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JP6258708B2 - Viscosity measurement method, viscosity measurement apparatus, inspection method, body fluid electrolyte concentration and viscosity inspection system, and food production apparatus - Google Patents
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JP6258708B2 - Viscosity measurement method, viscosity measurement apparatus, inspection method, body fluid electrolyte concentration and viscosity inspection system, and food production apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、電解質を含む水溶液試料の粘性率を測定する技術とそれを用いた検査技術に関する。   The present invention relates to a technique for measuring the viscosity of an aqueous solution sample containing an electrolyte and an inspection technique using the technique.

脱水や出血、その他様々な疾患、例えば、心筋梗塞、脳梗塞、肝硬変、膜性腎炎、ネフローゼ症候群、その他のいわゆる生活習慣病などで、血液の粘性率が大きくなることが知られている。粘性率が大きいということは、血液が血管中を流れにくいということであり、極端な状態では血管が詰まりやすくなる。一方、血液の粘性率の値が小さくなる疾患もある。したがって、血液の粘性率およびその経時変化を知ることは、さまざまな疾患の予防や診断、治療にとって極めて有効である。   It is known that blood viscosity increases due to dehydration, bleeding, and other various diseases such as myocardial infarction, cerebral infarction, cirrhosis, membranous nephritis, nephrotic syndrome, and other so-called lifestyle-related diseases. A high viscosity means that blood hardly flows in blood vessels, and blood vessels are easily clogged in an extreme state. On the other hand, there is also a disease in which the value of the blood viscosity is small. Therefore, knowing the viscosity of blood and its change over time is extremely effective for the prevention, diagnosis and treatment of various diseases.

血液全体の粘性率は、血球数や血球の変形能によって変化することが知られている。いわゆる「血液サラサラ検査」と銘打って、毛細管中を移動する血液の流速を測定する検査装置なども開発されている。しかし、血液全体の粘性率は血球と血清または血漿の双方のさまざまな要因の影響を受けて変化するので、その評価は困難である。   It is known that the viscosity of the whole blood changes depending on the number of blood cells and the deformability of the blood cells. The so-called “blood smoothness test” has been developed, and a test apparatus for measuring the flow velocity of blood moving through the capillary tube has been developed. However, the viscosity of the whole blood is difficult to evaluate because it changes under the influence of various factors, both blood cells and serum or plasma.

従来、液体の粘性率の測定には、(1)毛細管粘度計、(2)回転粘度計、(3)落球粘度計、(4)振動粘度計、などが用いられてきた。しかし、いずれも多量の試料が必要であったり操作が煩雑であったりするために、臨床検査に応用することは困難である。そのため、微量の試料で簡便・迅速に粘性率を検査できる検査方法及び装置の開発が望まれている。   Conventionally, (1) capillary viscometer, (2) rotational viscometer, (3) falling ball viscometer, (4) vibration viscometer, etc. have been used for measuring the viscosity of liquid. However, since all of them require a large amount of sample and are complicated in operation, it is difficult to apply to clinical tests. Therefore, it is desired to develop an inspection method and apparatus that can easily and quickly inspect a viscosity with a small amount of sample.

上記の従来法の欠点を克服すべく、血中アルブミン分子の拡散係数変化を光散乱の手法で計測し、血清あるいは血漿の粘性率を求める方法が提案されている(特許文献1参照)。この手法は、血清又は血漿の試料にHe−Neレーザー等のレーザー光を入射して、試料内の血中アルブミン分子により散乱された散乱光を検出する。液中の粒子はブラウン運動をしているために、散乱光はドップラー・シフトにより波長の分布が生じる。この波長分布から拡散係数Dを求め、これと気体定数R、温度T、血中アルブミン分子の粒径aから、アインシュタイン・ストークスの式に基づいて粘度ηを求めるものである。   In order to overcome the drawbacks of the above-described conventional methods, a method has been proposed in which a change in the diffusion coefficient of albumin molecules in blood is measured by a light scattering technique to determine the viscosity of serum or plasma (see Patent Document 1). In this technique, a laser beam such as a He—Ne laser is incident on a serum or plasma sample, and scattered light scattered by blood albumin molecules in the sample is detected. Since the particles in the liquid are in Brownian motion, the scattered light has a wavelength distribution due to Doppler shift. From this wavelength distribution, the diffusion coefficient D is obtained, and from this, the gas constant R, the temperature T, and the particle diameter a of the albumin molecule in blood, the viscosity η is obtained based on the Einstein-Stokes equation.

また、微量な試料の粘性率を迅速に検査する目的で、2本のパルスレーザーを試料表面上で2光束収束させて瞬間加熱し、試料表面に発生したレーザー誘起表面波を観察・解析することによって試料の粘性率を求める方法が提案されている(非特許文献1参照)。   In addition, for the purpose of quickly inspecting the viscosity of a small amount of sample, two pulse lasers are focused on the sample surface with two light fluxes converged and heated instantaneously, and the laser-induced surface wave generated on the sample surface is observed and analyzed. Has proposed a method for obtaining the viscosity of a sample (see Non-Patent Document 1).

特許第4958272号明細書Japanese Patent No. 4958272

助川翔太郎、田口良広、長坂雄次,「簡易・迅速なin situ粘性計測を実現するOptical MEMS粘性センサーの開発」,第33回日本熱物性シンポジウム(Thermophys Prop),日本,日本熱物性学会,2012年10月03日,33巻,56-58ページ.Shotaro Sukegawa, Yoshihiro Taguchi, Yuji Nagasaka, “Development of Optical MEMS Viscous Sensor for Realizing Simple and Rapid In Situ Viscosity Measurement”, The 33rd Japan Thermophysics Symposium (Thermophys Prop), Japan, Thermophysical Society of Japan, 2012 October 03, 33, 56-58. Walden, P.Z., "Uber organische Losungs-und Ionisierungsmittel. III. Teil: Innere Reibung und deren Zusammenhang mit dem Leitvermogen", Zeitschrift fur Physikalische Chemie, vol. 55, 1906, p.207-246.Walden, P.Z., "Uber organische Losungs-und Ionisierungsmittel. III. Teil: Innere Reibung und deren Zusammenhang mit dem Leitvermogen", Zeitschrift fur Physikalische Chemie, vol. 55, 1906, p.207-246. 日本化学会編,「化学便覧 基礎編II」,改訂4版,日本,丸善株式会社,1993年,445−454ページ.The Chemical Society of Japan, “Chemical Handbook Basics II”, 4th revised edition, Japan, Maruzen Co., Ltd., 1993, pages 445-454. アトキンス著,千原秀昭・中村亘男訳「物理化学(下)」,第4版,日本,東京化学同人,2008年7月10日,1155ページ.Atkins, Hideaki Chihara and Nobuo Nakamura, “Physical Chemistry (below)”, 4th edition, Tokyo, Japan, July 10, 2008, p. 1155.

上記特許文献1に記載の血漿粘度測定方法は、微量な試料に適用できるという意味では大きな前進であるが、操作および粘性率算出法が煩雑であり、検査装置も高価であるため、手軽に検査室や実験室に普及させることができないという難点がある。また、血中アルブミン分子の拡散係数測定に依存するため、血液以外の他の生体試料には適用しがたいという問題がある。   The plasma viscosity measurement method described in Patent Document 1 is a great advance in the sense that it can be applied to a very small amount of sample, but the operation and the viscosity calculation method are complicated, and the inspection apparatus is also expensive, so the inspection is easy. There is a drawback that it cannot be spread to laboratories and laboratories. Moreover, since it depends on the measurement of the diffusion coefficient of albumin molecules in blood, there is a problem that it is difficult to apply to biological samples other than blood.

また、上記非特許文献1に記載の粘性率測定方法は、微量な試料の粘性率を高速・非接触で測定できるという利点がある反面、独立した2本のパルスレーザーを試料表面に同時照射し、かつ誘起された表面波の解析が必要であるため、簡素な測定系とは言い難く、検査室レベルでの測定には適用困難であるという問題がある。   In addition, the viscosity measurement method described in Non-Patent Document 1 has the advantage of being able to measure the viscosity of a very small amount of sample at high speed and in a non-contact manner, but simultaneously irradiates the sample surface with two independent pulse lasers. In addition, since it is necessary to analyze the induced surface wave, it is difficult to say that the measurement system is simple, and there is a problem that it is difficult to apply to measurement at the laboratory level.

そこで、本発明の目的は、微量な試料の粘性率を高速かつ簡易に測定でき、検査室レベルでの測定に適用可能で、かつ様々な種類の液体試料の粘性率測定に適用可能な粘性率測定技術を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to measure the viscosity of a small amount of sample at high speed and easily, and can be applied to measurement at a laboratory level, and can be applied to the measurement of viscosity of various types of liquid samples. To provide measurement technology.

〔1〕本発明の背景及び概要
1906年に、Waldenは電解質溶液の粘性率と電気伝導率の間に簡単な関係があることを発見し提唱した(非特許文献2)。これは、現在、Walden則(Walden's rule)と呼ばれている。
[1] Background and Summary of the Invention In 1906, Walden discovered and proposed that there is a simple relationship between the viscosity and the electrical conductivity of an electrolyte solution (Non-Patent Document 2). This is now called the Walden's rule.

そこで、本発明者らは、醤油など調味料を含む種々の電解質溶液の電気伝導率を測定して、(1)電気伝導率が温度によって大きく変わること、および(2)粘性の大きな電解質溶液の、電気伝導率の測定値から逆算した塩濃度が、表示された値より顕著に小さいという観察をした。そして、この電気伝導率の温度敏感性や粘性液体の電気伝導率「異常」が、後述の拡大解釈したWalden則(以下「拡張Walden則」)により統一的に理解されることに思い至った。   Therefore, the present inventors measured the electrical conductivity of various electrolyte solutions containing seasonings such as soy sauce, and (1) the electrical conductivity varies greatly depending on the temperature, and (2) the electrolyte solution having a large viscosity. It was observed that the salt concentration calculated backward from the measured value of electrical conductivity was significantly smaller than the displayed value. The inventors have come to realize that the temperature sensitivity of the electrical conductivity and the electrical conductivity “abnormality” of the viscous liquid can be understood in a unified manner by the expanded Walden law (hereinafter “extended Walden law”).

そして、本発明者らは、前項に記載した観察結果から、血漿など生体由来の電解質溶液をも候補とする多くの電解質溶液の電気伝導率を測定し、拡張Walden則を適用することによって、該溶液の粘性率を求められる可能性に思い至り、本発明に想到した。   Then, the inventors measured the electrical conductivity of many electrolyte solutions that are candidates for biologically derived electrolyte solutions such as plasma from the observation results described in the previous section, and applied the extended Walden rule, The inventors came up with the possibility of determining the viscosity of the solution and arrived at the present invention.

具体的には、本発明者らは、拡張Walden則に依拠して、いわゆるfeasibility studyとして、(1)種々の濃度のグリセリンあるいはショ糖を混入した食塩水の粘性率の測定、(2)水の粘性率の温度依存性の測定、(3)牛乳の電解質濃度と粘性率の測定、(4)食塩を含む調味料の電解質濃度と粘性率の測定、(5)唾液の電解質濃度と粘性率の測定、(6)出血モデル動物と対照動物の血漿電解質濃度と粘性率の測定、などを行い本発明による粘性率の測定の精度検証を行った。さらに、粘性率変化の連続記録の可能性をさぐるべく、(7)ヨーグルト発酵過程の電気伝導率変化の追跡、(8)煮凝りのゲル化過程の電気伝導率変化の追跡、を行った。尚、(1)〜(8)の実験の詳細については後述する。   Specifically, the present inventors, as a so-called feasibility study, based on the extended Walden rule, (1) measurement of the viscosity of saline containing various concentrations of glycerin or sucrose, (2) water (3) Measurement of electrolyte concentration and viscosity of milk, (4) Measurement of electrolyte concentration and viscosity of seasoning containing salt, (5) Electrolyte concentration and viscosity of saliva (6) Measurement of plasma electrolyte concentration and viscosity of bleeding model animals and control animals, etc. were performed to verify the accuracy of viscosity measurement according to the present invention. Furthermore, in order to investigate the possibility of continuous recording of viscosity change, (7) tracking of the electrical conductivity change in the yogurt fermentation process and (8) tracking of the electrical conductivity change in the gelling process of boiling were performed. Details of the experiments (1) to (8) will be described later.

上記の予備実験の結果、本発明者らは、測定対象を血液に限っても、(1)モデル動物と対照動物の血清および/または血漿の電解質濃度および粘性率の比較、(2)モデル動物の血清および/または血漿の電解質濃度および粘性率の経時変化の計測、のみならず、(3)疾患に由来するヒト血清および血漿の電解質濃度および粘性率の正常値との比較、(4)疾患に由来するヒト血清および血漿の電解質濃度および粘性率の経時変化の記録、に適用できるとの確信を得た。   As a result of the above preliminary experiment, the present inventors, even if the measurement object is limited to blood, (1) Comparison of serum concentration and / or plasma electrolyte concentration and viscosity of model animal and control animal, (2) Model animal (3) Comparison with normal values of electrolyte concentration and viscosity of human serum and plasma derived from disease, (4) Disease It was convinced that it can be applied to the recording of changes in electrolyte concentration and viscosity of human serum and plasma over time.

そこで本発明では、電気伝導率の測定から試料の電解質濃度や粘性率を少量の試料で簡便・迅速に決定できる技術としてのみならず、さまざまな疾患の予防や診断、治療に寄与する測定方法および装置として適用することができる。   Therefore, in the present invention, not only a technique that can easily and quickly determine the electrolyte concentration and viscosity of a sample from a measurement of electrical conductivity with a small amount of sample, but also a measurement method that contributes to the prevention, diagnosis, and treatment of various diseases and It can be applied as a device.

なお、ヒト体液は例外なく電解質を含むので電気伝導性である。つまり、この手法の測定対象は血液にとどまらない。   Human body fluids are electrically conductive because they contain an electrolyte without exception. In other words, the measurement object of this method is not limited to blood.

〔2〕本発明における仮定及び立場
以下、「電気伝導率測定によって電解質溶液の粘性率を推定できる」との発想に至った経緯を公知例および本発明の実施例に即して述べる。
[2] Assumptions and Positions in the Present Invention Hereinafter, the background of the idea that “the viscosity of an electrolyte solution can be estimated by measuring electrical conductivity” will be described with reference to known examples and examples of the present invention.

(拡散係数について)
溶液内での分子の動きやすさを支配しているのが、拡散係数Dと呼ばれる物理量である。拡散係数Dの大きさは「分子」によって異なる。半径aの球状分子が粘性率ηの溶液中にあるとき、この球状分子の拡散係数Dは、
(About diffusion coefficient)
The physical quantity called the diffusion coefficient D dominates the ease of movement of molecules in the solution. The size of the diffusion coefficient D varies depending on the “molecule”. When a spherical molecule of radius a is in a solution of viscosity η, the diffusion coefficient D of this spherical molecule is

Figure 0006258708
と表わされる。「ストークス・アインシュタインの式」と名付けられた式である。ここで、Tは絶対温度(K)であり、kはボルツマン定数と名付けられた物理定数である。式(1)から、他の条件が同じなら(温度Tや分子の半径aが同じなら)、粘性率ηの値が大きいほど(ネバネバなほど)Dの値が小さい(分子は動きにくい)ということがわかる。
Figure 0006258708
It is expressed as It is an expression named “Stokes Einstein's Expression”. Here, T is the absolute temperature (K) and k is a physical constant named Boltzmann constant. From the formula (1), if other conditions are the same (if the temperature T and the radius a of the molecule are the same), the value of D is smaller (the molecule is less likely to move) as the value of the viscosity η is larger (more sticky). I understand that.

(レーザー散乱法による粘性率測定)
血清あるいは血漿中に多量に存在する血清アルブミン分子の光散乱の測定からその拡散係数を求め、血清あるいは血漿の粘性率を求める手法を提案したのが特許文献1である。これは、従来、巨視的な(最小でも光学顕微鏡で観察できる程度の大きさの)物体に働く摩擦力として定義されていた粘性率を、分子的な(血清アルブミンは分子量約66,000、大きさ8nm程度のタンパク質である)大きさのレベルに適用して粘性率測定の実用化を提案したものである。
(Viscosity measurement by laser scattering method)
Patent Document 1 proposes a technique for obtaining a diffusion coefficient from a measurement of light scattering of serum albumin molecules present in a large amount in serum or plasma and obtaining a viscosity of serum or plasma. This is because the viscosity (defined as the frictional force acting on macroscopic objects that can be observed with an optical microscope at least) is molecular (the serum albumin has a molecular weight of about 66,000 and a size of 8 nm). This is a practical application of viscosity measurement by applying it to the size level.

(拡散係数と移動度について)
溶液内に電場があり、溶液内の粒子(分子あるいはイオン)が電荷qを持っていれば粒子に力が働き、粒子は移動する。移動速度v[m/s」を電場の強さE[V/m]で割った量(単位電場あたりの速度)を移動度uという。
(Diffusion coefficient and mobility)
If there is an electric field in the solution and the particles (molecules or ions) in the solution have a charge q, a force acts on the particles and the particles move. An amount (velocity per unit electric field) obtained by dividing the moving speed v [m / s] by the electric field strength E [V / m] is referred to as mobility u.

Figure 0006258708
つまり、粒子(イオン)の移動度は溶液の粘性率に反比例する。また式(1)と式(2)とから拡散係数と移動度の間に成り立つ関係式、
Figure 0006258708
That is, the mobility of particles (ions) is inversely proportional to the viscosity of the solution. In addition, a relational expression that holds between the diffusion coefficient and the mobility from the expressions (1) and (2),

Figure 0006258708
が得られる。「アインシュタインの関係式」と呼ばれている。
Figure 0006258708
Is obtained. It is called “Einstein's relational expression”.

式(3)から、以下のことが発想される。特許文献1は拡散係数Dを測定して血清あるいは血漿の粘性率を求める提案である。温度Tを一定にすれば、式(3)右辺のkT/qは一定であるから、拡散係数Dを求めることは移動度uを求めることと事実上同じである。以下に述べるように移動度は電気伝導率(電気の流れやすさ)を定める。すなわち、電気伝導率を測定することによって、電解質溶液の粘性率を決めることができる。   From the equation (3), the following is conceived. Patent Document 1 is a proposal for determining the viscosity of serum or plasma by measuring the diffusion coefficient D. If the temperature T is kept constant, kT / q on the right side of the equation (3) is constant, so obtaining the diffusion coefficient D is virtually the same as obtaining the mobility u. As described below, mobility determines electrical conductivity (easy flow of electricity). That is, the viscosity of the electrolyte solution can be determined by measuring the electrical conductivity.

(電解質溶液の電気伝導について)
電気伝導とはすなわち「電気」が「伝わる」ことである。電解質溶液中では、イオンの移動つまり電荷の移動によって電気伝導(電流)が生じる。イオンの移動を生じさせるのは溶液中の電場である。電場Eと電流密度Jの間には比例関係、
(Electric conduction of electrolyte solution)
Electric conduction means that “electricity” is “transmitted”. In the electrolyte solution, electric conduction (electric current) is generated by movement of ions, that is, movement of electric charges. It is the electric field in the solution that causes the movement of ions. There is a proportional relationship between the electric field E and the current density J,

Figure 0006258708
が成り立つ。ここでσは該溶液の電気伝導率である。電気伝導率σは、該溶液の「電気の流れやすさ」を表す量であり、溶液の電解質濃度、粘性率などによって定まる。式(4)は、いわゆる「オームの法則」を電場と電流密度で表現したものである。電荷qを持った粒子(イオン)の数密度をnとすると、
Figure 0006258708
Holds. Where σ is the electrical conductivity of the solution. The electric conductivity σ is a quantity that represents the “easy flow of electricity” of the solution, and is determined by the electrolyte concentration, viscosity, etc. of the solution. Equation (4) expresses the so-called “Ohm's law” in terms of electric field and current density. When the number density of particles (ions) having a charge q is n,

Figure 0006258708
が得られる。
Figure 0006258708
Is obtained.

(電気伝導率と粘性率の関係)
化学者の習慣にしたがって、数密度nをモル濃度cであらわし、式(2)のuを式(5)に代入すると、
(Relationship between electrical conductivity and viscosity)
According to the chemist's habits, the number density n is expressed by the molar concentration c, and u in the formula (2) is substituted into the formula (5).

Figure 0006258708
という関係が得られる。
Figure 0006258708
The relationship is obtained.

(推定)
式(6)から以下のような「推定」に導かれる。
「電解質濃度cが同一の溶液を考える。溶液の温度を上げたり下げたり、グリセリンを加えたりして粘性率を変える。このとき、電気伝導率と粘性率の積σηは一定である。」
(Estimated)
From Equation (6), the following “estimation” is derived.
“Consider solutions with the same electrolyte concentration c. Change the viscosity by raising or lowering the temperature of the solution or adding glycerin. At this time, the product ση of electrical conductivity and viscosity is constant.”

式(6)は「イオン間の相互作用が無視できる」という条件の下での計算によって導かれた結論である。これは電解質濃度が無限に希薄な場合でのみ実現されるいわば理想化された状況である。本発明が測定対象とする血清や血漿などのように有限の電解質濃度(NaCl 150mM程度)では状況は遥かに複雑である。生理的濃度の電解質溶液では、式(6)はむしろ「単純な形では成立しない」と考えるのが化学の常識である。後述の実施例3,4,6,および7は、上記「推定」がどの程度妥当であるかを検査するための測定である。   Equation (6) is a conclusion derived by calculation under the condition that the interaction between ions is negligible. This is an idealized situation that is realized only when the electrolyte concentration is infinitely dilute. The situation is much more complicated with a finite electrolyte concentration (NaCl 150 mM or so) such as serum or plasma to be measured by the present invention. In the case of an electrolyte solution with physiological concentration, it is common knowledge in chemistry to think that the formula (6) is rather not “simple in a simple form”. Examples 3, 4, 6, and 7 to be described later are measurements for examining how appropriate the “estimation” is.

