AT504654A4 - Räumlich lokalisierte konzentrationsmessung von lösungskomponenten in mischungen - Google Patents

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AT504654A4
AT504654A4 AT10852007A AT10852007A AT504654A4 AT 504654 A4 AT504654 A4 AT 504654A4 AT 10852007 A AT10852007 A AT 10852007A AT 10852007 A AT10852007 A AT 10852007A AT 504654 A4 AT504654 A4 AT 504654A4
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  Patentanmeldung: Räumlich lokalisierte Konzentrationsmessung von
Lösungskomponenten in Mischungen
A. F. Fercher, Hassreitersteig 3/11, 1230 Wien
Diese Anmeldung betrifft das Gebiet der Messung von Konzentrationen in Stoffmischungen mittels optischer Refraktometrie.
Mischungen können im Prinzip fest, flüssig oder gasförmig sein. Aus heutiger Sicht dürfte der wichtigste Anwendungsbereich solcher refraktometrischer Methoden in biomedizinischen Stoffmischungen, beispielsweise in wässrigen Lösungen und Geweben liegen, etwa zum Nachweis von Medikamenteresten, Stoffwechselprodukten und Glukose in Blut und Urin sowie im Gewebe verschiedener Organe; jedoch erscheinen auch Anwendungen in Gasgemischen, wie die Messung der Konzentrationen in der Atemluft oder in Anästhesiegasen, möglich.
Stand der Technik.

   Zur Messung von Konzentrationen einzelner Komponenten in
Mischungen aus dem biomedizinischen Bereich werden hauptsächlich spektrometrische
Methoden benutzt. Da die interessierenden Moleküle weit überwiegend im nahen und mittleren Infrarotbereich absorbieren, kann man solche Messungen zwar in der Gasphase leicht durchführen, wegen der hohen Wasserabsorption in diesen Wellenlängenbereichen jedoch nicht in wässrigen Lösungen wie Körperflüssigkeiten. Andererseits sind für
Messungen an Gasgemischen zwar refraktometrische Messungen verbreitet, jedoch sind die bisher benutzten Methoden nicht geeignet, einzelne Komponenten zu identifizieren. So beschreiben beispielsweise Allison et al. [Allison-JM, Gregory-RS, Birch-KP, Crowder-JG,
Determination of anaesthetic agent concentration by refractometry. Brit. J.

   Anaesthesia, 74:
- 1 -
Beschreibung44 85-88. 1995] ein Verfahren zur Konzentrationsmessung von Anästhesiegasen in der Inhalationsluft, das auf einfacher Refraktivitätszunahme beruht. Solche Verfahren können Konzentrationsänderungen nur messen, wenn diese nur von einer einzigen Komponente verursacht werden und deren spezifische Refraktivität bekannt ist.
Refraktometrische Messungen im sichtbaren Spektralbereich sollten zwar aufgrund der Dispersionsbeziehungen auch spezifisch für verschiedene Moleküle sein, jedoch ist ein eindeutiger Beweis bisher ausgeblieben. Offenbar bedarf es der Einbeziehung eines grösseren spektralen Verlaufs des Brechungsindex, um einzelne Lösungskomponenten differenzieren zu können
Die technische Aufgabe der Erfindung besteht in der Messung von Konzentrationen einzelner Lösungskomponenten in Mischungen.

   Die Messung von Konzentrationen einzelner Lösungskomponenten in Mischungen wird erfindungsgemäss durch Messung der spektralen optischen Dispersionsdaten mehrerer Wellenlängen der Mischungen und der optischen Dispersionsdaten mehrerer Wellenlängen der reinen Lösungen der Mischungskomponenten durchgeführt.
Die Erfindung wiiyanhand der Figuren 1 bis 3 erläutert. Die Figur 1 zeigt den Strahlengang einer Anordnung zur Messung des Interferogramms am Auge nach der Methode der TimeDomain Kurzkohärenz-Interferometrie. Die Figur 2 zeigt den Strahlengang einer Anordnung zur Messung der Phasenkurve am Auge nach der Methode der Spektral-KurzkohärenzInterferometrie. Die Figur 3 zeigt den Strahlengang zur Messung der Phasenkurve nach der Methode der Spektral-Kurzkohärenz-Interferometrie an Mischungen in Behältern.
2-
Beschreibung44 [phi][phi] [phi] ,
Beschreibung.

