JPH0843301A - 液体試料の吸光度、成分濃度又は比重を測定する方法及び装置 - Google Patents
液体試料の吸光度、成分濃度又は比重を測定する方法及び装置Info
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- JPH0843301A JPH0843301A JP13727795A JP13727795A JPH0843301A JP H0843301 A JPH0843301 A JP H0843301A JP 13727795 A JP13727795 A JP 13727795A JP 13727795 A JP13727795 A JP 13727795A JP H0843301 A JPH0843301 A JP H0843301A
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Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 成分濃度と比重を高精度にかつ簡易に測定す
る。 【構成】 液体試料を収容した三角セル2に測定光束を
入射させ、その透過光をリニアセンサ3で受光して透過
光強度と光束の位置をともに検出する。屈折率算出部3
0はリニアセンサ3での検出位置から屈折率を算出し、
吸光度算出部31は透過光強度及び屈折率算出部30で
算出された試料の屈折率を用いて三角セル2での透過率
変化の影響を補正した成分濃度に依存する吸光度を算出
する。成分濃度算出部32は吸光度算出部31で算出さ
れた複数測定波長での成分濃度に依存する吸光度をもと
に多変量解析演算を行なって各成分濃度を算出し、比重
算出部33は成分濃度算出部32で算出された各成分濃
度から比重を算出する。尿比重算出部35は、尿の屈折
率と比重との関係を示す既知のデータを用い、屈折率算
出部30で求められた尿試料の屈折率をそのデータにあ
てはめてその尿試料の比重を求め、成分濃度算出部32
で算出された成分濃度のうちのブドウ糖と蛋白の濃度に
対応する尿比重上昇分を補正する。
る。 【構成】 液体試料を収容した三角セル2に測定光束を
入射させ、その透過光をリニアセンサ3で受光して透過
光強度と光束の位置をともに検出する。屈折率算出部3
0はリニアセンサ3での検出位置から屈折率を算出し、
吸光度算出部31は透過光強度及び屈折率算出部30で
算出された試料の屈折率を用いて三角セル2での透過率
変化の影響を補正した成分濃度に依存する吸光度を算出
する。成分濃度算出部32は吸光度算出部31で算出さ
れた複数測定波長での成分濃度に依存する吸光度をもと
に多変量解析演算を行なって各成分濃度を算出し、比重
算出部33は成分濃度算出部32で算出された各成分濃
度から比重を算出する。尿比重算出部35は、尿の屈折
率と比重との関係を示す既知のデータを用い、屈折率算
出部30で求められた尿試料の屈折率をそのデータにあ
てはめてその尿試料の比重を求め、成分濃度算出部32
で算出された成分濃度のうちのブドウ糖と蛋白の濃度に
対応する尿比重上昇分を補正する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は尿や血液を初めとして各
種液体試料の吸光度、成分濃度又は比重を測定する方法
とそれらの測定装置に関するものである。
種液体試料の吸光度、成分濃度又は比重を測定する方法
とそれらの測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】吸光度測定にはランバート・ベアの法則
が用いられる。理想的な状態のランバートベア法則の吸
収方程式は次の(1)式のように記される。 log{Io(λ)/I(λ)}=ε(λ)×C×L ……(1) Io(λ):セルへの入射光強度 I(λ) :セルを透過した測定光の強度 ε(λ) :成分の吸光係数(波長に依存する) C :溶液中の成分濃度 L :セル長 (1)式から、波長走査の間中、溶液の濃度Cと光路長
Lが変らなければ、IoとIを測定することにより、そ
の物質に固有の吸光係数に比例した形のスペクトルを得
ることができる。
が用いられる。理想的な状態のランバートベア法則の吸
収方程式は次の(1)式のように記される。 log{Io(λ)/I(λ)}=ε(λ)×C×L ……(1) Io(λ):セルへの入射光強度 I(λ) :セルを透過した測定光の強度 ε(λ) :成分の吸光係数(波長に依存する) C :溶液中の成分濃度 L :セル長 (1)式から、波長走査の間中、溶液の濃度Cと光路長
Lが変らなければ、IoとIを測定することにより、そ
の物質に固有の吸光係数に比例した形のスペクトルを得
ることができる。
【0003】尿の比重値は尿中に溶けている全溶質の濃
度を示す指標であり、腎臓により調節される尿量と、最
終的に尿中に排泄される溶質量により決定される。尿比
重の検査法としては、大きく分けると次の5方式が行な
われている。 重量法……同一温度、同一圧力下における純水と同体
積の尿との重量比から尿比重を求める。 超音波法……溶液密度差による超音波音速の差を測定
して尿比重を求める。 試験紙法……イオン強度を測定して尿比重を求める。 液滴落下法……水と混ざり合わない溶媒、例えばオイ
ル中に滴下した尿の沈澱速度から比重を求める。 屈折率法……屈折率は光学物性の1つであって液体の
純度や溶液の濃度と深い相関を有している。また、溶液
においては、その屈折率の精密な測定が可能である。特
に、尿の屈折率は尿比重とほぼ比例することから、日本
臨床病理学会標準化委員会が1979年に作成した図
2,図3の日本臨床病理学会ノモグラムを用いて屈折率
との対応から尿比重を求める。この場合、屈折率は屈折
率計を用いて測定している。
度を示す指標であり、腎臓により調節される尿量と、最
終的に尿中に排泄される溶質量により決定される。尿比
重の検査法としては、大きく分けると次の5方式が行な
われている。 重量法……同一温度、同一圧力下における純水と同体
積の尿との重量比から尿比重を求める。 超音波法……溶液密度差による超音波音速の差を測定
して尿比重を求める。 試験紙法……イオン強度を測定して尿比重を求める。 液滴落下法……水と混ざり合わない溶媒、例えばオイ
ル中に滴下した尿の沈澱速度から比重を求める。 屈折率法……屈折率は光学物性の1つであって液体の
純度や溶液の濃度と深い相関を有している。また、溶液
においては、その屈折率の精密な測定が可能である。特
に、尿の屈折率は尿比重とほぼ比例することから、日本
臨床病理学会標準化委員会が1979年に作成した図
2,図3の日本臨床病理学会ノモグラムを用いて屈折率
との対応から尿比重を求める。この場合、屈折率は屈折
率計を用いて測定している。
【0004】日常検査の中では、屈折率法と試験紙法が
よく用いられている。試験紙法で用いる試験紙は水素イ
オン濃度に応じて青緑色から黄緑色の色調を呈するの
で、尿比重は試験紙の色調を比色することにより、1.
000〜1.030の範囲で0.005幅の7段階で示
される。試験紙法は蛋白や糖の影響を受けにくいという
利点をもっている。しかし、比重提示の精度が屈折率法
では0.001幅であるのに対し、試験紙法では0.0
05幅と粗い。また、試験紙法は目視判定で行なう測定
方法であるのに対し、屈折率法は測定装置を構築しやす
く、高速、かつ高精度に自動測定を行なうことができ
る。
よく用いられている。試験紙法で用いる試験紙は水素イ
オン濃度に応じて青緑色から黄緑色の色調を呈するの
で、尿比重は試験紙の色調を比色することにより、1.
