JPH0678982B2 - 試料中の物質濃度の蛍光測定装置 - Google Patents
試料中の物質濃度の蛍光測定装置Info
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- JPH0678982B2 JPH0678982B2 JP60206191A JP20619185A JPH0678982B2 JP H0678982 B2 JPH0678982 B2 JP H0678982B2 JP 60206191 A JP60206191 A JP 60206191A JP 20619185 A JP20619185 A JP 20619185A JP H0678982 B2 JPH0678982 B2 JP H0678982B2
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- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
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- G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は蛍光を励起するための励起光を発生する光源
と、周辺媒質の屈折率より大きい屈折率を有する平行平
板からなり全反射によって励起光又は蛍光を伝播するキ
ャリヤ素子と、蛍光の検出器とを備え、前記キャリヤ素
子の一方の面の少なくとも一部の領域に試料が接するよ
うに構成されている試料中の物質濃度の蛍光測定装置に
関する。
と、周辺媒質の屈折率より大きい屈折率を有する平行平
板からなり全反射によって励起光又は蛍光を伝播するキ
ャリヤ素子と、蛍光の検出器とを備え、前記キャリヤ素
子の一方の面の少なくとも一部の領域に試料が接するよ
うに構成されている試料中の物質濃度の蛍光測定装置に
関する。
かかる測定装置は、米国特許公報第3604927号に開示さ
れている。この従来の装置では、屈折率が高い媒質と低
い媒質との境界面において光の全反射が生じるときに、
屈折率の低い媒質中に生じるバネッセント波（evanesze
ntenWellen）によって試料が励起される。従って、励起
光を全反射によって伝播するキャリヤ素子（Traegerele
ment,例えば透明平行平板）の面に試料が接して境界面
を形成しているこの装置の場合、試料の屈折率はキャリ
ヤ素子の屈折率より小さい必要がある。尚、上記エバネ
ッセント波は境界面に沿って進み、境界面から離れるほ
ど指数関数的に急激に振幅が減少する性質を有する。
れている。この従来の装置では、屈折率が高い媒質と低
い媒質との境界面において光の全反射が生じるときに、
屈折率の低い媒質中に生じるバネッセント波（evanesze
ntenWellen）によって試料が励起される。従って、励起
光を全反射によって伝播するキャリヤ素子（Traegerele
ment,例えば透明平行平板）の面に試料が接して境界面
を形成しているこの装置の場合、試料の屈折率はキャリ
ヤ素子の屈折率より小さい必要がある。尚、上記エバネ
ッセント波は境界面に沿って進み、境界面から離れるほ
ど指数関数的に急激に振幅が減少する性質を有する。
又、特定の角度が平行な励起光線に要求されることか
ら、キャリヤ素子の励起光が入射する面と出る面とに関
して特別な処置を施す必要がある。この結果、精密な位
置決めができる複雑な測定システムが必要となる。
ら、キャリヤ素子の励起光が入射する面と出る面とに関
して特別な処置を施す必要がある。この結果、精密な位
置決めができる複雑な測定システムが必要となる。
しかも、蛍光を発する試料のエバネッセント波がわずか
しか入って行かないので、弱い検出信号しか得られな
い。更に、エバネッセント波が入る領域における試料の
光学的性質、例えば蛍光を発しない物質による光の吸収
が検出信号に影響を与えることにも留意する必要があ
る。
しか入って行かないので、弱い検出信号しか得られな
い。更に、エバネッセント波が入る領域における試料の
光学的性質、例えば蛍光を発しない物質による光の吸収
が検出信号に影響を与えることにも留意する必要があ
る。
次に、蛍光指示薬（インジケータ）を用いて物理的また
は化学的パラメータ、特に物質濃度を測定するための装
置は、例えば独国公開公報2508637号（我国の特開昭51
−110386号公報に相当）、米国特許公報3612866号、独
国特許公報1190583号、欧州公開公報0109959号、欧州公
開公報0109958号に開示されている。
は化学的パラメータ、特に物質濃度を測定するための装
置は、例えば独国公開公報2508637号（我国の特開昭51
−110386号公報に相当）、米国特許公報3612866号、独
国特許公報1190583号、欧州公開公報0109959号、欧州公
開公報0109958号に開示されている。
これらの装置は、試料と接触して測定すべき物質濃度に
対応するスペクトル及び強度の蛍光を光励起によって発
する発光層を有するセンサ素子（即ち蛍光指示薬）を用
いている。このセンサ素子が発する蛍光の一部を検出器
で測定することにより、試料と発光層つまり指示薬物質
との相互作用の物理的又は化学的法則に従って、試料の