   Das erfindungsgemässe Verfahren benutzt spektrale optische Dispersionen verschiedener Ordnungen der Gemische. Ähnliche Verfahren zur Dispersionsmessung wurden bereits an optischen Komponenten [Diddams-S and Diels-JC. Dispersion measurements with white-light interferometry. Journal-of-the-Optical-Society-of-America-B 13(6), 1120-1129. 1996] und zur Dispersionsmessung an reinem Wasser [Van Engen-AG, Diddams-S, and Clement-TS. Dispersion measurements of water with white-light interferometry. Appl. Opt. 37(24), 5679-5686. 1998] beschrieben, sowie zur Messung des Glukosegehalts in Lösungen [Liu-J, Bagherzadeh-M, Hitzenberger-CK, Pircher-M, Zawadzki-R., and Fercher-AF. Glucose dispersion measurement using white-light LCI: Proc.

   SPIE 4956, 348-351. 2003], nicht jedoch zur Konzentrationsmessung einzelner Komponenten in Mischungen.
In dem hier angemeldeten Verfahren werden klassische chemometrische Rechenmethoden in Verbindung mit spektralen Dispersionsdaten mehrer Ordnungen zur Differenzierung und Quantifizierung einzelner Lösungskomponenten benutzt.
Die Messung der Dispersionsordnungen erfolgt auf der Basis der Methode nach Van Engen et al.

   Hierzu wird hier in einem ersten Schritt entweder nach der
Methode der Time-Domain Kurzkohärenz-Interferometrie das von der Messprobe beispielsweise im Messarm eines Michelson Interferometers (Figur 1) mit dem zugehörigen Referenzstrahl erzeugte Interferogramm G{[tau]) registriert und Fourier-transformiert;

   dies
liefert das spektrale Interferogramm
I{[omega]) = S{[omega]) exp [ik{[omega])d] , (1)
3-
Beschreibung44 woraus die sogenannte Phasenkurve
[Phi]{[omega]) = k{[omega])d (2)
berechnet wird.
Oder es wird nach der
Methode der Fourier-Domain Kurzkohärenz-Interferometrie das von der Messprobe im Messarm eines spektralen Michelson Interferometers (Figur 2) direkt erzeugte spektrale
Interferogramm I{[omega]) = S{[omega])exp[ik{[omega])d] benutzt, um daraus die Phasenkurve
[Phi]{[omega]) = k{[omega])d zu berechnen.
Die Phasenkurve ist der spektrale Verlauf der Phasendifferenz im Interferometer. Dieser gibt offenbar den spektralen Verlauf des Brechungsindex wieder, aus dem die Dispersonen direkt folgen. Im Einzelnen:
Der spektrale Interferenzte[pi]n für 2 um z2- z[gamma]in ihrer Weglänge im Interferometer
verschobene interferierende Strahlen lautet [Mandel-L and Wolf-E.

   Optical Coherence and Quantum Optics. Cambridge University Press, 1995]:
Sh2{[omega]) = 2yjSl{[omega]) - S2{[omega])<->Rej/^[omega])  e-"*^<lc>}
1 >,
Wenn die 2 interferierenden Strahlen durchs veitniedene Medien mit den Brechungsindizes
r und JI^ laufen und hierbei Längen [alpha] und d2passieren, lautet der Interferenzte[pi]n
4-
Beschreibung^ Sl 2{[omega]) = 2jSl{[omega])-S2{[omega]) - Ref/^C[omega])e-w.^<H>^w<)/>] mit der spektralen Phase:<[phi]>[iota],2(<[omega] =>-o djTi {[omega]) - d2n2{[omega]))lc = -{kl{[omega])d1- k2{[omega])d2)
(3)
Die Dispersionen verschiedener Ordnungen der 2 einzelnen interferierende Strahlen erhält man aus einer Taylor-Entwicklung:

  
[Phi]J{[omega])/dj=kJ{[omega]) dkj
= k0{[omega]0)+- d[omega]
{[omega]-o^) +
<t
1 d
2 da?
{[omega]-a f
t ld<3>kj6<¯>doJ <*b
{[omega]- -<%[Upsilon]+.
(4)
= kj[Lambda]+ kj<{>[omega]b) -{[omega]-[omega]0)+ ? [omega]0)-{[omega]-[omega][upsilon]f + j = 1,2
Setzt man dies in die Gleichung 3 ein so zeigt sich, dass die aus der Phasenfunktion der zwei interferierenden Strahlen bestimmten Dispersionen gleich der Differenz der mit den
betreffenden Weglängen d12gewichteten Dispersionen der Teilstrahlen ist:<[phi]>[iota],2 (<[omega]>) =<¯>i (<[omega]>)d[lambda]- k2{[omega])d2] = -{kl[upsilon]d1-k20d2) +
H[omega]-[omega]ii)-[kl<a)>{a)dl-k2<)>{ai)d2}+
+ {[omega]- f -[Gamma]A^M -k2^{[omega]b)d2\+
(5)
Beschreibung44
5 *
Das beschriebene Verfahren erfordert die Kenntnis der Distanzen dl 2.

   Diese sind bei
Messungen an Mischungen in Küvetten und anderen festen Behältern bekannt, nicht jedoch bei Messungen an Körperstrukturen. Das in der vorliegenden Anmeldung beschriebene Verfahren arbeitet daher mit reflektiertem Licht und kann so mittels bekannter Methoden der Kurzkohärenz-Interferometrie die Distanzen d[iota] 2in den von der Messung erfassten
Kompartimenten, wie beispielsweise die Corneadicke oder die Vorderkammertiefe, messen.
Die schon oben erwähnten zwei zugrunde liegenden Methoden (Time-Domain und FourierDomain) der Kurzkohärenz-Interferometrie und der Spektral-Interferometrie führen zu it<'>f unterschiedlichen Messstrahlengängen (Figuren 1 und 2). In beiden Fällen befindet sich die Probe in dem einen Arm eines Zweistrahl-Interferometers, beispielsweise eines MichelsonInterferometers.

   Während bei der Kurzkohärenz-Interferometrie der Referenzspiegel des Interferometers zur Aufnahme des Interferogramms bewegt wird, bleibt der Referenzspiegel bei der Messung per Spektral-Interferometrie ortsfest; das am Interferometer-Ausgang austretende Lichtbündel wird mit einem Spektralphotometer analysiert. Beide Methoden liefern - wie oben beschrieben - die frequenzabhängige Phasenfunktion der Probe, aus der man die Dispersionen des Probenstoffs berechnet. Im folgenden werden die einzelnen Schritte zur Berechnung der Konzentrationen aus den gemessenen Dispersionen beschrieben und anschliessend die 2 Messanordnungen.
Berechnung der Komponenten-Konzentrationen.

   Es werden zuerst die Komponentenspezifischen Sensitivitäten bestimmt: Mit Hilfe einer Reihe von Kalibriermessungen mit Küvetten, die mit reinen Lösungen der Komponente JC gefüllt sind, werden die einer Komponente zugehörigen spektralen Phasen für eine oder mehrere Konzentrationen gemessen. Die daraus errechnete Dispersionen j-ter Ordnung haben einen durch
- 6 -
Beschreibung44 kx<})>{[lambda],cx) =x<J>[lambda])-cx+ix<}>Ä) (6)
gegebenen analytischen Verlauf. kp([lambda],cx) ist die Dispersion y<'>-ter Ordnung der Komponente
x und cxderen Konzentration;x<J)>{[lambda]) ist die sogenannte Sensitivität und ix<J)>([lambda]) der
zugehörige Ordinatenabschnitt. Letzterer stellt den nicht kompensierten Dispersionsanteil des Interferometers ohne Messobjekt dar.

   Aus einer Messreihe der Dispersionen der /-ten Ordnung bei verschiedenen Konzentrationen erhält man für die Sensitivität -ter Ordnung der Komponente x:
<[Delta]k>*<[Lambda]i[lambda],c>'<)>= c[eta]/<)>([lambda]) . (7)
Acx
Die Konzentrationen der X Komponenten in der Mischung erhält man nach der klassischen chemometrischen Partial Least Squares Methode [Beebe-KR, Pell-RJ, Seasholtz-MB, Chemometrics: A Practical Guide. John Wiley & Sons, 1998. Kapitel 5.2].