000〜1.030の範囲で0.005幅の7段階で示
される。試験紙法は蛋白や糖の影響を受けにくいという
利点をもっている。しかし、比重提示の精度が屈折率法
では0.001幅であるのに対し、試験紙法では0.0
05幅と粗い。また、試験紙法は目視判定で行なう測定
方法であるのに対し、屈折率法は測定装置を構築しやす
く、高速、かつ高精度に自動測定を行なうことができ
る。
【0005】屈折率法によるメーカー間のばらつきの改
善と、溶質成分の構成比の変動に基づく重量法との差を
補正し、国内での統一基準化が行なわれた。そこで、検
討されたのは以下の2項目である。 (1)尿中に存在する主な溶質は塩化ナトリウム、尿素
などであり、これらは生理的又は病的状態で変動して尿
比重に影響を与える作用をする。 (2)病的条件では、蛋白や糖などの濃度の増加や薬剤
の投与などは、尿比重の変動に、より大きな影響を与え
る。
善と、溶質成分の構成比の変動に基づく重量法との差を
補正し、国内での統一基準化が行なわれた。そこで、検
討されたのは以下の2項目である。 (1)尿中に存在する主な溶質は塩化ナトリウム、尿素
などであり、これらは生理的又は病的状態で変動して尿
比重に影響を与える作用をする。 (2)病的条件では、蛋白や糖などの濃度の増加や薬剤
の投与などは、尿比重の変動に、より大きな影響を与え
る。
【0006】これらの点を勘案してブドウ糖及び蛋白の
尿比重への影響は、 (1)ブドウ糖の濃度1%当り、尿比重は0.004上
昇する (2)蛋白の濃度1%当り、尿比重は0.003上昇す
る として補正されることとなっている。そこで、屈折率法
による尿比重測定は、尿中の蛋白及び糖を測定するため
の汎用の試験紙法と組み合わせて行われており、屈折率
計を用いて求められた比重を、試験紙を用いて求めた糖
と蛋白の濃度に応じて補正している。
尿比重への影響は、 (1)ブドウ糖の濃度1%当り、尿比重は0.004上
昇する (2)蛋白の濃度1%当り、尿比重は0.003上昇す
る として補正されることとなっている。そこで、屈折率法
による尿比重測定は、尿中の蛋白及び糖を測定するため
の汎用の試験紙法と組み合わせて行われており、屈折率
計を用いて求められた比重を、試験紙を用いて求めた糖
と蛋白の濃度に応じて補正している。
【0007】尿素濃度と尿比重との関係を用いて尿比重
を求める方法も提案されている(特開平5−18084
6号公報参照)。その提案された方法では、尿試験紙の
ような尿中の尿素濃度を呈色変化で示すようにした尿素
濃度測定用呈色試験具を使用して尿素濃度を測定し、そ
の結果を、予め作成されている尿素濃度と尿比重の関係
を示す標準色調表に当て嵌めて尿比重を求める。尿素濃
度に基づく発色と尿比重の関係を示した標準色調表は、
尿素濃度と尿比重との関係が 尿比重=尿素濃度(mg/dl)×1.43×10-5+
1.008 で示されることに基づいており、通常測定される尿比重
の範囲1.000〜1.030の間を0.005刻みに7
等分し、各範囲の中心値に対する尿素濃度を示す尿素濃
度測定用呈色試験紙の色調を決定して作成されている。
を求める方法も提案されている(特開平5−18084
6号公報参照)。その提案された方法では、尿試験紙の
ような尿中の尿素濃度を呈色変化で示すようにした尿素
濃度測定用呈色試験具を使用して尿素濃度を測定し、そ
の結果を、予め作成されている尿素濃度と尿比重の関係
を示す標準色調表に当て嵌めて尿比重を求める。尿素濃
度に基づく発色と尿比重の関係を示した標準色調表は、
尿素濃度と尿比重との関係が 尿比重=尿素濃度(mg/dl)×1.43×10-5+
1.008 で示されることに基づいており、通常測定される尿比重
の範囲1.000〜1.030の間を0.005刻みに7
等分し、各範囲の中心値に対する尿素濃度を示す尿素濃
度測定用呈色試験紙の色調を決定して作成されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】吸収測定において、試
料を入れる容器としてガラスなどのセルを用いる場合、
セルと空気、及びセルと溶液界面で光が反射し、透過光
強度に影響が現われる。セルと空気との間での反射は空
気とセルの屈折率だけに関係し、溶液の濃度には依存し
ない。しかし、セルと溶液界面での反射は溶液の屈折率
に関係し、溶液の濃度が異なると変化する。そのため、
屈折が透過率変化を介して透過光強度へ与える影響を修
正する必要がある。
料を入れる容器としてガラスなどのセルを用いる場合、
セルと空気、及びセルと溶液界面で光が反射し、透過光
強度に影響が現われる。セルと空気との間での反射は空
気とセルの屈折率だけに関係し、溶液の濃度には依存し
ない。しかし、セルと溶液界面での反射は溶液の屈折率
に関係し、溶液の濃度が異なると変化する。そのため、
屈折が透過率変化を介して透過光強度へ与える影響を修
正する必要がある。
【0009】そこで、屈折による透過率変化を介して透
過光強度が変化する点を考慮すると、透過光強度Iは、
ランバート・ベアの吸収方程式から次の(2)式のよう
に表わされる。 I=Iot(no,nc,n)exp(−ΣαiCiL) (2) αi:溶液中のi成分の吸収係数(波長に依存する) Ci:溶液中のi成分濃度 t(no,nc,n):透過率 no;大気の屈折率 n ;溶液の屈折率(波長に依存する) nc;セルの屈折率 つまり、大気、セル及び溶液の間で屈折率が相違するた
め、波長によって透過率tが変化して透過光強度Iが変
化し、それが吸光度に影響する結果、成分濃度の測定結
果には透過率変化に起因する誤差が入り込む。
過光強度が変化する点を考慮すると、透過光強度Iは、
ランバート・ベアの吸収方程式から次の(2)式のよう
に表わされる。 I=Iot(no,nc,n)exp(−ΣαiCiL) (2) αi:溶液中のi成分の吸収係数(波長に依存する) Ci:溶液中のi成分濃度 t(no,nc,n):透過率 no;大気の屈折率 n ;溶液の屈折率(波長に依存する) nc;セルの屈折率 つまり、大気、セル及び溶液の間で屈折率が相違するた
め、波長によって透過率tが変化して透過光強度Iが変
化し、それが吸光度に影響する結果、成分濃度の測定結
果には透過率変化に起因する誤差が入り込む。
【0010】入射光強度Ioを補正する方法は各種考案
されている。例えば、(1)同一セルに水などの参照物
質を入れて測定する、(2)光源光の一部をセルを通さ
ずにモニタする、などが行なわれているが、屈折率の相
違による誤差までは補償されていない。
されている。例えば、(1)同一セルに水などの参照物
質を入れて測定する、(2)光源光の一部をセルを通さ
ずにモニタする、などが行なわれているが、屈折率の相
違による誤差までは補償されていない。
【0011】また、屈折による透過率変化の透過光強度
への影響は、セル長Lを長くすると相対的に小さくな
り、吸収測定の精度を高くすることができる。しかし、
セル長を長くすると、高散乱物質などの測定を行なった
場合に透過光強度が小さくなり、S/N比が悪くなる。
尿比重を求める従来の屈折率法では、屈折率と成分濃度
をそれぞれ異なる手段により測定するため、高価な装置
を必要とし、測定の手間や煩雑さが加わる問題がある。
への影響は、セル長Lを長くすると相対的に小さくな
り、吸収測定の精度を高くすることができる。しかし、
セル長を長くすると、高散乱物質などの測定を行なった
場合に透過光強度が小さくなり、S/N比が悪くなる。
尿比重を求める従来の屈折率法では、屈折率と成分濃度
をそれぞれ異なる手段により測定するため、高価な装置
を必要とし、測定の手間や煩雑さが加わる問題がある。
【0012】尿素濃度と尿比重との関係を用いる上記引
用例の方法では、日本臨床病理学会ノモグラムに示す分
解能を得ることは不可能であり、装置を使用して精密な
尿比重を検査する前のスクリーニングにしか利用するこ
とができない。そのため異常値が出た場合は別の方法で
再測定が必要になる。また、尿素濃度を測定して現われ
た呈色状態を、呈色試験具に現われた同じ色又は近似し
た色を目視で判定するため、測定者の個人差を含むこと
になる。
用例の方法では、日本臨床病理学会ノモグラムに示す分
解能を得ることは不可能であり、装置を使用して精密な
尿比重を検査する前のスクリーニングにしか利用するこ
とができない。そのため異常値が出た場合は別の方法で
再測定が必要になる。また、尿素濃度を測定して現われ
た呈色状態を、呈色試験具に現われた同じ色又は近似し
た色を目視で判定するため、測定者の個人差を含むこと
になる。
【0013】本発明の第1の目的は、高散乱物質にも適
用でき、セル長を長くすることなく、空気、セル、被測
定物質の屈折率の相違に起因する誤差をも補償して吸光
度を測定する簡便な方法及び装置を提供することであ
る。本発明の第2の目的は、その吸光度をもとにして成
分濃度を求める方法及び装置を提供することである。本
発明の第3の目的は、尿試料に限らず、溶液試料一般に
ついて、吸光度をもとにして成分濃度を求め、それを用
いてさらに比重を算出する方法と装置を提供することで
ある。本発明の第4の目的は、1台の測定装置で、尿試
料の屈折率と成分濃度を同時に測定し、屈折率と比重の
関係から尿の比重を求め、尿比重の補正因子である蛋白
と糖の濃度値による補正も行なうことにより、高精度で
精密な尿比重測定を簡易に行なう方法と装置を提供する
ことである。
用でき、セル長を長くすることなく、空気、セル、被測
定物質の屈折率の相違に起因する誤差をも補償して吸光
度を測定する簡便な方法及び装置を提供することであ
る。本発明の第2の目的は、その吸光度をもとにして成
