JPH0749309A - 光散乱式成分濃度測定装置および方法 - Google Patents
光散乱式成分濃度測定装置および方法Info
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- JPH0749309A JPH0749309A JP5194653A JP19465393A JPH0749309A JP H0749309 A JPH0749309 A JP H0749309A JP 5194653 A JP5194653 A JP 5194653A JP 19465393 A JP19465393 A JP 19465393A JP H0749309 A JPH0749309 A JP H0749309A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 透過性が良好で、光量子エネルギが比較的低
い近赤外波長領域の光を使って、非破壊的に被測定物中
の成分の濃度を測定することを可能とした光散乱式成分
濃度測定装置および方法を提供する。 【構成】 近赤外波長領域を含む励起光を被測定物１６
に照射する光照射部１と、この被測定物１６からのラマ
ン散乱光を分光し、受光する受光部２と、このラマン散
乱光の光量から被測定物１６内の成分の濃度を算出し、
算出結果を出力する演算部３とから形成した。
い近赤外波長領域の光を使って、非破壊的に被測定物中
の成分の濃度を測定することを可能とした光散乱式成分
濃度測定装置および方法を提供する。 【構成】 近赤外波長領域を含む励起光を被測定物１６
に照射する光照射部１と、この被測定物１６からのラマ
ン散乱光を分光し、受光する受光部２と、このラマン散
乱光の光量から被測定物１６内の成分の濃度を算出し、
算出結果を出力する演算部３とから形成した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ラマン散乱光を利用し
て非破壊的に柑橘類果実内の成分濃度を測定する光散乱
式成分濃度測定装置および方法に関するものである。
て非破壊的に柑橘類果実内の成分濃度を測定する光散乱
式成分濃度測定装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ラマン散乱光を利用して非破壊的
に被測定物内の成分濃度を測定する装置は公知である
（特開平４−２５４７４４号公報）。この装置は、柑橘
類果実に可視光領域のレーザ（例：波長５１４．５ｎ
ｍ）を照射して、柑橘類果実の果皮に含まれるカロチノ
イドに起因して発生するラマン散乱光の強度に基づいて
柑橘類果実の味覚を判定するようにしたものである。そ
して、この味覚を判定するために、柑橘類果実の果皮に
含まれるカロチノイドの含有量から、柑橘類果実の糖酸
比を推定している。
に被測定物内の成分濃度を測定する装置は公知である
（特開平４−２５４７４４号公報）。この装置は、柑橘
類果実に可視光領域のレーザ（例：波長５１４．５ｎ
ｍ）を照射して、柑橘類果実の果皮に含まれるカロチノ
イドに起因して発生するラマン散乱光の強度に基づいて
柑橘類果実の味覚を判定するようにしたものである。そ
して、この味覚を判定するために、柑橘類果実の果皮に
含まれるカロチノイドの含有量から、柑橘類果実の糖酸
比を推定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置では、
被測定物である柑橘類果実の果皮に含まれるカロチノイ
ドの含有量を算出するために可視光の領域のレーザを用
いている。この可視光の領域のレーザは、被測定物に照
射したときの透過性が低く、被測定物内での吸収や散乱
のために減衰率が大きい。このため、上記装置では、柑
橘類果実の味覚を判定するのに、果実そのものではな
く、その果皮、即ち表層部からのラマン散乱光の光量を
測定して、果実に含まれるカロチノイドの含有量を推定
しているものと思われる。
被測定物である柑橘類果実の果皮に含まれるカロチノイ
ドの含有量を算出するために可視光の領域のレーザを用
いている。この可視光の領域のレーザは、被測定物に照
射したときの透過性が低く、被測定物内での吸収や散乱
