部分と、
    前記保護部によって前記溶液と隔離され、測定の待機状態にある第２部分と、
    を有し、
    前記溶液の状態に関する情報は、ｐＨ濃度を含み、
    前記測定部は、ガラス電極型ｐＨ測定に用いられる、１つのガラス電極部と、第１比較電極部と、第２比較電極部とを有し、
    前記第１部分は、一対の前記ガラス電極部と前記第１比較電極部とを有し、
    前記第２部分は、前記第２比較電極部を有する、
    測定装置。
  2. 前記ガラス電極部に含まれる内部電極と前記第１比較電極部に含まれる内部電極との距離は、前記ガラス電極部に含まれる前記内部電極と前記第２比較電極部に含まれる内部電極との距離と同一である、
    請求項１に記載の測定装置。
  3. 前記保護部は、前記測定部の前記第２部分と前記溶液とを隔離する保護板を有し、
    前記保護板は、生分解性樹脂及び酸溶解性樹脂の少なくとも一方によって構成される、
    請求項１又は２に記載の測定装置。
  4. 前記保護部は、前記保護板と前記測定部との取付部分を加熱するヒータをさらに有する、
    請求項３に記載の測定装置。
  5. 溶液の状態を測定する測定装置であって、
    前記溶液の状態に関連付けられた測定信号を出力する測定部と、
    前記測定部に取り付けられている保護部と、
    前記測定部から出力される前記測定信号に基づいて、前記溶液の状態に関する情報を取得する制御部と、
    を備え、
    前記測定部は、
    前記溶液と接触することで前記測定信号の出力に寄与する使用可能状態にある第１部分と、
    前記保護部によって前記溶液と隔離され、測定の待機状態にある第２部分と、
    を有し、
    前記保護部は、
    前記測定部の前記第２部分と前記溶液とを隔離する保護板と、
    前記保護板と前記測定部との取付部分を加熱するヒータと、
    を有する、
    測定装置。
  6. 前記溶液の状態に関する情報は、イオン濃度を含み、
    前記測定部は、第１イオン感応型電界効果トランジスタと、第２イオン感応型電界効果トランジスタとを有し、
    前記第１部分は、前記第１イオン感応型電界効果トランジスタを有し、
    前記第２部分は、前記第２イオン感応型電界効果トランジスタを有する、
    請求項５に記載の測定装置。
  7. 前記取付部分は、前記溶液の温度よりも高く、かつ前記ヒータによって加熱される際の温度よりも低い融点を有する熱溶解性接着剤を含み、
    前記保護板は、前記熱溶解性接着剤による接着により前記測定部に取り付けられている、
    請求項４乃至６のいずれか１項に記載の測定装置。
  8. 前記制御部は、
    前記測定部の前記第１部分によって測定可能な所定の範囲を前記溶液の状態に関する情報の測定値が超えたと判定すると、前記ヒータの加熱によって前記保護板を前記測定部から取り外し、
    前記第２部分に基づいて前記測定信号を取得する、
    請求項４乃至７のいずれか１項に記載の測定装置。
  9. 前記保護板と前記測定部の前記第２部分との間に、特性が既知である内部液又はゲルが充填されている、
    請求項３乃至８のいずれか１項に記載の測定装置。
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