(モル伝導率と極限モル伝導率)
電気伝導率σをモル濃度cで除した量を「モル伝導率(molar conductivity)」といい、Λで表す。
(Molar conductivity and ultimate molar conductivity)
The amount obtained by dividing the electrical conductivity σ by the molar concentration c is called “molar conductivity” and is represented by Λ m .

Figure 0006258708
Figure 0006258708

したがって、式(6)は、   Therefore, equation (6) becomes

Figure 0006258708
と書くことができる。
Figure 0006258708
Can be written.

極限モル伝導率(limiting molar conductivity)Λ は、電解質が無限に希薄なときの(イオンが相互作用しないときの)モル伝導率の値である。 The limiting molar conductivity Λ m 0 is the value of molar conductivity when the electrolyte is infinitely diluted (no ions interact).

Figure 0006258708
Figure 0006258708

(Walden則)
Walden則あるいはWaldenの規則(Walden's rule)は経験的な観察結果から導かれた規則である。物理化学のテキスト(非特許文献4)では次のように記述されている。
「Waldenの規則はηΛという積が同種のイオンならば、いろいろな溶媒中でほぼ一定だという経験的な観察結果である。」
なお、他の文献では、「粘性率と極限モル伝導率の積が一定」と表現されている例が多い。
(Walden rule)
Walden's rule or Walden's rule is a rule derived from empirical observations. The text of physical chemistry (Non-Patent Document 4) describes as follows.
“Walden's rule is an empirical observation that if the product ηΛ m is the same ion, it is almost constant in various solvents.”
In other literatures, there are many examples where “the product of viscosity and ultimate molar conductivity is constant”.

Waldenの「観察結果」は、電解質溶液の電気伝導の初歩的な議論から導いた式(8)と同じである。   Walden's “observation result” is the same as the equation (8) derived from the elementary discussion of the electric conduction of the electrolyte solution.

しかし、上に引用したテキストでは続いて次のように記載されている。「・・・この規則がどれほど役に立つかは溶媒和のことを考えるとあやしい。溶媒が異なれば同じイオンでも溶媒和の程度は違うし、流体半径と粘度の両方とも溶媒によって変わるからである。」   However, the text quoted above is followed by: “... How useful this rule is is confusing when considering solvation, because different solvents have the same degree of solvation, even with the same ion, and both the fluid radius and viscosity vary with the solvent.”

(本発明者らの立場:1)
Walden則は、「ηΛという積が同種のイオンならば、いろいろな溶媒中でほぼ一定」ということを提唱している。また、多くの文献では極限モル伝導率への言及があることを考えると、「希薄電解質溶液に限って成立する」規則であると考えられる。しかし、「希薄溶液に限って」いては、血液や髄液など、生理的濃度の電解質溶液は扱うことができないので実用的ではない。よって、本発明者らはWalden則をいわば拡大解釈して、
(1)「生理的濃度であっても、電解質濃度が一定であれば、その溶液の電気伝導率と粘性率の積がほぼ一定である」と仮定する。以下、この仮定のように拡大解釈されたWalden則を、本来のWalden則と区別して「拡張Walden則」とよぶ。
(Inventors' position: 1)
Walden's law proposes that "if the product ηΛ m is the same kind of ion, it is almost constant in various solvents". In addition, considering that there is a reference to the ultimate molar conductivity in many literatures, it is considered that the rule is “only valid for dilute electrolyte solutions”. However, “limited to dilute solutions” is not practical because electrolyte solutions with physiological concentrations such as blood and spinal fluid cannot be handled. Therefore, the present inventors have expanded the Walden rule, so to speak,
(1) It is assumed that “the product of the electrical conductivity and the viscosity of the solution is substantially constant if the electrolyte concentration is constant even at physiological concentrations”. Hereinafter, the extended Walden rule as in this assumption is referred to as an “extended Walden rule” to distinguish it from the original Walden rule.

一方、本発明者らは、
(2)「電気伝導率と粘性率の積がいろいろの溶媒中でほぼ一定」であることを求めない。
On the other hand, the present inventors
(2) It is not required that “the product of electrical conductivity and viscosity is almost constant in various solvents”.

(本発明者らの立場:2)
前項の(1)は実験でその妥当性を検証しなければならない。本発明者らは、「拡張Walden則」に依拠して求めた粘性率の値と、従来法によって定めた粘性率の値に「相関があればよい」とする。値が正確に一致することは求めない。
(The inventors' position: 2)
The validity of (1) in the previous paragraph must be verified by experiment. The inventors of the present invention assume that “there should be a correlation” between the viscosity value obtained by relying on the “extended Walden rule” and the viscosity value determined by the conventional method. We do not require that the values match exactly.

(本発明者らの立場:3)
上述の(2)で述べたことの意味を説明する。本発明者らは、本発明に係る方法によって、たとえば「ヒト血漿の粘性率」と「ヒト唾液」の粘性率を比較してその値の大小を議論することが重要な課題であるとは考えない。ましてや、「ヒト血漿の粘性率」と「牛乳の粘性率」の値の大小を比較することが課題であるとは考えない。本発明者らは、本発明に係る方法によって、例えば「ヒト血漿」あるいは「ヒト髄液」という限られたカテゴリーの中で、さまざまな試料(正常値を示す平均的な試料や疾患由来の試料)の粘性率を測定して、その値の大小あるいは時間経過に伴う値の変化を検出することが重要な課題であると考える。後述の実施例7「ラット血漿の粘性率測定」はこのような観点からの実証実験である。
(The inventors' position: 3)
The meaning of what has been described in (2) above will be described. The present inventors consider that it is an important issue to discuss the magnitude of the value by comparing the viscosity of “human plasma” and “human saliva”, for example, by the method according to the present invention. Absent. Moreover, comparing the values of “viscosity of human plasma” and “viscosity of milk” is not considered an issue. By the method according to the present invention, the present inventors have made various samples (average samples showing normal values or samples derived from diseases, for example, within a limited category of “human plasma” or “human cerebrospinal fluid”. ) To measure the viscosity and detect the change in the value or the value with time. Example 7 “Measurement of viscosity of rat plasma” described later is a demonstration experiment from this viewpoint.

〔3〕本発明の構成及び作用
本発明に係る粘性率測定方法は、電解質と電解質以外の不純物とを含んだ液状の試料の粘性率を測定する粘性率測定方法であって、
前記試料の原液の電気伝導率σを測定する第1ステップと、
前記試料の原液の電解質濃度cと同じ電解質濃度となるように、純水に前記試料の電解質を溶解した水溶液における電気伝導率σを、既知の所定の溶液の電解質濃度と電気伝導率との関係を表す換算テーブル又は換算式を参照することにより推定する第2ステップと、
前記推定した電気伝導率σと前記試料の原液の電気伝導率σとの比から、前記試料の原液の粘性率ηを算出する第3ステップと、を有することを特徴とする。
[3] Configuration and operation of the present invention The viscosity measuring method according to the present invention is a viscosity measuring method for measuring the viscosity of a liquid sample containing an electrolyte and impurities other than the electrolyte,
A first step of measuring the electrical conductivity σ 0 of the sample stock solution;
The electrical conductivity σ 2 in an aqueous solution in which the sample electrolyte is dissolved in pure water so that the electrolyte concentration c 2 is the same as the electrolyte concentration c 2 of the stock solution of the sample is expressed as follows: A second step of estimating by referring to a conversion table or conversion formula representing the relationship of
And a third step of calculating a viscosity η of the stock solution of the sample from a ratio between the estimated electrical conductivity σ 2 and the electrical conductivity σ 0 of the stock solution of the sample.

上記〔2〕で説明した通り、この粘性率測定方法によって、試料の電気伝導率の測定のみから粘性率の算出が可能となるため、微量な試料の粘性率を高速かつ簡易に測定でき、検査室レベルでの測定に適用可能となる。また、後述の実証試験から、様々な種類の液体試料の粘性率測定に適用可能であることが証明された。   As explained in [2] above, this viscosity measurement method makes it possible to calculate the viscosity only from the measurement of the electrical conductivity of the sample. Applicable to measurement at room level. Moreover, it was proved that the present invention can be applied to viscosity measurement of various types of liquid samples from the verification test described later.

ここで、「換算式」とは、理論計算や換算テーブルのデータをフィッティング(最小二乗法などによる近似)することによって得られる電解質濃度と電気伝導率との関係を表す式をいう。   Here, the “conversion equation” refers to an equation representing the relationship between the electrolyte concentration and the electrical conductivity obtained by fitting theoretical data or conversion table data (approximation by the least square method or the like).

また、本発明の粘性率測定方法において、前記既知の所定の溶液は、溶質イオンが水和状態を形成する電解質水溶液とすることができる。   In the viscosity measurement method of the present invention, the known predetermined solution may be an aqueous electrolyte solution in which solute ions form a hydrated state.

換算テーブル又は換算式に使用する電解質水溶液の電気伝導に寄与する電解質イオンは、その移動度と粘性率の間に相関関係が成り立つ必要があるが、溶質イオンが水和状態を形成する電解質水溶液を使用することでこの相関関係が保証される。   The electrolyte ions that contribute to the electrical conduction of the aqueous electrolyte solution used in the conversion table or conversion formula need to have a correlation between the mobility and the viscosity, but the aqueous electrolyte solution in which the solute ions form a hydrated state. This correlation ensures this correlation.

「水和状態を形成する電解質水溶液」としては、例えば、NaCl、KCl、CaCl、MgSO、NHClなどの水溶液などを使用することができる。但し、HCl、HSOのような、陽イオン媒質が水素イオンであるような電解質や、酢酸、乳酸、クエン酸のような弱酸の水溶液は除かれる。水素イオンの移動度は溶液の粘性率にほとんど依存しないことが知られており、また、弱酸は濃度によって電離する媒質の割合が変化するため電気伝導率σから電気伝導率σの換算を正常に行うことができないからである。尚、換算テーブル又は換算式に使用する電解質は、試料の主たる電解質成分と同じものであることが好ましいが、必ずしも同じである必要はない。 As the “aqueous electrolyte solution that forms a hydrated state”, for example, an aqueous solution of NaCl, KCl, CaCl 2 , MgSO 4 , NH 4 Cl, or the like can be used. However, electrolytes whose cation medium is hydrogen ions, such as HCl and H 2 SO 4 , and aqueous solutions of weak acids such as acetic acid, lactic acid, and citric acid are excluded. It is known that the mobility of hydrogen ions hardly depends on the viscosity of the solution, and the weak acid changes the ratio of the medium that ionizes depending on the concentration, so conversion of the electrical conductivity σ 1 to the electrical conductivity σ 2 This is because it cannot be performed normally. In addition, although it is preferable that the electrolyte used for a conversion table or a conversion type | formula is the same as the main electrolyte component of a sample, it does not necessarily need to be the same.

また、本発明に係る、電解質濃度cが未知の前記試料の前記電解質濃度c及び前記粘性率ηを測定する粘性率測定方法は、前記第2ステップにおいて、
前記試料の原液を純水により所定の倍率nに希釈した希釈溶液の電気伝導率σを測定するステップと、
前記希釈溶液の電気伝導率σから、既知の所定の溶液の濃度と電気伝導率との関係を表す換算テーブル又は換算式を参照することにより、前記試料の原液の電解質濃度cと当該電解質濃度に換算した電気伝導率σとを求めるステップと、を有することを特徴とする。
Also, the viscosity measuring method according to the present invention for measuring the electrolyte concentration c 2 and the viscosity η of the sample whose electrolyte concentration c 2 is unknown, in the second step,
Measuring the electrical conductivity σ 1 of a diluted solution obtained by diluting the stock solution of the sample with pure water to a predetermined magnification n;
From the electrical conductivity σ 1 of the diluted solution, by referring to a conversion table or a conversion formula representing the relationship between the concentration of the known predetermined solution and the electrical conductivity, the electrolyte concentration c 2 of the stock solution of the sample and the electrolyte And obtaining a conductivity σ 2 converted to a concentration.

試料の原液を蒸留水により希釈すると、溶質の濃度が下がるため、試料に含まれる高分子物質などの電解質以外の不純物(以下単に「不純物」という。)の濃度が低下する。そのため、希釈溶液中の電解質のイオンは、不純物に邪魔されることなく自由に溶液中を泳動することが可能となり、希釈溶液の電気伝導率は、不純物を含まない同濃度の同電解質の純粋な溶液の電気伝導率とほぼ等しいとみなすことができる。したがって、希釈溶液の電気伝導率σを同電解質の純粋な溶液の電気伝導率とみなせば、換算テーブル又は換算式により希釈溶液の電解質濃度を推定することができる。ついで、推定された電解質濃度を仮想的に希釈前の濃度に濃縮して、あらためて換算テーブルもしくは換算式を参照することによって、希釈前における同電解質の純粋な溶液の電気伝導率σが推定される。したがって、換算した電気伝導率σと試料の原液の電気伝導率σとの比に拡張Walden則を適用して原液の粘性率を推定することができる。上述の通り、本来のWalden則は理論的に求められた法則ではなく、無限希釈の場合にのみ成立するものとされていたが、本発明では上記換算法とともに拡張Walden則を適用することで、多くの種類の試料で原液の粘性率がほぼ正確に算出できることを実験的に確認した。 When the stock solution of the sample is diluted with distilled water, the concentration of the solute decreases, so that the concentration of impurities (hereinafter simply referred to as “impurities”) other than the electrolyte such as a polymer substance contained in the sample decreases. Therefore, the electrolyte ions in the diluted solution can freely migrate in the solution without being disturbed by impurities, and the electric conductivity of the diluted solution is the pure concentration of the same electrolyte containing no impurities. It can be considered that it is almost equal to the electrical conductivity of the solution. Therefore, if the electric conductivity σ 1 of the diluted solution is regarded as the electric conductivity of a pure solution of the same electrolyte, the electrolyte concentration of the diluted solution can be estimated by a conversion table or a conversion formula. Next, the electrical conductivity σ 2 of the pure solution of the electrolyte before dilution is estimated by virtually concentrating the estimated electrolyte concentration to the concentration before dilution and referring to the conversion table or conversion formula again. The Therefore, the viscosity of the stock solution can be estimated by applying the extended Walden rule to the ratio between the converted electrical conductivity σ 2 and the electrical conductivity σ 0 of the sample stock solution. As described above, the original Walden law is not a theoretically determined law, but was supposed to be established only in the case of infinite dilution, but in the present invention, by applying the extended Walden law together with the above conversion method, It was experimentally confirmed that the viscosity of the stock solution can be calculated almost accurately for many types of samples.

尚、本発明で「所定の倍率n」は、「所定の倍率nに希釈した希釈溶液の粘性率が純水の粘性率(20℃において1.0mPa・s)に極めて近い」という条件を満たすように設定すればよい。   In the present invention, the “predetermined magnification n” satisfies the condition that “the viscosity of the diluted solution diluted to the predetermined magnification n is very close to the viscosity of pure water (1.0 mPa · s at 20 ° C.)”. It should be set as follows.

また、本発明の粘性率測定方法において、前記第1又は第2のステップにおいて前記試料の電気伝導率を測定するにあたり、CRタイミング方式発振回路を使用し、
前記試料の液中に1対の電極を離隔して配置することにより構成したインピーダンスを、前記CRタイミング方式発振回路の時定数を決定するインピーダンスとして組み込み、前記CRタイミング方式発振回路を発振させてその発振周波数又は発振周期を測定することにより、当該発振周波数又は発振周期から前記試料の電気伝導率を決定することができる。
In the viscosity measurement method of the present invention, in measuring the electrical conductivity of the sample in the first or second step, a CR timing system oscillation circuit is used,
Impedance configured by arranging a pair of electrodes apart in the sample liquid is incorporated as an impedance for determining the time constant of the CR timing oscillation circuit, and the CR timing oscillation circuit is oscillated to By measuring the oscillation frequency or the oscillation period, the electrical conductivity of the sample can be determined from the oscillation frequency or the oscillation period.

試料の溶液(原液又は希釈溶液)の電気伝導率の測定にはインピーダンス・ブリッジあるいはウイーンブリッジ発振方式あるいは交流発振回路と交流電流測定装置を備えた測定方法などを使用することもできるが、特にCRタイミング方式発振回路の発振周波数又は発振周期を使用することによって、簡単な測定器の構成により、試料の溶液の正確な電気伝導率を測定することが可能となる。   For measuring the electrical conductivity of a sample solution (stock solution or diluted solution), an impedance bridge or a Wien bridge oscillation method or a measurement method including an AC oscillation circuit and an AC current measuring device can be used. By using the oscillation frequency or the oscillation period of the timing system oscillation circuit, it is possible to measure the accurate electrical conductivity of the sample solution with a simple measuring instrument configuration.

尚、本発明で「CRタイミング方式発振回路」としては、CMOSシュミットトリガーあるいは演算増幅器を能動素子として採用した非安定マルチ・バイブレータなどを使用することができる。また、発振回路は、Duty約50%の矩形波や正弦波などの特定の基本発振周波数を有する周期波形を発振するような回路であればよい。   In the present invention, as the “CR timing oscillation circuit”, a CMOS Schmitt trigger or an astable multivibrator employing an operational amplifier as an active element can be used. The oscillation circuit may be any circuit that oscillates a periodic waveform having a specific fundamental oscillation frequency such as a rectangular wave or a sine wave having a duty of about 50%.

本発明に係る粘性率測定装置の第1の構成は、電解質と電解質以外の不純物とを含んだ液状の試料の粘性率を測定する粘性率測定装置において、
前記試料の原液の電気伝導率σを測定し、
前記試料の原液の電解質濃度cと同じ電解質濃度となるように、純水に前記試料の電解質を溶解した水溶液における電気伝導率σを、既知の所定の溶液の電解質濃度と電気伝導率との関係を表す換算テーブル又は換算式を参照することにより推定し、
前記推定した電気伝導率σと前記試料の原液の電気伝導率σとの比から、前記試料の原液の粘性率ηを算出することを特徴とする。
The first configuration of the viscosity measuring device according to the present invention is a viscosity measuring device that measures the viscosity of a liquid sample containing an electrolyte and impurities other than the electrolyte.
Measure the electrical conductivity σ 0 of the stock solution of the sample,
The electrical conductivity σ 2 in an aqueous solution in which the sample electrolyte is dissolved in pure water so that the electrolyte concentration c 2 is the same as the electrolyte concentration c 2 of the stock solution of the sample is expressed as follows: Estimated by referring to a conversion table or conversion formula representing the relationship of
The viscosity η of the stock solution of the sample is calculated from the ratio between the estimated electrical conductivity σ 2 and the electrical conductivity σ 0 of the stock solution of the sample.

この構成により、試料の電気伝導率の測定のみから粘性率の算出が可能となるため、微量な試料の粘性率を高速かつ簡易に測定でき、装置構成が従来に比べて簡単となるため、検査室レベルでの測定に適用可能となる。また、後述の実証試験から、様々な種類の液体試料の粘性率測定に適用可能であることが証明されている。   This configuration makes it possible to calculate the viscosity only from the measurement of the electrical conductivity of the sample, so the viscosity of a very small amount of sample can be measured at high speed and easily, and the device configuration is simpler than before. Applicable to measurement at room level. Further, it has been proved that the present invention can be applied to viscosity measurement of various types of liquid samples from a verification test described later.

本発明に係る粘性率測定装置の第2の構成は、前記第1の構成において、前記既知の所定の溶液は、溶質イオンが水和状態を形成する電解質水溶液であることを特徴とする。   The second configuration of the viscosity measuring apparatus according to the present invention is characterized in that, in the first configuration, the known predetermined solution is an aqueous electrolyte solution in which solute ions form a hydrated state.

前述の通り、換算テーブル又は換算式に使用する電解質水溶液の電気伝導に寄与する電解質イオンは、移動度と溶液の粘性率との間に相関関係が成り立つ必要があるが、溶質イオンが水和状態を形成する電解質水溶液を使用することでこの相関関係が保証される。   As described above, the electrolyte ions that contribute to the electrical conduction of the aqueous electrolyte solution used in the conversion table or conversion formula must have a correlation between the mobility and the viscosity of the solution, but the solute ions are in a hydrated state. This correlation is ensured by using an aqueous electrolyte solution that forms.

本発明に係る前記電解質濃度cが未知の前記試料の前記電解質濃度c及び前記粘性率ηを測定する粘性率測定装置の第3の構成は、前記第1又は2の構成において、前記試料の原液を純水により所定の倍率nに希釈した希釈溶液の電気伝導率σを測定し、
前記希釈溶液の電気伝導率σから、既知の所定の溶液の濃度と電気伝導率との関係を表す換算テーブル又は換算式を参照することにより、前記試料の原液の電解質濃度cとその電解質濃度に換算した電気伝導率σとを算出することを特徴とする。
A third configuration of the viscosity measuring apparatus in which the electrolyte concentration c 2 according to the present invention measures the electrolyte concentration c 2 and the viscosity of the unknown of the sample η, in the structure of the first or 2, wherein the sample The electrical conductivity σ 1 of a diluted solution obtained by diluting the stock solution of
From the electrical conductivity σ 1 of the diluted solution, by referring to a conversion table or a conversion formula representing the relationship between the concentration of the known predetermined solution and the electrical conductivity, the electrolyte concentration c 2 of the stock solution of the sample and its electrolyte An electrical conductivity σ 2 converted to a concentration is calculated.