のために減衰率が大きい。このため、上記装置では、柑
橘類果実の味覚を判定するのに、果実そのものではな
く、その果皮、即ち表層部からのラマン散乱光の光量を
測定して、果実に含まれるカロチノイドの含有量を推定
しているものと思われる。
【０００４】また、この可視光の領域のレーザは、近赤
外領域のレーザに比して大きなエネルギを有している。
このため、例えば臨床医学検査の場合のように、被測定
物が生体の場合、生体内の測定部位に到達する可視光の
領域のレーザを用いると、生体内の組織を破壊してしま
うという問題が生じる。また、可視光領域のレーザを照
射して、被測定物の成分濃度を測定する場合、可視光領
域のレーザ励起による生体のラマン分光では、物質から
の生体から蛍光が発生すること、並びに光分解、即ち光
化学反応が発生し易いという問題がある。
外領域のレーザに比して大きなエネルギを有している。
このため、例えば臨床医学検査の場合のように、被測定
物が生体の場合、生体内の測定部位に到達する可視光の
領域のレーザを用いると、生体内の組織を破壊してしま
うという問題が生じる。また、可視光領域のレーザを照
射して、被測定物の成分濃度を測定する場合、可視光領
域のレーザ励起による生体のラマン分光では、物質から
の生体から蛍光が発生すること、並びに光分解、即ち光
化学反応が発生し易いという問題がある。
【０００５】蛍光が発生し、光化学反応が発生し易い原
因は次の通りである。従来の可視光領域のレーザ励起に
よれば光量子のエネルギが目的とする遷移エネルギに対
し相対的に高いため、目的とするラマン散乱光を発生さ
せる振動準位へ電子を励起する他に、電子状態の異なる
高いエネルギ準位への励起をも可能にする故、エネルギ
準位間の遷移によるラマン散乱が生じる際、高いエネル
ギレベルの準位も励起するのが原因で、蛍光が発生する
と考えられている。この結果、ラマンスペクトルのバッ
クグラウンド信号が強くなりスペクトルの測定が困難と
なる。
因は次の通りである。従来の可視光領域のレーザ励起に
よれば光量子のエネルギが目的とする遷移エネルギに対
し相対的に高いため、目的とするラマン散乱光を発生さ
せる振動準位へ電子を励起する他に、電子状態の異なる
高いエネルギ準位への励起をも可能にする故、エネルギ
準位間の遷移によるラマン散乱が生じる際、高いエネル
ギレベルの準位も励起するのが原因で、蛍光が発生する
と考えられている。この結果、ラマンスペクトルのバッ
クグラウンド信号が強くなりスペクトルの測定が困難と
なる。
【０００６】光化学反応が発生する原因も、可視光波長
領域のレーザの光量子エネルギが比較的高いことにある
と考えられる。即ち、レーザのエネルギをある物質が吸
収した後に分子構造を変化させてしまう結果、光化学反
応が生じると考えられる。この結果、被測定物の組織は
ミクロ的に見れば損傷を受けることとなり、厳密な意味
で非破壊分析でなくなるという問題がある。特に、レー
ザラマン分光を生体や食品の分析に適用する場合、これ
らの物質が複雑で光分解され易い成分を含有することが
多いため、上記問題点が鮮明となる。本発明は、斯る従
来の問題点を課題としてなされたもので、透過性が良好
で、蛍光に起因するバックグラウンド信号が弱く、光化
学反応を生じないエネルギが低い波長領域の光を使っ
て、非破壊的に被測定物内の成分の濃度をすることを可
能とした光散乱式成分濃度測定装置および方法を提供し
ようとするものである。
領域のレーザの光量子エネルギが比較的高いことにある
と考えられる。即ち、レーザのエネルギをある物質が吸
収した後に分子構造を変化させてしまう結果、光化学反
応が生じると考えられる。この結果、被測定物の組織は
ミクロ的に見れば損傷を受けることとなり、厳密な意味
で非破壊分析でなくなるという問題がある。特に、レー
ザラマン分光を生体や食品の分析に適用する場合、これ
らの物質が複雑で光分解され易い成分を含有することが
多いため、上記問題点が鮮明となる。本発明は、斯る従
来の問題点を課題としてなされたもので、透過性が良好
で、蛍光に起因するバックグラウンド信号が弱く、光化
学反応を生じないエネルギが低い波長領域の光を使っ
