JP2000081386A - Angle-of-rotation measurement method and concentration measurement method - Google Patents
Angle-of-rotation measurement method and concentration measurement methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、溶液における、溶
質の同定、純度検定、濃度決定等に使用可能な旋光計と
尿検査装置に関するものである。例えば、果糖、ショ
糖、グルコース等の水溶液濃度を検知する旋光検知型糖
度計として実現可能で有る。又、特に尿中のグルコー
ス、蛋白質等の旋光性物質の濃度を検査する尿検査装置
として利用する場合、その高信頼性、小型、低価格等の
特徴から実用性が高く、また、試験紙等の消耗品が不要
なため、広く普及が期待される。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polarimeter and a urinalysis apparatus which can be used for identification of a solute, purity test, concentration determination and the like in a solution. For example, it can be realized as an optical rotation detection type refractometer for detecting the concentration of an aqueous solution of fructose, sucrose, glucose, or the like. In particular, when used as a urine test device for testing the concentration of optically rotatory substances such as glucose and protein in urine, it is highly practical because of its features such as high reliability, small size, and low price. It is expected to spread widely because no consumables are required.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の旋光計の１例を図１２に示す。2. Description of the Related Art An example of a conventional polarimeter is shown in FIG.
【０００３】図１２において、１２１は、ナトリウムラ
ンプ、バンドパスフィルター、レンズ、スリット等によ
って構成された略平行光を投射する光源で、波長５８９
ｎｍのナトリウムのＤ線を投射する。１２２は偏光子、
１２３は被検試料を保持するサンプルセル、１２４は検
光子、１２５は検光子１２４を回転する検光子ローテー
ター、１２６は光センサー、１２７は検光子ローテータ
ー１２５を制御しかつ光センサー１２６の信号を記録解
析するコンピュータである。In FIG. 12, reference numeral 121 denotes a light source for projecting substantially parallel light constituted by a sodium lamp, a band-pass filter, a lens, a slit, and the like.
Project D line of nm sodium. 122 is a polarizer,
Reference numeral 123 denotes a sample cell for holding a test sample; 124, an analyzer; 125, an analyzer rotator for rotating the analyzer 124; 126, an optical sensor; 127, which controls the analyzer rotator 125; A computer to analyze.
【０００４】この従来例の原理を図１３を用いて以下に
説明する。図１３において、横軸は偏光子１２２と検光
子１２６の光軸の相対角度θ、縦軸は光センサー１２６
に到達する光の強度Ｉ即ち光センサー１２６の出力信号
である。実線は、被検試料が旋光性を示さない場合で、
θとＩの関係は以下の（式１）に示される。The principle of this conventional example will be described below with reference to FIG. 13, the horizontal axis represents the relative angle θ between the optical axes of the polarizer 122 and the analyzer 126, and the vertical axis represents the optical sensor 126.
Is the intensity I of the light that reaches the optical sensor 126, ie, the output signal of the optical sensor 126. The solid line shows the case where the test sample does not show optical rotation.
The relationship between θ and I is shown in the following (Equation 1).
【０００５】[0005]
【数１】Ｉ＝Ｔ×Ｉ0×（ＣＯＳθ）2 （式１） ここで、 Ｔ ：被検試料の透過率 Ｉ0 ：被検試料への入射光強度 なお、サンプルセル、検光子の透過、参照損失は無視し
ている。I = T × I 0 × (COS θ) 2 (Equation 1) where: T: transmittance of the test sample I 0 : intensity of light incident on the test sample Note that transmission of the sample cell and the analyzer , Reference losses are ignored.
【０００６】θの変化即ち検光子１２６の回転に伴い、
π／２ごとにＩが最小になる消光点が現れる。With the change of θ, that is, the rotation of the analyzer 126,
An extinction point at which I becomes minimum appears every π / 2.
【０００７】次に被検試料が旋光性を示しその旋光度＝
αの場合は、図１３の点線で示され、（式２）の様にな
る。Next, the sample to be tested exhibits optical rotation and its optical rotation =
In the case of α, it is indicated by a dotted line in FIG.
【０００８】[0008]
【数２】 Ｉ＝Ｔ×Ｉ0×（ＣＯＳ（θ−α））2 （式２） これからわかる様に、旋光性を示さない被検試料に比べ
て、消光点がαずれる。この様に、消光点の位置のずれ
をコンピュータ１２７によって見いだすことによって、
旋光度を測定することができる。I = T × I 0 × (COS (θ−α)) 2 (Equation 2) As can be seen from the above, the extinction point is shifted by α as compared with the test sample which does not show optical rotation. As described above, by detecting the shift of the position of the extinction point by the computer 127,
Optical rotation can be measured.
【０００９】この例の場合、変調成分が存在しないた
め、光センサー１２６の出力信号のＳ／Ｎがあまり良く
なく、消光点の位置を正確には、把握しにくい。従っ
て、αが小さい被検試料を高精度に測定することは難し
い。In this example, since there is no modulated component, the S / N of the output signal of the optical sensor 126 is not very good, and it is difficult to accurately determine the position of the extinction point. Therefore, it is difficult to measure a test sample having a small α with high accuracy.
【００１０】そこで、消光点の位置の把握精度を向上す
るために、図１４に示した構成を有するものが使用され
る。図１４において、１２１〜１２７は前例で示した物
と全く同じである。１４１は偏光方向を振動させる光フ
ァラデー変調器である。１４２は光ファラデー変調器１
４１を駆動する信号発生器である。１４３は光センサー
１２６の出力信号を光ファラデー変調器の振動変調信号
を参照信号として位相敏感検波するロックインアンプで
ある。本例の動作原理を図１５を用いて以下に説明す
る。In order to improve the accuracy of grasping the position of the extinction point, a device having the configuration shown in FIG. 14 is used. In FIG. 14, reference numerals 121 to 127 are exactly the same as those shown in the previous example. 141 is an optical Faraday modulator that vibrates the polarization direction. 142 is an optical Faraday modulator 1
41 is a signal generator for driving 41. A lock-in amplifier 143 performs phase-sensitive detection of the output signal of the optical sensor 126 using the vibration modulation signal of the optical Faraday modulator as a reference signal. The operation principle of this example will be described below with reference to FIG.
【００１１】図１５において、横及び縦軸は図１３と同
じく、それぞれ、θとＩで、消光点付近を拡大して示し
ている。光ファラデー変調器１４１によって、偏光方向
を振幅＝δ、角周波数ωで振動変調する。この時のＩは
（式２）より、次の（式３）の様に示される。In FIG. 15, the horizontal and vertical axes are θ and I, respectively, as in FIG. 13, and the vicinity of the extinction point is enlarged. The optical Faraday modulator 141 oscillates and modulates the polarization direction with amplitude = δ and angular frequency ω. I at this time is expressed by the following (Equation 3) from (Equation 2).
【００１２】[0012]
【数３】 Ｉ＝Ｔ×Ｉ0×（ＣＯＳ（θ−α＋δ×ＳＩＮ（ω×ｔ）））2 （式３） ここで、 ｔ：時間 図１５においては、消光点付近即ちθ≒π／２なので、
このθを次の（式４）の様に表現できる。I = T × I 0 × (COS (θ−α + δ × SIN (ω × t))) 2 (Equation 3) Here, t: time In FIG. 15, near the extinction point, that is, θ ≒ π / 2 so
This θ can be expressed as in the following (Equation 4).
【００１３】[0013]
【数４】θ＝π／２＋β（式４） ここで、 ｜β｜≪１ この（式４）を（式３）に代入すると次の（式５）が導
出される。＝= π / 2 + β (Equation 4) Here, | β | ≪1 By substituting this (Equation 4) into (Equation 3), the following (Equation 5) is derived.
【００１４】[0014]
【数５】 Ｉ＝Ｔ×Ｉ0×（ＳＩＮ（β−α＋δ×ＳＩＮ（ω×ｔ）））2 （式５） 今、被検試料の旋光度、及び振動変調の振幅を小さい、
即ち｜α｜≪１，δ≪１，とすると、（式５）は次の
（式６）の様に近似される。I = T × I 0 × (SIN (β−α + δ × SIN (ω × t))) 2 (Equation 5) Now, the rotation of the test sample and the amplitude of the vibration modulation are small.
That is, when | α | ≪1, δ≪1, (Equation 5) is approximated as the following (Equation 6).
【００１５】[0015]
【数６】 Ｉ≒Ｔ×Ｉ0×（β−α＋δ×ＳＩＮ（ω×ｔ））2 ＝Ｔ×Ｉ0×（（β−α）2＋２×（β−α）×δ×ＳＩＮ（ω×ｔ） ＋（δ×ＳＩＮ（ω×ｔ））2） ＝Ｔ×Ｉ0×（（β−α）2＋２×（β−α）×δ×ＳＩＮ（ω×ｔ） ＋（δ2／２×（１−ＣＯＳ（２×ω×ｔ）））） （式６） これより、光センサーの出力信号Ｉには、角周波数０
（直流）、ω、２×ωの各信号成分が存在することがわ
かる。これは、図１５を見ても明かである。このＩを振
動変調信号を参照信号としてロックインアンプで位相敏
感検波すると、角周波数ω成分すなわち次の（式７）に
示すＳを取り出すことができる。I６T × I 0 × (β−α + δ × SIN (ω × t)) 2 = T × I 0 × ((β−α) 2 + 2 × (β−α) × δ × SIN (ω × t) + (δ × SIN (ω × t)) 2 ) = T × I 0 × ((β−α) 2 + 2 × (β−α) × δ × SIN (ω × t) + (δ 2 / 2 × (1−COS (2 × ω × t)))) (Equation 6) From this, the output signal I of the optical sensor has an angular frequency of 0
It can be seen that there are (DC), ω, and 2 × ω signal components. This is apparent from FIG. When this I is phase-sensitive detected by a lock-in amplifier using the vibration modulation signal as a reference signal, an angular frequency ω component, that is, S shown in the following (Equation 7) can be extracted.
【００１６】[0016]
【数７】Ｓ＝Ｔ×Ｉ0×２×（β−α）×δ（式７） このＳは、β＝αの時のみ、ゼロになりここが消光点で
ある。検光子を回転させる即ちβを掃引して、Ｓがゼロ
になるときのβが旋光度αである。S = T × I 0 × 2 × (β−α) × δ (Equation 7) This S is zero only when β = α, and this is the extinction point. When the analyzer is rotated, that is, when β is swept, and S becomes zero, β is the optical rotation α.
【００１７】以上の様に、偏光方向を変調することによ
って、この変調周波数成分の信号のみを光源強度、電源
の揺らぎ、輻射等のノイズから分離して、選択的に取り
出すことができ、Ｓ／Ｎの高い信号Ｓを得ることができ
る。このＳから、正確に消光点を見いだすことができ、
高精度に旋光度αを測定できる。As described above, by modulating the polarization direction, only the signal of this modulation frequency component can be separated from noise such as light source intensity, power supply fluctuation, and radiation to be selectively extracted. A signal S having a high N can be obtained. From this S, the extinction point can be found accurately,
Optical rotation α can be measured with high accuracy.
【００１８】他方、尿中のグルコース、蛋白質等の従来
の検査方法としては、試薬等を尿に浸し、これの呈色反
応を分光測定機等によって観測する方法があった。ただ
し、この方法では、試験紙等の消耗品が必要であった。
しかし、上記の高精度旋光計を用いて、尿の旋光度を測
定すると、尿中の旋光性物質であるグルコース、蛋白質
の様に低濃度で存在している物質の旋光度を検知でき、
これからそれらの濃度を算出できる。これによって、消
耗品無しで尿のグルコース、蛋白質濃度の検査が可能に
なる。On the other hand, as a conventional test method for glucose, protein and the like in urine, there has been a method of immersing a reagent or the like in urine and observing a color reaction thereof with a spectrometer or the like. However, this method required consumables such as test paper.
