JPH0727700A - 光学式成分濃度測定装置および方法 - Google Patents
光学式成分濃度測定装置および方法Info
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- JPH0727700A JPH0727700A JP5174156A JP17415693A JPH0727700A JP H0727700 A JPH0727700 A JP H0727700A JP 5174156 A JP5174156 A JP 5174156A JP 17415693 A JP17415693 A JP 17415693A JP H0727700 A JPH0727700 A JP H0727700A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 濃度の測定精度の向上を可能とした光学式成
分濃度測定装置および方法を提供する。 【構成】 セル１，光照射部２，受光部３、および演算
部４からなり、セル１は、透光性の部材からなり、断面
三角形の形状をして、異なる光路長を有し、内部に試料
１１を収容し、光照射部２は、可変波長レーザ発生装置
１２と、凸レンズ１３，１４からなる測定系１５とから
なり、可変波長レーザ発生装置１２からのレーザのビー
ムを、元の断面積より拡大し、平行光としてセル１に入
射させており、受光部３は、セル１の面に平行に配置し
た多数のＣＣＤ１６からなっており、異なる光路長を進
んだ各透過光の強度を、セル１から等距離の位置で検出
可能となっており、演算部４では、各ＣＣＤ１６からの
信号を受けて、波長毎の最適光路長，およびこの位置で
の透過光量値に基づいて、試料１１中の成分の濃度が算
出され、算出結果が出力される。
分濃度測定装置および方法を提供する。 【構成】 セル１，光照射部２，受光部３、および演算
部４からなり、セル１は、透光性の部材からなり、断面
三角形の形状をして、異なる光路長を有し、内部に試料
１１を収容し、光照射部２は、可変波長レーザ発生装置
１２と、凸レンズ１３，１４からなる測定系１５とから
なり、可変波長レーザ発生装置１２からのレーザのビー
ムを、元の断面積より拡大し、平行光としてセル１に入
射させており、受光部３は、セル１の面に平行に配置し
た多数のＣＣＤ１６からなっており、異なる光路長を進
んだ各透過光の強度を、セル１から等距離の位置で検出
可能となっており、演算部４では、各ＣＣＤ１６からの
信号を受けて、波長毎の最適光路長，およびこの位置で
の透過光量値に基づいて、試料１１中の成分の濃度が算
出され、算出結果が出力される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液体中の吸光性物質の
濃度の測定装置、および方法に関するものである。さら
に詳しくは、例えば血中のグルコース，ヘモグロビンの
濃度、尿中の蛋白質，ビリルビン，糖分の他、清涼飲料
水中の成分等の濃度の測定に適用する光学式成分濃度測
定装置および方法に関するものである。
濃度の測定装置、および方法に関するものである。さら
に詳しくは、例えば血中のグルコース，ヘモグロビンの
濃度、尿中の蛋白質，ビリルビン，糖分の他、清涼飲料
水中の成分等の濃度の測定に適用する光学式成分濃度測
定装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】溶液の濃度と光吸収の関係は、次のラン
バート・ベールの法則で表せることが広く知られてい
る。
バート・ベールの法則で表せることが広く知られてい
る。
【数８】 即ち、この式について、多波長での透過光量の測定値に
基づき、多変量解析を行うことにより、上記濃度が求め
られる。
基づき、多変量解析を行うことにより、上記濃度が求め
られる。
【０００３】このように、各成分の濃度は、測定系によ
る測定値に基づいて求められるため、この濃度の正確さ
は測定系の測定精度によって制限されることになる。即
ち、各成分の濃度、特に被測定成分中の微量成分の正確
な濃度を求めるには、測定系の測定精度を高める必要が
ある。したがって、この求められた濃度の正確さは、測
定系のＳ／Ｎ比と密接に関係する。
る測定値に基づいて求められるため、この濃度の正確さ
は測定系の測定精度によって制限されることになる。即
ち、各成分の濃度、特に被測定成分中の微量成分の正確
な濃度を求めるには、測定系の測定精度を高める必要が
ある。したがって、この求められた濃度の正確さは、測
定系のＳ／Ｎ比と密接に関係する。
【０００４】特開昭６３−１４４２３７号公報には、試
料溶液中の微量の有機および無機成分の定量に適用され
る吸光度の測定方法およびその装置が開示されている。
この装置は、異なるセル長(光路長：本明細書では、セ
ル内で光が進む距離を意味する)を有する分光光度計用
セルと、このセルに試料溶液を供給する供給装置と、上
記光路長を切換える切換装置と、上記供給装置および切
換装置を制御する制御装置とを備えている。この装置に
よれば、試料が高濃度の場合には、短光路長の部分、試
料が低濃度の場合は長光路長の部分の透過光量に基づい
て、試料溶液の吸光度の測定が行われる。
料溶液中の微量の有機および無機成分の定量に適用され
る吸光度の測定方法およびその装置が開示されている。
この装置は、異なるセル長(光路長：本明細書では、セ
ル内で光が進む距離を意味する)を有する分光光度計用
セルと、このセルに試料溶液を供給する供給装置と、上
記光路長を切換える切換装置と、上記供給装置および切
換装置を制御する制御装置とを備えている。この装置に
よれば、試料が高濃度の場合には、短光路長の部分、試
料が低濃度の場合は長光路長の部分の透過光量に基づい
て、試料溶液の吸光度の測定が行われる。
【０００５】そして、上記測定方法および装置は、異な
る光路長を有する分光光度計用セル、具体的には三角セ
ルが使用され、吸光度が測定に好適な範囲に収まるよう
な光路長に切り換えることにより、試料溶液の希釈、セ
ルの交換をすることなく、低濃度の試料溶液から高い濃
度の試料溶液まで、広範囲の濃度測定を行うことを目的
としている。
る光路長を有する分光光度計用セル、具体的には三角セ
ルが使用され、吸光度が測定に好適な範囲に収まるよう
な光路長に切り換えることにより、試料溶液の希釈、セ
ルの交換をすることなく、低濃度の試料溶液から高い濃
度の試料溶液まで、広範囲の濃度測定を行うことを目的
としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記測定方法および装
置では、試料に照射する光の波長を変えることなく、試
料溶液の濃度の違いにより吸光度が測定に好適な範囲に
収まるような光路長への切り換えが行われている。とこ
ろが、例えば、血中のグルコースのように、各試料中の
ある成分の濃度が殆ど同じである場合、上記測定方法お
よび装置は、この成分の濃度の測定精度を向上させるこ
とはできないという問題がある。本発明は、斯る従来の
問題点を課題としてなされたもので、各試料中のある成
分の濃度の差異の大小に拘わらず、濃度の測定精度の向
上を可能とした光学式成分濃度測定装置および方法を提
供しようとするものである。
置では、試料に照射する光の波長を変えることなく、試
料溶液の濃度の違いにより吸光度が測定に好適な範囲に
収まるような光路長への切り換えが行われている。とこ
ろが、例えば、血中のグルコースのように、各試料中の
ある成分の濃度が殆ど同じである場合、上記測定方法お
よび装置は、この成分の濃度の測定精度を向上させるこ
とはできないという問題がある。本発明は、斯る従来の
問題点を課題としてなされたもので、各試料中のある成
分の濃度の差異の大小に拘わらず、濃度の測定精度の向
上を可能とした光学式成分濃度測定装置および方法を提
供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１発明は、試料を収容し、内部の光路長を異なら
せることが可能なセルと、このセルに対して選択された
波長の光を照射するとともに、この照射する光の波長を
変え得る光照射部と、上記セルを透過した光を受け、こ
の透過光量を検出する受光部と、この受光部で検出した
透過光量に対する光量測定感度のピーク値が生じるとき
の光路長を波長毎に算出、記憶し、この波長毎に記憶し
たピーク位置での透過光量値、光路長の値に基づいて上
記試料中の成分の濃度を算出し、算出結果を出力する演
算部とから構成した。
に、第１発明は、試料を収容し、内部の光路長を異なら
せることが可能なセルと、このセルに対して選択された
波長の光を照射するとともに、この照射する光の波長を
変え得る光照射部と、上記セルを透過した光を受け、こ
の透過光量を検出する受光部と、この受光部で検出した
透過光量に対する光量測定感度のピーク値が生じるとき
の光路長を波長毎に算出、記憶し、この波長毎に記憶し
たピーク位置での透過光量値、光路長の値に基づいて上
記試料中の成分の濃度を算出し、算出結果を出力する演
算部とから構成した。
【０００８】第２発明は、上記セルが、連続的、或は段
階的に異なる光路長を有する構成とした。
階的に異なる光路長を有する構成とした。
【０００９】第３発明は、上記セルが、可変光路長を有
する構成とした。
する構成とした。
【００１０】第４発明は、上記光照射部が、異なる波長
のレーザの発生が可能なレーザ発生装置を備えた構成と
した。
のレーザの発生が可能なレーザ発生装置を備えた構成と
した。
【００１１】第５発明は、上記レーザ発生装置が可変波
長レーザ発生装置である構成とした。
長レーザ発生装置である構成とした。
【００１２】第６発明は、上記光照射部が、可変波長レ
ーザ発生装置と、この可変波長レーザ発生装置からのレ
ーザのビーム断面積を拡大し、かつ平行光としたレーザ
を上記セルに入射させる測定系とを備えた構成とした。
ーザ発生装置と、この可変波長レーザ発生装置からのレ
ーザのビーム断面積を拡大し、かつ平行光としたレーザ
を上記セルに入射させる測定系とを備えた構成とした。
【００１３】第７発明は、上記光照射部が、レーザを受
けて、このレーザの反射方向を変える回転可能なミラー
と、反射されたレーザを一定の方向に向けさせる測定系
を備えた構成とした。
けて、このレーザの反射方向を変える回転可能なミラー
と、反射されたレーザを一定の方向に向けさせる測定系
を備えた構成とした。
【００１４】第８発明は、上記光照射部が、異なる波長
を含む光を発する発光部と、この光の内の選択された波
長の光を、平行光として上記セルに入射させる測定系と
を有する構成とした。
を含む光を発する発光部と、この光の内の選択された波
長の光を、平行光として上記セルに入射させる測定系と
を有する構成とした。
【００１５】第９発明は、上記受光部が選択された光を
受けて光量を検出する光量検出手段を備えた構成とし
た。
受けて光量を検出する光量検出手段を備えた構成とし
た。
【００１６】第１０発明は、上記受光部が分光器を備え
た構成とした。
た構成とした。
【００１７】第１１発明は、試料を収容し、光が透過す
る光路長を異ならせることが可能なセルに対して、異な
る波長の光を発生できる発光部により選択された波長の
光を照射するステップと、受光部により上記セルを透過
した光を受けて、各光路長における透過光量を検出する
ステップとを複数波長について繰り返し、演算部によ
り、上記受光部で検出した透過光量に対する光量測定感
度のピーク値が生じるときの光路長を波長毎に算出、記
憶し、各ピーク位置での透過光量値，光路長の値に基づ
いて上記試料中の成分の濃度を算出し、算出結果を出力
するようにした。
る光路長を異ならせることが可能なセルに対して、異な
る波長の光を発生できる発光部により選択された波長の
光を照射するステップと、受光部により上記セルを透過
した光を受けて、各光路長における透過光量を検出する
ステップとを複数波長について繰り返し、演算部によ
り、上記受光部で検出した透過光量に対する光量測定感
度のピーク値が生じるときの光路長を波長毎に算出、記
憶し、各ピーク位置での透過光量値，光路長の値に基づ
いて上記試料中の成分の濃度を算出し、算出結果を出力
するようにした。
【００１８】第１２発明は、(i) セル中に試料を入れて
いない状態で、光源から出て、上記セルを透過したある
波長λの透過光の光量を測定して、次式、
いない状態で、光源から出て、上記セルを透過したある
波長λの透過光の光量を測定して、次式、
【数９】 により入射光量Ｉoを算出するステップと、(ii) 基準
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌを基準光路
長Ｌoとした場合の上記波長λの光の透過光量Ｉtoを測
定するステップと、(iv) 次式、
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌを基準光路
長Ｌoとした場合の上記波長λの光の透過光量Ｉtoを測
定するステップと、(iv) 次式、
【数１０】 により、基準光路長Ｌo，上記波長λの光の場合のγの
値γoを算出するステップと、(v) 光路長比ｋ＝Ｌ／Ｌ
oに関する次式、
値γoを算出するステップと、(v) 光路長比ｋ＝Ｌ／Ｌ
oに関する次式、
【数１１】 により、次式、
【数１２】 で定義される光量測定感度Ｓが、上記波長λの場合にお
いて、最大となる光路長Ｌpに対応する光路長比ｋpを算
出するステップと、(vi) 次式、
いて、最大となる光路長Ｌpに対応する光路長比ｋpを算
出するステップと、(vi) 次式、
【数１３】 により上記波長λの場合に、光量測定感度Ｓが最大とな
る最適光路長Ｌpλ位置での透過光量値を算出するステ
ップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことによ
り算出された各波長λでの最適波長Ｌpλaに基づいて、
多変量解析法により試料中の成分の濃度を算出するよう
にした。
る最適光路長Ｌpλ位置での透過光量値を算出するステ
ップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことによ
り算出された各波長λでの最適波長Ｌpλaに基づいて、
多変量解析法により試料中の成分の濃度を算出するよう
にした。
【００１９】第１３発明は、(i) セル中に試料を入れて
いない状態で、光源から出て、上記セルを透過したある
波長λの透過光の光量測定して、次式、
いない状態で、光源から出て、上記セルを透過したある
波長λの透過光の光量測定して、次式、
【数１４】 により入射光量Ｉoを算出するステップと、(ii) 基準
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌでの、上記
波長λの光の透過光量ＩtLを測定するステップと、(iv)
次式、
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌでの、上記
波長λの光の透過光量ＩtLを測定するステップと、(iv)
次式、
【数１５】 により、各光路長Ｌの部分での、波長λの光に対する吸
光度Ａcλを算出するステップと、(v) 上記波長λの光
に対する各吸光度Ａcλの中からlog10ｅに等しい吸光度
Ａcλpを求めるステップと、(vi) 上記波長λの光に対
する吸光度Ａcλpに対応する光路長Ｌpを記憶するステ
ップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことによ
り算出された各波長λaでの最適光路Ｌpλ位置での透過
光量値に基づいて、多変量解析法により試料中の成分の
濃度を算出するようにした。
光度Ａcλを算出するステップと、(v) 上記波長λの光
に対する各吸光度Ａcλの中からlog10ｅに等しい吸光度
Ａcλpを求めるステップと、(vi) 上記波長λの光に対
する吸光度Ａcλpに対応する光路長Ｌpを記憶するステ
ップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことによ
り算出された各波長λaでの最適光路Ｌpλ位置での透過
光量値に基づいて、多変量解析法により試料中の成分の
濃度を算出するようにした。
【００２０】
【作用】上記発明のように構成することにより、各波長
で最もＳ／Ｎ比が大きくなる状態での透過光量から試料
中の成分の濃度が求められるようになる。
で最もＳ／Ｎ比が大きくなる状態での透過光量から試料
中の成分の濃度が求められるようになる。
【００２１】
【実施例】次に、本発明の一実施例を図面にしたがって
説明する。図１は、第１１，第１２，第１３発明に係る
光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第２，第４，
第５，第６，第９発明に係る光学式成分濃度測定装置を