て、非破壊的に被測定物内の成分の濃度をすることを可
能とした光散乱式成分濃度測定装置および方法を提供し
ようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１発明は、近赤外波長領域を含む励起光を被測定
物に照射する光照射部と、この被測定物からのラマン散
乱光を分光し、受光する受光部と、このラマン散乱光の
光量から被測定物内の成分の濃度を算出し、算出結果を
出力する演算部とから形成した。
に、第１発明は、近赤外波長領域を含む励起光を被測定
物に照射する光照射部と、この被測定物からのラマン散
乱光を分光し、受光する受光部と、このラマン散乱光の
光量から被測定物内の成分の濃度を算出し、算出結果を
出力する演算部とから形成した。
【０００８】第２発明は、上記光照射部が、レーザ発生
装置である構成とした。
装置である構成とした。
【０００９】第３発明は、上記成分がグルコースであっ
て、上記ラマン散乱光が波数１０９０〜１１５０ｃｍ-1
である構成とした。
て、上記ラマン散乱光が波数１０９０〜１１５０ｃｍ-1
である構成とした。
【００１０】第４発明は、上記成分がグルコースであっ
て、上記ラマン散乱光が波数２８５０〜３０００ｃｍ-1
である構成とした。
て、上記ラマン散乱光が波数２８５０〜３０００ｃｍ-1
である構成とした。
【００１１】第５発明は、光照射部より被測定物に近赤
外波長領域を含む励起光を照射するステップと、受光部
によりこの被測定物からのラマン散乱光を分光し、受光
するステップと、演算部によりこのラマン散乱光の強度
から被測定物内の成分の濃度を算出し、算出結果を出力
するステップとから構成した。
外波長領域を含む励起光を照射するステップと、受光部
によりこの被測定物からのラマン散乱光を分光し、受光
するステップと、演算部によりこのラマン散乱光の強度
から被測定物内の成分の濃度を算出し、算出結果を出力
するステップとから構成した。
【００１２】
【作用】上記発明のように構成することにより、被測定
物の内部組織を破壊することなく、被測定物の内部から
のラマン散乱光により直接成分の濃度が測定されるよう
になる。
物の内部組織を破壊することなく、被測定物の内部から
のラマン散乱光により直接成分の濃度が測定されるよう
になる。
【００１３】
【実施例】次に、本発明の一実施例を図面にしたがって
説明する。図１は、第５発明に係る光散乱式成分濃度測
定方法を適用した第１，第２，第３，第４発明の第１実
施例に係る光散乱式成分濃度測定装置を示し、光照射部
１，受光部２、および演算部３からなっている。光照射
部１は、レーザ発生装置１１と、二つの反射ミラー１
２，１３、および凸レンズ１４を有する光学系１５とか
らなっている。そして、レーザ発生装置１１により近赤
外波長領域を含むレーザを発生する。また、反射ミラー
１２，１３のそれぞれは、反射して、凸レンズ１４によ
りレーザを被測定物１６上に集束させている。そして、
この二つの反射ミラー１２の角度，位置を調節すること
により、被測定物１６に対して、レーザの光軸合わせが
可能となっている。
説明する。図１は、第５発明に係る光散乱式成分濃度測
定方法を適用した第１，第２，第３，第４発明の第１実
施例に係る光散乱式成分濃度測定装置を示し、光照射部
１，受光部２、および演算部３からなっている。光照射
部１は、レーザ発生装置１１と、二つの反射ミラー１
２，１３、および凸レンズ１４を有する光学系１５とか
らなっている。そして、レーザ発生装置１１により近赤
外波長領域を含むレーザを発生する。また、反射ミラー
１２，１３のそれぞれは、反射して、凸レンズ１４によ
りレーザを被測定物１６上に集束させている。そして、
この二つの反射ミラー１２の角度，位置を調節すること
により、被測定物１６に対して、レーザの光軸合わせが
可能となっている。
【００１４】受光部２は、フィルタ１７、および二つの
凸レンズ１８，１９を有する光学系２０と分光器２１と
検出器２５からなっている。そして、フィルタ１７によ
り被測定物１６内からの近赤外波長領域のラマン散乱
光、例えば波数１０９０〜１１５０ｃｍ-1，２８５０-1
〜３０００-1ｃｍのラマン散乱光のみを透過させ、他の