分濃度を求める方法及び装置を提供することである。本
発明の第3の目的は、尿試料に限らず、溶液試料一般に
ついて、吸光度をもとにして成分濃度を求め、それを用
いてさらに比重を算出する方法と装置を提供することで
ある。本発明の第4の目的は、1台の測定装置で、尿試
料の屈折率と成分濃度を同時に測定し、屈折率と比重の
関係から尿の比重を求め、尿比重の補正因子である蛋白
と糖の濃度値による補正も行なうことにより、高精度で
精密な尿比重測定を簡易に行なう方法と装置を提供する
ことである。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明による吸光度測定
方法は、測定光束の入射面に対し出射面が傾斜している
三角セルに液体試料を収容し、測定光束を前記入射面に
垂直な方向に入射させ、その出射面から出射する測定光
束を光の強度と位置をともに検出できるリニアセンサで
受光し、測定光束の複数の測定波長の各波長ごとに透過
光強度を検出するとともに、そのリニアセンサ上での測
定光束位置から試料の屈折率を算出し、その算出された
屈折率、既知の大気屈折率及び既知のセル屈折率を用い
て三角セルでの透過率変化を介して透過光強度へ与える
影響を補正して吸光度を求める。
方法は、測定光束の入射面に対し出射面が傾斜している
三角セルに液体試料を収容し、測定光束を前記入射面に
垂直な方向に入射させ、その出射面から出射する測定光
束を光の強度と位置をともに検出できるリニアセンサで
受光し、測定光束の複数の測定波長の各波長ごとに透過
光強度を検出するとともに、そのリニアセンサ上での測
定光束位置から試料の屈折率を算出し、その算出された
屈折率、既知の大気屈折率及び既知のセル屈折率を用い
て三角セルでの透過率変化を介して透過光強度へ与える
影響を補正して吸光度を求める。
【0015】本発明による成分濃度測定方法は、上記の
方法により求められた各測定波長ごとの吸光度を用い、
多変量解析演算を行なって各成分濃度を算出する。本発
明による液体試料の比重測定方法は、上記の方法により
算出された各成分濃度を加算して密度を算出し、それを
もとに比重を算出する。本発明による尿比重測定方法
は、尿の屈折率と比重との関係を示す既知のデータを用
い、上記の方法により求められた尿試料の屈折率をその
データにあてはめてその尿試料の比重を求め、かつ上記
の方法により算出された成分濃度のうちのブドウ糖と蛋
白の濃度に対応する尿比重上昇分を補正する。
方法により求められた各測定波長ごとの吸光度を用い、
多変量解析演算を行なって各成分濃度を算出する。本発
明による液体試料の比重測定方法は、上記の方法により
算出された各成分濃度を加算して密度を算出し、それを
もとに比重を算出する。本発明による尿比重測定方法
は、尿の屈折率と比重との関係を示す既知のデータを用
い、上記の方法により求められた尿試料の屈折率をその
データにあてはめてその尿試料の比重を求め、かつ上記
の方法により算出された成分濃度のうちのブドウ糖と蛋
白の濃度に対応する尿比重上昇分を補正する。
【0016】本発明の方法を実現する装置を図1に示
す。2は液体試料を収容し、測定光束の入射面に対し出
射面が傾斜した三角セルであり、測定光束が三角セル2
の入射面に対して垂直方向に入射するように測定光路が
設定された測定光学系と組み合わされている。3は三角
セル2の出射面から出射する測定光束を受光する位置に
設けられ、光の強度と位置をともに検出できるリニアセ
ンサである。30は屈折率算出部であり、三角セル2に
屈折率が既知の液体を入れて測定したときの三角セル2
からの出射光をリニアセンサ3で受光したときの検出位
置を基準とし、三角セル2に屈折率が未知の試料を入れ
て測定したときの三角セル2からの出射光を前記リニア
センサ3で受光したときの検出位置の変位置量を検出
し、その変位置量に対応する試料の屈折率を検量線又は
計算により算出する。31は吸光度算出部であり、三角
セル2からの出射光をリニアセンサ3で受光したときの
透過光強度、大気の屈折率及びセルの屈折率、並びに屈
折率算出部30で算出された試料の屈折率を用いて三角
セル2での透過率変化の影響を補正した成分濃度に依存
する吸光度を算出する。32は成分濃度算出部であり、
吸光度算出部31で算出された複数測定波長での成分濃
度に依存する吸光度をもとに多変量解析演算を行なって
各成分濃度を算出する。33は比重算出部であり、成分
濃度算出部32で算出された各成分濃度を加算して密度
を算出し、それをもとに比重を算出する。35は尿比重
算出部であり、尿の屈折率と比重との関係を示す既知の
データを用い、屈折率算出部30で求められた尿試料の
屈折率をそのデータにあてはめてその尿試料の比重を求
め、成分濃度算出部32で算出された成分濃度のうちの
ブドウ糖と蛋白の濃度に対応する尿比重上昇分を補正す
る。34は各部で算出された吸光度、成分濃度、液体試
料の比重、又は尿試料の比重を出力するレコーダやCR
Tなどの出力部である。
す。2は液体試料を収容し、測定光束の入射面に対し出
射面が傾斜した三角セルであり、測定光束が三角セル2
の入射面に対して垂直方向に入射するように測定光路が
設定された測定光学系と組み合わされている。3は三角
セル2の出射面から出射する測定光束を受光する位置に
設けられ、光の強度と位置をともに検出できるリニアセ
ンサである。30は屈折率算出部であり、三角セル2に
屈折率が既知の液体を入れて測定したときの三角セル2
からの出射光をリニアセンサ3で受光したときの検出位
置を基準とし、三角セル2に屈折率が未知の試料を入れ
て測定したときの三角セル2からの出射光を前記リニア
センサ3で受光したときの検出位置の変位置量を検出
し、その変位置量に対応する試料の屈折率を検量線又は
計算により算出する。31は吸光度算出部であり、三角
セル2からの出射光をリニアセンサ3で受光したときの
透過光強度、大気の屈折率及びセルの屈折率、並びに屈
折率算出部30で算出された試料の屈折率を用いて三角
セル2での透過率変化の影響を補正した成分濃度に依存
する吸光度を算出する。32は成分濃度算出部であり、
吸光度算出部31で算出された複数測定波長での成分濃
度に依存する吸光度をもとに多変量解析演算を行なって
各成分濃度を算出する。33は比重算出部であり、成分
濃度算出部32で算出された各成分濃度を加算して密度
を算出し、それをもとに比重を算出する。35は尿比重
算出部であり、尿の屈折率と比重との関係を示す既知の
データを用い、屈折率算出部30で求められた尿試料の
屈折率をそのデータにあてはめてその尿試料の比重を求
め、成分濃度算出部32で算出された成分濃度のうちの
ブドウ糖と蛋白の濃度に対応する尿比重上昇分を補正す
る。34は各部で算出された吸光度、成分濃度、液体試
料の比重、又は尿試料の比重を出力するレコーダやCR
Tなどの出力部である。
【0017】本発明における三角セルは外形が三角形で
あるものだけでなく、測定に用いる光束が通過する一対
のガラス面が互いに平行でなく、その一対のガラス面が
直接又は延長線上で交差するものであればよい。すなわ
ち、測定光束の入射面に対し出射面が傾斜しているもの
を三角セルと呼ぶ。
あるものだけでなく、測定に用いる光束が通過する一対
のガラス面が互いに平行でなく、その一対のガラス面が
直接又は延長線上で交差するものであればよい。すなわ
ち、測定光束の入射面に対し出射面が傾斜しているもの
を三角セルと呼ぶ。
【0018】
【作用】屈折率算出部30と吸光度算出部31における
動作を説明する。屈折率及び吸光度算出 屈折率の透過率への影響を考慮した理論式は、式(2)
に示した通りであるが、ここで、式(2)から透過率I
o/Iは次のように変形される。 Io/I=(1/t)exp(ΣαiCiL) (3)
動作を説明する。屈折率及び吸光度算出 屈折率の透過率への影響を考慮した理論式は、式(2)
に示した通りであるが、ここで、式(2)から透過率I
o/Iは次のように変形される。 Io/I=(1/t)exp(ΣαiCiL) (3)
【0019】式(3)から、吸光度Aを求めると次のよ
うになる。 A=log(Io/I) =log{(1/t)exp(ΣαiCiL)} =−logt+ΣαiCiL =An+Ac (4) Ac:成分濃度Ciに依存する吸光度 An:反射の影響を受けた吸光度
うになる。 A=log(Io/I) =log{(1/t)exp(ΣαiCiL)} =−logt+ΣαiCiL =An+Ac (4) Ac:成分濃度Ciに依存する吸光度 An:反射の影響を受けた吸光度
【0020】式(4)から、成分濃度Ciに依存する吸
光度Acは次のように求められる。 Ac=A−An (5) 吸光度AはIoとIの測定値を用い、式(4)から求め
ることができる。Iは、三角セル2を用いて透過光強度
と溶液の屈折率nを同時に測定するようにした図4に示
すように、セル2を透過してリニアセンサ3で捉えられ
た波形のピーク位置の出力値から求められる。Ioは装
置固有の値であり、光学系設定時に測定しておく。t
は、図5に模式的に示されるセル2の各界面1,2,
3,4での透過率から、 t=t1t2t3t4 (6) t1:界面1での透過率 t2:界面2での透過率 t3:界面3での透過率 t4:界面4での透過率 となる。空気とセル2との界面での透過率においてはt
1=t4、セル2と溶液2aの界面での透過率においては
t2=t3であるから、フレネルの式を利用して t1=t4=4n0nc/(n0+nc)2 (7) t2=t3=4n0n/(nc+n)2 (8) となる。式(6)は、式(7)と式(8)から、 t=256n0 4n2nc2/(n0+nc)4(nc+n)4 (9)