この構成により、上述した通り、電気伝導率σと原液の電気伝導率σとの比から、拡張Walden則を用いて試料の原液の粘性率を求めることができる。本発明においては、実際の測定部分は、試料の原液及び希釈溶液の電気伝導率の測定だけであり、この測定は簡易な測定装置を用いて行うことが可能であり、また電気伝導率から粘性率の換算も簡易な演算(割り算とテーブル参照(又は換算式参照))で行うことができるため、装置全体を簡単化・小型化することが可能である。したがって、検査室レベルでの測定にも十分に適用可能である。さらに、希釈操作の自動化を含め全体を電池駆動にして掌サイズ以下の測定装置を実現することは容易に可能である。 With this configuration, as described above, the viscosity of the stock solution of the sample can be obtained from the ratio of the electrical conductivity σ 2 and the electrical conductivity σ 0 of the stock solution using the extended Walden rule. In the present invention, the actual measurement part is only the measurement of the electrical conductivity of the stock solution and the diluted solution of the sample, and this measurement can be performed using a simple measuring device. Since the conversion of the rate can also be performed by a simple calculation (division and table reference (or conversion formula reference)), the entire apparatus can be simplified and downsized. Therefore, it is sufficiently applicable to measurement at the laboratory level. Furthermore, it is possible to easily realize a measuring apparatus having a palm size or less by driving a battery as a whole including automation of dilution operation.

なお、原液の電解質濃度が既知の場合は希釈操作が不要となり、その場合の粘性率測定装置は電気的回路のみとなるため、一層の小型化が可能である。IC製造技術を応用すればRFID(Radio Frequency IDentification)のように外部からRFで電源を供給し、測定結果をRFで返信するような超小型の測定チップとすることも可能である。   In addition, when the electrolyte concentration of the stock solution is known, the dilution operation is not necessary, and the viscosity measuring device in that case is only an electric circuit, so that further miniaturization is possible. If IC manufacturing technology is applied, it is possible to make an ultra-compact measuring chip that supplies power from outside RF, such as RFID (Radio Frequency IDentification), and returns the measurement result by RF.

体液の電解質濃度及び粘性率の変化の傾向、経時的傾向を捉えるだけならば、後述の図5もしくは図6のようなCRタイミング方式発振回路に前記体液の収容体(セル)に備えた電極を接続し、その周波数もしくは周期を連続記録・監視するだけでも可能である。事前に設定した閾値を逸脱したらアラームを発するような掌サイズ以下の小型軽量「体液モニタリング装置」が可能となる。ここで体液とは血液、リンパ液、髄液、腸液、胆汁、膵液、涙(眼房水)、唾液、汗等をいう。   If only the trend of changes in electrolyte concentration and viscosity of body fluid and the trend over time are to be captured, an electrode provided in the body fluid container (cell) is provided in a CR timing system oscillation circuit as shown in FIG. It is possible to simply connect and continuously record and monitor the frequency or period. A small and light “body fluid monitoring device” that is smaller than the palm size and issues an alarm when it deviates from a preset threshold value becomes possible. Here, the body fluid refers to blood, lymph, cerebrospinal fluid, intestinal fluid, bile, pancreatic juice, tears (aqueous humor), saliva, sweat, and the like.

また、本発明に係る粘性率測定装置の第4の構成は、前記第3の構成において、前記試料を貯留する収容体と、
前記収容体内に貯留された前記試料の電気伝導率を測定する電気伝導率測定手段と、
前記収容体内に貯留された前記試料に、水を注水する注水手段と、
前記収容体内に貯留された前記試料の原液の電気伝導率σを前記電気伝導率測定手段により測定した後、前記注水手段により前記試料の原液を純水により所定の倍率nに希釈し、その希釈溶液の電気伝導率σを測定する測定制御手段と、
前記希釈溶液の電気伝導率σから、所定の既知の溶液の濃度と電気伝導率との関係を表す換算テーブル又は換算式を参照することにより、前記試料の原液の電解質濃度cとその電解質濃度に換算した電気伝導率σとを算出する電気伝導率換算手段と、
前記換算した電気伝導率σと前記試料の原液の電気伝導率σとの比から、前記試料の原液の粘性率を算出する粘性率算出手段と、
を備えたことを特徴とする。
Moreover, the 4th structure of the viscosity measuring apparatus which concerns on this invention is a container which stores the said sample in the said 3rd structure,
Electrical conductivity measuring means for measuring electrical conductivity of the sample stored in the container;
Water injection means for injecting water into the sample stored in the container;
After measuring the electrical conductivity σ 0 of the stock solution of the sample stored in the container by the electrical conductivity measuring means, the stock solution of the sample is diluted with pure water to a predetermined magnification n by the water injection means, Measurement control means for measuring the electrical conductivity σ 1 of the diluted solution;
From the electrical conductivity σ 1 of the diluted solution, by referring to a conversion table or a conversion formula representing the relationship between the concentration of the predetermined known solution and the electrical conductivity, the electrolyte concentration c 2 of the sample stock solution and its electrolyte An electrical conductivity conversion means for calculating an electrical conductivity σ 2 converted into a concentration;
Viscosity calculation means for calculating the viscosity of the sample stock solution from the ratio between the converted electrical conductivity σ 2 and the electrical conductivity σ 0 of the sample stock solution;
It is provided with.

また、本発明に係る粘性率測定装置の第5の構成は、前記第4の構成において、前記電気伝導率測定手段は、
前記試料の液中に1対の電極を離隔して配置することにより構成したインピーダンスが、時定数を決定するインピーダンスとして組み込まれたCRタイミング方式発振回路と、
前記CRタイミング方式発振回路の発振周波数又は発振周期を測定する発振状態測定器と、
前記発振状態測定器により計測される発振周波数又は発振周期から前記試料の電気伝導率を決定する電気伝導率換算手段と、を備えたことを特徴とする。
Further, a fifth configuration of the viscosity measuring device according to the present invention is the fourth configuration, wherein the electrical conductivity measuring means is
A CR timing oscillation circuit in which an impedance configured by separating a pair of electrodes in the sample liquid is incorporated as an impedance for determining a time constant;
An oscillation state measuring instrument for measuring an oscillation frequency or an oscillation period of the CR timing oscillation circuit;
Electrical conductivity conversion means for determining the electrical conductivity of the sample from an oscillation frequency or an oscillation period measured by the oscillation state measuring device.

ここで、「発振状態測定器」は、発振周波数及び発振周期を同時に測定するものでもよい。また、その後の電気伝導率換算等のデータ処理を容易にするため、発振状態測定器は測定した発振周波数又は発振周期をディジタルデータに変換して伝送するものを使用するのが好ましい。   Here, the “oscillation state measuring device” may measure the oscillation frequency and the oscillation period simultaneously. In order to facilitate subsequent data processing such as electrical conductivity conversion, it is preferable to use an oscillation state measuring instrument that converts the measured oscillation frequency or oscillation period into digital data and transmits it.

また、本発明においては、測定制御手段、電気伝導率換算手段、及び粘性率算出手段をコンピュータプログラムとして提供し、プログラムは、コンピュータに読み込んで実行することにより、該コンピュータを、前記第4の構成の粘性率測定装置における測定制御手段、電気伝導率換算手段、及び粘性率算出手段として動作させるようにしてもよい。
In the present invention, the measurement control means, the electric conductivity conversion means, and the viscosity calculation means are provided as a computer program, and the program is read into the computer and executed, whereby the computer is configured with the fourth configuration. You may make it operate | move as a measurement control means, electrical conductivity conversion means, and viscosity calculation means in the viscosity measuring device.

プログラムは、CD−ROM、DVD−ROM、メモリースティックその他のプログラムの記録媒体に記録されたものであってもよいし、インターネットなどの電気通信回線を通して必要に応じてコンピュータに配信されるものであってもよい。「コンピュータ」は、パーソナル・コンピュータやワークステーションのような汎用型コンピュータに限らず、マイコン、再構成可能論理回路のようなチップ型コンピュータも含む。   The program may be recorded on a CD-ROM, DVD-ROM, memory stick or other program recording medium, or distributed to a computer as needed through an electric communication line such as the Internet. Also good. The “computer” is not limited to a general-purpose computer such as a personal computer or a workstation, but also includes a chip computer such as a microcomputer and a reconfigurable logic circuit.

本発明に係る血液又は血管疾患の検査方法は、前記粘性率測定方法により血清又は血漿の電解質の粘性率及びそれと同時に得られる電解質の濃度を測定し、これを正常値と比較することを特徴とする。   The test method for blood or vascular disease according to the present invention is characterized by measuring the viscosity of serum or plasma electrolyte and the concentration of electrolyte obtained at the same time by the viscosity measurement method, and comparing this with a normal value. To do.

従来の粘性率測定方法(例えば、振動型粘度計により測定する方法等)では、測定のために比較的多くの試料(血液)が必要であったため、微量の血液の粘性率測定は事実上できなかったが、本発明に係る粘性率測定方法では試料(血液)の電気伝導率が測定できさえすればよいため、微量の血液の粘性率測定が可能となる。   Conventional viscosity measurement methods (for example, a method using a vibratory viscometer) require a relatively large number of samples (blood) for measurement, so it is practically possible to measure the viscosity of a very small amount of blood. However, in the viscosity measuring method according to the present invention, it is only necessary to measure the electrical conductivity of the sample (blood), and therefore it is possible to measure the viscosity of a very small amount of blood.

また、本発明に係る血液又は血管疾患若しくはその病態変化の検査方法は、前記粘性率測定方法により血清又は血漿の粘性率及びそれと同時に得られる電解質濃度を経時的に測定して記録し、該粘性率及び電解質濃度の経時変化に基づき血液又は血管疾患若しくはその病態変化を検査することを特徴とする。   Further, the method for examining blood or vascular disease or its pathological change according to the present invention is to measure and record the viscosity of serum or plasma and the electrolyte concentration obtained simultaneously with the viscosity measurement method, and record the viscosity. It is characterized by examining blood or vascular diseases or pathological changes thereof based on changes in the rate and electrolyte concentration over time.

また、上記の本発明に係る血液又は血管疾患の検査方法、又は、本発明に係る血液又は血管疾患若しくはその病態変化の検査方法により、血清又は血漿の粘性率増加をきたす疾患を検査することもできる。「血清又は血漿の粘性率増加をきたす疾患」とは、骨髄腫、原発性マクログロブリン血症、慢性肝炎、心筋梗塞、脳梗塞、膜性腎炎、その他のいわゆる生活習慣病などをいう。   In addition, the method for examining blood or vascular disease according to the present invention or the method for examining blood or vascular disease or its pathological change according to the present invention may be used to examine a disease that causes an increase in serum or plasma viscosity. it can. “Disease causing increase in serum or plasma viscosity” refers to myeloma, primary macroglobulinemia, chronic hepatitis, myocardial infarction, cerebral infarction, membranous nephritis, and other so-called lifestyle-related diseases.

また、上記の本発明に係る血液又は血管疾患の検査方法、又は、本発明に係る血液又は血管疾患若しくはその病態変化の検査方法により、血清又は血漿の粘性率低下が生じる病態を検査することもできる。「血清又は血漿の粘性率低下が生じる病態」とは、鉄欠乏性貧血、溶血性貧血など各種貧血や、ネフローゼ症候群、肝障害など低蛋白血症をいう。   In addition, it is possible to examine a disease state in which the viscosity of serum or plasma is reduced by the method for examining blood or vascular disease according to the present invention or the method for examining blood or vascular disease or its pathological change according to the present invention. it can. “A disease state in which the viscosity of serum or plasma is reduced” refers to various anemias such as iron deficiency anemia and hemolytic anemia, and hypoproteinemia such as nephrotic syndrome and liver damage.

また、本発明に係る体液電解質濃度及び粘性検査システムは、体液の粘性率を測定する体液粘性検査システムであって、前記第1乃至5の何れかの構成の粘性率測定装置を備えたことを特徴とする。ここで、「体液」とは、血液、リンパ液、髄液、腸液、胆汁、膵液、涙(眼房水)、唾液、汗等をいう。   The body fluid electrolyte concentration and viscosity testing system according to the present invention is a body fluid viscosity testing system for measuring a body fluid viscosity, and includes the viscosity measuring device having any one of the first to fifth configurations. Features. Here, “body fluid” refers to blood, lymph, cerebrospinal fluid, intestinal fluid, bile, pancreatic juice, tears (aqueous humor), saliva, sweat, and the like.

また、本発明に係る食品製造装置は、液体もしくはゲル状の食品製造過程における食品材料の温度と粘性率を測定し制御し記録する食品製造装置において、前記第1乃至5の何れかの構成の粘性率測定装置を備えたことを特徴とする。   The food production apparatus according to the present invention is a food production apparatus that measures, controls, and records the temperature and viscosity of a food material in a liquid or gel food production process. A viscosity measurement device is provided.

以上のように、本発明によれば、少量の試料を用いてその電解質濃度および粘性率を簡便かつ迅速に判定することが可能となる。このことを利用して、上述したような各検査方法、体液粘性検査システム、食品製造装置を提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to easily and quickly determine the electrolyte concentration and viscosity using a small amount of sample. By utilizing this, it becomes possible to provide each inspection method, body fluid viscosity inspection system, and food production apparatus as described above.

NaCl,KCl水溶液の濃度とモル伝導率の関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the density | concentration of NaCl, KCl aqueous solution, and molar conductivity. 本発明の実施例1に係る粘性率測定装置の全体構成を表すブロック図である。It is a block diagram showing the whole structure of the viscosity measuring apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 図2の電気伝導率測定セル群3の1つの測定セル10の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of one measurement cell 10 of the electrical conductivity measurement cell group 3 of FIG. 図2のインピーダンス測定器6及びコンピュータ7の機能構成を表すブロック図である。It is a block diagram showing the function structure of the impedance measuring device 6 and the computer 7 of FIG. 図4のCRタイミング方式発振回路21の具体的な構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a specific configuration example of a CR timing oscillation circuit 21 in FIG. 4. 図4のCRタイミング方式発振回路21の他の具体的な構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating another specific configuration example of the CR timing oscillation circuit 21 of FIG. 4. 本発明の実施例1に係る粘性率測定装置の動作を表すフローチャートである。It is a flowchart showing operation | movement of the viscosity measuring apparatus which concerns on Example 1 of this invention. タイミング抵抗の抵抗値Rと発振周期Tとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the resistance value R of a timing resistor, and the oscillation period T. 実施例4におけるグリセリン−食塩水溶液の粘性率の、既製の粘度計(Viscomate)による測定値と本発明の粘性率測定方法による測定値との相関を示す図である。It is a figure which shows the correlation with the measured value by the viscosity measuring method of the present invention, and the measured value by the viscosity measuring method of this invention of the viscosity of the glycerol-salt aqueous solution in Example 4 with a ready-made viscometer (Viscomate). 純水及びNaCl希薄溶液の温度と粘性率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature of a pure water and NaCl diluted solution, and a viscosity. 純水及びKCl希薄溶液の温度と粘性率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature of a pure water and a KCl dilute solution, and a viscosity. 純水及びHCl希薄溶液の温度と粘性率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature and viscosity of a pure water and HCl dilute solution. 純水及び希釈海水の温度と粘性率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature of a pure water and diluted seawater, and a viscosity. ヨーグルトの発酵過程を電気伝導率の変化として追跡した測定結果である。It is the measurement result which followed the fermentation process of yogurt as a change of electrical conductivity. 温度を上げて流動化させた煮凝りを室温に放置して、その電気伝導率を、図5のCRタイミング方式発振回路21を用いて発振周波数として測定し、連続記録した図である。FIG. 6 is a diagram in which the boiled food that has been fluidized by raising the temperature is left at room temperature, and its electrical conductivity is measured as an oscillation frequency using the CR timing oscillation circuit 21 of FIG. 5 and continuously recorded. CRタイミング方式発振回路21を用いた高分子膜型湿度センサのインピーダンスの変化の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the change of the impedance of the polymer film type | mold humidity sensor using CR timing system oscillation circuit. 実施例17に係る粘性率測定装置の全体構成を表すブロック図である。It is a block diagram showing the whole structure of the viscosity measuring apparatus which concerns on Example 17. FIG. 図17の測定セル10の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the measurement cell 10 of FIG.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

〔1〕本発明に係る粘性率測定方法の基本的な考え方
本発明は、基本的には、特定の温度条件における試料の電気伝導率を測定して該電気伝導率を粘性率に換算する技術である。測定した試料の電気伝導率のデータに、溶液中のイオンのモル伝導率と粘性率との関係を表す拡張Walden則を適用して、試料の電解質濃度と粘性率とを算出する。電解質溶液の電気伝導率は、試料の電解質濃度と試料の粘性率の双方が組み合わさって定まると考えられる。したがって、電気伝導率に対する「電解質濃度の寄与」と「粘性率の寄与」とを分離しなければならない。電解質濃度が既知であればこの「分離」は容易である。しかし、電解質濃度が未知の場合は、測定操作に工夫が必要である。
[1] Basic concept of viscosity measuring method according to the present invention Basically, the present invention is a technique for measuring the electrical conductivity of a sample under a specific temperature condition and converting the electrical conductivity into a viscosity. It is. The extended Walden's law representing the relationship between the molar conductivity of ions in solution and the viscosity is applied to the measured electrical conductivity data of the sample to calculate the electrolyte concentration and the viscosity of the sample. The electrical conductivity of the electrolyte solution is considered to be determined by combining both the electrolyte concentration of the sample and the viscosity of the sample. Therefore, “contribution of electrolyte concentration” and “contribution of viscosity” to electrical conductivity must be separated. This “separation” is easy if the electrolyte concentration is known. However, when the electrolyte concentration is unknown, it is necessary to devise the measurement operation.

本発明においては、試料の原液の電気伝導率σの測定に加えて、新たに「試料の原液を水(純水)により所定の倍率nに希釈した希釈溶液の電気伝導率σを測定する」という新たな測定ステップを加えることによってこの問題を解決する。希釈倍率(所定の倍率n)は、「希釈溶液の粘性率が純水の粘性率(20℃において1.0mPa・s)に極めて近い」という条件を満たせばよい。この条件が満たされれば、電気伝導率に対する「粘性率の寄与」は無視することができ、公表されている換算テーブル(例えば、非特許文献3参照)を参照して、「希釈溶液の電気伝導率」から「希釈溶液の電解質濃度」が求められる。希釈溶液の電解質濃度が定まれば、これを希釈倍率nだけ「算術的に濃縮」して「試料の原液の電解質濃度」を定めることができる。「算術的に濃縮された試料」、すなわち試料の原液と同じ濃度の電解質溶液を仮想的に「タンパク質や糖などの不純物の混在のない純水に電解質を溶かした溶液」(以下「仮想的溶液」と呼ぶ。)とみなす。そうすると、再び上記換算テーブルを参照して、その仮想的溶液の電気伝導率σが求められる。試料の原液の電気伝導率の実測値σは、仮想的溶液の電気伝導率σより必ず小さい。 In the present invention, in addition to the measurement of the electrical conductivity σ 0 of the sample stock solution, a new measurement of “the electrical conductivity σ 1 of a diluted solution obtained by diluting the sample stock solution with water (pure water) to a predetermined magnification n” is performed. It solves this problem by adding a new measurement step. The dilution factor (predetermined factor n) may satisfy the condition that the viscosity of the diluted solution is very close to the viscosity of pure water (1.0 mPa · s at 20 ° C.). If this condition is satisfied, the “contribution of viscosity” to the electrical conductivity can be ignored. Refer to a published conversion table (for example, see Non-Patent Document 3), From the “rate”, “the electrolyte concentration of the diluted solution” is obtained. If the electrolyte concentration of the diluted solution is determined, it can be “arithmetically concentrated” by the dilution factor n to determine “the electrolyte concentration of the stock solution of the sample”. An “arithmetically concentrated sample”, that is, an electrolyte solution having the same concentration as the sample stock solution is virtually “a solution in which electrolyte is dissolved in pure water free of impurities such as protein and sugar” (hereinafter referred to as “virtual solution”). "). Then, referring to the conversion table again, the electrical conductivity σ 2 of the virtual solution is obtained. The measured value σ 0 of the electrical conductivity of the sample stock solution is necessarily smaller than the electrical conductivity σ 2 of the virtual solution.

試料の原液の粘性率をηとし、拡張Walden則を当てはめると、粘性率ηは次式によって求めることができる。   When the viscosity of the sample stock solution is η and the extended Walden law is applied, the viscosity η can be obtained by the following equation.

Figure 0006258708
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したがって、(1)試料の希釈操作、(2)2回の電気伝導率の測定、及び(3)換算テーブル(電気伝導率−濃度の換算テーブル)の参照による電解質濃度の算出、によって未知の試料の粘性率を求めることができる。   Therefore, an unknown sample is obtained by (1) diluting the sample, (2) measuring the electric conductivity twice, and (3) calculating the electrolyte concentration by referring to the conversion table (electrical conductivity-concentration conversion table). Can be obtained.