物質濃度を求めることができる。
対応するスペクトル及び強度の蛍光を光励起によって発
する発光層を有するセンサ素子（即ち蛍光指示薬）を用
いている。このセンサ素子が発する蛍光の一部を検出器
で測定することにより、試料と発光層つまり指示薬物質
との相互作用の物理的又は化学的法則に従って、試料の
物質濃度を求めることができる。
しかしながら、これらの装置は測定すべき物質濃度に対
応する蛍光の発生量が少ないために、使用される検出器
の感度によって分解能が制限されるという欠点を有す
る。このような状況は、励起光の強度を上げても改善さ
れない。というのは、使用される公知の蛍光指示薬は吸
収される光の量に比例する反応速度を有するからであ
る。又、励起光の強度を上げることは指示薬の劣化を伴
い、結果として測定精度に悪影響を与える。
応する蛍光の発生量が少ないために、使用される検出器
の感度によって分解能が制限されるという欠点を有す
る。このような状況は、励起光の強度を上げても改善さ
れない。というのは、使用される公知の蛍光指示薬は吸
収される光の量に比例する反応速度を有するからであ
る。又、励起光の強度を上げることは指示薬の劣化を伴
い、結果として測定精度に悪影響を与える。
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は上記の従来装置を改善し、特に、励起光
の強度を上げた場合に生ずる従来の欠点を伴うことな
く、与えられた指示薬材料について検出器に達する光の
量を増加することにある。
て、その目的は上記の従来装置を改善し、特に、励起光
の強度を上げた場合に生ずる従来の欠点を伴うことな
く、与えられた指示薬材料について検出器に達する光の
量を増加することにある。
本発明による試料中の物質濃度の蛍光測定装置は、蛍光
を励起するための励起光を発生する光源と、周辺媒質の
屈折率より大きい屈折率を有する平行平板からなり全反
射によって励起光又は蛍光を伝播するキャリヤ素子と、
蛍光の検出器とを備え、前記キャリヤ素子の一方の面の
少なくとも一部の領域に試料が接するように構成されて
いるものにおいて、試料と前記キャリヤ素子との間に、
試料中の検出すべき物質濃度によって蛍光特性が変化す
る指示薬層を介在させ、この指示薬層の屈折率を前記キ
ャリヤ素子の屈折率とほぼ同等にしたことに特徴があ
る。
を励起するための励起光を発生する光源と、周辺媒質の
屈折率より大きい屈折率を有する平行平板からなり全反
射によって励起光又は蛍光を伝播するキャリヤ素子と、
蛍光の検出器とを備え、前記キャリヤ素子の一方の面の
少なくとも一部の領域に試料が接するように構成されて
いるものにおいて、試料と前記キャリヤ素子との間に、
試料中の検出すべき物質濃度によって蛍光特性が変化す
る指示薬層を介在させ、この指示薬層の屈折率を前記キ
ャリヤ素子の屈折率とほぼ同等にしたことに特徴があ
る。
上記特徴構成によれば、キャリヤ素子が空気等の周辺媒
質と直接接している領域では全反射によって励起光又は
蛍光がキャリヤ素子の内部を伝播する。しかし、キャリ
ヤ素子が指示薬層と接している領域では、キャリヤ素子
の屈折率と指示薬層の屈折率とがほぼ等しいことから、
その境界面で全反射は起こらない。従って、例えば励起
光がキャリヤ素子内部を全反射によって伝播して指示薬
層との境界面に達すると、多くの励起光がその境界面で
反射することなく指示薬層まで入っていく。この結果、
より多くの蛍光が指示薬層から発生する。逆に、指示薬
層で発生した蛍光をキャリヤ素子によって検出器まで伝
播させる実施態様の場合も、指示薬層からキャリヤ素子
内部へ蛍光が入るときの全反射による損失が少なくな
る。いずれにしても、検出器に到達する蛍光の量が多く
なる。
質と直接接している領域では全反射によって励起光又は
蛍光がキャリヤ素子の内部を伝播する。しかし、キャリ
ヤ素子が指示薬層と接している領域では、キャリヤ素子
の屈折率と指示薬層の屈折率とがほぼ等しいことから、
その境界面で全反射は起こらない。従って、例えば励起
光がキャリヤ素子内部を全反射によって伝播して指示薬
層との境界面に達すると、多くの励起光がその境界面で
反射することなく指示薬層まで入っていく。この結果、
より多くの蛍光が指示薬層から発生する。逆に、指示薬
層で発生した蛍光をキャリヤ素子によって検出器まで伝
播させる実施態様の場合も、指示薬層からキャリヤ素子
内部へ蛍光が入るときの全反射による損失が少なくな
る。いずれにしても、検出器に到達する蛍光の量が多く
なる。
又、励起光と発生した蛍光との分離はキャリヤ素子を介
して行われる。即ち、一方は指示薬層との境界面を除い
てキャリヤ素子内部を全反射によって伝播し、他方は臨
界角未満の入射角でで境界面に入射してキャリア素子か
ら出ていく。その結果、両者を波長の違いから分離する
フィルタ等は不要になり、フィルタ等による損失が無く
なると共に装置の構成が簡素になる。
して行われる。即ち、一方は指示薬層との境界面を除い
てキャリヤ素子内部を全反射によって伝播し、他方は臨
界角未満の入射角でで境界面に入射してキャリア素子か
ら出ていく。その結果、両者を波長の違いから分離する
フィルタ等は不要になり、フィルタ等による損失が無く
なると共に装置の構成が簡素になる。
以下に、具体的な作用・効果についてさらに詳細に説明
