JPH0827229B2 - 液体粘度測定方法およびその装置 - Google Patents
液体粘度測定方法およびその装置Info
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- JPH0827229B2 JPH0827229B2 JP2418855A JP41885590A JPH0827229B2 JP H0827229 B2 JPH0827229 B2 JP H0827229B2 JP 2418855 A JP2418855 A JP 2418855A JP 41885590 A JP41885590 A JP 41885590A JP H0827229 B2 JPH0827229 B2 JP H0827229B2
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N11/00—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
- G01N11/02—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
- G01N11/04—Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture
-
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Description
【産業上の利用分野】本発明は、液体の粘度を測定する
方法およびその装置に係わり、特に血液の粘度測定に好
適に利用可能な方法と装置に関するものである。
方法およびその装置に係わり、特に血液の粘度測定に好
適に利用可能な方法と装置に関するものである。
【0002】
【従来技術】先進諸国では、全人口に占める老人人口の
割合が漸次増大しており、それに伴なって心筋梗塞、血
栓・塞栓症、糖尿病等の症例が急増しつつある。血液の
粘度が、その人の健康状態によって左右されることはよ
く知られている。特に、貧血症、血液透析を必要とする
慢性腎不全、心筋梗塞、糖尿病、悪性腫瘍等の患者の血
液粘度は健康者のそれとは大きく異なっている。これら
の事実を勘案すれば、血液粘度の測定が、病気の治療、
予防に欠くことのできない重要かつ有効な因子であるこ
とが理解されよう。
割合が漸次増大しており、それに伴なって心筋梗塞、血
栓・塞栓症、糖尿病等の症例が急増しつつある。血液の
粘度が、その人の健康状態によって左右されることはよ
く知られている。特に、貧血症、血液透析を必要とする
慢性腎不全、心筋梗塞、糖尿病、悪性腫瘍等の患者の血
液粘度は健康者のそれとは大きく異なっている。これら
の事実を勘案すれば、血液粘度の測定が、病気の治療、
予防に欠くことのできない重要かつ有効な因子であるこ
とが理解されよう。
【0003】従来、臨床用として血漿の粘度を測定する
ために、キャピラリー粘度計(キャピラリーすなわち細
長い管内に流体を導入し、流量と管長における圧力損失
を種々に変化させて測定を行う)が一般に使用されてき
た。一方、血液粘度を測定するためにキャピラリー粘度
計が使用されることは稀であり、回転粘度計(たとえば
内外二重の円筒体を用い、両円筒体の間に流体を入れ、
内筒を軸線まわりに回転させてそのトルクを測定する)
が広く使用されている。この他、血液粘度の測定のため
に、ローラー・ポンプ式、BMAV式、中空糸モジュー
ル式など種々の新しい方法も使用されてきた。しかしな
がら、臨床的立場から要求される全ての条件を満足する
血液粘度測定方法は確立されていないのが現状である。
ために、キャピラリー粘度計(キャピラリーすなわち細
長い管内に流体を導入し、流量と管長における圧力損失
を種々に変化させて測定を行う)が一般に使用されてき
た。一方、血液粘度を測定するためにキャピラリー粘度
計が使用されることは稀であり、回転粘度計(たとえば
内外二重の円筒体を用い、両円筒体の間に流体を入れ、
内筒を軸線まわりに回転させてそのトルクを測定する)
が広く使用されている。この他、血液粘度の測定のため
に、ローラー・ポンプ式、BMAV式、中空糸モジュー
ル式など種々の新しい方法も使用されてきた。しかしな
がら、臨床的立場から要求される全ての条件を満足する
血液粘度測定方法は確立されていないのが現状である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】血液粘度の測定に一般
的に使用されている回転粘度計には、以下のような短所
がある。 同一血液を剪断応力の大きさを変えて何回も使用しな
ければならない。 対数値の対数値による図微分をとらなければならず、
計算が煩雑であり、誤差が生じ易い。 テイラー渦のような特殊な不安定な流れが回転速度の
増大につれて生じる。 粘性による発熱が生じる。 遠心力により血球等が偏位する虞れがある。 一検体の測定に長時間を要する。 測定終了後、水洗いして血液を除去し、次いで装置を
乾燥した後に次の検体の測定を行うので操作が煩雑であ
る。 ところで、血液は非ニュートン流体である。血漿がニュ
ートン流体であることから、血液の非ニユートン性は、
懸濁している血球の存在に起因し、両面凹の円板状から
流線形、弾丸状にわたる血球の変形、あるいは配向など
がその因子として挙げられている。これらの因子が血液
の非ニュートン性に与える影響は、採血した後の時間経
過は勿論のこと、血液に他の物質、例えば抗凝血薬など
が添加されれば変化するのが当然である。したがって、
体内を流動する血液の非ニュートン性をはじめとする流
動特性を明らかにする方法としては、体内を流動してい
る血液を直接測定対象とすることが最善の方法であると
いうことになる。しかしながら、測定方法の問題もあっ