However, when the optical rotation of urine is measured using the above-described high precision polarimeter, the optical rotation of glucose, a protein in urine, and the optical rotation of a substance existing at a low concentration such as protein can be detected.
From this, their concentrations can be calculated. This makes it possible to test glucose and protein concentrations in urine without consumables.
【００１９】[0019]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来の方法においては、変調器や検光子の回転手段
が必要になり、装置が複雑になる欠点があった。これに
よって、低価格化、高信頼性化に限界が生じた。However, the conventional method as described above has a drawback in that a modulator and an analyzer rotating means are required, and the apparatus becomes complicated. As a result, there has been a limit to cost reduction and high reliability.
【００２０】本発明は、このような従来の課題を解決す
るための旋光度測定方法、濃度測定方法を提供すること
を目的とする。An object of the present invention is to provide a method for measuring the optical rotation and a method for measuring the concentration to solve such conventional problems.
【００２１】[0021]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、磁場を印加すると光ファラデー効果によ
って前記光の偏光方向を回転させる溶媒である水、クロ
ロホルムまたはアセトンと、前記溶媒に溶解した溶質で
ある果糖、ショ糖、グルコースまたは蛋白質とを含む被
検試料に、偏光した光を透過させ、その結果生じる前記
光の偏光方向の変化に基づいて前記溶質の旋光度を測定
する方法であって、前記被検試料に磁場を印加してそれ
を透過する光の偏光方向を変化させ、前記溶質に起因し
た旋光方向の変化量と磁場の印加により発現した旋光方
向の変化量とが所定の関係になるときの前記磁場の大き
さに基づいて、前記溶質の旋光度を測定する方法を提供
する。Means for Solving the Problems To achieve the above object, the present invention relates to water, chloroform or acetone, which is a solvent for rotating the polarization direction of the light by the optical Faraday effect when a magnetic field is applied; A method for transmitting polarized light to a test sample containing fructose, sucrose, glucose or protein that is a dissolved solute, and measuring the optical rotation of the solute based on the resulting change in the polarization direction of the light A magnetic field is applied to the test sample to change the polarization direction of light passing therethrough, and the amount of change in the optical rotation direction caused by the solute and the amount of change in the optical rotation direction generated by the application of the magnetic field are different. A method is provided for measuring the optical rotation of the solute based on the magnitude of the magnetic field when a predetermined relationship is established.
【００２２】また、本発明は、上記本発明の旋光度測定
方法により求めた旋光度に基づいて、前記被検試料中の
果糖、ショ糖、グルコースまたは蛋白質の濃度を測定す
る方法である。Further, the present invention is a method for measuring the concentration of fructose, sucrose, glucose or protein in the test sample based on the optical rotation obtained by the optical rotation measurement method of the present invention.
【００２３】なお、本発明の具体的態様として次のよう
な発明が可能である。The following inventions are possible as specific embodiments of the present invention.
【００２４】第１の発明は、光を投射する単色光源と、
前記投射された光のうち特定方向の偏光成分のみを透過
する偏光子と、被検試料を前記偏光子を透過した光が透
過するように保持するサンプルセルと、前記被検試料に
磁場を印加する手段と、前記磁場を掃引する磁場掃引手
段と、前記被検試料を透過した光のうち特定方向の偏光
成分のみを透過する検光子と、前記検光子を透過した光
を検知する光センサーと、前記磁場掃引手段の磁場掃引
信号と前記光センサーの出力信号に基づいて、前記被検
試料の旋光度を算出する手段とを備えたことを特徴とす
る請求項１記載の旋光度測定方法に用いるための旋光計
である。According to a first aspect of the present invention, there is provided a monochromatic light source for projecting light,
A polarizer that transmits only a polarized light component in a specific direction of the projected light, a sample cell that holds the test sample so that light transmitted through the polarizer transmits, and a magnetic field is applied to the test sample. Means, a magnetic field sweeping means for sweeping the magnetic field, an analyzer that transmits only a polarization component in a specific direction among the light that has passed through the test sample, and an optical sensor that detects light that has passed through the analyzer. 2. The optical rotation measurement method according to claim 1, further comprising: a unit that calculates an optical rotation of the test sample based on a magnetic field sweep signal of the magnetic field sweep unit and an output signal of the optical sensor. A polarimeter for use.
【００２５】第２の発明は、前記磁場を掃引する際に、
前記磁場を離散的に変化させた少なくとも２点での前記
光センサーの出力信号から、前記被検試料の旋光度を算
出することを特徴とする第１の発明の旋光計である。According to a second aspect of the present invention, when sweeping the magnetic field,
The polarimeter according to the first invention, wherein the optical rotation of the test sample is calculated from output signals of the optical sensor at at least two points where the magnetic field is discretely changed.
【００２６】第３の発明は、光を投射する単色光源と、
前記投射された光のうち特定方向の偏光成分のみを透過
する偏光子と、被検試料を前記偏光子を透過した光が透
過するように保持するサンプルセルと、前記被検試料に
磁場を印加する手段と、前記磁場を掃引する磁場掃引手
段と、前記磁場を掃引する際に前記磁場を振動変調する
磁場変調手段と、前記被検試料を透過した光のうち特定
方向の偏光成分のみを透過する検光子と、前記検光子を
透過した光を検知する光センサーと、前記光センサーの
出力信号を前記磁場変調手段の振動変調信号を参照信号
として位相敏感検波するロックインアンプと、前記磁場
掃引手段の磁場掃引信号と前記ロックインアンプの出力
信号に基づいて、前記被検試料の旋光度を算出する手段
とを備えたことを特徴とする請求項１記載の旋光度測定
方法に用いるための旋光計である。According to a third aspect of the present invention, there is provided a monochromatic light source for projecting light,
A polarizer that transmits only a polarized light component in a specific direction of the projected light, a sample cell that holds the test sample so that light transmitted through the polarizer transmits, and a magnetic field is applied to the test sample. Means for sweeping the magnetic field, magnetic field sweeping means for sweeping the magnetic field, magnetic field modulating means for vibrating and modulating the magnetic field when sweeping the magnetic field, and transmitting only a polarization component in a specific direction out of the light transmitted through the test sample. An analyzer that detects light transmitted through the analyzer, a lock-in amplifier that performs phase-sensitive detection of an output signal of the optical sensor using a vibration modulation signal of the magnetic field modulation unit as a reference signal, and the magnetic field sweeping. 2. A method according to claim 1, further comprising: means for calculating the optical rotation of the test sample based on a magnetic field sweep signal of the means and an output signal of the lock-in amplifier. It is a polarimeter.
【００２７】第４の発明は、光を投射する単色光源と、
前記投射された光のうち特定方向の備光成分のみを透過
する偏光子と、被検試料を前記偏光子を透過した光が透
過するように保持するサンプルセルと、前記被検試料に
磁場を印加する手段と、前記磁場を振動変調する磁場変
調手段と、前記被検試料を透過した光のうち特定方向の
偏光成分のみを透過する検光子と、前記検光子を回転す
る検光子回転手段と、前記検光子を透過した光を検知す
る光センサーと、前記光センサーの出力信号を前記磁場
変調手段の振動変調信号を参照信号として位相敏感検波
するロックインアンプと、前記検光子回転手段の回転信
号と前記ロックインアンプの出力信号に基づいて、前記
被検試料の旋光度を算出する手段とを備えたことを特徴
とする請求項１記載の旋光度測定方法に用いるための旋
光計である。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a monochromatic light source for projecting light,
A polarizer that transmits only a light component in a specific direction of the projected light, a sample cell that holds the test sample so that light transmitted through the polarizer is transmitted, and a magnetic field applied to the test sample. Means for applying, a magnetic field modulating means for vibrating and modulating the magnetic field, an analyzer for transmitting only a polarized light component in a specific direction of the light transmitted through the test sample, and an analyzer rotating means for rotating the analyzer. An optical sensor that detects light transmitted through the analyzer, a lock-in amplifier that performs phase-sensitive detection of an output signal of the optical sensor using a vibration modulation signal of the magnetic field modulation unit as a reference signal, and rotation of the analyzer rotation unit. 2. A polarimeter for use in the optical rotation measurement method according to claim 1, further comprising means for calculating the optical rotation of the test sample based on a signal and an output signal of the lock-in amplifier. .
【００２８】第５の発明は、光を投射する単色光源と、
前記投射された光のうち特定方向の偏光成分のみを透過
する偏光子と、前記偏光子を透過した光の偏光方向を振
動変調する偏光変調手段と、被検試料を前記偏光子を透
過した光が透過するように保持するサンプルセルと、前
記被検試料に磁場を印加する手段と、前記磁場を掃引す
る磁場掃引手段と、前記被検試料を透過した光のうち特
定方向の偏光成分のみを透過する検光子と、前記検光子
を透過した光を検知する光センサーと、前記光センサー
の出力信号を前記偏光変調手段の振動変調信号を参照信
号として位相敏感検披するロックインアンプと、前記磁
場掃引手段の磁場掃引信号と前記ロックインアンプの出
力信号に基づいて前記被検試料の旋光度を算出する手段
とを備えたことを特徴とする請求項１記載の旋光度測定
方法に用いるための旋光計である。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a monochromatic light source for projecting light,
A polarizer that transmits only a polarization component in a specific direction of the projected light; a polarization modulator that vibrates and modulates a polarization direction of the light transmitted through the polarizer; and a light that transmits the test sample through the polarizer. A sample cell that holds the sample so as to transmit, a means for applying a magnetic field to the test sample, a magnetic field sweeping unit for sweeping the magnetic field, and only a polarization component in a specific direction out of light transmitted through the test sample. An analyzer that transmits light, an optical sensor that detects light transmitted through the analyzer, a lock-in amplifier that performs a phase-sensitive analysis on an output signal of the optical sensor using a vibration modulation signal of the polarization modulation unit as a reference signal, 2. A method according to claim 1, further comprising means for calculating the optical rotation of the test sample based on the magnetic field sweep signal of the magnetic field sweeping means and the output signal of the lock-in amplifier. It is a polarimeter.
【００２９】第６の発明は、前記磁場を掃引する際に、
前記磁場を離散的に変化させた少なくとも２点での前記
ロックインアンプの出力信号から、前記被検試料の旋光
度を算出することを特徴とする第３または５の発明の旋
光計である。According to a sixth aspect, when the magnetic field is swept,
The polarimeter according to the third or fifth aspect, wherein the optical rotation of the test sample is calculated from output signals of the lock-in amplifier at at least two points where the magnetic field is discretely changed.
【００３０】第７の発明は、前記検光子を回転する際
に、前記検光子を離散的に回転させた少なくとも２点で
の前記ロックインアンプの出力信号から、前記被検試料
の旋光度を算出することを特徴とする第４の発明の旋光
計である。According to a seventh aspect of the present invention, when the analyzer is rotated, the optical rotation of the test sample is determined from output signals of the lock-in amplifier at at least two points where the analyzer is discretely rotated. A polarimeter according to a fourth aspect of the present invention, wherein the polarimetry is calculated.