する。
する。
例えば、キャリヤ素子は透明ガラス製の平行平板であ
り、光励起によって蛍光を発生する指示薬層は化学的に
又は物理的にキャリヤ素子と結合している。この結合方
法には蛍光色素を含む液体膜やポリマーコートの粘着又
は化学的結合（共有結合）、あるいは蛍光色素のキャリ
ヤ素子に対する直接的な吸着又は化学結合が含まれる。
り、光励起によって蛍光を発生する指示薬層は化学的に
又は物理的にキャリヤ素子と結合している。この結合方
法には蛍光色素を含む液体膜やポリマーコートの粘着又
は化学的結合（共有結合）、あるいは蛍光色素のキャリ
ヤ素子に対する直接的な吸着又は化学結合が含まれる。
キャリヤ素子中を伝播する光が、屈折率の小さい周辺媒
質との境界面で全反射するためには、臨界角以上の角度
でこの境界面に入射する必要がある。キャリヤ素子の屈
折率をn1、周辺媒質の屈折率をn2（n2＜n1）、臨界角を
αG1 ， ２とすればこれらの間に、 sin αG1 ， ２＝n2/n1 なる関係が成立する。
質との境界面で全反射するためには、臨界角以上の角度
でこの境界面に入射する必要がある。キャリヤ素子の屈
折率をn1、周辺媒質の屈折率をn2（n2＜n1）、臨界角を
αG1 ， ２とすればこれらの間に、 sin αG1 ， ２＝n2/n1 なる関係が成立する。
全反射を利用する方法は、キャリヤ素子の表面にミラー
コーティングを施して反射させる方法に比べて製造コス
トが低いというだけでなく、励起光と発生した蛍光とを
幾何学的に分離できるという利点をも有する。つまり、
境界面に臨界角αG1 ， ２より大きい入射角で入射する光
は全反射してキャリヤ素子から出ていかないが、臨界角
αG1 ， ２より小さい入射角で入射する光は境界面を通過
してキャリヤ素子から出ていく。
コーティングを施して反射させる方法に比べて製造コス
トが低いというだけでなく、励起光と発生した蛍光とを
幾何学的に分離できるという利点をも有する。つまり、
境界面に臨界角αG1 ， ２より大きい入射角で入射する光
は全反射してキャリヤ素子から出ていかないが、臨界角
αG1 ， ２より小さい入射角で入射する光は境界面を通過
してキャリヤ素子から出ていく。
前述したように、上記の全反射が生ずるためには周辺媒
質の屈折率がキャリヤ素子の屈折率より小さくなくては
ならない。キャリヤ素子と周辺媒質の材料の例を表１に
示す。
質の屈折率がキャリヤ素子の屈折率より小さくなくては
ならない。キャリヤ素子と周辺媒質の材料の例を表１に
示す。
周辺媒質としてポリマー材料（シリコン、PVC）を用
い、これをキャリヤ素子にコーティングし、又はこれに
キャリヤ素子を埋め込んで支持手段としても機能させる
こともできる。
い、これをキャリヤ素子にコーティングし、又はこれに
キャリヤ素子を埋め込んで支持手段としても機能させる
こともできる。
平行平板であるキャリヤ素子の一つの面に支持薬層が設
けられた構成において、励起光は例えばキャリヤ素子の
側面（側部境界面）から入射されてキャリヤ素子内を全
反射して伝播し、支持薬層へ入っていったもの以外は他
方の側部境界面から出ていく。
けられた構成において、励起光は例えばキャリヤ素子の
側面（側部境界面）から入射されてキャリヤ素子内を全
反射して伝播し、支持薬層へ入っていったもの以外は他
方の側部境界面から出ていく。
前述したように、本発明によれば励起光と蛍光とが全反
射を利用して分離される。このように、励起光と蛍光と
を区別するための従来の手段（モノクロメータ、光学フ
ィルタ）は少なくとも部分的にキャリヤ素子の適切な形
状で置き換えられる。従って、光検出器は、光源から適
当な距離だけ離れた箇所において、蛍光がキャリヤ素子
から出ていく領域のすぐ近くに配置することができる。
モノクロメータやフィルタが不要で、検出器を蛍光発生
箇所の近くに配置することができること、又、全反射に
よる励起光がほぼ無損失で伝播することから検出器に到
達する蛍光の量が増え、結果的に励起光の強度を上げる
ことなく測定精度が向上する。
射を利用して分離される。このように、励起光と蛍光と
を区別するための従来の手段（モノクロメータ、光学フ
ィルタ）は少なくとも部分的にキャリヤ素子の適切な形
状で置き換えられる。従って、光検出器は、光源から適
当な距離だけ離れた箇所において、蛍光がキャリヤ素子
から出ていく領域のすぐ近くに配置することができる。
モノクロメータやフィルタが不要で、検出器を蛍光発生
箇所の近くに配置することができること、又、全反射に
よる励起光がほぼ無損失で伝播することから検出器に到
達する蛍光の量が増え、結果的に励起光の強度を上げる
ことなく測定精度が向上する。
次に、本発明の好ましい実施態様によれば、励起光の光
源が指示薬層とキャリヤ素子との境界面の垂線方向から
指示薬層を照射するように配置されており、かつ、キャ
リヤ素子の少くとも一つの側部境界面に検出器が配置さ
れている。この側部境界面は指示薬層とキャリヤ素子と
の境界面に対しほぼ垂直である。この場合、前述の実施
態様とは逆に指示薬層が発生した蛍光が、キャリヤ素子
の内部を全反射しながらキャリヤ素子の側部境界面の検
出器に到達する。一方、光源からの励起光はキャリヤ素
子の上下境界面（平行面）に対して垂直方向から投射さ
れるので、上下境界面における入射角が全反射の臨界角