て、採血された血液を測定対象とせざるを得ないのが現
状である。そこで、抗凝血薬など他の物質を混入するこ
となく採血し、採血した後はできるだけ短時間のうちに
流動特性を正確に測定することが要求されることにな
る。
的に使用されている回転粘度計には、以下のような短所
がある。 同一血液を剪断応力の大きさを変えて何回も使用しな
ければならない。 対数値の対数値による図微分をとらなければならず、
計算が煩雑であり、誤差が生じ易い。 テイラー渦のような特殊な不安定な流れが回転速度の
増大につれて生じる。 粘性による発熱が生じる。 遠心力により血球等が偏位する虞れがある。 一検体の測定に長時間を要する。 測定終了後、水洗いして血液を除去し、次いで装置を
乾燥した後に次の検体の測定を行うので操作が煩雑であ
る。 ところで、血液は非ニュートン流体である。血漿がニュ
ートン流体であることから、血液の非ニユートン性は、
懸濁している血球の存在に起因し、両面凹の円板状から
流線形、弾丸状にわたる血球の変形、あるいは配向など
がその因子として挙げられている。これらの因子が血液
の非ニュートン性に与える影響は、採血した後の時間経
過は勿論のこと、血液に他の物質、例えば抗凝血薬など
が添加されれば変化するのが当然である。したがって、
体内を流動する血液の非ニュートン性をはじめとする流
動特性を明らかにする方法としては、体内を流動してい
る血液を直接測定対象とすることが最善の方法であると
いうことになる。しかしながら、測定方法の問題もあっ
て、採血された血液を測定対象とせざるを得ないのが現
状である。そこで、抗凝血薬など他の物質を混入するこ
となく採血し、採血した後はできるだけ短時間のうちに
流動特性を正確に測定することが要求されることにな
る。
【0005】血液レオロジー的検査を日常の臨床に応用
する場合には、自然血の状態で測定可能であること、
ベッド際で瞬時に測定できること、操作が簡単で誰
でも使用できることの3点が必要である。本発明は、斯
かる技術的、医学的背景の下で創案されたものであっ
て、簡便、迅速かつ正確な測定が可能で、血液等の使用
液体の量が少なくて済む液体粘度測定方法、および小型
で移動が容易であり、製作費の廉価な液体粘度測定装置
を提供することをその目的とする。
する場合には、自然血の状態で測定可能であること、
ベッド際で瞬時に測定できること、操作が簡単で誰
でも使用できることの3点が必要である。本発明は、斯
かる技術的、医学的背景の下で創案されたものであっ
て、簡便、迅速かつ正確な測定が可能で、血液等の使用
液体の量が少なくて済む液体粘度測定方法、および小型
で移動が容易であり、製作費の廉価な液体粘度測定装置
を提供することをその目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段、およびその作用】この目
的は、所定内圧に減圧された密封状態の管状容器を用
い、その一端が液体内に浸漬された細管の他端を管状容
器内に連通させ、細管両端の圧力差を利用し細管を通じ
て管状容器内に液体を導き、管状容器内に連通接続され
た圧力センサによって管状容器内圧力の経時変化を測定
し、管状容器内圧力および細管を流れる液体流量の経時
変化に基づいて粘度を決定する本発明の液体粘度測定方
法によって達成される。
的は、所定内圧に減圧された密封状態の管状容器を用
い、その一端が液体内に浸漬された細管の他端を管状容
器内に連通させ、細管両端の圧力差を利用し細管を通じ
て管状容器内に液体を導き、管状容器内に連通接続され
た圧力センサによって管状容器内圧力の経時変化を測定
し、管状容器内圧力および細管を流れる液体流量の経時
変化に基づいて粘度を決定する本発明の液体粘度測定方
法によって達成される。
【0007】本発明の他の特徴によれば、両端が密封さ
れ、内部空気の排出によって減圧状態になされた管状容
器と、該管状容器の一端におけるゴム状弾性体で形成さ
れた第一の密封部材を貫通させて管状容器内にその一端
部を進入させ得る中空穿刺針を備えた装置と、管状容器
の他端における第二の密封部材を貫通して管状容器内に
連通接続され得る圧力センサと、該圧力センサで測定さ
れた管状容器内の圧力値を電気信号に変えるAD変換器
と、該AD変換器の出力を入力値とし、次式:
れ、内部空気の排出によって減圧状態になされた管状容
器と、該管状容器の一端におけるゴム状弾性体で形成さ
れた第一の密封部材を貫通させて管状容器内にその一端
部を進入させ得る中空穿刺針を備えた装置と、管状容器
の他端における第二の密封部材を貫通して管状容器内に
連通接続され得る圧力センサと、該圧力センサで測定さ
れた管状容器内の圧力値を電気信号に変えるAD変換器
と、該AD変換器の出力を入力値とし、次式:
【0008】
【数1】
【0009】の関係から粘度を算出するコンピュータと
を具備する液体粘度測定装置が提供される。細管(管状
容器の一端における第一の密封部材を貫通させて管状容
器内にその一端部を進入させ得る中空穿刺針が好適に使
用される)の一端部を液体内に浸漬するとともに、他端
部を減圧された管状容器(例えば、大気圧を基準として
−180mmHgに減圧された管状容器)内に連通させ
た状態にすると、細管が浸漬されている前記液体の静圧
と管状容器圧力との差圧に応じて細管内を液体が流れ、
管状容器内に流入する。細管内を流れる液体の速さは、
液体の粘度によって左右される。管状容器内に液体が吸
引される間における管状容器内の圧力変化は圧力センサ
によって測定され、この測定値から数式モデルによって
液体粘度が決定される。液体粘度の決定は、コンピュー
タによって好適に行われる。コンピュータには、予め以
下の値を入力しておく。 PA: 大気圧 VO: 管状容器の内容積と、管状容器と圧力センサと
を連結する部分の容積を合わせた体積 R : 細管の内半径 L : 細管の長さ