示し、この装置は、セル１，光照射部２，受光部３、お
よび演算部４からなっている。セル１は、透光性の部材
からなり、断面三角形の形状を有し、内部に試料１１、
例えば血液、尿を収容できるようになっている。そし
て、光が透過する位置を異ならせることによって、セル
１内における光路長を異ならせることが可能に形成され
ている。
説明する。図１は、第１１，第１２，第１３発明に係る
光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第２，第４，
第５，第６，第９発明に係る光学式成分濃度測定装置を
示し、この装置は、セル１，光照射部２，受光部３、お
よび演算部４からなっている。セル１は、透光性の部材
からなり、断面三角形の形状を有し、内部に試料１１、
例えば血液、尿を収容できるようになっている。そし
て、光が透過する位置を異ならせることによって、セル
１内における光路長を異ならせることが可能に形成され
ている。
【００２２】光照射部２は、異なる波長のレーザの発生
が可能な可変波長レーザ発生装置１２と、レンズ１３，
１４からなる測定系１５とからなっている。そして、可
変波長レーザ発生装置１２からのレーザをレンズ１３に
よって、焦点に集束させた後、発散させ、レーザビーム
の断面積を元の断面積より拡大し、レンズ１４により平
行光としてセル１に入射している。なお、本発明は、レ
ーザビームの断面積を拡大し、平行光にできる限り、測
定系１５を、レンズ１３，１４の組み合わせに限定する
ものではない。受光部３は、光が出てゆくセル１の面に
平行に配置した多数の光量検出素子１６ａ、例えば画素
(pixel)からなる光量検出手段１６、例えばＣＣＤから
なっており、セル１内において異なる光路長を進んだ各
透過光の光量を、セル１から等距離の位置で検出可能と
なっている。
が可能な可変波長レーザ発生装置１２と、レンズ１３，
１４からなる測定系１５とからなっている。そして、可
変波長レーザ発生装置１２からのレーザをレンズ１３に
よって、焦点に集束させた後、発散させ、レーザビーム
の断面積を元の断面積より拡大し、レンズ１４により平
行光としてセル１に入射している。なお、本発明は、レ
ーザビームの断面積を拡大し、平行光にできる限り、測
定系１５を、レンズ１３，１４の組み合わせに限定する
ものではない。受光部３は、光が出てゆくセル１の面に
平行に配置した多数の光量検出素子１６ａ、例えば画素
(pixel)からなる光量検出手段１６、例えばＣＣＤから
なっており、セル１内において異なる光路長を進んだ各
透過光の光量を、セル１から等距離の位置で検出可能と
なっている。
【００２３】演算部４は、各光量検出素子１６ａから透
過光量信号を受けるとともに、可変波長レーザ発生装置
１２に接続しており、上記透過光量信号と、光路長、透
過光の波長との対応付けが可能になっており、各波長毎
に，各波長毎に上述したランバート・ベールの式(１)、
およびフレネルの式に基づき、透過光量測定感度がピー
ク値となる最適な光路長、およびそのときのピーク位置
での透過光量値に基づき、試料１１中の成分、例えばグ
ルコース，ヘモグロビン，蛋白質，ビリルビン，糖分の
濃度が算出され、算出結果が出力される。
過光量信号を受けるとともに、可変波長レーザ発生装置
１２に接続しており、上記透過光量信号と、光路長、透
過光の波長との対応付けが可能になっており、各波長毎
に，各波長毎に上述したランバート・ベールの式(１)、
およびフレネルの式に基づき、透過光量測定感度がピー
ク値となる最適な光路長、およびそのときのピーク位置
での透過光量値に基づき、試料１１中の成分、例えばグ
ルコース，ヘモグロビン，蛋白質，ビリルビン，糖分の
濃度が算出され、算出結果が出力される。
【００２４】具体的には、以下の式によって成分濃度の
算出がなされる。透過光量Ｉtは、次式で表される。
算出がなされる。透過光量Ｉtは、次式で表される。
【数１６】
【００２５】
【数１７】 ここで、Ａnはセルと溶液の屈折率，セル自身の吸光係
数，セル自身の壁の厚さの関数で、Ａcは溶液の吸収係
数，溶液中の各成分の濃度，光路長Ｌの関数で、通常、
吸光度と呼ばれている。
数，セル自身の壁の厚さの関数で、Ａcは溶液の吸収係
数，溶液中の各成分の濃度，光路長Ｌの関数で、通常、
吸光度と呼ばれている。
【００２６】例えば、グルコース水溶液の場合、ΣＣi
＝１のとき、次のようになる。
＝１のとき、次のようになる。
【数１８】 また、試料１１中のｉ成分に対する光量測定感度Ｓを次
のように定義する。
のように定義する。
【数１９】
【００２７】(５)式より、
【数２０】 となる。なお、ここでは、ｄＣi＝−ｄＣwと仮定してい
る。(６)式の右辺第１項をＳn，第２項をＳcとおくと、
る。(６)式の右辺第１項をＳn，第２項をＳcとおくと、
【数２１】 となる。
【００２８】(７)式の右辺のＳnは光量測定感度Ｓのう
ち、屈折率に依存する項、Ｓcは各成分の吸光に依存す
る項を表している。仮吸光度Ａにおいて、Ａnは測定対
象の屈折率、およびセル材質による見掛けの吸光度であ
り、測定対象である試料の濃度に線形的に依存する項は
Ａcである。同様に、光量測定感度Ｓにおいても、Ｓnは
見掛けの光量測定感度である。したがって、ＳnはＡnと
同様に、電気回路による処理、データ演算法において補
正項として取扱える故に、測定対象濃度に直接依存する
光量測定感度は、
ち、屈折率に依存する項、Ｓcは各成分の吸光に依存す
る項を表している。仮吸光度Ａにおいて、Ａnは測定対
象の屈折率、およびセル材質による見掛けの吸光度であ
り、測定対象である試料の濃度に線形的に依存する項は
Ａcである。同様に、光量測定感度Ｓにおいても、Ｓnは
見掛けの光量測定感度である。したがって、ＳnはＡnと
同様に、電気回路による処理、データ演算法において補
正項として取扱える故に、測定対象濃度に直接依存する
光量測定感度は、
【数２２】 と定義される。
【００２９】波長λでの光量測定感度をＳcλとし、
(８)式を次のように表す。
(８)式を次のように表す。
【数２３】 このとき、
【数２４】 となる。
【００３０】よって、(６)式と(９)式より、
【数２５】 と表せる。
【００３１】
【数２６】 より、
【数２７】 となる。
【００３２】よって、次のように表せる。
【数２８】 このとき、光量測定感度Ｓcλは極大となり、この極大
値をＳcλmaxで表す。また、このときの吸光度Ａp(＝lo
g(Ｉpλ／Ｉo))は、次のようになる。
値をＳcλmaxで表す。また、このときの吸光度Ａp(＝lo
g(Ｉpλ／Ｉo))は、次のようになる。
【数２９】 以上のように、ある波長λの光に対して、光量測定感度
Ｓcλを極大値Ｓcλmaxにする最適な光路長Ｌpλが存在
する。
Ｓcλを極大値Ｓcλmaxにする最適な光路長Ｌpλが存在
する。
【００３３】具体的には、光路長Ｌpλは、以下のよう
に、異なる光路長での光量測定感度Ｓcλ同志の比から
算出される。
に、異なる光路長での光量測定感度Ｓcλ同志の比から
算出される。
【数３０】 より、基準光路長Ｌoでの光量測定感度の吸光依存項Ｓ
cλLoは、次式で表される。
cλLoは、次式で表される。
【数３１】 ＳcλLoに対するＳcλLの比をＭとおく。
【数３２】
【００３４】および(１７)式より、
【数３３】 のとき、Ｍは極大となり、したがってＳcλは極大とな
る。そして、このときのＭの値をＭmaxで表す。換言す
れば、光量測定感度Ｓcλが極大となる最適な光路長Ｌ
pλが算出される。また、この最適な光路長Ｌpλは、波
長毎に算出される。なお、γoとδは、各々測定できる
量と、定数である。そして、必要な波長毎のこの最適な
光路長Ｌpλ、およびこのときの透過光量の値に基づい
て、吸光度Ａcλが算出され、多変量解析法により、試
料中のｉ成分濃度が算出される。
る。そして、このときのＭの値をＭmaxで表す。換言す
れば、光量測定感度Ｓcλが極大となる最適な光路長Ｌ
pλが算出される。また、この最適な光路長Ｌpλは、波
長毎に算出される。なお、γoとδは、各々測定できる
量と、定数である。そして、必要な波長毎のこの最適な
光路長Ｌpλ、およびこのときの透過光量の値に基づい
て、吸光度Ａcλが算出され、多変量解析法により、試
料中のｉ成分濃度が算出される。
【００３５】図３は、２種類の濃度のグルコースを含む
水溶液、図４は、２種類の濃度のヘモグロビンを含む水
溶液について、後述する図１３に示す装置を使って、濃
度の単位変化量(ｄＣ＝１)に対する透過光量の変化量
(ｄＩt)を測定した結果を示している。図３，図４とも
に、波数(波長)が異なれば、透過光量の変化量と光路長
との関係が異なることを示し、各波長毎に、透過光量の
変化量が極大になる光路長が存在することを示してい
る。また、図５はグルコースを含む水溶液、図６はヘモ
グロビンを含む水溶液、図７はアルブミンを含む水溶液
について、基準光路長(Ｌo)に対する光路長比ｋ(＝Ｌ／
Ｌo)と濃度の単位変化量(ｄＣ＝１)に対する透過光量の
変化量(ｄＩt)との関係を、後述する図９に示す装置、
および単一波長の光を使って測定した結果と、上記関係
についての演算結果を示し、それぞれ最適光路長が存在
することを示している。
水溶液、図４は、２種類の濃度のヘモグロビンを含む水
溶液について、後述する図１３に示す装置を使って、濃
度の単位変化量(ｄＣ＝１)に対する透過光量の変化量
(ｄＩt)を測定した結果を示している。図３，図４とも
に、波数(波長)が異なれば、透過光量の変化量と光路長
との関係が異なることを示し、各波長毎に、透過光量の
変化量が極大になる光路長が存在することを示してい
る。また、図５はグルコースを含む水溶液、図６はヘモ
グロビンを含む水溶液、図７はアルブミンを含む水溶液
について、基準光路長(Ｌo)に対する光路長比ｋ(＝Ｌ／
Ｌo)と濃度の単位変化量(ｄＣ＝１)に対する透過光量の
変化量(ｄＩt)との関係を、後述する図９に示す装置、
および単一波長の光を使って測定した結果と、上記関係
についての演算結果を示し、それぞれ最適光路長が存在
することを示している。
【００３６】以上のように、上記装置では、光量測定感
度が極大となる最適光路長ＬpλでのＳ／Ｎ比の大きい
測定データから、演算部４にて試料１１中のｉ成分の濃
度が算出され、出力される。したがって、上記装置によ
り、高い精度で試料中のある成分の濃度測定ができる。
特に、上記装置は、ある成分の濃度が異なる試料間で余
り差がない場合における成分濃度の測定に適している。
本発明は、上記実施例に限定するものでなく、この他、
例えば断面三角形のセル１に代えて、図８に示すよう
に、段階的に光路長が変化するセル１ａを用いてもよ
い。さらに、光照射部２を可変波長レーザ発生装置１２
のみにより形成し、この可変波長レーザ発生装置１２
と、セル１，受光部３とを、光軸に対して垂直な方向に
相対的移動可能に形成して、レーザを順次異なる光路長
の部分に入射させるようにしてもよい。
度が極大となる最適光路長ＬpλでのＳ／Ｎ比の大きい
測定データから、演算部４にて試料１１中のｉ成分の濃
度が算出され、出力される。したがって、上記装置によ
り、高い精度で試料中のある成分の濃度測定ができる。
特に、上記装置は、ある成分の濃度が異なる試料間で余
り差がない場合における成分濃度の測定に適している。
本発明は、上記実施例に限定するものでなく、この他、
例えば断面三角形のセル１に代えて、図８に示すよう
に、段階的に光路長が変化するセル１ａを用いてもよ
い。さらに、光照射部２を可変波長レーザ発生装置１２
のみにより形成し、この可変波長レーザ発生装置１２
と、セル１，受光部３とを、光軸に対して垂直な方向に
相対的移動可能に形成して、レーザを順次異なる光路長
の部分に入射させるようにしてもよい。
【００３７】図９は、第１１，第１２，第１３発明に係
る光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第
４，第５，第９発明に係る光学式成分濃度測定装置を示
し、図１に示す装置と互いに共通する部分については、
同一番号を付して説明を省略する。本実施例におけるセ
ル１ｂは、断面長方形の形状を有しており、光照射部２
からのレーザに垂直なセル１ｂの二つ光透過部の内の一
方の光透過部１７は、図９において左右に作動可能とな
っている。即ち、セル１ｂは可動光路長を有している。
受光部３は、単一の、即ち同じ位置において異なる波長
の透過光量を検出する光量検出手段１８により形成され
ている。そして、成分濃度測定は、光透過部１７の位置
を幾通りにも変えて、上記実施例の場合と同様に異なる
光路長，異なる波長での透過光量の測定が行われ、各波
長毎の最適光路長、光量測定感度のピーク位置での透過
光量値に基づき、試料中の成分濃度の算出が行われる。
る光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第
４，第５，第９発明に係る光学式成分濃度測定装置を示
し、図１に示す装置と互いに共通する部分については、
同一番号を付して説明を省略する。本実施例におけるセ
ル１ｂは、断面長方形の形状を有しており、光照射部２
からのレーザに垂直なセル１ｂの二つ光透過部の内の一
方の光透過部１７は、図９において左右に作動可能とな
っている。即ち、セル１ｂは可動光路長を有している。
受光部３は、単一の、即ち同じ位置において異なる波長
の透過光量を検出する光量検出手段１８により形成され
ている。そして、成分濃度測定は、光透過部１７の位置
を幾通りにも変えて、上記実施例の場合と同様に異なる
光路長，異なる波長での透過光量の測定が行われ、各波
長毎の最適光路長、光量測定感度のピーク位置での透過
光量値に基づき、試料中の成分濃度の算出が行われる。
【００３８】図１０は、第１１，第１２，第１３発明に
係る光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第２，第
４，第５，第７，第９発明に係る光学式成分濃度測定装
置を示し、上述した装置と互いに共通する部分について
は、同一番号を付して説明を省略する。本実施例では、
光照射部２を可変波長レーザ発生装置１２と、回転ミラ
ー１９、およびレンズ２０，２１を含む測定系１５ａと
から形成してある。また、可変波長レーザ発生装置１２
からのレーザが回転ミラー１９に入射する位置とレンズ
２０の焦点とを一致させてある。そして、レーザは、回
転ミラー１９にて種々の方向に反射され、レンズ２０の
異なった位置に入射したレーザは、レンズ２０の光軸に
平行に進み、セル１の異なった位置に、かつセル１の面
に垂直に入射するようになっている。
係る光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第２，第
４，第５，第７，第９発明に係る光学式成分濃度測定装
置を示し、上述した装置と互いに共通する部分について
は、同一番号を付して説明を省略する。本実施例では、
光照射部２を可変波長レーザ発生装置１２と、回転ミラ
ー１９、およびレンズ２０，２１を含む測定系１５ａと
から形成してある。また、可変波長レーザ発生装置１２
からのレーザが回転ミラー１９に入射する位置とレンズ
２０の焦点とを一致させてある。そして、レーザは、回
転ミラー１９にて種々の方向に反射され、レンズ２０の
異なった位置に入射したレーザは、レンズ２０の光軸に
平行に進み、セル１の異なった位置に、かつセル１の面
に垂直に入射するようになっている。
【００３９】受光部３は、レンズ２１と、レンズ２１の
焦点の位置に配置された単一の光量検出手段１８とから
なっている。演算部４と、可変波長レーザ１２，光量検
出手段１８，回転ミラー１９とは接続しており、検出光
量とレーザ波長，ミラー回転角度，光路長の対応付けが
可能となっている。そして、セル１の異なる光路長の部
分を経て、透過したレーザをレンズ２１により光量検出
手段１８に入射させ、各光路長を経たレーザの透過光の
光量測定が行われる。また、可変波長レーザ発生装置１
２からのレーザの波長を変えて、同様の測定が繰り返さ
れ、上記実施例の場合と同様に、波長毎の、最適光路
長，光量測定感度のピーク位置での透過光量値に基づき
成分濃度の算出，算出結果の出力が行われる。なお、上
記実施例において、受光部３を、図１１に示すように、
セル１の面に平行に配置した多数の光量検出素子１６ａ
からなる光量検出手段１６から形成してもよい。この場
合、異なる光路長を進んだ各透過光の光量を、セル１か
ら等距離の位置で検出可能となる。
焦点の位置に配置された単一の光量検出手段１８とから
なっている。演算部４と、可変波長レーザ１２，光量検
出手段１８，回転ミラー１９とは接続しており、検出光
量とレーザ波長，ミラー回転角度，光路長の対応付けが
可能となっている。そして、セル１の異なる光路長の部
分を経て、透過したレーザをレンズ２１により光量検出