以上にならず、従って、キャリヤ素子内を全反射して検
出器に到達することはない。
源が指示薬層とキャリヤ素子との境界面の垂線方向から
指示薬層を照射するように配置されており、かつ、キャ
リヤ素子の少くとも一つの側部境界面に検出器が配置さ
れている。この側部境界面は指示薬層とキャリヤ素子と
の境界面に対しほぼ垂直である。この場合、前述の実施
態様とは逆に指示薬層が発生した蛍光が、キャリヤ素子
の内部を全反射しながらキャリヤ素子の側部境界面の検
出器に到達する。一方、光源からの励起光はキャリヤ素
子の上下境界面（平行面）に対して垂直方向から投射さ
れるので、上下境界面における入射角が全反射の臨界角
以上にならず、従って、キャリヤ素子内を全反射して検
出器に到達することはない。
この構成では、キャリヤ素子の上下境界面の一方の全面
が指示薬層で被われ、かつ、指示薬層の屈折率が周辺媒
質の屈折率より大きいことが好ましい。さらに、光源と
キャリヤ素子との間に、励起光の上下境界面に対する入
射角を規制する絞り手段を設けるようにすれば一層好ま
しい。これはキャリヤ素子の上下境界面における励起光
の部分反射を回避するのに役立つ。或いは、励起光の光
軸からの角度広がりを低減する手段（例えば光学レン
ズ）を用いてもよい。蛍光指示薬層は、キャリヤ素子の
上下境界面の一つの全面を覆うようにしてもよいし、一
部、例えば試料と接触する部分のみを覆うようにしても
よい。
が指示薬層で被われ、かつ、指示薬層の屈折率が周辺媒
質の屈折率より大きいことが好ましい。さらに、光源と
キャリヤ素子との間に、励起光の上下境界面に対する入
射角を規制する絞り手段を設けるようにすれば一層好ま
しい。これはキャリヤ素子の上下境界面における励起光
の部分反射を回避するのに役立つ。或いは、励起光の光
軸からの角度広がりを低減する手段（例えば光学レン
ズ）を用いてもよい。蛍光指示薬層は、キャリヤ素子の
上下境界面の一つの全面を覆うようにしてもよいし、一
部、例えば試料と接触する部分のみを覆うようにしても
よい。
また、検出器側の側端境界面と検出器との間に周辺媒質
の屈折率より大きな屈折率を有するカップリング層を介
装してもよい。カップリング層の屈折率はキャリヤ素子
の屈折率以上であることが特に望ましい。ポリマー材料
からなるカップリング層を検出器に取り付けてもよい。
このようにして、側端境界面から検出器への蛍光の伝達
がカップリング層の屈折率整合媒質（例えば含浸油やポ
リマー層）によって向上する。
の屈折率より大きな屈折率を有するカップリング層を介
装してもよい。カップリング層の屈折率はキャリヤ素子
の屈折率以上であることが特に望ましい。ポリマー材料
からなるカップリング層を検出器に取り付けてもよい。
このようにして、側端境界面から検出器への蛍光の伝達
がカップリング層の屈折率整合媒質（例えば含浸油やポ
リマー層）によって向上する。
これらの実施態様の主な利点は、キャリヤ素子の上下境
界面に比べてずっと多くの蛍光が側端境界面から放射さ
れることである。表２に、上下境界面及び側端境界面か
ら放射される蛍光を比較して示す。表２において、全反
射に関与する媒質（キャリヤ素子、周辺媒質、蛍光指示
薬層）の屈折率が、よく用いられる３つの組み合わせと
して与えられている。尚、指示薬層の屈折率を変えてい
るが、形状寸法は一定である。
界面に比べてずっと多くの蛍光が側端境界面から放射さ
れることである。表２に、上下境界面及び側端境界面か
ら放射される蛍光を比較して示す。表２において、全反
射に関与する媒質（キャリヤ素子、周辺媒質、蛍光指示
薬層）の屈折率が、よく用いられる３つの組み合わせと
して与えられている。尚、指示薬層の屈折率を変えてい
るが、形状寸法は一定である。
表２は、キャリヤ素子と表示薬層との屈折率の違いが一
定の限度内で許容されることを示している。例えば、n2
＜n1の場合は側端境界面から放射される光量にほとんど
影響しないが、n2＞n1の場合は指示薬層からキャリヤ素
子へ蛍光が入射する際に全反射による損失が生じ、側端
境界面からの放射光が減少する。もっとも、指示薬層か
らキャリヤ素子へ入射する際の全反射による損失となる
成分、即ち表２には現れない成分は、指示薬層が上下境
界面の全面を被っており、且つ、キャリヤ素子の側端境
界面の検出器の光感応層と接している場合には、少くと
も部分的には検出される。
定の限度内で許容されることを示している。例えば、n2
＜n1の場合は側端境界面から放射される光量にほとんど
影響しないが、n2＞n1の場合は指示薬層からキャリヤ素
子へ蛍光が入射する際に全反射による損失が生じ、側端
境界面からの放射光が減少する。もっとも、指示薬層か
らキャリヤ素子へ入射する際の全反射による損失となる
成分、即ち表２には現れない成分は、指示薬層が上下境
界面の全面を被っており、且つ、キャリヤ素子の側端境
界面の検出器の光感応層と接している場合には、少くと
も部分的には検出される。
表２はさらに、キャリヤ素子、指示薬層及び周辺媒質の
現実的な組み合わせにおいて、側端境界面から放射され
る光成分が上下境界面から放射される光成分の２倍〜2.
5倍であることを示している。
現実的な組み合わせにおいて、側端境界面から放射され
る光成分が上下境界面から放射される光成分の２倍〜2.