光度Acは次のように求められる。 Ac=A−An (5) 吸光度AはIoとIの測定値を用い、式(4)から求め
ることができる。Iは、三角セル2を用いて透過光強度
と溶液の屈折率nを同時に測定するようにした図4に示
すように、セル2を透過してリニアセンサ3で捉えられ
た波形のピーク位置の出力値から求められる。Ioは装
置固有の値であり、光学系設定時に測定しておく。t
は、図5に模式的に示されるセル2の各界面1,2,
3,4での透過率から、 t=t1t2t3t4 (6) t1:界面1での透過率 t2:界面2での透過率 t3:界面3での透過率 t4:界面4での透過率 となる。空気とセル2との界面での透過率においてはt
1=t4、セル2と溶液2aの界面での透過率においては
t2=t3であるから、フレネルの式を利用して t1=t4=4n0nc/(n0+nc)2 (7) t2=t3=4n0n/(nc+n)2 (8) となる。式(6)は、式(7)と式(8)から、 t=256n0 4n2nc2/(n0+nc)4(nc+n)4 (9)
【0021】式(9)において、空気の屈折率n0を1
とし、セルの屈折率をncとして材質により決定される
既知の値を用い、溶液の屈折率nとして図4に示す装置
から測定した値を用いると、tを算出することができ、
吸光度Anはその算出値tを用いて、An=−logtに
より算出できる。
とし、セルの屈折率をncとして材質により決定される
既知の値を用い、溶液の屈折率nとして図4に示す装置
から測定した値を用いると、tを算出することができ、
吸光度Anはその算出値tを用いて、An=−logtに
より算出できる。
【0022】ここで、図4の装置を用いて溶液の屈折率
nを測定する原理を説明する。屈折率算出部30は屈折
率の絶対値を直接求めるのではなく、図4において、参
照物質(例えば水)を測定した場合の光軸のリニアセン
サ3の受光面上の照射位置と、尿試料を測定した場合の
光軸のリニアセンサ3の受光面上の照射位置との差(こ
れを変位置量と定義する)を測定して屈折率に換算す
る。
nを測定する原理を説明する。屈折率算出部30は屈折
率の絶対値を直接求めるのではなく、図4において、参
照物質(例えば水)を測定した場合の光軸のリニアセン
サ3の受光面上の照射位置と、尿試料を測定した場合の
光軸のリニアセンサ3の受光面上の照射位置との差(こ
れを変位置量と定義する)を測定して屈折率に換算す
る。
【0023】図4において、三角セル2の入射面に直角
に入射した測定光は屈折して空気層へ出射され、リニア
センサ3へ入射する。セル2、溶液及び空気における屈
折の関係を、 θ1:溶液からセル界面への入射角 θ2:溶液側セル界面からセル層への屈折角 θ3:セル層から空気層への出射角 n0:空気の屈折率 nc:セルの屈折率 n:溶液の屈折率(波長に依存する) とすると、 n・sinθ1=nc・sinθ2 (10) nc・sinθ2=n0・sinθ3 (11) となる。式(10)と式(11)から、 n・sinθ1=n0・sinθ3 となり、溶液の屈折率nは、 n=n0・sinθ3/sinθ1 (12) となる。式(12)は、sinθ1=sinαであることから
次のように変形される。 n=n0・sinθ3/sinα (13) 空気の屈折率n0=1、αが三角セル2の頂角であるこ
とから、屈折角θ3を測定することにより溶液の屈折率
nを計算で求めることができる。
に入射した測定光は屈折して空気層へ出射され、リニア
センサ3へ入射する。セル2、溶液及び空気における屈
折の関係を、 θ1:溶液からセル界面への入射角 θ2:溶液側セル界面からセル層への屈折角 θ3:セル層から空気層への出射角 n0:空気の屈折率 nc:セルの屈折率 n:溶液の屈折率(波長に依存する) とすると、 n・sinθ1=nc・sinθ2 (10) nc・sinθ2=n0・sinθ3 (11) となる。式(10)と式(11)から、 n・sinθ1=n0・sinθ3 となり、溶液の屈折率nは、 n=n0・sinθ3/sinθ1 (12) となる。式(12)は、sinθ1=sinαであることから
次のように変形される。 n=n0・sinθ3/sinα (13) 空気の屈折率n0=1、αが三角セル2の頂角であるこ
とから、屈折角θ3を測定することにより溶液の屈折率
nを計算で求めることができる。
【0024】ここでは、屈折角θ3を測定するのではな
く、屈折率の変化(例えば、水の場合と試料溶液の場合
との変化)による測定光束の変位置量Dを測定し、それ
をもとに屈折率を計算する。変位置量Dは、リニアセン
サ3で捉えた波形のピーク位置を検出し、基準物質(例
えば水)を測定したときの波形のピーク位置D0を基準
として、試料溶液を測定したときの波形のピーク位置ま
での距離Dを測定することにより求める。セル層から空
気層への出射角θ3が、基準物質を測定したときと試料
溶液を測定したときとでdθ3だけ変化したとすれば、
変位置量Dは D=M・dθ3 である。Mは三角セルの光出射点からリニアセンサ3ま
での距離である。一方、式(13)から、 dn=(n0・cosθ3/sinα)・dθ3 であるので、この2つの式から dn=D・n0・cosθ3/M・sinα (14) となる。ここで、cosθ3は装置固有の値で、光学系設定
時に測定しておく。(14)式によれば、試料溶液の屈
折率nと基準物質の屈折率nsとの差dnは変位置量D
に比例する。 n=ns+dn であるので、(14)式を用いると、変位置量Dの測定
から計算のみによって試料溶液の屈折率nを求めること
もできる。
く、屈折率の変化(例えば、水の場合と試料溶液の場合
との変化)による測定光束の変位置量Dを測定し、それ
をもとに屈折率を計算する。変位置量Dは、リニアセン
サ3で捉えた波形のピーク位置を検出し、基準物質(例
えば水)を測定したときの波形のピーク位置D0を基準
として、試料溶液を測定したときの波形のピーク位置ま
での距離Dを測定することにより求める。セル層から空
気層への出射角θ3が、基準物質を測定したときと試料
溶液を測定したときとでdθ3だけ変化したとすれば、
変位置量Dは D=M・dθ3 である。Mは三角セルの光出射点からリニアセンサ3ま
での距離である。一方、式(13)から、 dn=(n0・cosθ3/sinα)・dθ3 であるので、この2つの式から dn=D・n0・cosθ3/M・sinα (14) となる。ここで、cosθ3は装置固有の値で、光学系設定
時に測定しておく。(14)式によれば、試料溶液の屈
折率nと基準物質の屈折率nsとの差dnは変位置量D
に比例する。 n=ns+dn であるので、(14)式を用いると、変位置量Dの測定
から計算のみによって試料溶液の屈折率nを求めること
もできる。
【0025】実用的で高精度に屈折率を求めることので
きる方法は、検量線を用いる方法である。検量線法で
は、ある比重範囲(例えば1.000〜1.050)の試
料を用い、各試料について、本発明での方法により測定
した変位置量Dのデータと、別に屈折率計を用いて得た
屈折率データとから検量線式を導いておく。そして、試
料溶液の測定にあたっては、本発明により変位置量値D
を測定して検量線を用いて屈折率nを算出する。
きる方法は、検量線を用いる方法である。検量線法で
は、ある比重範囲(例えば1.000〜1.050)の試
料を用い、各試料について、本発明での方法により測定
した変位置量Dのデータと、別に屈折率計を用いて得た
屈折率データとから検量線式を導いておく。そして、試
料溶液の測定にあたっては、本発明により変位置量値D
を測定して検量線を用いて屈折率nを算出する。
【0026】本発明によれば、測定した吸光度Aと算出
したAnを用い、式(5)によりAc(=A−An)を
算出することにより、屈折が透過率変化を介して透過光
強度へ与える影響を補正することができ、成分濃度Ci
に依存する吸光度Acを正確に求めることができる。
したAnを用い、式(5)によりAc(=A−An)を
算出することにより、屈折が透過率変化を介して透過光
強度へ与える影響を補正することができ、成分濃度Ci
に依存する吸光度Acを正確に求めることができる。
【0027】成分濃度算出 成分濃度に依存する吸光度Acをもとにして成分濃度を
算出する成分濃度算出部32の動作を説明する。(4)
式から、成分濃度に依存する吸光度Acは Ac=ΣαiCiL であり、未知変数はCi(i=1,2,……K;Kは成
分数)であるので、K個の独立な波長で吸光度を測定
し、連立方程式を解けば各成分の濃度を算出することが
できる。主成分回帰分析法(PCR法)や部分最小二乗
法(PLS法)などの多変量回帰分析法を用いてデータ
解析を行なえば、濃度をより高精度に求めることができ
る。
算出する成分濃度算出部32の動作を説明する。(4)
式から、成分濃度に依存する吸光度Acは Ac=ΣαiCiL であり、未知変数はCi(i=1,2,……K;Kは成
分数)であるので、K個の独立な波長で吸光度を測定
し、連立方程式を解けば各成分の濃度を算出することが
できる。主成分回帰分析法(PCR法)や部分最小二乗
法(PLS法)などの多変量回帰分析法を用いてデータ
解析を行なえば、濃度をより高精度に求めることができ
る。
【0028】多変量回帰分析法では、一度に多くの吸光
度情報を用いて回帰分析することができるので、単回帰
分析に比べて高い精度の定量分析が可能である。重回帰
分析は最も多用されているが、多数の試料が必要であ
り、各波長の吸光度値どうしの相関が高い場合にはその
定量分析精度は非常に低くなる。一方、多変量回帰分析