手段１８に入射させ、各光路長を経たレーザの透過光の
光量測定が行われる。また、可変波長レーザ発生装置１
２からのレーザの波長を変えて、同様の測定が繰り返さ
れ、上記実施例の場合と同様に、波長毎の、最適光路
長，光量測定感度のピーク位置での透過光量値に基づき
成分濃度の算出，算出結果の出力が行われる。なお、上
記実施例において、受光部３を、図１１に示すように、
セル１の面に平行に配置した多数の光量検出素子１６ａ
からなる光量検出手段１６から形成してもよい。この場
合、異なる光路長を進んだ各透過光の光量を、セル１か
ら等距離の位置で検出可能となる。
【００４０】図１２は、第１１，第１２，第１３発明に
係る光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第
８，第９発明に係る光学式成分濃度測定装置を示し、図
１，２，８〜１１に示す各装置と互いに共通する部分に
ついては、同一番号を付して説明を省略する。本実施例
では、光照射部２は、異なる波長を含む光を放射するラ
ンプ２２と凸レンズ２３と回転可能な分光盤２４とから
形成してある。分光盤２４には、複数の異なるフィルタ
２５が保持され、各フィルタ２５は、異なる波長の光だ
けを透過させる。
係る光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第
８，第９発明に係る光学式成分濃度測定装置を示し、図
１，２，８〜１１に示す各装置と互いに共通する部分に
ついては、同一番号を付して説明を省略する。本実施例
では、光照射部２は、異なる波長を含む光を放射するラ
ンプ２２と凸レンズ２３と回転可能な分光盤２４とから
形成してある。分光盤２４には、複数の異なるフィルタ
２５が保持され、各フィルタ２５は、異なる波長の光だ
けを透過させる。
【００４１】そして、ランプ２２からの光はレンズ２３
により、平行光にされ、いずれかのフィルタ２５を介し
て、選択された波長の光だけが、ある光路長の状態にあ
るセル１ｂに入射させられるようになっている。セル１
ｂを透過した光は、単一の光量検出手段１８からなる受
光部３に入射して、その透過光量の測定が行われる。続
いて、セル１ｂの光路長を変えて、同様の測定が行われ
る。さらに、分光盤２４を一定角度ピッチだけ回転させ
ることによりフィルタ２５を変えて、異なる波長の光で
上記同様の測定が繰り返され、上記各実施例の場合と同
様に、波長毎の最適光路長，光量測定感度のピーク位置
での透過光量値に基づき、成分濃度の算出が行われる。
なお、演算部４と、分光盤２４，セル１ｂとは接続して
おり、検出光量とフィルタ２５の種類，光路長との対応
付けが可能となっている。
により、平行光にされ、いずれかのフィルタ２５を介し
て、選択された波長の光だけが、ある光路長の状態にあ
るセル１ｂに入射させられるようになっている。セル１
ｂを透過した光は、単一の光量検出手段１８からなる受
光部３に入射して、その透過光量の測定が行われる。続
いて、セル１ｂの光路長を変えて、同様の測定が行われ
る。さらに、分光盤２４を一定角度ピッチだけ回転させ
ることによりフィルタ２５を変えて、異なる波長の光で
上記同様の測定が繰り返され、上記各実施例の場合と同
様に、波長毎の最適光路長，光量測定感度のピーク位置
での透過光量値に基づき、成分濃度の算出が行われる。
なお、演算部４と、分光盤２４，セル１ｂとは接続して
おり、検出光量とフィルタ２５の種類，光路長との対応
付けが可能となっている。
【００４２】図１３は、第１１，第１２，第１３発明に
係る光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第
８，第１０発明に係る光学式成分濃度測定装置を示し、
図１，２，８〜１２に示す各装置と互いに共通する部分
については、同一番号を付して説明を省略する。本実施
例では、光照射部２は、ランプ２２とレンズ２３とから
形成してあり、受光部３には、分光器２４が設けてあ
る。そして、ランプ２２からの異なる波長を含む光は、
レンズ２３により平行光にされて、ある光路長の状態に
あるセル１ｂに入射させられる。セル１ｂを透過した光
は、分光器２４により分光され、波長毎に透過光量の測
定が行われる。ついで、セル１ｂの光路長を異ならせて
同様の測定が繰り返され、上記各実施例の場合と同様に
して成分濃度の算出が行われる。
係る光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第
８，第１０発明に係る光学式成分濃度測定装置を示し、
図１，２，８〜１２に示す各装置と互いに共通する部分
については、同一番号を付して説明を省略する。本実施
例では、光照射部２は、ランプ２２とレンズ２３とから
形成してあり、受光部３には、分光器２４が設けてあ
る。そして、ランプ２２からの異なる波長を含む光は、
レンズ２３により平行光にされて、ある光路長の状態に
あるセル１ｂに入射させられる。セル１ｂを透過した光
は、分光器２４により分光され、波長毎に透過光量の測
定が行われる。ついで、セル１ｂの光路長を異ならせて
同様の測定が繰り返され、上記各実施例の場合と同様に
して成分濃度の算出が行われる。
【００４３】なお、演算部４とセル１ｂとは接続してお
り、検出光量と光路長との対応付けが可能となってい
る。また、図１２，１３に示す実施例では分光盤２４、
あるいはセル１ｂに平行光を入射させる測定系を、レン
ズ２３のみから形成してあるが、これに限定するもので
はない。
り、検出光量と光路長との対応付けが可能となってい
る。また、図１２，１３に示す実施例では分光盤２４、
あるいはセル１ｂに平行光を入射させる測定系を、レン
ズ２３のみから形成してあるが、これに限定するもので
はない。
【００４４】図１４は、異なる波長を含む光を発生させ
る光照射手段の変形例を示し、異なる波長のレーザを発
生する複数のレーザーダイオード(ＬＤ)２６、および各
ＬＤ２６に対応させて半透明のミラー２７が並設してあ
る。このミラー２７は、対応するＬＤ２６からの特定波
長のレーザのみを反射し、他の波長の光を出さないよう
にミラー移動を行う。そして、各ミラー２７からの反射
光を同一光軸上に進ませることにより、複数波長を有す
る光を照射するように形成してある。図１５は、異なる
波長を含む光を発生させる光照射手段の別の変形例を示
し、回折格子２７を用いて異なる波長を含む光を照射す
るようにしてある。図１２，１３に示すランプ２２に代
えて、図１４，１５に示す光照射手段を用いることがで
きる。
る光照射手段の変形例を示し、異なる波長のレーザを発
生する複数のレーザーダイオード(ＬＤ)２６、および各
ＬＤ２６に対応させて半透明のミラー２７が並設してあ
る。このミラー２７は、対応するＬＤ２６からの特定波
長のレーザのみを反射し、他の波長の光を出さないよう
にミラー移動を行う。そして、各ミラー２７からの反射
光を同一光軸上に進ませることにより、複数波長を有す
る光を照射するように形成してある。図１５は、異なる
波長を含む光を発生させる光照射手段の別の変形例を示
し、回折格子２７を用いて異なる波長を含む光を照射す
るようにしてある。図１２，１３に示すランプ２２に代
えて、図１４，１５に示す光照射手段を用いることがで
きる。
【００４５】次に、例えば図１に示す装置に適用される
第１１発明に係る光学式成分濃度測定方法について説明
する。始めに、セル１に試料１１を入れない状態で、可
変波長レーザ発生装置１２からある波長λj(ｊ＝１)の
レーザを出力する。レーザは、測定系１５を介して平行
光となってセル１の異なる位置に入射し、空気中の異な
る光路長を経た光が、異なる光量検出素子１６ａに入射
する。そして、第Ｎi番目の光量検出素子１６ａ(Ｎi番
目の光量検出素子１６ａは、光路長Ｌijの部分を経由し
た光の透過位置に対応する)からの電気信号によって、
光路長Ｌijを経た透過光の光量Ｉaijを測定する。
第１１発明に係る光学式成分濃度測定方法について説明
する。始めに、セル１に試料１１を入れない状態で、可
変波長レーザ発生装置１２からある波長λj(ｊ＝１)の
レーザを出力する。レーザは、測定系１５を介して平行
光となってセル１の異なる位置に入射し、空気中の異な
る光路長を経た光が、異なる光量検出素子１６ａに入射
する。そして、第Ｎi番目の光量検出素子１６ａ(Ｎi番
目の光量検出素子１６ａは、光路長Ｌijの部分を経由し
た光の透過位置に対応する)からの電気信号によって、
光路長Ｌijを経た透過光の光量Ｉaijを測定する。
【００４６】同様の測定を、各波長λj(ｊ＝２〜ｍ)の
レーザについて行う。次に、セル１内に試料１１を入れ
て、波長λj(ｊ＝１〜ｍ)のレーザについて上記同様
に、セル１内の基準濃度の試料１１の各光路長Ｌijの部
分を透過した光の光量Ｉtijの測定をする。測定された
Ｉaij，Ｉtij(ｊ＝１〜ｍ)に基づき、(２)式と(１８)式
より、ｋｐを算出し、（１７)式より光量測定感度Ｓcλ
を極大にする最適光路長Ｌpj(ｊ＝１〜ｍ)を算出する。
レーザについて行う。次に、セル１内に試料１１を入れ
て、波長λj(ｊ＝１〜ｍ)のレーザについて上記同様
に、セル１内の基準濃度の試料１１の各光路長Ｌijの部
分を透過した光の光量Ｉtijの測定をする。測定された
Ｉaij，Ｉtij(ｊ＝１〜ｍ)に基づき、(２)式と(１８)式
より、ｋｐを算出し、（１７)式より光量測定感度Ｓcλ
を極大にする最適光路長Ｌpj(ｊ＝１〜ｍ)を算出する。
【００４７】測定段階で被測定試料をセルに入れてから
測定する場合は、最適光路長Ｌpjの部分に対応する透過
光量を測定し、記憶する。そして、演算部４にて、この
透過光量Ｉtj(ｊ＝１〜ｍ)に基づいて(３)式よりＡcjを
算出し、多変量解析により、ｋ成分(ｋ＝１〜ｎ)の濃度
Ｃkを算出し、算出結果を出力する。
測定する場合は、最適光路長Ｌpjの部分に対応する透過
光量を測定し、記憶する。そして、演算部４にて、この
透過光量Ｉtj(ｊ＝１〜ｍ)に基づいて(３)式よりＡcjを
算出し、多変量解析により、ｋ成分(ｋ＝１〜ｎ)の濃度
Ｃkを算出し、算出結果を出力する。
【００４８】以上の算出過程を要約すると、次の通りと
なる。 １) 定数δ(＝ｅｘｐαcｌ)を予め求めておく。 ２) 基準濃度の試料で基準光路長Ｌoでの透過光量Ｉot
を測定して、(２)式によりγoを予め求めておく。 ３) (１８)式よりｋpの値を算出する。 ４) (１７)式よりＬpλを算出する(ｋpのときのＬがＬ
pλとなる)。 ５) ３),４)の演算を複数波長の光について繰り返す。 ６) 未知濃度の試料について測定する場合、波長毎にＬ
pλでの吸光度Ａcλを(４)式により算出する。 ７) 多変量解析法により試料中のｉ成分濃度を算出す
る。
なる。 １) 定数δ(＝ｅｘｐαcｌ)を予め求めておく。 ２) 基準濃度の試料で基準光路長Ｌoでの透過光量Ｉot
を測定して、(２)式によりγoを予め求めておく。 ３) (１８)式よりｋpの値を算出する。 ４) (１７)式よりＬpλを算出する(ｋpのときのＬがＬ
pλとなる)。 ５) ３),４)の演算を複数波長の光について繰り返す。 ６) 未知濃度の試料について測定する場合、波長毎にＬ
pλでの吸光度Ａcλを(４)式により算出する。 ７) 多変量解析法により試料中のｉ成分濃度を算出す
る。
【００４９】次に、例えば図１に示す装置に適用される
第１２発明に係る光学式成分濃度測定方法について説明
する。第１ステップで、 セル１中に試料１１を入れて
いない状態で、可変波長レーザ発生装置１２から出て、
セル１を透過したある波長λの透過光の光量を受光部３
により測定して、(２)式より入射光量Ｉoを演算部４に
より算出する。第２ステップで、基準濃度試料の上記波
長λの光に対する屈折率に依存する透過率ｔsを演算部
４により算出する。第３ステップで、セル１に基準濃度
試料を入れて、セル１内における光路長Ｌを基準光路長
Ｌoとした場合の上記波長λの光の透過光量Ｉtoを受光
部３により測定する。
第１２発明に係る光学式成分濃度測定方法について説明
する。第１ステップで、 セル１中に試料１１を入れて
いない状態で、可変波長レーザ発生装置１２から出て、
セル１を透過したある波長λの透過光の光量を受光部３
により測定して、(２)式より入射光量Ｉoを演算部４に
より算出する。第２ステップで、基準濃度試料の上記波
長λの光に対する屈折率に依存する透過率ｔsを演算部
４により算出する。第３ステップで、セル１に基準濃度
試料を入れて、セル１内における光路長Ｌを基準光路長
Ｌoとした場合の上記波長λの光の透過光量Ｉtoを受光
部３により測定する。
【００５０】第４ステップで、(２)式より、上記基準光
路長Ｌo，波長λの光の場合のγの値γoを演算部４によ
り算出する。第５ステップで、(５)式で定義される光量
測定感度Ｓが、上記波長λの場合において、最大となる
光路長Ｌpに対応する光路長比ｋpを、(１８)式を用いて
演算部４により算出する。第６ステップで、(１７)式よ
り上記波長λの場合に、光量測定感度Ｓが最大となる最
適光路長Ｌpλaを演算部４により算出する。そして、以
上第１〜第６ステップを、波長λを異ならせて複数回繰
り返すことにより算出された各波長λでの最適波長Ｌ
pλaに基づいて多変量解析法により試料中の成分の濃度
を演算部４により算出し、算出結果を出力する。
路長Ｌo，波長λの光の場合のγの値γoを演算部４によ
り算出する。第５ステップで、(５)式で定義される光量
測定感度Ｓが、上記波長λの場合において、最大となる
光路長Ｌpに対応する光路長比ｋpを、(１８)式を用いて
演算部４により算出する。第６ステップで、(１７)式よ
り上記波長λの場合に、光量測定感度Ｓが最大となる最
適光路長Ｌpλaを演算部４により算出する。そして、以
上第１〜第６ステップを、波長λを異ならせて複数回繰
り返すことにより算出された各波長λでの最適波長Ｌ
pλaに基づいて多変量解析法により試料中の成分の濃度
を演算部４により算出し、算出結果を出力する。
【００５１】次に、例えば図１に示す装置に適用される
第１３発明に係る光学式成分濃度測定方法について説明
する。第１ステップで、セル１中に試料を入れていない
状態で、可変波長レーザ発生装置１２から出て、セル１
を透過したある波長λの透過光の光量を受光部３により
測定して、(２)式より入射光量Ｉoを演算部４により算
出する。第２ステップで、基準濃度試料のある波長λの
光に対する屈折率に依存する透過率ｔsを演算部４によ
り算出する。第３ステップで、セル１に基準濃度試料を
入れて、セル１内における光路長Ｌでの、上記波長λの
光の透過光量ＩtLを受光部３により測定する。
第１３発明に係る光学式成分濃度測定方法について説明
する。第１ステップで、セル１中に試料を入れていない
状態で、可変波長レーザ発生装置１２から出て、セル１
を透過したある波長λの透過光の光量を受光部３により
測定して、(２)式より入射光量Ｉoを演算部４により算
出する。第２ステップで、基準濃度試料のある波長λの
光に対する屈折率に依存する透過率ｔsを演算部４によ
り算出する。第３ステップで、セル１に基準濃度試料を
入れて、セル１内における光路長Ｌでの、上記波長λの
光の透過光量ＩtLを受光部３により測定する。
【００５２】第４ステップで、次式、
【数３４】 より、各光路長Ｌの部分での、上記波長λの光に対する
吸光度Ａcλを演算部４により算出する。
吸光度Ａcλを演算部４により算出する。
【００５３】第５ステップで、上記波長λの光に対する
各吸光度Ａcλの中からlog10ｅに等しい吸光度Ａcλpを
演算部４により求める。第６ステップで、上記波長λの
光に対する吸光度Ａcλpに対応する光路長Ｌpを演算部
４により記憶する。そして、以上第１〜第６ステップ
を、波長λを異ならせて複数回繰り返すことにより算出
された各波長λでの最適光路長Ｌpλ位置での透過光量
値に基づいて多変量解析法により試料中の成分の濃度を
演算部４により算出し、算出結果を出力する。
各吸光度Ａcλの中からlog10ｅに等しい吸光度Ａcλpを
演算部４により求める。第６ステップで、上記波長λの
光に対する吸光度Ａcλpに対応する光路長Ｌpを演算部
４により記憶する。そして、以上第１〜第６ステップ
を、波長λを異ならせて複数回繰り返すことにより算出
された各波長λでの最適光路長Ｌpλ位置での透過光量
値に基づいて多変量解析法により試料中の成分の濃度を
演算部４により算出し、算出結果を出力する。
【００５４】このように、上述した各測定方法によれ
ば、最適光路長ＬpλでのＳ／Ｎ比の大きい測定データ
から、演算部４にて試料１１中のｉ成分の濃度が算出さ
れ、出力される。したがって、濃度測定の精度は高くな
り、例えば、ｉ成分の濃度が異なる試料間で余り差がな
い場合でも、上記装置は斯るｉ成分の濃度を正確に測定
することができる。また、上述した各測定方法は、第２