5倍であることを示している。
別の利点は、検出器を上述のようにキャリヤ素子の側部
境界面に直接設置することができるので、上下境界面か
ら放射される光を測定する場合のように励起光と蛍光と
を区別するためのフィルタ等の手段を放射面と検出器の
間に設置する必要がないことである。
境界面に直接設置することができるので、上下境界面か
ら放射される光を測定する場合のように励起光と蛍光と
を区別するためのフィルタ等の手段を放射面と検出器の
間に設置する必要がないことである。
さらに別の実施態様では、検出器が指示薬層に対して基
本的には垂直に配置され、且つ、励起光の光源が、やは
り指示薬層に対し基本的に垂直なキャリヤ素子の境界面
に配置されている。この境界面は励起光によって照射さ
れる指示薬層から一定の距離のところにあり、これによ
って励起光はキャリヤ素子内で少くとも１回全反射する
ことができる。キャリヤ素子のこの境界面と指示薬層と
の間に、好ましくは境界面から一定距離のところに光遮
断スクリーンを設けてもよい。このように励起光は平行
平板であるキャリヤ素子内を主に全反射によって伝播
し、蛍光はキャリヤ素子の上下境界面の少くとも一面で
発生する。指示薬層による励起光の部分吸収を避けるた
めには、上下境界面の試料と接触する部分だけに蛍光指
示薬層を設けるのがよい。このような構成にするための
前提として、キャリヤ素子及び蛍光指示薬層の屈折率は
周辺媒質の屈折率より大きい必要がある。
本的には垂直に配置され、且つ、励起光の光源が、やは
り指示薬層に対し基本的に垂直なキャリヤ素子の境界面
に配置されている。この境界面は励起光によって照射さ
れる指示薬層から一定の距離のところにあり、これによ
って励起光はキャリヤ素子内で少くとも１回全反射する
ことができる。キャリヤ素子のこの境界面と指示薬層と
の間に、好ましくは境界面から一定距離のところに光遮
断スクリーンを設けてもよい。このように励起光は平行
平板であるキャリヤ素子内を主に全反射によって伝播
し、蛍光はキャリヤ素子の上下境界面の少くとも一面で
発生する。指示薬層による励起光の部分吸収を避けるた
めには、上下境界面の試料と接触する部分だけに蛍光指
示薬層を設けるのがよい。このような構成にするための
前提として、キャリヤ素子及び蛍光指示薬層の屈折率は
周辺媒質の屈折率より大きい必要がある。
励起光はキャリヤ素子の内部を全反射して指示薬層まで
伝播し、キャリヤ素子と指示薬層との境界面では両者の
屈折率がほぼ等しければ全反射することなく指示薬層に
入って行き、蛍光指示薬の励起を確実にする。
伝播し、キャリヤ素子と指示薬層との境界面では両者の
屈折率がほぼ等しければ全反射することなく指示薬層に
入って行き、蛍光指示薬の励起を確実にする。
散乱光を除いて励起光の大部分は蛍光指示薬層から又は
キャリヤ素子の他方の境界面から周辺媒質へ出て行くこ
とができずにこれらの境界面で全反射するので、光検出
器は上下境界面の指示薬層と反対側の面に、又は試料室
（例えば透過性ガスの測定用）に面して、又はその両方
に配置することができる。基本的には指示薬層と同じ領
域をカバーするように配置するのがよい。
キャリヤ素子の他方の境界面から周辺媒質へ出て行くこ
とができずにこれらの境界面で全反射するので、光検出
器は上下境界面の指示薬層と反対側の面に、又は試料室
（例えば透過性ガスの測定用）に面して、又はその両方
に配置することができる。基本的には指示薬層と同じ領
域をカバーするように配置するのがよい。
このような構成の利点として、光学フィルタを全く必要
としないので、或いは散乱した励起光のみを吸収するた
めのごく薄い光学フィルタで間に合うので、検出器を上
下境界面のごく近くに配置することができる。加えて、
この領域に励起光の光路が必要でないので、上下境界面
から発せられた蛍光を、平行平板であるキャリヤ素子の
両側の側部境界面で検出できるという利点も挙げられ
る。
としないので、或いは散乱した励起光のみを吸収するた
めのごく薄い光学フィルタで間に合うので、検出器を上
下境界面のごく近くに配置することができる。加えて、
この領域に励起光の光路が必要でないので、上下境界面
から発せられた蛍光を、平行平板であるキャリヤ素子の
両側の側部境界面で検出できるという利点も挙げられ
る。
好ましくは、蛍光指示薬層の屈折率を、基本的条件n2＞
n3を満足させながら、小さくすればよい。このようにし
て上下境界面から放射される蛍光成分を大きくすること
ができる（第２参照）。指示薬層を効果的に照射するに
はキャリヤ素子の屈折率n1が指示薬層の屈折率n2を大き
く越えてはならない。
n3を満足させながら、小さくすればよい。このようにし
て上下境界面から放射される蛍光成分を大きくすること
ができる（第２参照）。指示薬層を効果的に照射するに
はキャリヤ素子の屈折率n1が指示薬層の屈折率n2を大き
く越えてはならない。
n1＞n2であれば励起光の一部がキャリヤ素子と指示薬層
との境界面で全反射するからである。
との境界面で全反射するからである。
他の実施態様として、励起光の入射面、蛍光の検出のた
めの境界面、及び指示薬層をそれぞれ互いに垂直に配置
することができる。これは、基本的には上述した２つの
好ましい実施形態の組み合わせである。
めの境界面、及び指示薬層をそれぞれ互いに垂直に配置
することができる。これは、基本的には上述した２つの
好ましい実施形態の組み合わせである。
平行平板であるキャリヤ素子の基本面を適当に選択する
ことによって、励起及び検出の両方をキャリヤ素子の側
部境界面で行うことが可能になる。側部境界面での検出
に加えて、キャリヤ素子の上下境界面から放射される発
光を検出することも可能になる。
ことによって、励起及び検出の両方をキャリヤ素子の側
部境界面で行うことが可能になる。側部境界面での検出
に加えて、キャリヤ素子の上下境界面から放射される発
光を検出することも可能になる。
その場合、キャリヤ素子の上下境界面に台形状に形成す