【００３１】第８の発明は、光を投射する単色光源と、
前記投射された光のうち特定方向の偏光成分のみを透過
する偏光子と、被検試料を前記偏光子を透過した光が透
過するように保持するサンプルセルと、前記被検試料に
磁場を印加する手段と、前記磁場を振動変調する磁場変
調手段と、前記被検拭料を透過した光のうち特定方向の
偏光成分のみを透過する検光子と、前記検光子を透過し
た光を検知する光センサーと、前記光センサーの出力信
号を前記磁場変調手段の振動変調信号を参照信号として
位相敏感検波するロックインアンプ１と、前記光センサ
ーの出力信号を前記磁場変調手段の振動変調信号の２倍
の周波数の信号を参照信号として位相敏感検波するロッ
クインアンプ２と、前記ロックインアンプ１の出力信号
を前記ロックインアンプ２の出力信号で規格化すること
によって前記被検試料の旋光度を算出する手段とを備え
たことを特徴とする請求項１記載の旋光度測定方法に用
いるための旋光計である。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a monochromatic light source for projecting light,
A polarizer that transmits only a polarized light component in a specific direction of the projected light, a sample cell that holds the test sample so that light transmitted through the polarizer transmits, and a magnetic field is applied to the test sample. Means for modulating the magnetic field, a magnetic field modulating means for vibrating the magnetic field, an analyzer for transmitting only a polarized light component in a specific direction out of the light transmitted through the wipe, and an optical sensor for detecting the light transmitted through the analyzer. A lock-in amplifier 1 for phase-sensitively detecting the output signal of the optical sensor using the oscillation modulation signal of the magnetic field modulation unit as a reference signal, and the output signal of the optical sensor being twice the oscillation modulation signal of the magnetic field modulation unit. A lock-in amplifier 2 that performs phase-sensitive detection using a frequency signal as a reference signal, and the output signal of the lock-in amplifier 1 is normalized by the output signal of the lock-in amplifier 2 to perform the test. A polarimeter for use in optical rotation measuring method according to claim 1, further comprising a means for calculating the optical rotation of the fee.
【００３２】第９の発明は、前記試料に尿を用いた請求
項１記載の旋光度測定方法により前記尿の旋光度を求
め、得られた旋光度を用いて前記尿を検査する尿検査方
法である。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a urine test method wherein the rotation of urine is determined by the method for measuring the rotation of urine according to claim 1, wherein urine is used as said sample, and said urine is inspected using the obtained rotation. It is.
【００３３】第１０の発明は、光を投射する単色光源
と、前記投射された光のうち特定方向の偏光成分のみを
透過する偏光子と、尿を前記偏光子を透過した光が透過
するように保持するサンプルセルと、前記尿に磁場を印
加する手段と、前記磁場を掃引する磁場掃引手段と、前
記磁場を掃引する際に前記磁場を振動変調する磁場変調
手段と、前記尿を透過した光のうち特定方向の偏光成分
のみを透過する検光子と、前記検光子を透過した光を検
知する光センサーと、前記光センサーの出力信号を前記
磁場変調手段の振動変調信号を参照信号として位相敏感
検波するロックインアンプと、前記磁場掃引手段の磁場
掃引信号と前記ロックインアンプの出力信号に基づい
て、前記尿の旋光度を算出し、これを旋光性物質の濃度
に換算する手段とを備えたことを特徴とする第９の発明
のの尿検査方法に用いるための尿検査装置である。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a monochromatic light source for projecting light, a polarizer for transmitting only a polarization component in a specific direction of the projected light, and a light for transmitting urine through the polarizer. A sample cell to hold, a means for applying a magnetic field to the urine, a magnetic field sweeping means for sweeping the magnetic field, a magnetic field modulating means for vibrating and modulating the magnetic field when sweeping the magnetic field, and transmitted through the urine An analyzer that transmits only a polarization component in a specific direction among the light, an optical sensor that detects the light transmitted through the analyzer, and an output signal of the optical sensor, the phase of which is obtained by using the oscillation modulation signal of the magnetic field modulation unit as a reference signal. A lock-in amplifier that performs sensitive detection, and a unit that calculates the optical rotation of the urine based on the magnetic field sweep signal of the magnetic field sweeping unit and the output signal of the lock-in amplifier, and converts the rotation into the concentration of the optical rotation substance. Equipment A urinalysis apparatus for use in a ninth urinalysis method of the invention, characterized in that the.
【００３４】第１１の発明は、前記磁場を掃引する際
に、前記磁場を離散的に変化させた少なくとも２点での
前記ロックインアンプの出力信号から、前記尿の旋光度
を算出することを特徴とする第１０の発明の尿検査装置
である。According to an eleventh aspect, when sweeping the magnetic field, the rotation of the urine is calculated from output signals of the lock-in amplifier at at least two points where the magnetic field is discretely changed. A urine test apparatus according to a tenth aspect, characterized in that:
【００３５】第１２の発明は、旋光度を測定する際に、
被検試料と、旋光度が既知の参照試料を測定し、参照試
料の測定値で、被検試料の測定値を補正することによっ
て被検試料の旋光度を決定することを特徴とする第１〜
８のいずれかの発明の旋光計である。According to a twelfth aspect, when the optical rotation is measured,
A first method comprising: measuring a test sample and a reference sample whose optical rotation is known, and determining the optical rotation of the test sample by correcting the measured value of the test sample with the measured value of the reference sample. ~
8 is a polarimeter according to any one of the above 8).
【００３６】第１３の発明は、尿を検査する際に、尿
と、族光度が既知の参照試料を測定し、参照試料の測定
値で、尿の測定値を補正することによって尿の旋光度を
決定して尿を検査することを特徴とする第１０または１
１の発明の尿検査装置である。According to a thirteenth aspect of the present invention, when the urine is examined, the rotation of the urine is measured by measuring the urine and a reference sample whose family luminosity is known, and correcting the measured value of the urine with the measured value of the reference sample. No. 10 or 1 characterized by determining urine and examining urine
1 is a urine test apparatus according to the first aspect of the present invention.
【００３７】[0037]
【発明の実施の形態】本発明は、以下に述べる原理を利
用している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention utilizes the following principle.
【００３８】媒質中に光を伝搬させ、その伝搬方向に磁
場を印加すると、光の偏光方向が伝搬に従って回転す
る。この現象を光ファラデー効果と呼んでいる。この光
ファラデー効果は、次の（式８）で表される。When light is propagated through a medium and a magnetic field is applied in the propagation direction, the polarization direction of the light rotates according to the propagation. This phenomenon is called the optical Faraday effect. This optical Faraday effect is represented by the following (Equation 8).
【００３９】[0039]
【数８】ａ＝Ｖ×Ｈ×Ｌ（式８） ここで、 ａ：偏光方向の回転角度［分］ Ｖ：媒質のベルデの定数［分／Ａ］ Ｈ：磁場［Ａ／ｍ］ Ｌ：伝搬距離［ｍ］ この（式８）のＶは、媒質、光の波長、温度によって異
なる。各種の媒質のＶの１例を（表１）に示す。A = V × H × L (Equation 8) where: a: rotation angle of polarization direction [minute] V: Verdet constant of medium [minute / A] H: magnetic field [A / m] L: Propagation distance [m] V in this (Equation 8) differs depending on the medium, the wavelength of light, and the temperature. One example of V of various media is shown in (Table 1).
【００４０】[0040]
【表１】 この光ファラデー効果を利用したものに、従来の技術で
用いられている光ファラデー変調器がある。これは、棒
状のフリントガラスにソレノイドコイルを巻きこれに電
流を流すことによって磁場を印加して、磁場方向に伝搬
する光の偏光方向を変調するものである。ソレノイドコ
イルに流す電流を制御することによって、自由に変調す
ることができる。[Table 1] An optical Faraday modulator used in the prior art is one utilizing the optical Faraday effect. In this method, a magnetic field is applied by winding a solenoid coil on a rod-shaped flint glass and applying a current to the solenoid coil, thereby modulating the polarization direction of light propagating in the magnetic field direction. The modulation can be freely performed by controlling the current flowing through the solenoid coil.
【００４１】この様に、光ファラデー効果によって、媒
質に磁場を印加すると、偏光方向を変調することができ
る。これは、（表１）からもわかるように、溶媒とし
て、広く使用される水、クロロホルム、アセトン等にお
いても同じである。従って、被検試料が溶解している溶
液に磁場を印加すると、この溶液自身が光ファラデー効
果によって、溶液中を伝搬する光の偏光方向を回転させ
る。すなわち、被検試料を保持しているサンプルセルご
とに磁場を印加すれば、このサンプルセル及び磁場印加
手段が光ファラデー変調器として機能する。ここでの、
磁場印加手段としては、光の伝搬方向に磁場を印加する
ソレノイドコイル、磁石等がある。この磁場を変調する
には、ソレノイドコイルに流す電流を変調するか、磁石
と被検試料までの距離を変調することで、可能になる。As described above, when a magnetic field is applied to the medium by the optical Faraday effect, the polarization direction can be modulated. As can be seen from Table 1, the same applies to water, chloroform, acetone, etc., which are widely used as solvents. Therefore, when a magnetic field is applied to a solution in which a test sample is dissolved, the solution itself rotates the polarization direction of light propagating in the solution by the optical Faraday effect. That is, if a magnetic field is applied to each sample cell holding the test sample, the sample cell and the magnetic field applying means function as an optical Faraday modulator. Where
Examples of the magnetic field applying unit include a solenoid coil and a magnet that apply a magnetic field in the light propagation direction. This magnetic field can be modulated by modulating the current flowing through the solenoid coil or by modulating the distance between the magnet and the test sample.
【００４２】上記の様に、サンプルセルに磁場を印加し
て、この磁場を振動変調することによって、偏光方向を
振動変調することができ、従来の技術と同様に旋光度を
測定することができる。As described above, by applying a magnetic field to the sample cell and subjecting the magnetic field to oscillation modulation, the polarization direction can be oscillation-modulated, and the optical rotation can be measured as in the prior art. .
【００４３】また、磁場を掃引、すなわち磁場を特定の
強度から特定の強度まで変化（磁場の極性の変化も含
む）させると、偏光方向を回転させることができる。こ
れによって、検光子を回転させた場合と同じ効果を得る
ことが可能になる。即ち、従来の技術においては、検光
子を回転した時の消光点のずれを、検光子の角度で直読
していたが、本実施の形態においては、磁場を掃引した
時の消光点のずれを、例えば電流で読み取りこれを磁場
へさらに角度へ換算することによって、被検試料の旋光
度を測定することができる。これは、実質的には、被検
試料の旋光性物質によって生じた旋光度と、印加磁場に
よる光ファラデー効果による偏光方向の回転角が一致す
る磁場を検知していることになる。When the magnetic field is swept, that is, when the magnetic field is changed from a specific intensity to a specific intensity (including a change in the polarity of the magnetic field), the polarization direction can be rotated. This makes it possible to obtain the same effect as when the analyzer is rotated. That is, in the related art, the shift of the extinction point when the analyzer is rotated is directly read at the angle of the analyzer, but in the present embodiment, the shift of the extinction point when the magnetic field is swept is calculated. For example, the optical rotation of the test sample can be measured by reading with a current and further converting this into a magnetic field into an angle. This means that a magnetic field in which the optical rotation caused by the optically rotating substance of the test sample and the rotation angle of the polarization direction caused by the optical Faraday effect by the applied magnetic field are substantially detected.
【００４４】この磁場の掃引は、必ずしも強度を連続的
に変化させることのみならず、離散的に変化させること
も含んでいる。偏光方向の回転に伴う、光センサーの出
力信号の変化特性が既知なため、少なくとも２点で測定
し、これらの測定値から、内挿又は外挿し旋光度を算出
することが可能で、これは、特に測定時間の短縮に有効
である。The sweep of the magnetic field includes not only changing the intensity continuously but also changing the intensity discretely. Since the change characteristics of the output signal of the optical sensor due to the rotation of the polarization direction are known, it is possible to measure at least two points and calculate the interpolation or extrapolation optical rotation from these measured values. This is particularly effective for reducing the measurement time.
