JP2001074649A - Method for measuring angle of optical rotation, and method for inspecting urine - Google Patents
Method for measuring angle of optical rotation, and method for inspecting urineInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、溶液の溶質の同
定、純度検定、濃度決定等に用いる旋光角測定方法およ
び尿検査方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical rotation angle measuring method and a urine test method used for identification of a solute of a solution, purity test, concentration determination and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】旋光計は、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用いら
れている。また、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こともできることから、試験
紙等の消耗品が不要な尿検査装置としての普及が期待さ
れている。2. Description of the Related Art A polarimeter is used as a polarimeter for detecting the concentration of an aqueous solution of fructose, sucrose, glucose or the like. In addition, since it is possible to test the concentration of optically rotatory substances such as glucose and protein in urine, it is expected to be widely used as a urine test apparatus that does not require consumables such as test paper.
【0003】従来の旋光計の一例を図6に示す。本旋光
計は、被検試料中の自然旋光性物質により発現する旋光
が、光ファラデー効果すなわち磁気旋光によりうち消さ
れる(補償する)ときの当該磁気旋光の旋光角(いわゆ
る補償値)に基づいて、自然旋光の大きさ、すなわち旋
光角を求めるものである。ナトリウムランプ、バンドパ
スフィルタ、レンズ、スリット等によって構成される半
導体レーザモジュール21は、波長589nmのナトリ
ウムのD線からなる略平行光を投射する。偏光子23
は、半導体レーザモジュール21の投射光のうち特定の
振動面を有する成分のみを透過させる。被検試料を保持
するサンプルセル25は、互いに対向した一対の透明な
透過面を有し、半導体レーザモジュール21が投射した
光が内部を透過するように配されている。検光子26
は、サンプルセル25を透過した光のうち特定の振動面
を有する成分のみを透過させる。ここで、偏光子23の
透過軸および検光子26の透過軸のなす相対角度Θは、
π/2に固定されている。光センサ27は、半導体レー
ザモジュール21の投射光のうち検光子26を透過した
成分を検出する。ファラデーセル24は、信号発生器3
0が出力した変調信号およびコンピュータ22が出力し
た制御信号に基づいて、半導体レーザモジュール21の
投射した光の振動面を変調しかつ制御する。ファラデー
セル24は、ファラデーセルドライバ29により駆動す
る。ロックインアンプ28は、信号発生器30が出力し
た変調信号を参照信号として、光センサ27の出力信号
を位相敏感検波する。コンピュータ22は、制御信号と
ロックインアンプ28の出力信号に基づいて、サンプル
セル25に収容された被検試料による旋光角を算出す
る。以上のように、ファラデーセルにより振動面の角度
を掃引することで、他の振動面変調手段を用いた装置に
比べて簡素化および小型化が可能になる。FIG. 6 shows an example of a conventional polarimeter. This optical rotation meter is based on the optical rotation angle (so-called compensation value) of the magnetic rotation when the optical rotation generated by the natural optical rotation substance in the test sample is canceled out (compensated) by the optical Faraday effect, that is, the magnetic rotation. , The magnitude of the natural optical rotation, that is, the optical rotation angle. The semiconductor laser module 21 including a sodium lamp, a band-pass filter, a lens, a slit, and the like projects substantially parallel light including a D line of sodium having a wavelength of 589 nm. Polarizer 23
Transmits only a component having a specific vibration surface out of the projection light of the semiconductor laser module 21. The sample cell 25 holding the test sample has a pair of transparent transmission surfaces facing each other, and is arranged such that light projected by the semiconductor laser module 21 passes through the inside. Analyzer 26
Transmits only a component having a specific vibration surface out of the light transmitted through the sample cell 25. Here, the relative angle Θ between the transmission axis of the polarizer 23 and the transmission axis of the analyzer 26 is
It is fixed to π / 2. The optical sensor 27 detects a component of the projection light of the semiconductor laser module 21 that has passed through the analyzer 26. The Faraday cell 24 includes the signal generator 3
Based on the modulation signal output by the control signal 0 and the control signal output by the computer 22, the vibration surface of the light projected by the semiconductor laser module 21 is modulated and controlled. The Faraday cell 24 is driven by a Faraday cell driver 29. The lock-in amplifier 28 performs phase-sensitive detection of the output signal of the optical sensor 27 using the modulated signal output by the signal generator 30 as a reference signal. The computer 22 calculates the angle of rotation of the test sample contained in the sample cell 25 based on the control signal and the output signal of the lock-in amplifier 28. As described above, by sweeping the angle of the vibrating surface using the Faraday cell, simplification and downsizing can be achieved as compared with an apparatus using other vibrating surface modulating means.
【0004】以下、この従来の旋光計の原理を説明す
る。ファラデーセル24は、半導体レーザモジュール2
1より投射され、偏光子23を透過した光の振動面を振
幅=δ、角周波数=ωで変調する。この時、光センサ2
7に到達する光の強度Iは、以下の式(1)で表され
る。Hereinafter, the principle of the conventional polarimeter will be described. The Faraday cell 24 includes the semiconductor laser module 2
1 modulates the vibration plane of the light transmitted through the polarizer 23 with amplitude = δ and angular frequency = ω. At this time, the optical sensor 2
The intensity I of the light reaching 7 is represented by the following equation (1).
【0005】 I=T×I0×{cos[Θ−α+β+δ×sin(ω×t)]}2 (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 Θ :偏光子23の透過軸と検光子26の透過軸の相対
角度 α :被検試料による旋光角 β :ファラデーセル24による光の回転角度 t :時間I = T × I 0 × {cos [Θ−α + β + δ × sin (ω × t)]} 2 (1) where T: transmittance of the test sample I 0 : incident light on the test sample Intensity :: Relative angle between transmission axis of polarizer 23 and transmission axis of analyzer 26 α: Optical rotation angle by test sample β: Rotation angle of light by Faraday cell 24 t: Time
【0006】なお、サンプルセル25および検光子26
における透過損失および参照損失は無視している。偏光
子23の透過軸と検光子26の透過軸との相対角度Θは
π/2であるので、式(1)より以下の式(2)が導出
される。The sample cell 25 and the analyzer 26
Are ignored. Since the relative angle の between the transmission axis of the polarizer 23 and the transmission axis of the analyzer 26 is π / 2, the following equation (2) is derived from the equation (1).
【0007】 I=T×I0×{sin[β−α+δ×sin(ω×t)]}2 (2)I = T × I 0 × {sin [β−α + δ × sin (ω × t)]} 2 (2)
【0008】β−α=0の場合、すなわち被検試料によ
る旋光角がファラデーセル24による回転角度でうち消
された(補償された)と仮定すると、式(2)は以下の
式(3)で表される。When β−α = 0, that is, assuming that the optical rotation angle due to the test sample is canceled out (compensated) by the rotation angle due to the Faraday cell 24, the equation (2) becomes the following equation (3). It is represented by
【0009】 I=(1/2)×T×I0×{1−cos[2×δ×sin(ω×t)]} =(1/2)×T×I0×{1−[J0(2×δ) +2×J2(2×δ)×cos(2×ω×t) +・・・・]} (3) ここで、Jn(x)はn次のベッセル関数である。I = (1/2) × T × I 0 × {1-cos [2 × δ × sin (ω × t)]} = (1/2) × T × I 0 × {1- [J 0 (2 × δ) + 2 × J 2 (2 × δ) × cos (2 × ω × t) +...] (3) where J n (x) is an n-order Bessel function. .
【0010】式(3)より、光センサ27が検出する光
の強度Iは、変調信号の周波数成分ωを単独で含まない
ことがわかる。被検試料による旋光角および変調の振幅
を小さく、すなわち|β−α|≪1、かつδ≪1とする
と、式(3)は以下の式(4)に近似される。Equation (3) shows that the light intensity I detected by the optical sensor 27 does not include the frequency component ω of the modulated signal alone. Assuming that the rotation angle and the amplitude of modulation by the test sample are small, that is, | β−α | ≪1 and δ≪1, Equation (3) is approximated to Equation (4) below.
【0011】 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)]P2} =T×I0×{(β−α)2+2×(β−α)×δ×sin(ω×t) +{δ2/2×[1−cos(2×ω×t)]}} (4)I ≒ T × 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)] P 2 == T × I 0 × {(β−α) 2 + 2 × (β−α) × δ × sin (ω × t) + {δ 2 / 2 × [1-cos (2 × ω × t)]}} (4)
【0012】これより、光センサ27の出力信号Iに
は、角周波数0(直流)、ω、および2×ωの角周波数
成分が含まれることがわかる。変調信号を参照信号とし
てこのIをロックインアンプ28で位相敏感検波する
と、角周波数がωの成分、すなわち以下の式(5)で表
される信号Sを取り出すことができる。From this, it can be seen that the output signal I of the optical sensor 27 contains angular frequency components of angular frequency 0 (DC), ω, and 2 × ω. When this I is phase-sensitive detected by the lock-in amplifier 28 using the modulated signal as a reference signal, a component having an angular frequency of ω, that is, a signal S represented by the following equation (5) can be extracted.
