JP4763868B2 - 光学式インプロセス制御による比濁分析検出ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、分析およびインビトロ診断における自動化測定システムの使用分野に関する。特に、ここに記載する装置は、散乱光信号の測定時の、特性プロセス工学パラメータ、特に、特性光学パラメータの自動品質管理および検査を可能にする。
【０００２】
検査室診断に関する完全自動化分析器において使用することができる高感度光学検出方法についての需要が、近年ますます高まっている。
測定方法についての要求、たとえば、感度、解像度またはダイナミックレンジについての要求に加えて、高度の自動化手段では、使用される測定方法のパラメータの自動的なテスト、セッティングならびに場合により再調整についても要求がある。したがって、品質管理および検査処置も同様に自動化方法によって確保されなければならない。
【０００３】
種々の分析法において、有効結果のテストおよび確保には種々の難易度があることが特徴である。たとえば、公式に較正した基準を使用することによって吸収分光学におけるテストが可能であるが、このような基準は散乱光分光学の方法にはない。前方光散乱方法、特に、光源の入射ビーム付近の角度または角範囲を利用する前方光散乱方法では、機械的な構造のために、光線経路内の特性光学パラメータを同時に測定することが難しい。したがって、特性光学パラメータ（たとえば、強度、波長、パルス幅または使用される光源のノイズ成分）は、測定すべき材料を収容し、ビーム経路に一時的に挿入する容器（キュベットなど）を使用して、付加的な相対基準のみによって決定することが多い。しかしながら、基準外のテスト・メディアを使用する必要があるときには、さらなる欠陥の原因が生じ、このため、その場で比較的長い期間にわたって制御することができず、また、装置の状態の特性について明確な結論を出すこともできない。
【０００４】
散乱光装置においては、対照測定の大部分のケースでは、たとえば、トルエンのような高純度溶液を使用する。角度依存散乱光特性の測定で１つのプロファイルを創り出し、使用する装置についての品質測定を行う。
【０００５】
一方、このような液体の使用は安全性の点で問題を含み、他方、上記の測定を実施するには、検査技術では時間がかかり、複雑でもある。これらの理由のために、これらの方法は、自動化された分析器の用途に用いることができない。また一方では、散乱光を発生する対応した被測定材料がなければ、測定信号が発生されず、その時の操作条件下での方法の品質について結論を導き出すことはまったくできない。
【０００６】
したがって、散乱光を発生する被測定材料を使用する場合、この材料の組成、構造およびその使用手順によって、測定毎に異なる信号を発生させることになる。したがって、測定システムの同時検査が妨げられる。
被測定材料内で最初に測定信号が発生する方法にも、たとえば、蛍光反応または化学発光反応の場合にも、これらの考察が同様に当てはまる。
【０００７】
散乱光測定に最も使用される配置では、散乱光は入射ビームの方向に対しておよそ９０度の角度範囲で検出される。その結果、散乱光から入射光を分離するのは特に容易である。一方、より大きい立体角範囲を選び、入射光の前方向についての角度または角度範囲を利用する場合には、散乱光のより高い強度を得ることが可能となり、その結果、技術的により簡単でより経済的な方法で配置を構成することができる。前方向についての角度での散乱光の割合は、ヒトのインビトロ診断で使用する有機高分子についての測定（本発明が目標としている）について特に高く、正確である。それに加えて、粒子強化の原理によって散乱光の強度を高める効果にも使用できる。粒子サイズについての散乱信号の依存度は、散乱粒子が入射光の波長の大きさのオーダーに一致する大きさのオーダーである場合について最も好ましい。これにより、これらの成分を測定に利用することができる好ましい配置を得ることができる。散乱光の理論に関係する基本的な考察および計算は適当な教科書に記載されている。たとえば、以下のものがある。H．C. van de Hulst (Light Scattering by Small Particles, Dover Publications, Inc. New York, 1957, 1981) および C．F. Bohren, D．R. Huffman (Absorption and Scattering of Light by Small Particles, J. Wiley & Sons, New York, 1983) である。検査しようとしている被測定材料の特性についてのさらなる情報が与えられるならば、１つまたはそれ以上の角度範囲を選ぶことによって被測定材料を大きさで分類し、区別することができる。