   Mit bekannten
Sensitivitäten der -ten Komponente xx<i)>{Äl) für die Dispersion der Ordnung / bei der
Wellenlänge Ajerhält man ein System aus j = 0 bis J mal l = 1 bis L Gleichungen, also
( J +1)-L = m Gleichungen für X unbekannte Konzentrationen cxin der Mischung M:
)=[sum] x=[iota]<(>[Lambda]<)>^+<0)(>[Lambda])
1=1
^{[lambda] ^a W-c^ifW x=[iota]
7-
Beschreibung44 A^[sum] X=l^C ^+<[iota]>C[Lambda]<)>x=l k^{[lambda]L) = [sum] ^{[lambda]L)-cx+[lambda]L){S)
X=l A<)>= [sum]<(>A<)>^+<2)( )>x=l kFM-[sum]afW-C[phi]+i W x=l<2)>( ) = [sum] (<)>-c,+<2)( )>x=l A)=[sum]^<}>(A)^+<7)>([Lambda])
X=l ( )=[sum]^<)>(4)-^+</)>([Lambda]<)>
k {ÄL) = [sum]x<J>[lambda]L)-cx+' [lambda]L)
X=\
Schreibt man dieses Gleichungssystem in Matrix-Form:

   kM=A.c + I, (8)
-8-
Bescbreibung44 erhält man für = ( 7 + l > X als Abweichungsquadrat-minimierte Lösung [Beebe et al.,
1998 und http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_least_squares]:
c = (A<[tau]>A)<"1>A<[tau]>(kM-I) (9)
Hier ist A die bekannte Sensitivitäts-Matrix, kMist der Dispersionsvektor der Mischung M
mit m Elementen, I ist der Vektor der m Ordinatenabschnitte und c ist der Konzentrationsvektor mit X Elementen.
Die noch unbekannten Ordinatenabschnitte I der Dispersionen kann man durch sorgfältige Dispersionskompensation im Interferometer zu Null machen. Das ist bei Messungen an Festkörpern sowie an Mischungen in Küvetten und Gasbehältern möglich. Das wird allerdings bei wechselnden Geometrien im Messarm, wie sie bei Messungen an Patienten zu erwarten sind, kaum möglich sein.

   Dort kann es sinnvoller sein, die Ordinatenabschnitte I aus einer Messung zu bestimmen, bei der der Messarm an geeigneter Stelle durch einen Planspiegel abgeschlossen wird. Sollten sich dann noch Dispersionsreste aus optischen Komponenten im Interferogramm finden, sollten diese aufgrund ihrer stoffspezifischen Werte eindeutig zuordenbar sein. Das kann man natürlich auch bei der Messung an Mischungen in Küvetten und Gasbehältern so machen.
Messung der Phasenkurve. Figur 1 zeigt den Strahlengang des Interferometers nach der Time-Domain Kurzkohärenz-Interferometrie.

   Eine zeitlich kurzkohärente Lichtquelle 1,
-9-
Beschreibung44 beispielsweise eine Superlumineszenzdiode oder ein Multimodenlaser, eine LED, eine Plasmalichtquelle, eine Halogenlampe oder eine Glühlampe emittiert einen kurzkohärenten Lichtstrahl 2, der von der Optik 3 kollimiert wird, in das modifizierte MichelsonInterferometer mit dem Strahlteiler 4. Der Strahlteiler 4 teilt diesen Strahl in Messstrahl 5 und Referenzstrahl 6. Der Messstrahl 5 trifft auf das Auge 7 und wird von dessen Grenzflächen, beispielsweise Cornea- Vorderfläche 8, Cornea-Rückfläche 9, Linsen- Vorderfläche 10, Linsen-Rückfläche 11 und Fundus 12 zurück reflektiert. Die reflektierten Lichtwellen 45 durchlaufen das Interferometer und treffen auf den Photodetektor 13.

   Der Referenzstrahl 6 wird von dem Tripelspiegel oder Tripelprisma 14 reflektiert, transmittiert die Planplatte 15 (ein zweites Mal) und wird von der Rückfläche des Strahlteilers 4 auf den Photodetektor 13 reflektiert, wo es zur Interferenz mit den vom Messobjekt 7 reflektierten Wellen 45 kommt.
Die Planplatte 15 dient zur Dispersionskompensation. Um diese variabel zu gestalten, ist die Platte 15 um eine Achse normal zur Zeichenebene drehbar, wie durch den Doppelpfeil 15a angedeutet. Alternativ kann die Planplatte 15 durch zwei gegenläufig verschiebbare Keilplatten 115 und 116 ersetzt werden, die zusammen noch zusätzlich, wie die Platte 15, drehbar sind. Dies ist in dem Kasten 80 angedeutet.
Zur Sicherstellung der Messposition muss die relative Lage des Objekts zum Interferometer fixiert werden.