【0013】 S=T×I0×2×(β−α)×δ (5)S = T × I 0 × 2 × (β−α) × δ (5)
【0014】この信号Sは、β=αのときにのみ、ゼロ
になる。この点が消光点である。ファラデーセル24に
よって光の振動面を回転させる、すなわちβを掃引し
て、Sがゼロになるときのβが、旋光角αに相当する。
式(3)で考えた場合も同様で、Iを位相敏感検波する
と、β=αのときに光センサ27の出力Iがゼロにな
る。This signal S becomes zero only when β = α. This point is the extinction point. Β when the vibration surface of the light is rotated by the Faraday cell 24, that is, β is swept, and S becomes zero corresponds to the optical rotation angle α.
The same applies to the case considered in equation (3). When I is phase-sensitive detected, the output I of the optical sensor 27 becomes zero when β = α.
【0015】以上のように、光の振動面の角度を変調す
ることによって、この変調周波数成分の信号S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比が高い信号を得
ることができる。この信号Sから、正確に消光点を見い
だすことができ、旋光角αを高精度で求めることができ
る。As described above, by modulating the angle of the oscillating surface of light, only the signal S of the modulation frequency component is separated from noise such as light source intensity, power supply fluctuation, and radiation.
The signal can be selectively extracted, and a signal having a high S / N ratio can be obtained. The extinction point can be accurately found from the signal S, and the optical rotation angle α can be obtained with high accuracy.
【0016】しかし、上記の旋光角測定においては、信
号Sがゼロになるようにβを微小な角速度で連続的に変
化させながら、ロックインアンプ28の出力信号を検出
する必要がある。そのため、多くの測定点が必要にな
り、自動化によっても測定に長時間を要していた。ま
た、各測定点における測定値に基づいてフィードバック
制御を行う場合には、サンプルセル25中の透過光の光
路上に泡、粒子等が存在すると、測定値が変動して適正
なループが構築できず、さらに長い測定時間を要してい
た。However, in the optical rotation angle measurement, it is necessary to detect the output signal of the lock-in amplifier 28 while continuously changing β at a small angular velocity so that the signal S becomes zero. Therefore, many measurement points are required, and a long time is required for measurement even by automation. When feedback control is performed based on the measured value at each measurement point, if bubbles, particles, and the like are present on the optical path of the transmitted light in the sample cell 25, the measured value fluctuates and an appropriate loop can be constructed. And a longer measurement time was required.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
問題点を解決し、泡や粒子等により混入したノイズが及
ぼす影響を排除することができ、短時間で安定して精度
の高い測定が可能な旋光角測定方法および尿検査方法を
提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems and can eliminate the influence of noise mixed in by bubbles or particles, and can stably and accurately measure in a short time. It is an object of the present invention to provide an optical rotation angle measuring method and a urine test method that can perform the method.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】上記式(5)より明らか
なように、消光点近傍においては、角周波数がωの成分
の強度と、偏光子の透過軸および検光子の透過軸のなす
相対角度との関係は一次関数で表される。本発明では、
この原理を応用し、互いに異なる三種以上の相対角度お
よびそのときの角周波数がωの成分の強度より求めた一
次回帰式(回帰直線)より消光点を求める。具体的に
は、本発明は、第1の実施の形態として、自然旋光性物
質を含む被検試料に光を入射させ、前記光が前記被検試
料を透過する際に前記自然旋光性物質に起因して発現す
る旋光を測定する旋光角測定方法であって、(a)既知
の振動面を有する偏光を角周波数ωの変調信号によって
その振動面を微小振動させながら前記被検試料に入射さ
せるステップと、(b)前記被検試料を透過した偏光の
うち特定の振動面を有する成分を光センサで検出するス
テップと、(c)前記変調信号を参照信号とした位相敏
感検波によって、前記光センサの出力信号のうち角周波
数がωの成分を抽出するステップと、(d)前記被検試
料に入射する光の振動面と前記光センサが検出する光の
振動面がなす相対角度およびその相対角度において得ら
れる前記角周波数がωの成分の強度を含むデータの3組
以上に基づいて、前記被検試料による旋光角を算出する
ステップとを具備する旋光角測定方法を提供する。As is apparent from the above equation (5), in the vicinity of the extinction point, the relative intensity between the intensity of the component having an angular frequency of ω and the transmission axis of the polarizer and the transmission axis of the analyzer. The relationship with the angle is represented by a linear function. In the present invention,
Applying this principle, the extinction point is obtained from a linear regression equation (regression line) obtained from the intensity of the component of three or more different relative angles different from each other and the angular frequency at that time. Specifically, as a first embodiment of the present invention, light is incident on a test sample containing a natural optically rotating substance, and when the light passes through the test sample, the natural optically rotating substance is applied to the sample. A method for measuring an optical rotation angle generated due to an optical rotation, wherein (a) a polarized light having a known vibration surface is incident on the test sample while slightly vibrating the vibration surface by a modulation signal of an angular frequency ω. (B) detecting, by an optical sensor, a component having a specific vibration plane out of the polarized light transmitted through the test sample, and (c) performing phase-sensitive detection using the modulation signal as a reference signal to perform the light detection. Extracting a component having an angular frequency of ω from the output signal of the sensor; and (d) a relative angle between a vibration surface of light incident on the test sample and a vibration surface of light detected by the optical sensor, and a relative angle between the vibration surface and the vibration surface. Said angle obtained at an angle Calculating a rotation angle of the test sample based on three or more sets of data including the intensity of the component having a frequency of ω.
【0019】ステップ(a)において、前記被検試料に
入射する前記偏光の振動面を連続的に回転させることに
より、前記相対角度を変化させると有効である。また、
ステップ(a)において、前記被検試料に入射する前記
偏光の振動面を離散的に変化させることにより、前記相
対角度を変化させるのも有効である。ステップ(d)に
おいては、前記データに基づいて、前記相対角度を基準
変数としかつ前記角周波数がωの成分の強度を従属変数
とした一次の回帰式を作成し、得られた回帰式に基づい
て前記被検試料による旋光角を算出するのが有効であ
る。また、ステップ(a)において、前記被検試料に入
射する前記偏光の振動面を光ファラデー効果により回転
させて、前記相対角度を変化させるおんが有効である。
さらに、ステップ(d)においては、前記データに基づ
いて、前記相対角度を得るための磁場の大きさまたは前
記磁場を生じさせるための電流量を基準変数としかつ前
記角周波数がωの成分の強度を従属変数とした一次の回
帰式を作成し、得られた回帰式に基づいて前記被検試料
による旋光角を算出するのが有効である。In the step (a), it is effective to change the relative angle by continuously rotating the vibration plane of the polarized light incident on the test sample. Also,
In step (a), it is also effective to change the relative angle by discretely changing the vibration plane of the polarized light incident on the test sample. In step (d), a first-order regression equation is created based on the data, using the relative angle as a reference variable and the intensity of the component whose angular frequency is ω as a dependent variable, and based on the obtained regression equation. It is effective to calculate the optical rotation angle of the test sample by the above method. In the step (a), it is effective to change the relative angle by rotating the vibration plane of the polarized light incident on the test sample by the optical Faraday effect.
Further, in the step (d), based on the data, the magnitude of the magnetic field for obtaining the relative angle or the amount of current for generating the magnetic field is used as a reference variable, and the intensity of the component whose angular frequency is ω It is effective to create a first-order regression equation with as a dependent variable, and calculate the optical rotation angle of the test sample based on the obtained regression equation.
【0020】さらに、本発明は、第2の実施の形態とし
て、自然旋光性物質および磁気旋光性物質を含む被検試
料に光を入射させかつ前記被検試料に磁場を印加するこ
とにより前記被検試料を透過する前記光の振動面を光フ
ァラデー効果によって回転させて、前記光が前記被検試
料を透過する際に前記自然旋光性物質に起因して発現す
る旋光を、前記磁場の印加による前記光の回転の大きさ
に基づいて測定する旋光角測定方法であって、(a)既
知の振動面を有する偏光を角周波数ωの変調信号によっ
てその振動面を微小振動させながら被検試料に入射させ
るステップと、(b)前記被検試料を透過した偏光のう
ち特定の振動面を有する成分を光センサで検出するステ
ップと、(c)前記変調信号を参照信号とした位相敏感
検波によって、前記光センサの出力信号のうち角周波数
がωの成分を抽出するステップと、(d’)前記磁場の
大きさおよび前記磁場の大きさにおいて得られる前記角
周波数がωの成分の強度を含むデータの3組以上に基づ
いて、前記被検試料による旋光角を算出するステップと
を具備する旋光角測定方法も提供する。Further, according to a second embodiment of the present invention, light is incident on a test sample containing a natural rotatory substance and a magnetic rotatory substance, and a magnetic field is applied to the test sample. The vibrating surface of the light passing through the test sample is rotated by the optical Faraday effect, and the optical rotation caused by the natural optical rotation material when the light passes through the test sample is generated by applying the magnetic field. A method for measuring an optical rotation angle based on the magnitude of rotation of light, comprising: (a) applying a polarized light having a known vibration surface to a test sample while slightly vibrating the vibration surface with a modulation signal having an angular frequency ω; (B) detecting, by an optical sensor, a component having a specific vibration plane in the polarized light transmitted through the test sample, and (c) phase-sensitive detection using the modulation signal as a reference signal. Previous Extracting a component having an angular frequency of ω from the output signal of the optical sensor; and (d ′) extracting the magnitude of the magnetic field and data containing the intensity of the component having an angular frequency of ω obtained at the magnitude of the magnetic field. Calculating a rotation angle of the test sample based on the three or more sets.