を具備する液体粘度測定装置が提供される。細管(管状
容器の一端における第一の密封部材を貫通させて管状容
器内にその一端部を進入させ得る中空穿刺針が好適に使
用される)の一端部を液体内に浸漬するとともに、他端
部を減圧された管状容器(例えば、大気圧を基準として
−180mmHgに減圧された管状容器)内に連通させ
た状態にすると、細管が浸漬されている前記液体の静圧
と管状容器圧力との差圧に応じて細管内を液体が流れ、
管状容器内に流入する。細管内を流れる液体の速さは、
液体の粘度によって左右される。管状容器内に液体が吸
引される間における管状容器内の圧力変化は圧力センサ
によって測定され、この測定値から数式モデルによって
液体粘度が決定される。液体粘度の決定は、コンピュー
タによって好適に行われる。コンピュータには、予め以
下の値を入力しておく。 PA: 大気圧 VO: 管状容器の内容積と、管状容器と圧力センサと
を連結する部分の容積を合わせた体積 R : 細管の内半径 L : 細管の長さ
【0010】管状容器内における圧力Pi(tiは或る
時点を示す)の時間変化は圧力センサにより任意の時間
間隔で測定される。管状容器内の圧力が、液体の静圧
(液体が大気中における液体溜り内にある場合には、大
気圧に等しいと見なしてよい)PAと等しくなると、管
状容器内ヘの液体の流れは止まる。この間、細管内を流
れる液体の剪断速度は、或る値から零まで変化すること
になる。管状容器内の圧力は、圧力センサを経て連続的
にコンピュータに送られるか、または圧力センサからの
出力値としてコンピュータに入力される。コンピュータ
に入力された管状容器内圧力変化に基づき、以下の考え
方で液体の流動特性が決定される。圧力Piと管状容器
内空間部分の体積Viとの積が一定であるという数式2
で示される仮定の下に、時刻tiにおける液体流量を圧
力の経時変化から計算する。
時点を示す)の時間変化は圧力センサにより任意の時間
間隔で測定される。管状容器内の圧力が、液体の静圧
(液体が大気中における液体溜り内にある場合には、大
気圧に等しいと見なしてよい)PAと等しくなると、管
状容器内ヘの液体の流れは止まる。この間、細管内を流
れる液体の剪断速度は、或る値から零まで変化すること
になる。管状容器内の圧力は、圧力センサを経て連続的
にコンピュータに送られるか、または圧力センサからの
出力値としてコンピュータに入力される。コンピュータ
に入力された管状容器内圧力変化に基づき、以下の考え
方で液体の流動特性が決定される。圧力Piと管状容器
内空間部分の体積Viとの積が一定であるという数式2
で示される仮定の下に、時刻tiにおける液体流量を圧
力の経時変化から計算する。
【0011】
【数2】 時刻tiにおける管状容器内の液体の体積viは、次の
数式3で表される。
数式3で表される。
【0012】
【数3】
【0013】したがって、流量Qiは次の数式4で求め
られる。
られる。
【0014】
【数4】
【0015】一方、細管両端の圧力差は次のように表さ
れる。
れる。
【0016】
【数5】
【0017】ここで、hiとHiは、それぞれ細管の液
導入口部分が液体中に浸っている長さ、管状容器内にお
ける細管の上端と液体表面との間の長さであり、これら
の値は細管の肉厚を無視すれば、前記流量の計算過程で
求められる。細管の長さが、その内径の260倍以上で
あるとすれば、細管両端の圧力差に及ぼされる入口効
果、出口効果は5%以内となる。時刻tiでの細管内壁
における剪断応力(壁面剪断応力)τwiと剪断速度g
ai層は、次式で求められる。
導入口部分が液体中に浸っている長さ、管状容器内にお
ける細管の上端と液体表面との間の長さであり、これら
の値は細管の肉厚を無視すれば、前記流量の計算過程で
求められる。細管の長さが、その内径の260倍以上で
あるとすれば、細管両端の圧力差に及ぼされる入口効
果、出口効果は5%以内となる。時刻tiでの細管内壁
における剪断応力(壁面剪断応力)τwiと剪断速度g
ai層は、次式で求められる。
【0018】
【数6】
【0019】
【数7】 実際には、圧力差ΔPiと流量Qiは、時間間隔Δtの
平均として求められる(Qi=(vi−vi−1)/Δ
t)。したがって、剪断応力τwiと剪断速度gaiも
時間間隔Δtの平均値となる。かくて、次式を得ること
ができる。
平均として求められる(Qi=(vi−vi−1)/Δ
t)。したがって、剪断応力τwiと剪断速度gaiも
時間間隔Δtの平均値となる。かくて、次式を得ること
ができる。
【0020】
【数8】
【0021】
【数9】 *ここで、gaは見掛けの壁面剪断速度(または見掛け
速度勾配)である。
速度勾配)である。
【0022】
【数10】
【0023】*ここで、gは一般的速度勾配、rは細管
内半径位置である。定常流動をする流体内の一点におい
て剪断応力τwと剪断速度gaとの比を求めることによ
って粘度が求められる。図1は、人血について求められ
た壁面剪断応力と剪断速度の関係を示す結果の一例であ
る。血液はケイソン(Casson)流体と言われてき
たが、剪断速度が低い領域を除けばビンガム流体、指数
則流体等の非ニュートン流体の特性を示すものの、ほと
んどニュートン流体と見なされ得ると言われているが、
人血を含めた液体の種類に応じて、例えば、以下の流動
モデルを使用することができる。 指数則モデル
内半径位置である。定常流動をする流体内の一点におい
て剪断応力τwと剪断速度gaとの比を求めることによ
って粘度が求められる。図1は、人血について求められ
た壁面剪断応力と剪断速度の関係を示す結果の一例であ
る。血液はケイソン(Casson)流体と言われてき
たが、剪断速度が低い領域を除けばビンガム流体、指数
則流体等の非ニュートン流体の特性を示すものの、ほと