ることによって、全反射の臨界角が45゜以上となる材料
の組み合わせ（周辺媒質、キャリヤ素子）が可能にな
る。
ることによって、全反射の臨界角が45゜以上となる材料
の組み合わせ（周辺媒質、キャリヤ素子）が可能にな
る。
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図に示すように、キャリヤ素子３を有するセンサ素
子１が備えられている。キャリヤ素子３は、平行な上面
及び下面５を有する平行平板４として形成されており、
下面５の一部分に指示薬層２がコーティングされてい
る。その指示薬層２を囲むように試料室６が設けられ、
その入口７を通って測定対象である試料（流動体）が試
料室６流れ込み、出口８から出ていく。
子１が備えられている。キャリヤ素子３は、平行な上面
及び下面５を有する平行平板４として形成されており、
下面５の一部分に指示薬層２がコーティングされてい
る。その指示薬層２を囲むように試料室６が設けられ、
その入口７を通って測定対象である試料（流動体）が試
料室６流れ込み、出口８から出ていく。
試料室６内の指示薬層２から少し離れて光を検出する検
出器９が配設されている。検出器９は検出した光に対応
する電気信号を端子10,11を介して図示しない評価ユニ
ットに送る。平行平板４（キャリヤ素子３）の上面５に
も、同様の検出器９が配設されている。
出器９が配設されている。検出器９は検出した光に対応
する電気信号を端子10,11を介して図示しない評価ユニ
ットに送る。平行平板４（キャリヤ素子３）の上面５に
も、同様の検出器９が配設されている。
平行平板４の側部境界面12は指示薬層２がコーティング
された下面５に対し基本的に直角であり、この境界面12
に光源13が配置されている。光源13は境界面12を介して
平行平板４の内部へ励起光を送り込む。尚、平行平板４
は励起光に対して透過性を有する。又、境界面12の周囲
には、光源13から検出器９への直接光を遮るための遮蔽
板14が設けられている。
された下面５に対し基本的に直角であり、この境界面12
に光源13が配置されている。光源13は境界面12を介して
平行平板４の内部へ励起光を送り込む。尚、平行平板４
は励起光に対して透過性を有する。又、境界面12の周囲
には、光源13から検出器９への直接光を遮るための遮蔽
板14が設けられている。
光源13からの光に対する平行平板４の屈折率は平行平板
４の表面（指示薬層２がコーティングされていない部
分）に接している周囲の媒質の屈折率より大きい。その
ため、光源13からの励起光は平行平板４の中を全反射し
ながら伝播する。そして、平行平板４とほぼ同じ屈折率
を有する指示薬層２がコーティングされている部分に達
すると、励起光は全反射せずに平行平板４と指示薬層２
との境界面を通過して指示薬層２の内部に入射する。す
ると、指示薬が、測定室６の内部にある試料の中の検出
すべき物質との相互作用に基づいて、励起光に励起され
て蛍光を発する。第１図において、励起光は実線で、発
生した蛍光は破線で示している。発生した蛍光のスペク
トルや強度（又はその変化）が検出器９によって検出さ
れる。
４の表面（指示薬層２がコーティングされていない部
分）に接している周囲の媒質の屈折率より大きい。その
ため、光源13からの励起光は平行平板４の中を全反射し
ながら伝播する。そして、平行平板４とほぼ同じ屈折率
を有する指示薬層２がコーティングされている部分に達
すると、励起光は全反射せずに平行平板４と指示薬層２
との境界面を通過して指示薬層２の内部に入射する。す
ると、指示薬が、測定室６の内部にある試料の中の検出
すべき物質との相互作用に基づいて、励起光に励起され
て蛍光を発する。第１図において、励起光は実線で、発
生した蛍光は破線で示している。発生した蛍光のスペク
トルや強度（又はその変化）が検出器９によって検出さ
れる。
励起光はキャリヤ素子３中を全反射しながら伝播するの
で、散乱光成分を除いて励起光が検出器９に達すること
はない。一方、指示薬層２から発した蛍光は全反射のた
めの幾何学的条件、即ち境界面（上面５）に対する入射
角が臨界角以上になる条件を満たさずに、上面５から出
て検出器９に入る。従って、励起光と蛍光とを波長の違
いによって分離して蛍光のみを通過させるフィルタを検
出器の前に置く必要はない。更に、検出器９を指示薬層
２のごく近くに配置することができるので、励起光の強
度を上げることなく検出器９に検出される蛍光の量を増
すことができ、これによって測定精度が向上する。
で、散乱光成分を除いて励起光が検出器９に達すること
はない。一方、指示薬層２から発した蛍光は全反射のた
めの幾何学的条件、即ち境界面（上面５）に対する入射
角が臨界角以上になる条件を満たさずに、上面５から出
て検出器９に入る。従って、励起光と蛍光とを波長の違
いによって分離して蛍光のみを通過させるフィルタを検
出器の前に置く必要はない。更に、検出器９を指示薬層
２のごく近くに配置することができるので、励起光の強
度を上げることなく検出器９に検出される蛍光の量を増
すことができ、これによって測定精度が向上する。
次に第２図に示す別実施例では、平行平板４の下面５の
全面にコーティングされた指示薬層２の垂線方向から励
起光を投射するように光源13を配置している。そして、
絞り手段15を用いて平行平板４の上下境界面５に対する
励起光の入射角を規制している。これによって励起光は
平行平板４を通過して指示薬層２には達するが、平行平
板４の側部境界面12に配置された検出器９に達すること
はない。また、図１と同様に、入口７及び出口８を有す
る試料室６が設けられている。
全面にコーティングされた指示薬層２の垂線方向から励
起光を投射するように光源13を配置している。そして、
絞り手段15を用いて平行平板４の上下境界面５に対する
励起光の入射角を規制している。これによって励起光は
平行平板４を通過して指示薬層２には達するが、平行平
板４の側部境界面12に配置された検出器９に達すること