   Das ist bei Messungen an Küvetten und anderen Behältern kein Problem, erfordert bei Messungen an Patienten weitere Massnahmen. Beispielsweise bei Messungen am Auge Gewährleistung dessen Position mittels Stirnstütze und einer Vorrichtung, die es erlaubt, die Eintrittspupille des Probandenauges reproduzierbar an dieselbe Position bezüglich des Interferometers zu bringen. Diese Vorrichtung besteht aus einem
(durchbohrten) sphärischen Hohlspiegel 30. Der Proband muss sein Auge in eine solche
- 10 -
Beschreibung44 00
Position bringen, dass der Hohlspiegel 30 die Eintrittspupille 31 des Auges auf diese selbst im Massstab 1 : 1 abbildet. Das ist der Fall, wenn der Proband, das Auge dem Gerät nähernd, zum ersten Mal keinerlei Lichtempfindung mehr hat - oder, wenn der Proband, das Auge vom Gerät entfernend, zum letzten Mal keinerlei Lichtempfindung mehr hat.

   Dieser Vorgang wird durch eine Stirnstütze 63 mit kontinuierlich einstellbarem Abstand erleichtert.
Ferner mujs die Blickrichtung des Probandenauges fixiert werden. Hierbei ist zu beachten, dass die Sehachse ca. 5[deg.] bis 10[deg.] nasal (in Richtung Nase) zur imaginären Symmetrieachse des optischen Systems, der optischen Achse, liegt. Um die Reflexe von den Grenzflächen des
SS
Auges in den Interferometer-Strahlengang zu bekommen, m[upsilon]ji[beta] das Probandenauge entsprechend orientiert werden. Dies wird mittels eines Zielstrahls 32 erreicht, der von der punktförmigen Lichtquelle 33 und der Kollimationsoptik 34 erzeugt wird und über den durchbohrten Umlenkspiegel 35 auf das Probandenauge 7 gerichtet wird.

   Die Kollimationsoptik 34 ist in ihrer Halterung 36 in x- und y-Richtung verschiebbar, so dass hiedurch unterschiedliche Neigungen des Zielstrahls 32 relativ zur Achse des Messstrahls 5 eingestellt werden können.
Zur Registrierung des Interferogramms G{[tau]) wird der Referenzspiegel 14 mit Hilfe einer aus
Schlitten 16, Führung 17, Antriebsspindel 18, Motor 19 und Steuerung 20 bestehenden Scanningvorrichtung bewegt. Damit verbunden ist eine Doppier- Verschiebung der reflektierten Referenzwelle. Das Interferogramm G{[tau]) erhält man aus dem photoelektrischen
Signal des Detektors 13 durch Frequenzbandfilterung bei der Dopplerfrequenz.

   Wenn die optischen Wegstrecken in Messstrahl 5 und Referenzstrahl 6 innerhalb der Kohärenzlänge gleich gross sind, wie beispielsweise in der Figur 1 mit der Strecke D für die LinsenVorderfläche 10 angedeutet, tritt am Photodetektor das Interferogramm G([tau]) als
- 11 -
Beschreibung44 photoelektrisches Wechsel-Signal mit dieser Dopplerfrequenz auf . G([tau]) enthält in zeitlicher
Reihenfolge eine Reihe von Teilinterferogrammen, die an den verschiedenen Grenzflächen im Auge entstehen. Die mit Hilfe dieser Teilinterferogramme gemessenen Dispersionen werden von den davor liegenden Gewebebereichen erzeugt. Gleichzeitig lassen sich mit Hilfe dieser Teilinterferogramme nach den Prinzipien der Kurzkohärenz-Interferomtrie die zugehörigen Gewebedicken messen.
Fourier-Domain Kurzkohärenz-Interferometrie (auch "Spektral-Interferometrie").