波長の光をカットしている。また、二つの凸レンズ１
８，１９により、フィルタ１７を透過した光を分光器２
１上に集束させ、検出器２５で検出している。演算部３
は、フィルタ１７を透過した特定波長のラマン散乱光に
ついて分光器２１で分光し、検出器２５で検出した強度
に基づいて被測定物１６内の成分の濃度を算出し、算出
結果を出力する。例えば波数１０９０〜１１５０ｃ
ｍ-1，２８５０〜３０００ｃｍ-1のラマン散乱光の分光
器２１で分光し、検出器２５で検出した強度に基づい
て、被測定物１６内のグルコースの濃度が算出され、算
出結果が出力される。なお、入射光に対して被測定物１
６からの散乱光のなす角をθとすると、本実施例では、
θ＝９０°としているが、これに限るものでなく、０°
≦θ＜３６０°であればよい。
凸レンズ１８，１９を有する光学系２０と分光器２１と
検出器２５からなっている。そして、フィルタ１７によ
り被測定物１６内からの近赤外波長領域のラマン散乱
光、例えば波数１０９０〜１１５０ｃｍ-1，２８５０-1
〜３０００-1ｃｍのラマン散乱光のみを透過させ、他の
波長の光をカットしている。また、二つの凸レンズ１
８，１９により、フィルタ１７を透過した光を分光器２
１上に集束させ、検出器２５で検出している。演算部３
は、フィルタ１７を透過した特定波長のラマン散乱光に
ついて分光器２１で分光し、検出器２５で検出した強度
に基づいて被測定物１６内の成分の濃度を算出し、算出
結果を出力する。例えば波数１０９０〜１１５０ｃ
ｍ-1，２８５０〜３０００ｃｍ-1のラマン散乱光の分光
器２１で分光し、検出器２５で検出した強度に基づい
て、被測定物１６内のグルコースの濃度が算出され、算
出結果が出力される。なお、入射光に対して被測定物１
６からの散乱光のなす角をθとすると、本実施例では、
θ＝９０°としているが、これに限るものでなく、０°
≦θ＜３６０°であればよい。
【００１５】次に、上記構成からなる装置に適用される
第５発明に係る光散乱式成分濃度測定方法について説明
する。第１のステップで、図１に示すように定位置に被
測定物１６が配置された状態で、光照射部１より被測定
物１６に近赤外波長領域を含むレーザを照射する。第２
のステップで、受光部２により、さらに詳しく言えば、
光学系２０を介して分光器２１により、被測定物１６か
らのラマン散乱光、例えば波数１０９０〜１１５０ｃｍ
-1，２８５０〜３０００ｃｍ-1のラマン散乱光を分光
し、検出器２５で受光して、その強度を検出する。第３
のステップで、演算部３により、このラマン散乱光の強
度から被測定物１６中の成分、例えばグルコースの濃度
を算出し、算出結果を出力する。
第５発明に係る光散乱式成分濃度測定方法について説明
する。第１のステップで、図１に示すように定位置に被
測定物１６が配置された状態で、光照射部１より被測定
物１６に近赤外波長領域を含むレーザを照射する。第２
のステップで、受光部２により、さらに詳しく言えば、
光学系２０を介して分光器２１により、被測定物１６か
らのラマン散乱光、例えば波数１０９０〜１１５０ｃｍ
-1，２８５０〜３０００ｃｍ-1のラマン散乱光を分光
し、検出器２５で受光して、その強度を検出する。第３
のステップで、演算部３により、このラマン散乱光の強
度から被測定物１６中の成分、例えばグルコースの濃度
を算出し、算出結果を出力する。
【００１６】ここで、被測定物１６を例示すれば、生
体，生体から分離，採取したもの、即ち血液，尿，糞
便，唾液，涙液，細菌，呼気ガス，その他、食品，果
物，穀物，ゴム等があり、被測定物１６内の成分を例示
すれば、上記グルコースの他に，ヘモグロビン，アルブ
ミン，蛋白質，脂質，ビリルビン，ケトン体，酵素，ホ
ルモン等がある。
体，生体から分離，採取したもの、即ち血液，尿，糞
便，唾液，涙液，細菌，呼気ガス，その他、食品，果
物，穀物，ゴム等があり、被測定物１６内の成分を例示
すれば、上記グルコースの他に，ヘモグロビン，アルブ
ミン，蛋白質，脂質，ビリルビン，ケトン体，酵素，ホ
ルモン等がある。
【００１７】図２，３（横軸：波数（ｃｍ-1）、縦軸：
散乱光のエネルギ強度（Ｗ））は、被測定物１６をグル
