DE60022963T2

DE60022963T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Streulicht

Info

Publication number: DE60022963T2
Application number: DE60022963T
Authority: DE
Inventors: Tatsurou Kyotanabe-shi Kawamura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 2000-11-16
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2020-11-17
Also published as: US6452676B1; DE60022963D1; EP1102059A1; EP1102059B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen eines gestreuten Lichts, das entsteht, wenn sich ein Licht durch das Innere einer zu detektierenden flüssigen Probe wie Urin ausbreitet.
Üblicherweise wurde, wenn das gestreute Licht der zu detektierenden Lösung gemessen wird, ein Verfahren übernommen, bei dem ein projiziertes Licht in der zu detektierenden Lösung fokussiert wird, wobei das in dem fokussierten Bereich entstandene gestreute Licht auf der photoempfindlichen Fläche eines Photosensors mittels einer integrierenden Kugel oder einer Linse gebündelt und detektiert wird, um das sich in alle Richtungen ausbreitende Streulicht einzufangen, wobei soviel wie möglich eingefangen wird. Ferner ist es durch Fokussieren des projizierten Lichts, um das gestreute Licht in einem kleineren Bereich zu erzeugen, möglich, das gestreute Licht bei einem größeren Raumwinkel, d. h. Reichweite, einzufangen. Folglich kann die Leistung des gestreuten Lichts, welches den Photosensor erreicht, erhöht werden, so daß das Ausgangssignalniveau von dem Photosensor ebenso erhöht werden kann. Ferner gibt es einen anderen Vorteil, bei dem das Signal-zu-Rauschverhältnis in einem elektrischen Schaltkreis erhöht werden kann.
Jedoch ist eine große Anzahl von Wegen für das gestreute Licht vorhanden, um den Photosensor zu erreichen, wobei die Wahrscheinlichkeit zum Empfang des Hindernisses aufgrund von Schwebe-Teilchen wie Bläschen und Staub, die in der zu detektierenden Lösung vorhanden sind, gesteigert wird. Ferner wird, falls die Trübheit der zu detektierenden Lösung erhöht wird, die proportionale Beziehung zwischen der Leistung des gestreuten Lichts, das den Photosensor durch einen Weg mit einer langen optischen Weglänge erreichte, und der Trübheit verschlechtert aufgrund eines Ausbreitungsverlustes. Zu derselben Zeit wird ebenso der Unterschied im Ausbreitungsverlust aufgrund des Unterschieds in der optischen Weglänge zwischen den jeweiligen Wegen erhöht. Dann wird eine Kalibrierungskurve der Trübheit und der gestreuten Lichtleistung bzw. Streulichtleistung, welche zu detektieren ist, verzerrt, was zu einem reduzierten Dynamikbereich führt. Ferner neigt das gestreute Licht ebenso dazu, von dem Brechungsindex der zu detektierenden Lösung beeinflußt zu werden.
Somit wird, wenn die Messung durch Erhöhen der Einfangrate des gestreuten Lichts ausgeführt wird, das elektrische Signal-zu-Rauschverhältnis verbessert, jedoch werden das optische Signal-zu-Rauschverhältnis, die proportionale Beziehung und die Reproduzierbarkeit verschlechtert. Insbesondere ist die Verschlechterung der optischen Charakteristiken beachtlich für die zu detektierende Lösung wie Urin, die einen großen Unterschied im Brechungsindex aufweist, eine große Anzahl von Schwebe-Teilchen wie Bläschen und Staub beinhaltet und sich in hohem Maße in der Trübheit ändert aufgrund von Mischen eines Reagens, von Erwärmen oder dergleichen. In einem derartigen Fall können die umfassend gemessenen Charakteristiken, welche die optischen und elektrischen Charakteristiken zusammenfassen, verschlechtert sein.
Ferner wurde mit dem vorhergehenden herkömmlichen Verfahren, das darauf zielt, soviel gestreutes Licht wie möglich einzufangen, eine zylindrische Probenzelle oder Teströhre im allgemeinen verwendet, um die leichte Unterbringung und die Gleichheit der Wege für das gestreute Licht zu erzielen. Dann wurde ein Licht von der Seite der Probenzelle oder Teströhre einfallen gelassen, um das projizierte Licht auf den zentralen Abschnitt zu fokussieren. Jedoch hat eine derartige Konfiguration ein Problem aufgeworfen, daß das System zum Bündeln des von der Probenzelle emittierten Lichts in der Größe vergrößert wird und kompliziert wird.
Ferner hat es gemäß einem herkömmlichen Verfahren zur Urinanalyse ein Verfahren gegeben, bei dem ein mit einem Reagens oder dergleichen getränktes Testpapier in einen Urin eingetaucht wird, wobei eine Farbreaktion davon mittels eines Spektroskops oder dergleichen beobachtet wird, um die Komponenten des Urins zu detektieren. Die darin verwendeten Testpapiere mußten in nachteiliger Weise individuell gemäß den jeweiligen Prüfungseinheiten wie Glukose und Protein hergestellt werden.
US-Patent Nr. 4 076 420 offenbart ein Reaktionskinetikmeßsystem für die Anwendung einer breiten Vielfalt von Reaktionseinleitungsverfahren wie Temperatur, Druck oder elektrische Feldsprungverfahren genauso wie Kombinationen davon.
US-Patent Nr. 5 940 178 offenbart eine Nephelometer/Trübungsmeter-Kombination des Typs, welcher in automatisierten klinischen chemischen Analysatoren nützlich ist, wobei die Kombination einen Laser umfaßt, der ein Laserstrahlenbündel mit einer S-Wellenkomponente und einer P-Wellenkomponente erzeugt.
Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Streulichtmeßverfahren und eine Streulichtmeßvorrichtung bereitzustellen, welche die Einflüsse von Unterschieden im Brechungsindex und im optischen Lichtdurchlaßgrad zwischen je weils zu detektierenden Lösungen reduzieren, um die vorhergehenden Stand-der-Technik-Probleme zu lösen.
Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts bereitzustellen, wobei die Einflüsse von Schadstoffen innenseitig und an den Oberflächen eines optischen Fensters reduziert werden.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Urinanalyse bereitzustellen, welches eine hohe Zuverlässigkeit aufweist, leicht zu warten und zu kontrollieren ist, und eine hohe praktische Brauchbarkeit aufweist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts, das entsteht, wenn sich ein Licht (2) durch ein Inneres einer zu detektierenden Lösung (7) ausbreitet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Einfallenlassen eines Lichts (2) auf die Lösung in einer Probenzelle (3) und Ausbreitenlassen eines Lichts in der Lösung (7) in einer Probenzelle (3), welche zumindest ein erstes optisches Fenster und ein zweites optisches Fenster aufweist, von dem ersten optischen Fenster; und
Beschränken der Ausbreitung eines gestreuten Lichts, das in der Lösung (7) von dem zweiten optischen Fenster in einer Richtung entsteht, die im wesentlichen senkrecht zu der Richtung des sich durch das Innere der Lösung (7) ausbreitenden Lichts (2) verläuft; und
Messen des gestreuten Lichts mittels eines Photosensors (5), dadurch gekennzeichnet, daß
das Beschränken der Ausbreitung des gestreuten Lichts erzielt wird durch eine Dunkelsäule, welche einen luftgefüllten Hohlraum aufweist, der als ein optischer Weg für das gestreute Licht dient.
Bei diesem Verfahren ist es effektiv, daß eine Oberfläche des zweiten optischen Fensters, welche näher an der Lösung ist, im wesentlichen parallel zu einer optischen Achse des sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreitenden Lichts angeordnet ist.
Ferner ist es effektiv, daß eine Position Y der optischen Achse des sich durch das Innere der Lösung ausbreitenden Lichts derart eingestellt wird, daß die Leistung eines gestreuten Lichts, das von, d. h. innenseitig und an den Oberflächen des zweiten optischen Fensters entsteht, und das auf die photoempfindliche Fläche des Photosensors einfällt, nicht mehr als ein vorbestimmter Wert innerhalb eines praktisch zulässigen Bereichs ist.
Noch weiter ist es effektiv, daß eine Position Y der optischen Achse des sich durch das Innere der Lösung ausbreitenden Lichts und eine Position Z des Photosensors derart eingestellt werden, daß die Leistung des gestreuten Lichts, das von, d. h, innenseitig und an den Oberflächen des ersten optischen Fensters entsteht, und das auf die photoempfindliche Fläche des Photosensors einfällt, nicht mehr als ein vorbestimmter Wert innerhalb eines praktisch zulässigen Bereichs ist.
Andererseits ist es effektiv, daß die Position Z des Photosensors derart eingestellt wird, daß ein gestreutes Licht, das in einem Bereich entsteht, welcher der Oberfläche des ersten optischen Fensters am nächsten gelegen ist, wobei die Oberfläche näher an (in Kontakt mit) der zu detektierenden Lösung ist, gemessen werden kann.
Es ist ferner effektiv, daß die Position Y der optischen Achse bei einer Position eingestellt wird, welche der Oberfläche des zweiten optischen Fensters am nächsten ist, wobei die Oberfläche näher an (in Kontakt mit) der Lösung ist.
Ferner ist es effektiv, daß das sich durch das Innere der Lösung ausbreitende Licht ein linear polarisiertes Licht ist und daß ein in einer senkrecht zu der Polarisationsrichtung, welche eine Schwingungsrichtung eines elektrischen Feldes des Lichts ist, verlaufenden Richtung sich ausbreitendes gestreutes Licht gemessen wird.
Noch weiter ist es effektiv, daß das sich durch das Innere der Lösung ausbreitende Licht ein im wesentlichen paralleles Licht ist und das Licht derart projiziert wird, daß sich das Licht in einer Richtung ausbreitet, die senkrecht zu der Oberfläche des optischen Fensters, die näher an der Lösung ist, verläuft.
Es ist effektiv, daß der vorbestimmte Wert eingestellt wird, indem die Leistung eines innenseitig und an den Oberflächen des zweiten optischen Fensters entstehenden gestreuten Lichts definiert wird auf der Basis des Verhältnisses der Leistung des sich innenseitig und an den Oberflächen des zweiten optischen Fensters ausbreitenden Lichts zu der Leistung des Lichts, das sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll.
