JPH06281568A - 液体成分分析装置 - Google Patents
液体成分分析装置Info
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- JPH06281568A JPH06281568A JP7150993A JP7150993A JPH06281568A JP H06281568 A JPH06281568 A JP H06281568A JP 7150993 A JP7150993 A JP 7150993A JP 7150993 A JP7150993 A JP 7150993A JP H06281568 A JPH06281568 A JP H06281568A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】発光素子，光導波路，受光素子を一基板上に形
成し、交換可能なカートリッジ型とした。また分析を高
精度に行うために光導波路を低屈折透明媒質で被覆し
た。 【効果】光軸あわせなどの煩雑な作業無しに試料感応部
の交換ができ、高精度に液中物質を分析できる。
成し、交換可能なカートリッジ型とした。また分析を高
精度に行うために光導波路を低屈折透明媒質で被覆し
た。 【効果】光軸あわせなどの煩雑な作業無しに試料感応部
の交換ができ、高精度に液中物質を分析できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、赤外もしくは近赤外光
によって液体，粘性体中の有機物質の定性，定量分析に
使用するための分光光度計および赤外光を用いた血液生
化学成分分析装置に関する。
によって液体，粘性体中の有機物質の定性，定量分析に
使用するための分光光度計および赤外光を用いた血液生
化学成分分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の赤外の全反射現象を利用した成分
分析（ＡＴＲ法）は、赤外法による材料分析（錦田晃
一，岩本令吉著、講談社サイエンティフィク，１９８６
年）第４１ページから第１９９ページにおいて詳しく述
べられている。またＡＴＲ法を用いた血液分析に関して
はアナリティカル ケミストリー，第６１巻，１９８９
年，第２００９ページから２０２３ページにおいて述べ
られている。
分析（ＡＴＲ法）は、赤外法による材料分析（錦田晃
一，岩本令吉著、講談社サイエンティフィク，１９８６
年）第４１ページから第１９９ページにおいて詳しく述
べられている。またＡＴＲ法を用いた血液分析に関して
はアナリティカル ケミストリー，第６１巻，１９８９
年，第２００９ページから２０２３ページにおいて述べ
られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、光源
から試料室雰囲気内を伝搬した光を反射鏡によってATR
プリズム端面に入出射させ、さらに試料室雰囲気内を伝
搬した光を検知器に入射させる構成をとっており、試料
室内雰囲気との界面での反射による減光によって、検出
器に達する光は光源から出射した光量の１／２から１／
３であり、さらに光学系の調節が不充分な場合は到達光
量が１／５から１／１０に低下し、微量な成分を精度良
く分析するにはＳ／Ｎが悪かった。また光学系を最適化
するには、反射鏡を手動で調節せねばならず煩雑な作業
であった。また従来技術は、血液中の蛋白のような吸着
しやすい物質を含有する液体を高頻度で測定すると、プ
リズム表面に汚れがつきやすく、使用寿命が短く、また
ＡＴＲプリズムも高価であった。また従来技術は、ＡＴ
Ｒプリズムの長さが反射回数を規定する要因となってい
るため試料の少量化が困難であった。
から試料室雰囲気内を伝搬した光を反射鏡によってATR
プリズム端面に入出射させ、さらに試料室雰囲気内を伝
搬した光を検知器に入射させる構成をとっており、試料
室内雰囲気との界面での反射による減光によって、検出
器に達する光は光源から出射した光量の１／２から１／
３であり、さらに光学系の調節が不充分な場合は到達光
量が１／５から１／１０に低下し、微量な成分を精度良
く分析するにはＳ／Ｎが悪かった。また光学系を最適化
するには、反射鏡を手動で調節せねばならず煩雑な作業
であった。また従来技術は、血液中の蛋白のような吸着
しやすい物質を含有する液体を高頻度で測定すると、プ
リズム表面に汚れがつきやすく、使用寿命が短く、また
ＡＴＲプリズムも高価であった。また従来技術は、ＡＴ
Ｒプリズムの長さが反射回数を規定する要因となってい
るため試料の少量化が困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、光源から検出器までを高屈折率物質からなる光導波
路で結合し、さらに前記光導波路を光導波路より低い屈
折率を持つ光の使用波長に透明な物質によって被覆し、
被覆物質の一部を除去して試料感応部とし、さらにそれ
を同一基板上に形成し交換可能なカートリッジとした。
また１個の試料感応部に複数の光導波路を並列に形成し
た。
に、光源から検出器までを高屈折率物質からなる光導波
路で結合し、さらに前記光導波路を光導波路より低い屈
折率を持つ光の使用波長に透明な物質によって被覆し、
被覆物質の一部を除去して試料感応部とし、さらにそれ
を同一基板上に形成し交換可能なカートリッジとした。