法である主成分回帰分析法は多波長の吸光度情報を互い
に無相関な主成分に集約させることができ、さらに不必
要なノイズデータを削除することができるので、高い定
量分析精度が得られる。また部分最小二乗法は主成分の
抽出の際に試料濃度のデータも利用することができるの
で、主成分回帰分析法と同様に高い定量分析精度を得る
ことができる。
度情報を用いて回帰分析することができるので、単回帰
分析に比べて高い精度の定量分析が可能である。重回帰
分析は最も多用されているが、多数の試料が必要であ
り、各波長の吸光度値どうしの相関が高い場合にはその
定量分析精度は非常に低くなる。一方、多変量回帰分析
法である主成分回帰分析法は多波長の吸光度情報を互い
に無相関な主成分に集約させることができ、さらに不必
要なノイズデータを削除することができるので、高い定
量分析精度が得られる。また部分最小二乗法は主成分の
抽出の際に試料濃度のデータも利用することができるの
で、主成分回帰分析法と同様に高い定量分析精度を得る
ことができる。
【0029】例えば、測定しようとする各試料成分につ
いてその単成分水溶液の可視又は近赤外の波長領域での
濃度と吸光度との間の相関係数の絶対値が0.5以上、
好ましくは0.9以上の波長をその成分固有の測定波長
として選択し、試料溶液に対し可視光又は近赤外光を照
射し、測定しようとする複数の各成分についてそれぞれ
前記の条件で選択された測定波長での吸光度を測定する
ことにより、多変量回帰分析法により複数の試料成分を
同時に定量分析することができる。波長λjでの吸光度
Aと濃度との相関係数Rjは次の式により与えられる。
いてその単成分水溶液の可視又は近赤外の波長領域での
濃度と吸光度との間の相関係数の絶対値が0.5以上、
好ましくは0.9以上の波長をその成分固有の測定波長
として選択し、試料溶液に対し可視光又は近赤外光を照
射し、測定しようとする複数の各成分についてそれぞれ
前記の条件で選択された測定波長での吸光度を測定する
ことにより、多変量回帰分析法により複数の試料成分を
同時に定量分析することができる。波長λjでの吸光度
Aと濃度との相関係数Rjは次の式により与えられる。
【0030】
【数1】
【0031】上記の式中で、Aijはi番目のサンプル
でのその成分の波長λjでの吸光度、Ciはi番目のサ
ンプルでのその成分の濃度である。試料が尿試料の場合
には、各尿中成分の測定波長として、水に対して強い吸
収をもつ波長領域を避け、水に対して透過率の高い25
000〜5280cm-1又は4980〜4000cm-1
の波数領域から選択する。
でのその成分の波長λjでの吸光度、Ciはi番目のサ
ンプルでのその成分の濃度である。試料が尿試料の場合
には、各尿中成分の測定波長として、水に対して強い吸
収をもつ波長領域を避け、水に対して透過率の高い25
000〜5280cm-1又は4980〜4000cm-1
の波数領域から選択する。
【0032】各尿中成分の好ましい測定波長は、波数で
表わして、グルコースに対しては11380〜9720
cm-1、9430〜9400cm-1、9340〜932
0cm-1、9260〜6560cm-1、6510〜55
40cm-1、5530〜5280cm-1、4980〜4
850cm-1、4830〜4480cm-1、4440〜
4330cm-1又は4300〜4010cm-1から選択
し、ヘモグロビンに対しては25000〜7250cm
-1、7220〜6430cm-1、6190〜5690c
m-1、5660〜5280cm-1又は4900〜408
0cm-1から選択し、アルブミンに対しては7280〜
6350cm-1、5910〜5880cm-1、5790
〜5740cm-1、5630〜5300cm-1、490
0〜4720cm-1、4670〜4280cm-1又は4
230〜4070cm-1から選択し、アセト酢酸リチウ
ムに対しては8490〜6360cm-1、6040〜5
610cm-1、5430〜5300cm-1、4900〜
4760cm-1、4680〜4510cm-1又は447
0〜4320cm-1から選択し、アスコルビン酸に対し
ては7270〜6520cm-1、6430〜5290c
m-1、4950〜4860cm-1又は4810〜409
0cm-1から選択し、クレアチニンに対しては9370
〜5870cm-1、5810〜5280cm-1、498
0〜4730cm-1、4690〜4320cm-1又は4
290〜4090cm-1から選択し、塩化ナトリウムに
対しては7640〜5280cm-1又は4980〜40
80cm-1から選択し、亜硝酸ナトリウムに対しては8
680〜5300cm-1、4980〜4210cm-1又
は4160〜4100cm-1から選択する。
表わして、グルコースに対しては11380〜9720
cm-1、9430〜9400cm-1、9340〜932
0cm-1、9260〜6560cm-1、6510〜55
40cm-1、5530〜5280cm-1、4980〜4
850cm-1、4830〜4480cm-1、4440〜
4330cm-1又は4300〜4010cm-1から選択
し、ヘモグロビンに対しては25000〜7250cm
-1、7220〜6430cm-1、6190〜5690c
m-1、5660〜5280cm-1又は4900〜408
0cm-1から選択し、アルブミンに対しては7280〜
6350cm-1、5910〜5880cm-1、5790
〜5740cm-1、5630〜5300cm-1、490
0〜4720cm-1、4670〜4280cm-1又は4
230〜4070cm-1から選択し、アセト酢酸リチウ
ムに対しては8490〜6360cm-1、6040〜5
610cm-1、5430〜5300cm-1、4900〜
4760cm-1、4680〜4510cm-1又は447
0〜4320cm-1から選択し、アスコルビン酸に対し
ては7270〜6520cm-1、6430〜5290c
m-1、4950〜4860cm-1又は4810〜409
0cm-1から選択し、クレアチニンに対しては9370
〜5870cm-1、5810〜5280cm-1、498
0〜4730cm-1、4690〜4320cm-1又は4
290〜4090cm-1から選択し、塩化ナトリウムに
対しては7640〜5280cm-1又は4980〜40
80cm-1から選択し、亜硝酸ナトリウムに対しては8
680〜5300cm-1、4980〜4210cm-1又
は4160〜4100cm-1から選択する。
【0033】比重算出 比重算出部33の動作を説明する。比重算出部33では
成分濃度算出部32で求められた試料溶液中の全ての成
分濃度から比重を算出する。密度ρは、 ρ=m/V (15) m:全成分の重量 V:試料溶液の体積 で定義される。各成分の重量をmiとすると、各成分の
体積濃度Ciは、 Ci=mi/V (16) である。m=Σmiであるので、式(15)と式(1
6)から、 ρ=m/V =Σmi/V =ΣCi (17) となる。式(17)で求める密度と水の密度(常数)か
ら比重を求めることができ、成分の重量を測らなくて
も、成分濃度から比重を計算により求めることができ
る。試料溶液の比重を計算で求めるこの方法は、尿試料
に適用できることは勿論であるが、その他の溶液試料に
ついても一般的に適用することができる。
成分濃度算出部32で求められた試料溶液中の全ての成
分濃度から比重を算出する。密度ρは、 ρ=m/V (15) m:全成分の重量 V:試料溶液の体積 で定義される。各成分の重量をmiとすると、各成分の
体積濃度Ciは、 Ci=mi/V (16) である。m=Σmiであるので、式(15)と式(1
6)から、 ρ=m/V =Σmi/V =ΣCi (17) となる。式(17)で求める密度と水の密度(常数)か
ら比重を求めることができ、成分の重量を測らなくて
も、成分濃度から比重を計算により求めることができ
る。試料溶液の比重を計算で求めるこの方法は、尿試料
に適用できることは勿論であるが、その他の溶液試料に
ついても一般的に適用することができる。
【0034】尿比重測定 試料が尿試料である場合に、屈折率算出部30で尿試料
の屈折率を算出し、比重算出部35で尿の比重を算出す
る方法を説明する。この方法だけは尿試料に特有の方法
であり、尿以外の溶液試料に適用することはできない。
の屈折率を算出し、比重算出部35で尿の比重を算出す
る方法を説明する。この方法だけは尿試料に特有の方法
であり、尿以外の溶液試料に適用することはできない。
【0035】比重算出部35は、屈折率算出部30で求
められた屈折率を用い、例えば図2及び図3に示される
ノモグラムから比重を算出する。比重範囲が1.035
を越える範囲については図2及び図3に示されたもの以
外のノモグラムを用いて比重を算出する。さらに、吸光
度算出部31と成分濃度算出部32により、屈折が透過
率変化を介して透過光強度へ与える影響を補正して算出
された成分濃度のうちのブドウ糖と蛋白の濃度を用い、 ブドウ糖……濃度1%あたり、尿比重は0.004上昇 蛋白 ……濃度1%あたり、尿比重は0.003上昇 という事実に基づき、図2及び図3のノモグラムから求
めた比重値を補正する。
められた屈折率を用い、例えば図2及び図3に示される
ノモグラムから比重を算出する。比重範囲が1.035
を越える範囲については図2及び図3に示されたもの以
外のノモグラムを用いて比重を算出する。さらに、吸光
度算出部31と成分濃度算出部32により、屈折が透過
率変化を介して透過光強度へ与える影響を補正して算出
された成分濃度のうちのブドウ糖と蛋白の濃度を用い、 ブドウ糖……濃度1%あたり、尿比重は0.004上昇 蛋白 ……濃度1%あたり、尿比重は0.003上昇 という事実に基づき、図2及び図3のノモグラムから求