コース水溶液にして、図１に示す装置により散乱光の強
度を測定した結果を示し、波数１０９０〜１１５０ｃｍ
-1領域，２８５０〜３０００ｃｍ-1領域にグルコースか
らのラマン散乱光によるバンドが存在している。このバ
ンドは、これまで知られておらず、波数４０００〜４０
０ｃｍ-1の範囲で被測定物１６からの散乱光のスペクト
ルを測定した結果、新たに判明したものである。さらに
詳しく言えば、波長１１２３ｃｍ-1付近に炭水化物の官
能基のＣ−Ｃ基伸縮振動、およびＣ−Ｈ基変角振動によ
るラマン散乱光、波長２９００-1ｃｍと２９６５ｃｍ-1
付近に炭水化物の官能基のＣ−Ｈ基伸縮振動、およびＣ
Ｈ2基伸縮振動によるラマン散乱光のバンドが観察され
た。
散乱光のエネルギ強度（Ｗ））は、被測定物１６をグル
コース水溶液にして、図１に示す装置により散乱光の強
度を測定した結果を示し、波数１０９０〜１１５０ｃｍ
-1領域，２８５０〜３０００ｃｍ-1領域にグルコースか
らのラマン散乱光によるバンドが存在している。このバ
ンドは、これまで知られておらず、波数４０００〜４０
０ｃｍ-1の範囲で被測定物１６からの散乱光のスペクト
ルを測定した結果、新たに判明したものである。さらに
詳しく言えば、波長１１２３ｃｍ-1付近に炭水化物の官
能基のＣ−Ｃ基伸縮振動、およびＣ−Ｈ基変角振動によ
るラマン散乱光、波長２９００-1ｃｍと２９６５ｃｍ-1
付近に炭水化物の官能基のＣ−Ｈ基伸縮振動、およびＣ
Ｈ2基伸縮振動によるラマン散乱光のバンドが観察され
た。
【００１８】図４（横軸：グルコース濃度（ｍｇ／ｄ
ｌ），縦軸：ラマン散乱光のエネルギ強度（Ｗ））は、
グルコース濃度と波数１１２３ｃｍ-1のラマン散乱光の
強度との関係についての測定結果（＋印）と、この測定
結果のデータに基づいて最小二乗法により求めた直線と
を示し、グルコース濃度とラマン散乱光の強度との間に
一定の相関関係が存在している。
ｌ），縦軸：ラマン散乱光のエネルギ強度（Ｗ））は、
グルコース濃度と波数１１２３ｃｍ-1のラマン散乱光の
強度との関係についての測定結果（＋印）と、この測定
結果のデータに基づいて最小二乗法により求めた直線と
を示し、グルコース濃度とラマン散乱光の強度との間に
一定の相関関係が存在している。
【００１９】上述した実施例では、非破壊的に被測定物
１６に透過性に優れ、光エネルギの小さい近赤外波長領
域を含むレーザを照射して、この被測定物１６からのラ
マン散乱光の強度に基づき、非破壊的に被測定物１６内
の成分濃度を測定している。また、この図４にグルコー
スの例で示すように、成分濃度とラマン散乱光の強度と
の間には一定の関係がある。このため、被測定物１６内
の測定部位に光が到達し、ここからのラマン散乱光によ
り、直接的、かつ正確に成分濃度の測定ができる。ラマ
ン散乱光を利用した成分濃度の測定の場合、被測定物に
て発生する強い蛍光が大きな背景信号を出すので正確な
濃度測定の障害となっていたが、低量子エネルギレベル
の近赤外波長領域レーザを用いることにより蛍光の発生
を防止でき、この結果Ｓ／Ｎ比が良くなり、より一層測
定精度の向上が可能になる。
１６に透過性に優れ、光エネルギの小さい近赤外波長領
域を含むレーザを照射して、この被測定物１６からのラ
マン散乱光の強度に基づき、非破壊的に被測定物１６内
の成分濃度を測定している。また、この図４にグルコー
スの例で示すように、成分濃度とラマン散乱光の強度と
の間には一定の関係がある。このため、被測定物１６内
の測定部位に光が到達し、ここからのラマン散乱光によ
り、直接的、かつ正確に成分濃度の測定ができる。ラマ
ン散乱光を利用した成分濃度の測定の場合、被測定物に
て発生する強い蛍光が大きな背景信号を出すので正確な
濃度測定の障害となっていたが、低量子エネルギレベル
の近赤外波長領域レーザを用いることにより蛍光の発生
を防止でき、この結果Ｓ／Ｎ比が良くなり、より一層測
定精度の向上が可能になる。
【００２０】また、近赤外波長領域レーザは、光量子エ
ネルギが比較的可視より低いため、被測定物１６内の組
織に損傷が生じにくい故、本発明は、医学，生物学の分
野での成分濃度の測定にも適用できる。さらに、近赤外