【0021】ステップ(a)においては、光ファラデー
効果により前記光の振動面を連続的に回転させるのが有
効である。また、ステップ(a)において、光ファラデ
ー効果により前記光の振動面を離散的に変化させるのも
有効である。さらに、ステップ(d’)においては、前
記データに基づいて、前記磁場の大きさまたは前記磁場
を生じさせるための電流量を基準変数としかつ前記角周
波数がωの成分の強度を従属変数とした一次の回帰式を
作成し、得られた回帰式に基づいて前記被検試料による
旋光角を算出するのが有効である。In the step (a), it is effective to continuously rotate the light vibrating surface by the optical Faraday effect. In step (a), it is also effective to discretely change the vibration surface of the light by the optical Faraday effect. Further, in step (d ′), based on the data, the magnitude of the magnetic field or the amount of current for generating the magnetic field is used as a reference variable, and the intensity of the component whose angular frequency is ω is used as a dependent variable. It is effective to create a first-order regression equation and calculate the optical rotation angle of the test sample based on the obtained regression equation.
【0022】さらに上記旋光角測定方法においては、前
記回帰式を最小2乗法を用いて算出するのが有効であ
る。また、前記回帰式の信頼度が所定値よりも高いとき
に、その測定が有効であると判定するステップをさらに
具備するのも有効である。このとき、前記信頼度の評価
の指標に、下式に示す残差平方和SE、前記残差平方和
SEを前記回帰式の基準変数に対応するデータを代入し
て得られた前記角周波数がωの成分の強度の値の二乗の
和で除した値D、または相関係数Rを用いるのが有効で
ある。Further, in the optical rotation angle measuring method, it is effective to calculate the regression equation using the least square method. It is also effective to further include a step of determining that the measurement is valid when the reliability of the regression equation is higher than a predetermined value. At this time, the indicator of evaluation of the reliability, the angle obtained by substituting data corresponding residual sum of squares S E shown in the following equation, the residual sum of squares S E to the reference variable of the regression equation It is effective to use the value D or the correlation coefficient R divided by the sum of the squares of the intensity values of the components having the frequency ω.
【0023】[0023]
【数2】 (Equation 2)
【0024】さらに、上記旋光角測定方法によれば、被
検溶液として尿を用いた場合に、尿中の自然旋光性物質
の濃度を有効に検出する尿検査方法を提供することがで
きる。Further, according to the method for measuring the optical rotation angle described above, it is possible to provide a urine test method for effectively detecting the concentration of a natural optical rotation substance in urine when urine is used as a test solution.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】本発明の第1の旋光角測定方法
は、自然旋光性物質を含む被検試料に光を入射させ、光
が被検試料を透過する際に自然旋光性物質に起因して発
現する旋光を測定する旋光角測定方法であって、既知の
振動面を有する偏光を角周波数ωの変調信号によってそ
の振動面を微小振動させながら被検試料に入射させるス
テップ(a)と、被検試料を透過した偏光のうち特定の
振動面を有する成分を光センサで検出するステップ
(b)と、変調信号を参照信号とした位相敏感検波によ
って、光センサの出力信号のうち上記式(5)で示した
角周波数がωの成分を抽出するステップ(c)と、被検
試料に入射する光の振動面と光センサが検出する光の振
動面がなす相対角度およびその相対角度において得られ
る角周波数がωの成分の強度を含むデータの3組以上に
基づいて、被検試料による旋光角を算出するステップ
(d)とを具備する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The first optical rotation angle measuring method of the present invention is to cause light to enter a test sample containing a natural optical rotation substance, and to cause the light to pass through the test sample due to the natural optical rotation substance. An optical rotation angle measuring method for measuring the optical rotation generated by the method, wherein a polarized light having a known vibration surface is incident on a test sample while the vibration surface is slightly vibrated by a modulation signal of an angular frequency ω; (B) detecting, using an optical sensor, a component having a specific vibration plane out of polarized light transmitted through the test sample, and performing phase-sensitive detection using a modulation signal as a reference signal, thereby obtaining the above-described expression in the output signal of the optical sensor. (C) extracting the component having the angular frequency ω shown in (5), and the relative angle between the vibration plane of the light incident on the test sample and the vibration plane of the light detected by the optical sensor and the relative angle The angular frequency obtained is strong at the component of ω Based on the three or more sets of data, including, it comprises a step (d) for calculating the angle of rotation due to a test sample.
【0026】まず、本発明においては、被検試料に入射
する光の振動面と光センサが検出する光の振動面がなす
相対角度、およびそのときに検出される角周波数がωの
成分の強度からなるデータより、これらの関係を表した
一次回帰式を作成する。そして、かかる一次回帰式を用
いて、被検試料による旋光角を算出するのである。もち
ろん、相対角度を直接用いる必要はなく、光ファラデー
効果すなわち磁気旋光により被検試料への入射光の振動
面を回転させる場合には、相対角度に代えて、その相対
角度を得るための磁場の大きさまたはその磁場を生じさ
せるための電流量を用いてもよい。消光点が現れるとき
の磁場の大きさや電流量が明らかになると、公知の公式
を用いて被検試料による旋光角を容易に算出することが
できる。なお、被検試料に入射する光の振動面および光
センサが検出する光の振動面のなす相対角度は、いずれ
か一方の振動面を回転させることで変化させる。たとえ
ば、入射光の振動面を連続的に回転させる。また、本発
明では連続的な測定が必要でないことから、入射光の振
動面を離散的に変化させてもよい。本発明によると、上
記各式で示したβを連続的に変化させる必要がないた
め、回路の構成を簡易にすることができる。また、直接
消光点を求める必要がないため、被検試料の濃度範囲を
大きく設定することができる。First, in the present invention, the relative angle between the vibration surface of light incident on the test sample and the vibration surface of light detected by the optical sensor, and the intensity of the component whose angular frequency detected at that time is ω A linear regression equation expressing these relationships is created from the data consisting of Then, the optical rotation angle of the test sample is calculated using the linear regression equation. Of course, it is not necessary to use the relative angle directly, and when rotating the vibration surface of the incident light on the test sample by the optical Faraday effect, that is, magnetic rotation, instead of the relative angle, the magnetic field for obtaining the relative angle is used. The magnitude or amount of current for generating the magnetic field may be used. When the magnitude of the magnetic field and the amount of current when the extinction point appears are known, the angle of rotation due to the test sample can be easily calculated using a known formula. The relative angle between the vibration surface of the light incident on the test sample and the vibration surface of the light detected by the optical sensor is changed by rotating one of the vibration surfaces. For example, the vibrating surface of the incident light is continuously rotated. In addition, since continuous measurement is not required in the present invention, the vibration surface of incident light may be changed discretely. According to the present invention, it is not necessary to continuously change β shown in the above equations, so that the circuit configuration can be simplified. Further, since it is not necessary to directly determine the extinction point, the concentration range of the test sample can be set large.