〜第１１発明に係る装置にも適用される。さらに、上述
した各実施例に用いる光の波長は近赤外の波長を有する
のが好ましい。
ば、最適光路長ＬpλでのＳ／Ｎ比の大きい測定データ
から、演算部４にて試料１１中のｉ成分の濃度が算出さ
れ、出力される。したがって、濃度測定の精度は高くな
り、例えば、ｉ成分の濃度が異なる試料間で余り差がな
い場合でも、上記装置は斯るｉ成分の濃度を正確に測定
することができる。また、上述した各測定方法は、第２
〜第１１発明に係る装置にも適用される。さらに、上述
した各実施例に用いる光の波長は近赤外の波長を有する
のが好ましい。
【００５５】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、試料を収容し、内部の光路長を異ならせるこ
とが可能なセルと、このセルに対して選択された波長の
光を照射するとともに、この照射する光の波長を変え得
る光照射部と、上記セルを透過した光を受け、この透過
光量を検出する受光部と、この受光部で検出した透過光
量に対する光量測定感度のピーク値が生じるときの光路
長を波長毎に算出、記憶し、この波長毎に記憶したピー
ク位置での透過光量値、光路長の値に基づいて上記試料
中の成分の濃度を算出し、算出結果を出力する演算部と
から構成してある。
によれば、試料を収容し、内部の光路長を異ならせるこ
とが可能なセルと、このセルに対して選択された波長の
光を照射するとともに、この照射する光の波長を変え得
る光照射部と、上記セルを透過した光を受け、この透過
光量を検出する受光部と、この受光部で検出した透過光
量に対する光量測定感度のピーク値が生じるときの光路
長を波長毎に算出、記憶し、この波長毎に記憶したピー
ク位置での透過光量値、光路長の値に基づいて上記試料
中の成分の濃度を算出し、算出結果を出力する演算部と
から構成してある。
【００５６】このため、最もＳ／Ｎ比が大きくなる最適
光路長での透過光の強度から成分の濃度が求められるよ
うになり、各試料中のある成分の濃度の差異の大小に拘
わらず、濃度の測定精度の向上が可能になるという効果
を奏する。
光路長での透過光の強度から成分の濃度が求められるよ
うになり、各試料中のある成分の濃度の差異の大小に拘
わらず、濃度の測定精度の向上が可能になるという効果
を奏する。
【００５７】また、別の本発明によれば、試料を収容
し、光が透過する光路長を異ならせることが可能なセル
に対して、異なる波長の光を発生できる発光部により選
択された波長の光を照射するステップと、受光部により
上記セルを透過した光を受けて、各光路長における透過
光量を検出するステップとを複数波長について繰り返
し、演算部により、上記受光部で検出した透過光量に対
する光量測定感度のピーク値が生じるときの光路長を波
長毎に算出、記憶し、各ピーク位置での透過光量値，光
路長の値に基づいて上記試料中の成分の濃度を算出し、
算出結果を出力するようにしてある。
し、光が透過する光路長を異ならせることが可能なセル
に対して、異なる波長の光を発生できる発光部により選
択された波長の光を照射するステップと、受光部により
上記セルを透過した光を受けて、各光路長における透過
光量を検出するステップとを複数波長について繰り返
し、演算部により、上記受光部で検出した透過光量に対
する光量測定感度のピーク値が生じるときの光路長を波
長毎に算出、記憶し、各ピーク位置での透過光量値，光
路長の値に基づいて上記試料中の成分の濃度を算出し、
算出結果を出力するようにしてある。
【００５８】さらに、別の発明によれば、(i) セル中に
試料を入れていない状態で、光源から出て、上記セルを
透過したある波長λの透過光の光量を測定して、次式、
試料を入れていない状態で、光源から出て、上記セルを
透過したある波長λの透過光の光量を測定して、次式、
【数３５】 により入射光量Ｉoを算出するステップと、(ii) 基準
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌを基準光路
長Ｌoとした場合の上記波長λの光の透過光量Ｉtoを測
定するステップと、(iv) 次式、
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌを基準光路
長Ｌoとした場合の上記波長λの光の透過光量Ｉtoを測
定するステップと、(iv) 次式、
【数３６】 により、基準光路長Ｌo，上記波長λの光の場合のγの
値γoを算出するステップと、(v) 光路長比ｋ＝Ｌ／Ｌ
oに関する次式、
値γoを算出するステップと、(v) 光路長比ｋ＝Ｌ／Ｌ
oに関する次式、
【数３７】 により、次式、
【数３８】 で定義される光量測定感度Ｓが、上記波長λの場合にお
いて、最大となる光路長Ｌpに対応する光路長比ｋpを算
出するステップと、(vi) 次式、
いて、最大となる光路長Ｌpに対応する光路長比ｋpを算
出するステップと、(vi) 次式、
【数３９】 により上記波長λの場合に、光量測定感度Ｓが最大とな
る最適光路長Ｌpλ位置での透過光量値を算出するステ
ップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことによ
り算出された各波長λでの最適光路長Ｌpλ位置での透
過光量値に基づいて、多変量解析法により試料中の成分
の濃度を算出するようにしてある。
る最適光路長Ｌpλ位置での透過光量値を算出するステ
ップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことによ
り算出された各波長λでの最適光路長Ｌpλ位置での透
過光量値に基づいて、多変量解析法により試料中の成分
の濃度を算出するようにしてある。
【００５９】さらに、別の発明によれば、(i) セル中に
試料を入れていない状態で、光源から出て、上記セルを
透過したある波長λの透過光の光量測定して、次式、
試料を入れていない状態で、光源から出て、上記セルを
透過したある波長λの透過光の光量測定して、次式、
【数４０】 により入射光量Ｉoを算出するステップと、(ii) 基準
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌでの、上記
波長λの光の透過光量ＩtLを測定するステップと、(iv)
次式、
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌでの、上記
波長λの光の透過光量ＩtLを測定するステップと、(iv)
次式、
【数４１】 により、各光路長Ｌの部分での、波長λの光に対する吸
光度Ａcλを算出するステップと、(v) 上記波長λの光
に対する各吸光度Ａcλの中からlog10ｅに等しい吸光度
Ａcλpを求めるステップと、(vi) 上記波長λの光に対
する吸光度Ａcλpに対応する光路長Ｌpλを記憶するス
テップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことに
より算出された各波長λaでの最適光路長Ｌpλ位置での
透過光量値に基づいて、多変量解析法により試料中の成
分の濃度を算出するようにしてある。
光度Ａcλを算出するステップと、(v) 上記波長λの光
に対する各吸光度Ａcλの中からlog10ｅに等しい吸光度
Ａcλpを求めるステップと、(vi) 上記波長λの光に対
する吸光度Ａcλpに対応する光路長Ｌpλを記憶するス
テップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことに
より算出された各波長λaでの最適光路長Ｌpλ位置での
透過光量値に基づいて、多変量解析法により試料中の成
分の濃度を算出するようにしてある。
【００６０】このため、上記同様に、各試料中のある成
分の濃度の差異の大小に拘わらず、濃度の測定精度の向
上が可能になるという効果を奏する。
分の濃度の差異の大小に拘わらず、濃度の測定精度の向
上が可能になるという効果を奏する。
【図１】 第１１，第１２，第１３発明に係る光学式成
分濃度測定方法を適用した第１，第２，第４，第７発明
に係る光学式成分濃度測定装置の概略を示す図である。
分濃度測定方法を適用した第１，第２，第４，第７発明
に係る光学式成分濃度測定装置の概略を示す図である。
【図２】 図１に示す装置におけるセルの部分の拡大断
面図である。
面図である。
【図３】 グルコースの水溶液について、透過光量の変
化量と波数との関係を、図１３に示す装置により測定し
た結果を示す図である。
化量と波数との関係を、図１３に示す装置により測定し
た結果を示す図である。
【図４】 ２種の濃度のヘモグロビンを含む水溶液につ
いて、透過光量の変化量と波数との関係を、図１３に示
す装置により測定した結果を示す図である。
いて、透過光量の変化量と波数との関係を、図１３に示
す装置により測定した結果を示す図である。
【図５】 アルブミンを含む水溶液についての光路長比
と透過光量の変化量との関係を示す図である。
と透過光量の変化量との関係を示す図である。
【図６】 グルコースを含む水溶液についての光路長比
と透過光量の変化量との関係を示す図である。
と透過光量の変化量との関係を示す図である。
【図７】 ヘモグロビンを含む水溶液についての光路長
比と透過光量の変化量との関係を示す図である。
比と透過光量の変化量との関係を示す図である。
【図８】 図１に示す装置におけるセルの変形例を示す
図である。
図である。
【図９】 第１１，第１２，第１３発明に係る光学式成
分濃度測定方法を適用した第１，第３，第４，第５，第
９発明に係る光学式成分濃度測定装置の概略を示す図で
ある。
分濃度測定方法を適用した第１，第３，第４，第５，第
９発明に係る光学式成分濃度測定装置の概略を示す図で
ある。
【図１０】 第１１，第１２，第１３発明に係る光学式
成分濃度測定方法を適用した第１，第２，第４，第５，
第７，第９発明に係る光学式成分濃度測定装置の概略を
示す図である。
成分濃度測定方法を適用した第１，第２，第４，第５，
第７，第９発明に係る光学式成分濃度測定装置の概略を
示す図である。
【図１１】 図１０に示す装置におけるセル，受光部に
代えて、使用されるセル，受光部を示す図である。
代えて、使用されるセル，受光部を示す図である。
【図１２】 第１１，第１２，第１３発明に係る光学式
成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第８，第９発
明に係る光学式成分濃度測定装置の概略を示す図であ
る。
成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第８，第９発
明に係る光学式成分濃度測定装置の概略を示す図であ
る。
【図１３】 第１１，第１２，第１３発明に係る光学式
成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第８，第１０
発明に係る光学式成分濃度測定装置の概略を示す図であ
る。
成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第８，第１０
発明に係る光学式成分濃度測定装置の概略を示す図であ
る。
【図１４】 図１３に示す装置におけるランプ、或は図
１，９，１０のレーザに代えて用いられる光照射手段を
示す図である。
１，９，１０のレーザに代えて用いられる光照射手段を
示す図である。
【図１５】 図１３に示す装置におけるランプに代えて
用いられる別の光照射手段を示す図である。
用いられる別の光照射手段を示す図である。
１，１ａ，１ｂ セル ２ 光照射部 ３ 受光部 ４ 演算部 １１ 試料 １２ 可変波長
レーザ発生装置 １３，１４ 凸レンズ １５ 測定系 １６，１８ 光量検出手段 １７ 光透過部 １９ 回転ミラー ２２ ランプ ２３ 凸レンズ ２４ 分光器 ２６ レーザーダイオード ２７ ミラー ２８ 回折格子
レーザ発生装置 １３，１４ 凸レンズ １５ 測定系 １６，１８ 光量検出手段 １７ 光透過部 １９ 回転ミラー ２２ ランプ ２３ 凸レンズ ２４ 分光器 ２６ レーザーダイオード ２７ ミラー ２８ 回折格子
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年９月２９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 光学式成分濃度測定装置および方法
【特許請求の範囲】
【数１】 により入射光量Ｉoを算出するステップと、(ii) 基準
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌを基準光路
長Ｌoとした場合の上記波長λの光の透過光量Ｉtoを測
定するステップと、(iv) 次式、
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌを基準光路
長Ｌoとした場合の上記波長λの光の透過光量Ｉtoを測
定するステップと、(iv) 次式、
【数２】 により、基準光路長Ｌo，上記波長λの光の場合のγの
値γoを算出するステップと、(v) 光路長比ｋ＝Ｌ／Ｌ
oに関する次式、
値γoを算出するステップと、(v) 光路長比ｋ＝Ｌ／Ｌ
oに関する次式、
【数３】 により、次式、
【数４】 で定義される光量測定感度Ｓが、上記波長λの場合にお
いて、最大となる光路長Ｌpに対応する光路長比ｋpを算
出するステップと、(vi) 次式、
いて、最大となる光路長Ｌpに対応する光路長比ｋpを算
出するステップと、(vi) 次式、
【数５】 により上記波長λの場合に、光量測定感度Ｓが最大とな
る最適光路長Ｌpλを算出するステップとを、波長λを
異ならせて複数回繰り返すことにより算出された各波長
λでの最適光路長Ｌpλ位置での透過光量値に基づい
て、多変量解析法により試料中の成分の濃度を算出する
ことを特徴とする光学式成分濃度測定方法。
る最適光路長Ｌpλを算出するステップとを、波長λを
異ならせて複数回繰り返すことにより算出された各波長
λでの最適光路長Ｌpλ位置での透過光量値に基づい
て、多変量解析法により試料中の成分の濃度を算出する
ことを特徴とする光学式成分濃度測定方法。
【数６】 により入射光量Ｉoを算出するステップと、(ii) 基準
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌでの、上記
波長λの光の透過光量ＩtLを測定するステップと、(iv)
次式、
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌでの、上記
波長λの光の透過光量ＩtLを測定するステップと、(iv)
次式、
【数７】 により、各光路長Ｌの部分での、波長λの光に対する吸
光度Ａcλを算出するステップと、(v) 上記波長λの光
に対する各吸光度Ａcλの中からlogeｅに等しい吸光度
Ａcλpを求めるステップと、(vi) 上記波長λの光に対
する吸光度Ａcλpに対応する光路長Ｌpを記憶するステ
ップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことによ
り算出された各波長λでの最適波長Ｌpλに基づいて、
多変量解析法により試料中の成分の濃度を算出すること
を特徴とする光学式成分濃度測定方法。
光度Ａcλを算出するステップと、(v) 上記波長λの光
に対する各吸光度Ａcλの中からlogeｅに等しい吸光度
Ａcλpを求めるステップと、(vi) 上記波長λの光に対
する吸光度Ａcλpに対応する光路長Ｌpを記憶するステ
ップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことによ
り算出された各波長λでの最適波長Ｌpλに基づいて、
多変量解析法により試料中の成分の濃度を算出すること
を特徴とする光学式成分濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液体中の吸光性物質の
濃度の測定装置、および方法に関するものである。さら
に詳しくは、例えば血中のグルコース，ヘモグロビンの
濃度、尿中の蛋白質，ビリルビン，糖分の他、清涼飲料
水中の成分等の濃度の測定に適用する光学式成分濃度測
定装置および方法に関するものである。
濃度の測定装置、および方法に関するものである。さら
に詳しくは、例えば血中のグルコース，ヘモグロビンの
濃度、尿中の蛋白質，ビリルビン，糖分の他、清涼飲料
水中の成分等の濃度の測定に適用する光学式成分濃度測
定装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】溶液の濃度と光吸収の関係は、次のラン
バート・ベールの法則で表せることが広く知られてい
る。
バート・ベールの法則で表せることが広く知られてい
る。
【数８】 即ち、この式について、多波長での透過光量の測定値に