めた比重値を補正する。
【0036】すなわち、屈折率と吸光度の同時測定によ
り、吸光度測定から比重の補正因子であるブドウ糖及び
蛋白の濃度を求め、それをもとに尿比重の補正を行なう
ことにより、単一の方法及び単一の装置で、簡易で精密
な尿比重測定を行なうことができるようになる。
り、吸光度測定から比重の補正因子であるブドウ糖及び
蛋白の濃度を求め、それをもとに尿比重の補正を行なう
ことにより、単一の方法及び単一の装置で、簡易で精密
な尿比重測定を行なうことができるようになる。
【0037】
【実施例】図6は第1の実施例を表わす。光源1は複数
の波長の測定光束を選択的に放出できる光源であり、例
えばレーザダイオードアレイ、可変波長レーザ、又は多
波長を発生する光源と分光器を組み合わせたものなどで
ある。光源1からの測定光束は三角セル2の入射面に対
し直角に入射するように光源とセル2が配置されてい
る。セル2を透過し、屈折した測定光束はリニアセンサ
3で受光される。リニアセンサ3は入射光の強度と位置
をともに電気信号に変換して出力できるものであり、こ
のようなリニアセンサとしてはフォトダイオードアレイ
やCCDセンサを用いることができる。データ処理部4
はリニアセンサ3からの電気信号を各波長ごとの信号に
分離し、A/D変換してデジタル信号に変換する入出力
ポート10、CPU6、ROM7、RAM8、磁気記憶
装置などの記憶媒体9を含んでいる。5は出力部として
のレコーダである。図1における屈折率算出部30、吸
光度算出部31、成分濃度算出部32、比重算出部3
3,35はデータ処理部4により実現されている。
の波長の測定光束を選択的に放出できる光源であり、例
えばレーザダイオードアレイ、可変波長レーザ、又は多
波長を発生する光源と分光器を組み合わせたものなどで
ある。光源1からの測定光束は三角セル2の入射面に対
し直角に入射するように光源とセル2が配置されてい
る。セル2を透過し、屈折した測定光束はリニアセンサ
3で受光される。リニアセンサ3は入射光の強度と位置
をともに電気信号に変換して出力できるものであり、こ
のようなリニアセンサとしてはフォトダイオードアレイ
やCCDセンサを用いることができる。データ処理部4
はリニアセンサ3からの電気信号を各波長ごとの信号に
分離し、A/D変換してデジタル信号に変換する入出力
ポート10、CPU6、ROM7、RAM8、磁気記憶
装置などの記憶媒体9を含んでいる。5は出力部として
のレコーダである。図1における屈折率算出部30、吸
光度算出部31、成分濃度算出部32、比重算出部3
3,35はデータ処理部4により実現されている。
【0038】図7は第2の実施例を表わす。光源1aは
ハロゲンランプのように複数の波長を同時に発生する光
源である。セル2を透過した後の測定光が分光装置11
を経てリニアセンサ3に受光される。分光装置11は回
折格子ではなく、複数の干渉フィルタを備え、光路上へ
のフィルタを切り換えることにより分光するフィルタロ
ータである。図6では測定光束の入射光が波長の選択さ
れたものであるのに対し、図7では入射光は複数の波長
を含んでおり、透過光が分光されて波長が選択される点
で異なっている。データ処理部4の構成は図6のものと
同じである。
ハロゲンランプのように複数の波長を同時に発生する光
源である。セル2を透過した後の測定光が分光装置11
を経てリニアセンサ3に受光される。分光装置11は回
折格子ではなく、複数の干渉フィルタを備え、光路上へ
のフィルタを切り換えることにより分光するフィルタロ
ータである。図6では測定光束の入射光が波長の選択さ
れたものであるのに対し、図7では入射光は複数の波長
を含んでおり、透過光が分光されて波長が選択される点
で異なっている。データ処理部4の構成は図6のものと
同じである。
【0039】図8は図6及び図7におけるデータ処理部
4をさらに具体的に示したものである。図6,7での入
出力ポート10は、センサ3の出力を増幅するアンプ1
2、デジタル信号に変換するA/D変換器13、入力ポ
ート14、入力データバッファ15、入力ポート22、
出力ポート23、センサ制御部19、I/O制御部20
及び光源制御部21を含んでいる。データ処理部4には
さらに表示部16、操作部17、外部入出力インターフ
ェース18が備えられている。
4をさらに具体的に示したものである。図6,7での入
出力ポート10は、センサ3の出力を増幅するアンプ1
2、デジタル信号に変換するA/D変換器13、入力ポ
ート14、入力データバッファ15、入力ポート22、
出力ポート23、センサ制御部19、I/O制御部20
及び光源制御部21を含んでいる。データ処理部4には
さらに表示部16、操作部17、外部入出力インターフ
ェース18が備えられている。
【0040】図6又は図7の実施例を用い、成分濃度を
求める処理の流れを図9のフローチャートにより説明す
る。データ処理部4の電源をオンにすると、全体の制御
部の電源がオンになり、データ処理部4にあるマイクロ
コンピュータ部分が初期化され、CPU6やRAM8な
どが初期設定される。マイクロコンピュータ動作が可能
になった後、記憶媒体9から測定と装置動作に関する初
期値データが読み込まれてRAM8へ書き込まれる。こ
のデータをもとに装置の初期設定作業が行なわれ、測定
の開始の指示を待つ。
求める処理の流れを図9のフローチャートにより説明す
る。データ処理部4の電源をオンにすると、全体の制御
部の電源がオンになり、データ処理部4にあるマイクロ
コンピュータ部分が初期化され、CPU6やRAM8な
どが初期設定される。マイクロコンピュータ動作が可能
になった後、記憶媒体9から測定と装置動作に関する初
期値データが読み込まれてRAM8へ書き込まれる。こ
のデータをもとに装置の初期設定作業が行なわれ、測定
の開始の指示を待つ。
【0041】試料が三角セル2に注入され、所定の場所
にセットされる。スタートボタンが押されると測定動作
を開始する。光源1又は1aからの測定光束が三角セル
2の入射面に対して垂直に入射し、三角セル2を透過し
た測定光がリニアセンサ3で受光される。リニアセンサ
3では光信号が電気信号に変換される。データ処理部4
では1つの測定波長に対するリニアセンサ3からの電気
信号をA/D変換してデジタル信号として取り込む。リ
ニアセンサ3からの電気信号から透過光強度Iと変位置
量Dを検出する。
にセットされる。スタートボタンが押されると測定動作
を開始する。光源1又は1aからの測定光束が三角セル
2の入射面に対して垂直に入射し、三角セル2を透過し
た測定光がリニアセンサ3で受光される。リニアセンサ
3では光信号が電気信号に変換される。データ処理部4
では1つの測定波長に対するリニアセンサ3からの電気
信号をA/D変換してデジタル信号として取り込む。リ
ニアセンサ3からの電気信号から透過光強度Iと変位置
量Dを検出する。
【0042】次の測定波長に測定光を切り替える。測定
波長の切替えは、図6の実施例では光源1での点灯LD
素子の切替え、可変波長レーザの波長切替え又は分光器
の走査により行なわれ、図7の実施例では分光装置11
でのフィルタ切替えにより行なわれる。その切り換えた
測定波長でのリニアセンサ3からの電気信号を同じよう
にA/D変換して取り込む。このように、各測定波長ご
とにセル2を透過した光の強度Iと変位置量Dが検出さ
れて取り込まれる。
波長の切替えは、図6の実施例では光源1での点灯LD
素子の切替え、可変波長レーザの波長切替え又は分光器
の走査により行なわれ、図7の実施例では分光装置11
でのフィルタ切替えにより行なわれる。その切り換えた
測定波長でのリニアセンサ3からの電気信号を同じよう
にA/D変換して取り込む。このように、各測定波長ご
とにセル2を透過した光の強度Iと変位置量Dが検出さ
れて取り込まれる。
【0043】予定の波長でのリニアセンサ3からの電気
信号の取り込みを終了すると、変位置量Dから屈折率を
求め、この屈折率を用いて透過光強度を修正して吸光度
を求める。複数の測定波長での吸光度を用い、多変量解
析演算を行なって成分濃度を求める。その結果はレコー
ダ5などに出力する。最後にデータ処理部装置の電源を
オフにして測定を終了する。
信号の取り込みを終了すると、変位置量Dから屈折率を
求め、この屈折率を用いて透過光強度を修正して吸光度
を求める。複数の測定波長での吸光度を用い、多変量解
析演算を行なって成分濃度を求める。その結果はレコー
ダ5などに出力する。最後にデータ処理部装置の電源を
オフにして測定を終了する。
【0044】図6又は図7の実施例を用い、各成分濃度
から比重を求める動作を図10のフローチャートにより
説明する。データ処理部装置の電源をオンにした後、試
料をセットして測定を始め、データの取込みを完了する
までの手順は図9のものと同じである。図10では屈折
率を求め、その屈折率を用いて透過光強度を修正して吸
光度を求め、その吸光度から多変量解析演算により成分
濃度を求める。尿試料に限らず、一般の溶液試料に対し
ては、各成分濃度が求まると、その全ての成分濃度の和
によって密度を求め、試料の比重を求める。
から比重を求める動作を図10のフローチャートにより
説明する。データ処理部装置の電源をオンにした後、試
料をセットして測定を始め、データの取込みを完了する
までの手順は図9のものと同じである。図10では屈折
率を求め、その屈折率を用いて透過光強度を修正して吸
光度を求め、その吸光度から多変量解析演算により成分
濃度を求める。尿試料に限らず、一般の溶液試料に対し