んどニュートン流体と見なされ得ると言われているが、
人血を含めた液体の種類に応じて、例えば、以下の流動
モデルを使用することができる。 指数則モデル
【0024】
【数11】 ビンガムモデル
【0025】
【数12】 ニュートンモデル
【0026】
【数13】 最終的には、前記数式から流動特性と、特性粘度が次の
ように求められる。 指数則モデル
ように求められる。 指数則モデル
【0027】
【数14】 流動特性 gr=α((3n+1)/4n)τw 1/n
【0028】
【数15】 ビンガムモデル
【0029】
【数16】
【0030】
【数17】 ニュートンモデル
【0031】
【数18】
【0032】
【数19】
【0033】
【実施例1】以下、図示の実施例について説明する。図
2は、本発明の一実施例に係わる液体粘度測定装置10
を模式図として示している。液体粘度測定装置10は、
管状容器12と、穿刺針装置20と、連通接続装置32
と、圧力センサ40と、該圧力センサ40からの出力信
号を受けて、それをデジタル信号に変換するAD変換器
42と、該AD変換器42からの出力信号が入力される
コンピュータ44と、貯液管50と、恒温槽54とを主
要素として構成されている。各構成要素の詳細は以下の
とおりである。 管状容器12:管状容器12は、両端が開放された
ガラスまたは樹脂製の断面円形管本体14と、該管本体
14の各端部に密封嵌入されたゴム状弾性体(好ましく
は、ブチルゴム)製密封栓16,18から成っている。
管本体14内は、予め所定圧(例えば、大気圧を基準と
して−180mmHg)に排気されており、一対の密封
栓16,18によって減圧状態が維持されている。 穿刺針装置20:穿刺針装置20は、金属製(Jl
S SUS 304材等のステンレス鋼が好適である)
カヌラ23の針尖端23aに近い部分にハブ30を設け
て成る穿刺針22と、該穿刺針22を管状容器12の密
封栓18に穿刺する操作を容易かつ確実にするための有
底管状ホルダー24とを主部材として構成されている。
ホルダー24は、管本体14に比して短尺であり、また
管本体14の端部を楽に受け入れ得る内径を有してい
る。穿刺針22は、その針尖端23aがホルダー24内
に突出するように、雄螺子体として形成されているハブ
30部分でホルダー24の底壁26のほぼ中央位置に設
けられた雌螺子孔に螺合され、ホルダー24に対して軸
線方向に動かないようになされている。なお、カヌラ2
3の一端は、針尖端23aとして尖っていなければなら
ないが、他端は必ずしも尖っている必要はなく,針尖端
23aを有する金属製部分と合成樹脂製の細管とがハブ
30部分で連通する形態の構造を採用することもでき
る。 連通接続装置32:連通接続装置32は、ハブ38
を有する金属製中空穿刺針34と、その一端がハブ38
に接続されて管本体14内の圧力を圧力センサ40に正
確に伝達し得る導圧管36から成っている。導圧管36
の他端部は圧力センサ40に機密に連通接続される。 圧力センサ40、AD変換器42、コンピュータ4
4:これらは、導線46,48をもって前記順序で互い
に連通接続されている。これらはまた、圧力センサ40
で測定された圧力値がAD変換器42に入力され、電気
信号としてコンピュータ44に入力されるようになって
いる。コンピュータ44には、予め前記各数式が入力設
定される。 貯液管50、恒温槽54:被試験液52を入れるた
めの貯液管50としては、市販の試験管が好適に使用さ
れる。恒温槽54は、所望温度で被試験液52の試験を
行うために、試験液を入れられた貯液管50を一定温度
に保つためのものである。この恒温槽54には、試験能
率を向上させるために複数本の貯液管50を装▲填▼で
きるようにするのが好ましい。
2は、本発明の一実施例に係わる液体粘度測定装置10
を模式図として示している。液体粘度測定装置10は、
管状容器12と、穿刺針装置20と、連通接続装置32
と、圧力センサ40と、該圧力センサ40からの出力信
号を受けて、それをデジタル信号に変換するAD変換器
42と、該AD変換器42からの出力信号が入力される
コンピュータ44と、貯液管50と、恒温槽54とを主
要素として構成されている。各構成要素の詳細は以下の
とおりである。 管状容器12:管状容器12は、両端が開放された
ガラスまたは樹脂製の断面円形管本体14と、該管本体
14の各端部に密封嵌入されたゴム状弾性体(好ましく
は、ブチルゴム)製密封栓16,18から成っている。
管本体14内は、予め所定圧(例えば、大気圧を基準と
して−180mmHg)に排気されており、一対の密封
栓16,18によって減圧状態が維持されている。 穿刺針装置20:穿刺針装置20は、金属製(Jl
S SUS 304材等のステンレス鋼が好適である)
カヌラ23の針尖端23aに近い部分にハブ30を設け
て成る穿刺針22と、該穿刺針22を管状容器12の密
封栓18に穿刺する操作を容易かつ確実にするための有
底管状ホルダー24とを主部材として構成されている。
ホルダー24は、管本体14に比して短尺であり、また
管本体14の端部を楽に受け入れ得る内径を有してい
る。穿刺針22は、その針尖端23aがホルダー24内
に突出するように、雄螺子体として形成されているハブ
30部分でホルダー24の底壁26のほぼ中央位置に設
けられた雌螺子孔に螺合され、ホルダー24に対して軸
線方向に動かないようになされている。なお、カヌラ2
3の一端は、針尖端23aとして尖っていなければなら
ないが、他端は必ずしも尖っている必要はなく,針尖端
23aを有する金属製部分と合成樹脂製の細管とがハブ
30部分で連通する形態の構造を採用することもでき
る。 連通接続装置32:連通接続装置32は、ハブ38
を有する金属製中空穿刺針34と、その一端がハブ38
に接続されて管本体14内の圧力を圧力センサ40に正