   Das optische Prinzip dieser Methode ist in der Figur 2 dargestellt. Eine zeitlich kurzkohärente Lichtquelle 1, beispielsweise eine Superlumineszenzdiode, ein Multimodenlaser, eine LED, eine Plasmalampe, eine Glühlampe oder eine Halogenlampe, emittiert einen kurzkohärenten Lichtstrahl 2, der von der Optik 3 kollimiert wird, in das modifizierte MichelsonInterferometer mit dem Strahlteiler 4. Der Strahlteiler 4 teilt diesen Strahl in Messstrahl 5 und Referenzstrahl 6. Der Messstrahl 5 trifft auf das Auge 7 und wird von dessen Grenzflächen, beispielsweise Cornea- Vorderfläche 8, Cornea-Rückfläche 9, Linsen- Vorderfläche 10, Linsen-Rückfläche 11 und Fundus 12 zurück reflektiert.

   Diese reflektierten Lichtwellen 45 durchlaufen das Interferometer und treffen auf das aus Eintrittsblende 51, Kollimationsoptik 52, Beugungsgitter 53, Fokussieroptik 55 und Detektora[pi]ay 56 bestehende Spektrometer. Der Referenzstrahl 6 transmittiert die Planplatte 15, wird von dem Tripelspiegel oder Tripelprisma 14 reflektiert, transmittiert die Planplatte 15 ein zweites Mal und wird von der Rückfläche des Strahlteilers 4 in auf die Eintrittsblende 51 des Spektrometers gelenkt, wo es mit den vom Messobjekt 7 reflektierten Wellen 45 interferiert.
Hier bildet das vom Detektorarray 56 in der Spektralebene 70 registrierte spektrale Interferogramm I{[omega]) die Basis für die Berechnung der Dispersionen y<'>-ter Ordnung, wie oben
- 12 -
Beschreibung44 
4 beschrieben.

   Die Messung der intraokulären Teilstrecken wie Corneadicke, Vorderkammertiefe und Linsendicke erfolgt nach den Regeln der KurzkohärenzInterferometrie ("Fourier-domain LCI", siehe die oben zitierte Übersichtsarbeit A. F. Fercher und C. K. Hitzenberger: Optical Coherence Tomography, in: Progress in Optics Vol. 44 (2003), Ch. 4, Editor E. Wolf ).
Auch hier wird der für die Dispersionsmessung benutzte Lichtreflex durch die Position des
Referenzspiegels 14 bestimmt: Das Messfenster der Spektral-Interferometrie hat eine Tiefe
N -[pi] von [Delta]z = , wobei AK die als Streuvektorbereich gemessene Bandbreite der benutzten
Strahlung ist; N ist die Zahl der einzelnen Array-Detektoren. Es werden also innerhalb der Objekttiefe [Delta]z alle um die virtuelle Referenzspiegel-Position liegenden Lichtreflexe zum Spektrum beitragen.

   Es wird daher sinnvoll sein, durch Fourier-Transformation der Messdaten einen Überblick über den Messbereich zu gewinnen und diesen Messbereich gegebenenfalls durch eine variable Feldblende 71 vor dem A[pi]ay 70 auf einen einzigen Reflex einzuschränken.
Ferner wird es auch hier erforderlich sein, zur Sicherstellung der Messposition die relative Lage des Objekts zum Interferometer zu fixieren und bei Messungen an Patientenaugen die Blickrichtung des Probandenauges zu fixieren, wie oben schon im Zusammenhang [tau]c[eta]i ^ der Methode der Time-Domain Kurzkohärenz-Interferometrie beschrieben.
Auch hier ist es sinnvoll, die Datenregistrierung und -Verarbeitung nicht mit gerätebedingter Dispersion zu belasten und die Dispersion im Messarm mit gleich grosser Dispersion im Referenzarm zu kompensieren.

   Hierzu ist die Platte 15 um eine Achse normal zur
- 13 -
Beschreibung44 Zeichenebene drehbar, wie durch den Doppelpfeil 15a angedeutet. Ferner kann die Planplatte 15 durch zwei gegenläufig verschiebbare Keilplatten 115 und 116 ersetzt werden, die zusammen noch zusätzlich, wie die Platte 15, drehbar sind. Dies ist in dem Kasten 80 angedeutet.
Figur 3 stellt den Strahlengang einer Vorrichtung zur Dispersionsmessung an Küvetten und anderen Behältern 120 dar. Der Messstrahl 6 wird entweder an der Rückwand des Behälters 120 reflektiert oder an einem Spiegel 121. Dieser Strahlengang unterscheidet sich von jenem nach Figur 2 vor allem dadurch, dass alle zur Sicherstellung der Messposition bei Messungen an Patientenaugen erforderlichen Vorrichtungen entfallen.