Ferner ist es ebenso effektiv, daß der vorbestimmte Wert eingestellt wird, indem die Leistung eines innenseitig und an den Oberflächen des ersten optischen Fensters entstehenden gestreuten Lichts auf der Basis des Verhältnisses der Leistung des sich in einem Bereich innerhalb des ersten optischen Fensters ausbreitenden Lichts, wo ein von dem Photosen sor empfangbares gestreutes Licht erzeugt wird, zu der Leistung des Lichts, das sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, definiert wird.
Es ist effektiv, daß die Position Y der optischen Achse und die Position Z des Photosensors derart eingestellt werden, daß, unter der Bedingung, daß das erste und zweite optische Fenster kontaminiert sind, die Leistung eines gestreuten Lichts, das sowohl an dem ersten als auch dem zweiten optischen Fenster entsteht und auf den Photosensor einfällt, nicht mehr als der vorbestimmte Wert ist.
Ferner ist es ebenso effektiv, daß die Position Y der optischen Achse und die Position Z des Photosensors derart eingestellt werden, daß die Leistung eines zu messenden gestreuten Lichts durch Verwenden einer Lösung, welche einen minimalen Brechungsindex aufweist und im wesentlichen kein gestreutes Licht erzeugt, nicht mehr als der vorbestimmte Wert ist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ebenso ein Verfahren zur Urinanalyse, welches die folgenden Schritte aufweist: Trübung eines Urins als einer zu detektierenden Lösung, indem ein Protein in dem Urin erwärmt und koaguliert wird, oder indem ein Reagens zum Koagulieren des Proteins damit gemischt wird, Messen eines gestreuten Lichts, das übereinstimmend mit der Trübung des Urins durch das oben erwähnte Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts entsteht, und Bestimmen der Proteinkonzentration in der zu detektierenden Lösung aus dem gemessenen Wert.
Noch weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Streulichtmeßvorrichtung, welche folgendes aufweist: eine rechteckige Probenzelle (3), welche zumindest zwei angrenzende transparente Seitenwände aufweist, die jeweils als ein opti sches Fenster fungieren, wobei die Probenzelle (3) eine zu detektierende Lösung (7) enthält; eine Lichtquelle (1) zum Projizieren eines Lichts (2) durch ein erstes optisches Fenster in die Lösung (7) in einer senkrecht zu der Oberfläche des ersten optischen Fensters der Probenzelle verlaufenden Richtung, welches in Kontakt mit der Lösung (7) ist; einen Photosensor (5) zum Detektieren eines gestreuten Lichts, welches entsteht, wenn sich das Licht (2) durch das Innere der Lösung (7) ausbreitet, und durch ein an das erste optische Fenster angrenzendes zweites optisches Fenster emittiert wird; und ein Detektionswinkelbeschränkungsmittel zum Beschränken des Winkels eines gestreuten Lichts, das auf den Photosensor (5) innerhalb eines vorbestimmten Winkels einfällt, der auf einer Richtung senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung des Lichts (2) zentriert, das sich durch das Innere der Lösung (7) ausbreiten soll, wobei eine Streulichtintensität der Lösung (7) gemessen wird mittels eines Ausgangssignals von dem Photosensor, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektionswinkel-Beschränkungsmittel eine Dunkelsäule aufweist, welche einen luftgefüllten Hohlraum aufweist, der als ein optischer Weg für das gestreute Licht dient.
Während die neuen Merkmale der Erfindung insbesondere in den beigefügten Ansprüchen aufgestellt sind, wird die Erfindung sowohl bezüglich des Aufbaus als auch des Inhalts besser verständlich und gewürdigt werden zusammen mit deren anderen Zielen und Merkmalen anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.
1 ist eine Draufsicht im Querschnitt, welche in schematischer Weise ein optisches System einer Streulichtmeßvorrichtung in einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Seitenansicht im Querschnitt, welche in schematischer Weise das optische System derselben Vorrichtung zeigt;
3 ist eine vergrößerte Ansicht, welche den wesentlichen Teil von 1 zur Veranschaulichung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine vergrößerte Ansicht, welche den wesentlichen Teil von 1 zur Veranschaulichung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein Schaubild, welches die Beziehung zwischen den gemessenen Werten der Streulichtintensität und der Urin-Proteinkonzentration in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
6 ist ein Schaubild, welches die Beziehung zwischen den gemessenen Werten der Streulichtintensität und der Urin-Proteinkonzentration in einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ein Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts, das in einer zu detektierenden Lösung, d. h. einer Probenlösung, entsteht, wenn sich ein Licht durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreitet, und es ist gekennzeichnet durch Messen eines gestreuten Lichts, das sich in einer Richtung senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung des Lichts, das sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, aus einem gesamten Streulicht mittels eines Photosensors.
Hierin breitet sich, obwohl das gestreute Licht in der senkrechten Richtung in der vorliegenden Erfindung gemessen wird, tatsächlich das gesamte gestreute Licht nicht notwendigerweise in der senkrechten Richtung aus. Aus diesem Grund kann das gestreute Licht, das sich innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs bezüglich der senkrechten Richtung ausbreitet, ebenso gemessen werden.
Indem der Detektionswinkel, wie oben beschrieben wurde, beschränkt wird, kann der Einfluß eines Unterschieds im Brechungsindex zwischen jeweils zu detektierenden Lösungen auf das gestreute Licht reduziert werden und der Einfluß des gestreuten Lichts, das in einem Bereich entsteht, der anders als das Innere der zu detektierenden Lösung ist, wird reduziert. Dementsprechend kann das gestreute Licht, welches den optischen Eigenschaften der zu detektierenden Lösung an sich entspricht, mit Präzision gemessen werden.
In der vorliegenden Erfindung ist die Oberfläche auf der Lösungsseite des zweiten optischen Fensters, welches dem Photosensor zugewandt ist, vorzugsweise parallel zu der Ausbreitungsrichtung des Lichts angeordnet, welches sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll. Folglich ist es möglich, eine Streulichtintensität der zu detektierenden Lösung zu messen, welche einen weiter reduzierten Einfluß eines Unterschieds im Brechungsindex zwischen jeweils zu detektierenden Lösungen empfangen hat.
Bei jedem der vorhergehenden Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, daß das Licht, welches sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, ein im wesentlichen paralleles Licht ist, und daß das Licht in einer Richtung einfallen gelassen wird, welche senkrecht zu der Oberfläche des zweiten optischen Fensters im Kontakt mit der zu detektierenden Lösung ist.
Ferner ist es, wenn das Licht, welches sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, ein linear polarisiertes Licht ist, bevorzugt, das gestreute Licht, welches sich in einer senkrecht zu der Polarisierungsrichtung, welche eine Schwingungsrichtung des elektrischen Felds des Lichts ist, verlaufenden Richtung ausbreitet, zu detektieren.
Bei dem Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, daß eine Position Y der optischen Achse des Lichts, welches sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, derart eingestellt wird, daß die Leistung eines gestreuten Lichts, welches auf (projiziert auf) die photoempfindliche Fläche des Photosensors einfällt, aus einem gestreuten Licht, welches innenseitig und an den Oberflächen des zweiten optischen Fensters, das dem Photosensor zugewandt ist, entsteht, nicht mehr als ein vorbestimmter Wert innerhalb eines praktisch zulässigen Bereichs ist. Die Position Y der optischen Achse wird auf der Basis der Oberfläche auf der Lösungsseite des zweiten optischen Fensters, welches dem Photosensor zugewandt ist, eingestellt. Folglich ist es möglich, die Einflüsse der Schadstoffe und dergleichen innenseitig und an den Oberflächen des zweiten optischen Fensters, das dem Photosensor zugewandt ist, zu reduzieren.
Bei dem Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, daß die Position Y der optischen Achse des Lichts, welches sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, und die Position Z des Photosensors in der Richtung der optischen Achse derart eingestellt werden, daß die Leistung eines gestreuten Lichts, welches auf die photoempfindliche Fläche des Photosensors einfällt, aus dem gestreuten Licht, welches innenseitig und an den Oberflächen des ersten optischen Fensters zum Empfang des Lichts entsteht, das sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, nicht mehr als ein vorbestimmter Wert innerhalb eines praktisch zulässigen Bereichs ist.
Die Position Z des Photosensors in der Richtung der optischen Achse wird auf der Basis der Oberfläche auf der Lösungsseite des ersten optischen Fensters zum Empfang des Lichts eingestellt, welches sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll. Folglich ist es möglich, die Einflüsse der Schadstoffe innenseitig und an den Oberflächen des ersten optischen Fensters auf der Lichtempfangsseite zu reduzieren.
Hierin ist es bevorzugt, daß der "vorbestimmte Wert innerhalb eines praktisch zulässigen Bereichs" ausreichend kleiner ist als der Minimalwert der Leistung des gestreuten Lichts, das von der zu detektierenden Lösung eingenommen wird, wenn die zu detektierende Lösung die niedrigste Trübheit aufweist. Zufälligerweise kann sie, obgleich sich die Trübung entsprechend dem Typ, der Zusammensetzung und der Temperatur der zu detektierenden Lösung und dergleichen unterscheidet, in geeigneter Weise bestimmt werden entsprechend der Gruppe der zu detektierenden Lösungen durch jene, die in dem Fachgebiet erfahren sind.
Somit wird in der vorliegenden Erfindung die Leistung des gestreuten Lichts, welches auf die photoempfindliche Fläche des Photosensors einfällt, aus dem gestreuten Licht, das innenseitig und an den Oberflächen des ersten optischen Fensters zum Empfang des Lichts, welches sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, entsteht, und des gestreuten Lichts, welches innenseitig und an den Oberflächen des zweiten optischen Fensters, das dem Photosensor zugewandt ist, entsteht, ausreichend kleiner gehalten als der Minimalwert. Folglich können die Schwellenwerte der Positionen Y und Z bestimmt werden. Hierin bezeichnet die Formulierung "ausreichend kleiner" einen derartigen Grad, welcher den minimal gemessenen Wert der Trübheit nicht beeinträchtigt. Beispielsweise ist, falls es angenommen wird, daß der Wert von nicht mehr als 1/100 der minimalen Trübheit keinen Einfluß darauf ausübt, der vorgeschriebene Wert nicht mehr als 1/100 des Minimalwerts.