また１個の試料感応部に複数の光導波路を並列に形成し
た。
【０００５】
【作用】上記手段は以下のように作用する。光導波路及
び被覆物質は、被覆物質に光に透明な低屈折率物質を使
用することによって、光を試料による吸収以外に減光さ
せることなく光源から検出器まで到達させることができ
る。また光源，光導波路，検出器を同一基板上に形成す
ることによってユーザによる光学系調節を無くし、また
該基板を交換可能にすることによって試料感応部の汚れ
にも対応できる。また試料感応部に複数の光導波路を形
成することによって小面積でのＳ／Ｎの良い測定が可能
となる。
び被覆物質は、被覆物質に光に透明な低屈折率物質を使
用することによって、光を試料による吸収以外に減光さ
せることなく光源から検出器まで到達させることができ
る。また光源，光導波路，検出器を同一基板上に形成す
ることによってユーザによる光学系調節を無くし、また
該基板を交換可能にすることによって試料感応部の汚れ
にも対応できる。また試料感応部に複数の光導波路を形
成することによって小面積でのＳ／Ｎの良い測定が可能
となる。
【０００６】
【実施例】以下、実施例をもとに本発明を詳細に説明す
る。図１は、本発明の第１の実施例である液体分析装置
の検出部の説明図である。屈折率２.４ のセレン化亜鉛
基板１上に形成した屈折率３.５ のシリコンからなる矩
形型の薄膜光導波路２の両端に赤外発光ダイオード（Ｉ
ＬＥＤ）３とフォトダイオード（ＰＤ）４を設置し、光
導波路２をセレン化亜鉛で被覆し、光導波路カバー５と
したものである。さらにセレン化亜鉛基板３にエッチン
グによって試料感応部６を形成し、光導波路カバー５に
もエッチングによって光入射口７を形成した。この検出
基板８は信号制御処理装置９に電気的，機械的にに接合
される。基板設置部１０の底部には、ＩＬＥＤ３から出
射された光を光導波路２に入射させるための反射鏡１１
と集光レンズ１２が設置されている。ＩＬＥＤ３から出
射された光１３は、反射鏡１１，集光レンズ１２，光入
射口７を経て光導波路２に入射する。光導波路２は、周
囲のセレン化亜鉛より屈折率が高いので光は光導波路−
光導波路カバー界面で全反射を繰り返しながらＰＤ４の
受光面に出射する。試料１４は、試料感応部６に導入さ
れる。試料１４は光導波路２に接しているので、試料−
光導波路界面で全反射する際、光は試料中にわずかにし
みこみ、試料に吸収されながら伝搬する。ＰＤ４に入射
した光は、電子信号に変換され、増幅器１５を経て信号
処理系１７に送られる。ＩＬＥＤ３とＰＤ４は制御装置
１６によって駆動制御されている。図２は、本発明の第
二の実施例の液中グルコース定量装置用検出基板１８の
説明図で、６本のＩＬＥＤ−光導波路−ＰＤを一基板上
に形成し、光導波路上に試料感応部６を形成したもので
ある。６個のＩＬＥＤ１９〜２４の発光波長は、それぞ
れλ1＝１.５μｍ，λ2＝１.５５μｍ，λ3＝１.６μ
ｍ，λ4＝１.６５μｍ，λ5＝１.３μｍ，λ6＝１.０μ
ｍである。６個のＰＤ２５〜３０には、１μｍ帯受光素
子（Ｇｅ−ＰＤ）を用いる。図３は、本発明の第三の実
施例の検出基板３１の説明図である。ＩＬＥＤ３２から
分岐した光導波路２はそれぞれＰＤ３３，３４に結合し
ている。ＩＬＥＤ３２から出射した光は、反射鏡によっ
て光導波路の受光面３５に入射する。二本の光導波路上
にはそれぞれ二つの試料感応部３６，３７を設けてあ
る。試料感応部３６はバックグラウンド信号用、試料感
応部３７をサンプル信号用として用いる。図４は、第二
の実施例であるグルコース定量装置用検出基板１８を用
いた血糖計のブロック図である。光導波路３８〜４３上
に形成された試料感応部６に血液を導入する。制御駆動
回路４４によってＩＬＥＤ１９〜２４が一定時間ずつ順
次動作し、ＰＤ２５〜３０，増幅器４５，ＡＤ変換器４
６を経てλ1〜λ6までの各波長における血液の吸収強度
(ａ1〜ａ6)が計算機４７に読みこまれる。吸収強度は、
あらかじめ測定しておいた血液を導入しないときの信号
と導入したときの信号の差とする。グルコースは１.５
μｍ付近に吸収を持つので血中グルコースの濃度によっ
て吸収強度が異なる。このことを利用して血液中のグル
コースの定量を行う。定量方法は、キャリブレーション
とプレディクションの２ステップからなり、計算機４７
で実行される。基板１８は着脱可能なカートリッジとな
っており、試料感応部６の汚れや破損が酷いときには、
光軸合わせ無しで簡便に交換できる。図５は、定量方法
のフローチャートである。キャリブレーションの手法と
して、主成分分析（ＰＣＲ）を用いている。まず、キャ
リブレーションステップ４８では、濃度既知のキャリブ
レーション用サンプルｎ個の吸収強度を測定し、ｎ×６
の行列とする(ステップ４９)。キャリブレーション用サ
ンプルのグルコース濃度を入力する（ステップ５０）。
これを主成分分析しスコア行列Ｔとローディング行列
Ｐ′の積で表す。さらにＴ行列と濃度行列Ｃを重回帰す
ることによって回帰式Ｃ＝ＴＢ＋Ｅを得る（ステップ５
１）。次に、プレディクションステップ５２では、プレ
ディクション用サンプル（ｍ個）を測定し、吸収強度を
ｍ×６の行列Ｓとする（ステップ５３）。このＳとキャ
リブレーションステップで求めたＰ′の逆行列の積をＴ
として（ステップ５４）キャリブレーションステップで