【0027】さらに、上述した本発明は、被検試料に直
接磁場を印加し、被検試料中の磁気旋光性物質による光
ファラデー効果による磁気旋光の大きさに基づいて旋光
角を求める測定方法にも適用できる。すなわち、本発明
の第2の旋光角測定方法は、自然旋光性物質および磁気
旋光性物質を含む被検試料に光を投射し、かつ被検試料
に磁場を印加することにより被検試料を透過する光の振
動面を光ファラデー効果によって回転させ、光が被検試
料を透過する際に自然旋光性物質に起因して発現する旋
光を、磁場の印加による光の回転の大きさに基づいて測
定する旋光角測定方法であって、既知の振動面を有する
偏光を角周波数ωの変調信号によってその振動面を微小
振動させながら被検試料に入射させるステップ(a)
と、被検試料を透過した偏光のうち特定の振動面を有す
る成分を光センサで検出するステップ(b)と、変調信
号を参照信号とした位相敏感検波によって、光センサの
出力信号のうち角周波数がωの成分を抽出するステップ
(c)と、磁場の大きさと磁場において得られる角周波
数がωの成分の強度からなるデータの3組以上に基づい
て、被検試料による旋光角を算出するステップ(d’)
とを具備する。ここでは、磁場の大きさまたは電流量と
角周波数がωの成分の強度との組み合わせより、一方を
他方の変数とする一次の回帰式を作成し、得られた回帰
式に基づいて被検試料による旋光角を算出することがで
きる。たとえば磁場の大きさまたはその磁場を生じさせ
るための電流量を基準変数としかつ角周波数がωの成分
の強度を従属変数とした一次の回帰式を算出し、得られ
た回帰式に基づいて被検試料による旋光角を算出する。
ここで、光ファラデー効果による前記光の回転の大きさ
は、連続的または離散的に変化させる。Further, the present invention described above relates to a measuring method in which a magnetic field is directly applied to a test sample, and an optical rotation angle is obtained based on the magnitude of magnetic rotation due to the optical Faraday effect of the magnetic rotatory substance in the test sample. Can also be applied. That is, the second optical rotation angle measurement method of the present invention transmits light to a test sample containing a natural optical rotation substance and a magnetic rotation substance and transmits the test sample by applying a magnetic field to the test sample. Rotating the vibrating surface of the rotating light by the optical Faraday effect, and measuring the optical rotation caused by the natural optical rotation material when the light passes through the test sample, based on the magnitude of the rotation of the light due to the application of the magnetic field Optical polarization angle measuring method, wherein a polarized light having a known vibration surface is incident on a test sample while the vibration surface is slightly vibrated by a modulation signal having an angular frequency ω (a).
(B) detecting, using an optical sensor, a component having a specific vibration plane out of the polarized light transmitted through the test sample, and performing phase-sensitive detection using the modulation signal as a reference signal to obtain an angle of an output signal of the optical sensor. Step (c) of extracting a component having a frequency of ω, and an optical rotation angle of the test sample is calculated based on three or more sets of data including the magnitude of the magnetic field and the intensity of the component having the ω component. Step (d ')
And Here, from the combination of the magnitude of the magnetic field or the amount of current and the intensity of the component whose angular frequency is ω, a first-order regression equation with one variable as the other variable is created, and the test sample is determined based on the obtained regression equation. Can be calculated. For example, a linear regression equation is calculated in which the magnitude of the magnetic field or the amount of current for generating the magnetic field is used as a reference variable, and the intensity of the component having an angular frequency of ω as a dependent variable is calculated. Calculate the optical rotation angle by the test sample.
Here, the magnitude of the rotation of the light due to the optical Faraday effect is changed continuously or discretely.
【0028】上記の回帰式の算出には、たとえば最小2
乗法を用いる。以下の式(6)に示す残差平方和SEを
指標に用いて回帰式の信頼度を評価し、それが所定の値
よりも低いときに、得られた旋光角が有効であると判定
すると、ノイズの影響を受けた判定結果を排除してより
信頼性の高い測定が可能になる。また、式(7)に示す
相関関数Rは、1に近い方がノイズの影響を受けた判定
結果を排除してより信頼性の高い測定が可能になる。ま
た、式(8)で示すように、残差平方和SEを、その回
帰式の基準変数に対応するデータを代入して得られた従
属変数の値(すなわち信号Sの計算値)の二乗の和で除
した値Dを用いると、サンプルセルの光透過率等の影響
を排除することができる。In calculating the above regression equation, for example,
Use multiplication. The reliability of the regression equation is evaluated using the residual sum of squares S E shown in the following equation (6) as an index, and when it is lower than a predetermined value, it is determined that the obtained optical rotation angle is valid. Then, a more reliable measurement can be performed by eliminating the determination result affected by the noise. Further, as for the correlation function R shown in the equation (7), a value closer to 1 eliminates a determination result affected by noise, thereby enabling more reliable measurement. Further, as shown in the equation (8), the residual sum of squares S E is the square of the value of the dependent variable (ie, the calculated value of the signal S) obtained by substituting data corresponding to the reference variable of the regression equation. By using the value D divided by the sum of the above, the influence of the light transmittance of the sample cell and the like can be eliminated.
【0029】[0029]
【数3】 (Equation 3)
【0030】なお、測定点を多くすることによっても、
信号に混入したノイズの影響を小さくすることができ
る。特に、測定点を多数設ける場合には、たとえば測定
点毎にそのデータをそれまでに取得されたデータにより
算出された回帰式と照合し、その測定点におけるデータ
の取捨を決定することもできる。本発明の旋光角測定方
法は、被検試料に尿を用いてそれに含まれるグルコー
ス、アルブミン等の自然旋光性物質の濃度を検出する尿
検査に応用することができる。By increasing the number of measurement points,
The effect of noise mixed into the signal can be reduced. In particular, when a large number of measurement points are provided, for example, the data can be collated with the regression equation calculated based on the data acquired so far for each measurement point, and the data at that measurement point can be determined. The optical rotation angle measuring method of the present invention can be applied to a urine test in which urine is used as a test sample and the concentration of a natural optical rotation substance such as glucose or albumin contained therein is detected.
【0031】[0031]
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を用い
て詳細に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0032】《実施例1》本実施例の旋光計の構成の概
略を図1に示す。半導体レーザモジュール1は、波長が
780nmで、強度が3.0mWの略平行光を投射す
る。偏光子3は、半導体レーザモジュール1が投射した
光のうち、その透過軸に一致した振動面を有する特定の
偏光成分、たとえば紙面に平行な振動面を有する成分の
みを透過する。偏光子3の後段には、ファラデーセル4
が配されている。ファラデーセル4は、たとえばフリン
トガラスからなる光透過性の芯材と、芯材を伝搬する光
の進行方向に磁場を発生させるソレノイドコイルを備え
る。ファラデーセルドライバ9は、ファラデーセル4に
磁場を発生させるための制御信号に発生した磁場を変調
するための変調信号を重畳して、ファラデーセル4に出
力する。ファラデーセル4は、ファラデーセルドライバ
9からの信号によって磁場を発生させ、それを透過する
光の振動面を光ファラデー効果によって回転させる。Embodiment 1 FIG. 1 shows a schematic configuration of a polarimeter of the present embodiment. The semiconductor laser module 1 projects substantially parallel light having a wavelength of 780 nm and an intensity of 3.0 mW. The polarizer 3 transmits, out of the light projected by the semiconductor laser module 1, only a specific polarization component having a vibration plane coincident with its transmission axis, for example, only a component having a vibration plane parallel to the paper surface. After the polarizer 3, a Faraday cell 4
Is arranged. The Faraday cell 4 includes a light-transmitting core material made of, for example, flint glass, and a solenoid coil that generates a magnetic field in a traveling direction of light propagating through the core material. The Faraday cell driver 9 superimposes a control signal for generating a magnetic field on the Faraday cell 4 with a modulation signal for modulating the generated magnetic field, and outputs the resultant signal to the Faraday cell 4. The Faraday cell 4 generates a magnetic field according to a signal from the Faraday cell driver 9 and rotates the vibration surface of light passing therethrough by the optical Faraday effect.
【0033】被検試料を収容するサンプルセル5は、半
導体レーザモジュール1より投射され、偏光子3および
ファラデーセル4を透過した光がその内部を透過するよ
うに配されている。サンプルセル5の実質光路長は、5
0mmである。検光子6は、偏光子3といわゆる直交ニ
コルの状態で配されていて、振動面が偏光子3を透過す
る光のそれと直交する成分の光を選択的に透過する。光
センサ7は、検光子6を透過した光を検出する。プリア
ンプ8は、光センサ7の出力を増幅し、ロックインアン
プ11に出力する。信号発生器10は、ファラデーセル
ドライバ9に変調信号を出力する。ロックインアンプ1
1は、ファラデーセル4に出力した変調信号を参照信号
として、プリアンプ8の出力信号を位相敏感検波し、式
(5)で表した信号Sをコンピュータ12に出力する。
コンピュータ12は、ファラデーセルドライバ9に制御
信号を出力するとともに、ロックインアンプ11の出力
信号に基づいて旋光角を算出する。The sample cell 5 containing the test sample is arranged such that the light projected from the semiconductor laser module 1 and transmitted through the polarizer 3 and the Faraday cell 4 passes through the inside. The effective optical path length of the sample cell 5 is 5
0 mm. The analyzer 6 is arranged in a so-called orthogonal Nicol state with the polarizer 3, and selectively transmits light having a component whose vibration plane is orthogonal to that of the light transmitted through the polarizer 3. The optical sensor 7 detects light transmitted through the analyzer 6. The preamplifier 8 amplifies the output of the optical sensor 7 and outputs it to the lock-in amplifier 11. The signal generator 10 outputs a modulation signal to the Faraday cell driver 9. Lock-in amplifier 1
1 uses the modulated signal output to the Faraday cell 4 as a reference signal, performs phase-sensitive detection on the output signal of the preamplifier 8, and outputs the signal S represented by the equation (5) to the computer 12.