【００４５】次に、長期反復的な使用によりサンプルセ
ルの光の透過面が汚染された場合について説明する。こ
の時、この汚染が旋光性を示さない物質によってなされ
ていれば、実質的に（式１）におけるＴが減少したこと
に相当し、消光点の位置が不明確になり、測定精度が悪
化する。この場合（式２）のＩの変化割合（θに対す
る）や、（式７）のＳの傾き（βに対する）が減少す
る。従って、Ｔが既知の参照試料を測定し、これらの減
少量から、汚染量を検知することが可能である。この汚
染量が特定の値を越えた時に、サンプルセルの洗浄又は
交換を指示することができる。なお、この時は、必ずし
も参照試料を設ける必要はなく、Ｔの最小値が既知の被
検試料の測定結果から汚染量を検知しても良い。Next, a case where the light transmitting surface of the sample cell is contaminated by long-term repeated use will be described. At this time, if this contamination is caused by a substance that does not show optical rotation, this substantially corresponds to a decrease in T in (Equation 1), the position of the extinction point becomes unclear, and the measurement accuracy deteriorates. . In this case, the rate of change of I (with respect to θ) in (Equation 2) and the slope of S (with respect to β) in (Equation 7) decrease. Therefore, it is possible to measure a reference sample whose T is known, and detect the amount of contamination from the amount of decrease in these reference samples. When the amount of contamination exceeds a certain value, an instruction to wash or replace the sample cell can be given. At this time, it is not always necessary to provide a reference sample, and the amount of contamination may be detected from a measurement result of a test sample having a known minimum value of T.
【００４６】一方、この汚染が旋光性物質によってなさ
れていれば、（式２）のＩ、（式７）のＳは、それぞれ
θ、β方向に平行移動する。これにより、消光点の位
置、即ち測定された旋光度もこの移動分だけずれる。こ
の移動分は、汚染物質による旋光度で、被検試料による
旋光度に単純に加算される。従って、あらかじめ旋光度
が既知の参照試料を測定し、この測定値と既知の旋光度
の差を算出し、この差で被検試料の測定値を補正する。
これによって、汚染物質によって生じた誤差を補償する
ことができる。On the other hand, if this contamination is caused by the optically rotating substance, I in (Equation 2) and S in (Equation 7) move in parallel in the θ and β directions, respectively. As a result, the position of the extinction point, that is, the measured optical rotation is also shifted by this movement. This movement is the optical rotation due to the contaminant, and is simply added to the optical rotation due to the test sample. Therefore, a reference sample having a known optical rotation is measured in advance, and a difference between the measured value and the known optical rotation is calculated, and the measured value of the test sample is corrected based on the difference.
This makes it possible to compensate for errors caused by contaminants.
【００４７】この様に、旋光度が既知の参照試料を測定
することによって、サンプルセルの汚染による誤差を補
償することができる。従って、長期反復使用におけるサ
ンプルセルの洗浄又は交換時期を、透過面の透過率が低
下して特定値に到達するまで大幅に延長することがで
き、維持管理が容易になる。特に、家庭用尿検査装置と
して使用する場合、この維持管理の容易性が普及を大き
く促進する。以上の様に、サンプルセルに磁場を印加す
ることで、これを光ファラデー変調器として機能させる
ことにより、簡単な構成で、小型、低価格かつ高精度の
旋光計を実現することができる。As described above, by measuring a reference sample whose optical rotation is known, errors due to contamination of the sample cell can be compensated. Therefore, the cleaning or replacement time of the sample cell in long-term repetitive use can be greatly extended until the transmittance of the transmission surface decreases to reach a specific value, thereby facilitating maintenance. In particular, when used as a home urine test apparatus, the ease of maintenance and management greatly promotes spread. As described above, by applying a magnetic field to the sample cell and making it function as an optical Faraday modulator, a small-sized, low-cost, and highly accurate polarimeter can be realized with a simple configuration.
【００４８】又、サンプルセル中に尿を入れ、これに磁
場を印加することで、尿の旋光度を測定することがで
き、尿中のグルコース、蛋白質等の濃度を検査する尿検
査装置を実現することができる。これは、消耗品が不要
で、維持管理が容易で、高信頼性、小型、低価格等の特
徴から実用性が極めて高い。Also, urine can be put into the sample cell and a magnetic field can be applied to the sample cell to measure the optical rotation of the urine, thereby realizing a urine test apparatus for testing the concentration of glucose, protein and the like in the urine. can do. This is extremely practical because it requires no consumables, is easy to maintain, and has features such as high reliability, small size, and low cost.
【００４９】（実施の形態１）第１の実施の形態につい
て、図１及び図２を用いて以下に詳細に説明する。(Embodiment 1) The first embodiment will be described below in detail with reference to FIGS.
【００５０】図１において、１は１８０Ｗの低圧ナトリ
ウムランプ、バンドパスフィルター、レンズ、スリット
等によって構成された略平行光を投射する光源で、波長
５８９ｎｍのナトリウムのＤ線を投射する。２は偏光子
で、紙面に平行な偏光成分の光のみを透過する。３は被
検試料を保持する円筒形のガラス製のサンプルセルで、
実質光路長は３００ｍｍである。４はサンプルセル３の
周囲に巻かれたソレノイドコイルで、サンプルセル３と
これに保持された被検試料に磁場を印加する。この磁場
は、光の伝搬方向に実質的に均質に印加され、ソレノイ
ドコイル３に流す電流に比例する。具体的には、ソレノ
イドコイル３に電流１Ａを流すと、磁場Ｈ＝５×１０3
Ａ／ｍを印加する。５は電流源で、ソレノイドコイル４
に±５Ａまでの電流を流すことができる。６は検光子
で、紙面に垂直な偏光成分の光のみを透過するように配
置する。７は検光子６を透過した光を検知する光センサ
ーで、８は電流源５に指令信号を発しかつ光センサー７
の出力信号を記録解析するコンピュータである。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a light source for projecting substantially parallel light constituted by a low-pressure sodium lamp of 180 W, a band-pass filter, a lens, a slit, etc., and projects a D line of sodium having a wavelength of 589 nm. Reference numeral 2 denotes a polarizer that transmits only light having a polarization component parallel to the paper surface. Reference numeral 3 denotes a cylindrical glass sample cell for holding a test sample.
The effective optical path length is 300 mm. Reference numeral 4 denotes a solenoid coil wound around the sample cell 3, which applies a magnetic field to the sample cell 3 and a test sample held therein. This magnetic field is applied substantially uniformly in the light propagation direction, and is proportional to the current flowing through the solenoid coil 3. Specifically, when a current of 1 A flows through the solenoid coil 3, a magnetic field H = 5 × 10 3
A / m is applied. 5 is a current source, and a solenoid coil 4
Current of up to ± 5 A can be passed through. Reference numeral 6 denotes an analyzer which is disposed so as to transmit only light having a polarization component perpendicular to the paper surface. Reference numeral 7 denotes an optical sensor for detecting light transmitted through the analyzer 6, and reference numeral 8 issues a command signal to the current source 5 and
Is a computer that records and analyzes the output signal of the computer.
【００５１】この本実施の形態の作用を以下に説明す
る。コンピュータ８が電流源５に指令信号を発し、ソレ
ノイドコイル４に流す電流を−５〜５Ａまで掃引する。
この時の光センサー７の出力信号を示したのが図２であ
る。図２において、横軸は、ソレノイドコイル４に流す
電流Ｊ、縦軸は光センサー７の出力信号（任意値）を示
している。The operation of this embodiment will be described below. The computer 8 issues a command signal to the current source 5 and sweeps the current flowing through the solenoid coil 4 from -5 to 5A.
FIG. 2 shows the output signal of the optical sensor 7 at this time. In FIG. 2, the horizontal axis represents the current J flowing through the solenoid coil 4, and the vertical axis represents the output signal (arbitrary value) of the optical sensor 7.
【００５２】実線は、被検試料として旋光性を示さない
純水を測定した場合である。偏光子２と検光子６の相対
角度がπ／２のため、Ｊがゼロの時が消光点である。こ
れは、被検試料である純水に磁場が印加されず光ファラ
デー効果による偏光方向の回転が起こらない状態であ
る。Ｊを変化させると、従来例において、検光子を回転
させた時と同様に光センサー７の出力信号が（式１）に
従って変化する。ただし、本実施の形態においては、Ｊ
が（式４）のβに相当する。The solid line shows the case where pure water having no optical rotation was measured as the test sample. Since the relative angle between the polarizer 2 and the analyzer 6 is π / 2, the extinction point is when J is zero. This is a state in which a magnetic field is not applied to pure water as a test sample and rotation of the polarization direction due to the optical Faraday effect does not occur. When J is changed, the output signal of the optical sensor 7 changes according to (Equation 1) as in the case of rotating the analyzer in the conventional example. However, in the present embodiment, J
Corresponds to β in (Equation 4).
【００５３】一方、図２の点線は、被検試料として、温
度＝２０℃、濃度＝５００ｍｇ／ｄｌのショ糖水溶液を
測定した場合である。Ｊ＝２．４Ａの時が消光点であ
る。即ち、実線を＋２．４Ａ幅平行移動した曲線になっ
ている。この消光点のずれ幅が被検試料の旋光度に相当
する。このことを次に定量的に確認する。On the other hand, the dotted line in FIG. 2 shows a case where an aqueous sucrose solution having a temperature of 20 ° C. and a concentration of 500 mg / dl was measured as a test sample. The extinction point is when J = 2.4A. In other words, the curve is obtained by translating the solid line by +2.4 A width in parallel. The shift width of the extinction point corresponds to the optical rotation of the test sample. This is then quantitatively confirmed.
【００５４】ショ糖の比旋光度［α］は５８９ｎｍの光
に対して、２０℃の水溶液において、［α］＝６６．５
゜である。従って、これによる旋光度＝α゜は（式９）
に表される。The specific rotation [α] of sucrose is [α] = 66.5 in an aqueous solution at 20 ° C. with respect to light of 589 nm.
゜. Therefore, the optical rotation = α ゜ by this is (Equation 9)
Is represented by
【００５５】[0055]
【数９】α＝［α］／１００００×Ｌ×Ｃ （式９） ここで、 Ｌ：伝搬距離＝サンプルセルの光路長＝０．３［ｍ］ Ｃ：水溶液濃度＝５００［ｍｇ／ｄｌ］ （式９）より、α≒１゜になる。Α = [α] / 10000 × L × C (Equation 9) where L: propagation distance = optical path length of sample cell = 0.3 [m] C: aqueous solution concentration = 500 [mg / dl] From (Equation 9), α {1} is obtained.
【００５６】次に、光ファラデー効果による偏光方向の
回転角度を（式８）から算出すると、以下のようにな
る。Next, when the rotation angle of the polarization direction due to the optical Faraday effect is calculated from (Equation 8), it is as follows.
【００５７】ソレノイドコイル４の特性からＪ＝２．４
Ａの時、磁場Ｈ＝１．２×１０4 Ａ／ｍとなる。これ
と、（表１）に示した水のベルデの定数Ｖから（式８）
により、（式１０）のようになる。From the characteristics of the solenoid coil 4, J = 2.4.
At the time of A, the magnetic field H = 1.2 × 10 4 A / m. From this and the Verdet constant V of water shown in (Table 1), (Equation 8)
Is given by (Equation 10).