求めた回帰式に代入し濃度Ｃを予測し（ステップ５５）
予測濃度を出力する（ステップ５６）。図６は、本血糖
計による測定値と従来の酵素法による血糖測定値の相関
図である。本実施例は従来法に遜色無く血糖値を測定で
きる。
る。図１は、本発明の第１の実施例である液体分析装置
の検出部の説明図である。屈折率２.４ のセレン化亜鉛
基板１上に形成した屈折率３.５ のシリコンからなる矩
形型の薄膜光導波路２の両端に赤外発光ダイオード（Ｉ
ＬＥＤ）３とフォトダイオード（ＰＤ）４を設置し、光
導波路２をセレン化亜鉛で被覆し、光導波路カバー５と
したものである。さらにセレン化亜鉛基板３にエッチン
グによって試料感応部６を形成し、光導波路カバー５に
もエッチングによって光入射口７を形成した。この検出
基板８は信号制御処理装置９に電気的，機械的にに接合
される。基板設置部１０の底部には、ＩＬＥＤ３から出
射された光を光導波路２に入射させるための反射鏡１１
と集光レンズ１２が設置されている。ＩＬＥＤ３から出
射された光１３は、反射鏡１１，集光レンズ１２，光入
射口７を経て光導波路２に入射する。光導波路２は、周
囲のセレン化亜鉛より屈折率が高いので光は光導波路−
光導波路カバー界面で全反射を繰り返しながらＰＤ４の
受光面に出射する。試料１４は、試料感応部６に導入さ
れる。試料１４は光導波路２に接しているので、試料−
光導波路界面で全反射する際、光は試料中にわずかにし
みこみ、試料に吸収されながら伝搬する。ＰＤ４に入射
した光は、電子信号に変換され、増幅器１５を経て信号
処理系１７に送られる。ＩＬＥＤ３とＰＤ４は制御装置
１６によって駆動制御されている。図２は、本発明の第
二の実施例の液中グルコース定量装置用検出基板１８の
説明図で、６本のＩＬＥＤ−光導波路−ＰＤを一基板上
に形成し、光導波路上に試料感応部６を形成したもので
ある。６個のＩＬＥＤ１９〜２４の発光波長は、それぞ
れλ1＝１.５μｍ，λ2＝１.５５μｍ，λ3＝１.６μ
ｍ，λ4＝１.６５μｍ，λ5＝１.３μｍ，λ6＝１.０μ
ｍである。６個のＰＤ２５〜３０には、１μｍ帯受光素
子（Ｇｅ−ＰＤ）を用いる。図３は、本発明の第三の実
施例の検出基板３１の説明図である。ＩＬＥＤ３２から
分岐した光導波路２はそれぞれＰＤ３３，３４に結合し
ている。ＩＬＥＤ３２から出射した光は、反射鏡によっ
て光導波路の受光面３５に入射する。二本の光導波路上
にはそれぞれ二つの試料感応部３６，３７を設けてあ
る。試料感応部３６はバックグラウンド信号用、試料感
応部３７をサンプル信号用として用いる。図４は、第二
の実施例であるグルコース定量装置用検出基板１８を用
いた血糖計のブロック図である。光導波路３８〜４３上
に形成された試料感応部６に血液を導入する。制御駆動
回路４４によってＩＬＥＤ１９〜２４が一定時間ずつ順
次動作し、ＰＤ２５〜３０，増幅器４５，ＡＤ変換器４
６を経てλ1〜λ6までの各波長における血液の吸収強度
(ａ1〜ａ6)が計算機４７に読みこまれる。吸収強度は、
あらかじめ測定しておいた血液を導入しないときの信号
と導入したときの信号の差とする。グルコースは１.５
μｍ付近に吸収を持つので血中グルコースの濃度によっ
て吸収強度が異なる。このことを利用して血液中のグル
コースの定量を行う。定量方法は、キャリブレーション
とプレディクションの２ステップからなり、計算機４７
で実行される。基板１８は着脱可能なカートリッジとな
っており、試料感応部６の汚れや破損が酷いときには、
光軸合わせ無しで簡便に交換できる。図５は、定量方法
のフローチャートである。キャリブレーションの手法と
して、主成分分析（ＰＣＲ）を用いている。まず、キャ
リブレーションステップ４８では、濃度既知のキャリブ
レーション用サンプルｎ個の吸収強度を測定し、ｎ×６
の行列とする(ステップ４９)。キャリブレーション用サ
ンプルのグルコース濃度を入力する（ステップ５０）。
これを主成分分析しスコア行列Ｔとローディング行列
Ｐ′の積で表す。さらにＴ行列と濃度行列Ｃを重回帰す
ることによって回帰式Ｃ＝ＴＢ＋Ｅを得る（ステップ５
１）。次に、プレディクションステップ５２では、プレ
ディクション用サンプル（ｍ個）を測定し、吸収強度を
ｍ×６の行列Ｓとする（ステップ５３）。このＳとキャ
リブレーションステップで求めたＰ′の逆行列の積をＴ
として（ステップ５４）キャリブレーションステップで
求めた回帰式に代入し濃度Ｃを予測し（ステップ５５）
予測濃度を出力する（ステップ５６）。図６は、本血糖
計による測定値と従来の酵素法による血糖測定値の相関
図である。本実施例は従来法に遜色無く血糖値を測定で
きる。
【０００７】
【発明の効果】本発明に依れば、光軸あわせなどの煩雑
な作業無しに試料感応部の交換ができ、高精度に液中物
質を分析できる。
な作業無しに試料感応部の交換ができ、高精度に液中物
質を分析できる。
【図１】本発明の一実施例の液体分析装置の検出部の説
明図。
明図。
【図２】本発明の第二の実施例の液中グルコース定量装
置用検出基板の説明図。
置用検出基板の説明図。
【図３】本発明の第三の実施例の検出基板の説明図。
【図４】本発明の第二の実施例のグルコース定量装置用
検出基板を用いた血糖汁のブロック図。
検出基板を用いた血糖汁のブロック図。
【図５】定量方法のフローチャート。
【図６】本発明と従来法による血糖測定値の相関図。
