JP2002511580A

JP2002511580A - 光学的ベースの液体測定対象物中の低濃度の成分の分析のための偏光計の小型化のための方法並びにこの方法の実施のための装置

Info

Publication number: JP2002511580A
Application number: JP2000543812A
Authority: JP
Inventors: ラング・クラウス; ペチュケ・ハーラルト; ツィルク・カイ; バルニコル・ヴォルフガング
Original assignee: グルコメディテヒ・アクチェンゲゼルシャフト
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2002-04-16
Also published as: DE19815932A1; WO1999053296A1; EP1084393A1; DE19815932C2

Abstract

(57)【要約】本発明は、光学的ベースの液体測定対象中の、特に低濃度の成分の分析のための非常に長い光路を有する偏光計の小型化のための方法であって、その際光学的測定光が、測定対象物中を何度も通される。測定光の偏向は、測定室の外側に配設されているプリズムにおける全反射によって又は測定室内に配設されているミラーでの反射によって行われる。特定された光学的構成によって、その際光の偏光状態、即ち回転角度及びその楕円率は変わらないことが達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明の対象物は、光学的ベースの液状測定対象物中、特に低濃度の成分の分
析のための非常に長い光路を有する偏光計の小型化のための方法並びに各請求項
の特徴を有する、方法の実施のための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

本発明は、特に偏光測定による光学的活性物質の濃度、特に体液中のグルコー
ゼ濃度の測定のための方法及び装置に関する。光学的に等方性（吸収性ではない
）媒体に直線偏光された単色光が透過されると、射出する光の偏光分析の際、偏
光子及び検光子が平行に配置された場合には最大輝度は得られずかつ偏光子及び
検光子が直交して配置された場合には暗部は生じない。この現象は、偏光された
光の振動平面の回転を意味し得る。この特性を有する媒体は光学的活性と称され
る。その際振動平面が回転する角度αは、測定対象物中の光路の長さに比例し、
溶液では更に光学的活性物質の濃度ｃに比例する。

【０００３】比例係数〔α〕は、比回転であり、これは物質及び波長に依存する。特別な問
題は、有機体中のグルコーゼの場合に存在する、そのわけは体液中の略１ｇ／Ｌ
の通常の所定のグルコーゼ含有量では、２ｃｍよりもできる限り大きくない可能
な直線の光路ｄで偏光される光の振動平面の回転の角度（α）は、略０．０１°
だけであり、回転角度が、略３％の所望のかつ必要な精度では直接検出されない
からである。

【０００４】 −有機体のように−形態が予め判っている場合、回転角度従って測定効果を拡
大させ又は測定を概して可能にするために、測定対象物中の光学的測定路程の大
きさのみが考慮されることになる。

【０００５】光学的路程長の直線的長さは、例えば製造設備における化学的プロセスの監視
のために使用され又は人体の測定のために、〔例えばグルコーゼミラー（Ｇｌｕ
ｋｏｓｅｓｐｉｅｇｅｌ）の連続測定のために〕移植されるべき小型化された測
定システムでは、実現されず、即ち測定装置は使用されず又は２メートルの長さ
にされる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】

有機体等の含有成分の測定のための偏光計において光学的路程長を長くし、し
かも装置全体を小型化する方法を案出することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本発明によれば、この課題は、測定光が測定対象物を何度も通され、その際偏
向が好ましくは相応して配設されたミラー、特に好ましくはプリズムによる全反
射によって行われることによって解決される。

【０００８】偏光測定の場合、光の方向偏向を、光の偏光状態の変更なしに行うこと、特に
光がその楕円率も主軸の方向も変えないことが決定的である。直線偏光された光
が使用されかつこの光が反射による方向偏光の際に直線偏光にされることが特に
好適である、そのわけは偏光状態の解析の際、光が完全に失われる検光子の回転
位置が判り、従って使用された直線偏光の光によって楕円偏光された光に対して
よりも高い感度が達成されることができるからである。

【０００９】４つのフレネルの公式は、等方性媒体における光の反射、屈折及び偏光の完全
な理論を含む。例えばｎ₂／ｎ₁＝ｎ_rel＜１、即ち媒体１（ガラス）中に通っ
た光線が境界層上を屈折率ｎ₂の光学的に薄い媒体２（空気）に入射することが
考慮される。角度β（入射角）＞β_g（臨界角）の場合、スネルの屈折法則によ
れば屈折角は無く、このことは物理的に新たな現象を表す。屈折した光は、射出
せず、全入射光量は反射光となり、全反射が行われる。光の電界ベクトルＥの両
成分Ｅ（平行成分）及びＥ（垂直成分）は、位相剛固に連結しており（ベルグマ
ンシェーファの光学ＩＩＩ実験物理学の教本）かつその時間的位相差Δは、一
般に全反射後にゼロではないので、この一般的な偏光状態は楕円偏光と称される
。形態もその主軸の方向も位相差Δに依存する。本発明によれば、好ましくは直
線偏光された光は全反射後（方向変更）に直線偏光のままであるべきである。こ
のことは位相差Δの補償によって、１回又は複数回の全反射に従って達成される
。フレネルの公式の下に全反射の領域での位相差Δを計算される場合、次の式が
得られる（ベルグマンシェーファの光学ＩＩＩ実験物理学の教本）