【００５８】[0058]
【数１０】 ａ＝１．６４５×１０-2×１．２×１０4×０．３ ＝５９．２２［分］≒１゜（式１０） 以上から、被検試料の旋光度と光ファラデー効果による
回転角度が一致することを確認した。A = 1.645 × 10 −2 × 1.2 × 10 4 × 0.3 = 59.22 [min] {1} (Equation 10) From the above, the optical rotation and optical Faraday of the test sample are obtained. It was confirmed that the rotation angles due to the effects matched.
【００５９】更に、本実施の形態を用いて、温度＝２０
℃、濃度＝２５０，７５０，１０００ｍｇ／ｄｌのショ
糖水溶液の旋光度を測定し、この結果を図３に示す。図
３において、横軸は濃度、縦軸は消光点になる電流Ｊで
ある。この図３から線形性も実証した。Further, using the present embodiment, the temperature = 20
The optical rotation of a sucrose aqueous solution having a concentration of 250, 750 and 1000 mg / dl was measured at a temperature of 250 ° C., and the results are shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents the density, and the vertical axis represents the current J at the extinction point. The linearity was also verified from FIG.
【００６０】従来の技術においては、検光子を回転した
時の消光点のずれを、検光子の角度を直読することによ
り、被検試料の旋光度を測定していた。一方、本実施の
形態においては、磁場を掃引した時即ち電流を掃引した
時の消光点のずれを、電流で読み取りこれを上記の様に
磁場へさらに角度へ換算することによって、被検試料の
旋光度を測定する。なお、この磁場の掃引は、必ずしも
強度を連続的に変化させる必要はなく、離散的に変化さ
せても良い。偏光方向の回転に伴う、光センサーの出力
信号の変化特性が（式２）様に既知なため、少なくとも
２点で測定し、これらの測定値から、内挿又は外挿し旋
光度を算出することができ、特に測定時間の短縮に有効
である。In the prior art, the rotation of the sample is measured by directly reading the angle of the analyzer from the shift of the extinction point when the analyzer is rotated. On the other hand, in the present embodiment, the deviation of the extinction point when the magnetic field is swept, that is, when the current is swept, is read with the current, and this is further converted into the magnetic field as described above. Measure the optical rotation. In the sweep of the magnetic field, the intensity does not necessarily need to be changed continuously, but may be changed discretely. Since the change characteristic of the output signal of the optical sensor due to the rotation of the polarization direction is known as in (Equation 2), measurement is performed at at least two points, and interpolation or extrapolation is calculated from these measured values. This is particularly effective for reducing the measurement time.
【００６１】以上のように本実施の形態によれば、被検
試料に磁場を印加し、その磁場を掃引することにより、
検光子の回転手段が不要になり、高信頼性、小型、低価
格の旋光計を実現でき、その実用的効果は極めて大き
い。As described above, according to the present embodiment, by applying a magnetic field to the test sample and sweeping the magnetic field,
The need for rotating the analyzer is eliminated, and a highly reliable, small-sized, low-cost polarimeter can be realized, and its practical effect is extremely large.
【００６２】（実施の形態２）本発明の第２の実施の形
態を、図４を用いて説明する。(Embodiment 2) A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００６３】図４において、１，２、５、６、７、８は
第１の実施の形態で使用したものと同じ物である。３’
は、基本構造は第１の実施の形態のサンプルセル３と同
じであるが、実質光路長が５０ｍｍである。４’も、基
本構造は第１の実施例のソレノイドコイル４と同じで、
電流１Ａを流すと、磁場Ｈ＝５×１０3Ａ／ｍを印加す
る。９は信号発生器で、振動変調信号を電流源５に供給
する。電流源５はこの振動変調信号を振動変調電流信号
に変換してコンピュータ８から指令された掃引電流に重
畳し、これをソレノイドコイル３に供給する。本実施の
形態では、１．３ＫＨｚの変調信号を振幅＝０．０２Ａ
の振動変調電流信号に変換して、ソレノイドコイル３に
供給している。１０はロックインアンプで、信号発生器
９の振動変調信号を参照信号として、光センサー７の出
力信号を位相敏感検波する。このロックインアンプ１０
の出力信号は（式６）の光センサー７の出力信号の角周
波数ω成分に相当する、即ち、（式７）に示したＳであ
る。従って、このＳがゼロになる時が消光点である。In FIG. 4, numerals 1, 2, 5, 6, 7, and 8 are the same as those used in the first embodiment. 3 '
Has the same basic structure as the sample cell 3 of the first embodiment, but has a substantial optical path length of 50 mm. 4 'also has the same basic structure as the solenoid coil 4 of the first embodiment.
When a current of 1 A flows, a magnetic field H of 5 × 10 3 A / m is applied. Reference numeral 9 denotes a signal generator which supplies a vibration modulation signal to the current source 5. The current source 5 converts this vibration modulation signal into a vibration modulation current signal, superimposes it on the sweep current commanded from the computer 8, and supplies this to the solenoid coil 3. In the present embodiment, a modulation signal of 1.3 KHz has an amplitude of 0.02 A
, And supplies it to the solenoid coil 3. Reference numeral 10 denotes a lock-in amplifier, which performs phase-sensitive detection of the output signal of the optical sensor 7 using the vibration modulation signal of the signal generator 9 as a reference signal. This lock-in amplifier 10
Is equivalent to the angular frequency ω component of the output signal of the optical sensor 7 in (Equation 6), that is, S shown in (Equation 7). Therefore, the time when S becomes zero is the extinction point.
【００６４】次に図５を用いて本形態例の動作を説明す
る。コンピュータ８が電流源５に指令信号を発し、ソレ
ノイドコイル４に流す電流を−１．５〜１．５Ａまで掃
引する。この時のロックインアンプ１０の出力信号を示
したのが図５である。図５において、横軸は、ソレノイ
ドコイル４に流す電流Ｊ、縦軸はロックインアンプ１０
の出力信号（任意値）を示している。Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. The computer 8 issues a command signal to the current source 5 and sweeps the current flowing through the solenoid coil 4 from -1.5 to 1.5A. FIG. 5 shows an output signal of the lock-in amplifier 10 at this time. In FIG. 5, the horizontal axis represents the current J flowing through the solenoid coil 4 and the vertical axis represents the lock-in amplifier 10.
Output signal (arbitrary value).
【００６５】実線は、被検試料として旋光性を示さない
純水を測定した場合で、Ｊがゼロの時が消光点である。
これは、被検試料である純水に磁場が印加されず光ファ
ラデー効果による偏光方向の回転が起こらない状態であ
る。Ｊを変化させると、（式４）における、βすなわち
検光子を回転させた時と同様にロックインアンプ１０の
出力信号Ｓが変化する。The solid line indicates the case where pure water having no optical rotation was measured as a test sample, and the extinction point is when J is zero.
This is a state in which a magnetic field is not applied to pure water as a test sample and rotation of the polarization direction due to the optical Faraday effect does not occur. When J is changed, β in (Equation 4), that is, the output signal S of the lock-in amplifier 10 changes in the same manner as when the analyzer is rotated.
【００６６】一方、図５の点線は、被検試料として、温
度＝２０℃、濃度＝２５０ｍｇ／ｄｌのショ糖水溶液を
測定した場合である。Ｊ＝１．２１Ａの時が消光点であ
る。即ち、実線を＋１．２１Ａ幅平行移動した直線にな
っている。この消光点のずれ幅が被検試料の旋光度に相
当する。これも、第１の実施の形態同様に定量的に確認
する。On the other hand, the dotted line in FIG. 5 shows a case where an aqueous sucrose solution having a temperature of 20 ° C. and a concentration of 250 mg / dl was measured as a test sample. The extinction point is when J = 1.21A. That is, the solid line is a straight line translated by +1.21 A width in parallel. The shift width of the extinction point corresponds to the optical rotation of the test sample. This is also quantitatively confirmed as in the first embodiment.
【００６７】ショ糖による旋光度αは（式９）より， α＝［α］／１００００×０．０５×２５０ ≒０．０８３１゜である。From the equation (9), the optical rotation α due to sucrose is α = [α] /10000×0.05×250 {0.0831}.
【００６８】次に、光ファラデー効果による偏光方向の
回転角度ａを（式８）から算出すると、以下のようにな
る。Next, when the rotation angle a of the polarization direction due to the optical Faraday effect is calculated from (Equation 8), it is as follows.
【００６９】ソレノイドコイル４’の特性からＪ＝１．
２１Ａの時、磁場Ｈ＝６．０５×１０3 Ａ／ｍとなる。
これと、（表１）に示した水のベルデの定数Ｖから ａ＝１．６４５×１０-2×６．０５×１０4×０．０５ ≒４．９７６［分］≒０．０８３゜ 以上から、被検試料の旋光度と光ファラデー効果による
回転角度が一致することを確認した。From the characteristics of the solenoid coil 4 ', J = 1.
At 21 A, the magnetic field H = 6.05 × 10 3 A / m.
From this and the Verdet constant V of water shown in (Table 1), a = 1.645 × 10 −2 × 6.05 × 10 4 × 0.05 {4.976 [min] {0.083} or more From this, it was confirmed that the optical rotation of the test sample coincided with the rotation angle due to the optical Faraday effect.
【００７０】更に、本実施の形態を用いて、温度＝２０
℃、濃度＝５０，１００，１５０，２５０ｍｇ／ｄｌの
ショ糖水溶液の旋光度を測定し、この結果を図６に示
す。図３において、横軸は濃度、縦軸は消光点になる電
流Ｊである。この図６から線形性も実証した。Further, using this embodiment, the temperature = 20
The optical rotation of sucrose aqueous solutions at 50 ° C. and concentrations of 50, 100, 150 and 250 mg / dl was measured, and the results are shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents the density, and the vertical axis represents the current J at the extinction point. The linearity was also verified from FIG.
【００７１】従来の技術においては、検光子を回転し、
ロックインアンプ力信号すなわちＳがゼロになるときの
検光子の角度を直読することにより、被検試料の旋光度
を測定していた。一方、本実施例においては、磁場を掃
引し即ち電流を掃引し、ロックインアンプ１０の出力信
号Ｓがゼロになる電流値を読み取り、これを上記の様に
磁場へさらに角度へ換算することによって、被検試料の
旋光度を測定する。In the prior art, the analyzer is rotated,
The optical rotation of the test sample was measured by directly reading the angle of the analyzer when the lock-in amplifier force signal, that is, S becomes zero. On the other hand, in the present embodiment, the magnetic field is swept, that is, the current is swept, the current value at which the output signal S of the lock-in amplifier 10 becomes zero is read, and this is further converted into a magnetic field as described above into an angle. Then, the optical rotation of the test sample is measured.
【００７２】なお、本実施の形態では、磁場の掃引範囲
に消光点が存在したが、図５及び（式７）のように、磁
場即ち電流Ｊに対してロックインアンプ１０の出力信号
Ｓが直線的に変化するため、掃引範囲内にに消光点が存
在しない場合でも、外挿することによって旋光度を算出
できることは明かである。又、このＪとＳの関係が直線
であることから、必ずしも連続的に掃引する必要はな
く、少なくとも２点での測定結果から、内挿又は外挿す
ることによって、旋光度を算出できる。これによって測
定時間の短縮も可能になる。In this embodiment, the extinction point exists in the sweep range of the magnetic field. However, as shown in FIG. 5 and (Equation 7), the output signal S of the lock-in amplifier 10 changes with respect to the magnetic field, that is, the current J. Since it changes linearly, it is clear that even if no extinction point exists within the sweep range, the optical rotation can be calculated by extrapolation. Further, since the relationship between J and S is a straight line, it is not always necessary to continuously sweep, and the optical rotation can be calculated by interpolation or extrapolation from the measurement results at at least two points. As a result, the measurement time can be reduced.