１…セレン化亜鉛基板、２…薄膜光導波路、３…赤外発
光ダイオード、４…フォトダイオード、５…光導波路カ
バー、６…試料感応部、７…光入射口、８…検出基板、
９…信号制御処理装置、１０…基板設置部、１１…反射
鏡、１２…集光レンズ、１３…光、１４…試料、１５…
増幅器、１６…制御装置、１７…信号処理系、１８…グ
ルコース定量装置用検出基板、１９〜２４…ＩＬＥＤ、
２５〜３０…ＰＤ。
光ダイオード、４…フォトダイオード、５…光導波路カ
バー、６…試料感応部、７…光入射口、８…検出基板、
９…信号制御処理装置、１０…基板設置部、１１…反射
鏡、１２…集光レンズ、１３…光、１４…試料、１５…
増幅器、１６…制御装置、１７…信号処理系、１８…グ
ルコース定量装置用検出基板、１９〜２４…ＩＬＥＤ、
２５〜３０…ＰＤ。
Claims (8)
- 【請求項１】光源，前記光源から発する光の波長に対し
て透明な媒質からなる薄膜光導波路，前記波長に対して
透明で前記光導波路より低屈折率の媒質からなる基板お
よび光導波路カバー，基板の一部を除き、前記薄膜光導
波路を露出させた試料感応部，検出器，信号制御処理部
を含む光の全反射現象を利用して液体の成分分析を行う
ことを特徴とする液体成分分析装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記光源から前記検出
器までを薄膜光導波路で結合した液体成分分析装置。 - 【請求項３】請求項１において、前記光源，前記薄膜光
導波路，前記検出器を一基板上に形成した液体成分分析
装置。 - 【請求項４】請求項１において、複数の光源及び光導波
路からなる液体成分分析装置。 - 【請求項５】請求項１において、一つの光源に複数の光
導波路を結合した液体成分分析装置。 - 【請求項６】請求項１において、前記光導波路及び前記
基板はＡｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，ＡｇＣｌ，ＡｇＢｒ，ＺｎＳ
ｅ，ＫＲＳ−５，ＺｎＴｅ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｔｅからなる
液体成分分析装置。 - 【請求項７】請求項１において、前記ＩｎＰ，ＩｎＧａ
ＡｓＰ半導体レーザからなる液体成分分析装置。 - 【請求項８】請求項１において、前記光学系基板を交換
可能なカートリッジとした液体成分分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7150993A JPH06281568A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 液体成分分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7150993A JPH06281568A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 液体成分分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06281568A true JPH06281568A (ja) | 1994-10-07 |
Family
ID=13462743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7150993A Pending JPH06281568A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 液体成分分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06281568A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001075642A (ja) * | 1999-09-06 | 2001-03-23 | Toshiba Corp | 多変量データ監視装置 |
| JP2005077315A (ja) * | 2003-09-02 | 2005-03-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光導波路型センサ |
| JP2006043120A (ja) * | 2004-08-04 | 2006-02-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 生体センサ及び測定方法 |
| JP2007033203A (ja) * | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Toshiba Corp | 光学式センサチップ |
| JP2007178325A (ja) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Toshiba Corp | 光学測定装置検査用チップ、光学測定装置の検査方法、光学測定装置の製造方法、及び光学測定装置の使用方法 |
