JP7392858B2 - 成分濃度測定方法および装置 - Google Patents
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Description
P∝k(Γ+∂Γ/∂T・ΔT)(μ+∂μ/∂C・ΔC +∂μ/∂T・ΔC・ΔT)I・・・(2)
Γ:グルナイゼン係数、μ:測定開始時の光吸収係数、I:光強度、∂μ/∂C:成分濃度変化による光吸収係数変化、ΔC:成分濃度変化、ΔT:温度変化、k:音響整合などに関する係数。
∂P/∂I∝kΓ(μ+∂μ/∂C・ΔC)・・・(5)
測定部位の光照射部の温度を測定して補正すれば、成分濃度変化を測定することができる。例えば、温度と温度補正係数ηとの関係を予め求めておき、測定した温度に温度補正係数ηを乗じた値で補正をする。この場合は、成分濃度変化と光音響波の音圧変化は、以下の式(6)のように書ける。温度補正係数ηは、定数であり、成分濃度の測定前に光音響波との関係を取得しておく必要がある。
測定対象の物質に感度を持つ(測定対象の物質が吸収する)、複数(例えば2つ)の波長の光の波長を前述のように掃引し、以下の式(7)、式(8)に示すように∂P/∂Iを求めることで、(Γ∂μ/∂T+μ∂Γ/∂T)を定数としてηとおくと、各々の波長に対して上述した式(6)を得ることができる。
Claims (6)
- 測定部位における測定対象の物質の基準濃度Cを求める第1工程と、
測定対象の物質が吸収する波長の光を、光強度Iを掃引して前記測定部位に照射し、前記測定部位から発生する光音響信号の音圧Pの変化を測定する第2工程と、
測定された音圧Pの変化より、光強度Iの変化に対する光音響信号の音圧Pの変化の傾き∂P/∂Iを求める第3工程と、
各々定数である、音響整合に関する係数kと、グルナイゼン係数Γと、光吸収係数μと、成分濃度変化による光吸収係数変化∂μ/∂Cとを用いた式∂P/∂I∝kΓ(μ+∂μ/∂C・ΔC)より、∂P/∂Iから濃度変化ΔCを求める第4工程と、
基準濃度Cと濃度変化ΔCとから、前記第2工程の音圧Pの変化の測定における前記測定部位における測定対象の物質の濃度を求める第5工程と
を備え、
前記第2工程は、温度Tに対して実質的にΓ∂μ/∂T+μ∂Γ/∂T=0が満たされる光吸収係数μとなる波長の光を前記測定部位に照射する
ことを特徴とする成分濃度測定方法。 - 請求項1記載の成分濃度測定方法において、
掃引する光強度Iを変化させる間隔は、照射する光のスポット径dと、測定対象の物質の温度拡散率αとを用いた式τth=d2/αにより求められる熱緩和時間τthより長いことを特徴とする成分濃度測定方法。 - 請求項1または2記載の成分濃度測定方法において、
光が照射されている前記測定部位の温度を測定する第6工程をさらに備え、
前記第4工程は、予め求めてある前記測定部位の温度と温度補正係数ηとの関係より、測定された温度により濃度変化ΔCを補正する
ことを特徴とする成分濃度測定方法。 - 測定対象の物質が吸収する波長の光を、光強度Iを掃引して測定部位に照射する光照射部と、
前記光照射部から出射された光が照射された前記測定部位から発生する光音響信号の音圧Pの変化を測定する測定部と、
前記測定部が測定した音圧Pの変化より、前記光照射部が照射した光の光強度Iの変化に対する光音響信号の音圧Pの変化の傾き∂P/∂Iを求める第1算出部と、
各々定数である、音響整合に関する係数kと、グルナイゼン係数Γと、光吸収係数μと、成分濃度変化による光吸収係数変化∂μ/∂Cとを用いた式∂P/∂I∝kΓ(μ+∂μ/∂C・ΔC)より、∂P/∂Iから濃度変化ΔCを求める第2算出部と、
基準となる基準濃度Cと濃度変化ΔCとから、前記測定部による音圧Pの変化の測定における前記測定部位における測定対象の物質の濃度を求める第3算出部と
を備え、
前記光照射部は、温度Tに対して実質的にΓ∂μ/∂T+μ∂Γ/∂T=0が満たされる光吸収係数μとなる波長の光を前記測定部位に照射する
ことを特徴とする成分濃度測定装置。 - 請求項4記載の成分濃度測定装置において、
掃引する光強度Iを変化させる間隔は、照射する光のスポット径dと、測定対象の物質の温度拡散率αとを用いた式τth=d2/αにより求められる熱緩和時間τthより長いことを特徴とする成分濃度測定装置。 - 請求項4または5記載の成分濃度測定装置において、
光が照射されている前記測定部位の温度を測定する温度測定部をさらに備え、
前記第2算出部は、予め求めてある前記測定部位の温度と温度補正係数ηとの関係より、前記温度測定部が測定した温度により濃度変化ΔCを補正する
ことを特徴とする成分濃度測定装置。
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Tanaka et al.,Differential Continuous Wave Photoacoustic Spectroscopy for Non-Invasive Glucose Monitoring,IEEE Sensors Journal,IEEE Sensors Council,2020年04月15日,VOL. 20, NO. 8,p.4453-4458 |
Tao et al.,Research on the Temperature Characteristics of the Photoacoustic Sensor of Glucose Solution,Sensors,MDPI,2018年12月07日 |
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