   Analog wäre für solche Messungen auch der Strahlengang nach der Methode der Time-Domain KurzkohärenzInterferometrie (Figur 1) zu vereinfachen.
Auch hier ist es sinnvoll, die Datenregistrierung und -Verarbeitung nicht mit gerätebedingter Dispersion zu belasten und die Dispersion im Messarm mit gleich grosser Dispersion im Referenzarm zu kompensieren. Beispielsweise mittels einer wassergefüllten Küvette oder einer geeigneten Planplatte aus Glas oder einem anderen transparenten Werkstoff mit geeigneter Dispersion (Platte 15).
14-
Beschreibung4

Claims (3)

    Patentansprüche:
  1. -1-
    Ansprüche44-3 r r r r spezifischen spektralen Sensitivitäten flr!<y)>(/l) und Ordinatenabschnitte i^^[lambda]) der Ordnung j benutzt werden und mittels Kalibriermessungen von nur jeweils diese eine gelöste Komponente x enthaltenden Lösungen mit der Konzentration cxaus deren spektraler Di spersiony<'>-ter Ordnung kx<(})>{A,cx) berechnet werden.
    4. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die für die einzelnen Komponenten x spezifischen spektralen Sensitivitätenx<j)>{[lambda]) der Ordnung j durch Differenzieren der spektralen Dispersionen y'-ter Ordnung kx<n>{[lambda],cx) der jeweils nur diese eine gelöste Komponente x enthaltenden Lösungen nach der Konzentration berechnet werden:[alpha][omega][alpha])_________<)>5dcxund die für die jeweiligen Komponenten x spezifischen spektralen Ordinatenabschnitte [iota]x<j>>([lambda]) der Ordnung / aus den spektralen Dispersionen y'-ter Ordnung kx<j)>{[lambda],cx) dieser
    Komponente JC für Konzentration cx= 0 berechnet werden:
    ix<<i )>(Ä) = kx<<i>>([lambda],0).
    5. Verfahren zur Messung der Konzentrationen einzelner Lösungskomponenten in Mischungen mit mehreren Komponenten nach den obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die räumliche Position der Lösungskomponenten in den Mischungen mittels Kurzkohärenz-Interferometrie gemessen wird.
    6. Verfahren zur Messung der Konzentrationen einzelner Lösungskomponenten in Mischungen mit mehreren Komponenten nach den obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Mischungen um wässrige Lösungen, nicht-wässrige Lösungen, Gasgemische oder feste Lösungen handelt.
    7. Anordnung zur Messung der Konzentrationen einzelner Lösungskomponenten in Mischungen, die im Messarm eines Fourier-Domain Kurzkohärenz-Interferometers, bestehend aus einem Zweistrahlinterferometer mit Messarm und Referenzarm und einem am Interferometerausgang angeordneten Spektrometer, angeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Eingrenzung auf Reflexe aus einem begrenzten Objekttiefenbereich
    1. Verfahren zur Messung der Konzentrationen einzelner Lösungskomponenten in Mischungen mit mehreren gelösten Komponenten dadurch gekennzeichnet, dass die Messprobe im Messarm eines Interferometers angeordnet wird, dass das mit dem zugehörigen Referenzstrahl erzeugte Interferogramm G{[tau]) in Abhängigkeit von der Laufzeitdifferenz [tau] in den Interferometerarmen von einem Photodetektor registriert und Fourier-transformiert wird, die spektralen optischen Dispersionsdaten der Mischung aus der Phasenkurve des so gewonnenen spektralen Interferogramms berechnet werden und diese Dispersionsdaten mit Hilfe der komponentenspezifischen Sensitivitäten und Ordinatenabschnitte zur Berechnung der Komponenten-Konzentrationen mittels der chemometrischen Partial Least Squares Methode benutzt werden, gemäss der Formel:
    c = (A<[tau]>A)<1>A<[tau]>(kM-I), mit der Sensitivitäts-Matrix A, dem Dispersionsvektor der Mischung kM, dem Vektor der Ordinatenabschnitte I und dem Konzentrationsvektor c .
    - 1 -
    Patentansp[tau]üche44 Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Dispersionsdaten mittels Kurzkohärenz-Interferometrie gemessen werden.
    6. Verfahren und Anordnungen zur Messung der Konzentrationen einzelner Lösungskomponenten in Mischungen mit mehreren Komponenten nach den obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Dispersionsdaten mittels SpektralInterferometrie gemessen werden.
    7. Verfahren und Anordnungen zur Messung der Konzentrationen einzelner Lösungskomponenten in Mischungen mit mehreren Komponenten nach den obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Position der Lösungskomponenten in Mischungen mittels Kurzkohärenz-Interferometrie gemessen wird.