【００１０】

【外１】本発明によれば、β＝４５°（入射角）に選択され、その結果次の関係式が得
られる。

【００１１】

【外２】ガラスの選択の際に間隔においてβ＝４５°ｄΔ／ｄβが小さく、従って安定
した作業点が得られることが注目される。理想的にはｄΔ／ｄβ＝０である。ガ
ラスの種類としてＳＦ４（重フリント）が特に好適であることが実証された。そ
れによって得られる位相差Δは、市販の位相シフタ（遅延板）によって補償され
ることができ、その結果全反射の前に直線偏光にされた光は全反射（方向変更）
後直線偏光のままである。

【００１２】図面に基づいて本発明による方法及びその実施のための装置の好適な実施形態
を詳しく記載する。

【００１３】

【実施例】

図１は、２つの直角二等辺プリズムを有する測定室を示し、プリズムは、測定
室の平行に向かい合って位置する面をその底辺によって測定室の一部分が光源４
から出発して偏光子５を通る測定光の入射のために解放されるように、配置され
ている。プリズム２は、測定室１の全面をカバーしかつその尖端では、そこに測
定光を射出させるために、底辺に対して平行に切断されている。

【００１４】その進行が測定室及びプリズムを通りかつ矢印で示された線で示される測定光
は、その射出後検光子６において選択された測定方法に相応して測定技術的に評
価される。各プリズムの後方に位相シフタ７、８が配設されている。それによっ
て各全反射後に生じる位相差が補償されかつ光の偏光状態が不変に維持されるこ
とが達成され、このことは主軸の方向にも楕円率にも該当する。最も好適な場合
光は直線偏光される。

【００１５】図２は、図１に類似した構成を示し、その際測定光の全反射を作用するプリズ
ム９は、測定室１０の内方に配設されている。測定室１０は、直角等辺三角形の
形の拡張部を互いに対角線上に向かい合って位置する角に有し、三角形は、一辺
によって測定室壁の連続を形成しかつその底辺１１はプリズムの辺に対して平行
にかつ測定光に対して直角に配設されている。測定光の射出側での測定室の三角
形の拡張部は、省略されかつ追加の測定室壁１２が底辺１１に対して平行に配設
されるという方法で測定室の角が切断されている。プリズムの辺に平行にかつ測
定光に対して直角に位相シフタ１３、１４、１５、１６が、配設されている。光
は光路において、全反射（光線偏向）と位相シフタとの間に位相差Δを有する。
そのような形態によって閉鎖され小型化に特別に到達可能な構成方法が可能であ
る。

【００１６】図３は、図１に類似する構成を示し、しかしその際プリズム２、３は、それぞ
れ１つの対のプリズム１７、１９及び２１、２３によって置換されており、その
際対のプリズムとこの対のプリズムのそれぞれ第２プリズム１９、２３の後方に
位相シフタ１８、２０、２２、２４が配設されている。それによって各全反射後
に生じる位相差が補償されることが達成される。そのような構成によって、閉鎖
され、小型化に特に到達可能な構成方法が可能である。光は全測定室内に位相差
Δを有しない。

【００１７】測定室は、測定光の方向に対して横に片側又は両側に開いた又は測定されるべ
き媒体を透過する膜によって閉鎖されている。

【００１８】本発明による方法及びその実施するために提案された装置は、特に例えば血糖
濃度の連続測定のために人間に移植されることができる全測定装置の著しい小型
化された構成方法を可能にする。他の使用領域は、特に化学的方法経過又はその
制御の監視である。他の使用領域はマイクロリアクタであり、その際従来の測定
装置は寸法上の理由から使用不可能である。

【００１９】プリズムの代わりに例えばプリズム装置が特別に小さい寸法が必要ない場合に
は測定光の偏向のためにミラーも使用されることができる。前記プリズムについ
て表された解決形態のミラーの使用の下の形態への転用は、当業者の知識領域に
ある。

【００２０】国内及び国際特許公報（ＷＯ９０／０４１６３，ＷＯ９２／１３２６３，ＷＯ
９４／０５９８４，ＷＯ９５／１４９１９，ＷＯ９６／２５６６０，ＷＯ９７／
２８４３５，ＷＯ９７／３４５２１，０１７９０１６Ａ１，００８７５３５Ａ１
，０３５１６５９Ｂ１，０３５８１０２Ａ２，００３０６１０Ｂ１，０１５３３
１３Ｂ１，０１２３０５７Ａ１，ＥＰ０５１５３６０Ｂ１，ＥＰ０５３４１６６
Ｂ１，ＤＥ１９５１９０５１Ａ１，ＤＥ１９５４０４５６Ｃ２，ＤＥ４１１４７
８６Ａ１，ＤＥ４１３３１２７Ａ１，ＤＥ４１３３１２８Ａ１，ＤＥ４３１７５
５１Ｃ２，ＤＥ４３１９３８８Ｃ１，ＤＥ０５１５３６０Ｂ１，ＤＥ２７２４５
４３Ｃ２）に記載された小さいグルコーゼ濃度の測定のための光学的方法は、殆
ど本願明細書中に記載されたものとは異なる測定原理によるものであり、使用さ
れる光線の偏光状態の取得は、そこで決して必要でもなく、得ようともされなか
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による装置の図式図である。