ては、各成分濃度が求まると、その全ての成分濃度の和
によって密度を求め、試料の比重を求める。
【0045】図6又は図7の実施例を用い、試料として
尿を測定する場合の尿の比重を求める動作を図11のフ
ローチャートにより説明する。この場合もデータ処理部
装値の電源をオンにし、試料をセットし、光源の波長を
切り換えて各波長でのリニアセンサ3からの電気信号を
デジタル値に変換して取り込むまでは図9及び図10の
動作と同じである。
尿を測定する場合の尿の比重を求める動作を図11のフ
ローチャートにより説明する。この場合もデータ処理部
装値の電源をオンにし、試料をセットし、光源の波長を
切り換えて各波長でのリニアセンサ3からの電気信号を
デジタル値に変換して取り込むまでは図9及び図10の
動作と同じである。
【0046】図11では屈折率を求めて透過光強度を修
正して吸光度を求め、それをもとに多変量解析演算によ
り糖と蛋白の濃度を求める。一方、屈折率と比重の関係
を示す既知のデータを用い、それに測定により求めた屈
折率を適用してその尿試料の比重値を求める。一方、多
変量解析演算により求められた糖と蛋白の濃度により比
重値の補正を行なって結果を出力する。
正して吸光度を求め、それをもとに多変量解析演算によ
り糖と蛋白の濃度を求める。一方、屈折率と比重の関係
を示す既知のデータを用い、それに測定により求めた屈
折率を適用してその尿試料の比重値を求める。一方、多
変量解析演算により求められた糖と蛋白の濃度により比
重値の補正を行なって結果を出力する。
【0047】
【発明の効果】本発明では三角セルとリニアセンサを用
いることにより、セルを透過した測定光の透過光強度
と、リニアセンサ上での透過光の位置とを検出すること
により、透過光強度と液体試料の屈折率を同時に測定す
ることができるようになり、これにより屈折が透過率変
化を介して透過光強度へ与える影響を補正して吸光度を
高精度に測定することができるようになる。しかも、透
過光強度と屈折率を1台の測定装置で同時に測定できる
ので、装置の構成も簡単であり、操作も簡単ですむ。本
発明ではまた、このように液体試料の吸光度を各測定波
長ごとに正確に測定することができるので、多変量解析
演算により各成分濃度を高精度に算出することができ
る。本発明で尿試料に限らず一般の液体試料について
も、各成分濃度が正確に求まるので、それらを加算する
ことにより密度が計算でき、ひいては比重を求めること
ができる。本発明を尿試料の比重測定方法に適用すると
きは、その尿試料の屈折率と成分濃度が同時に測定でき
るので、屈折率から既知のデータを用いて比重を計算
し、その比重値に対し、同時に求めた糖と蛋白の濃度に
よる補正を行なうことによって尿比重を単一の測定装置
で精密に、かつ簡単に求めることができる。
いることにより、セルを透過した測定光の透過光強度
と、リニアセンサ上での透過光の位置とを検出すること
により、透過光強度と液体試料の屈折率を同時に測定す
ることができるようになり、これにより屈折が透過率変
化を介して透過光強度へ与える影響を補正して吸光度を
高精度に測定することができるようになる。しかも、透
過光強度と屈折率を1台の測定装置で同時に測定できる
ので、装置の構成も簡単であり、操作も簡単ですむ。本
発明ではまた、このように液体試料の吸光度を各測定波
長ごとに正確に測定することができるので、多変量解析
演算により各成分濃度を高精度に算出することができ
る。本発明で尿試料に限らず一般の液体試料について
も、各成分濃度が正確に求まるので、それらを加算する
ことにより密度が計算でき、ひいては比重を求めること
ができる。本発明を尿試料の比重測定方法に適用すると
きは、その尿試料の屈折率と成分濃度が同時に測定でき
るので、屈折率から既知のデータを用いて比重を計算
し、その比重値に対し、同時に求めた糖と蛋白の濃度に
よる補正を行なうことによって尿比重を単一の測定装置
で精密に、かつ簡単に求めることができる。
【図1】本発明の装置を示すブロック図である。
【図2】屈折率と尿比重の標準基準を示す日本臨床病理
学会の提唱するノモグラムの表である。
学会の提唱するノモグラムの表である。
【図3】同ノモグラムのグラフである。
【図4】本発明で三角セルを用いて透過光強度と屈折率
を同時に測定する原理を説明する図であり、(A)はセ
ルとリニアセンサを示す平面図、(B)はリニアセンサ
とリニアセンサが受光するセル透過光強度を示す図であ
る。
を同時に測定する原理を説明する図であり、(A)はセ
ルとリニアセンサを示す平面図、(B)はリニアセンサ
とリニアセンサが受光するセル透過光強度を示す図であ
る。
【図5】セルへ照射された光の各界面での透過を模式的
に示すセルの断面図である。
に示すセルの断面図である。
【図6】一実施例の全体の構成を示す概略ブロック図で
ある。
ある。
【図7】他の実施例の全体の構成を示す概略ブロック図
である。
である。
【図8】一実施例におけるデータ処理部を示すブロック
図である。
図である。
【図9】成分濃度を求める動作を示すフローチャート図
である。
である。
【図10】成分濃度から比重値を求める動作を示すフロ
ーチャート図である。
ーチャート図である。
【図11】尿試料の比重値を求める動作を示すフローチ
ャート図である。
ャート図である。
2 三角セル 3 リニアセンサ 30 屈折率算出部 31 吸光度算出部 32 成分濃度算出部 33 比重算出部 35 尿比重算出部
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年7月28日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図2
【補正方法】変更
【補正内容】
【図2】屈折率と尿比重の標準基準を示す日本臨床病理
学会の提唱するノモグラムの図表である。
学会の提唱するノモグラムの図表である。
Claims (8)
- 【請求項1】 測定光束の入射面に対し出射面が傾斜し
ている三角セルに液体試料を収容し、測定光束を前記入
射面に垂直な方向に入射させ、前記出射面から出射する
測定光束を光の強度と位置をともに検出できるリニアセ
ンサで受光し、測定光束の複数の測定波長の各波長ごと
に透過光強度を検出するとともに、そのリニアセンサ上
での測定光束位置から試料の屈折率を算出し、その算出
された屈折率、既知の大気屈折率及び既知のセル屈折率
を用いて三角セルでの透過率変化を介して透過光強度へ
与える影響を補正することを特徴とする吸光度測定方
法。 - 【請求項2】 測定光束の入射面に対し出射面が傾斜し
ている三角セルに液体試料を収容し、測定光束を前記入
射面に垂直な方向に入射させ、前記出射面から出射する
測定光束を光の強度と位置をともに検出できるリニアセ
ンサで受光し、測定光束の複数の測定波長の各波長ごと
に透過光強度を検出するとともに、そのリニアセンサ上
での測定光束位置から試料の屈折率を算出し、その算出
された屈折率、既知の大気屈折率及び既知のセル屈折率
を用いて三角セルでの透過率変化を介して透過光強度へ
与える影響を補正して各測定波長ごとの吸光度を算出
し、多変量解析演算を行なって各成分濃度を算出する液
体試料の成分濃度測定方法。 - 【請求項3】 測定光束の入射面に対し出射面が傾斜し
ている三角セルに液体試料を収容し、測定光束を前記入
射面に垂直な方向に入射させ、前記出射面から出射する
測定光束を光の強度と位置をともに検出できるリニアセ
ンサで受光し、測定光束の複数の測定波長の各波長ごと
に透過光強度を検出するとともに、そのリニアセンサ上
での測定光束位置から試料の屈折率を算出し、その算出
された屈折率、既知の大気屈折率及び既知のセル屈折率
を用いて三角セルでの透過率変化を介して透過光強度へ
与える影響を補正して各測定波長ごとの吸光度を算出
し、多変量解析演算を行なって各成分濃度を算出し、算
出された各成分濃度を加算して密度を算出し、それをも
とに比重を算出することを特徴とする液体試料の比重測
定方法。 - 【請求項4】 液体溶液が尿であり、測定光束の入射面
に対し出射面が傾斜している三角セルに液体試料を収容
し、測定光束を前記入射面に垂直な方向に入射させ、前
記出射面から出射する測定光束を光の強度と位置をとも
に検出できるリニアセンサで受光し、測定光束の複数の
測定波長の各波長ごとに透過光強度を検出するととも
に、そのリニアセンサ上での測定光束位置から試料の屈
折率を算出し、 その算出された屈折率、既知の大気屈折率及び既知のセ
ル屈折率を用いて三角セルでの透過率変化を介して透過
光強度へ与える影響を補正して各測定波長ごとの吸光度
を算出し、多変量解析演算を行なって各成分濃度を算出
し、 尿の屈折率と比重との関係を示す既知のデータを用い、
前記で求められた試料屈折率をそのデータにあてはめて
その尿試料の比重を求め、 前記で算出された成分濃度のうちのブドウ糖と蛋白の濃
度に対応する尿比重上昇分を補正することを特徴とする
尿比重測定方法。 - 【請求項5】 液体試料を収容し、測定光束の入射面に
対し出射面が傾斜した三角セル(2)と、 測定光束が三角セル(2)の入射面に対して垂直方向に
入射するように測定光路が設定された測定光学系と、 三角セル(2)の出射面から出射する測定光束を受光す
る位置に設けられ、光の強度と位置をともに検出できる
リニアセンサ(3)と、 三角セル(2)に屈折率が既知の液体を入れて測定した
ときの三角セル(2)からの出射光を前記リニアセンサ
(3)で受光したときの検出位置を基準とし、三角セル
(2)に屈折率が未知の試料を入れて測定したときの三
角セル(2)からの出射光を前記リニアセンサ(3)で