確に伝達し得る導圧管36から成っている。導圧管36
の他端部は圧力センサ40に機密に連通接続される。 圧力センサ40、AD変換器42、コンピュータ4
4:これらは、導線46,48をもって前記順序で互い
に連通接続されている。これらはまた、圧力センサ40
で測定された圧力値がAD変換器42に入力され、電気
信号としてコンピュータ44に入力されるようになって
いる。コンピュータ44には、予め前記各数式が入力設
定される。 貯液管50、恒温槽54:被試験液52を入れるた
めの貯液管50としては、市販の試験管が好適に使用さ
れる。恒温槽54は、所望温度で被試験液52の試験を
行うために、試験液を入れられた貯液管50を一定温度
に保つためのものである。この恒温槽54には、試験能
率を向上させるために複数本の貯液管50を装▲填▼で
きるようにするのが好ましい。
【0034】本実施例装置は以上のように構成されてお
り、その使用は以下のようにして行われる。初めに、図
示されない保持装置で不動に固定された管状容器12の
密封栓16に対して連通接続装置32における穿刺針3
4の尖った端部を貫通せしめる(図2参照)。この操作
の前または後に、被試験液52が入れられた貯液管50
を恒温槽54に挿入する。次に、穿刺針装置20におけ
る穿刺針22の自由端側を貯液管50内の被試験液52
内に差し込む。そして、コンピュータ44が起動された
状態において、穿刺針22の尖端23aを密封栓18に
刺し込む。図2は、穿刺針22のカヌラ23が密封栓1
8を貫通する前の状態を示しているが、カヌラ23の尖
端23aは、密封栓18を完全に貫通して管本体14の
内部空間に差し込まれる。この貫通の瞬間から、貯液管
50内の被試験液52が、被試験液52の上面の気圧
(実際には大気圧)と大気圧以下に減圧された管状容器
12内の圧力との差圧によって、カヌラ23を通じて管
本体14内に吸入される。被試験液52が管状容器12
内に進入するにしたがって、該容器内の空間容積が減少
するとともに、圧力が次第に上昇する。この内圧は、最
終的に大気圧と等しくなる。管状容器12内の圧力変化
は、圧力センサ40、AD変換器42を介して連続的に
コンピュータ44に入力される。この間における管状容
器12内の圧力変化は、ボイルの法則によって管状容器
内空間の容積変化としてもとらえられる。これらの圧力
および容積変化から液体の粘度を求める手法については
先にも説明したが、図3、図4に示した管状容器12内
の変化の状態、および図5の計算手順を示すフローチャ
ートから容易に理解し得るであろう。図中、Po、Vo
は、被試験液52が管状容器12内に進入する前の初期
圧力、初期容積をそれぞれ示す。被試験液52の進入開
始後、時間tiが経過した時点では、管状容器内におけ
る被試験液体積がvi、管状容器内空間の容積がV1、
管状容器内圧力がPiになっている。図中、Lは穿刺針
22の長さ、PAは貯液管50内における被試験液52
の表面の気圧、hiは被試験液52内ヘの穿刺針22の
差し込み深さ、Hiはカヌラ23の上端と管状容器内被
試験液の表面との間隔をそれぞれ示す。図5に示した数
式については前述したとおりである。
り、その使用は以下のようにして行われる。初めに、図
示されない保持装置で不動に固定された管状容器12の
密封栓16に対して連通接続装置32における穿刺針3
4の尖った端部を貫通せしめる(図2参照)。この操作
の前または後に、被試験液52が入れられた貯液管50
を恒温槽54に挿入する。次に、穿刺針装置20におけ
る穿刺針22の自由端側を貯液管50内の被試験液52
内に差し込む。そして、コンピュータ44が起動された
状態において、穿刺針22の尖端23aを密封栓18に
刺し込む。図2は、穿刺針22のカヌラ23が密封栓1
8を貫通する前の状態を示しているが、カヌラ23の尖
端23aは、密封栓18を完全に貫通して管本体14の
内部空間に差し込まれる。この貫通の瞬間から、貯液管
50内の被試験液52が、被試験液52の上面の気圧
(実際には大気圧)と大気圧以下に減圧された管状容器
12内の圧力との差圧によって、カヌラ23を通じて管
本体14内に吸入される。被試験液52が管状容器12
内に進入するにしたがって、該容器内の空間容積が減少
するとともに、圧力が次第に上昇する。この内圧は、最
終的に大気圧と等しくなる。管状容器12内の圧力変化
は、圧力センサ40、AD変換器42を介して連続的に
コンピュータ44に入力される。この間における管状容
器12内の圧力変化は、ボイルの法則によって管状容器
内空間の容積変化としてもとらえられる。これらの圧力
および容積変化から液体の粘度を求める手法については
先にも説明したが、図3、図4に示した管状容器12内
の変化の状態、および図5の計算手順を示すフローチャ
ートから容易に理解し得るであろう。図中、Po、Vo
は、被試験液52が管状容器12内に進入する前の初期
圧力、初期容積をそれぞれ示す。被試験液52の進入開
始後、時間tiが経過した時点では、管状容器内におけ
る被試験液体積がvi、管状容器内空間の容積がV1、
管状容器内圧力がPiになっている。図中、Lは穿刺針
22の長さ、PAは貯液管50内における被試験液52
の表面の気圧、hiは被試験液52内ヘの穿刺針22の
差し込み深さ、Hiはカヌラ23の上端と管状容器内被
試験液の表面との間隔をそれぞれ示す。図5に示した数
式については前述したとおりである。
【0035】
【実施例2】 液体粘度測定装置の較正について:新しい粘度計の較正
は、蒸留後にイオン交換し、フィルターで濾過した水
と、日本工業規格で定められた粘度計較正用標準液(J
IS Z8809) (日本シェル石油製JS5および
JS10)を用いてこれを行なった。水を用いた場合
は、50〜10000/秒、JS5およびJS6を用い