基づき、多変量解析を行うことにより、上記濃度が求め
られる。
基づき、多変量解析を行うことにより、上記濃度が求め
られる。
【０００３】このように、各成分の濃度は、測定系によ
る測定値に基づいて求められるため、この濃度の正確さ
は測定系の測定精度によって制限されることになる。即
ち、各成分の濃度、特に被測定成分中の微量成分の正確
な濃度を求めるには、測定系の測定精度を高める必要が
ある。したがって、この求められた濃度の正確さは、測
定系のＳ／Ｎ比と密接に関係する。
る測定値に基づいて求められるため、この濃度の正確さ
は測定系の測定精度によって制限されることになる。即
ち、各成分の濃度、特に被測定成分中の微量成分の正確
な濃度を求めるには、測定系の測定精度を高める必要が
ある。したがって、この求められた濃度の正確さは、測
定系のＳ／Ｎ比と密接に関係する。
【０００４】特開昭６３−１４４２３７号公報には、試
料溶液中の微量の有機および無機成分の定量に適用され
る吸光度の測定方法およびその装置が開示されている。
この装置は、異なるセル長(光路長：本明細書では、セ
ル内で光が進む距離を意味する)を有する分光光度計用
セルと、このセルに試料溶液を供給する供給装置と、上
記光路長を切換える切換装置と、上記供給装置および切
換装置を制御する制御装置とを備えている。この装置に
よれば、試料が高濃度の場合には、短光路長の部分、試
料が低濃度の場合は長光路長の部分の透過光量に基づい
て、試料溶液の吸光度の測定が行われる。
料溶液中の微量の有機および無機成分の定量に適用され
る吸光度の測定方法およびその装置が開示されている。
この装置は、異なるセル長(光路長：本明細書では、セ
ル内で光が進む距離を意味する)を有する分光光度計用
セルと、このセルに試料溶液を供給する供給装置と、上
記光路長を切換える切換装置と、上記供給装置および切
換装置を制御する制御装置とを備えている。この装置に
よれば、試料が高濃度の場合には、短光路長の部分、試
料が低濃度の場合は長光路長の部分の透過光量に基づい
て、試料溶液の吸光度の測定が行われる。
【０００５】そして、上記測定方法および装置は、異な
る光路長を有する分光光度計用セル、具体的には三角セ
ルが使用され、吸光度が測定に好適な範囲に収まるよう
な光路長に切り換えることにより、試料溶液の希釈、セ
ルの交換をすることなく、低濃度の試料溶液から高い濃
度の試料溶液まで、広範囲の濃度測定を行うことを目的
としている。
る光路長を有する分光光度計用セル、具体的には三角セ
ルが使用され、吸光度が測定に好適な範囲に収まるよう
な光路長に切り換えることにより、試料溶液の希釈、セ
ルの交換をすることなく、低濃度の試料溶液から高い濃
度の試料溶液まで、広範囲の濃度測定を行うことを目的
としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記測定方法および装
置では、試料に照射する光の波長を変えることなく、試
料溶液の濃度の違いにより吸光度が測定に好適な範囲に
収まるような光路長への切り換えが行われている。とこ
ろが、例えば、血中のグルコースのように、各試料中の
ある成分の濃度が殆ど同じである場合、上記測定方法お
よび装置は、この成分の濃度の測定精度を向上させるこ
とはできないという問題がある。本発明は、斯る従来の
問題点を課題としてなされたもので、各試料中のある成
分の濃度の差異の大小に拘わらず、濃度の測定精度の向
上を可能とした光学式成分濃度測定装置および方法を提
供しようとするものである。
置では、試料に照射する光の波長を変えることなく、試
料溶液の濃度の違いにより吸光度が測定に好適な範囲に
収まるような光路長への切り換えが行われている。とこ
ろが、例えば、血中のグルコースのように、各試料中の
ある成分の濃度が殆ど同じである場合、上記測定方法お
よび装置は、この成分の濃度の測定精度を向上させるこ
とはできないという問題がある。本発明は、斯る従来の
問題点を課題としてなされたもので、各試料中のある成
分の濃度の差異の大小に拘わらず、濃度の測定精度の向
上を可能とした光学式成分濃度測定装置および方法を提
供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１発明は、試料を収容し、内部の光路長を異なら
せることが可能なセルと、このセルに対して選択された
波長の光を照射するとともに、この照射する光の波長を
変え得る光照射部と、上記セルを透過した光を受け、こ
の透過光量を検出する受光部と、この受光部で検出した
透過光量に対する光量測定感度のピーク値が生じるとき
の光路長を波長毎に算出、記憶し、この波長毎に記憶し
たピーク位置での透過光量値、光路長の値に基づいて上
記試料中の成分の濃度を算出し、算出結果を出力する演
算部とから構成した。
に、第１発明は、試料を収容し、内部の光路長を異なら
せることが可能なセルと、このセルに対して選択された
波長の光を照射するとともに、この照射する光の波長を
変え得る光照射部と、上記セルを透過した光を受け、こ
の透過光量を検出する受光部と、この受光部で検出した
透過光量に対する光量測定感度のピーク値が生じるとき
の光路長を波長毎に算出、記憶し、この波長毎に記憶し
たピーク位置での透過光量値、光路長の値に基づいて上
記試料中の成分の濃度を算出し、算出結果を出力する演
算部とから構成した。
【０００８】第２発明は、上記セルが、連続的、或は段
階的に異なる光路長を有する構成とした。
階的に異なる光路長を有する構成とした。
【０００９】第３発明は、上記セルが、可変光路長を有
する構成とした。
する構成とした。
【００１０】第４発明は、上記光照射部が、異なる波長
のレーザの発生が可能なレーザ発生装置を備えた構成と
した。
のレーザの発生が可能なレーザ発生装置を備えた構成と
した。
【００１１】第５発明は、上記レーザ発生装置が可変波
長レーザ発生装置である構成とした。
長レーザ発生装置である構成とした。
【００１２】第６発明は、上記光照射部が、可変波長レ
ーザ発生装置と、この可変波長レーザ発生装置からのレ
ーザのビーム断面積を拡大し、かつ平行光としたレーザ
を上記セルに入射させる測定系とを備えた構成とした。
ーザ発生装置と、この可変波長レーザ発生装置からのレ
ーザのビーム断面積を拡大し、かつ平行光としたレーザ
を上記セルに入射させる測定系とを備えた構成とした。
【００１３】第７発明は、上記光照射部が、レーザを受
けて、このレーザの反射方向を変える回転可能なミラー
と、反射されたレーザを一定の方向に向けさせる測定系
を備えた構成とした。
けて、このレーザの反射方向を変える回転可能なミラー
と、反射されたレーザを一定の方向に向けさせる測定系
を備えた構成とした。
【００１４】第８発明は、上記光照射部が、異なる波長
を含む光を発する発光部と、この光の内の選択された波
長の光を、平行光として上記セルに入射させる測定系と
を有する構成とした。
を含む光を発する発光部と、この光の内の選択された波
長の光を、平行光として上記セルに入射させる測定系と
を有する構成とした。
【００１５】第９発明は、上記受光部が選択された光を
受けて光量を検出する光量検出手段を備えた構成とし
た。
受けて光量を検出する光量検出手段を備えた構成とし
た。
【００１６】第１０発明は、上記受光部が分光器を備え
た構成とした。
た構成とした。
【００１７】第１１発明は、試料を収容し、光が透過す
る光路長を異ならせることが可能なセルに対して、異な
る波長の光を発生できる発光部により選択された波長の
光を照射するステップと、受光部により上記セルを透過
した光を受けて、各光路長における透過光量を検出する
ステップとを複数波長について繰り返し、演算部によ
り、上記受光部で検出した透過光量に対する光量測定感
度のピーク値が生じるときの光路長を波長毎に算出、記
憶し、各ピーク位置での透過光量値，光路長の値に基づ
いて上記試料中の成分の濃度を算出し、算出結果を出力
するようにした。
る光路長を異ならせることが可能なセルに対して、異な
る波長の光を発生できる発光部により選択された波長の
光を照射するステップと、受光部により上記セルを透過
した光を受けて、各光路長における透過光量を検出する
ステップとを複数波長について繰り返し、演算部によ
り、上記受光部で検出した透過光量に対する光量測定感
度のピーク値が生じるときの光路長を波長毎に算出、記
憶し、各ピーク位置での透過光量値，光路長の値に基づ
いて上記試料中の成分の濃度を算出し、算出結果を出力
するようにした。
【００１８】第１２発明は、(i) セル中に試料を入れて
いない状態で、光源から出て、上記セルを透過したある
波長λの透過光の光量を測定して、次式、
いない状態で、光源から出て、上記セルを透過したある
波長λの透過光の光量を測定して、次式、
【数９】 により入射光量Ｉoを算出するステップと、(ii) 基準
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌを基準光路
長Ｌoとした場合の上記波長λの光の透過光量Ｉtoを測
定するステップと、(iv) 次式、
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌを基準光路
長Ｌoとした場合の上記波長λの光の透過光量Ｉtoを測
定するステップと、(iv) 次式、
【数１０】 により、基準光路長Ｌo，上記波長λの光の場合のγの
値γoを算出するステップと、(v) 光路長比ｋ＝Ｌ／Ｌ
oに関する次式、
値γoを算出するステップと、(v) 光路長比ｋ＝Ｌ／Ｌ
oに関する次式、
【数１１】 により、次式、
【数１２】 で定義される光量測定感度Ｓが、上記波長λの場合にお
いて、最大となる光路長Ｌpに対応する光路長比ｋpを算
出するステップと、(vi) 次式、
いて、最大となる光路長Ｌpに対応する光路長比ｋpを算
出するステップと、(vi) 次式、
【数１３】 により上記波長λの場合に、光量測定感度Ｓが最大とな
る最適光路長Ｌpλ位置での透過光量値を算出するステ
ップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことによ
り算出された各波長λでの最適光路長Ｌpλに基づい
て、多変量解析法により試料中の成分の濃度を算出する
ようにした。
る最適光路長Ｌpλ位置での透過光量値を算出するステ
ップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことによ
り算出された各波長λでの最適光路長Ｌpλに基づい
て、多変量解析法により試料中の成分の濃度を算出する
ようにした。
【００１９】第１３発明は、(i) セル中に試料を入れて
いない状態で、光源から出て、上記セルを透過したある
波長λの透過光の光量測定して、次式、
いない状態で、光源から出て、上記セルを透過したある
波長λの透過光の光量測定して、次式、
【数１４】 により入射光量Ｉoを算出するステップと、(ii) 基準
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌでの、上記
波長λの光の透過光量ＩtLを測定するステップと、(iv)
次式、
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌでの、上記
波長λの光の透過光量ＩtLを測定するステップと、(iv)
次式、
【数１５】 により、各光路長Ｌの部分での、波長λの光に対する吸
光度Ａcλを算出するステップと、(v) 上記波長λの光
に対する各吸光度Ａcλの中からlogeｅに等しい吸光度
Ａcλpを求めるステップと、(vi) 上記波長λの光に対
する吸光度Ａcλpに対応する光路長Ｌpを記憶するステ
ップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことによ
り算出された各波長λでの最適光路長Ｌpλ位置での透
過光量値に基づいて、多変量解析法により試料中の成分
の濃度を算出するようにした。
光度Ａcλを算出するステップと、(v) 上記波長λの光
に対する各吸光度Ａcλの中からlogeｅに等しい吸光度
Ａcλpを求めるステップと、(vi) 上記波長λの光に対
する吸光度Ａcλpに対応する光路長Ｌpを記憶するステ
ップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことによ
り算出された各波長λでの最適光路長Ｌpλ位置での透
過光量値に基づいて、多変量解析法により試料中の成分
の濃度を算出するようにした。
【００２０】
【作用】上記発明のように構成することにより、各波長
で最もＳ／Ｎ比が大きくなる状態での透過光量から試料
中の成分の濃度が求められるようになる。
で最もＳ／Ｎ比が大きくなる状態での透過光量から試料
中の成分の濃度が求められるようになる。
【００２１】
【実施例】次に、本発明の一実施例を図面にしたがって
説明する。図１は、第１１，第１２，第１３発明に係る
光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第２，第４，
第５，第６，第９発明に係る光学式成分濃度測定装置を
示し、この装置は、セル１，光照射部２，受光部３、お
よび演算部４からなっている。セル１は、透光性の部材
からなり、断面三角形の形状を有し、内部に試料１１、
例えば血液、尿を収容できるようになっている。そし
て、光が透過する位置を異ならせることによって、セル
１内における光路長を異ならせることが可能に形成され
ている。
説明する。図１は、第１１，第１２，第１３発明に係る
光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第２，第４，
第５，第６，第９発明に係る光学式成分濃度測定装置を
示し、この装置は、セル１，光照射部２，受光部３、お
よび演算部４からなっている。セル１は、透光性の部材
からなり、断面三角形の形状を有し、内部に試料１１、
例えば血液、尿を収容できるようになっている。そし
て、光が透過する位置を異ならせることによって、セル
１内における光路長を異ならせることが可能に形成され
ている。
【００２２】光照射部２は、異なる波長のレーザの発生
が可能な可変波長レーザ発生装置１２と、レンズ１３，
１４からなる測定系１５とからなっている。そして、可
変波長レーザ発生装置１２からのレーザをレンズ１３に
よって、焦点に集束させた後、発散させ、レーザビーム
の断面積を元の断面積より拡大し、レンズ１４により平
行光としてセル１に入射している。なお、本発明は、レ
ーザビームの断面積を拡大し、平行光にできる限り、測
定系１５を、レンズ１３，１４の組み合わせに限定する
ものではない。受光部３は、光が出てゆくセル１の面に
平行に配置した多数の光量検出素子１６ａ、例えば画素
(pixel)からなる光量検出手段１６、例えばＣＣＤから
なっており、セル１内において異なる光路長を進んだ各
透過光の光量を、セル１から等距離の位置で検出可能と
なっている。
が可能な可変波長レーザ発生装置１２と、レンズ１３，
１４からなる測定系１５とからなっている。そして、可
変波長レーザ発生装置１２からのレーザをレンズ１３に
よって、焦点に集束させた後、発散させ、レーザビーム
の断面積を元の断面積より拡大し、レンズ１４により平
行光としてセル１に入射している。なお、本発明は、レ
ーザビームの断面積を拡大し、平行光にできる限り、測
定系１５を、レンズ１３，１４の組み合わせに限定する
ものではない。受光部３は、光が出てゆくセル１の面に
平行に配置した多数の光量検出素子１６ａ、例えば画素
(pixel)からなる光量検出手段１６、例えばＣＣＤから
なっており、セル１内において異なる光路長を進んだ各
透過光の光量を、セル１から等距離の位置で検出可能と
なっている。
【００２３】演算部４は、各光量検出素子１６ａから透
過光量信号を受けるとともに、可変波長レーザ発生装置
１２に接続しており、上記透過光量信号と、光路長、透
過光の波長との対応付けが可能になっており、各波長毎
に上述したランバート・ベールの式(１)、およびフレネ
ルの式に基づき、透過光量測定感度がピーク値となる最
適な光路長、およびそのときのピーク位置での透過光量
値に基づき、試料１１中の成分、例えばグルコース，ヘ
モグロビン，蛋白質，ビリルビン，糖分の濃度が算出さ
れ、算出結果が出力される。
過光量信号を受けるとともに、可変波長レーザ発生装置
１２に接続しており、上記透過光量信号と、光路長、透
過光の波長との対応付けが可能になっており、各波長毎
に上述したランバート・ベールの式(１)、およびフレネ
ルの式に基づき、透過光量測定感度がピーク値となる最
適な光路長、およびそのときのピーク位置での透過光量
値に基づき、試料１１中の成分、例えばグルコース，ヘ
モグロビン，蛋白質，ビリルビン，糖分の濃度が算出さ
