光学式汗中イオン濃度推定システムの開発-ウェアラブル化のための基礎検討-

本研究の目的は、熱中症発症の危険因子である脱水症を未然に防ぐため、「汗に含まれる複数のカチオン濃度を推定するウェアラブルデバイスの実現」である。前年度は塩化ナトリウム及びリン酸水素二カリウムの各単一成分水溶液におけるNa及びK濃度推定を試みたが，ヒトの汗には多くの成分が含まれる。そこで今年度は塩化ナトリウムとリン酸水素二カリウムを多段階濃度で添加した多成分系水溶液を計測サンプルとして，Na及びKが互いに推定精度に影響を与え得るかを検討した。多成分系水溶液の各溶質濃度は，Na:50，150，250 mg/dL，K：30，60，90 mg/dLとし，全9濃度の水溶液をサンプルとした。なお、サンプルの実測濃度は市販のイオンメータの測定値とした。FT-IR型分光器を用いてサンプルとその溶媒である超純水の透過光強度スペクトルを取得し、差分吸光度と実測濃度から重回帰分析により検量モデルを作成した。システムの小型化を目指し，1400-2300nmの10波長以下の波長数を使用した波長数限定解析を行ない、実測値と推定値の相関係数γおよび標準予測誤差（SEP）によって評価した。その結果，1桁台の波長数を用いて，Naではγ＝0.994，SEP＝9.20 mg/dL，Kではγ＝0.990，6.87 mg/dLを示した。前年度の単一水溶液の結果に比べて遜色ない推定精度を確認した。また，システムの小型化を検討するため，小型スペクトルメータでの実験を予定していたが社会情勢の変化により当該製品の入手が難しくなった。そこで予備実験としてハロゲン光源とファブリペロー型の超小型分光器を用いた単一水溶液の濃度推定実験も実施した。FTIR型分光器での結果に比べるとプロットのバラツキはあるものの，NaとK共にγ＞0.88と強い正の相関を確認した。

本研究の目的は、熱中症発症の危険因子である脱水症を未然に防ぐため、「汗に含まれる複数のカチオン濃度を推定するウェアラブルデバイスの実現」である。前年度は塩化ナトリウム及びリン酸水素二カリウムの各単一成分水溶液におけるNa及びK濃度推定を試みたが，ヒトの汗には多くの成分が含まれる。そこで今年度は塩化ナトリウムとリン酸水素二カリウムを多段階濃度で添加した多成分系水溶液を計測サンプルとして，Na及びKが互いに推定精度に影響を与え得るかを検討した。多成分系水溶液の各溶質濃度は，Na:50，150，250 mg/dL，K：30，60，90 mg/dLとし，全9濃度の水溶液をサンプルとした。なお、サンプルの実測濃度は市販のイオンメータの測定値とした。FT-IR型分光器を用いてサンプルとその溶媒である超純水の透過光強度スペクトルを取得し、差分吸光度と実測濃度から重回帰分析により検量モデルを作成した。システムの小型化を目指し，1400-2300nmの10波長以下の波長数を使用した波長数限定解析を行ない、実測値と推定値の相関係数γおよび標準予測誤差（SEP）によって評価した。その結果，1桁台の波長数を用いて，Naではγ＝0.994，SEP＝9.20 mg/dL，Kではγ＝0.990，6.87 mg/dLを示した。前年度の単一水溶液の結果に比べて遜色ない推定精度を確認した。また，システムの小型化を検討するため，小型スペクトルメータでの実験を予定していたが社会情勢の変化により当該製品の入手が難しくなった。そこで予備実験としてハロゲン光源とファブリペロー型の超小型分光器を用いた単一水溶液の濃度推定実験も実施した。FTIR型分光器での結果に比べるとプロットのバラツキはあるものの，NaとK共にγ＞0.88と強い正の相関を確認した。