波長領域レーザ励起ラマン分光測定のスペクトル解析が
容易にでき、これによりＳ／Ｎ比を高めて、成分濃度の
測定精度を向上させることが可能になる。
ネルギが比較的可視より低いため、被測定物１６内の組
織に損傷が生じにくい故、本発明は、医学，生物学の分
野での成分濃度の測定にも適用できる。さらに、近赤外
波長領域レーザ励起ラマン分光測定のスペクトル解析が
容易にでき、これによりＳ／Ｎ比を高めて、成分濃度の
測定精度を向上させることが可能になる。
【００２１】図５は、第５発明に係る光散乱式成分濃度
測定方法を適用した第１，第２，第３，第４発明の第２
実施例に係る光散乱式成分濃度測定装置を示し、図１に
示す装置と互いに共通する部分については同一番号を付
して説明を省略する。本実施例では、光照射部１は、レ
ーザ発生装置１１と、反射ミラー１２および半透明ミラ
ー２２を有する光学系１５ａとからなっている。そし
て、反射ミラー１２，半透明ミラー２２により入射した
レーザを反射して、被測定物１６にレーザを入射させて
いる。
測定方法を適用した第１，第２，第３，第４発明の第２
実施例に係る光散乱式成分濃度測定装置を示し、図１に
示す装置と互いに共通する部分については同一番号を付
して説明を省略する。本実施例では、光照射部１は、レ
ーザ発生装置１１と、反射ミラー１２および半透明ミラ
ー２２を有する光学系１５ａとからなっている。そし
て、反射ミラー１２，半透明ミラー２２により入射した
レーザを反射して、被測定物１６にレーザを入射させて
いる。
【００２２】受光部２は、積分球２３，半透明ミラー２
２，フィルタ２４、および凸レンズ１８，１９を有する
光学系２０ａと、分光器２１とからなっている。この半
透明ミラー２２は、被測定物１６からの後方ラマン散乱
光を透過させ、第１実施例と同様にフィルタ２４，凸レ
ンズ１８，１９を介してこの後方ラマン散乱光を分光器
２１に導いている。そして、第１実施例と同様にして演
算部にて被測定物１６内の成分濃度を算出し、算出結果
を出力するようになっている。
２，フィルタ２４、および凸レンズ１８，１９を有する
光学系２０ａと、分光器２１とからなっている。この半
透明ミラー２２は、被測定物１６からの後方ラマン散乱
光を透過させ、第１実施例と同様にフィルタ２４，凸レ
ンズ１８，１９を介してこの後方ラマン散乱光を分光器
２１に導いている。そして、第１実施例と同様にして演
算部にて被測定物１６内の成分濃度を算出し、算出結果
を出力するようになっている。
【００２３】なお、本発明は、上記実施例に限定するも
のでなく、例えば光照射部１のレーザ発生装置１１に代
えて、キセノンランプ，ハロゲンランプ等の高輝度光源
を用いてもよく、さらに、この高輝度光源に加えてバン
ドパスフィルタを組合わせて用いてもよい。また、受光
部２の分光器２１に代えて、例えば回折格子，バンドパ
スフィルタのような分光手段と光量検出手段とを組合わ
せて用いてもよい。
のでなく、例えば光照射部１のレーザ発生装置１１に代
えて、キセノンランプ，ハロゲンランプ等の高輝度光源
を用いてもよく、さらに、この高輝度光源に加えてバン
ドパスフィルタを組合わせて用いてもよい。また、受光
部２の分光器２１に代えて、例えば回折格子，バンドパ
スフィルタのような分光手段と光量検出手段とを組合わ
せて用いてもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、近赤外波長領域を含む励起光を被測定物に照
射する光照射部と、この被測定物からのラマン散乱光を
分光し、受光する受光部と、このラマン散乱光の強度か
ら被測定物内の成分の濃度を算出し、算出結果を出力す
る演算部とから形成してある。
によれば、近赤外波長領域を含む励起光を被測定物に照
射する光照射部と、この被測定物からのラマン散乱光を
分光し、受光する受光部と、このラマン散乱光の強度か
ら被測定物内の成分の濃度を算出し、算出結果を出力す
る演算部とから形成してある。
【００２５】また、別の発明によれば、光照射部より被
測定物に近赤外波長領域を含む励起光を照射するステッ
プと、受光部によりこの被測定物からのラマン散乱光を
分光し、受光するステップと、演算部によりこのラマン