た場合は、3000〜18000/秒の剪断速度範囲で
較正を行なった。結果の一例を図6に示す。縦軸は、測
定された粘度μmと実際の粘度μrとの比、横軸は実際
の粘度μrである。この図から、少なくとも10−2P
a・s以下の範囲では、この粘度計は誤差±5%の精度
を有し、実用上の問題がないことが判る。また、この誤
差が生じる理由としては、圧力差の変化に流量変化の遅
れ、圧力変換器の検知遅れのあることが考えられる。し
かし、10−2Pa・s以上の範囲でも、細管(または
穿刺針)の長さ、管状容器の内容積、管状容器内の初期
圧力(または真空度)等を適当に選べば、測定可能とな
る。
は、蒸留後にイオン交換し、フィルターで濾過した水
と、日本工業規格で定められた粘度計較正用標準液(J
IS Z8809) (日本シェル石油製JS5および
JS10)を用いてこれを行なった。水を用いた場合
は、50〜10000/秒、JS5およびJS6を用い
た場合は、3000〜18000/秒の剪断速度範囲で
較正を行なった。結果の一例を図6に示す。縦軸は、測
定された粘度μmと実際の粘度μrとの比、横軸は実際
の粘度μrである。この図から、少なくとも10−2P
a・s以下の範囲では、この粘度計は誤差±5%の精度
を有し、実用上の問題がないことが判る。また、この誤
差が生じる理由としては、圧力差の変化に流量変化の遅
れ、圧力変換器の検知遅れのあることが考えられる。し
かし、10−2Pa・s以上の範囲でも、細管(または
穿刺針)の長さ、管状容器の内容積、管状容器内の初期
圧力(または真空度)等を適当に選べば、測定可能とな
る。
【0036】
【実施例3】 人血粘度の実測:ここで、特に人血粘度の測定について
説明する。人血粘度の実測は、全てこれを27℃におい
て行い。人血がニュートンモデルで表されるという仮定
の下で議論を行う。新しい粘度測定装置で人血の粘度を
測定するときの剪断速度の範囲は、2000〜9000
/秒となる。この範囲は、較正時の範囲を超えている
が、流動曲線を決定するときに用いるほとんどのデータ
は、較正時の範囲内に入っているので、特に問題にする
必要はない。人血が高剪断速度場におかれた場合、溶血
が起こると一般に言われている。そこで、同一血液を用
いて前記細管に複数回通過させ、粘度の測定を行なっ
た。すなわち、粘度を測定した血液を貯蔵用のガラス管
に戻し、再び粘度測定を繰り返した。測定結果の一例を
図7に示す。縦軸は、N回目測定粘度μNと、1回目の
測定粘度μ1との比であり、横軸は繰り返し回数であ
る。各記号は、それぞれ異なった人を意味する。図か
ら、この比の値は0.95〜1.03の範囲内にあり、
この新しい粘度計は、同一血液の測定を3回繰り返して
も、血液に損傷をほとんど与えないことが判る。遠心分
離器を用いて溶血の程度を測定したところ、3回繰り返
し粘度を測定した血液の5例のうち、一例のみに僅かな
溶血が認められた程度であった。これは、血液が細管を
通過する時間が0.1〜0.3秒と短時間であるために
溶血が生じるに至らなかったものであろう。さらに、こ
の通過時間が短いことにより、通過過程での血液の温度
変化も無視できることが判る。健康者の血液粘度は3.
0×10−3Pa・s程度であると言われている。本発
明による新しい粘度計で得られた結果は、図8における
白丸で示したように、ほぼ前記値と一致している。ヘマ
トクリットは、全血における赤血球の体積率である。こ
のヘマトクリット値は、遠心分離器で分離された赤血球
と血漿の混合比を変えることによって容易にこれを変え
ることができる。病院で患者から直接採取した血液を用
いて上記のようにしてヘマトクリット値を種々変化さ
せ、それに対する血液粘度を測定した結果を図8に示
す。各記号は、それぞれ別の患者を意味する。半黒の記
号は、上記のようにしてヘマトクリット値を変化させた
ものを、全黒の記号は、貧血症の患者をそれぞれ意味す
る。貧血症患者の血液粘度は2.4×10−3Pa・s
程度であると言われているが、この図の結果もそれを裏
付けている。また、この図から人血の粘度はヘマトクリ
ット値の増大とともに増大することが判る。この傾向
は、従来の結果とも符合する。したがって、以上のこと
から、本発明の血液粘度計によれば、人血の粘度を正確
に測定することができ、臨床にも利用可能であると言い
得る。
説明する。人血粘度の実測は、全てこれを27℃におい
て行い。人血がニュートンモデルで表されるという仮定
の下で議論を行う。新しい粘度測定装置で人血の粘度を
測定するときの剪断速度の範囲は、2000〜9000
/秒となる。この範囲は、較正時の範囲を超えている
が、流動曲線を決定するときに用いるほとんどのデータ
は、較正時の範囲内に入っているので、特に問題にする
必要はない。人血が高剪断速度場におかれた場合、溶血
が起こると一般に言われている。そこで、同一血液を用
いて前記細管に複数回通過させ、粘度の測定を行なっ
た。すなわち、粘度を測定した血液を貯蔵用のガラス管
に戻し、再び粘度測定を繰り返した。測定結果の一例を
図7に示す。縦軸は、N回目測定粘度μNと、1回目の
測定粘度μ1との比であり、横軸は繰り返し回数であ
る。各記号は、それぞれ異なった人を意味する。図か
ら、この比の値は0.95〜1.03の範囲内にあり、
この新しい粘度計は、同一血液の測定を3回繰り返して
も、血液に損傷をほとんど与えないことが判る。遠心分
離器を用いて溶血の程度を測定したところ、3回繰り返
し粘度を測定した血液の5例のうち、一例のみに僅かな
溶血が認められた程度であった。これは、血液が細管を
通過する時間が0.1〜0.3秒と短時間であるために
溶血が生じるに至らなかったものであろう。さらに、こ
の通過時間が短いことにより、通過過程での血液の温度
変化も無視できることが判る。健康者の血液粘度は3.