【図２】図２は、本発明による装置の他の実施形態の図１に類似する図式図である。

【図３】図３は、本発明による装置の他の形態の図式図である。

【符号の説明】

１測定キュベット２プリズム３プリズム７位相シフタ８位相シフタ９小さいプリズム１０測定キュベット１１底辺１２断面１３位相シフタ１４位相シフタ１５位相シフタ１６位相シフタ

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年４月７日（２０００．４．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ツィルク・カイドイツ連邦共和国、97645 オストハイム、マルクトストラーセ、３アー (72)発明者バルニコル・ヴォルフガングドイツ連邦共和国、55128 マインツ、ランツェルホール、66 Ｆターム(参考） 2G059 AA01 BB13 CC20 DD13 EE04 FF03 GG04 JJ12 JJ13 JJ30 LL03 PP10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】特に小さい光学的活性度を有する光学的活性液体測定対象物
の測定のための装置の小型化のための方法において、測定光は、何度も測定対象を通され、その際光のそれぞれ必要な方向偏光の際
に偏光状態、特に主軸の方向がもとのまま維持されることを特徴とする前記小型
化のための方法。
【請求項２】光が、楕円偏光状態で使用され、好ましくは光は直線偏光さ
れることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】光が直線偏光された状態で使用されることを特徴とする請求
項１に記載の方法。
【請求項４】測定光が偶数回の全反射によって偏向されることを特徴とす
る請求項１から３までのうちのいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】全反射によって生じた位相差が、補償されることを特徴とす
る請求項４に記載の方法。
【請求項６】小さい濃度の測定対象物の測定の際に使用されることを特徴
とする請求項１から５までのうちのいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】測定対象物が、人体の体液であることを特徴とする請求項１
から６までのうちのいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】著しく小さい又は小型化された形の測定装置に使用されるこ
とを特徴とする請求項１から７までのうちのいずれか１つに記載の方法。
【請求項９】偏光測定法が使用されることを特徴とする請求項１から８ま
でのうちのいずれか１つに記載の方法。
【請求項１０】測定キュベット（１）が、測定光の何度もの偏向のための
ミラー又はプリズムを備えることを特徴とする請求項１から９までのうちのいず
れか１つに記載の装置。
【請求項１１】測定光の入射側のプリズム（３）が、キュベットの全面を
カバーせずかつキュベットの他の側に配置されたプリズム（２）が、このキュベ
ット面を完全にカバーし、しかしその尖端ではプリズム底辺に対して平行に切断
されており、全反射を作用するプリズム（２、３）の後方に位相シフタ（７、８
）が配設されていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】測定キュベット（１０）が、その内方に多数の小さいプリ
ズム（９）を有することを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】測定キュベット（１０）が、矩形横断面を有し、この矩形
の１つの角に直角等辺横断面を有する三角形拡張部が、一辺が矩形の長辺に当接
しかつ他の辺に矩形の短辺が直線的に続くという方法で取り付けられ、そして角
は矩形の長辺の他端に、断面（１２）が三角形拡張部の底辺（１１）に対して平
行に延びるという方法で切断され、プリズムの辺に対して平行にかつ測定光に対
して直角に位相シフタ（１３、１４、１５、１６）が配設されていることを特徴
とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】測定されるべき媒体を備えた測定キュベット（１、１０）
が、測定光が同一方向に通る光路の部分にのみ配設されていることを特徴とする
請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】測定キュベット（１、１０）が、略中央で測定光の入射方
向に対して平行に分割されていることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】プリズムの代わりにそれぞれ２つの互いに直角に配設され
ているミラーが利用されることを特徴とする請求項１０から１５までのうちのい
ずれか１つに記載の装置。
【請求項１７】測定されるべき媒体が、測定光の方向に対して横に測定室
中に入射することを特徴とする請求項１０から１６までのうちのいずれか１つに
記載の装置。
【請求項１８】測定されるべき媒体が、測定光に対して横に測定室を透過
することができることを特徴とする請求項１０から１６でのうちのいずれか１つ
に記載の装置。
【請求項１９】測定キュベットが測定されるべき媒体を透過する膜によっ
て閉鎖されていることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の装置。
【請求項２０】装置が、小さい寸法にされ又は小型化されていることを特
徴とする請求項１０から１９までのうちのいずれか１つに記載の装置。
【請求項２１】体液の測定のために請求項１０から２０までのうちのいず
れか１つに記載の装置を使用する方法。
【請求項２２】人体のグルコーゼ濃度を測定するために請求項２１に記載
の方法を使用する方法。
【請求項２３】特に化学的生産方法における方法パラメータの測定のため
に又は方法プロセスの監視及び制御のために請求項１０から２０までのうちのい
ずれか１つに記載の装置を使用する方法。
【請求項２４】マイクロリアクタにおいて行われることを特徴とする請求
項２２に記載の方法の使用方法。