Andererseits ist es bevorzugt, ein gestreutes Licht, das in einer Zone entstanden ist, die der Oberfläche auf der Lösungsseite des ersten optischen Fensters zum Empfang des Lichts, welches sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, am nächsten ist, in einem Bereich von nicht mehr als einem vorbestimmten Wert innerhalb eines derartigen Bereichs zu messen, daß die Leistung des gestreuten Lichts, welches auf die photoempfindliche Fläche des Photosensors einfällt, aus dem gestreuten Licht, welches in jedem der optischen Fenster und auf der Oberfläche davon entsteht, praktisch zulässig ist.
Ferner ist es bevorzugt, daß die Position der optischen Achse des Lichts, das sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, bei einer Position, welche der Oberfläche auf der Lösungsseite des zweiten optischen Fensters, welches dem Photosensor zugewandt ist, am nächsten ist, innerhalb des Bereichs von nicht mehr als dem vorbestimmten Wert eingestellt wird.
Mit diesen bevorzugten Verfahren ist es möglich, den Einfluß des gestreuten Lichts, das wegen der Schadstoffe an den optischen Fenstern und deren Oberflächen entsteht, noch wirksamer zu reduzieren.
In spezifischer Weise kann der vorbestimmte Wert innerhalb eines derartigen Bereichs eingestellt werden, daß die Leistung des gestreuten Lichts, das auf die photoempfindliche Fläche des Photosensors einfällt, aus dem gestreuten Licht, das in dem zweiten optischen Fenster entsteht, welches dem Photosensor und dessen Oberfläche zugewandt ist, praktisch zulässig ist, indem die Leistung eines gestreuten Lichts, das innerhalb und auf den Oberflächen des zweiten optischen Fensters entsteht, anhand des Verhältnisses der Leistung des Lichts, das sich innenseitig und an den Oberflächen des dem Photosensor zugewandten zweiten optischen Fensters ausbreitet, aus der Leistung des Lichts, das sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, definiert wird.
Ferner kann der vorbestimmte Wert in einem derartigen Bereich eingestellt werden, daß die Leistung des gestreuten Lichts, das auf die photoempfindliche Fläche des Photosensors einfällt, aus dem gestreuten Licht, das innenseitig und an den Oberflächen des ersten optischen Fensters zum Empfang des Lichts, das sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, entsteht, praktisch zulässig ist, indem die Leistung eines gestreuten Lichts, welches innenseitig und an den Oberflächen des ersten optischen Fensters entsteht, anhand des Verhältnisses der Leistung des Lichts, welches sich in einer Zone innerhalb des ersten optischen Fensters ausbreitet, in welcher ein von dem Photosensor empfangbares gestreutes Licht erzeugt wird, aus der Leistung des Lichts, welches sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, definiert wird.
Ferner ist es in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, daß die Position Y der optischen Achse des Lichts, das sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, und der Position Z des Photosensors in der Richtung der optischen Achse derart eingestellt werden, daß, unter der Bedingung, daß das erste optische Fenster zum Empfang des Lichts, das sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, und das zweite optische Fenster, welches dem Photosensor zugewandt ist, kontaminiert sind, die Leistung des gestreuten Lichts, das auf den Photosensor einfällt, aus dem gestreuten Licht, das an beiden optischen Fenstern entstanden ist, nicht mehr als der vorbestimmte Wert ist. Folglich kann der Einfluß aufgrund der Kontaminierung von jedem optischen Fenster eliminiert werden, um das gestreute Licht der zu detektierenden Lösung mit hoher Präzision zu messen.
In diesem Falle ist es noch mehr bevorzugt, daß die Position Y der optischen Achse des Lichts, das sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, und die Position Z des Photosensors in der Richtung der optischen Achse derart eingestellt werden, daß die Leistung eines zu messenden gestreuten Lichts unter Verwendung einer Flüssigkeit, welche den niedrigsten Brechungsindex aus der zu detektierenden Lösung aufweist und im wesentlichen kein gestreutes Licht erzeugt, nicht mehr als der vorgeschriebene Wert ist.
Die Streulichtmeßvorrichtung der vorliegenden Erfindung dient zur Ausführung der vorhergehenden Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts und umfaßt eine rechteckige Probenzelle, welche zumindest zwei angrenzende transparente Seitenwände aufweist, wobei jede als optisches Fenster zum Halten einer zu detektierenden Lösung dient; eine Lichtquelle zum Projizieren eines Lichts, das sich durch das Innere der zu detek tierenden Lösung ausbreiten soll, senkrecht auf die zu detektierende Lösung durch das eine optische Fenster der Probenzelle; einen Photosensor zum Detektieren bzw. Erfassen eines gestreuten Lichts, das entsteht, wenn das Licht sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreitet, und durch das andere optische Fenster, welches an das eine optische Fenster angrenzt, emittiert wird; und ein Detektionswinkelbeschränkungsmittel zum Beschränken des Winkels eines gestreuten Lichts, das auf den Photosensor innerhalb eines vorbestimmten Winkels einfällt, welcher auf der Richtung zentriert, die senkrecht zu der Richtung der Ausbreitung des Lichts verläuft, das sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll. Dann mißt sie die Streulichtintensität der zu detektierenden Lösung mittels eines Ausgangssignals von dem Photosensor.
Hierin bezeichnet das "Detektionswinkelbeschränkungsmittel" eine Dunkelsäule, die einen als einen optischen Weg dienenden luftgefüllten Hohlraum aufweist, zum Abschneiden eines unnötigen Lichts, die Lichtquelle und den Photosensor, und einen Computer zum Steuern der Positionierungsvorrichtung oder dergleichen.
Ferner können die vorhergehenden Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts auf ein Verfahren zur Urinanalyse angewandt werden. Demgemäß sieht die vorliegende Erfindung ebenso ein Verfahren zur Urinanalyse vor, welches folgendes aufweist: Verwenden eines Urins, der durch Erwärmen und Koagulieren eines Proteins in dem Urin getrübt ist, oder eines Urins, der getrübt ist, indem darin ein Reagens zum Koagulieren des Proteins als einer zu detektierenden Lösung gemischt wird, Messen des gestreuten Lichts, das übereinstimmend mit der Trübung der zu detektierenden Lösung entsteht, und Bestimmen der Proteinkonzentration in der zu detektierenden Lösung anhand des gemessenen Werts.
Folglich wird die hoch-verläßliche Messung der Konzentration von Protein in einem Urin möglich und eine einfache und genaue Urinanalyse kann durchgeführt werden.
Untenstehend wird das Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts, die Streulichtmeßvorrichtung und das Verfahren zur Urinanalyse in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in noch näheren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
1 und 2 sind schematische Ansichten der Streulichtmeßvorrichtung: 1 ist eine fragmentarische Querschnittsdraufsicht davon; und 2 ist eine fragmentarische Querschnittsseitenansicht davon. In 1 und 2 bezeichnet ein Bezugszeichen 1 ein Halbleiterlaser-Modul, das eine Lichtquelle ist, und es projiziert ein im wesentlichen paralleles Licht 2, d. h. ein linear polarisiertes Licht mit einer Wellenlänge von 670 nm und einer Leistung von 3.0 mW in der z-Richtung. Das im wesentlichen parallele Licht 2 weist eine elliptische Strahlenbündelform und ein elektrisches Feld in der x-Richtung auf. Die zentrale Achse der Ausbreitungsrichtung, d. h. die optische Achse 4 des im wesentlichen parallelen Lichts 2 ist mit einer gepunkteten Linie bezeichnet. Hierin ist das im wesentlichen parallele Licht 2 ein Gaußsches Strahlenbündel, welches maximal in der optischen Leistungsdichte auf der optischen Achse 4 wird, und in der Leistungsdichte mit einem Anstieg im Abstand von der optischen Achse 4 entsprechend der folgenden Formel (1) in dem Querschnitt senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung abnimmt. I(r) = I(0) × exp (–2r2/w0 2) (1)wobei,

r:: Abstand (m) von der optischen Achse;
I(r):: Leistungsdichte (W/m²) bei einem Abstand von r von der optischen Achse;
I(0):: Leistungsdichte (W/m²) auf der optischen Achse; und
W₀:: Abstand (m), bei dem die Leistungsdichte 1/e² von I(0) ist, wobei e ein natürlicher Logarithmus ist.

Falls angenommen wird, daß der Strahlenbündeldurchmesser des im wesentlichen parallelen Lichts 2 das Doppelte von wo ist, ist die größere Achsen-Strahlenbündeldurchmesser (y-Richtung) 3.0 mm und der kleinere Achsen-Strahlenbündeldurchmesser (x-Richtung) ist 1.5 mm. Mit anderen Worten ist wo in der y-Richtung 1.5 mm und ist wo in der x-Richtung 0.75 mm. Die innerhalb des Radius r beinhaltete Leistung wird durch Integrieren der Leistungsdichte erhalten. Ungefähr 86.5 % der Gesamtleistung des im wesentlichen parallelen Lichts 2 ist innerhalb des Radius wo vorhanden.
Das im wesentlichen parallele Licht 2 ist geometrisch ein paralleles Licht, jedoch nimmt es tatsächlich in dem Strahlbündeldurchmesser wegen des Beugungseffektes zu, da es sich ausbreitet. Jedoch gibt es dort keinen Nachteil, wenn es im wesentlichen als ein paralleles Licht betrachtet wird, für den Strahlenbündeldurchmesser der vorhergehenden Reihenfolge, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Ein Bezugszeichen 3 bezeichnet eine aus Glas gefertigte rechteckige Probenzelle, welche einer nach oben offene Öffnung aufweist, worin vier Seitenwände davon transparente optische Fenster sind. Jeweils angrenzende optische Fenster sind in senkrechtem Kontakt miteinander und die Innenabmessung der Probenzelle 3 beträgt 12 mm pro Seite. Die Probenzelle 3 ist in der Lage, das im wesentlichen parallele Licht 2 senkrecht auf die zu detektierende Lösung mit der darin ge haltenen Lösung einfallen zu lassen und das gestreute Licht herauszunehmen.