0×10−3Pa・s程度であると言われている。本発
明による新しい粘度計で得られた結果は、図8における
白丸で示したように、ほぼ前記値と一致している。ヘマ
トクリットは、全血における赤血球の体積率である。こ
のヘマトクリット値は、遠心分離器で分離された赤血球
と血漿の混合比を変えることによって容易にこれを変え
ることができる。病院で患者から直接採取した血液を用
いて上記のようにしてヘマトクリット値を種々変化さ
せ、それに対する血液粘度を測定した結果を図8に示
す。各記号は、それぞれ別の患者を意味する。半黒の記
号は、上記のようにしてヘマトクリット値を変化させた
ものを、全黒の記号は、貧血症の患者をそれぞれ意味す
る。貧血症患者の血液粘度は2.4×10−3Pa・s
程度であると言われているが、この図の結果もそれを裏
付けている。また、この図から人血の粘度はヘマトクリ
ット値の増大とともに増大することが判る。この傾向
は、従来の結果とも符合する。したがって、以上のこと
から、本発明の血液粘度計によれば、人血の粘度を正確
に測定することができ、臨床にも利用可能であると言い
得る。
【0037】
【実施例4】 血液以外の液体の粘度測定: エマルションの粘度測定:水とヘキサンから成る0/
W(油/水)エマルションの粘度を新しい粘度計で測定
した。温度20℃で測定した剪断速度と剪断応力の関係
を図9に示す。データの再現性も確認された。この図か
ら、前記エマルションをニュートン流体と見なし得るこ
とが判る。また、ヘキサンの水に対する割合を増加する
と、エマルションの粘度が増大することも確認された。 PAA水溶液の粘度測定:粘弾性流体として知られて
いるPAA(ポリアクリルアミド)水溶液の粘度を本発
明粘度計で測定した。測定は、各種の温度で行われた。
測定した剪断速度と剪断応力の関係を図10に示す。デ
ータの再現性も確認された。従来から言われているよう
に、PAA水溶液は、指数則流体のような非ニュートン
流体の挙動をすることがこの図から確認できる。
W(油/水)エマルションの粘度を新しい粘度計で測定
した。温度20℃で測定した剪断速度と剪断応力の関係
を図9に示す。データの再現性も確認された。この図か
ら、前記エマルションをニュートン流体と見なし得るこ
とが判る。また、ヘキサンの水に対する割合を増加する
と、エマルションの粘度が増大することも確認された。 PAA水溶液の粘度測定:粘弾性流体として知られて
いるPAA(ポリアクリルアミド)水溶液の粘度を本発
明粘度計で測定した。測定は、各種の温度で行われた。
測定した剪断速度と剪断応力の関係を図10に示す。デ
ータの再現性も確認された。従来から言われているよう
に、PAA水溶液は、指数則流体のような非ニュートン
流体の挙動をすることがこの図から確認できる。
【0038】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、所定
内圧に減圧された密封状態の管状容器を用い、その一端
が液体内に浸漬された細管の他端を管状容器内に連通さ
せ、細管両端の圧力差を利用し細管を通じて管状容器内
に液体を導き、管状容器内に連通接続された圧力センサ
によって管状容器内圧力の経時変化を測定し、管状容器
内圧力および細管を流れる液体流量の経時変化に基づい
て粘度を決定することを特徴とする液体粘度測定方法、
および両端が密封され、内部空気が排出されて減圧状
態になされた管状容器と、該管状容器の一端におけるゴ
ム状弾性体で形成された第一の密封部材を貫通させて管
状容器内にその一端部を進入させ得る中空穿刺針を備え
た装置と、管状容器の他端における第二の密封部材を貫
通して管状容器内に連通接続され得る圧力センサと、該
圧力センサで測定された管状容器内の圧力値を電気信号
に変えるAD変換器と、該AD変換器の出力を入力値と
し、次式:
内圧に減圧された密封状態の管状容器を用い、その一端
が液体内に浸漬された細管の他端を管状容器内に連通さ
せ、細管両端の圧力差を利用し細管を通じて管状容器内
に液体を導き、管状容器内に連通接続された圧力センサ
によって管状容器内圧力の経時変化を測定し、管状容器
内圧力および細管を流れる液体流量の経時変化に基づい
て粘度を決定することを特徴とする液体粘度測定方法、
および両端が密封され、内部空気が排出されて減圧状
態になされた管状容器と、該管状容器の一端におけるゴ
ム状弾性体で形成された第一の密封部材を貫通させて管
状容器内にその一端部を進入させ得る中空穿刺針を備え
た装置と、管状容器の他端における第二の密封部材を貫
通して管状容器内に連通接続され得る圧力センサと、該
圧力センサで測定された管状容器内の圧力値を電気信号
に変えるAD変換器と、該AD変換器の出力を入力値と
し、次式:
【数1】 の関係から粘度を算出するコンピュータとを具備する血
液粘度測定装置が提供された。本発明によれば、以下の
作用効果を得ることができる。 従来の測定方法では、同一試験液を種々の圧力差で何
回も測定しなければならなかったが、本発明によれば、
時間とともに連続的に変化する圧力差を測定し、またそ
れに対応して変化する試験液の流量をボイルの法則に基
づいて連続的に算出する点に特徴があり、5〜8cc程
度(理論的には1ccでも可能)の少量の血液を用い
て、1〜2分で測定結果が得られるため、測定能率が著
しく向上する。また、血液は、採取後約10分程度で測
定するのが好ましいことを考慮すれば、本発明が極めて