【００７３】次に、本実施の形態おいて未洗浄で長期放
置され透過面が汚染されたサンプルセルを使用して、純
水を被検試料として測定した。この場合、Ｊ＝０．０２
Ａの時に消光点を示した。これから、サンプルセルの透
過面の汚染物質による旋光度ｄは（式８）、（表１）か
ら ｄ＝１．６４５×１０-2×１０2×０．０５ ≒０．０８２［分］≒１．４×１０-3゜ となる。このサンプルセルで測定する時は、測定値から
ｄを差し引くことによって補正できる。上記の様に、長
期反復使用する場合でも、旋光度が既知な参照試料も測
定して、この測定値で、被検試料の測定値を補正するこ
とにより高精度の測定が可能となる。この操作によっ
て、サンプルセルの洗浄又は交換時期は、透過面の透過
率が低下し特定値に至るまで延長することができる。Next, in this embodiment, pure water was measured as a test sample using a sample cell which had been left uncleaned and left for a long period of time and whose transmission surface was contaminated. In this case, J = 0.02
At the time of A, the extinction point was shown. From this, from the (Equation 8) and (Table 1), the optical rotation d due to the contaminant on the transmission surface of the sample cell is: d = 1.645 × 10 −2 × 10 2 × 0.05 ≒ 0.082 [min] ≒ 1 0.4 × 10 −3゜. When measuring with this sample cell, it can be corrected by subtracting d from the measured value. As described above, even in the case of repeated use for a long period of time, a high-precision measurement can be performed by measuring a reference sample with a known optical rotation and correcting the measured value of the test sample with the measured value. By this operation, the cleaning or replacement time of the sample cell can be extended until the transmittance of the transmission surface decreases and reaches a specific value.
【００７４】以上のように本形態例によれば、被検試料
に磁場を印加し、その磁場を振動変調しながら掃引する
ことにより、検光子の回転手段が不要になり、高精度、
高信頼性、小型、低価格、かつ維持管理が容易な旋光計
が実現でき、その実用的効果は極めて大きい。As described above, according to the present embodiment, a magnetic field is applied to the test sample, and the magnetic field is swept while being subjected to vibration modulation.
A polarimeter with high reliability, small size, low cost, and easy maintenance can be realized, and its practical effect is extremely large.
【００７５】また、本形態例は第１の実施の形態より
も、高精度に測定できるので、濃度の小さい溶液の旋光
度の測定も可能である。また、より光路長の小さい被検
試料の測定も可能になるので、装置の小型化にも寄与す
る。Further, since the present embodiment can measure with higher accuracy than the first embodiment, it is also possible to measure the optical rotation of a solution having a low concentration. In addition, the measurement of a test sample having a shorter optical path length becomes possible, which contributes to downsizing of the apparatus.
【００７６】（実施の形態３）本発明の第３の実施の形
態を、図７を用いて説明する。(Embodiment 3) A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００７７】図７において、１〜１０は第２の実施例で
使用したものと同じ物である。１１は検光子ローテータ
ーで、コンピュータ８の指令に基づいて検光子６を回転
する。In FIG. 7, reference numerals 1 to 10 are the same as those used in the second embodiment. An analyzer rotator 11 rotates the analyzer 6 based on a command from the computer 8.
【００７８】本実施の形態例においては、電流源５は信
号発生器９の１．３ＫＨｚの変調信号を振幅＝０．０２
Ａの振動変調電流信号に変換して、ソレノイドコイル３
に供給しているが、電流は掃引しない。In the present embodiment, the current source 5 converts the 1.3 KHz modulated signal of the signal generator 9 into an amplitude = 0.02.
A is converted into a vibration-modulated current signal, and the solenoid coil 3
, But does not sweep the current.
【００７９】本実施の形態においてもロックインアンプ
１０の出力信号は（式６）の光センサー７の出力信号の
角周波数ω成分に相当する、即ち、（式７）に示したＳ
である。従って、このＳがゼロになる時が消光点であ
る。Also in the present embodiment, the output signal of the lock-in amplifier 10 corresponds to the angular frequency ω component of the output signal of the optical sensor 7 in (Equation 6), that is, the S signal shown in (Equation 7)
It is. Therefore, the time when S becomes zero is the extinction point.
【００８０】本実施の形態の動作は、以下のとうりであ
る。コンピュータ８が検光子ローテーター１１に指令信
号を発し、検光子６を回転させる。この検光子６の角度
を横軸に、ロックインアンプ１０の出力信号Ｓを縦軸に
とると、図５と同じ様な直線が得られる。この時のロッ
クインアンプ１０の出力信号Ｓがゼロになる検光子６の
角度を見いだす。この角度が被検試料の旋光度に相当す
る。The operation of the present embodiment is as follows. The computer 8 issues a command signal to the analyzer rotator 11 to rotate the analyzer 6. If the angle of the analyzer 6 is plotted on the horizontal axis and the output signal S of the lock-in amplifier 10 is plotted on the vertical axis, a straight line similar to FIG. 5 is obtained. The angle of the analyzer 6 at which the output signal S of the lock-in amplifier 10 becomes zero at this time is found. This angle corresponds to the optical rotation of the test sample.
【００８１】本実施の形態を用いて、第２の実施の形態
同様、温度＝２０℃、濃度＝５０，１００，１５０，２
５０ｍｇ／ｄｌのショ糖水溶液の旋光度を測定し、図６
と同様の結果を得た。Using this embodiment, as in the second embodiment, temperature = 20 ° C., concentration = 50, 100, 150, 2
The optical rotation of a 50 mg / dl sucrose aqueous solution was measured, and FIG.
And similar results were obtained.
【００８２】従来の技術においては、光ファラデー変調
器によって偏光方向を振動変調しながら検光子を回転
し、ロックインアンプ力信号すなわちＳがゼロになると
きの検光子の角度を直読することにより、被検試料の旋
光度を測定していた。一方、本実施の形態例において
は、被検試料に磁場を印加し、この磁場を振動変調し
て、ロックインアンプ１０の出力信号Ｓがゼロになる検
光子の角度を直読することによって、被検試料の旋光度
を測定する。又、この検光子の角度とＳの関係が直線で
あることから、必ずしも連続的に掃引する必要はなく、
少なくとも２点での測定結果から、内挿又は外挿するこ
とによって、旋光度を算出できることは、実施の形態２
と同様である。In the prior art, the analyzer is rotated while the polarization direction is oscillated and modulated by the optical Faraday modulator, and the angle of the analyzer when the lock-in amplifier force signal, that is, S becomes zero, is directly read. The optical rotation of the test sample was measured. On the other hand, in the present embodiment, a magnetic field is applied to the test sample, this magnetic field is subjected to vibration modulation, and the angle of the analyzer at which the output signal S of the lock-in amplifier 10 becomes zero is directly read to thereby obtain the test sample. Measure the optical rotation of the test sample. Further, since the relationship between the angle of the analyzer and S is a straight line, it is not always necessary to continuously sweep,
According to the second embodiment, the optical rotation can be calculated by interpolation or extrapolation from the measurement results at at least two points.
Is the same as
【００８３】以上のように本実施の形態によれば、被検
試料に磁場を印加し、その磁場を振動変調することによ
り、光ファラデー変調器が不要になり、高精度、高信頼
性、小型、低価格、かつ維持管理が容易な旋光計が実現
でき、その実用的効果は極めて大きい。As described above, according to the present embodiment, an optical Faraday modulator is not required by applying a magnetic field to a test sample and modulating the magnetic field by vibration, thereby achieving high precision, high reliability, and a small size. A polarimeter that is low in cost and easy to maintain can be realized, and its practical effect is extremely large.
【００８４】なお、本実施の形態例も第２の実施の形態
同様、第１の実施の形態よりも、高精度に測定できるの
で、濃度の小さい溶液の旋光度の測定も可能である。ま
た、より光路長の小さい被検試料の測定も可能になるの
で、装置の小型化にも寄与する。Note that, in the present embodiment, as in the second embodiment, the measurement can be performed with higher accuracy than in the first embodiment, so that the optical rotation of a solution having a low concentration can be measured. In addition, the measurement of a test sample having a shorter optical path length becomes possible, which contributes to downsizing of the apparatus.
【００８５】（実施の形態４）本発明の第４の実施の形
態を、図８を用いて説明する。(Embodiment 4) A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００８６】図８において、１〜１０は第２の実施の形
態で使用したものと同じ物である。１２は光ファラデー
変調器で信号発生器９の１．３ＫＨｚの振動変調信号に
基づいて、偏光方向を振幅１．４×１０-3゜で振動変調
する。電流源５はコンピュータ８の指令に基づいて、ソ
レノイドコイル３に供給する電流を掃引する。ロックイ
ンアンプ１０は、信号発生器９の振動変調信号を参照信
号として、光センサー７の出力信号を位相敏感検波す
る。このロックインアンプ１０の出力信号は（式６）の
光センサー７の出力信号の角周波数ω成分に相当する、
即ち、（式７）に示したＳである。従って、このＳがゼ
ロになる時が消光点である。In FIG. 8, reference numerals 1 to 10 are the same as those used in the second embodiment. Reference numeral 12 denotes an optical Faraday modulator that vibrates and modulates the polarization direction with an amplitude of 1.4 × 10 −3 based on the 1.3 KHz vibration modulation signal of the signal generator 9. The current source 5 sweeps a current supplied to the solenoid coil 3 based on a command from the computer 8. The lock-in amplifier 10 performs phase-sensitive detection of the output signal of the optical sensor 7 using the vibration modulation signal of the signal generator 9 as a reference signal. The output signal of the lock-in amplifier 10 corresponds to the angular frequency ω component of the output signal of the optical sensor 7 in (Equation 6).
That is, S shown in (Equation 7). Therefore, the time when S becomes zero is the extinction point.
【００８７】次に本実施の形態例の動作を説明する。コ
ンピュータ８が電流源５に指令信号を発し、ソレノイド
コイル４に流す電流を−１．５〜１．５Ａまで掃引す
る。この時、横軸にソレノイドコイル４に流す電流Ｊ、
縦軸にロックインアンプ１０の出力信号（任意値）を示
すと、図５と全く同じ直線が得られた。従って、第２の
実施の形態と同様に、被検試料の旋光度と光ファラデー
効果による回転角度が一致することが確認できた。Next, the operation of this embodiment will be described. The computer 8 issues a command signal to the current source 5 and sweeps the current flowing through the solenoid coil 4 from -1.5 to 1.5A. At this time, the horizontal axis indicates the current J flowing through the solenoid coil 4,
When the output signal (arbitrary value) of the lock-in amplifier 10 is shown on the vertical axis, the same straight line as in FIG. 5 was obtained. Therefore, as in the second embodiment, it was confirmed that the optical rotation of the test sample and the rotation angle due to the optical Faraday effect coincided with each other.
【００８８】更に、本実施の形態例を用いて、温度＝２
０℃、濃度＝５０，１００，１５０，２５０ｍｇ／ｄｌ
のショ糖水溶液の旋光度を測定し、図６と同様の結果を
得た。これから線形性も実証した。Further, using the present embodiment, the temperature = 2
0 ° C, concentration = 50, 100, 150, 250 mg / dl
The optical rotation of the aqueous sucrose solution was measured, and the same result as in FIG. 6 was obtained. We have also demonstrated linearity.