Ein Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Photosensor zum Detektieren bzw. Erfassen des gestreuten Lichts, das während der Ausbreitung des Lichts durch das Innere einer zu detektierenden Lösung 7 entstanden ist.
Eine zylindrische Dunkelsäule 6, welche zwischen einem zweiten optischen Fenster (dem Photosensor 5 zugewandtes optisches Fenster), durch welches das gestreute Licht emittiert wird, und dem Photosensor 5 zwischengeordnet ist, dient zur Beschränkung des Detektionswinkels des Photosensors 5. Der als ein optischer Weg für das gestreute Licht in der Dunkelsäule 6 dienende Hohlraum weist Abmessungen von einer Länge L und einem Innendurchmesser D auf. Die zentrale Achse der Dunkelsäule 6 liegt in der y-Richtung. Mit anderen Worten liegt die zentrale Achse in einer Richtung, die senkrecht zu der optischen Achsenrichtung (z-Richtung) und der elektrischen Feld-Richtung (x-Richtung) verläuft. Ferner wurde die Innenwand des Hohlraums der Dunkelsäule 6 einer Schwarzüberzugsbearbeitung („black frosting processing") unterzogen und reflektiert somit im wesentlichen kein Licht. Demgemäß zeigt die Betrachtung von einem geometrischen Standpunkt aus, daß der Detektionswinkel 2θ wegen der Dunkelsäule 6 durch die nachfolgende Formel (2) beschränkt ist: 2θ = 2 × tan–1 (D/L) (2)
Hierin weist der Lichtempfangsabschnitt des Photosensors 5 eine Fläche von nicht weniger als der Querschnittsfläche des Hohlraumabschnitts der Dunkelsäule 6 auf. Dies bedeutet, daß er eine Fläche von nicht weniger als der Fläche des Abschnitts aufweist, der von einem Kreis mit einem Durchmesser von D umgeben ist.
Jedoch ist der Wert von 2θ ein virtueller Detektionswinkel, der ohne Berücksichtigung des Unterschieds im Brechungsindex zwischen der Luft in dem Hohlraumabschnitt der Dunkelsäule 6, den optischen Fenstern der Probenzelle 3 und der zu detektierenden Lösung 7 berechnet ist. Mit anderen Worten ist der Wert von 2θ ein Detektionswinkel, wenn davon ausgegangen wird, daß das gestreute Licht sich durch ein Medium ausbreitet, das denselben Brechungsindex aufweist.
3 zeigt den Detektionswinkel, welcher unter Berücksichtigung des Unterschieds im Brechungsindex zwischen ihnen erzielt wird. In 3 ist die Dicke des optischen Fensters (zweites optisches Fenster), welches dem Photosensor 5 der Probenzelle 3 zugewandt ist, gleich "t". Indem definiert wird, daß die Brechungsindizes von Luft, des optischen Fensters der Probenzelle 3 und der zu detektierenden Lösung jeweils gleich n_a, n_g und n_s sind, und, wie in 3 dargestellt ist, daß der Einfallswinkel von der zu detektierenden Lösung auf das optische Fenster θ₁ ist, der Brechungswinkel an dem zweiten optischen Fenster (Einfallswinkel auf Luft) gleich θ₂ ist und der Brechungswinkel in Luft gleich θ₃ ist, und zwar entsprechend dem Brechungsgesetz von Snellius, werden die Formel (3): (sinθ2)/(sinθ1) = ns/ng (3)und die Formel (4): (sinθ3)/(sinθ2) = ng/na (3)erzielt. Es ist anzumerken, das θ₃ mit θ in der Formel (2) korrespondiert.
Ferner wird aus den Formeln (3) und (4) die folgende Formel (5) sinθ1 = na/ns × (sinθ3) = 1/ns × (sinθ3) (5) eingeführt. In der Formel (5) entsteht, auch wenn angenommen wird, daß n_a = 1 ist, wenn der Brechungsindex von Luft gleich n_a ist, kein Problem von einem praktischen Standpunkt aus. Wie aus der Formel (5) ersichtlich ist, falls sich der Brechungsindex n_s der zu detektierenden Lösung ändert, ändert sich 2θ₁, was ein wesentlicher Detektionswinkel ist, ebenso. Falls es sich ändert, ändert sich ebenso das Volumen der Zone, in welcher das gestreute Licht den Photosensor 5 erreicht, wobei der gemessene Wert beeinflußt wird.
Hierin kann, je kleiner der Detektionswinkel 2θ₃, der von der Dunkelsäule 6 beschränkt ist, gemacht wird, desto kleiner der Betrag von Änderungen des wesentlichen Detektionswinkels 2θ₁ aufgrund eines Unterschieds im Brechungsindex n_s der zu detektierenden Lösung gemacht werden. Demgemäß ist es, indem der beschränkte Detektionswinkel 2θ₃ klein eingestellt wird, möglich, den Einfluß des Brechungsindex der zu detektierenden Lösung zu reduzieren.
Dann wird eine Beschreibung zu der Beziehung zwischen der Volumenänderung der Zone gegeben, in welcher das zu detektierende gestreute Licht erzeugt wird, und der Position der optischen Achse 4 des im wesentlichen parallelen Lichts 2, welches sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, unter Bezugnahme auf 4. Hierin ist die Position Y der optischen Achse 4 durch den Abstand "Y" von der Oberfläche auf der Lösungsseite des zweiten optischen Fensters dargestellt, welches dem Photosensor 5 der optischen Achse 4 zugewandt ist.
In 4 ist die Position Y der optischen Achse 4 des im wesentlichen parallelen Lichts 2 durch Y₁ dargestellt und die Position Y der optischen Achse 4' eines im wesentlichen par allelen Lichts 2' ist durch Y₂ (wobei Y₁ < Y₂) dargestellt. Ferner ist, falls das θ₁ eines Lichtstrahls 8 sich wie θ_1' eines Lichtstrahls 8' mit einer Änderung im Brechungsindex der zu detektierenden Lösung geändert hat, das Volumen der Zone, in welcher das gestreute Licht, welches von dem Photosensor zu detektieren ist, erzeugt wird, größer für den letzteren Fall. Dann ist es angezeigt, daß die Volumenänderung basierend auf der Änderung im Brechungsindex größer wird, wenn der Abstand Y groß ist. Demgemäß kann es vorausgesetzt werden, daß es, je kleiner der Abstand Y ist, desto bevorzugter ist, um den Einfluß eines Unterschieds im Brechungsindex zwischen den zu detektierenden Lösungen zu reduzieren.
Ferner kann die folgende Betrachtung vorgesehen werden, indem der Winkel θ₃, der durch die Dunkelsäule 6 beschränkt ist, als eine Variable genommen wird. Wie aus der Formel (5) ersichtlich ist, nimmt der Betrag von Änderungen in θ₃ bezüglich der Änderungen im Brechungsindex n_s der zu detektierenden Lösung mit einer Zunahme in θ₁ zu. Mit anderen Worten vergrößert eine Zunahme in θ₁ den Betrag von Änderungen in θ₃ bezüglich der Änderungen im Brechungsindex n_s der zu detektierenden Lösung, so daß die Leistung des gestreuten Lichts, welches den Photosensor erreicht, sich ebenso in hohem Maße ändert.
Andererseits wird, wenn θ₁ Null ist, das bedeutet, wenn das gestreute Licht sich in einer Richtung senkrecht zu dem optischen Fenster ausbreitet, θ₃ Null ungeachtet des Brechungsindex n_s der zu detektierenden Lösung. Dementsprechend ändert sich nicht die Leistung des gestreuten Lichts 8, welches den Photosensor erreicht.
Wie oben beschrieben wurde, ist es, indem der Detektionswinkel 2θ₃ soweit wie möglich von der Dunkelsäule 6 beschränkt wird und der Abstand Y reduziert wird, möglich, den Einfluß von den Änderungen im Brechungsindex der zu detektierenden Lösung zu reduzieren.
Ferner ist es, da die Position Y und der Winkel der optischen Achse 4 sich nicht entsprechend dem Brechungsindex der zu detektierenden Lösung ändern, indem das im wesentlichen parallele Licht 2 senkrecht auf die zu detektierende Lösung einfallen gelassen wird, möglich, den Einfluß der Änderungen im Brechungsindex weiter zu reduzieren.
Unten wird eine Beschreibung zu einem Beispiel gegeben werden, bei dem die Trübheit der zu detektierenden Lösung bestimmt wird, indem das gestreute Lichts unter Verwendung des in 1 und 2 dargestellten optischen Systems gemessen wird.
Wenn die zu detektierende Lösung trüb ist, wenn sich das im wesentlichen parallele Licht 2 ausbreitet, schwächt sich dessen Leistung in Übereinstimmung mit der Formel (6) ab: P(Z) = P(0) × exp (- τ × Z) (6)wobei

Z:: Abstand (m) von der Oberfläche auf der Lösungsseite des optischen Fensters zum Empfang des im wesentlichen parallelen Lichts 2 in der z-Richtung;
P(Z):: Leistung (W) bei einer Position Z des im wesentlichen parallelen Lichts 2;
P(0):: Leistung (W) bei einer Position 0 (optische Fensteroberfläche ist näher an der zu detektierenden Lösung) des im wesentlichen parallelen Lichts 2; und
τ:: Trübheit (1/m).

Das gestreute Licht entsteht. im Verhältnis zu der Leistung des im wesentlichen parallelen Lichts an einem Erzeugungspunkt. Demgemäß ist, wenn Z klein ist in der Formel (6), das bedeutet, wenn das gestreute Licht an dem Punkt entsteht, wo der Abstand Z von der Oberfläche auf der Lösungsseite des ersten optischen Fensters zum Empfang des im wesentlichen parallelen Lichts kurz ist, dessen Leistung groß. Insbesondere wird, wenn die Trübheit τ größer wird, der Unterschied in der Leistung zwischen der Einfallsseite und der Emissionsseite des im wesentlichen parallelen Lichts 2 vergrößert, so daß der Unterschied in der Leistung zwischen dem entstehenden gestreuten Licht ebenso vergrößert ist. Demgemäß wird der Abstand Z in erwünschter Weise so weit wie möglich reduziert. Die Position Z des Photosensors 5 von der Bezugsebene in der optischen Achsenrichtung kann ebenso durch den Abstand Z von der Bezugsebene zu der zentralen Achse der Dunkelsäule 6 dargestellt werden.