The computer 12 outputs a control signal to the Faraday cell driver 9 and calculates an optical rotation angle based on an output signal of the lock-in amplifier 11.
【0034】上記の旋光計を用いて、純水及び濃度が1
000mg/dlのグルコース水溶液の旋光角をそれぞ
れ測定した。ファラデーセル4に供給する制御電流を−
0.06Aから0.06Aまで60秒で掃引しながら、
これに周波数が1.3kHzで振幅が0.001Aの変
調電流を重畳した。このときの、制御電流とロックイン
アンプ11の出力すなわち信号Sの関係を図2に実線
(純水)および破線(グルコース水溶液)で示す。な
お、純水の場合は、旋光性を示さないことから、ファラ
デーセルへの注入電流が0Aのときにロックインアンプ
11の出力がゼロになり、上記濃度のグルコース水溶液
の場合、0.051Aのときに出力がゼロになるように
あらかじめ設定されている。制御電流は、ファラデーセ
ル4のソレノイドコイルに供給され、磁場を形成するた
めのものであるため、この電流値においてファラデーセ
ル4を透過する光に現れる振動面の回転の大きさが、自
然旋光性物質による旋光角(自然旋光の大きさ)に一致
する。Using the above polarimeter, pure water and a concentration of 1
The optical rotation angle of the 000 mg / dl glucose aqueous solution was measured. The control current supplied to the Faraday cell 4 is-
While sweeping from 0.06A to 0.06A in 60 seconds,
A modulation current having a frequency of 1.3 kHz and an amplitude of 0.001 A was superimposed on this. At this time, the relationship between the control current and the output of the lock-in amplifier 11, that is, the signal S is shown by a solid line (pure water) and a broken line (glucose aqueous solution) in FIG. In the case of pure water, since no optical rotation is exhibited, the output of the lock-in amplifier 11 becomes zero when the injection current to the Faraday cell is 0 A, and in the case of a glucose aqueous solution having the above concentration, the output is 0.051 A. Sometimes the output is preset to zero. Since the control current is supplied to the solenoid coil of the Faraday cell 4 and forms a magnetic field, the magnitude of the rotation of the vibrating surface appearing in the light transmitted through the Faraday cell 4 at this current value depends on the natural optical rotation. It corresponds to the optical rotation angle (magnitude of natural optical rotation) due to the substance.
【0035】ここで、ロックインアンプ11の時定数す
なわち検出信号の積分時間は、以下のように設定した。
まず時定数を、掃引時間に比べて十分に短く、変調信号
の周期よりも長い3ミリ秒程度に設定し、制御電流を掃
引して図2に示すような制御電流とロックインアンプ1
1の出力信号Sとの関係を示す直線状の特性曲線を得
る。次に、時定数を次第に大きくして、同様の関係を求
めながら、それが先に得られた曲線から外れる直前の時
定数100ミリ秒を以下の測定で用いることとした。こ
こで、外れるとは、曲線の傾きが小さくなることを意味
する。これらの工程を経ることで、掃引に要した時間に
対して最も高いS/N比を達成することができる。Here, the time constant of the lock-in amplifier 11, that is, the integration time of the detection signal was set as follows.
First, the time constant is set to about 3 ms, which is sufficiently shorter than the sweep time and longer than the cycle of the modulation signal, and the control current is swept to control the control current and the lock-in amplifier 1 as shown in FIG.
Thus, a linear characteristic curve showing the relationship with the output signal S is obtained. Next, while gradually increasing the time constant and obtaining the same relationship, the time constant of 100 milliseconds immediately before it deviated from the previously obtained curve was used in the following measurements. Here, deviating means that the slope of the curve becomes small. Through these steps, the highest S / N ratio can be achieved with respect to the time required for the sweep.
【0036】なお、制御電流と信号Sとの関係を示す特
性曲線は、原理的には式(5)に示すように直線である
が、実際には、各種ノイズが混入するため、直線にはな
らない。実際に得られた特性曲線より信号Sがゼロにな
るときの制御電流を読み取ると、純水においては0.0
02Aとなり、グルコース水溶液においては0.05A
となる。すなわち、ノイズの混入による誤差が認められ
る。制御電流が−0.04A、0および0.04Aのと
きの信号Sを表1に示す。The characteristic curve indicating the relationship between the control current and the signal S is a straight line in principle as shown in the equation (5). No. When the control current at the time when the signal S becomes zero is read from the actually obtained characteristic curve, the control current is 0.0
02A, and 0.05 A in an aqueous glucose solution.
Becomes That is, an error due to the mixing of noise is recognized. Table 1 shows the signals S when the control current is -0.04A, 0 and 0.04A.
【0037】[0037]
【表1】 [Table 1]
【0038】ここで、制御電流を基準変数X、信号Sを
従属変数Yとすると、最小2乗法により、純水およびグ
ルコース水溶液に対して、それぞれ式(9)および式
(10)に示す回帰直線が得られる。Here, assuming that the control current is a reference variable X and the signal S is a dependent variable Y, the regression lines shown in equations (9) and (10) are obtained for the pure water and the aqueous glucose solution by the least square method. Is obtained.
【0039】 純水: Y=0.00333+20×X (9) グルコース水溶液: Y=−1.01+19.9×X (10)Pure water: Y = 0.00333 + 20 × X (9) Glucose aqueous solution: Y = −1.01 + 19.9 × X (10)
【0040】得られた回帰直線より、Yがゼロになると
きのXを求めると、純水の場合には−0.000167
Aとなり、グルコース水溶液の場合には0.0508A
となる。このように、得られた値は、消光点を直接読み
取って得られた数値よりも、あらかじめ設定した真の数
値に近い。式(9)に示す回帰直線と表1に示す純水に
おけるデータより、これらの残差平方和は、3.27×
10-3となる。また、式(10)に示す回帰直線と表1
に示すグルコース水溶液におけるデータより、これらの
残差平方和は、1.22×10-2となる。When X when Y becomes zero is obtained from the obtained regression line, -0.000167 in the case of pure water.
A, and in the case of an aqueous glucose solution, 0.0508 A
Becomes In this way, the obtained value is closer to a true value set in advance than the value obtained by directly reading the extinction point. From the regression line shown in equation (9) and the data in pure water shown in Table 1, these residual sums of squares are 3.27 ×
It becomes 10-3 . Also, the regression line shown in equation (10) and Table 1
According to the data of the glucose aqueous solution shown in FIG. 1, the sum of the residual squares is 1.22 × 10 −2 .
【0041】グルコース水溶液の旋光角を測定している
際に、信号に大きなノイズが混入した場合のデータを表
2に示す。Table 2 shows data when a large noise is mixed in the signal when the optical rotation angle of the aqueous glucose solution is measured.
【0042】[0042]
【表2】 [Table 2]
【0043】表2中、制御電流が−0.04Aにおいて
ノイズが混入している。このデータを用いて得られた回
帰直線は、以下の式(11)になる。In Table 2, when the control current is -0.04 A, noise is mixed. The regression line obtained using this data is represented by the following equation (11).
【0044】 Y=−1.08+22.4×X (11)Y = −1.08 + 22.4 × X (11)
【0045】式(8)によると、Yで示すロックインア
ンプ11の出力信号Sがゼロになるときの制御電流X
は、0.0482Aとなる。これを設定値と比較する
と、明らかに計算値にノイズ混入の影響が認められる。
このときの残差平方和は、8.62×10-2となる。こ
の値は、表1のデータを用いて得られた値よりも明らか
に大きく、回帰直線への適応具合が低い。そこで、残差
平方和を回帰式の信頼度すなわち回帰式と測定データと
の適合具合を評価する指標に用いる。たとえば、この値
が所定の値よりも大きければ、測定データに含まれる誤
差要因すなわちノイズが許容量を超えているとして測定
を無効とし、再度測定を行うことで、高い測定精度が確
保される。上記のグルコース水溶液においては、残差平
方和がたとえば2.0×10-2より大きい場合、測定を
無効とするとよい。According to the equation (8), the control current X when the output signal S of the lock-in amplifier 11 indicated by Y becomes zero.
Becomes 0.0482A. When this is compared with the set value, it is apparent that the calculated value is affected by noise.
The residual sum of squares at this time is 8.62 × 10 −2 . This value is clearly larger than the value obtained using the data in Table 1, and is less adaptable to the regression line. Therefore, the residual sum of squares is used as an index for evaluating the reliability of the regression equation, that is, the degree of matching between the regression equation and the measured data. For example, if this value is larger than a predetermined value, it is determined that the error factor included in the measurement data, that is, noise exceeds the allowable amount, the measurement is invalidated, and the measurement is performed again, so that high measurement accuracy is secured. In the above glucose aqueous solution, when the residual sum of squares is larger than, for example, 2.0 × 10 −2 , the measurement may be invalidated.