| DE112007000644T5 (de) | 2006-03-17 | 2009-02-05 | Kyushu University, National University Corporation, Fukuoka-shi | Analysierelement und mit diesem versehene Analysevorrichtung |
| US7778499B2 (en) * | 2007-05-21 | 2010-08-17 | National Research Council Of Canada | Silicon photonic wire waveguide biosensor |
| JP2021067652A (ja) * | 2019-10-28 | 2021-04-30 | 株式会社リコー | 吸光度測定装置、生体情報測定装置、及び吸光度測定方法 |
| JP2021067655A (ja) * | 2019-10-28 | 2021-04-30 | 株式会社リコー | 吸光度測定装置、及び生体情報測定装置 |
| WO2021085341A1 (en) | 2019-10-28 | 2021-05-06 | Ricoh Company, Ltd. | Measuring apparatus and biological information measuring apparatus |
| US11963760B2 (en) | 2022-03-18 | 2024-04-23 | Ricoh Company, Ltd. | Measuring device, blood-sugar level measuring device, and measuring method |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP7150993A patent/JPH06281568A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001075642A (ja) * | 1999-09-06 | 2001-03-23 | Toshiba Corp | 多変量データ監視装置 |
| JP2005077315A (ja) * | 2003-09-02 | 2005-03-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光導波路型センサ |
| JP2006043120A (ja) * | 2004-08-04 | 2006-02-16 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 生体センサ及び測定方法 |
| JP2007033203A (ja) * | 2005-07-26 | 2007-02-08 | Toshiba Corp | 光学式センサチップ |
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| DE112007000644B4 (de) | 2006-03-17 | 2018-09-27 | Denso Corporation | Analysierelement und mit diesem versehene Analysevorrichtung |
| DE112007000644T5 (de) | 2006-03-17 | 2009-02-05 | Kyushu University, National University Corporation, Fukuoka-shi | Analysierelement und mit diesem versehene Analysevorrichtung |
| US8917959B2 (en) | 2006-03-17 | 2014-12-23 | Denso Corporation | Analyzing element and analyzing apparatus using same |
| US7778499B2 (en) * | 2007-05-21 | 2010-08-17 | National Research Council Of Canada | Silicon photonic wire waveguide biosensor |
| JP2021067652A (ja) * | 2019-10-28 | 2021-04-30 | 株式会社リコー | 吸光度測定装置、生体情報測定装置、及び吸光度測定方法 |
| JP2021067655A (ja) * | 2019-10-28 | 2021-04-30 | 株式会社リコー | 吸光度測定装置、及び生体情報測定装置 |
| WO2021085341A1 (en) | 2019-10-28 | 2021-05-06 | Ricoh Company, Ltd. | Measuring apparatus and biological information measuring apparatus |
| US11963760B2 (en) | 2022-03-18 | 2024-04-23 | Ricoh Company, Ltd. | Measuring device, blood-sugar level measuring device, and measuring method |
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