Da sich das entstandene gestreute Licht üblicherweise in allen Richtungen mit Ausnahme der Richtung des elektrischen Feldes ausbreitet, wurde die Einfangrate des gestreuten Lichts durch Bündelung des gestreuten Lichts mit einer integrierenden Kugel oder dergleichen erhöht. Jedoch ist es, da das gestreute Licht eine große Anzahl von Ausbreitungswegen zum Erreichen des Photosensors aufweist, anfällig für die Versperrung durch Schwebeteilchen wie Bläschen und Staub in der zu detektierenden Lösung. Ferner wird, wenn die Trübheit hoch ist, die Linearität der Leistung des gestreuten Lichts, das den Photosensor erreichte, und die Trübheit durch einen Ausbreitungsverlust reduziert, so daß der Grad des Ausbreitungsverlustes entsprechend dem Unterschied in der optischen Weglänge variiert. Dementsprechend wird der dynamische Bereich reduziert. Ferner war dort ein anderes Problem aufge treten, daß das gestreute Licht ebenso dazu tendiert, durch den Brechungsindex der zu detektierenden Lösung beeinflußt werden.
Somit werden mit dem herkömmlichen Verfahren das optische Signal-zu-Rausch-Verhältnis, die Linearität und die Reproduzierbarkeit reduziert. Insbesondere, wenn eine zu detektierende Lösung, die einen großen Unterschied im Brechungsindex, einen großen Einfluß von Schwebeteilchen wie Bläschen und Staub und eine große Trübheitsänderung wegen des Mischens eines Reagens, Erwärmung oder dergleichen zeigt, wie mit einem Urin verwendet wird, hat es ein besonders großes Problem dargestellt.
Andererseits wird in der vorliegenden Erfindung, falls ein Laser als eine Lichtquelle verwendet wird, die gestreute Lichtleistung an sich größer. Dementsprechend ist, auch wenn die Einfangrate des gestreuten Lichts niedrig ist, der Pegel eines Ausgangssignals von dem Photosensor ausreichend hoch. Demgemäß kann die Reduktion im elektrischen Signal-zu-Rausch-Verhältnis auf einen im wesentlichen vernachlässigbaren Pegel heruntergedrückt werden.
Von derartigen Standpunkten aus werden gemäß der vorliegenden Erfindung die umfassend gemessenen Charakteristiken verbessert, indem ein Laser als eine Lichtquelle verwendet wird, um den Weg für das gestreute Licht eher als durch Erhöhen der Einfangrate des gestreuten Lichts zu beschränken. Die vorliegende Erfindung kann effektiv verwendet werden, insbesondere wenn der Unterschied in der Trübheit zwischen zu detektierenden Lösungen groß ist wie mit einem Urin.
Ferner ändert sich, wenn es so eingestellt wird, daß das gestreute Licht bei einem Winkel emittiert wird, der anders als die senkrechte Richtung zu dem zweiten optischen Fenster bei Beschränkung des Wegs für das gestreute Licht ist, der Ausgangswinkel entsprechend dem Brechungsindex der zu detektierenden Lösung, was den gemessenen Wert der Trübheit beeinträchtigt. Wie durch Verwenden der Formeln (3), (4) und (5) gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, kann das Problem gelöst werden, indem der Detektionswinkel innerhalb eines vorgeschriebenen Winkels bezüglich der senkrechten Richtung beschränkt wird.
Ferner kann, wenn die Probenzelle wiederholt verwendet wird, eine Proteinkomponente, eine Ablagerung in laufendem Wasser und dergleichen dem optischen Fenster anhaften. Falls ein Licht auf das optische Fenster mit einem daran anhaftenden Schadstoff projiziert wird, entsteht das gestreute Licht auf der optischen Fensteroberfläche. Ferner entsteht das gestreute Licht an dem optischen Fenster wegen der Streifen (unebener Brechungsindexabschnitt vorhanden innerhalb des Glases), die in dem optischen Fenster beinhaltet sind. Ein Einfall des gestreuten Lichts, welches von woanders als den zu detektierenden Lösungen entstanden sind, auf den Photosensor übt einen Einfluß auf den gemessenen Wert der Trübheit aus.
Der Einfluß kann reduziert werden, indem der Detektionswinkel beschränkt wird, wie oben beschrieben wurde, um das an dem optischen Fenster und auf dessen Oberfläche entstandene gestreute Licht davon abzuhalten, den Photosensor auf direkte Weise zu erreichen. Dies bedeutet, daß es durch Beschränkung des Detektionswinkels, um das gestreute Licht davon abzuhalten, den Photosensor direkt zu erreichen, um die Erzeugungszone des einkommenden gestreuten Lichts zu beschränken, möglich ist, die Einflüsse der Streifen und der Kontamination des optischen Fensters zu reduzieren.
Unten wird die vorliegende Erfindung in näheren Einzelheiten beschrieben werden im Wege konkreter Beispiele, bei denen die vorliegende Erfindung für eine Urinanalyse angewandt wird.
Beispiel 1
Durch Verwendung eines durch Erwärmen getrübten Urins als eine zu detektierende Lösung, wurde die der Trübheit entsprechende Streulicht-Intensität gemessen, um die Proteinkonzentration aus einer Kalibrierungskurve des gemessenen Wertes und der Proteinkonzentration zu bestimmen.
In diesem Beispiel wurden die Dunkelsäule 6 und der Photosensor 5 in einer engen Kontaktbeziehung miteinander integriert und wurden bezüglich des im wesentlichen parallelen Lichts 2 bewegt, um die Abstände Y und Z zu ändern. Die Abmessungen des Hohlraums in der Dunkelsäule 6 wurden derart eingestellt, daß L = 20 mm und D = 2 mm sind, was dazu führt, daß θ₃ = tan^–1 (2/2) = 5.71 ist.
Zuerst wurde eine Probenzelle 3 präpariert, bei der die optischen Fenster kontaminiert wurden durch Adhäsion von Protein an den Innenwänden. Wenn ein Laser-Licht 2 auf das optische Fenster der Probenzelle 3 projiziert wurde, wurde das Laserlicht 2 in hohem Maße gestreut. Die Dicke t des optischen Fensters der Probenzelle 3 betrug 1.0 mm. Eine Flüssigkeit wie reines Wasser, welche nicht ein Feinpartikel und dergleichen beinhaltet und im wesentlichen nicht ein gestreutes Licht erzeugte, wurde in die Probenzelle 3 eingeführt. Danach wurde die Dunkelsäule 6 einmal an dem zentralen Abschnitt der Probenzelle 3 befestigt, das bedeutet, in der Nähe eines Abstands Z (= 6 mm). Dann wurde der Abstand Y allmählich reduziert, bis das innenseitig und an den Oberflächen des dem Photosensor zugewandten zweiten optischen Fensters entstande ne gestreute Licht begann, in den Photosensor 5 zu gelangen. Der Abstand Y an diesem Punkt, wo das gestreute Licht begann, in den Photosensor 5 zu gelangen, wurde als Y_min bezeichnet. In diesem Beispiel wurde herausgefunden, daß Y_min = 2.5 mm ist. Dann wurde der Abstand Y einmal bei 3 mm fixiert, was Y_min < Y erfüllte, und wurde auf Y_min angenähert.
Dann wurde der Abstand Z allmählich reduziert, bis das gestreute Licht, das innenseitig und an den Oberflächen des ersten optischen Fensters zum Empfang des im wesentlichen parallelen Lichts 2 entstanden ist, begann, in den Photosensor 5 zu gelangen. Der Abstand Z an diesem Punkt, wo das gestreute Licht begann, in den Photosensor 5 zu gelangen, wurde als Z_min bezeichnet. In diesem Beispiel wurde herausgefunden, daß Z_min = 1.5 mm ist. Dann wurde der Abstand Z einmal bei 2.0 mm fixiert, was Z_min < Z erfüllte, und wurde auf Z_min angenähert.
In diesem Zustand wurde jede der Urin-Proben mit jeweiligen Proteinkonzentration von 2, 5, 15, 30, 60 und 100 (mg/dl) präpariert durch Hinzufügen eines Proteins zu einem Urin, dessen Proteinkonzentration = 0 (mg/dl) ist. Diese jeweiligen Urinproben und ein Urin, dessen Proteinkonzentration = 0 (mg/dl) ist, wurden erwärmt, um getrübt zu werden. Jede zu detektierende Lösung, die somit präpariert wurde, wurde in die Probenzelle 3 eingeführt, um die Streulicht-Intensität zu messen, das bedeutet, das Ausgangssignal von dem Photosensor 5 bei diesem Schritt.
Die Ergebnisse sind in 5 dargestellt. In 5 bezeichnet die Abszisse die Proteinkonzentration und die Ordinate bezeichnet das Ausgangssignal (Streulicht-Intensität), das an dem Photosensor 5 detektiert wurde. 5 zeigt die Ergebnisse in dem Fall, wo der Abstand Z bei 2.0 mm fixiert wurde, und der Abstand Y geändert in 3.0 mm, 3.25 mm, 3.5 mm und 3.75 mm wurde.
Wie aus 5 ersichtlich ist, ist, je kürzer der Abstand Y ist, desto hervorragender die Linearität der Kalibrierungskurve, welche die Beziehung zwischen der Proteinkonzentration und der Streulicht-Intensität zeigt. Ferner ist die gemessene Streulichtintensität Null ungeachtet des Werts des Abstands Y, wenn die Proteinkonzentration = 0 (mg/dl) ist. Dies zeigt an, daß jeder gemessene Wert nicht durch das gestreute Licht, welches von den Schadstoffen innenseitig und an den Oberflächen des optischen Fensters entstanden ist, beeinträchtigt wurde.