れ、算出結果が出力される。
【００２４】具体的には、以下の式によって成分濃度の
算出がなされる。透過光量Ｉtは、次式で表される。
算出がなされる。透過光量Ｉtは、次式で表される。
【数１６】
【００２５】
【数１７】 ここで、Ａnはセルと溶液の屈折率，セル自身の吸光係
数，セル自身の壁の厚さの関数で、Ａcは溶液の吸収係
数，溶液中の各成分の濃度，光路長Ｌの関数で、通常、
吸光度と呼ばれている。
数，セル自身の壁の厚さの関数で、Ａcは溶液の吸収係
数，溶液中の各成分の濃度，光路長Ｌの関数で、通常、
吸光度と呼ばれている。
【００２６】例えば、グルコース水溶液の場合、ΣＣi
＝１のとき、次のようになる。
＝１のとき、次のようになる。
【数１８】 また、試料１１中のｉ成分に対する光量測定感度Ｓを次
のように定義する。
のように定義する。
【数１９】
【００２７】(５)式より、
【数２０】 となる。なお、ここでは、ｄＣi＝−ｄＣwと仮定してい
る。(６)式の右辺第１項をＳn，第２項をＳcとおくと、
る。(６)式の右辺第１項をＳn，第２項をＳcとおくと、
【数２１】 となる。
【００２８】(７)式の右辺のＳnは光量測定感度Ｓのう
ち、屈折率に依存する項、Ｓcは各成分の吸光に依存す
る項を表している。仮吸光度Ａにおいて、Ａnは測定対
象の屈折率、およびセル材質による見掛けの吸光度であ
り、測定対象である試料の濃度に線形的に依存する項は
Ａcである。同様に、光量測定感度Ｓにおいても、Ｓnは
見掛けの光量測定感度である。したがって、ＳnはＡnと
同様に、電気回路による処理、データ演算法において補
正項として取扱える 故に、測定対象濃度に直接依存する光量測定感度は、
ち、屈折率に依存する項、Ｓcは各成分の吸光に依存す
る項を表している。仮吸光度Ａにおいて、Ａnは測定対
象の屈折率、およびセル材質による見掛けの吸光度であ
り、測定対象である試料の濃度に線形的に依存する項は
Ａcである。同様に、光量測定感度Ｓにおいても、Ｓnは
見掛けの光量測定感度である。したがって、ＳnはＡnと
同様に、電気回路による処理、データ演算法において補
正項として取扱える 故に、測定対象濃度に直接依存する光量測定感度は、
【数２２】 と定義される。
【００２９】波長λでの光量測定感度をＳcλとし、
(８)式を次のように表す。
(８)式を次のように表す。
【数２３】 このとき、
【数２４】 となる。
【００３０】よって、(６)式と(９)式より、
【数２５】 と表せる。
【００３１】
【数２６】 より、
【数２７】 となる。
【００３２】よって、次のように表せる。
【数２８】 このとき、光量測定感度Ｓcλは極大となり、この極大
値をＳcλmaxで表す。また、このときの吸光度Ａp(＝lo
ge(Ｉo／Ｉpλ))は、次のようになる。
値をＳcλmaxで表す。また、このときの吸光度Ａp(＝lo
ge(Ｉo／Ｉpλ))は、次のようになる。
【数２９】 以上のように、ある波長λの光に対して、光量測定感度
Ｓcλを極大値Ｓcλma xにする最適な光路長Ｌpλが存在
する。
Ｓcλを極大値Ｓcλma xにする最適な光路長Ｌpλが存在
する。
【００３３】具体的には、光路長Ｌpλは、以下のように、
異なる光路長での光量測定感度Ｓcλ同志の比から算出
される。
異なる光路長での光量測定感度Ｓcλ同志の比から算出
される。
【数３０】 より、基準光路長Ｌoでの光量測定感度の吸光依存項Ｓc
λLoは、次式で表される。
λLoは、次式で表される。
【数３１】 ＳcλLoに対するＳcλLの比をＭとおく。
【数３２】
【００３４】および(１７)式より、
【数３３】 のとき、Ｍは極大となり、したがってＳcλは極大とな
る。そして、このときのＭの値をＭmaxで表す。換言す
れば、光量測定感度Ｓcλが極大となる最適な光路長Ｌp
λが算出される。また、この最適な光路長Ｌpλは、波
長毎に算出される。なお、γoとδは、各々測定できる
量と、定数である。そして、必要な波長毎のこの最適な
光路長Ｌpλ、およびこのときの透過光量の値に基づい
て、吸光度Ａcλが算出され、多変量解析法により、試
料中のｉ成分濃度が算出される。
る。そして、このときのＭの値をＭmaxで表す。換言す
れば、光量測定感度Ｓcλが極大となる最適な光路長Ｌp
λが算出される。また、この最適な光路長Ｌpλは、波
長毎に算出される。なお、γoとδは、各々測定できる
量と、定数である。そして、必要な波長毎のこの最適な
光路長Ｌpλ、およびこのときの透過光量の値に基づい
て、吸光度Ａcλが算出され、多変量解析法により、試
料中のｉ成分濃度が算出される。
【００３５】図３は、２種類の濃度のグルコースを含む
水溶液、図４は、２種類の濃度のヘモグロビンを含む水
溶液について、後述する図１３に示す装置を使って、濃
度の単位変化量(ｄＣ＝１)に対する透過光量の変化量
(ｄＩt)を測定した結果を示している。図３，図４とも
に、波数(波長)が異なれば、透過光量の変化量と光路長
との関係が異なることを示し、各波長毎に、透過光量の
変化量が極大になる光路長が存在することを示してい
る。また、図５はヘモグロビンを含む水溶液、図６はア
ルブミンを含む水溶液、図７はグルコースを含む水溶液
について、基準光路長さＬoと光路長Ｌとの比、即ち光
路長比ｋ(＝Ｌ／Ｌo)と光路長Ｌo，Ｌでの透過光量Ｉt
（Ｌo），Ｉt（Ｌ）の変化量の比ｄＩt（Ｌ）／ｄＩ
t（Ｌo）との関係を、後述する図９に示す装置、および
単一波長の光を使って測定した結果と、上記関係につい
ての演算結果を示し、それぞれ最適光路長比が存在する
ことを示している。
水溶液、図４は、２種類の濃度のヘモグロビンを含む水
溶液について、後述する図１３に示す装置を使って、濃
度の単位変化量(ｄＣ＝１)に対する透過光量の変化量
(ｄＩt)を測定した結果を示している。図３，図４とも
に、波数(波長)が異なれば、透過光量の変化量と光路長
との関係が異なることを示し、各波長毎に、透過光量の
変化量が極大になる光路長が存在することを示してい
る。また、図５はヘモグロビンを含む水溶液、図６はア
ルブミンを含む水溶液、図７はグルコースを含む水溶液
について、基準光路長さＬoと光路長Ｌとの比、即ち光
路長比ｋ(＝Ｌ／Ｌo)と光路長Ｌo，Ｌでの透過光量Ｉt
（Ｌo），Ｉt（Ｌ）の変化量の比ｄＩt（Ｌ）／ｄＩ
t（Ｌo）との関係を、後述する図９に示す装置、および
単一波長の光を使って測定した結果と、上記関係につい
ての演算結果を示し、それぞれ最適光路長比が存在する
ことを示している。
【００３６】以上のように、上記装置では、光量測定感
度が極大となる最適光路長ＬpλでのＳ／Ｎ比の大きい
測定データから、演算部４にて試料１１中のｉ成分の濃
度が算出され、出力される。したがって、上記装置によ
り、高い精度で試料中のある成分の濃度測定ができる。
特に、上記装置は、ある成分の濃度が異なる試料間で余
り差がない場合における成分濃度の測定に適している。
本発明は、上記実施例に限定するものでなく、この他、
例えば断面三角形のセル１に代えて、図８に示すよう
に、段階的に光路長が変化するセル１ａを用いてもよ
い。さらに、光照射部２を可変波長レーザ発生装置１２
のみにより形成し、この可変波長レーザ発生装置１２
と、セル１，受光部３とを、光軸に対して垂直な方向に
相対的移動可能に形成して、レーザを順次異なる光路長
の部分に入射させるようにしてもよい。
度が極大となる最適光路長ＬpλでのＳ／Ｎ比の大きい
測定データから、演算部４にて試料１１中のｉ成分の濃
度が算出され、出力される。したがって、上記装置によ
り、高い精度で試料中のある成分の濃度測定ができる。
特に、上記装置は、ある成分の濃度が異なる試料間で余
り差がない場合における成分濃度の測定に適している。
本発明は、上記実施例に限定するものでなく、この他、
例えば断面三角形のセル１に代えて、図８に示すよう
に、段階的に光路長が変化するセル１ａを用いてもよ
い。さらに、光照射部２を可変波長レーザ発生装置１２
のみにより形成し、この可変波長レーザ発生装置１２
と、セル１，受光部３とを、光軸に対して垂直な方向に
相対的移動可能に形成して、レーザを順次異なる光路長
の部分に入射させるようにしてもよい。
【００３７】図９は、第１１，第１２，第１３発明に係
る光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第
４，第５，第９発明に係る光学式成分濃度測定装置を示
し、図１に示す装置と互いに共通する部分については、
同一番号を付して説明を省略する。本実施例におけるセ
ル１ｂは、断面長方形の形状を有しており、光照射部２
からのレーザに垂直なセル１ｂの二つの光透過部の内の
一方の光透過部１７は、図９において左右に作動可能と
なっている。即ち、セル１ｂは可動光路長を有してい
る。受光部３は、単一の、即ち同じ位置において異なる
波長の透過光量を検出する光量検出手段１８により形成
されている。そして、成分濃度測定は、光透過部１７の
位置を幾通りにも変えて、上記実施例の場合と同様に異
なる光路長，異なる波長での透過光量の測定が行われ、
各波長毎の最適光路長、光量測定感度のピーク位置での
透過光量値に基づき、試料中の成分濃度の算出が行われ
る。
る光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第
４，第５，第９発明に係る光学式成分濃度測定装置を示
し、図１に示す装置と互いに共通する部分については、
同一番号を付して説明を省略する。本実施例におけるセ
ル１ｂは、断面長方形の形状を有しており、光照射部２
からのレーザに垂直なセル１ｂの二つの光透過部の内の
一方の光透過部１７は、図９において左右に作動可能と
なっている。即ち、セル１ｂは可動光路長を有してい
る。受光部３は、単一の、即ち同じ位置において異なる
波長の透過光量を検出する光量検出手段１８により形成
されている。そして、成分濃度測定は、光透過部１７の
位置を幾通りにも変えて、上記実施例の場合と同様に異
なる光路長，異なる波長での透過光量の測定が行われ、
各波長毎の最適光路長、光量測定感度のピーク位置での
透過光量値に基づき、試料中の成分濃度の算出が行われ
る。
【００３８】図１０は、第１１，第１２，第１３発明に
係る光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第２，第
４，第５，第７，第９発明に係る光学式成分濃度測定装
置を示し、上述した装置と互いに共通する部分について
は、同一番号を付して説明を省略する。本実施例では、
光照射部２を可変波長レーザ発生装置１２と、回転ミラ
ー１９、およびレンズ２０，２１を含む測定系１５ａと
から形成してある。また、可変波長レーザ発生装置１２
からのレーザが回転ミラー１９に入射する位置とレンズ
２０の焦点とを一致させてある。そして、レーザは、回
転ミラー１９にて種々の方向に反射され、レンズ２０の
異なった位置に入射したレーザは、レンズ２０の光軸に
平行に進み、セル１の異なった位置に、かつセル１の面
に垂直に入射するようになっている。
係る光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第２，第
４，第５，第７，第９発明に係る光学式成分濃度測定装
置を示し、上述した装置と互いに共通する部分について
は、同一番号を付して説明を省略する。本実施例では、
光照射部２を可変波長レーザ発生装置１２と、回転ミラ
ー１９、およびレンズ２０，２１を含む測定系１５ａと
から形成してある。また、可変波長レーザ発生装置１２
からのレーザが回転ミラー１９に入射する位置とレンズ
２０の焦点とを一致させてある。そして、レーザは、回
転ミラー１９にて種々の方向に反射され、レンズ２０の
異なった位置に入射したレーザは、レンズ２０の光軸に
平行に進み、セル１の異なった位置に、かつセル１の面
に垂直に入射するようになっている。
【００３９】受光部３は、レンズ２１と、レンズ２１の
焦点の位置に配置された単一の光量検出手段１８とから
なっている。演算部４と、可変波長レーザ１２，光量検
出手段１８，回転ミラー１９とは接続しており、検出光
量とレーザ波長，ミラー回転角度，光路長の対応付けが
可能となっている。そして、セル１の異なる光路長の部
分を経て、透過したレーザをレンズ２１により光量検出
手段１８に入射させ、各光路長を経たレーザの透過光の
光量測定が行われる。また、可変波長レーザ発生装置１
２からのレーザの波長を変えて、同様の測定が繰り返さ
れ、上記実施例の場合と同様に、波長毎の、最適光路
長，光量測定感度のピーク位置での透過光量値に基づき
成分濃度の算出，算出結果の出力が行われる。なお、上
記実施例において、受光部３を、図１１に示すように、
セル１の面に平行に配置した多数の光量検出素子１６ａ
からなる光量検出手段１６から形成してもよい。この場
合、異なる光路長を進んだ各透過光の光量を、セル１か
ら等距離の位置で検出可能となる。
焦点の位置に配置された単一の光量検出手段１８とから
なっている。演算部４と、可変波長レーザ１２，光量検
出手段１８，回転ミラー１９とは接続しており、検出光
量とレーザ波長，ミラー回転角度，光路長の対応付けが
可能となっている。そして、セル１の異なる光路長の部
分を経て、透過したレーザをレンズ２１により光量検出
手段１８に入射させ、各光路長を経たレーザの透過光の
光量測定が行われる。また、可変波長レーザ発生装置１
２からのレーザの波長を変えて、同様の測定が繰り返さ
れ、上記実施例の場合と同様に、波長毎の、最適光路
長，光量測定感度のピーク位置での透過光量値に基づき
成分濃度の算出，算出結果の出力が行われる。なお、上
記実施例において、受光部３を、図１１に示すように、
セル１の面に平行に配置した多数の光量検出素子１６ａ
からなる光量検出手段１６から形成してもよい。この場
合、異なる光路長を進んだ各透過光の光量を、セル１か
ら等距離の位置で検出可能となる。
【００４０】図１２は、第１１，第１２，第１３発明に
係る光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第
８，第９発明に係る光学式成分濃度測定装置を示し、図
１，２，８〜１１に示す各装置と互いに共通する部分に
ついては、同一番号を付して説明を省略する。本実施例
では、光照射部２は、異なる波長を含む光を放射するラ
ンプ２２と凸レンズ２３と回転可能な分光盤２４とから
形成してある。分光盤２４には、複数の異なるフィルタ
２５が保持され、各フィルタ２５は、異なる波長の光だ
けを透過させる。
係る光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第
８，第９発明に係る光学式成分濃度測定装置を示し、図
１，２，８〜１１に示す各装置と互いに共通する部分に
ついては、同一番号を付して説明を省略する。本実施例
では、光照射部２は、異なる波長を含む光を放射するラ
ンプ２２と凸レンズ２３と回転可能な分光盤２４とから
形成してある。分光盤２４には、複数の異なるフィルタ
２５が保持され、各フィルタ２５は、異なる波長の光だ
けを透過させる。
【００４１】そして、ランプ２２からの光はレンズ２３
により、平行光にされ、いずれかのフィルタ２５を介し
て、選択された波長の光だけが、ある光路長の状態にあ
るセル１ｂに入射させられるようになっている。セル１
ｂを透過した光は、単一の光量検出手段１８からなる受
光部３に入射して、その透過光量の測定が行われる。続
いて、セル１ｂの光路長を変えて、同様の測定が行われ
る。さらに、分光盤２４を一定角度ピッチだけ回転させ
ることによりフィルタ２５を変えて、異なる波長の光で
上記同様の測定が繰り返され、上記各実施例の場合と同
様に、波長毎の最適光路長，光量測定感度のピーク位置
での透過光量値に基づき、成分濃度の算出が行われる。
なお、演算部４と、分光盤２４，セル１ｂとは接続して
おり、検出光量とフィルタ２５の種類，光路長との対応
付けが可能となっている。
により、平行光にされ、いずれかのフィルタ２５を介し
て、選択された波長の光だけが、ある光路長の状態にあ
るセル１ｂに入射させられるようになっている。セル１
ｂを透過した光は、単一の光量検出手段１８からなる受
光部３に入射して、その透過光量の測定が行われる。続
いて、セル１ｂの光路長を変えて、同様の測定が行われ
る。さらに、分光盤２４を一定角度ピッチだけ回転させ
ることによりフィルタ２５を変えて、異なる波長の光で
上記同様の測定が繰り返され、上記各実施例の場合と同
様に、波長毎の最適光路長，光量測定感度のピーク位置
での透過光量値に基づき、成分濃度の算出が行われる。
なお、演算部４と、分光盤２４，セル１ｂとは接続して
おり、検出光量とフィルタ２５の種類，光路長との対応
付けが可能となっている。
【００４２】図１３は、第１１，第１２，第１３発明に