    8. Verfahren und Anordnungen zur Messung der Konzentrationen einzelner Lösungskomponenten in Mischungen mit mehreren Komponenten nach den obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Position der Lösungskomponenten in Mischungen mittels Spektral-Interferometrie gemessen wird.
    9. Verfahren und Anordnungen zur Messung der Konzentrationen einzelner Lösungskomponenten in Mischungen mit mehreren Komponenten nach den obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Mischungen um wässrige Lösungen, nicht-wässrige Lösungen, Gasgemische oder feste Lösungen handelt.
    10. Verfahren und Anordnungen zur Messung der Konzentrationen einzelner Lösungskomponenten in Mischungen mit mehreren Komponenten nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Eingrenzung eines einzigen Reflexes eine Feldblende (71) variabler Grosse vor dem Detektor- Array (70) benutzt wird.
    1. Verfahren und Anordnungen zur Messung der Konzentrationen einzelner Lösungskomponenten in Mischungen mit mehreren Komponenten dadurch gekennzeichnet, dass dies durch Messung der spektralen optischen Dispersionsdaten mehrerer Wellenlängen der Mischungen und der optischen Dispersionsdaten mehrerer Wellenlängen der reinen Lösungen der Mischungskomponenten erfolgt.
  2. 2-
    Ansprüche44-3 eine Feldblende (71) variabler Grosse und Position vor dem Detektor- A[pi]ay (70) des Spektrometers angeordnet wird.
    2. Verfahren zur Messung der Konzentrationen einzelner Lösungskomponenten in Mischungen mit mehreren gelösten Komponenten dadurch gekennzeichnet, dass die Messprobe im Messarm eines Spektralinterferometers angeordnet wird, das mit dem zugehörigen Referenzstrahl erzeugte spektrale Interferogramm mit einem Spektrometer registriert wird, die spektralen optischen Dispersionsdaten der Mischung aus der Phasenkurve des spektralen Interferogramms berechnet werden und diese Dispersionsdaten mit Hilfe der Komponenten-spezifischen Sensitivitäten und Ordinatenabschnitte schliesslich zur Berechnung der Komponenten-Konzentrationen mittels der chemometrischen Partial Least Squares Methode benutzt werden, gemäss der Formel: c = (A<[tau]>A)<1>A<[tau]>(kM-I) , mit der Sensitivitäts-Matrix A, dem Dispersionsvektor der Mischung kM, dem Vektor der Ordinatenabschnitte I und dem Konzentrationsvektor c .
    3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der Komponenten-Konzentrationen der Mischungen die für die einzelnen Komponenten x
    2-
    Patentansprüche44 Patentansprüche:
    2. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der KomponentenKonzentrationen mittels der klassischen chemometrischen Partial Least Squares Methode auf der Basis optischer Dispersionsdaten erfolgt.
    3. Verfahren und Anordnungen zur Messung der Konzentrationen einzelner Lösungskomponenten in Mischungen mit mehreren Komponenten nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzenrationen mittels der chemometrischen Partial Least Squares Methode berechnet werden, wobei die Matrixelemente der Sensitivitätsmatrix Dispersionswerte erster und zweiter Ordnungen der Mischung bei verschiedenen Wellenlängen sind.
    4. Verfahren und Anordnungen zur Messung der Konzentrationen einzelner Lösungskomponenten in Mischungen mit mehreren Komponenten nach den obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzenrationen mittels der chemometrischen Partial Least Squares Methode berechnet werden, wobei die Matrixelemente der Sensitivitätsmatrix Dispersionswerte erster, zweiter und höherer Ordnungen der Mischung bei verschiedenen Wellenlängen sind.
    5. Verfahren und Anordnungen zur Messung der Konzentrationen einzelner Lösungskomponenten in Mischungen mit mehreren Komponenten nach den obigen
  3. 3-
    Ansprüche44-3
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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RU2468344C1 (ru) * 2011-06-30 2012-11-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) Способ дисперсионной фурье-спектрометрии в непрерывном широкополосном излучении

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