【０００８】
自動化された検査診断法で使用される装置は、当業者にはそれ自体公知であるように、しばしば、サンプル液または試薬液のための複数の容器を収容する可動ユニット（たとえば、ラック、回転コンベヤ、ロータその他）と、被測定材料を収容して通過させる容器（キュベット）から構成される。被測定材料の位置決めのための回転可能なユニットを使用する場合には、測定記録に求められる要件によって、キュベットは測定ユニットの静止位置を通って周期的に案内される。散乱光測定が実施されるとき、散乱光がキュベット内の被測定材料によって生じ、前記材料がビーム経路に導入される。このことは、被測定材料の異なった位置決めによって変化が生じ得ることを意味する。
【０００９】
したがって、キュベットの位置を制御することは、被測定材料によって生じる散乱光の強度を制御するのに有利である。この可能性は、本発明によれば、散乱光を生じる被測定材料を使わずに、キュベットの型、構造および位置の制御を含めて測定ユニット（ビーム経路）の構造を独立して制御することによって達成される。それによって、決定された位置は測定信号の同期に使用され得る。
【００１０】
したがって、本発明は、散乱光を生じる被測定材料の使用の必要のない、前方光散乱を測定する方法の特性を制御することができる方法を見出すことを目的になされたものである。
現在、この目的が直接透過した光を適当な検出装置によって測定すると同時に、発生した散乱光を検出する測定ユニットの配置によって達成されることがわかっている。
【００１１】
このために、０度を含まない角度で発生した散乱光と、そして０度の角度で透過した光とを測定することができる構造が開発された。
特に、ここに記載した方法の１つの目的は、ビーム経路、使用される構成要素（たとえば、光源）、レンズおよびダイアフラムの光学構成要素および被測定材料の移動する収容容器（キュベット）によってもたらされる特性の制御および検査を実施することにある。テストおよび制御も同様にキュベットについて可能であり、キュベットは測定時間中にのみビーム経路内に位置する。
【００１２】
したがって、本発明による、ここに記載する配置は、自動分析のインプロセス制御として使用し得る。
本発明による装置の配置は以下の図を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、従来方法の原理を概略的に示している。ここで、光源１、１１から出た光線３は、レンズ系２および１つまたはそれ以上のダイアフラム４を通過し、測定空間５に入射する。レンズ系６を通過した後、光源１から直接透過した光はダイアフラム７に入射する。このダイアフラム７は光トラップとして作用する。
ダイアフラム７によって失われなかった光はレンズ系８を通して検出器９上に投射され、１０によって測定される。
【００１４】
図２は、本発明がこの方法をいかにして改良するかを示している。もし図１に従って散乱光を生じる被測定材料１３を入れた収容容器１２を位置５に設置すると、測定ビーム３が被測定材料を通過し、次いで、被測定材料に応じて特性角度依存散乱光分布１４が生じる。この分布は、レンズ系６、８の有効口径によって検出され、検出器９に送られる。ダイアフラム１５の領域に入射した光は別の検出器１６によって検出され、同様に測定される。この成分は、光源から直接入射する光の成分と、散乱光を生じる被測定材料が存在する場合には、検出器の許容角度内で固定された入射散乱光の成分とからなる。
【００１５】
本発明がキュベット１２に対して１６のところで特定の強度を得ようとする場合には、この強度は、フィードバック・システム１７によって検出され、散乱光を生じる被測定材料なしに強度を測定することによって再調整され得る。これにより、それぞれ一定の強度状態で散乱光測定の実施の可能性が得られる。
【００１６】
ダイアフラム１５の可能性のある形態が図３のａ〜ｃに例示してある。図３のａ〜ｃの平面図は、外側保持リング２１と、環状ダイアフラム１８と、このダイアフラム１８を保持するための１つまたはそれ以上のウェブ２０とを備えたダイアフラム１５を示している。
【００１７】
内側のダイアフラム１８は、直接透過ビーム成分を通過させる有孔スクリーンとして設計されている。さらに、ガラス棒または光導波管２３と、その端にある検出器２４へ光を偏向して導入するためのマウントを有していてもよい。
【００１８】
図３のｄ〜ｅはダイアフラム１５の側面図を示している。測定ビーム２は、ビーム偏向装置２５および特殊な光学配置２６、２７によって光誘導ユニット２３に送り込まれる。このユニットから位置的に離れた状態で検出を行うことができる。