【0046】《実施例2》本実施例の旋光計を図3に示
す。本実施例の旋光計は、実施例1のそれに用いられた
ファラデーセル4に代えてサンプルセル15の周囲に捲
回されたソレノイドコイル20により、半導体レーザモ
ジュール1の投射光を磁気旋光させる。サンプルセル1
5の実質光路長は、実施例1のそれと同様に50mmで
ある。駆動器19は、実施例1で用いたファラデーセル
ドライバ9と同様に、変調信号を重畳した制御電流をソ
レノイドコイル20に出力する。その他の構成要素は、
実施例1の旋光計のそれらと同様に機能する。Embodiment 2 FIG. 3 shows a polarimeter of this embodiment. In the polarimeter of this embodiment, the projection light of the semiconductor laser module 1 is magnetically rotated by a solenoid coil 20 wound around a sample cell 15 instead of the Faraday cell 4 used in the polarimeter of the first embodiment. Sample cell 1
The actual optical path length of No. 5 is 50 mm as in the first embodiment. The driver 19 outputs a control current on which a modulation signal is superimposed to the solenoid coil 20, similarly to the Faraday cell driver 9 used in the first embodiment. Other components are
Functions similarly to those of the polarimeter of the first embodiment.
【0047】本実施例の旋光計を用いて、以下のように
純水と、濃度がそれぞれ1000mg/dlおよび20
00mg/dlのグルコース水溶液の旋光角を測定し
た。なお、あらかじめ基準として、旋光性を示さない純
水の場合はソレノイドコイル20への注入電流が0.0
2Aのときに、濃度が1000mg/dlのグルコース
水溶液の場合は1.01Aのときに、濃度が2000m
g/dlのグルコース水溶液の場合は2.00Aのとき
に、ロックインアンプ11の出力信号即ち式(5)に示
す信号Sがそれぞれゼロになるように設定した。Using the polarimeter of this embodiment, pure water and concentrations of 1000 mg / dl and 20
The optical rotation angle of a 00 mg / dl glucose aqueous solution was measured. As a standard, in the case of pure water that does not show optical rotation, the injection current into the solenoid coil 20 is 0.0
At the time of 2A, in the case of a glucose aqueous solution having a concentration of 1000 mg / dl, when the concentration is 1.01A, the concentration is 2000 m
In the case of the glucose aqueous solution of g / dl, the output signal of the lock-in amplifier 11, that is, the signal S shown in the equation (5) was set to be zero at 2.00 A.
【0048】まず、1秒毎に1.5A間隔で離散的に−
1.5A、0、1.5Aと変化させた制御電流を、これ
に振幅が0.001Aで、周波数が1.3kHzの変調
信号を重畳したのちソレノイドコイル20に供給した。
なお、ロックインアンプ11の時定数は、100ミリ秒
に設定した。なお、各電流値での制御電流の供給開始か
ら1秒経過時の安定したロックインアンプ11の出力信
号をこの制御電流に対する信号Sとした。その結果を図
4および表3に示す。First, discretely at intervals of 1.5 A every second-
A control current changed to 1.5 A, 0, and 1.5 A was supplied to the solenoid coil 20 after a modulation signal having an amplitude of 0.001 A and a frequency of 1.3 kHz was superimposed thereon.
The time constant of the lock-in amplifier 11 was set to 100 milliseconds. Note that the stable output signal of the lock-in amplifier 11 after one second from the start of the supply of the control current at each current value was defined as a signal S for the control current. The results are shown in FIG.
【0049】[0049]
【表3】 [Table 3]
【0050】ここで、図4中の各直線は、最小2乗法に
より得られた回帰直線であり、制御電流を基準変数X、
信号Sを従属変数Yとすると、これらの被検試料に対す
る回帰直線は、それぞれ以下の式(12)、(13)お
よび(14)に示すようになる。Here, each straight line in FIG. 4 is a regression line obtained by the least-squares method, and the control current is represented by a reference variable X,
Assuming that the signal S is a dependent variable Y, regression lines for these test samples are expressed by the following equations (12), (13), and (14), respectively.
【0051】 純水: Y=0.00867+0.198×X (12) グルコース水溶液(1000mg/dl): Y=−0.193+0.196×X (13) グルコース水溶液(2000mg/dl): Y=−0.368+0.205×X (14)Pure water: Y = 0.00867 + 0.198 × X (12) Glucose aqueous solution (1000 mg / dl): Y = −0.193 + 0.196 × X (13) Glucose aqueous solution (2000 mg / dl): Y = − 0.368 + 0.205 × X (14)
【0052】回帰直線より、信号Sがゼロになるときの
制御電流を算出すると、純水の場合、−0.0438A
となり、濃度が1000mg/dlおよび2000mg
/dlのグルコース水溶液の場合には、それぞれ0.9
85Aおよび1.80Aとなる。得られた回帰直線に対
する相関係数Rを求めたところ、純水の場合、0.99
6であった。また、濃度が1000g/dlおよび20
00mg/dlのグルコース水溶液の場合、それぞれ
0.999および0.991であった。これらがそれぞ
れの回帰直線との適合具合の指標になる。即ち、このR
の絶対値が1に近いほど、得られたデータの回帰直線へ
の適応具合が高いことを意味する。この相関係数Rが所
定の数値より小さい場合、例えばR<0.995の場合
は、測定結果を無効とすることで、高い測定精度を得る
ことができる。実際に回帰直線から得られた制御電流値
の設定値からの差を求めたところ、純水の場合で−0.
0638Aとなり、グルコース水溶液の場合では、濃度
1000mg/dlで−0.025A、濃度2000m
g/dlで−0.2Aとなり、相関係数Rが大きいもの
のほうが、設定値からの誤差が小さかった。When the control current when the signal S becomes zero is calculated from the regression line, in the case of pure water, it is -0.0438A.
And the concentrations are 1000 mg / dl and 2000 mg
/ Dl aqueous glucose solution, 0.9
85A and 1.80A. When the correlation coefficient R with respect to the obtained regression line was obtained, it was 0.99 in the case of pure water.
It was 6. In addition, when the concentration is 1000 g / dl and 20
In the case of a 00 mg / dl glucose aqueous solution, they were 0.999 and 0.991, respectively. These serve as indices of how well each regression line fits. That is, this R
The closer the absolute value of is to 1, the higher the degree of adaptation of the obtained data to the regression line. When the correlation coefficient R is smaller than a predetermined numerical value, for example, when R <0.995, a high measurement accuracy can be obtained by invalidating the measurement result. When the difference from the set value of the control current value actually obtained from the regression line was determined, the difference was −0.0.
0638A, and -0.025A at a concentration of 1000 mg / dl and 2,000 m
g / dl was -0.2 A, and the one with a larger correlation coefficient R had a smaller error from the set value.
【0053】なお、実施例1によると、制御電流を掃引
する全体の時間をロックインアンプの時定数に比べて十
分大きくする必要があるため、高いS/N比を確保する
ためには測定に長時間を要する。これに対して、本実施
例によると、離散した測定点において制御電流の供給開
始から信号Sを確定するまでの時間をロックインアンプ
の時定数よりも7〜8倍大きく設定すれば充分であっ
て、より短い時間で精度の高い測定が可能になる。以上
のように本実施例によれば、広い濃度範囲の被検試料に
対して、高精度かつ短時間で旋光角を測定することがで
きる。さらに、誤差の大きな測定結果を検出することで
精度を確保することができる。According to the first embodiment, since the entire time for sweeping the control current needs to be sufficiently longer than the time constant of the lock-in amplifier, the measurement must be performed to secure a high S / N ratio. It takes a long time. On the other hand, according to the present embodiment, it is sufficient to set the time from the start of supply of the control current to the determination of the signal S at the discrete measurement points to be 7 to 8 times larger than the time constant of the lock-in amplifier. Therefore, highly accurate measurement can be performed in a shorter time. As described above, according to the present embodiment, the rotation angle can be measured with high accuracy and in a short time for a test sample in a wide concentration range. Further, accuracy can be ensured by detecting a measurement result having a large error.
【0054】《実施例3》本実施例では、実施例2の旋
光角測定方法を応用した尿中グルコース濃度すなわち尿
糖値の検査方法について説明する。あらかじめ尿分析装
置によって、ともに尿中蛋白質であるアルブミンの濃度
が10mg/dl以下であって、グルコース濃度が45
0mg/dlと判定された尿1およびグルコース濃度が
655mg/dlと判定された尿2の旋光角を、実施例
2で用いた図3に示す旋光計を用い、実施例2と同様の
条件で測定した。なお、併せて純水及び濃度が1000
mg/dlのグルコース水溶液についても同様に旋光角
を測定した。これらは、グルコース濃度決定の基準に用
いる。得られた結果を図5および表4に示す。Embodiment 3 In this embodiment, a method for testing the urinary glucose concentration, that is, the urinary sugar level, to which the optical rotation angle measuring method of Embodiment 2 is applied will be described. In advance, the urine analyzer was used to determine that the concentration of albumin, a protein in urine, was 10 mg / dl or less and the glucose concentration was 45 mg / dl.