【００８９】なお、本実施の形態でも、磁場即ち電流Ｊ
に対してロックインアンプ１０の出力信号Ｓが直線的に
変化するため、必ずしも連続的に掃引する必要はなく、
少なくとも２点での測定結果から、内挿又は外挿するこ
とによって、旋光度を算出できるのは、第２の実施の形
態と同様である。これによって測定時間の短縮も可能に
なる。In this embodiment, the magnetic field, that is, the current J
In contrast, since the output signal S of the lock-in amplifier 10 changes linearly, it is not always necessary to sweep continuously.
As in the second embodiment, the optical rotation can be calculated by interpolation or extrapolation from the measurement results at at least two points. As a result, the measurement time can be reduced.
【００９０】以上のように本実施の形態によれば、光フ
ァラデー変調器によって偏光方向を微小振幅で振動変調
し、被検試料に磁場を印加し、その磁場を掃引すること
により、検光子の回転手段が不要になり、高精度、高信
頼性、小型、低価格、かつ維持管理が容易な旋光計が実
現でき、その実用的効果は極めて大きい。As described above, according to the present embodiment, the polarization direction is oscillated and modulated with a small amplitude by the optical Faraday modulator, a magnetic field is applied to the sample to be measured, and the magnetic field is swept, so that the Since a rotating means is not required, a polarimeter with high precision, high reliability, small size, low cost, and easy maintenance can be realized, and its practical effect is extremely large.
【００９１】また、本実施の形態例は第２の実施の形態
同様、第１の実施の形態よりも、高精度に測定できるの
で、濃度の小さい溶液の旋光度の測定も可能である。ま
た、より光路長の小さい被検試料の測定も可能になるの
で、装置の小型化にも寄与する。Further, in the present embodiment, as in the second embodiment, since the measurement can be performed with higher precision than in the first embodiment, the optical rotation of a solution having a low concentration can be measured. In addition, the measurement of a test sample having a shorter optical path length becomes possible, which contributes to downsizing of the apparatus.
【００９２】なお、本実施の形態では偏光方向の変調を
光ファラデー変調器を用いて行ったが、偏光子２をピエ
ゾ素子によって、微小振動回転させても同様の効果が得
られることは言うまでもない。Although the polarization direction is modulated using the optical Faraday modulator in the present embodiment, it is needless to say that the same effect can be obtained even if the polarizer 2 is rotated by the piezo element with a slight vibration. .
【００９３】（実施の形態５）本発明の第５の実施の形
態を、図９を用いて説明する。(Embodiment 5) A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【００９４】図９において、２〜１０は第２の実施の形
態で使用したものと同じ物である。１３は半導体レーザ
光源で、波長＝８３０ｎｍ、強度＝１０ｍＷの略平行光
を投射している。電流源５は信号発生器９の１．３ＫＨ
ｚの変調信号を振幅＝０．０２Ａの振動変調電流信号に
変換して、ソレノイドコイル４’に供給しているが、電
流は掃引しない。１４はロックインアンプでいわゆる２
Ｆモードで動作しており、信号発生器９の変調信号の２
倍の周波数の信号を参照信号として、光センサー７の出
力信号を位相敏感検波している。即ち、（式６）におけ
る２×ω成分を取り出している。コンピュータ８によっ
て、ロックインアンプ１０の出力信号をロックインアン
プ１４の出力信号で規格することによって、被検試料の
旋光度を算出している。この原理を以下に述べる。In FIG. 9, reference numerals 2 to 10 are the same as those used in the second embodiment. Reference numeral 13 denotes a semiconductor laser light source which projects substantially parallel light having a wavelength of 830 nm and an intensity of 10 mW. The current source 5 is the 1.3 KH of the signal generator 9.
The z modulation signal is converted to a vibration modulation current signal having an amplitude of 0.02 A and supplied to the solenoid coil 4 ', but the current is not swept. Reference numeral 14 denotes a so-called lock-in amplifier.
It operates in the F mode, and the modulated signal 2 of the signal generator 9
The output signal of the optical sensor 7 is subjected to phase-sensitive detection using the signal of the double frequency as a reference signal. That is, the 2 × ω component in (Equation 6) is extracted. The optical rotation of the test sample is calculated by standardizing the output signal of the lock-in amplifier 10 with the output signal of the lock-in amplifier 14 by the computer 8. This principle is described below.
【００９５】ロックインアンプ１０の出力信号は（式
７）に示されたＳに相当する。このＳは、本実施の形態
例の様にβを固定した場合、Ｔ，Ｉ0，δが一定の場
合、αのみ関数であるので、Ｓから旋光度αを一意的に
算出できる。ただし、現実的には、被検試料の透過率の
違い、サンプルセルの透過窓の汚れ等によりＴは変化す
る。又、同時に光源強度のゆらぎからＩ0も変化するこ
とから、このＳのみからは、高精度の旋光度測定は不可
能である。The output signal of the lock-in amplifier 10 corresponds to S shown in (Equation 7). This S is a function of only α when β is fixed and T, I 0 and δ are constant as in the present embodiment, so that the optical rotation α can be uniquely calculated from S. However, in reality, T changes due to a difference in the transmittance of the test sample, contamination of the transmission window of the sample cell, and the like. At the same time, since I 0 also changes due to fluctuations in the light source intensity, it is impossible to measure the optical rotation with high accuracy from only S.
【００９６】そこで、ロックインアンプ１４の出力信号
を利用する。ロックインアンプ１４の出力信号をＳ’と
すると次の（式１１）のようになる。Therefore, the output signal of the lock-in amplifier 14 is used. When the output signal of the lock-in amplifier 14 is S ′, the following equation (11) is obtained.
【００９７】[0097]
【数１１】Ｓ’＝Ｔ×Ｉ0×δ2／２（式１１） この（式１１）で（式７）を除する即ち規格化すると、
次に（式１２）に示すＸが得られる。Equation 11] S '= T × I 0 × δ 2/2 ( Equation 11) This With i.e. standardized dividing (Equation 7) (Equation 11),
Next, X shown in (Equation 12) is obtained.
【００９８】[0098]
【数１２】Ｘ＝４／δ×（β−α）（式１２） このＸはＴ及びＩ0を含まないため、これから高精度に
旋光度αを決定することができる。X = 4 / δ × (β−α) (Equation 12) Since X does not include T and I 0 , the optical rotation α can be determined with high accuracy from this.
【００９９】次に、本実施の形態例を用いて、温度＝２
０℃、濃度＝２５，５０，７５，１００ｍｇ／ｄｌのグ
ルコース水溶液の旋光度を測定した。この手順を以下に
述べる。Next, using this embodiment, the temperature = 2
The optical rotations of the aqueous glucose solutions at 0 ° C. and the concentrations of 25, 50, 75, and 100 mg / dl were measured. This procedure is described below.
【０１００】まず、純水を被検試料として測定し、検光
子６の角度を微調してＸをゼロにする。この時、純水の
旋光度α＝０であるので、β＝０に調整したことにな
る。この状態で、上記の被検試料を測定し、横軸に濃度
を、縦軸にＸの絶対値を表しすと図１０になる。ゼロを
通るαに比例した直線になる。これから、本実施の形態
例によって、旋光度が測定できることが実証できた。な
お、あらかじめ、β＝０に調整したが、これは測定の際
に、被検試料の旋光度の大小、正負を直感的に把握する
ためだけに行った操作で、必ずしもこの必要はない。First, pure water is measured as a test sample, and the angle of the analyzer 6 is finely adjusted to make X zero. At this time, since the optical rotation α of pure water is α = 0, it means that β = 0. In this state, the test sample is measured, and the horizontal axis represents the concentration, and the vertical axis represents the absolute value of X, as shown in FIG. It becomes a straight line proportional to α passing through zero. From this, it was proved that the optical rotation can be measured by the present embodiment. Note that β was previously adjusted to 0, but this is an operation performed only for intuitively grasping the magnitude and polarity of the rotation of the test sample at the time of measurement, and is not necessarily required.
【０１０１】以上のように本実施の形態によれば、被検
試料に磁場を印加し、その磁場を振動変調し、光センサ
ー７の出力信号の振動変調周波数成分を、その振動変調
周波数の２倍に周波数成分で規格化することにより、高
精度、高信頼性、小型、低価格の旋光計を実現でき、そ
の実用的効果は極めて大きい。As described above, according to the present embodiment, a magnetic field is applied to the test sample, the magnetic field is subjected to vibration modulation, and the vibration modulation frequency component of the output signal of the optical sensor 7 is converted to the vibration modulation frequency of 2 By standardizing the frequency component twice, a polarimeter with high accuracy, high reliability, small size and low cost can be realized, and its practical effect is extremely large.
【０１０２】また、本実施の形態は、第２の実施の形態
と違い、電流源５によるソレノイドコイル４’に供給す
る電流を掃引する必要ない。従って、ソレノイドコイル
４’に適当な抵抗を直列に接続し、これを直接商用交流
１００Ｖ電源に接続することによって、電流を電源周波
数で変調できる。これで、電流源５が実現できる。ロッ
クインアンプが２つ必要になるが、電流源５を大幅に簡
素化することが可能なため、電流源５とロックインアン
プのコストによっては、第２の実施の形態よりも低価格
で提供できる場合もある。Also, in the present embodiment, unlike the second embodiment, there is no need to sweep the current supplied to the solenoid coil 4 'by the current source 5. Therefore, by connecting an appropriate resistor in series to the solenoid coil 4 'and connecting it directly to a commercial AC 100V power supply, the current can be modulated at the power supply frequency. Thus, the current source 5 can be realized. Although two lock-in amplifiers are required, the current source 5 can be greatly simplified, so that the current source 5 and the lock-in amplifier can be provided at a lower price than the second embodiment depending on the cost of the lock-in amplifier. Sometimes you can.
【０１０３】なお、本発明では、消光点の位置を基準
に、旋光度を測定したが、（式２）の関係を満たしてい
ることから、最明点等ある特定の１点を基準にしても良
い。この際、光センサー、ロックインアンプの直線性、
安定性などを考慮して、最適点を設定する。In the present invention, the optical rotation was measured based on the position of the extinction point. However, since the relationship of (Equation 2) was satisfied, the optical rotation was measured based on a specific point such as the brightest point. Is also good. At this time, the linearity of the optical sensor and lock-in amplifier,
The optimum point is set in consideration of stability and the like.
【０１０４】（実施の形態６）第６の実施の形態につい
て、図１１を用いて以下に詳細に説明する。(Embodiment 6) A sixth embodiment will be described below in detail with reference to FIG.
【０１０５】本実施の形態においては、第２の実施の形
態で説明した旋光計で尿を被検試料として測定し、以下
の様にグルコース濃度即ち尿糖を検査した。なお、本実
施の形態では、サンプルセルとして実質光路長Ｌ＝１０
０ｍｍのものを使用した。In the present embodiment, urine was measured as a test sample with the polarimeter described in the second embodiment, and the glucose concentration, ie, urine sugar, was examined as follows. In this embodiment, the sample cell has a substantial optical path length L = 10.
The thing of 0 mm was used.
【０１０６】まず、本旋光計のグルコースに対する特性
の確認のために、検量線の作成を行う。２０℃の純水
と、この純水を溶媒とし濃度が２０、１００、２００、
３００、５００ｍｇ／ｄｌのグルコース水溶液を調合
し、これらを被検試料として旋光度を測定した。この結
果を図１１の白丸に示す、ここで、横軸はグルコース濃
度、縦軸はソレノイドコイル４’に流す電流から換算さ
れた旋光度を表す。この結果は、グルコースの５８９ｎ
ｍの光に対する２０℃の水溶液における比旋光度［α］
＝５０゜から、（式９）を用いて計算された結果と一致
する。First, a calibration curve is prepared to confirm the characteristics of the polarimeter with respect to glucose. 20 ° C. pure water, and the concentration of 20, 100, 200,
300 and 500 mg / dl aqueous glucose solutions were prepared, and the optical rotation was measured using these as test samples. The results are shown as open circles in FIG. 11, where the horizontal axis represents the glucose concentration and the vertical axis represents the optical rotation converted from the current flowing through the solenoid coil 4 '. The result is 589n of glucose.