係る光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第
８，第１０発明に係る光学式成分濃度測定装置を示し、
図１，２，８〜１２に示す各装置と互いに共通する部分
については、同一番号を付して説明を省略する。本実施
例では、光照射部２は、ランプ２２とレンズ２３とから
形成してあり、受光部３には、分光器２４が設けてあ
る。そして、ランプ２２からの異なる波長を含む光は、
レンズ２３により平行光にされて、ある光路長の状態に
あるセル１ｂに入射させられる。セル１ｂを透過した光
は、分光器２４により分光され、波長毎に透過光量の測
定が行われる。ついで、セル１ｂの光路長を異ならせて
同様の測定が繰り返され、上記各実施例の場合と同様に
して成分濃度の算出が行われる。
係る光学式成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第
８，第１０発明に係る光学式成分濃度測定装置を示し、
図１，２，８〜１２に示す各装置と互いに共通する部分
については、同一番号を付して説明を省略する。本実施
例では、光照射部２は、ランプ２２とレンズ２３とから
形成してあり、受光部３には、分光器２４が設けてあ
る。そして、ランプ２２からの異なる波長を含む光は、
レンズ２３により平行光にされて、ある光路長の状態に
あるセル１ｂに入射させられる。セル１ｂを透過した光
は、分光器２４により分光され、波長毎に透過光量の測
定が行われる。ついで、セル１ｂの光路長を異ならせて
同様の測定が繰り返され、上記各実施例の場合と同様に
して成分濃度の算出が行われる。
【００４３】なお、演算部４とセル１ｂとは接続してお
り、検出光量と光路長との対応付けが可能となってい
る。また、図１２，１３に示す実施例では分光盤２４、
あるいはセル１ｂに平行光を入射させる測定系を、レン
ズ２３のみから形成してあるが、これに限定するもので
はない。
り、検出光量と光路長との対応付けが可能となってい
る。また、図１２，１３に示す実施例では分光盤２４、
あるいはセル１ｂに平行光を入射させる測定系を、レン
ズ２３のみから形成してあるが、これに限定するもので
はない。
【００４４】図１４は、異なる波長を含む光を発生させ
る光照射手段の変形例を示し、異なる波長のレーザを発
生する複数のレーザーダイオード(ＬＤ)２６、および各
ＬＤ２６に対応させて半透明のミラー２７が並設してあ
る。このミラー２７は、対応するＬＤ２６からの特定波
長のレーザのみを反射し、他の波長の光を出さないよう
にミラー移動を行う。そして、各ミラー２７からの反射
光を同一光軸上に進ませることにより、複数波長を有す
る光を照射するように形成してある。図１５は、異なる
波長を含む光を発生させる光照射手段の別の変形例を示
し、回折格子２８を用いて異なる波長を含む光を照射す
るようにしてある。図１２，１３に示すランプ２２に代
えて、図１４，１５に示す光照射手段を用いることがで
きる。
る光照射手段の変形例を示し、異なる波長のレーザを発
生する複数のレーザーダイオード(ＬＤ)２６、および各
ＬＤ２６に対応させて半透明のミラー２７が並設してあ
る。このミラー２７は、対応するＬＤ２６からの特定波
長のレーザのみを反射し、他の波長の光を出さないよう
にミラー移動を行う。そして、各ミラー２７からの反射
光を同一光軸上に進ませることにより、複数波長を有す
る光を照射するように形成してある。図１５は、異なる
波長を含む光を発生させる光照射手段の別の変形例を示
し、回折格子２８を用いて異なる波長を含む光を照射す
るようにしてある。図１２，１３に示すランプ２２に代
えて、図１４，１５に示す光照射手段を用いることがで
きる。
【００４５】次に、例えば図１に示す装置に適用される
第１１発明に係る光学式成分濃度測定方法について説明
する。始めに、セル１に試料１１を入れない状態で、可
変波長レーザ発生装置１２からある波長λj(ｊ＝１)の
レーザを出力する。レーザは、測定系１５を介して平行
光となってセル１の異なる位置に入射し、空気中の異な
る光路長を経た光が、異なる光量検出素子１６ａに入射
する。そして、第Ｎi番目の光量検出素子１６ａ(Ｎi番
目の光量検出素子１６ａは、光路長Ｌijの部分を経由し
た光の透過位置に対応する)からの電気信号によって、
光路長Ｌijを経た透過光の光量Ｉaijを測定する。
第１１発明に係る光学式成分濃度測定方法について説明
する。始めに、セル１に試料１１を入れない状態で、可
変波長レーザ発生装置１２からある波長λj(ｊ＝１)の
レーザを出力する。レーザは、測定系１５を介して平行
光となってセル１の異なる位置に入射し、空気中の異な
る光路長を経た光が、異なる光量検出素子１６ａに入射
する。そして、第Ｎi番目の光量検出素子１６ａ(Ｎi番
目の光量検出素子１６ａは、光路長Ｌijの部分を経由し
た光の透過位置に対応する)からの電気信号によって、
光路長Ｌijを経た透過光の光量Ｉaijを測定する。
【００４６】同様の測定を、各波長λj(ｊ＝２〜ｍ)の
レーザについて行う。次に、セル１内に試料１１を入れ
て、波長λj(ｊ＝１〜ｍ)のレーザについて上記同様
に、セル１内の基準濃度の試料１１の各光路長Ｌijの部
分を透過した光の光量Ｉtijの測定をする。測定された
Ｉaij，Ｉtij(ｊ＝１〜ｍ)に基づき、(２)式と(１８)式
より、ｋpを算出し、(１７)式より光量測定感度Ｓcλを
極大にする最適光路長Ｌpj(ｊ＝１〜ｍ)を算出する。
レーザについて行う。次に、セル１内に試料１１を入れ
て、波長λj(ｊ＝１〜ｍ)のレーザについて上記同様
に、セル１内の基準濃度の試料１１の各光路長Ｌijの部
分を透過した光の光量Ｉtijの測定をする。測定された
Ｉaij，Ｉtij(ｊ＝１〜ｍ)に基づき、(２)式と(１８)式
より、ｋpを算出し、(１７)式より光量測定感度Ｓcλを
極大にする最適光路長Ｌpj(ｊ＝１〜ｍ)を算出する。
【００４７】測定段階で被測定試料をセルに入れてから
測定する場合は、最適光路長Ｌpjの部分に対応する透過
光量を測定し、記憶する。そして、演算部４にて、この
透過光量Ｉtj(ｊ＝１〜ｍ)に基づいて(３)式よりＡcjを
算出し、多変量解析により、ｋ成分(ｋ＝１〜ｎ)の濃度
Ｃkを算出し、算出結果を出力する。
測定する場合は、最適光路長Ｌpjの部分に対応する透過
光量を測定し、記憶する。そして、演算部４にて、この
透過光量Ｉtj(ｊ＝１〜ｍ)に基づいて(３)式よりＡcjを
算出し、多変量解析により、ｋ成分(ｋ＝１〜ｎ)の濃度
Ｃkを算出し、算出結果を出力する。
【００４８】以上の算出過程を要約すると、次の通りと
なる。 １) 定数δ(＝ｅｘｐαcｌ)を予め求めておく。 ２) 基準濃度の試料で基準光路長Ｌoでの透過光量Ｉot
を測定して、(２)式によりγoを予め求めておく。 ３) (１８)式よりｋpの値を算出する。 ４) (１７)式よりＬpλを算出する(ｋpのときのＬがＬp
λとなる)。 ５) ３),４)の演算を複数波長の光について繰り返す。 ６) 未知濃度の試料について測定する場合、波長毎にＬ
pλでの吸光度Ａcλを(４)式により算出する。 ７) 多変量解析法により試料中のｉ成分濃度を算出す
る。
なる。 １) 定数δ(＝ｅｘｐαcｌ)を予め求めておく。 ２) 基準濃度の試料で基準光路長Ｌoでの透過光量Ｉot
を測定して、(２)式によりγoを予め求めておく。 ３) (１８)式よりｋpの値を算出する。 ４) (１７)式よりＬpλを算出する(ｋpのときのＬがＬp
λとなる)。 ５) ３),４)の演算を複数波長の光について繰り返す。 ６) 未知濃度の試料について測定する場合、波長毎にＬ
pλでの吸光度Ａcλを(４)式により算出する。 ７) 多変量解析法により試料中のｉ成分濃度を算出す
る。
【００４９】次に、例えば図１に示す装置に適用される
第１２発明に係る光学式成分濃度測定方法について説明
する。第１ステップで、 セル１中に試料１１を入れて
いない状態で、可変波長レーザ発生装置１２から出て、
セル１を透過したある波長λの透過光の光量を受光部３
により測定して、(２)式より入射光量Ｉoを演算部４に
より算出する。第２ステップで、基準濃度試料の上記波
長λの光に対する屈折率に依存する透過率ｔsを演算部
４により算出する。第３ステップで、セル１に基準濃度
試料を入れて、セル１内における光路長Ｌを基準光路長
Ｌoとした場合の上記波長λの光の透過光量Ｉtoを受光
部３により測定する。
第１２発明に係る光学式成分濃度測定方法について説明
する。第１ステップで、 セル１中に試料１１を入れて
いない状態で、可変波長レーザ発生装置１２から出て、
セル１を透過したある波長λの透過光の光量を受光部３
により測定して、(２)式より入射光量Ｉoを演算部４に
より算出する。第２ステップで、基準濃度試料の上記波
長λの光に対する屈折率に依存する透過率ｔsを演算部
４により算出する。第３ステップで、セル１に基準濃度
試料を入れて、セル１内における光路長Ｌを基準光路長
Ｌoとした場合の上記波長λの光の透過光量Ｉtoを受光
部３により測定する。
【００５０】第４ステップで、(２)式より、上記基準光
路長Ｌo，波長λの光の場合のγの値γoを演算部４によ
り算出する。第５ステップで、(５)式で定義される光量
測定感度Ｓが、上記波長λの場合において、最大となる
光路長Ｌpに対応する光路長比ｋpを、(１８)式を用いて
演算部４により算出する。第６ステップで、(１７)式よ
り上記波長λの場合に、光量測定感度Ｓが最大となる最
適光路長Ｌpλを演算部４により算出する。そして、以
上第１〜第６ステップを、波長λを異ならせて複数回繰
り返すことにより算出された各波長λでの最適光路長Ｌ
pλに基づいて多変量解析法により試料中の成分の濃度
を演算部４により算出し、算出結果を出力する。
路長Ｌo，波長λの光の場合のγの値γoを演算部４によ
り算出する。第５ステップで、(５)式で定義される光量
測定感度Ｓが、上記波長λの場合において、最大となる
光路長Ｌpに対応する光路長比ｋpを、(１８)式を用いて
演算部４により算出する。第６ステップで、(１７)式よ
り上記波長λの場合に、光量測定感度Ｓが最大となる最
適光路長Ｌpλを演算部４により算出する。そして、以
上第１〜第６ステップを、波長λを異ならせて複数回繰
り返すことにより算出された各波長λでの最適光路長Ｌ
pλに基づいて多変量解析法により試料中の成分の濃度
を演算部４により算出し、算出結果を出力する。
【００５１】次に、例えば図１に示す装置に適用される
第１３発明に係る光学式成分濃度測定方法について説明
する。第１ステップで、セル１中に試料を入れていない
状態で、可変波長レーザ発生装置１２から出て、セル１
を透過したある波長λの透過光の光量を受光部３により
測定して、(２)式より入射光量Ｉoを演算部４により算
出する。第２ステップで、基準濃度試料のある波長λの
光に対する屈折率に依存する透過率ｔsを演算部４によ
り算出する。第３ステップで、セル１に基準濃度試料を
入れて、セル１内における光路長Ｌでの、上記波長λの
光の透過光量ＩtLを受光部３により測定する。
第１３発明に係る光学式成分濃度測定方法について説明
する。第１ステップで、セル１中に試料を入れていない
状態で、可変波長レーザ発生装置１２から出て、セル１
を透過したある波長λの透過光の光量を受光部３により
測定して、(２)式より入射光量Ｉoを演算部４により算
出する。第２ステップで、基準濃度試料のある波長λの
光に対する屈折率に依存する透過率ｔsを演算部４によ
り算出する。第３ステップで、セル１に基準濃度試料を
入れて、セル１内における光路長Ｌでの、上記波長λの
光の透過光量ＩtLを受光部３により測定する。
【００５２】第４ステップで、次式、
【数３４】 より、各光路長Ｌの部分での、上記波長λの光に対する
吸光度Ａcλを演算部４により算出する。
吸光度Ａcλを演算部４により算出する。
【００５３】第５ステップで、上記波長λの光に対する
各吸光度Ａcλの中からlogeｅに等しい吸光度Ａcλpを
演算部４により求める。第６ステップで、上記波長λの
光に対する吸光度Ａcλpに対応する光路長Ｌpを演算部
４により記憶する。そして、以上第１〜第６ステップ
を、波長λを異ならせて複数回繰り返すことにより算出
された各波長λでの最適光路長Ｌpλ位置での透過光量
値に基づいて多変量解析法により試料中の成分の濃度を
演算部４により算出し、算出結果を出力する。
各吸光度Ａcλの中からlogeｅに等しい吸光度Ａcλpを
演算部４により求める。第６ステップで、上記波長λの
光に対する吸光度Ａcλpに対応する光路長Ｌpを演算部
４により記憶する。そして、以上第１〜第６ステップ
を、波長λを異ならせて複数回繰り返すことにより算出
された各波長λでの最適光路長Ｌpλ位置での透過光量
値に基づいて多変量解析法により試料中の成分の濃度を
演算部４により算出し、算出結果を出力する。
【００５４】このように、上述した各測定方法によれ
ば、最適光路長ＬpλでのＳ／Ｎ比の大きい測定データ
から、演算部４にて試料１１中のｉ成分の濃度が算出さ
れ、出力される。したがって、濃度測定の精度は高くな
り、例えば、ｉ成分の濃度が異なる試料間で余り差がな
い場合でも、上記装置は斯るｉ成分の濃度を正確に測定
することができる。また、上述した各測定方法は、第２
〜第１１発明に係る装置にも適用される。さらに、上述
した各実施例に用いる光の波長は近赤外の波長を有する
のが好ましい。
ば、最適光路長ＬpλでのＳ／Ｎ比の大きい測定データ
から、演算部４にて試料１１中のｉ成分の濃度が算出さ
れ、出力される。したがって、濃度測定の精度は高くな
り、例えば、ｉ成分の濃度が異なる試料間で余り差がな
い場合でも、上記装置は斯るｉ成分の濃度を正確に測定
することができる。また、上述した各測定方法は、第２
〜第１１発明に係る装置にも適用される。さらに、上述
した各実施例に用いる光の波長は近赤外の波長を有する
のが好ましい。
【００５５】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、試料を収容し、内部の光路長を異ならせるこ
とが可能なセルと、このセルに対して選択された波長の
光を照射するとともに、この照射する光の波長を変え得
る光照射部と、上記セルを透過した光を受け、この透過
光量を検出する受光部と、この受光部で検出した透過光
量に対する光量測定感度のピーク値が生じるときの光路
長を波長毎に算出、記憶し、この波長毎に記憶したピー
ク位置での透過光量値、光路長の値に基づいて上記試料
中の成分の濃度を算出し、算出結果を出力する演算部と
から構成してある。
によれば、試料を収容し、内部の光路長を異ならせるこ
とが可能なセルと、このセルに対して選択された波長の
光を照射するとともに、この照射する光の波長を変え得
る光照射部と、上記セルを透過した光を受け、この透過
光量を検出する受光部と、この受光部で検出した透過光
量に対する光量測定感度のピーク値が生じるときの光路
長を波長毎に算出、記憶し、この波長毎に記憶したピー
ク位置での透過光量値、光路長の値に基づいて上記試料
中の成分の濃度を算出し、算出結果を出力する演算部と
から構成してある。
【００５６】このため、最もＳ／Ｎ比が大きくなる最適
光路長での透過光の強度から成分の濃度が求められるよ
うになり、各試料中のある成分の濃度の差異の大小に拘
わらず、濃度の測定精度の向上が可能になるという効果
を奏する。
光路長での透過光の強度から成分の濃度が求められるよ
うになり、各試料中のある成分の濃度の差異の大小に拘
わらず、濃度の測定精度の向上が可能になるという効果
を奏する。
【００５７】また、別の本発明によれば、試料を収容
し、光が透過する光路長を異ならせることが可能なセル
に対して、異なる波長の光を発生できる発光部により選
択された波長の光を照射するステップと、受光部により
上記セルを透過した光を受けて、各光路長における透過
光量を検出するステップとを複数波長について繰り返
し、演算部により、上記受光部で検出した透過光量に対
する光量測定感度のピーク値が生じるときの光路長を波
長毎に算出、記憶し、各ピーク位置での透過光量値，光
路長の値に基づいて上記試料中の成分の濃度を算出し、
算出結果を出力するようにしてある。
し、光が透過する光路長を異ならせることが可能なセル
に対して、異なる波長の光を発生できる発光部により選
択された波長の光を照射するステップと、受光部により
上記セルを透過した光を受けて、各光路長における透過
光量を検出するステップとを複数波長について繰り返
し、演算部により、上記受光部で検出した透過光量に対
する光量測定感度のピーク値が生じるときの光路長を波
長毎に算出、記憶し、各ピーク位置での透過光量値，光
路長の値に基づいて上記試料中の成分の濃度を算出し、
算出結果を出力するようにしてある。
【００５８】さらに、別の発明によれば、(i) セル中に
試料を入れていない状態で、光源から出て、上記セルを