【００１９】
図４は、キュベット２９を収容するための回転可能なマウント（ロータ・システム）２８内に検出ユニットを組み込んだ状態を概略的に示している。ロータが位置１、３０を通って回転するとき、周期的な測定が行われ、この測定間隔はロータの速度パラメータによって一定となる。図１による測定原理の場合、キュベットが散乱光を生じる被測定材料を収容しているときにのみ、信号を測定し、評価することができる。
【００２０】
図５は、吸光Ｅまたは散乱Ｓによって発生した信号の基本的分布をキュベット位置の関数として表わしている。この場合、キュベットの型、構成および位置は、測定信号のレベルおよび波形に主要な影響を与える。散乱光カーブ３２は対応する被測定材料についてのみ生じ得るが、吸光によって生じる成分Ｅのカーブは、キュベットが空か、あるいは、被測定用非散乱材料で充填されている場合でも、測定することができる。それによって、位置について独立した判定を得ることができる。
【００２１】
本発明の方法は、基本的に重要なものであり、任意の散乱光測定について使用することができる。いわゆる比濁分析方法において濃度を決定するための生物学的高分子の散乱光測定は特に重要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の分析法の原理を示す図である。
【図２】伝達光および散乱光の検出を行う構造を示す図である。
【図３】散乱光ダイアフラムの構造を示す図であり、ａ〜ｃは平面図、ｄ〜ｅは側面図である。
【図４】キュベット・ホイール内の検出ユニットの位置を示す図である。
【図５】散乱信号(Ｉ)および伝達信号(Ｅ)の強度をキュベット位置(ｘ)の関数として表す概略図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ レンズ系
３ 光線
４ ダイアフラム
５ 測定空間
６ レンズ系
７ ダイアフラム
８ レンズ系
９ 検出器
１０ 検出ユニット
１１ 駆動装置
１２ 収容容器
１３ 被測定材料
１４ 角度依存散乱光分布
１５ ダイアフラム
１７ フィードバックシステム
１８ 環状ダイアフラム
２０ ウェブ
２１ 外側保持リング
２３ 光導波管
２４ 検出器
２６、２７ 特殊光学装置
２８ 回転可能なマウント
２９ キュベット
３０ 検出位置
３１ 吸収光カーブ
３２ 散乱光カーブ

Claims (9)

1. 散乱光測定を実施する方法であって、光学式ビーム案内装置が光の散乱成分および透過成分の強度を別々に測定するように調節され、光源の強度が光源から直接透過した光によって再調整され、かつ測定すべき材料を収容する容器であって、測定用ビームを通って移動する容器のセット、テストおよび容器位置の補正を行うのに、前記測定用ビームを通って移動している間に、散乱光を生じる被測定材料を含まない容器を段階的にスキャンすることによって、前記透過成分が前記容器の位置の関数として記録され、前記測定用ビームに対する前記収容容器の位置を定めるのに使用される方法。
2. 前記光の散乱成分および透過成分を、外側保持リングと、環状ダイアフラムと、このダイアフラムを保持するための１つまたはそれ以上のウェブとを備えたダイアフラムによって分離する、請求項１に記載の方法。
3. 前記ダイアフラムが、検出器を収容するためのまたはビーム案内装置または偏向装置を収容するための領域を有するように構成された請求項２に記載の方法。
4. 前記光の散乱成分および透過成分を、ビーム案内装置またはビーム偏向ユニットを収容したビーム経路内に挿入したビーム偏向装置によって分離する請求項１に記載の方法。
5. 前記光の散乱成分および透過成分を、ダイアフラムと、ビーム案内装置または偏向ユニットとを同時に収容するビーム経路内に挿入した特別に機械加工したレンズによって分離する請求項１に記載の方法。
6. 前記透過成分の強度を測定する検出器が付加的な波長選択構成要素を備えている請求項１に記載の方法。
7. 前記方法を自動診断分析器での検査目的でインプロセス制御として使用することができる請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 分析に用いる請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
9. インビトロ診断に用いる請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。

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