Specific rotation [α] in an aqueous solution at 20 ° C. for light of m
= 50 ° is consistent with the result calculated using (Equation 9).
【０１０７】次に、あらかじめ尿分析装置によって、グ
ルコース濃度が５０ｍｇ／ｄｌ以下、尿中蛋白質である
アルブミンの濃度が１０ｍｇ／ｄｌ以下と判定された尿
の旋光度を測定した。更に、この尿を溶媒とし、濃度が
２０、１００、２００、３００、５００ｍｇ／ｄｌのグ
ルコース溶液を調合した、即ち人工的に糖尿を作成し、
これらの旋光度を測定した。この結果を図１１の黒丸に
示す。この人工的糖尿の旋光度（黒丸）は、検量線から
１．５×１０-2 ゜平行移動した直線で表されることか
ら、正確にそのグルコース濃度を反映していることにな
る。Next, the optical rotation of urine, which was determined in advance by a urine analyzer to have a glucose concentration of 50 mg / dl or less and an albumin protein concentration of 10 mg / dl or less in urine, was measured. Further, using this urine as a solvent, glucose solutions having concentrations of 20, 100, 200, 300, and 500 mg / dl were prepared, that is, diabetes was artificially produced,
These optical rotations were measured. The result is shown by a black circle in FIG. Since the optical rotation (black circle) of this artificial diabetes is represented by a straight line shifted 1.5 × 10 −2か ら parallel from the calibration curve, it accurately reflects the glucose concentration.
【０１０８】この尿の旋光度は１．５×１０-2゜であっ
た。これは尿中に存在するグルコースとアルブミンによ
る旋光度が単純に加算されたものである。アルブミンの
５８９ｎｍの光に対する２０℃の水溶液における比旋光
度［α］は−６０゜で、これと（式９）から、この尿の
アルブミンによる旋光度Ａｒの範囲は以下の様に計算さ
れる。 −６０／１００００×０．１×１０＝−６×１０-3゜≦
Ａｒ≦０゜ これから、グルコースによる旋光度Ｇｕの範囲は以下の
様に計算される。 １．５×１０-2 ゜≦Ｇｕ≦２．１×１０-2 ゜ このＧｕから（式９）によりグルコース濃度Ｃｇの範囲
は次の様に計算される。 ３０≦Ｃｇ≦４２ ｍｇ／ｄｌ これは、あらかじめ分析した結果と一致する。The rotation of this urine was 1.5 × 10 -2 °. This is a simple addition of the optical rotations caused by glucose and albumin present in urine. The specific rotation [α] in an aqueous solution at 20 ° C. of 589 nm light of albumin is −60 °, and from this and (Equation 9), the range of the rotation Ar of the urine due to albumin is calculated as follows. -60 / 10000 × 0.1 × 10 = -6 × 10 -3゜ ≦
Ar ≦ 0 ゜ From this, the range of the optical rotation Gu due to glucose is calculated as follows. 1.5 × 10 −2 ≦ Gu ≦ 2.1 × 10 −2か ら From this Gu, the range of the glucose concentration Cg is calculated by (Equation 9) as follows. 30 ≦ Cg ≦ 42 mg / dl This is in agreement with the result analyzed in advance.
【０１０９】更に、尿分析装置によって、グルコース濃
度が３００ｍｇ／ｄｌ以上、アルブミン濃度が１０ｍｇ
／ｄｌ以下と判定された尿の旋光度を測定した。この結
果、この尿の旋光度は２．２×１０-1゜を示し、上記と
同様にグルコース濃度Ｃｇは次の範囲にあると判定でき
た。 ４４０≦Ｃｇ≦４５２ ｍｇ／ｄｌ これも、あらかじめ分析した結果と一致する。Further, the urine analyzer showed that the glucose concentration was 300 mg / dl or more and the albumin concentration was 10 mg / dl.
The optical rotation of urine determined to be not more than / dl was measured. As a result, the optical rotation of this urine was 2.2 × 10 -1゜, and it was determined that the glucose concentration Cg was in the following range as described above. 440 ≦ Cg ≦ 452 mg / dl This is also consistent with the result analyzed in advance.
【０１１０】ここで、例えばアルブミン濃度が正常値、
即ちおよそ１０ｍｇ／ｄｌ以下である尿を検査する場
合、尿糖値の異常を３００ｍｇ／ｄｌ以上に設定した
時、旋光度が１．５×１０-1 ゜以上の時を、異常と判
定すれば、１２ｍｇ／ｄｌ程度の誤差しか生じないこと
になる。Here, for example, when the albumin concentration is a normal value,
That is, when examining urine of about 10 mg / dl or less, when the abnormality of the urine sugar level is set to 300 mg / dl or more, and when the optical rotation is 1.5 × 10 -1゜ or more, it is determined to be abnormal. , 12 mg / dl.
【０１１１】本実施の形態においても、第２の実施の形
態同様、磁場を必ずしも連続的に掃引する必要はなく、
少なくとも２点での測定結果から、内挿又は外挿するこ
とによって、尿の旋光度を算出できる。これによって測
定時間の短縮も可能になる。また、日常的に尿検査を実
施し、サンプルセルが汚染された場合でも、旋光度が既
知な参照試料も測定して、この測定値で、被検試料の測
定値を補正することにより高精度の測定が可能となる。
この操作によって、サンプルセルの洗浄又は交換時期
は、透過面の透過率が低下し特定値に至るまで延長する
ことができる。特に、家庭用尿検査装置として使用する
場合、その維持管理の容易性による普及促進効果は極め
て大きい。In this embodiment, as in the second embodiment, it is not always necessary to continuously sweep the magnetic field.
From the measurement results at at least two points, the rotation of urine can be calculated by interpolation or extrapolation. As a result, the measurement time can be reduced. In addition, even if a urine test is performed on a daily basis and a sample cell is contaminated, a reference sample with a known optical rotation is also measured, and this measurement value is used to correct the measurement value of the test sample. Can be measured.
By this operation, the cleaning or replacement time of the sample cell can be extended until the transmittance of the transmission surface decreases and reaches a specific value. In particular, when used as a home urine test apparatus, the spread promotion effect due to the ease of maintenance is extremely large.
【０１１２】以上のように本実施の形態によれば、試験
紙等の消耗品を使用することなく、アルブミン濃度が正
常値の尿のグルコース濃度を検査することができ、その
実用的効果は極めて大きい。As described above, according to the present embodiment, the glucose concentration in urine having a normal albumin concentration can be inspected without using consumables such as test paper, and the practical effect is extremely low. large.
【０１１３】なお、本実施の形態においては、アルブミ
ン濃度がグルコース濃度に比べて小さい尿のグルコース
濃度を検査する場合について述べたが、グルコース濃度
がアルブミン濃度に比べて小さい尿のアルブミン濃度を
検査することも上記の方法で可能である。In this embodiment, the case where the urine glucose concentration where the albumin concentration is smaller than the glucose concentration is examined, but the urinary albumin concentration where the glucose concentration is smaller than the albumin concentration is examined. This is also possible with the method described above.
【０１１４】[0114]
【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、高
信頼性、小型、低価格の旋光計及び、消耗品が不要なメ
ンテナンスフリーで、かつ高信頼性、小型、低価格の尿
検査装置を実現でき、その実用的効果は極めて大きい。As described above, according to the present invention, a highly reliable, small, and low-priced polarimeter, and a maintenance-free, high-reliable, small, and low-priced urine requiring no consumables are required. An inspection device can be realized, and its practical effect is extremely large.
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施の形態における説明図FIG. 2 is an explanatory diagram according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第１の実施の形態における説明図FIG. 3 is an explanatory diagram according to the first embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第２の実施の形態の構成図FIG. 4 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第２の実施の形態における説明図FIG. 5 is an explanatory view according to a second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第２の実施の形態における説明図FIG. 6 is an explanatory diagram according to a second embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第３の実施の形態の構成図FIG. 7 is a configuration diagram of a third embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第４の実施の形態の構成図FIG. 8 is a configuration diagram of a fourth embodiment of the present invention.
【図９】本発明の第５の実施の形態における構成図FIG. 9 is a configuration diagram according to a fifth embodiment of the present invention.
【図１０】本発明の第５の実施の形態における実験結果
を示すグラフFIG. 10 is a graph showing experimental results according to the fifth embodiment of the present invention.
【図１１】本発明の第６の実施の形態における説明図FIG. 11 is an explanatory view according to a sixth embodiment of the present invention.
【図１２】従来の旋光計を示す図FIG. 12 shows a conventional polarimeter.
【図１３】従来の旋光計の原理を説明する図FIG. 13 illustrates the principle of a conventional polarimeter.
【図１４】従来の旋光計を示す図FIG. 14 shows a conventional polarimeter.
【図１５】従来の旋光計の原理を説明する図FIG. 15 illustrates the principle of a conventional polarimeter.
１ 光源 ２ 偏光子 ３、３’ サンプルセル ４、４’ ソレノイドコイル ５ 電流源 ６ 検光子 ７ 光センサー ８ コンピュータ ９ 信号発生器 １０ ロックインアンプ １１ 検光子ローテーター １２ 光ファラデー変調器 １３ 半導体レーザ Reference Signs List 1 light source 2 polarizer 3, 3 'sample cell 4, 4' solenoid coil 5 current source 6 analyzer 7 optical sensor 8 computer 9 signal generator 10 lock-in amplifier 11 analyzer rotator 12 optical Faraday modulator 13 semiconductor laser
Claims (2)
って前記光の偏光方向を回転させる溶媒である水、クロ
ロホルムまたはアセトンと、前記溶媒に溶解した溶質で
ある果糖、ショ糖、グルコースまたは蛋白質とを含む被
検試料に、偏光した光を透過させ、その結果生じる前記
光の偏光方向の変化に基づいて前記溶質の旋光度を測定
する方法であって、 前記被検試料に磁場を印加してそれを透過する光の偏光
方向を変化させ、前記溶質に起因した旋光方向の変化量
と磁場の印加により発現した旋光方向の変化量とが所定
の関係になるときの前記磁場の大きさに基づいて、前記
溶質の旋光度を測定する方法。1. The method includes water, chloroform, or acetone, which is a solvent for rotating the polarization direction of the light by an optical Faraday effect when a magnetic field is applied, and fructose, sucrose, glucose, or protein, which are solutes dissolved in the solvent. A method of transmitting polarized light to a test sample, and measuring the optical rotation of the solute based on the resulting change in the polarization direction of the light, wherein a magnetic field is applied to the test sample. Change the polarization direction of the transmitted light, based on the magnitude of the magnetic field when the amount of change in the optical rotation direction caused by the solute and the amount of change in the optical rotation direction generated by the application of the magnetic field have a predetermined relationship, A method for measuring the optical rotation of the solute.
めた旋光度に基づいて、前記被検試料中の果糖、ショ
糖、グルコースまたは蛋白質の濃度を測定する方法。2. A method for measuring the concentration of fructose, sucrose, glucose or protein in the test sample based on the optical rotation obtained by the optical rotation measurement method according to claim 1.
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-
1999
- 1999-09-22 JP JP26953899A patent/JP3350877B2/en not_active Expired - Fee Related
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