透過したある波長λの透過光の光量を測定して、次式、
試料を入れていない状態で、光源から出て、上記セルを
透過したある波長λの透過光の光量を測定して、次式、
【数３５】 により入射光量Ｉoを算出するステップと、(ii) 基準
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌを基準光路
長Ｌoとした場合の上記波長λの光の透過光量Ｉtoを測
定するステップと、(iv) 次式、
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌを基準光路
長Ｌoとした場合の上記波長λの光の透過光量Ｉtoを測
定するステップと、(iv) 次式、
【数３６】 により、基準光路長Ｌo，上記波長λの光の場合のγの
値γoを算出するステップと、(v) 光路長比ｋ＝Ｌ／Ｌ
oに関する次式、
値γoを算出するステップと、(v) 光路長比ｋ＝Ｌ／Ｌ
oに関する次式、
【数３７】 により、次式、
【数３８】 で定義される光量測定感度Ｓが、上記波長λの場合にお
いて、最大となる光路長Ｌpに対応する光路長比ｋpを算
出するステップと、(vi) 次式、
いて、最大となる光路長Ｌpに対応する光路長比ｋpを算
出するステップと、(vi) 次式、
【数３９】 により上記波長λの場合に、光量測定感度Ｓが最大とな
る最適光路長Ｌpλ位置での透過光量値を算出するステ
ップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことによ
り算出された各波長λでの最適光路長Ｌpλ位置での透
過光量値に基づいて、多変量解析法により試料中の成分
の濃度を算出するようにしてある。
る最適光路長Ｌpλ位置での透過光量値を算出するステ
ップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことによ
り算出された各波長λでの最適光路長Ｌpλ位置での透
過光量値に基づいて、多変量解析法により試料中の成分
の濃度を算出するようにしてある。
【００５９】さらに、別の発明によれば、(i) セル中に
試料を入れていない状態で、光源から出て、上記セルを
透過したある波長λの透過光の光量を測定して、次式、
試料を入れていない状態で、光源から出て、上記セルを
透過したある波長λの透過光の光量を測定して、次式、
【数４０】 により入射光量Ｉoを算出するステップと、(ii) 基準
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌでの、上記
波長λの光の透過光量ＩtLを測定するステップと、(iv)
次式、
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌでの、上記
波長λの光の透過光量ＩtLを測定するステップと、(iv)
次式、
【数４１】 により、各光路長Ｌの部分での、波長λの光に対する吸
光度Ａcλを算出するステップと、(v) 上記波長λの光
に対する各吸光度Ａcλの中からlogeｅに等しい吸光度
Ａcλpを求めるステップと、(vi) 上記波長λの光に対
する吸光度Ａcλpに対応する光路長Ｌpλを記憶するス
テップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことに
より算出された各波長λでの最適光路長Ｌpλ位置での
透過光量値に基づいて、多変量解析法により試料中の成
分の濃度を算出するようにしてある。
光度Ａcλを算出するステップと、(v) 上記波長λの光
に対する各吸光度Ａcλの中からlogeｅに等しい吸光度
Ａcλpを求めるステップと、(vi) 上記波長λの光に対
する吸光度Ａcλpに対応する光路長Ｌpλを記憶するス
テップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことに
より算出された各波長λでの最適光路長Ｌpλ位置での
透過光量値に基づいて、多変量解析法により試料中の成
分の濃度を算出するようにしてある。
【００６０】このため、上記同様に、各試料中のある成
分の濃度の差異の大小に拘わらず、濃度の測定精度の向
上が可能になるという効果を奏する。
分の濃度の差異の大小に拘わらず、濃度の測定精度の向
上が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１１，第１２，第１３発明に係る光学式成
分濃度測定方法を適用した第１，第２，第４，第５，第
６および第９発明に係る光学式成分濃度測定装置の概略
を示す図である。
分濃度測定方法を適用した第１，第２，第４，第５，第
６および第９発明に係る光学式成分濃度測定装置の概略
を示す図である。
【図２】 図１に示す装置におけるセルの部分の拡大断
面図である。
面図である。
【図３】 グルコースの水溶液について、透過光量の変
化量と波数との関係を、図１３に示す装置により測定し
た結果を示す図である。
化量と波数との関係を、図１３に示す装置により測定し
た結果を示す図である。
【図４】 ２種の濃度のヘモグロビンを含む水溶液につ
いて、透過光量の変化量と波数との関係を、図１３に示
す装置により測定した結果を示す図である。
いて、透過光量の変化量と波数との関係を、図１３に示
す装置により測定した結果を示す図である。
【図５】 ヘモグロビンを含む水溶液についての光路長
比と透過光量の変化量の比との関係を示す図である。
比と透過光量の変化量の比との関係を示す図である。
【図６】 アルブミンを含む水溶液についての光路長比
と透過光量の変化量の比との関係を示す図である。
と透過光量の変化量の比との関係を示す図である。
【図７】 グルコースを含む水溶液についての光路長比
と透過光量の変化量の比との関係を示す図である。
と透過光量の変化量の比との関係を示す図である。
【図８】 図１に示す装置におけるセルの変形例を示す
図である。
図である。
【図９】 第１１，第１２，第１３発明に係る光学式成
分濃度測定方法を適用した第１，第３，第４，第５，第
９発明に係る光学式成分濃度測定装置の概略を示す図で
ある。
分濃度測定方法を適用した第１，第３，第４，第５，第
９発明に係る光学式成分濃度測定装置の概略を示す図で
ある。
【図１０】 第１１，第１２，第１３発明に係る光学式
成分濃度測定方法を適用した第１，第２，第４，第５，
第７，第９発明に係る光学式成分濃度測定装置の概略を
示す図である。
成分濃度測定方法を適用した第１，第２，第４，第５，
第７，第９発明に係る光学式成分濃度測定装置の概略を
示す図である。
【図１１】 図１０に示す装置におけるセル，受光部に
代えて、使用されるセル，受光部を示す図である。
代えて、使用されるセル，受光部を示す図である。
【図１２】 第１１，第１２，第１３発明に係る光学式
成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第８，第９発
明に係る光学式成分濃度測定装置の概略を示す図であ
る。
成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第８，第９発
明に係る光学式成分濃度測定装置の概略を示す図であ
る。
【図１３】 第１１，第１２，第１３発明に係る光学式
成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第８，第１０
発明に係る光学式成分濃度測定装置の概略を示す図であ
る。
成分濃度測定方法を適用した第１，第３，第８，第１０
発明に係る光学式成分濃度測定装置の概略を示す図であ
る。
【図１４】 図１３に示す装置におけるランプ、或は図
１，９，１０のレーザに代えて用いられる光照射手段を
示す図である。
１，９，１０のレーザに代えて用いられる光照射手段を
示す図である。
【図１５】 図１３に示す装置におけるランプに代えて
用いられる別の光照射手段を示す図である。
用いられる別の光照射手段を示す図である。
【符号の説明】 １，１ａ，１ｂ セル ２ 光照射部 ３ 受光部 ４ 演算部 １１ 試料 １２ 可変波長
レーザ発生装置 １３，１４ 凸レンズ １５ 測定系 １６，１８ 光量検出手段 １７ 光透過部 １９ 回転ミラー ２２ ランプ ２３ 凸レンズ ２４ 分光器 ２６ レーザーダイオード ２７ ミラー ２８ 回折格子
レーザ発生装置 １３，１４ 凸レンズ １５ 測定系 １６，１８ 光量検出手段 １７ 光透過部 １９ 回転ミラー ２２ ランプ ２３ 凸レンズ ２４ 分光器 ２６ レーザーダイオード ２７ ミラー ２８ 回折格子
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐倉 武司 京都府京都市南区東九条西明田町57番地 株式会社京都第一科学内
Claims (13)
- 【請求項１】 試料を収容し、内部の光路長を異ならせ
ることが可能なセルと、このセルに対して選択された波
長の光を照射するとともに、この照射する光の波長を変
え得る光照射部と、上記セルを透過した光を受け、この
透過光量を検出する受光部と、この受光部で検出した透
過光量に対する光量測定感度のピーク値が生じるときの
光路長を波長毎に算出、記憶し、この波長毎に記憶した
ピーク位置での透過光量値、光路長の値に基づいて上記
試料中の成分の濃度を算出し、算出結果を出力する演算
部とからなる光学式成分濃度測定装置。 - 【請求項２】 上記セルが、連続的、或は段階的に異な
る光路長を有することを特徴とする請求項１に記載の装
置。 - 【請求項３】 上記セルが、可変光路長を有することを
特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項４】 上記光照射部が、異なる波長のレーザの
発生が可能なレーザ発生装置を備えたことを特徴とする
請求項１から３のいずれかに記載の装置 - 【請求項５】 上記レーザ発生装置が可変波長レーザ発
生装置であることを特徴とする請求項４に記載の装置。 - 【請求項６】 上記光照射部が、可変波長レーザ発生装
置と、この可変波長レーザ発生装置からのレーザのビー
ム断面積を拡大し、かつ平行光としたレーザを上記セル
に入射させる測定系とを備えたことを特徴とする請求項
１から３のいずれかに記載の装置。 - 【請求項７】 上記光照射部が、レーザを受けて、この
レーザの反射方向を変える回転可能なミラーと、反射さ
れたレーザを一定の方向に向けさせる測定系を備えたこ
とを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の装
置。 - 【請求項８】 上記光照射部が、異なる波長を含む光を
発する発光部と、この光の内の選択された波長の光を、
平行光として上記セルに入射させる測定系とを有するこ
とを特徴とする請求項１から３に記載の光学式成分測定
装置。 - 【請求項９】 上記受光部が選択された光を受けて光量
を検出する光量検出手段を備えたことを特徴とする請求
項１から８のいずれかに記載の光学式成分濃度測定装
置。 - 【請求項１０】 上記受光部が分光器を備えたことを特
徴とする請求項１から８のいずれかに記載の装置。 - 【請求項１１】 試料を収容し、光が透過する光路長を
異ならせることが可能なセルに対して、異なる波長の光
を発生できる発光部により選択された波長の光を照射す
るステップと、受光部により上記セルを透過した光を受
けて、各光路長における透過光量を検出するステップと
を複数波長について繰り返し、演算部により、上記受光
部で検出した透過光量に対する光量測定感度のピーク値
が生じるときの光路長を波長毎に算出、記憶し、各ピー
ク位置での透過光量値，光路長の値に基づいて上記試料
中の成分の濃度を算出し、算出結果を出力することを特
徴とする光学式成分濃度測定方法。 - 【請求項１２】 (i) セル中に試料を入れていない状態
で、光源から出て、上記セルを透過したある波長λの透
過光の光量を測定して、次式、 【数１】 により入射光量Ｉoを算出するステップと、(ii) 基準
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌを基準光路
長Ｌoとした場合の上記波長λの光の透過光量Ｉtoを測
定するステップと、(iv) 次式、 【数２】 により、基準光路長Ｌo，上記波長λの光の場合のγの
値γoを算出するステップと、(v) 光路長比ｋ＝Ｌ／Ｌ
oに関する次式、 【数３】 により、次式、 【数４】 で定義される光量測定感度Ｓが、上記波長λの場合にお
いて、最大となる光路長Ｌpに対応する光路長比ｋpを算
出するステップと、(vi) 次式、 【数５】 により上記波長λの場合に、光量測定感度Ｓが最大とな
る最適光路長Ｌpλaを算出するステップとを、波長λを
異ならせて複数回繰り返すことにより算出された各波長
λでの最適光路長Ｌpλ位置での透過光量値に基づい
て、多変量解析法により試料中の成分の濃度を算出する
ことを特徴とする光学式成分濃度測定方法。 - 【請求項１３】 (i) セル中に試料を入れていない状態
で、光源から出て、上記セルを透過したある波長λの透
過光の光量測定して、次式、 【数６】 により入射光量Ｉoを算出するステップと、(ii) 基準
濃度試料の上記波長λの光に対する屈折率に依存する透
過率ｔsを算出するステップと、(iii) 上記セルに基準
濃度試料を入れて、セル内における光路長Ｌでの、上記
波長λの光の透過光量ＩtLを測定するステップと、(iv)
次式、 【数７】 により、各光路長Ｌの部分での、波長λaの光に対する
吸光度Ａcλを算出するステップと、(v) 上記波長λの
光に対する各吸光度Ａcλの中からlog10ｅに等しい吸光
度Ａcλpを求めるステップと、(vi) 上記波長λの光に
対する吸光度Ａcλpに対応する光路長Ｌpを記憶するス
テップとを、波長λを異ならせて複数回繰り返すことに
より算出された各波長λaでの最適波長Ｌpλaに基づい
て、多変量解析法により試料中の成分の濃度を算出する
ことを特徴とする光学式成分濃度測定方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17415693A JP3343156B2 (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | 光学式成分濃度測定装置および方法 |
| DE69422669T DE69422669T2 (de) | 1993-07-14 | 1994-07-12 | Vorrichtung und Methode zur optischen Bestimmung von Konzentrationen |
| EP94110777A EP0634642B1 (en) | 1993-07-14 | 1994-07-12 | Apparatus and method for optically measuring concentrations of components |
| US08/562,785 US5602647A (en) | 1993-07-14 | 1995-11-27 | Apparatus and method for optically measuring concentrations of components |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17415693A JP3343156B2 (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | 光学式成分濃度測定装置および方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0727700A true JPH0727700A (ja) | 1995-01-31 |
| JP3343156B2 JP3343156B2 (ja) | 2002-11-11 |
Family
ID=15973671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17415693A Expired - Fee Related JP3343156B2 (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | 光学式成分濃度測定装置および方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5602647A (ja) |
| EP (1) | EP0634642B1 (ja) |
| JP (1) | JP3343156B2 (ja) |
| DE (1) | DE69422669T2 (ja) |
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