Dann zeigt 6 die Beziehung zwischen dem Ausgangssignal (Streulicht-Intensität), das an dem Photosensor 5 detektiert wurde, und der Proteinkonzentration der zu detektierenden Lösung, wenn die Messung ausgeführt wird, indem der Abstand Z geändert wird. Dieses Schaubild zeigt die Ergebnisse, die durch Messen des Ausgangsignals von dem Photosensor 5 erzielt wurden, während der Abstand Z in 2.0 mm, 2.3 mm und 2.6 mm geändert wurde.
Wie aus 6 ersichtlich ist, ist, je kürzer der Abstand Z ist, desto hervorragender die Linearität der Kalibrierungskurve, welche die Beziehung zwischen der Proteinkonzentration und der Streulichtintensität zeigt. Ferner ist die gemessene Streuintensität Null ungeachtet des Werts des Abstands Z, wenn die Proteinkonzentration = 0 (mg/dl) ist. Dies zeigt an, daß jeder gemessene Wert nicht durch das gestreute Licht, das von den Schadstoffen innenseitig und an den Oberflächen des optischen Fensters entstanden ist, beeinträchtigt wurde.
Wie oben beschrieben wurde, konnte durch Beschränken des Detektionswinkels des Photosensors, durch Reduzieren des Abstands Y und weiteres Reduzieren des Abstands Z, um das gestreute Licht, das von der zu detektierenden Lösung in einer Zone, die so nahe wie möglich an dem ersten optischen Fenster zum Empfang des im wesentlichen parallelen Lichts ist, auf den Photosensor einfallen zu lassen, die Messung der Streulicht-Intensität mit einer hervorragenden Linearität und einem weiten dynamischen Bereich implementiert werden. Ferner konnte, indem vorher die Position (Y_min und Z_min) bestätigt wird, bei welcher der Einfluß des gestreuten Lichts, das von dem optischen Fenster an sich entsteht, anfängt mit einer Flüssigkeit wie reinem Wasser aufzutreten, welche im wesentlichen nicht ein gestreutes Licht erzeugt, die genaue Position (Abstände Y und Z), die zum Entfernen des Einflusses der Schadstoffe innenseitig und an den Oberflächen des optischen Fensters geeignet ist, eingestellt werden. Es kann nämlich, während das erste optische Fenster zum Empfang des Lichts, welches sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, und das zweite optische Fenster, das dem Photosensor zugewandt ist, kontaminiert werden, die Position Y der optischen Achse des Lichts, welches sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, und die Position Z des Photosensors in der Richtung der optischen Achse in geeigneter Weise eingestellt werden, so daß die Leistung des gestreuten Lichts, welches auf den Photosensor einfällt, aus dem gestreuten Licht, daß an beiden optischen Fenstern entstanden ist, nicht mehr als ein vorgeschriebener Wert ist.
Ferner wurde bestätigt, daß mit diesen Verfahren die Versperrung wegen Schwebe-Teilchen wie Bläschen und Staub in der zu detektierenden Lösung ebenso eliminiert werden kann und zwar anders als durch Entfernen des Einflusses des gestreuten Lichts aufgrund des optischen Fensters, so daß eine präzise Streulichtintensität, welche die optischen Charakteristiken, die der zu detektierenden Lösung innewohnen, reflektiert, gemessen werden kann.
Zufällig können sie, obwohl Y_min und Z_min experimentell durch Verwendung reinen Wassers bestimmt wurden, und die geeigneten Abstände Y und Z anhand dieser Werte eingestellt wurden, was die Einfachheit als wichtig in diesem Beispiel betrifft, ebenso auf die folgende Weise eingestellt werden.
Der Brechungsindex von reinem Wasser beträgt nämlich bei der Wellenlänge (670 nm) des im wesentlichen parallelen Lichts ungefähr 1.331, während der Brechungsindex des Urins, welcher die zu detektierende Lösung ist, ungefähr 1.333 bis 1.344 ist. Je kleiner der Brechungsindex n_s der zu detektierenden Lösung ist, desto größer ist der substantielle Detektionswinkel 2θ₁. Demgemäß führt die Verwendung von reinem Wasser dazu, daß die Werte von Y_min und Z_min, welche ein wenig größer als in dem Fall sind, wo das Urin verwendet wird, bestimmt sind. Demgemäß ist es durch Verwendung einer Lösung, welche den minimalen Brechungsindex (1.333) aufweist, der durch den Urin gezeigt wird, der als die zu detektierende Lösung dient, möglich, auf noch exaktere Weise die Werte von Y_min und Z_min zu bestimmen, die dazu in der Lage sind, die Versperrung durch das gestreute Licht, das aufgrund der Schadstoffe innenseitig und an den Oberflächen des optischen Fensters entstanden ist, zu hemmen.
Auch wenn reines Wasser als eine einfache Prozedur verwendet wird, gibt es kein Problem von dem praktischen Standpunkt aus. Jedoch wird es möglich, indem die Position Y der optischen Achse des Lichts, das sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, und die Position Z des Photosensors in der Richtung der optischen Achse eingestellt werden, so daß die Leistung des gestreuten Lichts, das durch Verwenden einer Flüssigkeit, welche den minimalen Brechungsindex unter zu detektierenden Lösungen aufweist, gemessen wird, und im wesentlichen kein gestreutes Licht erzeugt, nicht mehr als ein vorgeschriebener Wert ist, die Linearität weiter zu verbessern und andere gemessene Charakteristiken.
Beispiel 2
In diesem Beispiel wurde ein Urin, der durch Mischen eines Reagens darin getrübt wurde, als die zu detektierende Lösung verwendet, um die gestreute Lichtintensität, die mit dessen Trübung korrespondiert, zu messen. Dann wurde eine Kalibrierungskurve basierend auf den gemessenen Werten gebildet, um die Proteinkonzentration zu bestimmen.
In dem oben beschriebenen Beispiel 1 wurde das Verfahren ausgeführt, bei dem Y_min und Z_min experimentell gefunden wurden, indem die kontaminierte Probenzelle verwendet wurde, um geeignete Abstände Y und Z anhand dieser Werte einzustellen. Im Vergleich dazu bezieht sich dieses Beispiel auf das Verfahren, bei dem ein bestimmtes Leistungsniveau zu einem derartigen Grad definiert wird, daß das gestreute Licht, das innenseitig und an den Oberflächen von jedem optischen Fenster entsteht, und auf den Photosensor 5 einfällt, im wesentlichen vernachlässigbar ist und kein Problem von dem praktischen Standpunkt aus verursacht, wobei geeignete Abstände Y und Z, wie um den vorbestimmten Wert zu erfüllen, berechnet werden von dem minimalen Brechungsindex der zu detektierenden Lösung und der Leistungsverteilung des im wesentlichen parallelen Lichts 2.
Das im wesentlichen parallele Licht 2 ist ein Gaußsches Strahlenbündel, welches eine durch die Formel (1) dargestellte Leistungsverteilung aufweist, wobei die Leistungsdichte auf einen unbegrenzten Abstand verteilt ist. Demgemäß kann, wie auch immer die Abstände X und Y eingestellt sind, die Leistung des gestreuten Lichts, das innenseitig und an den Oberflächen von jedem optischen Fenster entstanden ist und auf den Photosensor 5 einfällt, im Prinzip nicht auf Null gebracht werden. Ferner fällt, da der Einfluß der Beugung, falls er äußerst klein ist, tatsächlich hinzugefügt ist, die gebeugte Komponente ebenso auf den Photosensor 5 ein.
Jedoch können von einem praktischen Standpunkt aus die Abstände X und Y bei einem Minimum in einem derartigen Bereich eingestellt sein, daß die Leistung des gestreuten Lichts, das auf den Photosensor 5 einfällt, aus dem gestreuten Licht, das innenseitig und an den Oberflächen von jedem optischen Fenster entstanden ist, auf ein praktisch unproblematisches Niveau heruntergedrückt werden kann. Zur Evaluierung des praktischen Einflusses des gestreuten Lichts, das innenseitig und an den Oberflächen von jedem optischen Fenster entstanden ist, was die Messung des gestreuten Lichts hemmt, das von der zu detektierenden Lösung entsteht, wird r in der Formel (1) erneut ausgedrückt als die Formel (7): r = k × w0 (7)wobei k eine Proportionalitätskonstante ist.
Wenn k = 1 ist, beläuft sich die Leistung, welche innerhalb des Radius r vorhanden ist, auf 86.47 % der Gesamtleistung; wenn k = 1.5 ist, beläuft sich die innerhalb des Radius r vorhandene Leistung auf 98.89 % der Gesamtleistung; und wenn k = 2 ist, beläuft sich die innerhalb des Radius r vorhandene Leistung auf 99.97 % der Gesamtleistung. Mit anderen Worten, wenn beispielsweise k = 2 ist, beläuft sich die außerhalb des Radius r vorhandene Leistung auf lediglich 0.03 % der Gesamtleistung.
Es ist die Leistung des im wesentlichen parallelen Lichts 2, welches sich innenseitig und an den Oberflächen des dem Photosensor 5 zugewandten zweiten optischen Fensters ausbreitet, das bedeutet, die Leistung, die außerhalb des Radius Y vorhanden ist, wenn r = Y in der Formel (1) ist, was die Leistung des gestreuten Lichts bestimmt, das innenseitig und an den Oberflächen des dem Photosensor 5 zugewandten zweiten optischen Fensters entstanden ist und auf den Photosensor 5 einfällt.
Ferner ist es die Leistung des im wesentlichen parallelen Lichts 2, welches das gestreute Licht innerhalb des Detektionswinkels der Dunkelsäule 6 in dem ersten optischen Fenster erzeugt, mit anderen Worten, die Leistung des Lichts, das sich durch eine Zone ausbreitet, welche ein gestreutes Licht erzeugt, das von dem Photosensor innerhalb des ersten optischen Fensters empfangbar ist, auf welches das im wesentlichen parallele Licht einfällt, was die Leistung des gestreuten Lichts bestimmt, welches innenseitig und an den Oberflächen des ersten optischen Fensters entstanden ist, welches zum Empfang des im wesentlichen parallelen Lichts 2 dient, und welches auf den Photosensor 5 einfällt.