The optical rotation angles of urine 1 determined to be 0 mg / dl and urine 2 determined to have a glucose concentration of 655 mg / dl were measured using the polarimeter shown in FIG. It was measured. In addition, together with pure water and a concentration of 1000
The optical rotation angle was similarly measured for the aqueous glucose solution of mg / dl. These are used as criteria for determining the glucose concentration. The results obtained are shown in FIG.
【0055】[0055]
【表4】 [Table 4]
【0056】尿1および2に対して、制御電流を基準変
数Xとし、信号Sを従属変数Yとした回帰直線は、最小
2乗法により、それぞれ以下の式(15)および(1
6)となる。For urine 1 and urine 2, the regression line with the control current as the reference variable X and the signal S as the dependent variable Y is expressed by the following equations (15) and (1) by the least squares method.
6).
【0057】 尿1: Y=−0.0924+0.185×X (15) 尿2: Y=−0.0485+0.0803×X (16)Urine 1: Y = −0.0924 + 0.185 × X (15) Urine 2: Y = −0.0485 + 0.0803 × X (16)
【0058】これらの回帰直線より、信号Sがゼロにな
るときの制御電流は、尿1の場合、0.499Aであ
り、尿2の場合、0.604Aとなる。尿中アルブミン
の影響を無視すると、尿1、尿2、純水およびグルコー
ス水溶液のそれぞれに対して信号Sがゼロになるときの
制御電流は、これら被検試料のグルコース濃度の一次関
数で表すことができる。したがって、純水において信号
Sが0になるように設定されたときの制御電流量X
0(GL0)およびグルコース水溶液において信号Sが0
になるように設定されたときの制御電流量X0(GL
1000)を基準にすることで、尿のグルコース濃度Co
は、制御電流の測定値X0より以下の式(17)を用い
て算出することができる。From these regression lines, the control current when the signal S becomes zero is 0.499 A for urine 1 and 0.604 A for urine 2. If the influence of albumin in urine is neglected, the control current when the signal S becomes zero for each of urine 1, urine 2, pure water, and aqueous glucose solution is expressed by a linear function of the glucose concentration of these test samples. Can be. Therefore, the control current amount X when the signal S is set to be 0 in pure water.
0 (GL 0 ) and the signal S is 0 in the aqueous glucose solution.
Control current amount X 0 (GL
1000 ), the urine glucose concentration Co
Can be calculated from the measured value X 0 of the control current using the following equation (17).
【0059】 Co=(X0−X0(GL0))×1000/(X0(GL1000)−X0(GL0)) =(X0−0.02)×1000/0.99[mg/dl] (17)Co = (X 0 −X 0 (GL 0 )) × 1000 / (X 0 (GL 1000 ) −X 0 (GL 0 )) = (X 0 −0.02) × 1000 / 0.99 [ mg / dl] (17)
【0060】これより、尿1のグルコース濃度すなわち
尿糖値は、484mg/dlとなり、尿2の尿糖値は、
590mg/dlとなる。Thus, the glucose concentration of urine 1, that is, the urine sugar value was 484 mg / dl, and the urine sugar value of urine 2 was
It becomes 590 mg / dl.
【0061】表5に、これら測定データと回帰直線の残
差平方和SE、式(8)に示す規格化された残差平方和
Dおよび相関係数Rを示す。Dは、式(8)に示すよう
に、残差平方和SEを、得られた回帰直線の基準変数X
に制御電流量のデータを代入して得られた従属変数Y
(信号Sの計算値)の値の二乗の和で除したものであ
る。Table 5 shows the measured data, the residual sum of squares S E of the regression line, the normalized residual sum of squares D and the correlation coefficient R shown in equation (8). D is, as shown in equation (8), the residual sum of squares S E and the reference variable X of the obtained regression line.
Variable Y obtained by substituting the control current data into
(Calculated value of signal S) divided by the sum of squares.
【0062】 D=SE/Σ(a+bX)2 (8) ただし、回帰式をY=a+bXとする。D = S E / Σ (a + bX) 2 (8) where the regression equation is Y = a + bX.
【0063】[0063]
【表5】 [Table 5]
【0064】相関係数を比較すると、尿1の回帰式の方
が尿2のそれより精度が高いことがわかる。残差平方和
が小さいほど、回帰式の精度が高いことを示す。ただ
し、残差平方和は、信号Sの絶対値が小さいほど小さく
なる傾向がある。また、被検試料の光透過率等、他の要
素がその絶対値に影響を及ぼす。したがって、残差平方
和を直接用いて被検試料間で比較するのはあまり得策で
はない。そこで、上記のDのように残差平方和を規格化
して用いると、被検試料間の比較が容易になる。実際、
表5のように、尿2の方が尿1よりも残差平方和が小さ
いが、相関係数によると、尿1の回帰式の方が精度が高
い。これは、尿2は、尿1よりも透過率が低く、信号S
の絶対値が小さかったためである。しかしながら、信号
Sの絶対値の大きさに係わらず、規格化された残差平方
和D及び相関係数Rは、精度の指標として機能している
ことがわかる。A comparison of the correlation coefficients shows that the regression equation for urine 1 has higher accuracy than that for urine 2. The smaller the residual sum of squares, the higher the accuracy of the regression equation. However, the residual sum of squares tends to decrease as the absolute value of the signal S decreases. Further, other factors such as the light transmittance of the test sample affect the absolute value. Therefore, it is not very advisable to directly compare the residual sum of squares between the test samples. Therefore, when the residual sum of squares is normalized and used as in the above D, comparison between test samples becomes easy. In fact,
As shown in Table 5, urine 2 has a smaller residual sum of squares than urine 1, but the regression equation of urine 1 has higher accuracy according to the correlation coefficient. This is because urine 2 has a lower transmittance than urine 1 and signal S
Because the absolute value of was small. However, regardless of the magnitude of the absolute value of the signal S, the normalized residual sum of squares D and correlation coefficient R function as an index of accuracy.
【0065】[0065]
【発明の効果】本発明によると、特定点における信号S
を測定しながらそれがゼロになる消光点を探し出す従来
の旋光角測定方法において懸念される誤差の混入を防ぐ
ことができ、短時間で安定して精度の高い測定が可能な
旋光角測定方法および尿検査方法を提供することができ
る。According to the present invention, the signal S at a specific point is
In the conventional optical rotation angle measurement method of searching for the extinction point where the extinction point becomes zero while measuring the optical rotation angle measurement method, it is possible to prevent mixing of an error which is a concern, and a stable and accurate optical rotation angle measurement method in a short time and A urine test method can be provided.
【図1】本発明の一実施例で用いた旋光計の構成を示す
ブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a polarimeter used in one embodiment of the present invention.
【図2】同実施例において得られたファラデーセルに注
入する制御信号とロックインアンプより出力される信号
Sの強度の関係を示す特性図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a control signal injected into a Faraday cell and an intensity of a signal S output from a lock-in amplifier, obtained in the embodiment.
【図3】本発明の他の実施例で用いた旋光計の構成を示
すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a polarimeter used in another embodiment of the present invention.
【図4】同実施例において得られたソレノイドコイルに
注入する制御信号とロックインアンプより出力される信
号Sの強度の関係を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a control signal injected into a solenoid coil and an intensity of a signal S output from a lock-in amplifier, obtained in the embodiment.
【図5】本発明のさらに他の実施例において得られたソ
レノイドコイルに注入する制御信号とロックインアンプ
より出力される信号Sの強度の関係を示す特性図であ
る。FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a control signal injected into a solenoid coil and an intensity of a signal S output from a lock-in amplifier, obtained in still another embodiment of the present invention.
【図6】従来の旋光計の構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional polarimeter.