散乱光の強度から被測定物内の成分の濃度を算出し、算
出結果を出力するステップとから構成してある。
測定物に近赤外波長領域を含む励起光を照射するステッ
プと、受光部によりこの被測定物からのラマン散乱光を
分光し、受光するステップと、演算部によりこのラマン
散乱光の強度から被測定物内の成分の濃度を算出し、算
出結果を出力するステップとから構成してある。
【００２６】このため、被測定物内の測定部位に光が到
達し、ここからのラマン散乱光により、直接的、かつ正
確に成分濃度の測定ができる。ラマン散乱光を利用した
成分濃度の測定の場合、被測定物にて発生する強い蛍光
が大きな背景信号を出すので正確な濃度測定の障害とな
っていたが、低量子エネルギレベルの近赤外波長領域レ
ーザを用いることにより蛍光の発生を防止でき、この結
果Ｓ／Ｎ比が良くなり、より一層測定精度の向上が可能
になる。 また、近赤外レーザは、低エネルギであるた
め、被測定物内の組織に損傷が生じにくい故、本発明
は、医学，生物学の分野での成分濃度の測定にも適用で
きる。さらに、近赤外波長領域レーザ励起ラマン分光測
定のスペクトル解析が容易にでき、これによりＳ／Ｎ比
を高めて、成分濃度の測定精度を向上させることが可能
になる等の効果を奏する。
達し、ここからのラマン散乱光により、直接的、かつ正
確に成分濃度の測定ができる。ラマン散乱光を利用した
成分濃度の測定の場合、被測定物にて発生する強い蛍光
が大きな背景信号を出すので正確な濃度測定の障害とな
っていたが、低量子エネルギレベルの近赤外波長領域レ
ーザを用いることにより蛍光の発生を防止でき、この結
果Ｓ／Ｎ比が良くなり、より一層測定精度の向上が可能
になる。 また、近赤外レーザは、低エネルギであるた
め、被測定物内の組織に損傷が生じにくい故、本発明
は、医学，生物学の分野での成分濃度の測定にも適用で
きる。さらに、近赤外波長領域レーザ励起ラマン分光測
定のスペクトル解析が容易にでき、これによりＳ／Ｎ比
を高めて、成分濃度の測定精度を向上させることが可能
になる等の効果を奏する。
【図１】 第５発明に係る光散乱式成分濃度測定方法を
適用した第１，第２，第３，第４発明の第１実施例に係
る光散乱式成分濃度測定装置の構成の概略を示す図であ
る。
適用した第１，第２，第３，第４発明の第１実施例に係
る光散乱式成分濃度測定装置の構成の概略を示す図であ
る。
【図２】 グルコース水溶液におけるグルコースからの
ラマン散乱光によるラマンスペクトルを示す図である。
ラマン散乱光によるラマンスペクトルを示す図である。
【図３】 グルコース水溶液におけるグルコースからの
ラマン散乱光によるラマンスペクトルを示す図である。
ラマン散乱光によるラマンスペクトルを示す図である。
【図４】 図４（横軸：グルコース濃度（ｍｇ／ｄ
ｌ），縦軸：光のエネルギ強度（Ｗ））は、グルコース
濃度と波長１１２３-1ｃｍのラマン散乱光の強度との関
係についての測定結果（＋印）と、この測定結果のデー
タに基づいて最小二乗法により求めた直線とを示す図で
ある。
ｌ），縦軸：光のエネルギ強度（Ｗ））は、グルコース
濃度と波長１１２３-1ｃｍのラマン散乱光の強度との関
係についての測定結果（＋印）と、この測定結果のデー
タに基づいて最小二乗法により求めた直線とを示す図で
ある。
【図５】 第５発明に係る光散乱式成分濃度測定方法を
適用した第１，第２，第３，第４発明の第１実施例に係
る光散乱式成分濃度測定装置の概略を示す図である。
適用した第１，第２，第３，第４発明の第１実施例に係
る光散乱式成分濃度測定装置の概略を示す図である。
１ 光照射部 ２ 受光部 ３ 演算部 １１ レーザ発生装
置 １５，１５ａ 光学系 １６ 被測定物 ２０，２０ａ 光学系
置 １５，１５ａ 光学系 １６ 被測定物 ２０，２０ａ 光学系
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年９月２９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 光散乱式成分濃度測定装置および方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ラマン散乱光を利用し