Durch Einstellen der Abstände Y und Z in einem derartigen Bereich, daß diese Leistungen auf nicht mehr als einen vorbestimmten Wert heruntergedrückt werden können, welcher nahezu vernachlässigbar bezüglich der Gesamtleistung des im wesentlichen parallelen Lichts ist und praktisch zulässig ist, ist es möglich, die Messung mit praktisch ausreichender Präzision auszuführen.
In diesem Beispiel wurde, wie die Bedingung zum Erzielen des Werts innerhalb des praktisch zulässigen Bereichs, die Leistung des im wesentlichen parallelen Lichts 2, das sich innenseitig und an den Oberflächen des dem Photosensor 5 zugewandten zweiten optischen Fensters ausbreitet, auf 0.05 % der Gesamtleistung des im wesentlichen parallelen Lichts 2 eingestellt. Ferner wurde die Leistung des im wesentlichen parallelen Lichts 2 in der Zone innerhalb des ersten optischen Fensters zum Empfang des im wesentlichen parallelen Lichts 2, welches ein gestreutes Licht innerhalb des Detektionswinkels der Dunkelsäule 6 erzeugt, auf 1 % der Gesamtleistung des im wesentlichen parallelen Lichts 2 eingestellt.
Um diese Bedingungen zu erfüllen, wurden geeignete Werte von Abständen Y und Z berechnet und auf die folgende Weise eingestellt.
Zunächst wurde der Abstand Y eingestellt. In Übereinstimmung mit den Formeln (1) und (7) beläuft sich, wenn Y = r = 2w₀ ist, die außerhalb des Radius r vorhandene Leistung auf 0.03 der Gesamtleistung. Die Leistung, die näher bei dem dem Photosensor zugewandten optischen Fenster als der optischen Achse vorhanden ist, war die Hälfte und betrug 0.015 % der Gesamtleistung. Ein Teil davon entspricht der Leistung des im wesentlichen parallelen Lichts 2, welches sich innenseitig und an den Oberflächen des dem Photosensor zugewandten zweiten optischen Fensters ausbreitet, wobei somit das Erfordernis von nicht mehr als 0.05 %, d.h. ein vorbestimmter Wert, erfüllt wird. Auf dieser Grundlage wurde der Abstand Y als k x wo = 2 × 1.5 = 3.0 mm eingestellt.
Dann wird eine Beschreibung hinsichtlich der Einstellung des Abstands Z unter Bezugnahme auf 4 dargeboten werden. In 4 wurde der Schnittpunkt zwischen einem gestreuten Lichtstrahl 8', welcher sich auf der äußersten Seite des Detektionswinkels, der von der Dunkelsäule 6 beschränkt ist, ausbreitet, und der Oberfläche auf der Lösungsseite des ersten optischen Fensters zum Empfang des im wesentlichen parallelen Lichts 2 mit C bezeichnet. Der Abstand zwischen dem Schnittpunkt C und der zweiten optischen Fensteroberfläche, welche dem Photosensor zugewandt ist, wurde mit Y_C bezeichnet. Somit ist das gestreute Licht, das an dem ersten optischen Fenster entstanden ist, welches an dem Abschnitt befestigt ist, der das Y_C überschreitet, innerhalb des Detektionswinkels vorhanden. Hierin beläuft sich, wenn k = 1.5 ist, die außerhalb des Radius r im Fall von k × w₀ = 1.5 × 1.5 = 2.25 mm vorhandene Leistung auf ungefähr 1.11 % der Gesamtleistung. In 4 beläuft sich die Leistung, welche auf der rechteren Seite als der optischen Achse 4 (oder 4') vorhanden ist, das bedeutet, auf der entgegensetzten Seite des zweiten optischen Fensters, das dem Photosensor zugewandt ist, aus der Leistung außerhalb des Radius r auf 0.555 % der Gesamtleistung. Ein Teil davon entspricht der Leistung des im wesentlichen parallelen Lichts 2 in dem optischen Fenster, welches das gestreute Licht innerhalb des Detektionswinkels erzeugt, wobei somit das Erfordernis von nicht mehr als 1 %, d.h. der vorbestimmte Leistungswert in dem optischen Fenster erfüllt ist.
Hierin kann Y_C anhand von 3 und 4 ausgedrückt werden, da die Formel (9): YC = (Z – (D/2 + t × sinθ2))/tanθ1 (9)und die Formel (8): Y + k × w0 < YC (8)erfüllt sein müssen.
Der Brechungsindex des Urins als der Lösung, die bei einer Wellenlänge von 760 nm zu detektieren ist, fällt innerhalb eines Bereichs von ungefähr 1.333 bis 1.344. Wie in Beispiel 1 beschrieben wurde, wurde er, da der Detektionswinkel maximal wird, wenn der Brechungsindex minimal ist, eingestellt, daß n_s = 1.333 ist. Ferner war der Brechungsindex n_g des optischen Fensters der Probenzelle 3 bei dieser Wellenlänge ungefähr 1.514. Aus diesen Brechungsindizes, den Formeln (3), (4) und (5), θ₃ = 5.71° und n_a = 1 wurden derartige Ergebnisse erzielt, daß sinθ₂ = 0.0657 und sinθ₁ = 0.0746 ist. Durch Verwendung dieser Zahlen und Formeln sowie D = 2 mm und t = 1 mm wurde aus den Formeln (8) und (9) die folgende Formel (10) erhalten: Y + 2.25 < (Z – 1.0657)/0.0748 (10)
Einsetzen von Y = 3 mm in die Formel (10) ergibt 1.4584 mm < Z. Demgemäß wurde der Abstand Z bei 1.5 mm eingestellt.
Somit wurden die Abstände Z und Y eingestellt, um einen nicht-erwärmten Proben-Urin desselben Typs, wie er in Beispiel 1 verwendet wurde, in die Probenzelle 3 einzuführen. Danach wurde ein Sulfosalicylsäure-Reagens (ein Reagens, welches durch Auflösen von Natriumsulfat in einer wäßrigen Lösung von 2-Hydroxy-5-Sulfobenzoesäure erzielt wurde) darin gemischt. Bei Mischen des Sulfosalicylsäure-Reagens koagulierte die Proteinkomponente in dem Proben-Urin, was zu einer trüben zu detektierenden Lösung führte. Die Beziehung zwischen der Streulicht-Intensität und der Proteinkonzentration, die für die zu detektierenden Lösungen gemessen wurde, zeigte dieselbe lineare Beziehung wie die Charakteristiken, wenn Y = 3.0 mm und Z = 2.0 in 5 und 6 ist.
Wie oben beschrieben wurde, ist es durch Beschränken des Detektionswinkels und weiteres Minimieren des Abstands von der Zone, welche das gestreute Licht an dem Punkt erzeugt, von dem das gestreute Licht zu der Außenseite der zu detektierenden Lösung emittiert wird, möglich, keinen Einfluß auf das gestreute Licht zu empfangen, welches wegen der Schadstoffe, die an der Innenseite und/oder auf der Oberfläche des optischen Fensters anhaften, entstanden ist, und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Versperrung wegen der Schwebe-Teilchen wie Bläschen und Staub zu reduzieren.
Ferner ist es, durch Minimieren des Abstands von der Zone, welche das gestreute Licht an dem Punkt erzeugt, von dem das gestreute Licht zu der Außenseite der zu detektierenden Lösung emittiert wird, möglich, den Einfluß des Ausbreitungsverlustes während der Ausbreitung des gestreuten Lichts durch das Innere der zu detektierenden Lösung zu reduzieren. Bei dieser Minimierung können die Schwellenwerte der Abstände X und Y, welche keinen Einfluß des gestreuten Lichts empfangen, das wegen der an der Innenseite und auf der Oberfläche des optischen Fensters anhaftenden Schadstoffe entsteht, quantitativ im voraus bestimmt werden, um geeignete Abstände einzustellen.
Es wird angemerkt, daß in jedem der vorhergehenden Beispiele die Position Y der optischen Achse des Lichts, das sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, und/oder die Position Z des Photosensors in der Richtung der optischen Achse eingestellt wurden unter der Bedingung, daß der Detektionswinkel des Photosensors konstant war, so daß die Leistung des gestreuten Lichts, das entsteht wegen der Schadstoffe innenseitig des dem Photosensor zugewandten zweiten optischen Fensters, und/oder des ersten optischen Fensters zum Empfang des Lichts, das sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung ausbreiten soll, und auf den Oberflächen der optischen Fenster, und das auf den Photosensor einfällt, das bedeutet, eine Leistung, die zu einem sogenann ten Rauschen führt, nicht mehr als ein vorbestimmter Wert war.
Ferner war in den Beispielen das im wesentlichen parallele Licht 2 ein Gaußsches Strahlenbündel. Jedoch können, auch wenn ein Strahlenbündel verwendet wird, das andere Leistungsdichteverteilungen aufweist, die Abstände Y und Z mit demselben Verfahren eingestellt werden. Ferner ist, obgleich eine rechteckige Probenzelle, welche transparente optische Fenster an vier Seitenwänden aufweist, als die Probenzelle verwendet wurde, eine derartige Probenzelle ebenso zulässig, daß zumindest zwei angrenzende Seitenwände transparent sind. Jedoch kann, falls die anderen zwei Seitenwände, die nicht notwendigerweise benötigt werden, Grundglas oder dergleichen sind, das gestreute Licht, das hier entsteht, die Messung behindern. Demgemäß ist es bevorzugt, daß eine Reflexions- und Streuungs-Verhinderungsbearbeitung durchgeführt werden.