〔2〕希釈率の選択
ここで、上記本発明に係る粘性率測定方法において、希釈率nをどのように定めるべきかについて考察する。上述の通り、試料の原液の希釈操作は、試料の電気伝導率に対する「粘性率の寄与」を除去する目的でなされるものであるため、基本的には希釈溶液の粘性率が純水の粘性率と同程度となるように希釈すればよい。そこで、予備実験として、身近にある電解質溶液である、
(a)醤油 (粘性率 3〜4mPa・s)
(b)牛乳 (粘性率 〜1.8mPa・s)
を純水で21倍希釈して、既製の粘度計により粘性率を測定した。その結果、何れの希釈溶液の粘性率も、純水の粘性率(1mPa・s)に極めて近い値であった。そこで、血漿などの生体試料でも21倍希釈で充分であろうと推定した。
[2] Selection of Dilution Rate Here, how to determine the dilution rate n in the viscosity measuring method according to the present invention will be considered. As described above, since the dilution operation of the sample stock solution is performed for the purpose of removing the “contribution of viscosity” to the electrical conductivity of the sample, the viscosity of the diluted solution is basically the viscosity of pure water. What is necessary is just to dilute so that it may become comparable to a rate. Therefore, as a preliminary experiment, it is a familiar electrolyte solution,
(A) Soy sauce (viscosity 3-4 mPa · s)
(B) Milk (Viscosity ~ 1.8mPa · s)
Was diluted 21 times with pure water, and the viscosity was measured with a ready-made viscometer. As a result, the viscosity of any diluted solution was very close to the viscosity of pure water (1 mPa · s). Therefore, it was estimated that a 21-fold dilution would be sufficient for biological samples such as plasma.

後述するラット血漿の粘性率測定では、使用できる試料の原液の量が1mL程度と少ないため、希釈溶液の粘性率の確認をせず、21倍希釈を採用した。測定後、全試料をそれぞれ約20mLにまで希釈して既製の粘度計により粘性率を測定した。その結果、何れの希釈溶液の粘性率も、純水の粘性率に極めて近い値であった。   In the measurement of the viscosity of rat plasma, which will be described later, since the amount of the sample stock solution that can be used is as small as about 1 mL, the viscosity of the diluted solution was not confirmed, and a 21-fold dilution was adopted. After the measurement, each sample was diluted to about 20 mL, and the viscosity was measured with a ready-made viscometer. As a result, the viscosity of any diluted solution was very close to the viscosity of pure water.

〔3〕電解質濃度:「標準電解質換算」という考え方
上述の本発明に係る粘性率測定方法において、「(1)試料の希釈操作」及び「(2)2回の電気伝導率の測定」に関しては特に問題はない。しかし、「(3)換算テーブル(電気伝導率−濃度の換算テーブル)の参照による電解質濃度の算出」では、換算テーブルを参照して「電気伝導率σ」から「電解質濃度c」、「電解質濃度nc」から「電気伝導率σ」を換算し決定する必要がある。しかし、希釈溶液中の電解質の種類が定まらなければ換算テーブルを参照することができないため、前記換算を行うことができない。
[3] Electrolyte concentration: the concept of “standard electrolyte conversion” In the above-described viscosity measurement method according to the present invention, regarding “(1) Sample dilution operation” and “(2) Measurement of electrical conductivity twice” There is no particular problem. However, in “(3) Calculation of electrolyte concentration by referring to conversion table (electrical conductivity-concentration conversion table)”, “electrical conductivity σ 1 ” to “electrolyte concentration c 1 ”, “ It is necessary to convert and determine “electrical conductivity σ 2 ” from the electrolyte concentration nc 1 ”. However, since the conversion table cannot be referred to unless the type of electrolyte in the diluted solution is determined, the conversion cannot be performed.

後述の実施例では「標準電解質換算」(具体的には「NaCl換算」)という考え方を採用して、牛乳、醤油、唾液、ラット血漿などの粘性率の推定を行った。「標準電解質換算」とは、試料中に溶解している電解質をある特定の代表的な電解質のみであるとみなし、その標準的な電解質の換算テーブルを用いて電気伝導率−濃度間の換算を行う考え方である。即ち、例えば「NaCl換算」の場合、それぞれの試料を単純に「(電気伝導に寄与しない)不純物の混入した食塩水」と捉え、その食塩濃度を決定するという問題に帰着させるのである。   In the examples described later, the concept of “standard electrolyte conversion” (specifically “NaCl conversion”) was adopted to estimate the viscosity of milk, soy sauce, saliva, rat plasma, and the like. "Standard electrolyte conversion" means that the electrolyte dissolved in the sample is only a specific representative electrolyte, and conversion between conductivity and concentration is performed using the standard electrolyte conversion table. It is a way of thinking. That is, for example, in the case of “NaCl conversion”, each sample is simply regarded as “saline mixed with impurities (which do not contribute to electrical conduction)” and the concentration of the salt is determined.

醤油は、そもそも濃い食塩水であるため、NaCl換算によって近似するのは自然である。しかしながら、牛乳や血漿、その他の生体由来試料のイオン組成は、一般に遥かに複雑である。かかる複雑な組成の電解質溶液を、単純な食塩水で近似し「NaCl換算」を適用することが妥当であるかに関しては検討が必要である。   Since soy sauce is a concentrated salt solution in the first place, it is natural to approximate it by NaCl conversion. However, the ionic composition of milk, plasma and other biological samples is generally much more complex. It is necessary to examine whether it is appropriate to approximate the electrolyte solution having such a complicated composition with a simple saline solution and apply “NaCl conversion”.

これは理論的に決定できるような問題ではない。なぜなら、純粋なNaCl溶液でさえ、生理的濃度(〜150mM)になると、その電気伝導を第一原理から説明することは困難であり、況してや、混合物となると更に困難となるからである。また、本来のWalden則は無限希釈の電解質溶液で成り立つ経験則であり、例外があることも指摘されている。したがって、本発明における立場としては、とりあえず「標準電解質換算」という近似と拡張Walden則を用いて粘性率を計算し、実験によってこの近似の妥当性を検証する。   This is not a problem that can be determined theoretically. This is because even a pure NaCl solution has a physiological concentration (˜150 mM), it is difficult to explain its electric conduction from the first principle, and it becomes more difficult when it becomes a mixture. It is also pointed out that the original Walden rule is an empirical rule that can be established with an infinitely diluted electrolyte solution, and there are exceptions. Therefore, as a standpoint in the present invention, the viscosity is calculated using the approximation “standard electrolyte conversion” and the extended Walden rule for the time being, and the validity of this approximation is verified by experiment.

一般に、ヒトを含む動物体液の電気伝導の主役(陽イオン)はナトリウムイオン(Na)である。本発明では、それ以外に混在する他のイオン(例えば、カルシウムイオンなど)の電気伝導への寄与を、「ナトリウムイオンであればこの濃度に相当する」として代表的なイオン種(標準電解質)に換算して近似したことになる。一方、陰イオンの寄与は、同様に、クロライドイオン(Cl)に換算して近似したことになる。 In general, sodium ions (Na + ) are the main role (cations) of electrical conduction in animal body fluids including humans. In the present invention, the contribution to electrical conduction of other ions (for example, calcium ions) mixed in other than that is represented by a typical ion species (standard electrolyte) as “corresponding to this concentration if sodium ions”. It is approximated by conversion. On the other hand, the contribution of anions is similarly approximated in terms of chloride ions (Cl ).

尚、本発明においては、「標準電解質」は「NaCl」に限られるものではなく、測定する試料に応じて適宜適切な「標準電解質」を選択すればよい。   In the present invention, the “standard electrolyte” is not limited to “NaCl”, and an appropriate “standard electrolyte” may be appropriately selected according to the sample to be measured.

カリウムイオン(K)は、動物細胞内には多量に存在するが、細胞外(すなわち、体液内)には少ない。従って、例えばヒト血漿の塩濃度を「KCl換算」で評価することは、生物学的には不自然である。しかしながら、KCl水溶液は、その電気伝導率の濃度依存性がNaClとよく類似している(図1参照)。従って、「KCl換算」によって近似したとしても、「NaCl換算」と近似した粘性率の値が得られるはずである。後述の実施例で示すように、「KCl換算」によって求めたラット血漿の粘性率の値は「NaCl換算」で求めた粘性率の値とよい精度で一致することが実験的に確認されている。 Potassium ions (K + ) are present in large amounts in animal cells, but are small outside the cells (ie, in body fluids). Therefore, for example, it is biologically unnatural to evaluate the salt concentration of human plasma in terms of KCl. However, the aqueous KCl solution is similar in concentration to the conductivity of NaCl (see FIG. 1). Therefore, even if approximated by “KCl conversion”, a viscosity value approximated by “NaCl conversion” should be obtained. As shown in Examples described later, it has been experimentally confirmed that the viscosity value of rat plasma determined by “KCl conversion” matches the viscosity value calculated by “NaCl conversion” with good accuracy. .

本発明に係る粘性率測定方法は、試料の溶液を入れる収容体(盲端ガラス管、試験管、ビーカー等)、液体の電気伝導率を計測する伝導率計(電気伝導率計)その他の電気伝導率計測装置、収容体に試料や水を注液/注水する器具(ピペット、分注器、洗浄瓶など)さえあれば、測定者が手作業によって伝導率測定を行い、上述の算出方法によって粘性率を算出することが可能である。この作業は機械的作業であるため、ある程度自動化し、測定を簡易に行うようにすることが可能である。そこで、本実施例では、上述の伝導率測定を簡易に行うことを可能とする粘性率測定装置の実施例について説明する。   The viscosity measuring method according to the present invention includes a container (blind-end glass tube, test tube, beaker, etc.) for storing a sample solution, a conductivity meter (electric conductivity meter) for measuring the electrical conductivity of a liquid, and other electrical devices. As long as there is a conductivity measuring device and a device (pipette, dispenser, washing bottle, etc.) for injecting / injecting a sample or water into the container, the measurer performs the conductivity measurement manually, and the above calculation method is used. It is possible to calculate the viscosity. Since this operation is a mechanical operation, it can be automated to some extent and measurement can be performed easily. Therefore, in the present embodiment, an embodiment of a viscosity measuring device that can easily perform the above-described conductivity measurement will be described.

図2は、本発明の実施例1に係る粘性率測定装置の全体構成を表すブロック図である。本実施例の粘性率測定装置1は、蒸留水タンク2、電気伝導率測定セル群3、試料希釈装置4、セル洗浄乾燥装置5、インピーダンス測定器6、コンピュータ7、表示装置8、及び入出力装置9を備えている。   FIG. 2 is a block diagram illustrating the overall configuration of the viscosity measurement device according to the first embodiment of the present invention. The viscosity measuring device 1 of this embodiment includes a distilled water tank 2, an electric conductivity measuring cell group 3, a sample diluting device 4, a cell cleaning / drying device 5, an impedance measuring device 6, a computer 7, a display device 8, and an input / output. A device 9 is provided.

蒸留水タンク2には、希釈用又は洗浄用に使用される蒸留水(純水)が貯留されている。電気伝導率測定セル群3は、試料溶液の電気伝導率の測定を行うための測定セル(収容体)を1乃至複数備えている。試料希釈装置4は、電気伝導率測定セル群3の各測定セルに、蒸留水タンク2から設定された量の蒸留水を供給し、試料溶液の希釈を行う装置(注水手段)である。セル洗浄乾燥装置5は、蒸留水タンク2から電気伝導率測定セル群3の各測定セルへ蒸留水を送水して各測定セルの洗浄を行うとともに、各測定セルに対し乾燥空気を送風して各測定セルの乾燥を行う装置である。セル洗浄乾燥装置5は、各測定セルへ送水する蒸留水にマイクロバブルを発生・混合させ、洗浄能力を高めるように構成してもよい。インピーダンス測定器6は、電気伝導率測定セル群3の各測定セル内の試料溶液の電気伝導率を測定する装置(電気伝導率測定手段)である。   The distilled water tank 2 stores distilled water (pure water) used for dilution or washing. The electrical conductivity measurement cell group 3 includes one or more measurement cells (containers) for measuring the electrical conductivity of the sample solution. The sample diluting device 4 is a device (water injection means) for diluting the sample solution by supplying a set amount of distilled water from the distilled water tank 2 to each measuring cell of the electrical conductivity measuring cell group 3. The cell washing / drying device 5 supplies distilled water from the distilled water tank 2 to each measurement cell of the electrical conductivity measurement cell group 3 to wash each measurement cell, and blows dry air to each measurement cell. An apparatus for drying each measurement cell. The cell cleaning / drying device 5 may be configured to generate and mix microbubbles in distilled water to be sent to each measurement cell to enhance the cleaning capability. The impedance measuring device 6 is a device (electric conductivity measuring means) that measures the electric conductivity of the sample solution in each measurement cell of the electric conductivity measuring cell group 3.

コンピュータ7は、粘性率測定全体の制御とデータ演算を行うための制御装置である。コンピュータ7は、内部に記憶装置を備え、記憶装置には、標準電解質の濃度と電気伝導率との関係を表す換算テーブルが記憶されている。コンピュータ7は、各測定セル内に貯留された試料の原液の電気伝導率σをインピーダンス測定器6により測定した後、試料希釈装置4により試料の原液を蒸留水で所定の倍率nに希釈し、その希釈溶液の電気伝導率σをインピーダンス測定器6により測定する測定制御手段として機能する。また、コンピュータ7には、希釈溶液の電気伝導率σから、換算テーブルを参照することにより、試料の原液の濃度に換算した電気伝導率σを算出する電気伝導率換算手段、及び、換算した電気伝導率σと試料の原液の電気伝導率σとの比から、試料の原液の粘性率を算出する粘性率算出手段としても機能するプログラムがインストールされている。 The computer 7 is a control device for performing overall viscosity measurement control and data calculation. The computer 7 includes a storage device therein, and the storage device stores a conversion table that represents the relationship between the concentration of the standard electrolyte and the electrical conductivity. The computer 7 measures the electrical conductivity σ 0 of the sample stock stored in each measurement cell with the impedance measuring device 6, and then dilutes the sample stock with distilled water to a predetermined magnification n with the sample diluting device 4. , And functions as a measurement control means for measuring the electrical conductivity σ 1 of the diluted solution by the impedance measuring device 6. Further, the computer 7 refers to an electrical conductivity conversion means for calculating the electrical conductivity σ 2 converted to the concentration of the stock solution of the sample by referring to the conversion table from the electrical conductivity σ 1 of the diluted solution, and the conversion A program that also functions as a viscosity calculating means for calculating the viscosity of the sample stock solution from the ratio of the measured electrical conductivity σ 2 and the sample stock solution conductivity σ 0 is installed.

表示装置8は、コンピュータ7に接続されたディスプレイである。入出力装置9は、コンピュータ7に接続された、マウス、キーボード、CD−ROMドライブ、DVD−ROMドライブ、外部記憶装置、プリンタ等の入出力機器である。   The display device 8 is a display connected to the computer 7. The input / output device 9 is an input / output device connected to the computer 7 such as a mouse, a keyboard, a CD-ROM drive, a DVD-ROM drive, an external storage device, and a printer.

図3は、図2の電気伝導率測定セル群3の1つの測定セル10の一例を示す図である。測定セル10は、ガラスや樹脂などで形成された収容体11の内部に、空洞状に収容室12が形成され、収容室12の上部には上に向かって開口する上部開口12aが形成されている。また、収容室12の左右側壁には、細管状の流入路13及び流出路14が水平に穿設されており、流入路13及び流出路14の外側端は収容体11の側壁に管状に突出しその先端で開口している。流入路13の中間には、流入路13を開閉する流入側コック15が設けられ、流出路14の中間には、流出路14を開閉する流出側コック16が設けられている。流入側コック15及び流出側コック16は、モータによって電気的に駆動され、その開閉動作はコンピュータ7によって制御される。また、収容室12内には、上部から電極17a,17bが挿入されており、電極17a,17bの下端は収容室12の内底面近傍まで延出している。電極17a,17bは、先端以外は絶縁体で被覆されている。電極17a,17bの先端は、耐腐食性を持たせるため、金メッキが施されている。この電極17a,17bによって収容室12内の液体の電気伝導率を測定する。また、電極17a,17bの基端側は、インピーダンス測定器6に接続されている。さらに、収容室12の底面付近の側壁には、収容室12内の液体の温度を計測するための温度センサ18が設置されている。収容室12の底面には、収容室12内の液体の温度を制御するためのペルチェ素子19が設置されている。温度センサ18及びペルチェ素子19は、コンピュータ7に接続されており、コンピュータ7から収容室12内の液体の温度を計測し制御することが可能とされている。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of one measurement cell 10 in the electrical conductivity measurement cell group 3 of FIG. The measurement cell 10 has a housing chamber 12 formed in a hollow shape inside a housing 11 made of glass, resin, or the like, and an upper opening 12a that opens upward is formed in the upper portion of the housing chamber 12. Yes. In addition, narrow tubular inflow passages 13 and outflow passages 14 are horizontally drilled in the left and right side walls of the storage chamber 12, and the outer ends of the inflow passage 13 and the outflow passage 14 project in a tubular shape from the side walls of the housing 11. It opens at its tip. An inflow side cock 15 that opens and closes the inflow path 13 is provided in the middle of the inflow path 13, and an outflow side cock 16 that opens and closes the outflow path 14 is provided in the middle of the outflow path 14. The inflow side cock 15 and the outflow side cock 16 are electrically driven by a motor, and the opening / closing operation thereof is controlled by the computer 7. In addition, electrodes 17 a and 17 b are inserted into the storage chamber 12 from above, and the lower ends of the electrodes 17 a and 17 b extend to the vicinity of the inner bottom surface of the storage chamber 12. The electrodes 17a and 17b are covered with an insulator except for the tips. The tips of the electrodes 17a and 17b are plated with gold in order to provide corrosion resistance. The electrical conductivity of the liquid in the storage chamber 12 is measured by the electrodes 17a and 17b. The proximal ends of the electrodes 17 a and 17 b are connected to the impedance measuring device 6. Furthermore, a temperature sensor 18 for measuring the temperature of the liquid in the storage chamber 12 is installed on the side wall near the bottom surface of the storage chamber 12. A Peltier element 19 for controlling the temperature of the liquid in the storage chamber 12 is installed on the bottom surface of the storage chamber 12. The temperature sensor 18 and the Peltier element 19 are connected to the computer 7 so that the temperature of the liquid in the storage chamber 12 can be measured and controlled from the computer 7.

尚、図3では、電気伝導率の測定に電極17a,17bを使用する構成を示しているが、電極17a,17bの代わりに伝導率計(電気伝導率計)のようなセンサを使用することもできる。   FIG. 3 shows a configuration in which the electrodes 17a and 17b are used for measuring the electrical conductivity, but a sensor such as a conductivity meter (electrical conductivity meter) is used instead of the electrodes 17a and 17b. You can also.

図4は、図2のインピーダンス測定器6及びコンピュータ7の機能構成を表すブロック図である。図4において、図2,図3に対応する構成部分は同符号を付している。   FIG. 4 is a block diagram showing functional configurations of the impedance measuring device 6 and the computer 7 of FIG. 4, components corresponding to those in FIGS. 2 and 3 are denoted by the same reference numerals.

インピーダンス測定器6は、CRタイミング方式発振回路21、及び発振状態測定回路23を備えている。CRタイミング方式発振回路21は、通常のCR回路を用いた発振回路であり、時定数を決定するインピーダンス(タイミング抵抗)の部分が、電極17a,17bとされている。発振状態測定回路23は、発振信号の電圧の基本周波数又は周期を検出し、周波数値又は周期値に比例するデジタル信号(周波数検出値信号)として出力する。発振状態測定回路23は、マイコンなどを用いて構成することができる。   The impedance measuring device 6 includes a CR timing system oscillation circuit 21 and an oscillation state measurement circuit 23. The CR timing oscillation circuit 21 is an oscillation circuit using a normal CR circuit, and the impedance (timing resistance) part that determines the time constant is the electrodes 17a and 17b. The oscillation state measurement circuit 23 detects the fundamental frequency or period of the voltage of the oscillation signal and outputs it as a digital signal (frequency detection value signal) proportional to the frequency value or period value. The oscillation state measurement circuit 23 can be configured using a microcomputer or the like.

コンピュータ7は、開閉制御回路31、電流制御回路32、A/D変換回路33、I/F回路34、電気伝導率換算部35、換算テーブル記憶部36、粘性率算出部37及び測定制御部38を備えている。   The computer 7 includes an open / close control circuit 31, a current control circuit 32, an A / D conversion circuit 33, an I / F circuit 34, an electrical conductivity conversion unit 35, a conversion table storage unit 36, a viscosity calculation unit 37, and a measurement control unit 38. It has.

開閉制御回路31は、各測定セル10の流入側コック15及び流出側コック16の開閉を制御する制御信号を出力する回路である。電流制御回路32は、各測定セル10のペルチェ素子19に通電する電流を制御する回路である。A/D変換回路33は、各測定セル10の温度センサ18から出力されるアナログ電圧信号をデジタル信号に変換する回路である。I/F回路34は、インピーダンス測定器6の発振状態測定回路23から出力される周波数検出値信号を受信するための回路である。
電気伝導率換算部35は、周波数検出値信号の値を電気伝導率に換算する。
換算テーブル記憶部36には、標準電解質の溶液濃度と電気伝導率との関係を表す換算テーブルが記憶されている。
The open / close control circuit 31 is a circuit that outputs a control signal for controlling the opening / closing of the inflow side cock 15 and the outflow side cock 16 of each measurement cell 10. The current control circuit 32 is a circuit that controls the current supplied to the Peltier element 19 of each measurement cell 10. The A / D conversion circuit 33 is a circuit that converts an analog voltage signal output from the temperature sensor 18 of each measurement cell 10 into a digital signal. The I / F circuit 34 is a circuit for receiving the frequency detection value signal output from the oscillation state measurement circuit 23 of the impedance measuring device 6.
The electrical conductivity conversion unit 35 converts the value of the frequency detection value signal into electrical conductivity.
The conversion table storage unit 36 stores a conversion table representing the relationship between the standard electrolyte solution concentration and the electrical conductivity.