受光したときの検出位置の変位置量を検出し、その変位
置量に対応する試料の屈折率を検量線又は計算により算
出する屈折率算出部(30)と、 三角セル(2)からの出射光を前記リニアセンサ(3)
で受光したときの透過光強度、大気の屈折率及びセルの
屈折率、並びに屈折率算出部(30)で算出された試料
の屈折率を用いて三角セル(2)での透過率変化の影響
を補正した成分濃度に依存する吸光度を算出する吸光度
算出部(31)と、を備えたことを特徴とする吸光度測
定装置。 - 【請求項6】 液体試料を収容し、測定光束の入射面に
対し出射面が傾斜した三角セル(2)と、 測定光束が三角セル(2)の入射面に対して垂直方向に
入射するように測定光路が設定された測定光学系と、 三角セル(2)の出射面から出射する測定光束を受光す
る位置に設けられ、光の強度と位置をともに検出できる
リニアセンサ(3)と、 三角セル(2)に屈折率が既知の液体を入れて測定した
ときの三角セル(2)からの出射光を前記リニアセンサ
(3)で受光したときの検出位置を基準とし、三角セル
(2)に屈折率が未知の試料を入れて測定したときの三
角セル(2)からの出射光を前記リニアセンサ(3)で
受光したときの検出位置の変位置量を検出し、その変位
置量に対応する試料の屈折率を検量線又は計算により算
出する屈折率算出部(30)と、 三角セル(2)からの出射光を前記リニアセンサ(3)
で受光したときの透過光強度、大気の屈折率及びセルの
屈折率、並びに屈折率算出部(30)で算出された試料
の屈折率を用いて三角セル(2)での透過率変化の影響
を補正した成分濃度に依存する吸光度を算出する吸光度
算出部(31)と、 吸光度算出部(31)で算出された複数測定波長での成
分濃度に依存する吸光度をもとに多変量解析演算を行な
って各成分濃度を算出する成分濃度算出部(32)と、
を備えたことを特徴とする成分濃度測定装置。 - 【請求項7】 液体試料を収容し、測定光束の入射面に
対し出射面が傾斜した三角セル(2)と、 測定光束が三角セル(2)の入射面に対して垂直方向に
入射するように測定光路が設定された測定光学系と、 三角セル(2)の出射面から出射する測定光束を受光す
る位置に設けられ、光の強度と位置をともに検出できる
リニアセンサ(3)と、 三角セル(2)に屈折率が既知の液体を入れて測定した
ときの三角セル(2)からの出射光を前記リニアセンサ
(3)で受光したときの検出位置を基準とし、三角セル
(2)に屈折率が未知の試料を入れて測定したときの三
角セル(2)からの出射光を前記リニアセンサ(3)で
受光したときの検出位置の変位置量を検出し、その変位
置量に対応する試料の屈折率を検量線又は計算により算
出する屈折率算出部(30)と、 三角セル(2)からの出射光を前記リニアセンサ(3)
で受光したときの透過光強度、大気の屈折率及びセルの
屈折率、並びに屈折率算出部(30)で算出された試料
の屈折率を用いて三角セル(2)での透過率変化の影響
を補正した成分濃度に依存する吸光度を算出する吸光度
算出部(31)と、 吸光度算出部(31)で算出された複数測定波長での成
分濃度に依存する吸光度をもとに多変量解析演算を行な
って各成分濃度を算出する成分濃度算出部(32)と、 成分濃度算出部(32)で算出された各成分濃度を加算
して密度を算出し、それをもとに比重を算出する比重算
出部(33)と、を備えたことを特徴とする比重測定装
置。 - 【請求項8】 液体試料を収容し、測定光束の入射面に
対し出射面が傾斜した三角セル(2)と、 測定光束が三角セル(2)の入射面に対して垂直方向に
入射するように測定光路が設定された測定光学系と、 三角セル(2)の出射面から出射する測定光束を受光す
る位置に設けられ、光の強度と位置をともに検出できる
リニアセンサ(3)と、 三角セル(2)に屈折率が既知の液体を入れて測定した
ときの三角セル(2)からの出射光を前記リニアセンサ
(3)で受光したときの検出位置を基準とし、三角セル
(2)に屈折率が未知の試料を入れて測定したときの三
角セル(2)からの出射光を前記リニアセンサ(3)で
受光したときの検出位置の変位置量を検出し、その変位
置量に対応する試料の屈折率を検量線又は計算により算
出する屈折率算出部(30)と、 三角セル(2)からの出射光を前記リニアセンサ(3)
で受光したときの透過光強度、大気の屈折率及びセルの
屈折率、並びに屈折率算出部(30)で算出された試料
の屈折率を用いて三角セル(2)での透過率変化の影響
を補正した成分濃度に依存する吸光度を算出する吸光度
算出部(31)と、 吸光度算出部(31)で算出された複数測定波長での成
分濃度に依存する吸光度をもとに多変量解析演算を行な
って各成分濃度を算出する成分濃度算出部(32)と、 尿の屈折率と比重との関係を示す既知のデータを用い、
屈折率算出部(30)で求められた試料屈折率をそのデ
ータにあてはめてその尿試料の比重を求め、成分濃度算
出部(32)で算出された成分濃度のうちのブドウ糖と
蛋白の濃度に対応する尿比重上昇分を補正する尿比重算
出部(35)と、を備えたことを特徴とする尿比重測定
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13727795A JPH0843301A (ja) | 1994-05-11 | 1995-05-10 | 液体試料の吸光度、成分濃度又は比重を測定する方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-123053 | 1994-05-11 | ||
| JP12305394 | 1994-05-11 | ||
| JP13727795A JPH0843301A (ja) | 1994-05-11 | 1995-05-10 | 液体試料の吸光度、成分濃度又は比重を測定する方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0843301A true JPH0843301A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=26460069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13727795A Pending JPH0843301A (ja) | 1994-05-11 | 1995-05-10 | 液体試料の吸光度、成分濃度又は比重を測定する方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0843301A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006105998A (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Wyatt Technol Corp | 屈折率示差を測定するための向上された示差屈折計および測定方法 |
| WO2008133281A1 (ja) * | 2007-04-24 | 2008-11-06 | Canon Semiconductor Equipment Inc. | 流動状態における屈折率分布を用いた濃度測定法及びそのシステム |
| CN114270169A (zh) * | 2019-09-18 | 2022-04-01 | 株式会社富士金 | 浓度测定装置 |
| CN116559115A (zh) * | 2023-01-15 | 2023-08-08 | 杭州齐威仪器有限公司 | 一种利用折射率仪测量溶液浓度的方法 |
| JP2024035829A (ja) * | 2022-09-02 | 2024-03-14 | アウトセンス ダイアグノスティクス リミテッド | 尿分析 |
| CN120522112A (zh) * | 2025-07-25 | 2025-08-22 | 深圳市安帕尔科技有限公司 | 基于机器学习的气体识别和浓度检测方法及系统 |
-
1995
- 1995-05-10 JP JP13727795A patent/JPH0843301A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006105998A (ja) * | 2004-10-07 | 2006-04-20 | Wyatt Technol Corp | 屈折率示差を測定するための向上された示差屈折計および測定方法 |
| WO2008133281A1 (ja) * | 2007-04-24 | 2008-11-06 | Canon Semiconductor Equipment Inc. | 流動状態における屈折率分布を用いた濃度測定法及びそのシステム |
| CN114270169A (zh) * | 2019-09-18 | 2022-04-01 | 株式会社富士金 | 浓度测定装置 |
| JP2024035829A (ja) * | 2022-09-02 | 2024-03-14 | アウトセンス ダイアグノスティクス リミテッド | 尿分析 |
| CN116559115A (zh) * | 2023-01-15 | 2023-08-08 | 杭州齐威仪器有限公司 | 一种利用折射率仪测量溶液浓度的方法 |
| CN120522112A (zh) * | 2025-07-25 | 2025-08-22 | 深圳市安帕尔科技有限公司 | 基于机器学习的气体识别和浓度检测方法及系统 |
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