Wie oben beschrieben wurde, ist es in dem Verfahren und der Vorrichtung zu Messen eines gestreuten Lichts gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Hochpräzisionsstreulichtmessung auszuführen, von welcher die Versperrung wegen der Schwebe-Teilchen wie Bläschen und Staub in der zu detektierenden Lösung, der Einfluß wegen der Unterschiede im Brechungsindex und in der Durchlässigkeit (Trübheit), der Einfluß des gestreuten Lichts, das wegen der an der Innenseite und der Oberfläche des optischen Fensters anhaftenden Schadstoffe und dergleichen entstanden ist, eliminiert worden ist auf ein in praktischer Hinsicht ausreichendes Niveau. Ferner kann, da der Einfluß des Ausbreitungsverlustes des Lichts, das sich durch die zu detektierende Lösung ausbreiten soll, reduziert werden kann, der meßbare Konzentrationsbereich vergrößert werden.
Noch weiter ist es möglich durch Anwendung der vorliegenden Erfindung, eine Urinanalyse auszuführen, welche leicht zu warten und zu steuern bzw. kontrollieren ist, einen weiten meßbaren Konzentrationsbereich von Protein aufweist und eine hohe Zuverlässigkeit und Praktikabilität aufweist.
Obgleich die vorliegende Erfindung hinsichtlich der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, daß eine derartige Offenbarung nicht als beschränkend interpretiert werden darf. Verschiedene Änderungen und Modifikationen werden zweifellos nach Lesen der obigen Offenbarung denjenigen ersichtlich werden, die in dem Fachgebiet erfahren sind, dem die vorliegende Erfindung zugeordnet ist. Dementsprechend ist es beabsichtigt, daß die beigefügten Ansprüche so interpretiert werden, daß sie alle Änderungen und Modifikationen erfassen soweit sie innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung, soweit beansprucht, fallen.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, welche die Einflüsse eines gestreuten Lichts, das wegen der Schadstoffe innenseitig und an den Oberflächen eines optischen Fensters entsteht, die Unterschiede im Brechungsindex und in der Lichtdurchlässigkeit einer zu detektierenden Lösung, und die Versperrung wegen Schwebe-Teilchen und dergleichen eliminieren, um eine Messung mit hoher Präzision und hoher Praktikabilität bei der Messung des entstehenden gestreuten Lichts zu erzielen. Das gestreute Licht, das sich innerhalb eines vorgeschriebenen Winkels senkrecht zu der Richtung der Ausbreitung des Lichts ausbreitet, das sich durch das Innere der Lösung ausbreiten soll, wird gemessen. Ferner werden die Position der optischen Achse des Lichts, das sich durch das Innere der Lösung ausbreiten soll, und/oder die Position des Photosensors in der Richtung der optischen Achse eingestellt, so daß der Einfluß des gestreu ten Lichts, das an und auf der Oberfläche der optischen Achse entsteht, nicht mehr als ein vorbestimmter Wert innerhalb eines praktisch zulässigen Bereichs ist.

Claims

Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts, das entsteht, wenn sich ein Licht (2) durch ein Inneres einer zu detektierenden Lösung ausbreitet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Einfallenlassen eines Lichts (2) auf die Lösung in einer Probenzelle (3) und Ausbreitenlassen eines Lichts in der Lösung (7) in einer Probenzelle (3), welche zumindest ein erstes optisches Fenster und ein zweites optisches Fenster aufweist, von dem ersten optischen Fenster; und Beschränken der Ausbreitung eines gestreuten Lichts, das in der Lösung (7) von dem zweiten optischen Fenster in einer Richtung entsteht, die im wesentlichen senkrecht zu der Richtung des sich durch das Innere der Lösung (7) ausbreitenden Lichts (2) verläuft; und Messen des gestreuten Lichts mittels eines Photosensors (5), dadurch gekennzeichnet, daß das Beschränken der Ausbreitung des gestreuten Lichts erzielt wird durch eine Dunkelsäule, welche einen luftgefüllten Hohlraum aufweist, der als ein optischer Weg für das gestreute Licht dient.
Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts nach Anspruch 1, wobei eine Oberfläche des zweiten optischen Fensters, welche näher bei der Lösung (7) ist, im wesentlichen parallel zu einer optischen Achse (4) des sich durch das Innere der Lösung (7) ausbreitenden Lichts (2) angeordnet ist.
Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts nach Anspruch 1, wobei eine Position Y der optischen Achse des sich durch das Innere der Lösung (7) ausbreitenden Lichts (2) derart eingestellt wird, daß die Leistung eines gestreuten Lichts, das innenseitig und an den Oberflächen des zweiten optischen Fensters entsteht und auf eine photoempfindliche Fläche des Photosensors (5) einfällt, nicht mehr als ein vorbestimmter Wert innerhalb eines praktisch zulässigen Bereichs ist.
Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts nach Anspruch 1, wobei eine Position Y der optischen Achse (4) des sich durch das Innere der Lösung (7) ausbreitenden Lichts (2) und eine Position Z des Photosensors (5) derart eingestellt werden, daß die Leistung eines gestreuten Lichts, das von dem ersten optischen Fenster entsteht und auf eine photoempfindliche Fläche des Photosensors einfällt, nicht mehr als ein vorbestimmter Wert innerhalb eines praktisch zulässigen Bereichs ist.
Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts nach Anspruch 4, wobei die Position Z des Photosensors (5) derart eingestellt wird, daß ein gestreutes Licht, das in einem Bereich entsteht, welcher der Oberfläche des ersten optischen Fensters am nächsten gelegen ist, wobei die Oberfläche näher an der zu detektierenden Lösung (7) ist, gemessen werden kann.
Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts nach Anspruch 3, wobei die Position Y der optischen Achse (4) bei einer Position eingestellt wird, welche der Oberfläche des zweiten optischen Fensters am nächsten ist, wobei die Oberfläche näher an der Lösung (7) ist.
Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts nach Anspruch 1, wobei das sich durch das Innere der Lösung (7) ausbreitende Licht (2) ein linear polarisiertes Licht ist und ein in einer senkrecht zu der Polarisierungsrichtung, welche eine Schwingungsrichtung eines elektrischen Feldes des Lichts ist, verlaufenden Richtung sich ausbreitendes gestreutes Licht gemessen wird.
Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts nach Anspruch 1, wobei das sich durch das Innere der Lösung (7) ausbreitende Licht (2) ein im wesentlichen paralleles Licht ist und das Licht derart projiziert wird, daß sich das Licht (2) in einer Richtung ausbreitet, die senkrecht zu der Oberfläche des ersten optischen Fensters, die näher bei der Lösung (7) ist, verläuft.
Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts nach Anspruch 3, wobei der vorbestimmte Wert eingestellt wird, indem die Leistung eines innenseitig und an den Oberflächen des zweiten optischen Fensters entstehenden gestreuten Lichts definiert wird auf der Basis eines Verhältnisses der Leistung des sich innenseitig und an den Oberflächen des zweiten optischen Fensters ausbreitenden Lichts (2) zu der Leistung des Lichts, das sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung (7) ausbreiten soll.
Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts nach Anspruch 4, wobei der vorbestimmte Wert eingestellt wird, indem die Leistung eines innenseitig und an den Oberflächen des ersten optischen Fensters entstehenden gestreuten Lichts auf der Basis eines Verhältnisses der Leistung des sich in einem Bereich innerhalb des ersten optischen Fensters ausbreitenden Lichts (2), in welchem ein von dem Photosensor (5) empfangbares gestreutes Licht erzeugt wird, zu der Leistung des Lichts, das sich durch das Innere der zu detektierenden Lösung (7) ausbreiten soll, definiert wird.
Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts nach Anspruch 3, wobei die Position Y der optischen Achse (4) und die Position Z des Photosensors (5) derart eingestellt werden, daß die Leistung eines gestreuten Lichts, das bei beiden optischen Fenstern entsteht und auf den Photosensor einfällt, nicht mehr als der vorbestimmte Wert unter der Bedingung ist, daß das erste und zweite optischen Fenster kontaminiert sind.
Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts nach Anspruch 11, wobei die Position Y der optischen Achse (4) und die Position Z des Photosensors (5) derart eingestellt werden, daß die Leistung eines zu messenden gestreuten Lichts unter Verwendung einer Lösung (7), welche einen minimalen Brechungsindex aufweist und im wesentlichen kein gestreutes Licht erzeugt, nicht mehr als der vorbestimmter Wert ist.
Verfahren zur Urinanalyse mit den folgenden Schritten: Trübung eines Urins als einer zu detektierenden Lösung (7), indem ein Protein darin erwärmt und koaguliert wird oder indem ein Reagens zum Koagulieren des Proteins damit gemischt wird, Messen eines gestreuten Lichts, das übereinstimmend mit der Trübung des Urins durch das Verfahren zum Messen eines gestreuten Lichts nach Anspruch 1 entsteht, und Bestimmen einer Proteinkonzentration in dem Urin aus einem gemessenen Wert.
Streulichtmeßvorrichtung, welche folgendes aufweist: eine rechteckige Probenzelle (3), welche zumindest zwei angrenzende transparente Seitenwände aufweist, die jeweils als ein optisches Fenster fungieren, wobei die Probenzelle (3) eine zu detektierende Lösung (7) enthält; eine Lichtquelle (1) zum Projizieren eines Lichts (2) durch ein erstes optisches Fenster in die Lösung (7) in einer senkrecht zu der Oberfläche des ersten optischen Fensters der Probenzelle verlaufenden Richtung, welches Fenster in Kontakt mit der Lösung (7) ist; einen Photosensor (5) zum Detektieren eines gestreuten Lichts, welches entsteht, wenn sich das Licht (2) durch das Innere der Lösung (7) ausbreitet, und durch ein an das erste optische Fenster angrenzendes zweites optisches Fenster emittiert wird; und ein Detektionswinkelbeschränkungsmittel zum Beschränken des Winkels eines gestreuten Lichts, das auf den Photosensor (5) innerhalb eines vorbestimmten Winkels einfällt, der auf einer Richtung senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung des Lichts (2) zentriert, das sich durch das Innere der Lösung (7) ausbreiten soll, wobei eine Streulichtintensität der Lösung (7) gemessen wird mittels eines Ausgangssignals von dem Photosensor, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektionswinkel-Beschränkungsmittel eine Dunkelsäule aufweist, welche einen luftgefüllten Hohlraum aufweist, der als ein optischer Weg für das gestreute Licht dient.