粘性率算出部37は、換算テーブルを参照することにより電気伝導率から標準電解質の濃度を算出する。また、希釈溶液の電解質濃度から算出される原液の電解質濃度に対応する標準電解質溶液の電気伝導率を、換算テーブルを参照することにより算出する。また、電気伝導率換算部35により算出される試料の原液の電気伝導率σ及び換算した標準電解質溶液の電気伝導率σとから試料の原液の粘性率ηを算出する。 The viscosity calculation unit 37 calculates the concentration of the standard electrolyte from the electrical conductivity by referring to the conversion table. Further, the electric conductivity of the standard electrolyte solution corresponding to the electrolyte concentration of the stock solution calculated from the electrolyte concentration of the diluted solution is calculated by referring to the conversion table. Further, the viscosity η of the sample stock solution is calculated from the electrical conductivity σ 0 of the sample stock solution calculated by the electrical conductivity conversion unit 35 and the converted electrical conductivity σ 2 of the standard electrolyte solution.

測定制御部38は、セル洗浄乾燥装置5、開閉制御回路31、電流制御回路32、A/D変換回路33、電気伝導率換算部35、粘性率算出部37を制御することによって、粘性率測定全体の制御を行う。   The measurement control unit 38 controls the cell cleaning / drying device 5, the open / close control circuit 31, the current control circuit 32, the A / D conversion circuit 33, the electrical conductivity conversion unit 35, and the viscosity calculation unit 37, thereby measuring the viscosity. Take overall control.

図5は、図4のCRタイミング方式発振回路21の具体的な構成例を示す図である。CRタイミング方式発振回路21は、シュミット・インバータ41、コンデンサ42、帰還インピーダンス43により構成された非安定マルチ・バイブレータである。この回路の発振周波数は、コンデンサ42及び帰還インピーダンス43により決まる時定数によって決定される。そこで、帰還インピーダンス43を、測定セル10の電極17a,17b(又は伝導率センサ)とする。これにより、電極17a,17bの抵抗に反比例して発振の基本周波数が決定される。従って、出力端子OUTの電圧の基本周波数を発振状態測定回路23で検出することにより、電極17a,17b間の抵抗(すなわち、試料溶液の伝導率)を測定することができる。   FIG. 5 is a diagram illustrating a specific configuration example of the CR timing oscillation circuit 21 of FIG. The CR timing oscillation circuit 21 is an astable multivibrator including a Schmitt inverter 41, a capacitor 42, and a feedback impedance 43. The oscillation frequency of this circuit is determined by a time constant determined by the capacitor 42 and the feedback impedance 43. Therefore, the feedback impedance 43 is set to the electrodes 17a and 17b (or conductivity sensor) of the measurement cell 10. Thereby, the fundamental frequency of oscillation is determined in inverse proportion to the resistance of the electrodes 17a and 17b. Therefore, by detecting the fundamental frequency of the voltage at the output terminal OUT with the oscillation state measuring circuit 23, the resistance between the electrodes 17a and 17b (that is, the conductivity of the sample solution) can be measured.

図6は、図4のCRタイミング方式発振回路21の他の具体的な構成例を示す図である。図6では、図5のシュミット・インバータ41に変えて、差動アンプ41’を用いて非安定マルチ・バイブレータを構成している。この場合も、帰還インピーダンス43を、測定セル10の電極17a,17b(又は伝導率センサ)とする。これにより、電極17a,17bの抵抗に比例して発振の基本周波数が決定される。従って、出力端子OUTの電圧の基本周波数を発振状態測定回路23で検出することにより、電極17a,17b間の抵抗(すなわち、試料溶液の伝導率)を測定することができる。   FIG. 6 is a diagram showing another specific configuration example of the CR timing oscillation circuit 21 of FIG. In FIG. 6, instead of the Schmitt inverter 41 of FIG. 5, a non-stable multivibrator is configured using a differential amplifier 41 '. Also in this case, the feedback impedance 43 is set to the electrodes 17a and 17b (or conductivity sensor) of the measurement cell 10. As a result, the fundamental frequency of oscillation is determined in proportion to the resistance of the electrodes 17a and 17b. Therefore, by detecting the fundamental frequency of the voltage at the output terminal OUT with the oscillation state measuring circuit 23, the resistance between the electrodes 17a and 17b (that is, the conductivity of the sample solution) can be measured.

尚、図5及び図6は一例であり、これ以外の公知のCRタイミング方式発振回路を使用することもできる。例えば、試料に流す電流波形を正弦波にしたいという局面が生じる可能性もある。この場合、CRタイミング方式発振回路21に正弦波発振器を使用することもできる。   5 and 6 are examples, and other known CR timing oscillation circuits can be used. For example, there is a possibility that the current waveform flowing through the sample may be a sine wave. In this case, a sine wave oscillator can be used for the CR timing oscillation circuit 21.

また、本実施例では、試料溶液の電気伝導率の測定にCRタイミング方式発振回路21を使用した構成について説明したが、本発明では電気伝導率の測定については、これ以外の公知の方法を採用することもできる。例えば、(イ)インピーダンス・ブリッジ回路や、(ロ)発振器と、IVコンバータ及びA/Dコンバータを使う方法などが考えられる。   In the present embodiment, the configuration using the CR timing oscillation circuit 21 for measuring the electrical conductivity of the sample solution has been described. However, in the present invention, other known methods are employed for measuring the electrical conductivity. You can also For example, (b) a method using an impedance bridge circuit, (b) an oscillator, an IV converter, and an A / D converter can be considered.

以上のように構成された本発明の実施例1に係る粘性率測定装置において、以下その動作を説明する。図7は、本発明の実施例1に係る粘性率測定装置の動作を表すフローチャートである。   The operation of the viscosity measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention configured as described above will be described below. FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the viscosity measuring device according to the first embodiment of the present invention.

まず、測定者は、粘性率を測定したい試料の原液を、測定セル10の収容室12に上部開口12aから注入する(S101)。ここで、「試料」は、電解質と電解質以外の不純物とを含んだ液状の試料である。例えば、血液、リンパ液等の体液やゲル状の食品などである。原液の注入は、ピペットなどを用いて行う。このとき、流入側コック15及び流出側コック16は閉じた状態にある。そして、使用者はコンピュータ7を操作して、粘性率測定プログラムを起動する。そして、測定者は、測定セル10に注入した原液の量(体積V又は質量m)、粘性率測定を行う設定温度T、換算に使用する標準電解質の種類(NaCl,KCl等)、希釈倍率n、セル定数(測定セル10の周波数−電気伝導率換算の際のキャリブレーション定数)などの測定条件をコンピュータ7に入力した後、測定実行開始の指示を入出力装置9から入力する。 First, the measurer injects a stock solution of a sample whose viscosity is to be measured into the storage chamber 12 of the measurement cell 10 from the upper opening 12a (S101). Here, the “sample” is a liquid sample containing an electrolyte and impurities other than the electrolyte. For example, body fluids such as blood and lymph, and gel foods. The stock solution is injected using a pipette or the like. At this time, the inflow side cock 15 and the outflow side cock 16 are in a closed state. Then, the user operates the computer 7 to start the viscosity measurement program. The measurer then measures the amount of the stock solution injected into the measurement cell 10 (volume V 0 or mass m 0 ), the set temperature T 0 at which the viscosity measurement is performed, the type of standard electrolyte (NaCl, KCl, etc.) used for conversion, After inputting the measurement conditions such as the dilution factor n and the cell constant (the frequency of the measurement cell 10-the calibration constant when converting the electrical conductivity) to the computer 7, an instruction to start measurement is input from the input / output device 9.

測定実行開始の指示が入力されると、測定制御部38は、温度センサ18により試料の原液の温度Tを測定し、電流制御回路32によりペルチェ素子19の通電制御を行うことによって、試料の原液の温度Tが設定温度Tとなるように調節する(S102)。 When an instruction to start measurement is input, the measurement control unit 38 measures the temperature T of the sample stock solution with the temperature sensor 18, and controls the energization of the Peltier element 19 with the current control circuit 32. The temperature T is adjusted to the set temperature T 0 (S102).

次に、測定制御部38は、インピーダンス測定器6により試料の原液に通電し、その発振周波数又は発振周期を検出する。そして、電気伝導率換算部35が検出された発振周波数又は発振周期を電気伝導率σに換算し、測定制御部38に出力する(S103)。 Next, the measurement control unit 38 energizes the stock solution of the sample by the impedance measuring device 6 and detects its oscillation frequency or oscillation cycle. Then, the oscillation frequency or oscillation cycle detected by the electrical conductivity conversion unit 35 is converted into electrical conductivity σ 0 and output to the measurement control unit 38 (S103).

次に、測定制御部38は、原液の量(体積V又は質量m)から希釈に用いる水の量を計算し、希釈倍率が設定された倍率nとなる注入水量を計算する。そして、開閉制御回路31により流入側コック15を開き、試料希釈装置4により収容室12に蒸留水タンク2から計算された注入水量の純水を注入し、収容室12内の試料溶液をn倍に希釈する(S104)。 Next, the measurement control unit 38 calculates the amount of water used for dilution from the amount of the stock solution (volume V 0 or mass m 0 ), and calculates the amount of injected water that becomes the magnification n at which the dilution factor is set. Then, the inflow side cock 15 is opened by the open / close control circuit 31, and the sample dilution device 4 injects pure water of the injection water amount calculated from the distilled water tank 2 into the storage chamber 12, and the sample solution in the storage chamber 12 is multiplied by n times. (S104).

次に、測定制御部38は、温度センサ18により試料の希釈溶液の温度Tを測定し、電流制御回路32によりペルチェ素子19の通電制御を行うことによって、試料の希釈溶液の温度Tが設定温度Tとなるように調節する(S105)。 Next, the measurement control unit 38 measures the temperature T of the diluted solution of the sample by the temperature sensor 18, and controls the energization of the Peltier element 19 by the current control circuit 32, so that the temperature T of the diluted solution of the sample becomes the set temperature. Adjustment is made so as to be T 0 (S105).

次に、測定制御部38は、インピーダンス測定器6により試料の原液に通電し、その発振周波数又は発振周期を検出する。そして、電気伝導率換算部35が検出された発振周波数又は発振周期を電気伝導率σに換算し粘性率算出部37に出力する(S106)。粘性率算出部37は、設定された標準電解質の換算テーブル(又は換算式)を参照して電気伝導率σに対応する標準電解質の濃度cを算出する(S107)。 Next, the measurement control unit 38 energizes the stock solution of the sample by the impedance measuring device 6 and detects its oscillation frequency or oscillation cycle. Then, the oscillation frequency or oscillation cycle detected by the electrical conductivity conversion unit 35 is converted into the electrical conductivity σ 1 and output to the viscosity calculation unit 37 (S106). The viscosity calculation unit 37 calculates the standard electrolyte concentration c 1 corresponding to the electrical conductivity σ 1 with reference to the set standard electrolyte conversion table (or conversion formula) (S107).

次に、粘性率算出部37は、原液の電解質濃度c=n・cを算出し、設定された標準電解質の換算テーブル(又は換算式)を参照して電解質濃度cに対応する標準電解質の電気伝導率σを算出し、電解質濃度c,c,電気伝導率σ,σを測定制御部38に出力する(S108)。そして、粘性率算出部37は、試料原液の粘性率η=(σ/σ)×η(ηは同じ温度・同じ電解質濃度における水溶液の粘性率)を算出し、測定制御部38に出力する(S109)。 Next, the viscosity calculation unit 37 calculates the electrolyte concentration c 2 = n · c 1 of the stock solution, and refers to the standard electrolyte conversion table (or conversion formula), and the standard corresponding to the electrolyte concentration c 2 The electrical conductivity σ 2 of the electrolyte is calculated, and the electrolyte concentrations c 1 and c 2 and the electrical conductivities σ 1 and σ 2 are output to the measurement control unit 38 (S108). Then, the viscosity calculating unit 37 calculates the viscosity η = (σ 2 / σ 0 ) × η ww is the viscosity of the aqueous solution at the same temperature and the same electrolyte concentration) of the sample stock solution, and the measurement control unit 38. (S109).

次に、測定制御部38は、測定又は算出された粘性率η,電解質濃度c,c,電気伝導率σ,σ,σを表示装置8に出力・表示するとともに、入出力装置9に出力する(S110)。 Next, the measurement control unit 38 outputs / displays the measured or calculated viscosity η, electrolyte concentrations c 1 , c 2 , and electrical conductivity σ 0 , σ 1 , σ 2 on the display device 8, and inputs and outputs It outputs to the apparatus 9 (S110).

測定を終わる場合、測定者は、入出力装置9からコンピュータ7に洗浄実行指示を入力する(S110)。洗浄実行指示が入力されると、測定制御部38は、まず開閉制御回路31により流出側コック16を開弁して収容室12内の溶液を排出させる(S201)。   When the measurement is finished, the measurer inputs a cleaning execution instruction from the input / output device 9 to the computer 7 (S110). When the cleaning execution instruction is input, the measurement control unit 38 first opens the outflow side cock 16 by the open / close control circuit 31 to discharge the solution in the storage chamber 12 (S201).

次に、測定制御部38は、開閉制御回路31により流入側コック15を開き、セル洗浄乾燥装置5に洗浄指示を出力する。セル洗浄乾燥装置5は、収容室12への蒸留水の注水(S202)と排出(S203)とを所定の回数Nだけ繰り返し行い(S204)、測定セル10の洗浄を行う。   Next, the measurement control unit 38 opens the inflow side cock 15 by the open / close control circuit 31 and outputs a cleaning instruction to the cell cleaning / drying device 5. The cell cleaning / drying apparatus 5 repeatedly injects distilled water into the storage chamber 12 (S202) and discharges (S203) a predetermined number of times N (S204), thereby cleaning the measurement cell 10.

洗浄終了後、セル洗浄乾燥装置5は、測定セル10の収容室12に乾燥空気を送風して収容室12内の乾燥を行い、洗浄プロセスを終了する(S205)。   After completion of the cleaning, the cell cleaning / drying device 5 blows dry air into the storage chamber 12 of the measurement cell 10 to dry the storage chamber 12 and ends the cleaning process (S205).

以上の方法によって、試料の粘性率η及び電解質濃度cが測定される。本実施例の粘性率測定装置1は、微量な試料の測定を容易に行うことが可能なため、従来試料が少量すぎて粘性率の測定ができなかったような分野において様々な応用が可能となる。例えば、粘性率測定装置1により血清又は血漿その他の体液の電解質の粘性率及びそれと同時に得られる電解質の濃度を測定し、これを正常値と比較することで、血液又は血管疾患の検査装置や体液粘性検査システムとして応用することができる(実施例7〜9参照)。また、液体もしくはゲル状の食品製造過程における食品材料の温度と粘性率を、本実施例の粘性率測定装置1で測定し制御し記録するように構成することで、食品製造装置にも応用することができる(実施例10,11,12,16参照)。 By the above method, the viscosity of the sample η and electrolyte concentration c 2 is measured. Since the viscosity measuring apparatus 1 of the present embodiment can easily measure a very small amount of sample, it can be applied in various fields where the conventional sample is too small to measure the viscosity. Become. For example, the viscosity measuring device 1 measures the viscosity of the electrolyte of serum or plasma or other body fluids and the concentration of the electrolyte obtained at the same time, and compares this with the normal value, so that a blood or vascular disease testing device or body fluid can be obtained. It can be applied as a viscosity inspection system (see Examples 7 to 9). In addition, the temperature and viscosity of the food material in the liquid or gel food manufacturing process are measured, controlled and recorded by the viscosity measuring device 1 of this embodiment, so that it can be applied to the food manufacturing device. (See Examples 10, 11, 12, 16).

以下では、本発明に係る粘性率測定方法の精度及び有効性の検証のために行った幾つかの実施例について説明する。   Below, some examples performed for verification of the accuracy and effectiveness of the viscosity measuring method according to the present invention will be described.

(シュミット・インバータ発振回路を用いた電気伝導率の測定)
まず、図5に示したCRタイミング方式発振回路21と一対の電極17a,17bを使用して、電解質溶液の電気伝導率を測定する実験手順について説明する。電極17a,17bは、金メッキの施された「ヘッダーピン端子」にリード線を接続し、接続部を防水絶縁加工したものを使用した。
(Measurement of electrical conductivity using Schmitt inverter oscillation circuit)
First, an experimental procedure for measuring the electrical conductivity of the electrolyte solution using the CR timing oscillation circuit 21 and the pair of electrodes 17a and 17b shown in FIG. 5 will be described. The electrodes 17a and 17b were formed by connecting lead wires to gold-plated “header pin terminals” and waterproofing the connecting portions.

図8は、図5のタイミング抵抗Rとしてダイヤル抵抗器(YOKOGAWA2768)を接続し、その抵抗値を変化させて測定された発振周波数から、発振周期を算出してプロットした図である。横軸をタイミング抵抗Rの抵抗値、縦軸を発振周期Tとしている。図8より、発振周期Tはタイミング抵抗Rに完全に比例していることが分かる。   FIG. 8 is a diagram in which an oscillation period is calculated and plotted from an oscillation frequency measured by connecting a dial resistor (YOKOGAWA 2768) as the timing resistor R in FIG. 5 and changing the resistance value. The horizontal axis represents the resistance value of the timing resistor R, and the vertical axis represents the oscillation period T. 8 that the oscillation period T is completely proportional to the timing resistance R.

次に、ダイヤル抵抗器に代えて、電極17a,17bのリード線を接続し、電極17a,17bをそれぞれの標準電解質溶液(10mM NaCl溶液、10mM KCl溶液、100mM KCl溶液、及び100mM NaCl溶液)に順次浸漬して発振させ、発振周波数を測定した。発振周波数から、それぞれの塩溶液に対応する電極間抵抗Rを定めた。電極間抵抗Rは、図8のグラフから求めることができるが、今回は測定精度を上げるために、電極17a,17bに代えて再びダイヤル抵抗器を接続して、それぞれの基準溶液に対応する発振周波数を再現して定めた。表1に、電極間抵抗Rとそれぞれの溶液の電気伝導率(非特許文献3)をあわせて示す。   Next, instead of the dial resistor, the lead wires of the electrodes 17a and 17b are connected, and the electrodes 17a and 17b are connected to respective standard electrolyte solutions (10 mM NaCl solution, 10 mM KCl solution, 100 mM KCl solution, and 100 mM NaCl solution). Oscillation was performed by sequentially immersing, and the oscillation frequency was measured. The interelectrode resistance R corresponding to each salt solution was determined from the oscillation frequency. The interelectrode resistance R can be obtained from the graph of FIG. 8, but this time, in order to increase the measurement accuracy, a dial resistor is connected again instead of the electrodes 17a and 17b, and the oscillation corresponding to each reference solution is performed. The frequency was reproduced and determined. Table 1 also shows the interelectrode resistance R and the electrical conductivity of each solution (Non-Patent Document 3).

Figure 0006258708
Figure 0006258708

電解質溶液の電気伝導率の初歩的な理論(非特許文献3)によれば、電解質溶液の電気伝導率σと、それに浸漬した電極間抵抗Rとの間には次式のような関係がある。   According to the rudimentary theory of the electrical conductivity of the electrolyte solution (Non-patent Document 3), the electrical conductivity σ of the electrolyte solution and the interelectrode resistance R immersed therein have the following relationship: .

Figure 0006258708
ここで、定数Kは電極17a,17bや収容室12の幾何学的形状によって定まる固有の量で電極定数(セル定数)と呼ばれる。
Figure 0006258708
Here, the constant K is a specific amount determined by the geometric shapes of the electrodes 17a and 17b and the storage chamber 12, and is called an electrode constant (cell constant).

表1の結果から、シュミット・インバータ発振回路の発振周波数として表現された電極間抵抗Rの抵抗値は、電解質溶液の電気伝導率を正しく反映しているといえる。また、この測定から、今回実験において使用した電極17a,17bの電極定数Kの平均値は、334m−1であった。 From the results in Table 1, it can be said that the resistance value of the interelectrode resistance R expressed as the oscillation frequency of the Schmitt inverter oscillation circuit correctly reflects the electrical conductivity of the electrolyte solution. Also, from this measurement, the average value of the electrode constant K of the electrodes 17a and 17b used in this experiment was 334m- 1 .

既に説明した通り、CRタイミング方式発振回路21を使用した未知試料の電気伝導率σの測定は、次の手順で実行することができる。
(1)電極定数Kが既知である一対の電極17a,17bを用意する。
(2)電極17a,17bをCRタイミング方式発振回路21に接続する。
(3)電極17a,17bを試料溶液に浸漬して発振周波数を測定する。
(4)測定された発振周波数に対応する抵抗値Rを、図8のようなグラフ、回帰式、或いはダイヤル抵抗器を用いて定める。
(5)未知試料の電気伝導率σを、式(11)を用いて算出する。
As already described, the measurement of the electrical conductivity σ x of an unknown sample using the CR timing system oscillation circuit 21 can be performed by the following procedure.
(1) A pair of electrodes 17a and 17b whose electrode constant K is known are prepared.
(2) The electrodes 17a and 17b are connected to the CR timing oscillation circuit 21.
(3) The oscillation frequency is measured by immersing the electrodes 17a and 17b in the sample solution.
(4) A resistance value Rx corresponding to the measured oscillation frequency is determined using a graph, a regression equation, or a dial resistor as shown in FIG.
(5) The electrical conductivity σ x of the unknown sample is calculated using Equation (11).

(種々の濃度のグリセリンを溶かした食塩水の粘性率の測定)
次に、試料としてグリセリンを使用した場合を例にとって、電解質溶液の粘性率を電気伝導率測定から推定する手順を詳細に説明する。
(Measurement of viscosity of saline solution with various concentrations of glycerin)
Next, taking as an example the case of using glycerin as a sample, the procedure for estimating the viscosity of the electrolyte solution from the electrical conductivity measurement will be described in detail.