はない。また、図１と同様に、入口７及び出口８を有す
る試料室６が設けられている。
試料室６が設けられている領域の指示薬層２が光源13か
らの励起光によって励起されて発した蛍光は第２図にお
いて破線で示されている。試料室６から検出器９の方向
へ所定距離だけ離れれば、キャリヤ素子３の内部におい
て全反射を生ずる臨界角の条件が満たされる。従って、
この構成においても、フィルタを付加することなく検出
器９に蛍光のみが達するようにすることができる。
らの励起光によって励起されて発した蛍光は第２図にお
いて破線で示されている。試料室６から検出器９の方向
へ所定距離だけ離れれば、キャリヤ素子３の内部におい
て全反射を生ずる臨界角の条件が満たされる。従って、
この構成においても、フィルタを付加することなく検出
器９に蛍光のみが達するようにすることができる。
第３図に示す別実施例は、基本的には第１図の構成と第
２図の構成との組み合わせである。第１図と同様に、光
源13はキャリヤ素子３つまり平行平板４の画部境界面に
配置され、遮蔽板14も設けられている。光源が配置され
ている境界面に垂直な２つの側部境界面には、検出器９
が一つずつ配置されている。そして、光源が配置されて
いる境界面及び検出器９が配置されている境界面に垂直
な上（下）面５に指示薬層２がコーティングされてい
る。尚、試料室の図示は省略している。
２図の構成との組み合わせである。第１図と同様に、光
源13はキャリヤ素子３つまり平行平板４の画部境界面に
配置され、遮蔽板14も設けられている。光源が配置され
ている境界面に垂直な２つの側部境界面には、検出器９
が一つずつ配置されている。そして、光源が配置されて
いる境界面及び検出器９が配置されている境界面に垂直
な上（下）面５に指示薬層２がコーティングされてい
る。尚、試料室の図示は省略している。
キャリヤ素子３に入射する励起光はキャリヤ素子３内を
全反射しながら指示薬層２へ到達し、指示薬層２から発
した蛍光はキャリヤ素子３内を全反射しながら検出器９
へ到達する。しかしキャリヤ素子３に入射する励起光が
直接検出器へ到達することはない。というのは、キャリ
ヤ素子３に入射する励起光のうち検出器９が配置された
側部境界面に直接到達する光は、臨界角以上の入射角で
側部境界面に入射して全反射するからである。従って、
散乱光を除いて、指示薬層２から発した蛍光のみが検出
器９によって検出される。指示薬層２から発した蛍光の
みが検出器９に到達することを確実にするために、散乱
光を透過させないフィルタを設けてもよく、この場合非
常に薄いフィルタで足りる。
全反射しながら指示薬層２へ到達し、指示薬層２から発
した蛍光はキャリヤ素子３内を全反射しながら検出器９
へ到達する。しかしキャリヤ素子３に入射する励起光が
直接検出器へ到達することはない。というのは、キャリ
ヤ素子３に入射する励起光のうち検出器９が配置された
側部境界面に直接到達する光は、臨界角以上の入射角で
側部境界面に入射して全反射するからである。従って、
散乱光を除いて、指示薬層２から発した蛍光のみが検出
器９によって検出される。指示薬層２から発した蛍光の
みが検出器９に到達することを確実にするために、散乱
光を透過させないフィルタを設けてもよく、この場合非
常に薄いフィルタで足りる。
第４図に示す実施例は、キャリヤ素子３の側部境界面と
検出器９との間にカップリング層15′を配置したもので
ある。カップリング層15′は、例えばポリマー材料でつ
くられ、検出器９に直接備えさせることもできる。カッ
プリング層15′の屈折率はキャリヤ素子の周辺媒質の屈
折率よりも大きく、好ましくはキャリヤ素子の屈折率以
上である。このように構成すれば、カップリング層15′
の集光作用によって検出器９への光の到達率が改善され
る。
検出器９との間にカップリング層15′を配置したもので
ある。カップリング層15′は、例えばポリマー材料でつ
くられ、検出器９に直接備えさせることもできる。カッ
プリング層15′の屈折率はキャリヤ素子の周辺媒質の屈
折率よりも大きく、好ましくはキャリヤ素子の屈折率以
上である。このように構成すれば、カップリング層15′
の集光作用によって検出器９への光の到達率が改善され
る。
図面は本発明による試料中の物質濃度の蛍光測定装置の
実施例を示し、第１図は第１実施例の側面断面図、第２
図は第２実施例の側面断面図、第３図は第３実施例の斜
視図、第４図は第４実施例の要部を表す側面図である。 ２……指示薬層、３……キャリヤ素子、５……面、９…
…検出器、12……側部境界面、13……光源、15……絞り
手段、15′……カップリング層。
実施例を示し、第１図は第１実施例の側面断面図、第２
図は第２実施例の側面断面図、第３図は第３実施例の斜
視図、第４図は第４実施例の要部を表す側面図である。 ２……指示薬層、３……キャリヤ素子、５……面、９…
…検出器、12……側部境界面、13……光源、15……絞り
手段、15′……カップリング層。
Claims (9)
- 【請求項１】蛍光を励起するための励起光を発生する光
源（13）と、周辺媒質の屈折率より大きい屈折率を有す
る平行平板からなり全反射によって励起光又は蛍光を伝
播するキャリヤ素子（３）と、蛍光の検出器（９）とを
備え、前記キャリヤ素子（３）の一方の面（５）の少な
くとも一部の領域に試料が接するように構成されている
試料中の物質濃度の蛍光測定装置において、 試料と前記キャリヤ素子（３）との間に、試料中の検出
すべき物質濃度によって蛍光特性が変化する指示薬層
（２）を介在させ、この指示薬層（２）の屈折率を前記
キャリヤ素子（３）の屈折率とほぼ同等にしたことを特
徴とする試料中の物質濃度の蛍光測定装置。 - 【請求項２】前記光源（13）が前記指示薬層（２）の垂
線方向から励起光を投射するように配設され、かつ、前
記検出器（９）が前記キャリヤ素子（３）の前記指示薬
層（２）にほぼ垂直な側部境界面（12）に配設されてい
る特許請求の範囲第１項記載の蛍光測定装置。 - 【請求項３】前記指示薬層（２）が前記キャリヤ素子