1、21 半導体レーザモジュール 3、23 偏光子 4、24 ファラデーセル 5、15、25 サンプルセル 6、26 検光子 7、27 光センサ 8 プリアンプ 9、29 ファラデーセルドライバ 10、30 信号発生器 11、28 ロックインアンプ 12、22 コンピュータ 19、29 駆動器 20 ソレノイドコイル 1,21 Semiconductor laser module 3,23 Polarizer 4,24 Faraday cell 5,15,25 Sample cell 6,26 Analyzer 7,27 Optical sensor 8 Preamplifier 9,29 Faraday cell driver 10,30 Signal generator 11,28 Lock-in amplifier 12, 22 Computer 19, 29 Driver 20 Solenoid coil
Claims (14)
射させ、前記光が前記被検試料を透過する際に前記自然
旋光性物質に起因して発現する旋光を測定する旋光角測
定方法であって、(a)既知の振動面を有する偏光を角
周波数ωの変調信号によってその振動面を微小振動させ
ながら前記被検試料に入射させるステップと、(b)前
記被検試料を透過した偏光のうち特定の振動面を有する
成分を光センサで検出するステップと、(c)前記変調
信号を参照信号とした位相敏感検波によって、前記光セ
ンサの出力信号のうち角周波数がωの成分を抽出するス
テップと、(d)前記被検試料に入射する光の振動面と
前記光センサが検出する光の振動面がなす相対角度およ
びその相対角度において得られる前記角周波数がωの成
分の強度を含むデータの3組以上に基づいて、前記被検
試料による旋光角を算出するステップとを具備する旋光
角測定方法。1. An optical rotation angle measurement for irradiating light to a test sample containing a natural optical rotation substance and measuring optical rotation caused by the natural optical rotation substance when the light passes through the test sample. A method of: (a) causing polarized light having a known vibration surface to enter the test sample while slightly vibrating the vibration surface with a modulation signal having an angular frequency ω; and (b) transmitting the test sample through the test sample. Detecting a component having a specific vibration plane in the polarized light by using an optical sensor; and (c) performing a phase sensitive detection using the modulated signal as a reference signal, thereby obtaining a component having an angular frequency of ω in the output signal of the optical sensor. (D) a relative angle between a vibration surface of light incident on the test sample and a vibration surface of light detected by the optical sensor, and the angular frequency obtained at the relative angle is a component of ω. Data including intensity Calculating an optical rotation angle of the test sample based on three or more sets of the optical rotation angle.
に入射する前記偏光の振動面を連続的に回転させること
により、前記相対角度を変化させる請求項1記載の旋光
角測定方法。2. The optical rotation angle measuring method according to claim 1, wherein in step (a), the relative angle is changed by continuously rotating a vibration plane of the polarized light incident on the test sample.
に入射する前記偏光の振動面を離散的に変化させること
により、前記相対角度を変化させる請求項1記載の旋光
角測定方法。3. The optical rotation angle measuring method according to claim 1, wherein, in step (a), the relative angle is changed by discretely changing a vibration plane of the polarized light incident on the test sample.
基づいて、前記相対角度を基準変数としかつ前記角周波
数がωの成分の強度を従属変数とした一次の回帰式を作
成し、得られた回帰式に基づいて前記被検試料による旋
光角を算出する請求項1記載の旋光角測定方法。4. In step (d), a first-order regression equation is created based on the data, using the relative angle as a reference variable and the intensity of the component whose angular frequency is ω as a dependent variable. The optical rotation angle measurement method according to claim 1, wherein the optical rotation angle of the test sample is calculated based on a regression equation.
に入射する前記偏光の振動面を光ファラデー効果により
回転させて、前記相対角度を変化させる請求項1記載の
旋光角測定方法。5. The optical rotation angle measuring method according to claim 1, wherein in step (a), the relative angle is changed by rotating a vibration plane of the polarized light incident on the test sample by an optical Faraday effect.
基づいて、前記相対角度を得るための磁場の大きさまた
は前記磁場を生じさせるための電流量を基準変数としか
つ前記角周波数がωの成分の強度を従属変数とした一次
の回帰式を作成し、得られた回帰式に基づいて前記被検
試料による旋光角を算出する請求項5記載の旋光角測定
方法。6. In the step (d), based on the data, a magnitude of a magnetic field for obtaining the relative angle or a current amount for generating the magnetic field is used as a reference variable, and the angular frequency is a component of ω. 6. The method for measuring an optical rotation angle according to claim 5, wherein a first-order regression equation is created with the intensity of as a dependent variable, and the optical rotation angle of the test sample is calculated based on the obtained regression equation.
含む被検試料に光を入射させかつ前記被検試料に磁場を
印加することにより前記被検試料を透過する前記光の振
動面を光ファラデー効果によって回転させて、前記光が
前記被検試料を透過する際に前記自然旋光性物質に起因
して発現する旋光を、前記磁場の印加による前記光の回
転の大きさに基づいて測定する旋光角測定方法であっ
て、(a)既知の振動面を有する偏光を角周波数ωの変
調信号によってその振動面を微小振動させながら被検試
料に入射させるステップと、(b)前記被検試料を透過
した偏光のうち特定の振動面を有する成分を光センサで
検出するステップと、(c)前記変調信号を参照信号と
した位相敏感検波によって、前記光センサの出力信号の
うち角周波数がωの成分を抽出するステップと、
(d’)前記磁場の大きさおよび前記磁場の大きさにお
いて得られる前記角周波数がωの成分の強度を含むデー
タの3組以上に基づいて、前記被検試料による旋光角を
算出するステップとを具備する旋光角測定方法。7. A vibrating surface of the light passing through the test sample by applying light to the test sample containing the natural optical rotation substance and the magnetic optical rotation substance and applying a magnetic field to the test sample, thereby causing the light to vibrate. Rotated by the Faraday effect, the optical rotation generated due to the natural optical rotation material when the light passes through the test sample is measured based on the magnitude of the rotation of the light due to the application of the magnetic field. An optical rotation angle measuring method, wherein (a) a polarized light having a known vibration surface is incident on a test sample while the vibration surface is slightly vibrated by a modulation signal of an angular frequency ω; and (b) the test sample Detecting a component having a specific vibration plane in the polarized light transmitted through the optical sensor, and (c) performing phase-sensitive detection using the modulated signal as a reference signal, whereby the angular frequency of the output signal of the optical sensor is ω Success The method comprising the steps of: extracting,
(D ′) calculating an optical rotation angle of the test sample based on at least three sets of data including the magnitude of the magnetic field and the angular frequency obtained at the magnitude of the magnetic field including the intensity of the component of ω; Optical rotation angle measuring method comprising:
効果により前記光の振動面を連続的に回転させる請求項
7記載の旋光角測定方法。8. The method for measuring an optical rotation angle according to claim 7, wherein in the step (a), the vibrating surface of the light is continuously rotated by an optical Faraday effect.
効果により前記光の振動面を離散的に変化させる請求項
7記載の旋光角測定方法。9. The method according to claim 7, wherein in step (a), the vibrating surface of the light is discretely changed by an optical Faraday effect.
タに基づいて、前記磁場の大きさまたは前記磁場を生じ
させるための電流量を基準変数としかつ前記角周波数が
ωの成分の強度を従属変数とした一次の回帰式を作成
し、得られた回帰式に基づいて前記被検試料による旋光
角を算出する請求項7記載の旋光角測定方法。10. In step (d ′), based on the data, the magnitude of the magnetic field or the amount of current for generating the magnetic field is used as a reference variable, and the intensity of the component whose angular frequency is ω is set as a dependent variable. The optical rotation angle measuring method according to claim 7, wherein a first-order regression equation is created, and an optical rotation angle of the test sample is calculated based on the obtained regression equation.
(d’)において、前記回帰式を最小2乗法を用いて算
出する請求項4、6または10に記載の旋光角測定方
法。11. The method according to claim 4, 6 or 10, wherein in step (d) or step (d ′), the regression equation is calculated using a least squares method.
(d’)において、前記回帰式の信頼度が所定値よりも
高いときに、その測定が有効であると判定するステップ
をさらに具備する請求項4、6または10に記載の旋光
角測定方法。12. The method according to claim 4, further comprising the step of determining that the measurement is valid when the reliability of the regression equation is higher than a predetermined value in step (d) or step (d ′). The method for measuring an optical rotation angle according to 6 or 10.
す残差平方和SE、前記残差平方和SEを前記回帰式の基
準変数に対応するデータを代入して得られた前記角周波
数がωの成分の強度の値の二乗の和で除した値D、また
は相関係数Rを用いる請求項12記載の旋光角測定方
法。 【数1】 13. The index of evaluation of the reliability, obtained by substituting data corresponding residual sum of squares S E shown in the following equation, the residual sum of squares S E to the reference variable of the regression equation The optical rotation angle measurement method according to claim 12, wherein the angular frequency uses a value D divided by a sum of squares of intensity values of the component of ω, or a correlation coefficient R. (Equation 1)
7に記載の旋光角測定方法を用いて前記尿中の自然旋光
性物質の濃度を検出する尿検査方法。14. A urine test method wherein the test sample is urine, and the concentration of the natural optical rotation substance in the urine is detected using the method for measuring the optical rotation angle according to claim 1 or 7.
Priority Applications (1)
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JP2000151936A JP2001074649A (en) | 1999-06-29 | 2000-05-23 | Method for measuring angle of optical rotation, and method for inspecting urine |
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JP18427299 | 1999-06-29 | ||
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