(試料)
種々の濃度のグリセリンを加えた食塩水を用意した。グリセリン溶液は、何れも厳密にNaCl濃度が150mMとなるように調整し、グリセリン濃度を変えて、その粘性率が1.0〜1.2mPa・sの範囲に収まるように、一連の系列の試料を作成した。また、グリセリンを含まない150mM NaCl溶液を基準試料とした。この基準試料の粘性率は、純水と同じ1mPa・sであった。
(sample)
Saline solutions with various concentrations of glycerin were prepared. All of the glycerin solutions are adjusted so that the NaCl concentration is strictly 150 mM, and the glycerin concentration is changed so that the viscosity is within the range of 1.0 to 1.2 mPa · s. It was created. A 150 mM NaCl solution containing no glycerin was used as a reference sample. The viscosity of this reference sample was 1 mPa · s, the same as that of pure water.

(既製粘度計)
市販の振動型粘度計(yamco MODEL VM-1A:以下「Viscomate」という。)で測定した粘性率の値と、本発明に係る粘性率測定方法により求めた粘性率の値との比較を行った。Viscomateは、室温(〜20℃)の純水(粘性率1mPa・s)により較正した。
(Off-the-shelf viscometer)
A comparison was made between the viscosity value measured with a commercially available vibratory viscometer (yamco MODEL VM-1A: hereinafter referred to as “Viscomate”) and the viscosity value obtained by the viscosity measurement method according to the present invention. . The Viscomate was calibrated with pure water (viscosity 1 mPa · s) at room temperature (˜20 ° C.).

(発振回路)
電気伝導率の測定に使用する発振回路には、実施例2と同様に、シュミット・インバータ発振回路を使用した。実施例2で述べた通り、この発振回路の発振周期Tは、タイミング抵抗Rの抵抗値に厳密に比例する。即ち、次式が成り立つ。
(Oscillation circuit)
As in Example 2, a Schmitt inverter oscillation circuit was used as the oscillation circuit used for measuring the electrical conductivity. As described in the second embodiment, the oscillation period T of this oscillation circuit is strictly proportional to the resistance value of the timing resistor R. That is, the following equation holds.

Figure 0006258708
Figure 0006258708

タイミング抵抗Rを電解質溶液に浸漬した電極17a,17bに置き換えると、発振周期が電極間抵抗に比例することになる。実施例2で示したように、「電極間抵抗の抵抗値は溶液の電気伝導率に反比例」する。   When the timing resistance R is replaced with the electrodes 17a and 17b immersed in the electrolyte solution, the oscillation period is proportional to the interelectrode resistance. As shown in Example 2, “the resistance value of the interelectrode resistance is inversely proportional to the electrical conductivity of the solution”.

Figure 0006258708
Figure 0006258708

発振周波数fは1/Tであるから、式(12),式(13)から、同一の電極を使用すれば(Kが同じであれば)、「発振周波数は溶液の電気伝導率に比例する」という結果になる。即ち、次式が成り立つ。   Since the oscillation frequency f is 1 / T, from the equations (12) and (13), if the same electrode is used (if K is the same), “the oscillation frequency is proportional to the electrical conductivity of the solution. Result. That is, the following equation holds.

Figure 0006258708
Figure 0006258708

実施例3で使用する試料の電解質濃度はすべて同一である。従って、各試料間に電気伝導率の差があれば、それは電解質濃度の違いによるものではない。拡張Walden則に依拠すると、各試料間の電気伝導率の違いの主たる要因は試料の粘性率である、というのが本発明における立場(推定)である。拡張Walden則は次式で表される。   The electrolyte concentrations of the samples used in Example 3 are all the same. Therefore, if there is a difference in electrical conductivity between samples, it is not due to a difference in electrolyte concentration. Based on the extended Walden rule, the main factor of the difference in electrical conductivity between the samples is the viscosity of the sample (estimation) in the present invention. The extended Walden rule is expressed by the following equation.

Figure 0006258708
ここで、σは溶液の電気伝導率、ηはこの溶液の粘性率である(尚、多くの文献に記載されている本来のWalden則は、極限モル伝導率と粘性率との積が一定である(ηΛ =const.)という形式で書かれている)。式(14),式(15)から、次式が導かれる。
Figure 0006258708
Where σ is the electrical conductivity of the solution and η is the viscosity of the solution (note that the original Walden law described in many literatures has a constant product of ultimate molar conductivity and viscosity. (It is written in the form of ηΛ m 0 = const.) From the equations (14) and (15), the following equation is derived.

Figure 0006258708
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式(16)から、粘性率が既知の基準溶液を用意すれば、「発振周波数を測定するだけで粘性率が算出できる」ことが分かる。   From formula (16), it can be seen that if a reference solution with a known viscosity is prepared, the viscosity can be calculated simply by measuring the oscillation frequency.

ここで、式(16)を導くに至る測定条件と仮定を整理すると次の通りである。
(1)発振周期がタイミング抵抗値に比例するようなCRタイミング方式発振回路を採用した。
(2)試料の電解質濃度はすべて同じであり、電気伝導率の違いは粘性率の違いのみによるものとした。
(3)同一の電極(セル)を使用し、その電極間抵抗値が溶液の電気伝導率に反比例するとした。
(4)Walden則が有限の電解質濃度で成立すると仮定した(拡張Walden則)。
Here, the measurement conditions and assumptions that lead to the expression (16) are summarized as follows.
(1) A CR timing type oscillation circuit in which the oscillation period is proportional to the timing resistance value is adopted.
(2) All the electrolyte concentrations of the samples were the same, and the difference in electrical conductivity was due only to the difference in viscosity.
(3) The same electrode (cell) was used, and the resistance value between the electrodes was assumed to be inversely proportional to the electrical conductivity of the solution.
(4) It was assumed that Walden's law was established at a finite electrolyte concentration (extended Walden's law).

図9に、実施例3におけるグリセリン−食塩水溶液の粘性率の、既成の粘度計による測定値と本発明の粘性率測定方法による測定値との相関を示す。図9から分かるように、式(16)から求めたグリセリン−食塩水溶液の粘性率と、既製の粘度計で求めた粘性率とは、絶対値は異なっているが、互いに線型な相関関係にあることが実験により確認された。   In FIG. 9, the correlation of the measured value by the existing viscosity meter and the measured value by the viscosity measuring method of this invention of the viscosity of the glycerol-salt aqueous solution in Example 3 is shown. As can be seen from FIG. 9, the viscosity of the glycerin-salt aqueous solution obtained from the equation (16) and the viscosity obtained with an off-the-shelf viscometer have different absolute values but are linearly correlated with each other. This was confirmed by experiments.

(電解質濃度が既知である場合の粘性率決定法)
実施例2では、種々の濃度のグリセリンを加えた食塩水(150mM NaCl)の粘性率を、粘性率のわかっている150mM NaCl水溶液(純水にNaClを溶かした溶液)を基準にして推定する方法について述べた。もし、試料の電解質濃度が既知である(例えば150mM NaCl含有とわかっている)ならば、「基準溶液」を準備する必要はない。「基準溶液」の電気伝導率が既知だからである。
(Viscosity determination method when electrolyte concentration is known)
In Example 2, the viscosity of saline (150 mM NaCl) to which various concentrations of glycerin are added is estimated based on a 150 mM NaCl aqueous solution (solution in which NaCl is dissolved in pure water) whose viscosity is known. Said. If the electrolyte concentration of the sample is known (eg, known to contain 150 mM NaCl), it is not necessary to prepare a “reference solution”. This is because the electric conductivity of the “reference solution” is known.

粘性率推定の手順は以下のようになる。
(1)実施例1に述べた方法により、試料の電気伝導率σを定める。
(2)換算テーブル(例えば「化学便覧」)あるいは換算式を参照して該濃度の電解質溶液の電気伝導率σを算出する。
(3)拡張Walden則に依拠すれば、σをσで除した値に基準溶液の粘性率(純水ならば20℃で1mPa・sとわかっている)を掛けた値が試料の粘性率である。
The procedure for viscosity estimation is as follows.
(1) The electrical conductivity σ x of the sample is determined by the method described in Example 1.
(2) The electrical conductivity σ of the electrolyte solution having the concentration is calculated with reference to a conversion table (for example, “Chemical Handbook”) or a conversion formula.
(3) Based on the extended Walden rule, the value obtained by multiplying the value obtained by dividing σ by σ x by the viscosity of the reference solution (it is known as 1 mPa · s at 20 ° C. for pure water) It is.

表2は、NaCl濃度を厳密に150mMに合わせた種々の濃度のショ糖(sucrose)液の粘性率を上に述べた方法で推定した値(以下「Walden粘性率」という。)と振動型粘度計(Viscomate)で測定した値(以下「Viscomate粘性率」という。)を比較したものである。粘性率が大きくなると相対誤差は大きくなる傾向がみられるが、ショ糖液においてもViscomate粘性率の大きな試料はWalden粘性率の値も大きい、つまり、測定された粘性率の値の大小の順序は正しく再現されていることがわかる。   Table 2 shows the values (hereinafter referred to as “Walden viscosity”) estimated by the above-described method of the viscosity of various concentrations of sucrose liquid in which the NaCl concentration is strictly adjusted to 150 mM, and the vibration-type viscosity. This is a comparison of the values measured by a Viscomate (hereinafter referred to as “Viscomate viscosity”). As the viscosity increases, the relative error tends to increase, but even in the sucrose solution, the Viscomate sample has a large Walden viscosity value, that is, the order of the measured viscosity values is as follows. You can see that it is reproduced correctly.

Figure 0006258708
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(水の粘性率の温度依存性の測定)
水の粘性率は、近似的に絶対温度Tの指数関数に比例することが知られている。すなわち、水の粘性率ηの温度依存性は、近似的に
(Measurement of temperature dependence of water viscosity)
It is known that the viscosity of water is approximately proportional to an exponential function of the absolute temperature T. That is, the temperature dependence of the viscosity η of water is approximately

Figure 0006258708
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また、種々の温度における水の粘性率は、詳細な表によって提供されている(例えば、国立天文台編,「平成24年 理科年表(第85冊)」,389頁参照)。本実験例では、蒸留水に種々の電解質(NaCl,KCl,HCl,及び海水)を微量加えた試料(最終濃度10mM程度)をそれぞれ用意し、温度を変化させてその電気伝導率を発振周波数として記録した。測定結果を図10〜図13に示す。横軸は絶対温度の逆数(単位:mK−1)、縦軸は粘性率(単位:mPa・s)の対数である。各図において、純水の粘性率データは非特許文献3から引用したものである。また、電解質希薄水溶液のデータは、測定された発振周期の対数を表している。 The viscosity of water at various temperatures is provided by a detailed table (see, for example, National Astronomical Observatory, “Science Chronology of 2012 (Vol. 85)”, page 389). In this experimental example, samples (final concentration of about 10 mM) obtained by adding trace amounts of various electrolytes (NaCl, KCl, HCl, and seawater) to distilled water are prepared, and the electrical conductivity is set as the oscillation frequency by changing the temperature. Recorded. The measurement results are shown in FIGS. The horizontal axis is the reciprocal of absolute temperature (unit: mK −1 ), and the vertical axis is the logarithm of viscosity (unit: mPa · s). In each figure, the viscosity data of pure water is cited from Non-Patent Document 3. The data of the electrolyte dilute aqueous solution represents the logarithm of the measured oscillation period.

図10〜図13より、NaCl,KCl,及び海水を加えた蒸留水を試料とした場合、CRタイミング方式発振回路21の発振周期は、純水の粘性率と略平行に温度変化していることが見て取れる。一方、HClを加えた蒸留水を試料とした場合、CRタイミング方式発振回路21の発振周期は温度にあまり依存しない。すなわち、HClを加えた蒸留水試料の電気伝導率は、水の粘性率にあまり影響を受けない。   From FIG. 10 to FIG. 13, when distilled water added with NaCl, KCl, and seawater is used as a sample, the oscillation period of the CR timing oscillation circuit 21 changes in temperature substantially in parallel with the viscosity of pure water. Can be seen. On the other hand, when distilled water added with HCl is used as a sample, the oscillation period of the CR timing oscillation circuit 21 does not depend much on the temperature. That is, the electrical conductivity of the distilled water sample to which HCl has been added is not significantly affected by the viscosity of the water.

これは、本発明に係る粘性率測定方法の有効性を補強する観察結果である。水素イオンによる電気伝導のメカニズムは、他のイオンによる電気伝導のメカニズムとは全く異なる。水素イオンに電場が加わると、「連鎖機構(chain mechanism)」と呼ばれる仕組みで電荷が移動するため、事実上、水の粘性率には影響されないのである。また、この結果から、水素イオンが電解質の主成分であるような液体(例えば、胃液)の粘性率の測定には、本発明に係る粘性率測定方法は適用できないことが分かる。   This is an observation result that reinforces the effectiveness of the viscosity measurement method according to the present invention. The mechanism of electrical conduction by hydrogen ions is completely different from the mechanism of electrical conduction by other ions. When an electric field is applied to hydrogen ions, the charge moves by a mechanism called a "chain mechanism", so it is virtually unaffected by the viscosity of water. Further, it can be seen from this result that the viscosity measurement method according to the present invention cannot be applied to the measurement of the viscosity of a liquid (for example, gastric juice) in which hydrogen ions are the main component of the electrolyte.

(牛乳の粘性率の測定)
牛乳は、その電解質濃度も粘性率も未知である。従って、その粘性率の推定には実施例4で用いたような手法は適用できない。以下、牛乳の粘性率を、本発明に係る粘性率測定方法を用いて推定する過程とその結果について説明する。
(Measurement of milk viscosity)
Milk has no known electrolyte concentration or viscosity. Therefore, the method as used in Example 4 cannot be applied to estimate the viscosity. Hereinafter, the process of estimating the viscosity of milk using the viscosity measurement method according to the present invention and the results thereof will be described.

(試料)
試料としては、市販の牛乳を使用した。電解質成分としては、包装に100mL当たり、ナトリウム42g,カルシウム114mgと記載してあるが、それ以上のことは不明である。予備実験として、この牛乳を蒸留水により21倍希釈した希釈試料の粘性率をViscomateで測定し、室温で1mPa・s(蒸留水の粘性率)に極めて近いことを確認した。
(sample)
As a sample, commercially available milk was used. The electrolyte component is described as 42 g sodium and 114 mg calcium per 100 mL in the package, but nothing more is known. As a preliminary experiment, the viscosity of a diluted sample obtained by diluting this milk 21 times with distilled water was measured with Viscomate, and it was confirmed that it was very close to 1 mPa · s (viscosity of distilled water) at room temperature.

(測定手順)
(1)牛乳の原液(以下「原液」という。)を蒸留水により正確に21倍希釈した試料(以下「希釈試料」という。)を用意する。
(2)原液及び希釈試料のそれぞれについて、実施例2及び実施例4に記載した手順により、電気伝導率を測定する。原液の電気伝導率は0.515S/m,希釈試料の電気伝導率は0.0467S/mであると算出された。
(3)希釈試料の粘性率は、純水の粘性率と同じであるから、電気伝導率に対する粘性率の寄与は無視できると考えられる。従って、希釈試料を標準電解質(ここでは、NaClを用いる。)の水溶液であると仮定して、図1に示したような換算テーブル又は換算式(換算テーブルから導かれる近似曲線の式)を用いて、希釈試料の濃度を算出する。この希釈溶液の電気伝導率は、3.9mM NaCl溶液相当であると計算される。
(4)算出された希釈試料の濃度に希釈倍率を掛けて、原液の電解質濃度を算出する。ここでは、原液の電解質濃度(塩濃度)は、NaCl換算で、3.9×21=81.9mMとなる。
(5)再び、標準電解質の換算テーブル又は換算式から、原液の電解質濃度における電気伝導率を算出する。ここでは、81.9mM NaCl溶液の電気伝導率は、0.850S/mであると計算される。
(6)拡張Walden則(式(15))により、原液の粘性率を計算する。この場合、原液の粘性率ηは、
(Measurement procedure)
(1) A sample (hereinafter referred to as “diluted sample”) prepared by accurately diluting a milk stock solution (hereinafter referred to as “stock solution”) 21 times with distilled water is prepared.
(2) For each of the stock solution and the diluted sample, the electrical conductivity is measured by the procedure described in Example 2 and Example 4. The electrical conductivity of the stock solution was calculated to be 0.515 S / m, and the electrical conductivity of the diluted sample was calculated to be 0.0467 S / m.
(3) Since the viscosity of the diluted sample is the same as that of pure water, the contribution of the viscosity to the electrical conductivity is considered negligible. Therefore, assuming that the diluted sample is an aqueous solution of a standard electrolyte (in this case, NaCl is used), a conversion table or a conversion formula (an approximate curve formula derived from the conversion table) as shown in FIG. 1 is used. To calculate the concentration of the diluted sample. The electrical conductivity of this diluted solution is calculated to be equivalent to a 3.9 mM NaCl solution.
(4) Multiply the calculated concentration of the diluted sample by the dilution factor to calculate the electrolyte concentration of the stock solution. Here, the electrolyte concentration (salt concentration) of the stock solution is 3.9 × 21 = 81.9 mM in terms of NaCl.
(5) The electrical conductivity at the electrolyte concentration of the stock solution is calculated again from the standard electrolyte conversion table or conversion formula. Here, the electrical conductivity of the 81.9 mM NaCl solution is calculated to be 0.850 S / m.
(6) Calculate the viscosity of the stock solution according to the extended Walden rule (formula (15)). In this case, the viscosity η of the stock solution is

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と算出される。尚、原液をViscomateで測定した粘性率の値は1.85mPa・sであった。本発明に係る粘性率測定方法によって、相対誤差およそ10%で粘性率が求められた。
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Is calculated. The viscosity value of the stock solution measured by Viscomate was 1.85 mPa · s. With the viscosity measurement method according to the present invention, the viscosity was determined with a relative error of about 10%.

以上の検証試験により、(1)検体の量が微量であり、(2)塩濃度も粘性率も不明な電解質溶液の、電気伝導率測定による電解質濃度と粘性率の測定方法が確立された。   Through the above verification test, a method for measuring the electrolyte concentration and viscosity by measuring the electrical conductivity of an electrolyte solution in which (1) the amount of the specimen is very small and (2) the salt concentration and the viscosity are unknown is established.

(出血モデル動物と対照動物の血漿粘性率の比較)
(試料)
ラット大腿動脈にカテーテルを挿入して、その平均血圧がおよそ35mmHgになるまで出血させた。処置後3時間経過後に抗凝固剤(EDTA)を加えたスピッツに採血し、遠心分離して血球を除き、得られた血漿を「出血モデルラット」由来の試料とした。出血モデルラット及び対照ラット由来の試料について、それぞれの電解質濃度と粘性率を、実施例6と同様の方法により推定した。
(Comparison of plasma viscosity between bleeding model animals and control animals)
(sample)
A catheter was inserted into the rat femoral artery and allowed to bleed until its mean blood pressure was approximately 35 mmHg. Three hours after the treatment, blood was collected in a Spitz supplemented with an anticoagulant (EDTA), centrifuged to remove blood cells, and the obtained plasma was used as a sample derived from a “bleeding model rat”. For the samples derived from the bleeding model rats and the control rats, the electrolyte concentration and viscosity were estimated by the same method as in Example 6.

(測定手順)
何れの試料も、蒸留水で正確に21倍希釈した試料を希釈試料として電気伝導率を測定した。測定結果は表3の通りとなった。また、実施例6と同様の方法により算出したNaCl換算電解質濃度及び粘性率を表4に示す。
(Measurement procedure)
Each sample was measured for electrical conductivity using a sample diluted exactly 21 times with distilled water as a diluted sample. The measurement results are shown in Table 3. Table 4 shows the NaCl-concentrated electrolyte concentration and viscosity calculated by the same method as in Example 6.

Figure 0006258708
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出血モデルラットでは、その血漿の粘性率も電解質濃度も、対照ラットに比べて顕著に大きくなっていることが分かる。試料の量が何れも1mL程度であるので、従来の粘性率測定方法では実現の困難な測定である。本発明に係る粘性率測定方法は、簡便かつ迅速に結果が出るという利点もある。本方法で得られた対照ラットの血漿粘性率が、報告されているヒト血漿の粘性率の正常値と極めて近いことにも注目しておきたい。   In the hemorrhage model rat, it can be seen that the plasma viscosity and electrolyte concentration are significantly higher than those of the control rat. Since the amount of each sample is about 1 mL, it is difficult to realize with the conventional viscosity measurement method. The viscosity measurement method according to the present invention also has an advantage that results are obtained easily and quickly. It should also be noted that the plasma viscosity of control rats obtained by this method is very close to the reported normal value of human plasma viscosity.

(ラットの血漿粘性率をKCl換算で評価した実験例)
実施例6及び実施例7では、標準電解質としてNaClを用いて電解質濃度を推定し、粘性率を求めた。ここでは、生物学的には不自然であるが、標準電解質としてKClを用いて電解質濃度を算出してみる。つまり、仮想的に、ラットの血漿を「KCl水溶液に不純物(糖、タンパク質など)が混入した溶液」であると捉えるのである。非特許文献3に記載の換算テーブルによれば、濃度が同じであればKCl水溶液の電気伝導率はNaCl水溶液よりも必ず大きい(図1参照)。従って、電気伝導率から逆算した電解質濃度は、KClのほうがNaClより小さくなることは明らかである。一方、粘性率は、2つの濃度における電気伝導率の比を採っているため、電気伝導率から逆算した電解質濃度の違いは相殺される。標準電解質としてKClを用いて算出したKCl換算電解質濃度及び粘性率を表5に示す。
(Experimental example in which rat plasma viscosity was evaluated in terms of KCl)
In Examples 6 and 7, the electrolyte concentration was estimated using NaCl as a standard electrolyte, and the viscosity was obtained. Here, although it is biologically unnatural, the electrolyte concentration is calculated using KCl as the standard electrolyte. In other words, the rat plasma is virtually regarded as “a solution in which impurities (sugar, protein, etc.) are mixed in an aqueous KCl solution”. According to the conversion table described in Non-Patent Document 3, if the concentration is the same, the electrical conductivity of the KCl aqueous solution is necessarily higher than that of the NaCl aqueous solution (see FIG. 1). Therefore, it is clear that the electrolyte concentration calculated backward from the electrical conductivity is smaller in KCl than in NaCl. On the other hand, since the viscosity is a ratio of electrical conductivity at two concentrations, the difference in electrolyte concentration calculated backward from the electrical conductivity is offset. Table 5 shows the KCl equivalent electrolyte concentration and viscosity calculated using KCl as the standard electrolyte.