（３）の一方の面（５）を完全に覆い、かつ、その指示
薬層（２）の屈折率が前記周辺媒質の屈折率より大きい
ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の蛍光測定
装置。 - 【請求項４】前記光源（13）と前記キャリヤ素子（３）
との間に、励起光の入射角を制限する絞り手段（15）が
設けられている特許請求の範囲第２項又は第３項記載の
蛍光測定装置。 - 【請求項５】前記検出器（９）と前記キャリヤ素子
（３）の側部境界面（12）との間に、前記周辺媒質の屈
折率よりも大きい屈折率を有するカップリング層（1
5′）が介装されている特許請求の範囲第２項から第４
項のいずれか１項記載の蛍光測定装置。 - 【請求項６】前記カップリング層（15′）の屈折率が、
前記キャリヤ素子（３）の屈折率以上である特許請求の
範囲第５項記載の蛍光測定装置。 - 【請求項７】前記カップリング層（15′）が、前記検出
器（９）に直接付けられたポリマー材料からなることを
特徴とする特許請求の範囲第５項又は第６項記載の蛍光
測定装置。 - 【請求項８】前記キャリヤ素子（３）の、励起光の入射
面と、蛍光の検出のための境界面と、前記指示薬層
（２）が設けられた面とが相互に垂直に形成されている
特許請求の範囲第１項記載の蛍光測定装置。 - 【請求項９】励起光の入射面と蛍光の検出のための境界
面とが90゜より大きい角度となるように、前記キャリヤ
素子（３）の上下境界面（５）が台形状に形成されてい
る特許請求の範囲第１項記載の蛍光測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AT0295584A AT383684B (de) | 1984-09-17 | 1984-09-17 | Anordnung zur fluoreszenzoptischen messung von stoffkonzentrationen in einer probe |
| AT2955/84 | 1984-09-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6177745A JPS6177745A (ja) | 1986-04-21 |
| JPH0678982B2 true JPH0678982B2 (ja) | 1994-10-05 |
Family
ID=3543017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60206191A Expired - Lifetime JPH0678982B2 (ja) | 1984-09-17 | 1985-09-17 | 試料中の物質濃度の蛍光測定装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4703182A (ja) |
| JP (1) | JPH0678982B2 (ja) |
| AT (1) | AT383684B (ja) |
| DE (1) | DE3532563A1 (ja) |
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| GB8629283D0 (en) * | 1986-12-08 | 1987-01-14 | Gen Electric Co Plc | Radiation meters |
| JPH0799353B2 (ja) * | 1987-03-31 | 1995-10-25 | 株式会社島津製作所 | 塩基配列決定装置 |
| GB8714503D0 (en) * | 1987-06-20 | 1987-07-22 | Pa Consulting Services | Detector |
| US5564419A (en) * | 1987-11-25 | 1996-10-15 | Radiometer A/S | Method of photometric in vitro determination of the content of oxygen in a blood sample |
| DK163194C (da) * | 1988-12-22 | 1992-06-22 | Radiometer As | Fremgangsmaade ved fotometrisk in vitro bestemmelse af en blodgasparameter i en blodproeve |
| DE69005270T2 (de) * | 1989-06-22 | 1994-07-07 | Ars Holding 89 Nv | Verfahren zur optischen analyse. |
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| US5340715A (en) * | 1991-06-07 | 1994-08-23 | Ciba Corning Diagnostics Corp. | Multiple surface evanescent wave sensor with a reference |
| DE4128846C2 (de) * | 1991-08-30 | 1994-07-14 | Rainer Dr Klein | Integriert optischer Stoffsensor |
| AT397458B (de) * | 1992-09-25 | 1994-04-25 | Avl Verbrennungskraft Messtech | Sensoranordnung |
| JPH07318481A (ja) * | 1994-05-25 | 1995-12-08 | Daikin Ind Ltd | 光学的測定方法およびその装置 |
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