有効であることが明らかである。 従来法では、測定結果を得るために対数値の図微分を
とる必要があり、誤差が大きくなるが、本発明によれ
ば、データを幾らでも細かくとることができ、図微分が
容易であり、高い精度(誤差5%程度)で測定結果を得
ることができる。 広い剪断速度場で再現性よく結果が得られる。 試験液が血液である場合において、該血液が液採取用
細管を通過する時間が短く、溶血する虞れがない。 測定操作が従来法に比して極めて簡単である。 装置全体が従来のものに比して小型である。 試験液が血液である場合において、測定後の血液を他
の臨床検査用として利用可能である。 試験液が直接触れる部分は、これを廃棄可能であるた
め、試験液が血液である場合に、肝炎ウィルスのような
病原菌混入のものであっても、感染の心配がない。
液粘度測定装置が提供された。本発明によれば、以下の
作用効果を得ることができる。 従来の測定方法では、同一試験液を種々の圧力差で何
回も測定しなければならなかったが、本発明によれば、
時間とともに連続的に変化する圧力差を測定し、またそ
れに対応して変化する試験液の流量をボイルの法則に基
づいて連続的に算出する点に特徴があり、5〜8cc程
度(理論的には1ccでも可能)の少量の血液を用い
て、1〜2分で測定結果が得られるため、測定能率が著
しく向上する。また、血液は、採取後約10分程度で測
定するのが好ましいことを考慮すれば、本発明が極めて
有効であることが明らかである。 従来法では、測定結果を得るために対数値の図微分を
とる必要があり、誤差が大きくなるが、本発明によれ
ば、データを幾らでも細かくとることができ、図微分が
容易であり、高い精度(誤差5%程度)で測定結果を得
ることができる。 広い剪断速度場で再現性よく結果が得られる。 試験液が血液である場合において、該血液が液採取用
細管を通過する時間が短く、溶血する虞れがない。 測定操作が従来法に比して極めて簡単である。 装置全体が従来のものに比して小型である。 試験液が血液である場合において、測定後の血液を他
の臨床検査用として利用可能である。 試験液が直接触れる部分は、これを廃棄可能であるた
め、試験液が血液である場合に、肝炎ウィルスのような
病原菌混入のものであっても、感染の心配がない。
【0039】
【図1】一例としての人血について求められた壁面剪断
応力と剪断速度との関係を示すグラフ。
応力と剪断速度との関係を示すグラフ。
【図2】本発明の一実施例に係わる液体粘度測定装置の
模式図。
模式図。
【図3】図4とともに管状容器内の変化の状態を示すた
めの説明図。
めの説明図。
【図4】図3とともに管状容器内の変化の状態を示すた
めの説明図。
めの説明図。
【図5】計算手順を示すフローチャート。
【図6】水および粘度計較正用標準液を用いて測定され
た粘度と実際の粘度との比を示すグラフ。
た粘度と実際の粘度との比を示すグラフ。
【図7】人血粘度の測定結果を示すグラフ。
【図8】ヘマトクリット値を種々変化させて測定した血
液粘度を示すグラフ。
液粘度を示すグラフ。
【図9】水とヘキサンから成るエマルションについて求
められた壁面剪断応力と剪断速度との関係を示すグラ
フ。
められた壁面剪断応力と剪断速度との関係を示すグラ
フ。
【図10】粘弾性流体であるポリアクリルアミド水溶液
について求められた壁面剪断応力と剪断速度との関係を
示すグラフ。
について求められた壁面剪断応力と剪断速度との関係を
示すグラフ。
10 液体粘度測定装置 12 管状容器 16 密封栓 18 密封栓 20 穿刺針装置 22 穿刺針 40 圧力センサ 42 AD変換器 44 コンピュータ 52 被試験液
Claims (4)
- 【請求項1】 所定内圧に減圧された密封状態の管状容
器を用い、その一端が液体内に浸漬された細管の他端を
管状容器内に連通させ、細管両端の圧力差を利用し細管
を通じて管状容器内に液体を導き、管状容器内に連通接
続された圧力センサによって管状容器内圧力の経時変化
を測定し、管状容器内圧力および細管を流れる液体流量
の経時変化に基づいて粘度を決定することを特徴とする
液体粘度測定方法。 - 【請求項2】 細管として中空穿刺針を用いる請求項1
に記載された液体粘度測定方法。 - 【請求項3】 両端が密封され、内部空気が排出されて
減圧状態になされた管状容器と、該管状容器の一端にお
けるゴム状弾性体で形成された第一の密封部材を貫通さ
せて管状容器内にその一端部を進入させ得る中空穿刺針
を備えた装置と、管状容器の他端における第二の密封部
材を貫通して管状容器内に連通接続され得る圧力センサ
と、該圧力センサで測定された管状容器内の圧力値を電
気信号に変えるAD変換器と、該AD変換器の出力を入
力値とし、次式: g(τw)=−du/dr=3ga/4+(τw/4)(dga/dτw)、 および τw=ΔPR/(2L)(ただし、g:速度勾配,u:中空穿刺針内の液体流
速,r:中空穿刺針内 半径位置,g a :見掛け壁面剪断
速度,τ w :剪断応力,ΔP:中空穿刺 針両端の圧力
差,R:中空穿刺針の内半径,L:中空穿刺針の長さ)
の関係から粘度を算出するコンピュータとを具備する液
体粘度測定装置。 - 【請求項4】 第二の密封部材が、ゴム状弾性体で形成
されている請求項3に記載された液体粘度測定装置。 【0001】
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