Figure 0006258708
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標準電解質としてNaClを用いても、KClを用いても、算出される粘性率の値は、相対誤差5%以内で一致することが分かる。当然ながら、粘性率の大小関係は、何れの標準電解質を用いて計算しても同じである。これは、図1から分かるように、電解質濃度に対する電気伝導率の変化の曲線形状が、NaClとKClでほぼ一致している(すなわち、σNa(c)/σ(c)=ほぼ一定 の関係が成り立っている)ことによる。 It can be seen that the calculated viscosity value agrees within a relative error of 5% regardless of whether NaCl or KCl is used as the standard electrolyte. Of course, the magnitude relationship of the viscosity is the same regardless of which standard electrolyte is used for the calculation. As can be seen from FIG. 1, the curve shape of the change in electrical conductivity with respect to the electrolyte concentration is almost the same between NaCl and KCl (that is, σ Na (c) / σ K (c) = almost constant. The relationship is established).

(唾液の粘性率の測定)
試料として、ヒトの唾液を使用した。採取した唾液の量は1mL強であった。濾過も遠心分離もせずにそのまま測定を行った。上述の牛乳や血漿の場合と同様、唾液の原液とそれを蒸留水により21倍に希釈した試料(希釈試料)について電気伝導率の測定を行った。原液の電気伝導率は0.807S/m、希釈試料の電気伝導率は0.0495S/mであった。標準電解質をNaClとして、これらの電気伝導率から算出される電解質濃度は、希釈試料で0.00408M(NaCl換算)、原液で0.0857M(NaCl換算)となる。従って、原液と同濃度のNaCl溶液の電気伝導率は0.921S/mである。拡張Walden則により計算される唾液の粘性率は0.921/0.807=1.141mPa・sとなる。
(Measurement of saliva viscosity)
Human saliva was used as a sample. The amount of saliva collected was just over 1 mL. The measurement was carried out as it was without filtration or centrifugation. As in the case of the above-described milk and plasma, the electrical conductivity was measured for a saliva stock solution and a sample (diluted sample) diluted 21 times with distilled water. The electric conductivity of the stock solution was 0.807 S / m, and the electric conductivity of the diluted sample was 0.0495 S / m. When the standard electrolyte is NaCl, the electrolyte concentration calculated from these electrical conductivities is 0.00408 M (NaCl equivalent) for the diluted sample and 0.0857 M (NaCl equivalent) for the stock solution. Therefore, the electrical conductivity of the NaCl solution having the same concentration as the stock solution is 0.921 S / m. The viscosity of saliva calculated by the extended Walden law is 0.921 / 0.807 = 1.141 mPa · s.

(低脂肪乳飲料の粘性率の測定)
市販の低脂肪乳飲料について粘性率の測定を行った。商品の包装に記載された原材料名は、乳、乳製品、乳糖、及び香料であった。この低脂肪乳飲料を試料として、その粘性率を(1)市販の粘度計Viscomate、(2)本発明に係る粘性率測定方法、により測定し、比較を行った。Viscomateによるこの試料の粘性率の測定値は、20℃で1.55mPa・sであった(つまり、この低脂肪乳飲料は、通常の牛乳と比べ、よりサラサラである)。
(Measurement of viscosity of low fat milk drink)
The viscosity of the commercially available low fat milk drink was measured. The raw material names listed on the product packaging were milk, dairy products, lactose, and fragrance. Using this low-fat milk beverage as a sample, the viscosity was measured by (1) a commercially available viscometer Viscomate and (2) the viscosity measurement method according to the present invention for comparison. The viscosity measurement of this sample by Viscomate was 1.55 mPa · s at 20 ° C. (that is, this low fat milk drink is smoother than normal milk).

本発明に係る粘性率測定方法で測定した結果は、試料の原液の電気伝導率は0.496S/m、21倍希釈溶液の電気伝導率は0.0523S/mであった。標準電解質をNaClとした場合、電気伝導率から、希釈溶液の電解質濃度は0.0043M、原液の電解質濃度は0.0903Mとなる。再度、換算テーブルを参照してNaCl 0.0903M水溶液の電気伝導率を求めると、0.968S/mとなる。従って、試料の原液の粘性率は、0.968/0.496=1.95mPa・sと推定され、Viscomateによる測定値よりも、通常の牛乳よりも大きな値となった。   As a result of measurement by the viscosity measurement method according to the present invention, the electrical conductivity of the sample stock solution was 0.496 S / m, and the electrical conductivity of the 21-fold diluted solution was 0.0523 S / m. When the standard electrolyte is NaCl, from the electrical conductivity, the electrolyte concentration of the diluted solution is 0.0043M, and the electrolyte concentration of the stock solution is 0.0903M. Again, referring to the conversion table, the electrical conductivity of the NaCl 0.0903M aqueous solution is 0.968 S / m. Therefore, the viscosity of the stock solution of the sample was estimated to be 0.968 / 0.496 = 1.95 mPa · s, which was larger than the value measured by Viscomate than normal milk.

そこで、製造元に問い合わせたところその理由が判明した。原材料として記載されている「乳製品」とは「ホエーパウダー」(ヨーグルトの生産時に生じる乳清(ホエー)を粉末化したもの。)であった。「ホエー」は乳酸を多量に含んでおり、乳酸は弱酸であるから、希釈することにより解離度が増加する。従って、乳酸を希釈すると、単に薄めただけでなく、イオンを新たに追加したと同じ効果を生じる。そのため、この希釈液の電気伝導率を用いて原液の電解質濃度を推定すると、実際の値よりも大きな値が見積もられてしまうことになる。従って、拡張Walden則を単純に適用すると、実際よりも大きな粘性率が得られることになる。   So when I contacted the manufacturer, the reason became clear. The “dairy product” described as a raw material was “whey powder” (a powdered whey produced during the production of yogurt). “Whey” contains a large amount of lactic acid, and since lactic acid is a weak acid, the degree of dissociation increases by dilution. Therefore, diluting lactic acid produces the same effect as adding new ions, not just thinning. Therefore, if the electrolyte concentration of the stock solution is estimated using the electrical conductivity of the diluted solution, a value larger than the actual value will be estimated. Therefore, when the extended Walden rule is simply applied, a viscosity higher than the actual viscosity can be obtained.

以上の実験から、本発明に係る粘性率測定方法は、電気伝導の主体が水素イオンであるような試料や、たとえ電気伝導において脇役ではあっても乳酸や酢酸のような弱酸が存在する試料の粘性率の測定には適さないことが確認された。   From the above experiments, the viscosity measurement method according to the present invention is based on a sample in which the main body of electrical conduction is hydrogen ions, or a sample in which a weak acid such as lactic acid or acetic acid exists even if it is a supporting role in electrical conduction. It was confirmed that it is not suitable for the measurement of viscosity.

(ヨーグルトの発酵過程の連続追跡)
図14は、ヨーグルトの発酵過程を電気伝導率の変化として追跡した測定結果である。最初の約60分間は、牛乳のみの電気伝導率の変化である。冷蔵庫から取り出した牛乳を38℃に保持したYogurt Maker(東芝製)に移して、図5のCRタイミング方式発振回路21を用いて発振周波数(電気伝導率と1対1対応)を連続記録したものである。温度上昇に伴う電気伝導率の増加が記録された。温度がほぼ一定値に達した時点で、同じ温度に温めた種ヨーグルトを加え(図14の周波数に飛びが生じている時点)、発振周波数の記録を継続した。発振周波数(電気伝導率)は更に上昇を続けてほぼ一定値に達した。流動性のないヨーグルトができあがっていた。
(Continuous tracking of yogurt fermentation process)
FIG. 14 shows measurement results obtained by tracking the fermentation process of yogurt as a change in electrical conductivity. The first approximately 60 minutes is the change in electrical conductivity of milk only. The milk taken out from the refrigerator was transferred to Yogurt Maker (manufactured by Toshiba) which was kept at 38 ° C., and the oscillation frequency (corresponding to electrical conductivity one-to-one) was continuously recorded using the CR timing oscillation circuit 21 of FIG. It is. The increase in electrical conductivity with increasing temperature was recorded. When the temperature reached a substantially constant value, seed yogurt warmed to the same temperature was added (when the frequency jumped in FIG. 14), and recording of the oscillation frequency was continued. The oscillation frequency (electrical conductivity) continued to increase and reached an almost constant value. A yogurt with no fluidity was completed.

ヨーグルトの「固化」に由来する電気伝導率の減少が観察されると予想していたが、今回の条件ではそれは見られなかった。乳酸発酵によって放出される水素イオンによる電気伝導が、粘性率の上昇による効果を覆い隠しているものと解釈した。「固化」を捉えることはできなかったが、単に発振周波数を連続監視するだけで、ヨーグルトの発酵過程を連続追跡できることが分かった。製品管理に応用が可能である。   We anticipated a decrease in electrical conductivity due to yogurt “solidification”, but this was not the case. It was interpreted that the electrical conduction by hydrogen ions released by lactic acid fermentation masked the effect of the increase in viscosity. Although “solidification” could not be detected, it was found that the fermentation process of yogurt could be continuously tracked by simply monitoring the oscillation frequency continuously. It can be applied to product management.

(煮凝りのゲル化の追跡)
図15は、温度を上げて流動化させた煮凝りを室温に放置して、その電気伝導率を、図5のCRタイミング方式発振回路21を用いて発振周波数として測定し、連続記録した結果である。この試料では、電解質濃度が時間的に変化することはない。
(Tracking boiled gelation)
FIG. 15 shows the result of continuous recording by measuring the electrical conductivity as an oscillation frequency using the CR timing system oscillation circuit 21 of FIG. . In this sample, the electrolyte concentration does not change with time.

温度が徐々に低下すると、ゲル化に伴って粘性率も大きくなる。発振周波数(電気伝導率)の変化は、温度と粘性率との双方の因子を含んでいるので、このデータ自身の解釈は困難である。   As the temperature gradually decreases, the viscosity increases with gelation. Since the change in the oscillation frequency (electric conductivity) includes both factors of temperature and viscosity, it is difficult to interpret this data itself.

しかしながら、この実験と同じ発想で、例えば血漿の凝固過程を連続監視することができる。血漿の凝固過程では、電解質濃度も温度も、共に一定にして実験することができるため、血漿の凝固(ゲル化)過程における粘性率の変化を連続記録することが可能である。   However, with the same idea as this experiment, for example, the clotting process of plasma can be continuously monitored. In the plasma coagulation process, the experiment can be performed with both the electrolyte concentration and the temperature constant, so that the change in viscosity during the plasma coagulation (gelation) process can be recorded continuously.

(血漿凝固過程の連続監視)
血液凝固は、多くの因子が関与する複雑でダイナミックな生理学的プロセスである。血管が傷ついて出血すると、血の塊を形成して傷ついた部位からの出血を止める。つまり止血がその役割である。血管内で血液凝固が過度に進むと血栓を生じ、血管が詰まる。一方、血液凝固システムがうまく働かないと、出血が止まりにくいという結果になる。いずれも生体にとっては危険な事態である。
(Continuous monitoring of plasma clotting process)
Blood clotting is a complex and dynamic physiological process involving many factors. When a blood vessel is damaged and bleeds, a blood clot is formed to stop bleeding from the damaged site. In other words, hemostasis is its role. If blood coagulation progresses excessively in the blood vessel, a blood clot is formed and the blood vessel is clogged. On the other hand, if the blood coagulation system does not work well, the result is that bleeding is difficult to stop. Both are dangerous situations for the living body.

怪我や出産や手術時には大量の輸血が行われることがあるが、輸血血液には血液凝固を抑制するために抗凝固剤(EDTA等)が添加されており、輸血後には深刻な凝固障害におちいるため、過剰な出血を防ぐために早急に元の状態に戻す必要がある。凝固と出血の微妙なバランスを保つために、患者の血液の凝固能(凝固時間)を一定時間おきに継続的に監視する必要がある。   A large amount of blood transfusion may be performed at the time of injury, childbirth, or surgery, but an anticoagulant (EDTA, etc.) is added to the transfused blood to suppress blood coagulation, resulting in serious coagulopathy after transfusion. Therefore, it is necessary to quickly return to the original state in order to prevent excessive bleeding. In order to maintain a delicate balance between coagulation and bleeding, it is necessary to continuously monitor the blood coagulation ability (coagulation time) of a patient at regular intervals.

血液凝固時間監視の従来法では、例えば患者から採取した血液試料中に小さなスチールボールを入れ、それを外部振動磁場で振動させてボールの振動の振幅を外部から磁気的に検知するシステムが市販されている(全自動血液凝固線溶測定装置 STA Compact : ロシュ・ダイアグノスティック株式会社製など)。   In the conventional method for monitoring the blood clotting time, for example, a system is commercially available in which a small steel ball is placed in a blood sample collected from a patient and is vibrated with an external oscillating magnetic field to magnetically detect the vibration amplitude of the ball from outside. (Fully automatic blood coagulation and fibrinolysis measuring device STA Compact: manufactured by Roche Diagnostics Co., Ltd.)

実施例12で見たように、電解質溶液がゲル化(凝固)すると粘性率が増加し、それは電気伝導率の減少として検出可能である。つまり、上述の煮凝りのゲル化の追跡と全く同様の方法によって血液凝固の過程を監視できることになる。一方、実施例2,4に記述したように、電解質溶液の電気伝導率は簡単な電気回路で測定できる。つまり、(1)一対の電極を備えた収容体(セル)、(2)電極間の電気抵抗値を測定する機構、および(3)抵抗値を電気伝導率に変換し、表示する機構、があればよい。血液凝固時間の測定には粘性率の正確な値を算出して表示する必要はない。したがって、電気的手法による血液凝固時間測定システムは非常に簡素な検査装置として実現可能であり、患者のベッドサイドで継続的に簡便に検査する装置となる。   As seen in Example 12, when the electrolyte solution gels (solidifies), the viscosity increases, which can be detected as a decrease in electrical conductivity. That is, the process of blood coagulation can be monitored by the same method as the tracking of the gelation of the above-mentioned boiled food. On the other hand, as described in Examples 2 and 4, the electrical conductivity of the electrolyte solution can be measured with a simple electric circuit. That is, (1) a container (cell) having a pair of electrodes, (2) a mechanism for measuring an electric resistance value between the electrodes, and (3) a mechanism for converting the resistance value into electric conductivity and displaying it. I just need it. It is not necessary to calculate and display an accurate value of the viscosity for measuring the blood coagulation time. Therefore, the blood coagulation time measurement system using an electrical method can be realized as a very simple inspection apparatus, and can be an apparatus for continuously and simply inspecting at the bedside of a patient.

(血球崩壊過程の連続追跡)
血球内にはカリウムイオンが多い。血球が崩壊すると、カリウムイオンが外液に放出され、血漿の電解質濃度が上昇する。さらに、カリウムイオンの移動度は、ナトリウムイオンの移動度よりも大きいので、血球崩壊過程を、血液の電気伝導率の増大として観察することができる。
(Continuous tracking of blood cell disintegration process)
There are many potassium ions in blood cells. When the blood cell collapses, potassium ions are released into the external fluid and the plasma electrolyte concentration increases. Furthermore, since the mobility of potassium ions is larger than the mobility of sodium ions, the blood cell disintegration process can be observed as an increase in blood electrical conductivity.

動物から採取した血液に、抗凝固剤を加えた全血を試料とした。室温(23℃)に静置して、その電気伝導率を連続記録した。これにより、血球崩壊過程が電気伝導率の増大として記録される。   Whole blood obtained by adding an anticoagulant to blood collected from animals was used as a sample. After standing at room temperature (23 ° C.), the electrical conductivity was continuously recorded. This records the blood cell decay process as an increase in electrical conductivity.

(湿度の連続記録)
本発明に係る粘性率測定装置で用いたCRタイミング方式発振回路21は、単に粘性率の測定だけではなく、インピーダンスの変化を検出するセンサとして応用することができる。特に、インピーダンスの変化域が大きく、従来のようなインピーダンス−電圧変換方式では、対数変換のような複雑な回路技術を要するような測定に応用すると、回路の簡略化に大きな効果を上げることができる。
(Continuous humidity recording)
The CR timing oscillation circuit 21 used in the viscosity measurement device according to the present invention can be applied not only as a viscosity measurement but also as a sensor for detecting a change in impedance. In particular, the impedance variation range is large, and the conventional impedance-voltage conversion method can greatly improve the simplification of the circuit when applied to measurement that requires complicated circuit technology such as logarithmic conversion. .

一つの応用例として、CRタイミング方式発振回路21を湿度センサに応用した例を示す。高分子膜型湿度センサHS15P(General Electric Company(GE)社製)は、環境湿度に応じてその抵抗値が数桁に亘り変化する(典型的には、RH100%で200Ω、RH20%で>10MΩ)。このように広範囲に亘ってインピーダンスの変動する対象のインピーダンス測定は、従来の技術では困難であり、複雑な回路技術を要する。   As one application example, an example in which the CR timing oscillation circuit 21 is applied to a humidity sensor is shown. The polymer film type humidity sensor HS15P (manufactured by General Electric Company (GE)) changes its resistance value over several orders of magnitude depending on the environmental humidity (typically 200Ω at 100% RH and> 10MΩ at 20% RH). ). Thus, impedance measurement of an object whose impedance varies over a wide range is difficult with conventional techniques and requires complex circuit technology.

そこで、上述のCRタイミング方式発振回路21のタイミング抵抗Rの部分を、湿度センサに置き換えて、湿度センサのインピーダンス変化を、発振周波数の変化として検出する。図16に、CRタイミング方式発振回路21を用いた高分子膜型湿度センサのインピーダンスの変化の測定結果を示す。図16においては、湿度センサを、(a)室内(湿度40%以下)から、順次、3種の基準湿度空間((b)飽和NaCl溶液空間(RH77%)、(c)飽和KCl溶液空間(RH85%))に移し、次いで、(d)飽和水蒸気空間(RH100%)に移して連続記録したものである。センサ以外の回路定数を全く変えることなく、20Hzから25kHz(センサの抵抗値に換算すると600kΩから200Ω)まで連続記録できることが分かる。これを電解質溶液に引き直して考えると、NaCl 0.0005MからNaCl 約1.0Mまでを「同じ回路定数」で「自動的に」発振周波数として記録できることが分かる。   Therefore, the portion of the timing resistor R of the CR timing oscillation circuit 21 described above is replaced with a humidity sensor, and a change in impedance of the humidity sensor is detected as a change in oscillation frequency. FIG. 16 shows a measurement result of a change in impedance of the polymer film type humidity sensor using the CR timing type oscillation circuit 21. In FIG. 16, the humidity sensor includes (a) the room (humidity of 40% or less) and three reference humidity spaces ((b) saturated NaCl solution space (RH 77%), (c) saturated KCl solution space ( RH 85%)) and then (d) a saturated water vapor space (RH 100%) for continuous recording. It can be seen that continuous recording from 20 Hz to 25 kHz (600 kΩ to 200 Ω in terms of the resistance value of the sensor) can be performed without changing any circuit constants other than the sensor. Considering this again in the electrolyte solution, it can be seen that NaCl 0.0005 M to NaCl about 1.0 M can be recorded automatically as “oscillation frequency” with the “same circuit constant”.

(「醤油」の粘性率測定)
食塩を含む3種類の調味料、
イ)白だし
ロ)薄口しょうゆ
ハ)濃口しょうゆ
の粘性率を実施例6乃至7と同様の手順で推定し(Walden粘性率)、振動型粘度計で測定した値(Viscomate粘性率)と比較して表6に示す。表中、食塩濃度(表示)は包装に記載された食塩量(100mLあたり17g、あるいは15mLあたり2.5gなどと記載されている。)から計算した濃度である。また、食塩濃度(測定)は、それぞれの試料を21倍希釈した希釈試料の電気伝導率から求めた値である。
(Measurement of viscosity of “soy sauce”)
3 kinds of seasonings including salt,
B) White soup b) Thin mouth soy sauce) The viscosity of dark soy sauce is estimated in the same procedure as in Examples 6 to 7 (Walden viscosity) and compared with the value measured with a vibration viscometer (Viscomate viscosity). Table 6 shows. In the table, the salt concentration (indicated) is a concentration calculated from the amount of salt described on the packaging (described as 17 g per 100 mL or 2.5 g per 15 mL). The salt concentration (measurement) is a value obtained from the electric conductivity of a diluted sample obtained by diluting each sample 21 times.

Figure 0006258708
Figure 0006258708

実施例2のショ糖液の粘性率の例と同様に、粘性率が大きいほど2つの測定法による粘性率の値の相対誤差が大きい。また、白だしと薄口しょうゆの粘性率を比較すると、Viscomate粘性率は後者が前者より約3.3%大きいにもかかわらず、Walden粘性率は後者が前者より約2.6%小さい。   Similar to the example of the viscosity of the sucrose solution in Example 2, the larger the viscosity, the greater the relative error between the values of the viscosity by the two measurement methods. Moreover, when comparing the viscosity of white soup and thin-mouthed soy sauce, the viscomate viscosity is about 3.3% larger than the former, but the Walden viscosity is about 2.6% smaller than the former.

この「粘性率測定値の大小逆転」は以下のように理解される。式(10)の計算式を参照すると、試料の粘性率は電気伝導率の比に「純粋な食塩水の粘性率」を掛けたものである。ところが、表6に示したWalden粘性率の値は「純粋な食塩水の粘性率」として「純水の粘性率」つまり1.0mPa・sを採用して算出したものである。塩濃度が150mM程度つまり生理食塩水程度ならばこれは良い近似である。しかし、塩濃度が2〜3Mの濃厚な食塩水の粘性率は「純水の粘性率」で近似することができない。   This “reversal of the viscosity measurement value” is understood as follows. Referring to the equation (10), the viscosity of the sample is obtained by multiplying the ratio of electrical conductivity by the “viscosity of pure saline”. However, the Walden viscosity values shown in Table 6 are calculated by adopting “viscosity of pure water”, that is, 1.0 mPa · s as “viscosity of pure saline”. This is a good approximation if the salt concentration is around 150 mM, ie around physiological saline. However, the viscosity of concentrated saline having a salt concentration of 2 to 3 M cannot be approximated by the “viscosity of pure water”.

濃厚食塩水の粘性率の値はデータテーブル(換算テーブル)として提供されていないので、
1)手近にあった3種類の濃度(1.04M、2.36M、および4.67M)の食塩水の粘性率をViscomateで測定し、
2)これらの値から補間法でそれぞれの「醤油」のNaCl濃度に相当する食塩水の粘性率を推定し、
3)その値を使用して表6のWalden粘性率の値を再計算した。
Since the value of viscosity of concentrated saline is not provided as a data table (conversion table),
1) Viscomate measures the viscosity of saline solution at three different concentrations (1.04M, 2.36M, and 4.67M)
2) From these values, the viscosity of the saline solution corresponding to the NaCl concentration of each “soy sauce” is estimated by interpolation,
3) Using that value, the Walden viscosity values in Table 6 were recalculated.

結果は、白だし、薄口しょうゆ、濃口しょうゆ の順に3.10,3.68,3.93(単位はそれぞれmPa・s)となり、一応、「粘性率測定値の大小逆転」は解消された。   The results were 3.10, 3.68, and 3.93 (in units of mPa · s) in the order of white soup, light soy sauce, and dark mouth soy sauce, and “the magnitude reversal of the viscosity measurement value” was resolved.

試料の電解質濃度が非常に大きい場合には、本発明に係る「電伝導率測定による粘性率(Walden粘性率)の推定」には限界があることを、この実施例の結果は示している。上の例では、「醤油」は濃厚な食塩水に「不純物」の混入した試料と考えてよいので、「純粋な濃厚食塩水」の粘性率をViscomateで測定して補間法により推定し、その値を代入して「Walden粘性率」を算出した。「2回の電気伝導率測定とデータテーブル参照」だけで試料の粘性率を算出する本来の簡素さが失われた。さらに、濃厚な電解質溶液(電気伝導率が大きい)ではあるがそのイオン組成が不明な場合は、上の手順を採用することができない。   When the electrolyte concentration of the sample is very large, the result of this example shows that there is a limit to “estimation of viscosity (Walden viscosity) by conductivity measurement” according to the present invention. In the above example, “soy sauce” can be thought of as a sample in which “impurities” are mixed in concentrated saline, so the viscosity of “pure concentrated saline” is estimated by interpolation using Viscomate. The value was substituted to calculate “Walden viscosity”. The original simplicity of calculating the viscosity of the sample was lost just by “twice electrical conductivity measurements and data table reference”. Furthermore, if the ionic composition is unknown although it is a concentrated electrolyte solution (high electrical conductivity), the above procedure cannot be adopted.

しかしながら、使用できる試料の量が少量(例えば1mL以下)で粘性率測定の従来法が適用困難な場合に、粘性率の近似値を推定する手段としては依然として有効である。従来法(例えばViscomate)は濃厚食塩水(一般に濃厚電解質溶液)の粘性率を測定すればよいので、基準試料には量的制限がない。必要ならばこの測定値をもとにして換算式を作っておけばよい。   However, when the amount of the sample that can be used is small (for example, 1 mL or less) and the conventional method of viscosity measurement is difficult to apply, it is still effective as a means for estimating the approximate value of the viscosity. Since the conventional method (for example, Viscomate) has only to measure the viscosity of concentrated saline (generally a concentrated electrolyte solution), there is no quantitative limitation on the reference sample. If necessary, a conversion formula can be created based on this measured value.

本実施例では、本発明に係る粘性率測定装置の他の実施例について説明する。図17は、実施例17に係る粘性率測定装置の全体構成を表すブロック図である。実施例1と比較すると、本実施例では、測定セル10が、原液用セル10a及び希釈液用セル10bを1つずつ備えており、それに対応してインピーダンス測定器6a,6bを備えている点、並びに、試料希釈装置4、セル洗浄乾燥装置5、流入側コック15、流出側コック16を省略した点で相違している。原液用セル10a、希釈液用セル10bは、それぞれ、試料の原液専用、試料の希釈液専用の測定セルである。原液用セル10a及び希釈液用セル10bは、それぞれが電極17a,17b、温度センサ18、ペルチェ素子19を備えている。   In the present embodiment, another embodiment of the viscosity measurement device according to the present invention will be described. FIG. 17 is a block diagram illustrating the overall configuration of the viscosity measurement device according to the seventeenth embodiment. Compared with Example 1, in this example, the measurement cell 10 is provided with one cell 10a for a stock solution and one cell 10b for a diluent, and is provided with impedance measuring instruments 6a and 6b correspondingly. In addition, the sample diluting device 4, the cell cleaning / drying device 5, the inflow side cock 15, and the outflow side cock 16 are omitted. The stock solution cell 10a and the dilution solution cell 10b are measurement cells dedicated to the sample stock solution and the sample dilution solution, respectively. Each of the stock solution cell 10a and the diluent cell 10b includes electrodes 17a and 17b, a temperature sensor 18, and a Peltier element 19.

図18は、図17の測定セル10の一例を示す図である。測定セル10は、収容体11の上面から下面に貫通して、原液用セル10a及び希釈液用セル10bの円孔状の収容室12が1つずつ貫通形成されている。各収容室12の上面側は開放されており、これが上部開口12aをなす。また、各収容室12の下面側は、ペルチェ素子19によって閉塞され、容器状となっている。各収容室12の内側面には、電極17a,17b及び温度センサ18が、収容室12内に突き出すように配設されている。   FIG. 18 is a diagram illustrating an example of the measurement cell 10 of FIG. The measurement cell 10 penetrates from the upper surface to the lower surface of the container 11, and is formed with one hole-shaped storage chamber 12 for the stock solution cell 10a and the diluent solution cell 10b. The upper surface side of each storage chamber 12 is open, and this forms the upper opening 12a. Moreover, the lower surface side of each storage chamber 12 is obstruct | occluded by the Peltier element 19, and becomes a container shape. Electrodes 17 a and 17 b and a temperature sensor 18 are arranged on the inner surface of each storage chamber 12 so as to protrude into the storage chamber 12.

本実施例の粘性率測定装置では、試料の原液の希釈操作は、使用者が手で行う必要がある。使用者はまず試料の原液と希釈液とを用意して、ピペットなどにより、それぞれ原液用セル10a及び希釈液用セル10bの収容室12に注入する。そして、コンピュータ7を操作して、各セル内の溶液の電気伝導率の測定を行い、粘性率の算出を行う。粘性率の算出方法については、実施例1で説明した方法と同様であるため、説明は省略する。   In the viscosity measuring apparatus of the present embodiment, the user needs to manually perform the dilution operation of the sample stock solution. First, the user prepares a stock solution and a diluted solution of the sample, and injects them into the storage chambers 12 of the stock solution cell 10a and the diluted solution cell 10b, respectively, with a pipette or the like. And the computer 7 is operated, the electrical conductivity of the solution in each cell is measured, and the viscosity is calculated. The method for calculating the viscosity is the same as the method described in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

1 粘性率測定装置
2 蒸留水タンク
3 電気伝導率測定セル群
4 試料希釈装置
5 セル洗浄乾燥装置
6,6a,6b インピーダンス測定器
7 コンピュータ
8 表示装置
9 入出力装置
10 測定セル
10a 原液用セル
10b 希釈液用セル
11 収容体
12 収容室
12a 上部開口
13 流入路
14 流出路
15 流入側コック
16 流出側コック
17a,17b 電極
18 温度センサ
19 ペルチェ素子
21 CRタイミング方式発振回路
23 発振状態測定回路
31 開閉制御回路
32 電流制御回路
33 A/D変換回路
34 I/F回路
35 電気伝導率換算部
36 換算テーブル記憶部
37 粘性率算出部
38 測定制御部
41 シュミット・インバータ
41’ 演算増幅器(オペアンプ)
42 コンデンサ
43 帰還インピーダンス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Viscosity measuring device 2 Distilled water tank 3 Electrical conductivity measurement cell group 4 Sample dilution device 5 Cell washing / drying device 6, 6a, 6b Impedance measuring device 7 Computer 8 Display device 9 Input / output device 10 Measurement cell 10a Stock solution cell 10b Diluent cell 11 Container 12 Storage chamber 12a Upper opening 13 Inflow path 14 Outflow path 15 Inflow side cock 16 Outflow side cocks 17a and 17b Electrode 18 Temperature sensor 19 Peltier element 21 CR timing system oscillation circuit 23 Oscillation state measurement circuit 31 Opening and closing Control circuit 32 Current control circuit 33 A / D conversion circuit 34 I / F circuit 35 Electrical conductivity conversion unit 36 Conversion table storage unit 37 Viscosity calculation unit 38 Measurement control unit 41 Schmitt inverter 41 'operational amplifier (op amp)
42 Capacitor 43 Feedback impedance

Claims (15)

電解質と電解質以外の不純物とを含んだ液状の試料の粘性率を測定する粘性率測定方法であって、
前記試料の原液の電気伝導率σを測定する第1ステップと、
前記試料の原液の電解質濃度cと同じ電解質濃度となるように、純水に前記試料の電解質を溶解した水溶液における電気伝導率σを、既知の所定の溶液の電解質濃度と電気伝導率との関係を表す換算テーブル又は換算式を参照することにより推定する第2ステップと、
前記推定した電気伝導率σと前記試料の原液の電気伝導率σとの比から、前記試料の原液の粘性率ηを算出する第3ステップと、を有する粘性率測定方法。
A viscosity measurement method for measuring a viscosity of a liquid sample containing an electrolyte and impurities other than the electrolyte,
A first step of measuring the electrical conductivity σ 0 of the sample stock solution;
The electrical conductivity σ 2 in an aqueous solution in which the sample electrolyte is dissolved in pure water so that the electrolyte concentration c 2 is the same as the electrolyte concentration c 2 of the stock solution of the sample is expressed as follows: A second step of estimating by referring to a conversion table or conversion formula representing the relationship of
A third step of calculating a viscosity η of the stock solution of the sample from a ratio between the estimated electrical conductivity σ 2 and the electrical conductivity σ 0 of the stock solution of the sample.
前記既知の所定の溶液は、溶質イオンが水和状態を形成する電解質水溶液であることを特徴とする請求項1記載の粘性率測定方法。   2. The viscosity measurement method according to claim 1, wherein the known predetermined solution is an aqueous electrolyte solution in which solute ions form a hydrated state. 前記電解質濃度cが未知の前記試料の前記電解質濃度c及び前記粘性率ηを測定する請求項1又は2記載の粘性率測定方法であって、
前記第2ステップにおいて、
前記試料の原液を純水により所定の倍率nに希釈した希釈溶液の電気伝導率σを測定するステップと、
前記希釈溶液の電気伝導率σから、既知の所定の溶液の濃度と電気伝導率との関係を表す換算テーブル又は換算式を参照することにより、前記試料の原液の電解質濃度cと当該電解質濃度に換算した電気伝導率σとを求めるステップと、を有する粘性率測定方法。
The electrolyte concentration c 2 is a viscosity measurement method of claim 1, wherein measuring the electrolyte concentration c 2 and the viscosity of the unknown of the sample eta,
In the second step,
Measuring the electrical conductivity σ 1 of a diluted solution obtained by diluting the stock solution of the sample with pure water to a predetermined magnification n;
From the electrical conductivity σ 1 of the diluted solution, by referring to a conversion table or a conversion formula representing the relationship between the concentration of the known predetermined solution and the electrical conductivity, the electrolyte concentration c 2 of the stock solution of the sample and the electrolyte And a step of obtaining an electrical conductivity σ 2 converted into a concentration.
前記第1又は第2のステップにおいて前記試料の電気伝導率を測定するにあたり、CRタイミング方式発振回路を使用し、
前記試料の液中に1対の電極を離隔して配置することにより構成したインピーダンスを、前記CRタイミング方式発振回路の時定数を決定するインピーダンスとして組み込み、前記CRタイミング方式発振回路を発振させてその発振周波数又は発振周期を測定することにより、当該発振周波数又は発振周期から前記試料の電気伝導率を決定することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一記載の粘性率測定方法。
In measuring the electrical conductivity of the sample in the first or second step, a CR timing type oscillation circuit is used,
Impedance configured by arranging a pair of electrodes apart in the sample liquid is incorporated as an impedance for determining the time constant of the CR timing oscillation circuit, and the CR timing oscillation circuit is oscillated to The viscosity measurement method according to any one of claims 1 to 3, wherein the electrical conductivity of the sample is determined from the oscillation frequency or the oscillation cycle by measuring the oscillation frequency or the oscillation cycle.
電解質と電解質以外の不純物とを含んだ液状の試料の粘性率を測定する粘性率測定装置であって、
前記試料の原液の電気伝導率σを測定し、
前記試料の原液の電解質濃度cと同じ電解質濃度となるように、純水に前記試料の電解質を溶解した水溶液における電気伝導率σを、既知の所定の溶液の電解質濃度と電気伝導率との関係を表す換算テーブル又は換算式を参照することにより推定し、
前記推定した電気伝導率σと前記試料の原液の電気伝導率σとの比から、前記試料の原液の粘性率ηを算出することを特徴とする粘性率測定装置。
A viscosity measuring device for measuring a viscosity of a liquid sample containing an electrolyte and impurities other than the electrolyte,
Measure the electrical conductivity σ 0 of the stock solution of the sample,
The electrical conductivity σ 2 in an aqueous solution in which the sample electrolyte is dissolved in pure water so that the electrolyte concentration c 2 is the same as the electrolyte concentration c 2 of the stock solution of the sample is expressed as follows: Estimated by referring to a conversion table or conversion formula representing the relationship of
2. A viscosity measuring apparatus, wherein the viscosity η of the stock solution of the sample is calculated from a ratio between the estimated electrical conductivity σ 2 and the electrical conductivity σ 0 of the stock solution of the sample.
前記既知の所定の溶液は、溶質イオンが水和状態を形成する電解質水溶液であることを特徴とする請求項5記載の粘性率測定装置。   6. The viscosity measuring apparatus according to claim 5, wherein the known predetermined solution is an aqueous electrolyte solution in which solute ions form a hydrated state. 前記電解質濃度cが未知の前記試料の前記電解質濃度c及び前記粘性率ηを測定する請求項5又は6記載の粘性率測定装置であって、
前記試料の原液を純水により所定の倍率nに希釈した希釈溶液の電気伝導率σを測定し、
前記希釈溶液の電気伝導率σから、既知の所定の溶液の濃度と電気伝導率との関係を表す換算テーブル又は換算式を参照することにより、前記試料の原液の電解質濃度cとその電解質濃度に換算した電気伝導率σとを算出することを特徴とする粘性率測定装置。
The electrolyte concentration c 2 is a viscosity measurement apparatus according to claim 5 or 6, wherein measuring the electrolyte concentration c 2 and the viscosity of the unknown of the sample eta,
The electrical conductivity σ 1 of a diluted solution obtained by diluting the stock solution of the sample with pure water to a predetermined magnification n is measured,
From the electrical conductivity σ 1 of the diluted solution, by referring to a conversion table or a conversion formula representing the relationship between the concentration of the known predetermined solution and the electrical conductivity, the electrolyte concentration c 2 of the stock solution of the sample and its electrolyte Viscosity measuring apparatus characterized by calculating electrical conductivity σ 2 converted to concentration.
前記試料を貯留する収容体と、
前記収容体内に貯留された前記試料の電気伝導率を測定する電気伝導率測定手段と、
前記収容体内に貯留された前記試料に、水を注水する注水手段と、
前記収容体内に貯留された前記試料の原液の電気伝導率σを前記電気伝導率測定手段により測定した後、前記注水手段により前記試料の原液を純水により所定の倍率nに希釈し、その希釈溶液の電気伝導率σを測定する測定制御手段と、
前記希釈溶液の電気伝導率σから、所定の既知の溶液の濃度と電気伝導率との関係を表す換算テーブル又は換算式を参照することにより、前記試料の原液の電解質濃度cとその電解質濃度に換算した電気伝導率σとを算出する電気伝導率換算手段と、
前記換算した電気伝導率σと前記試料の原液の電気伝導率σとの比から、前記試料の原液の粘性率を算出する粘性率算出手段と、
を備えたことを特徴とする請求項7記載の粘性率測定装置。
A container for storing the sample;
Electrical conductivity measuring means for measuring electrical conductivity of the sample stored in the container;
Water injection means for injecting water into the sample stored in the container;
After measuring the electrical conductivity σ 0 of the stock solution of the sample stored in the container by the electrical conductivity measuring means, the stock solution of the sample is diluted with pure water to a predetermined magnification n by the water injection means, Measurement control means for measuring the electrical conductivity σ 1 of the diluted solution;
From the electrical conductivity σ 1 of the diluted solution, by referring to a conversion table or a conversion formula representing the relationship between the concentration of the predetermined known solution and the electrical conductivity, the electrolyte concentration c 2 of the sample stock solution and its electrolyte An electrical conductivity conversion means for calculating an electrical conductivity σ 2 converted into a concentration;
Viscosity calculation means for calculating the viscosity of the sample stock solution from the ratio between the converted electrical conductivity σ 2 and the electrical conductivity σ 0 of the sample stock solution;
The viscosity measuring apparatus according to claim 7, further comprising:
前記電気伝導率測定手段は、
前記試料の液中に1対の電極を離隔して配置することにより構成したインピーダンスが、時定数を決定するインピーダンスとして組み込まれたCRタイミング方式発振回路と、
前記CRタイミング方式発振回路の発振周波数又は発振周期を測定する発振状態測定器と、
前記発振状態測定器により計測される発振周波数又は発振周期から前記試料の電気伝導率を決定する電気伝導率換算手段と、を備えたことを特徴とする請求項8に記載の粘性率測定装置。
The electrical conductivity measuring means includes
A CR timing oscillation circuit in which an impedance configured by separating a pair of electrodes in the sample liquid is incorporated as an impedance for determining a time constant;
An oscillation state measuring instrument for measuring an oscillation frequency or an oscillation period of the CR timing oscillation circuit;
The viscosity measuring apparatus according to claim 8, further comprising: an electrical conductivity conversion unit that determines an electrical conductivity of the sample from an oscillation frequency or an oscillation period measured by the oscillation state measuring device.
請求項3又は4記載の粘性率測定方法により血清又は血漿の電解質の粘性率及びそれと同時に得られる電解質の濃度を測定し、これを正常値と比較することを特徴とする血液又は血管疾患の検査方法。   5. A test for blood or vascular disease, characterized in that the viscosity of serum or plasma electrolyte and the concentration of electrolyte obtained at the same time are measured by the viscosity measurement method according to claim 3 and compared with a normal value. Method. 請求項3又は4記載の粘性率測定方法により血清又は血漿の電解質の粘性率及びそれと同時に得られる電解質の濃度を経時的に測定して記録し、該粘性率及び濃度の経時変化に基づき血液又は血管疾患若しくはその病態変化を検査する検査方法。   5. The viscosity of the serum or plasma electrolyte and the concentration of the electrolyte obtained at the same time are measured and recorded by the viscosity measuring method according to claim 3 or 4, and blood or An inspection method for inspecting vascular disease or its pathological change. 血清又は血漿の粘性率増加をきたす疾患を検査する請求項10又は11記載の検査方法。   The test method according to claim 10 or 11, wherein a disease causing an increase in viscosity of serum or plasma is tested. 血清又は血漿の粘性率低下が生じる病態を検査する請求項10又は11記載の検査方法。   The test method according to claim 10 or 11, wherein a pathological condition in which a decrease in viscosity of serum or plasma occurs is tested. 体液の粘性率を測定する体液粘性検査システムにおいて、請求項5乃至9の何れか一記載の粘性率測定装置を備えたことを特徴とする体液粘性検査システム。   A body fluid viscosity inspection system for measuring a body fluid viscosity, comprising the viscosity measuring device according to any one of claims 5 to 9. 液体もしくはゲル状の食品製造過程における食品材料の温度と粘性率を測定し制御し記録する食品製造装置において、食品材料の粘性率を測定する請求項5乃至9の何れか一記載の粘性率測定装置を備えたことを特徴とする食品製造装置。   10. Viscosity measurement according to any one of claims 5 to 9, wherein the viscosity of the food material is measured in a food production device that measures, controls and records the temperature and viscosity of the food material in the liquid or gel food production process. A food production apparatus comprising the apparatus.
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