て非破壊的に被測定物内の成分濃度を測定する光散乱式
成分濃度測定装置および方法に関するものである。
て非破壊的に被測定物内の成分濃度を測定する光散乱式
成分濃度測定装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、ラマン散乱光を利用して非破壊的
に柑橘類果実内の成分濃度を測定する装置は公知である
（特開平４−２５４７４４号公報）。この装置は、柑橘
類果実に可視光波長領域のレーザ（例：波長５１４．５
ｎｍ）を照射して、柑橘類果実の果皮に含まれるカロチ
ノイドに起因して発生するラマン散乱光の強度に基づい
て柑橘類果実の味覚を判定するようにしたものである。
そして、この味覚を判定するために、柑橘類果実の果皮
に含まれるカロチノイドの含有量から、柑橘類果実の糖
酸比を推定している。
に柑橘類果実内の成分濃度を測定する装置は公知である
（特開平４−２５４７４４号公報）。この装置は、柑橘
類果実に可視光波長領域のレーザ（例：波長５１４．５
ｎｍ）を照射して、柑橘類果実の果皮に含まれるカロチ
ノイドに起因して発生するラマン散乱光の強度に基づい
て柑橘類果実の味覚を判定するようにしたものである。
そして、この味覚を判定するために、柑橘類果実の果皮
に含まれるカロチノイドの含有量から、柑橘類果実の糖
酸比を推定している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置では、
被測定物である柑橘類果実の果皮に含まれるカロチノイ
ドの含有量を算出するために可視光波長領域のレーザを
用いている。この可視光波長領域のレーザは、被測定物
に照射したときの透過性が低く、被測定物内での吸収や
散乱のために減衰率が大きい。このため、上記装置で
は、柑橘類果実の味覚を判定するのに、果実そのもので
はなく、その果皮、即ち表層部からのラマン散乱光の光
量を測定して、果実に含まれるカロチノイドの含有量を
推定しているものと思われる。
被測定物である柑橘類果実の果皮に含まれるカロチノイ
ドの含有量を算出するために可視光波長領域のレーザを
用いている。この可視光波長領域のレーザは、被測定物
に照射したときの透過性が低く、被測定物内での吸収や
散乱のために減衰率が大きい。このため、上記装置で
は、柑橘類果実の味覚を判定するのに、果実そのもので
はなく、その果皮、即ち表層部からのラマン散乱光の光
量を測定して、果実に含まれるカロチノイドの含有量を
推定しているものと思われる。
【０００４】また、この可視光波長領域のレーザは、近
赤外波長領域のレーザに比して大きな量子エネルギを有
している。このため、例えば臨床医学検査の場合のよう
に、被測定物が生体の場合、生体内の測定部位に到達す
る可視光波長領域のレーザを用いると、生体内の組織を
破壊してしまうという問題が生じる。また、可視光波長
領域のレーザを照射して、被測定物の成分濃度を測定す
る場合、可視光波長領域のレーザ励起による生体のラマ
ン分光では、物質からの生体から蛍光が発生すること、
並びに光分解、即ち光化学反応が発生し易いという問題
がある。
赤外波長領域のレーザに比して大きな量子エネルギを有
している。このため、例えば臨床医学検査の場合のよう
に、被測定物が生体の場合、生体内の測定部位に到達す
る可視光波長領域のレーザを用いると、生体内の組織を
破壊してしまうという問題が生じる。また、可視光波長
領域のレーザを照射して、被測定物の成分濃度を測定す
る場合、可視光波長領域のレーザ励起による生体のラマ
ン分光では、物質からの生体から蛍光が発生すること、
並びに光分解、即ち光化学反応が発生し易いという問題
がある。
【０００５】蛍光が発生し、光化学反応が発生し易い原
因は次の通りである。従来の可視光波長領域のレーザ励
起によれば光量子のエネルギが目的とする遷移エネルギ
に対し相対的に高いため、目的とするラマン散乱光を発
生させる振動準位へ電子を励起する他に、電子状態の異
なる高いエネルギ準位への励起をも可能にする故、エネ
ルギ準位間の遷移によるラマン散乱が生じる際、高いエ
ネルギレベルの準位も励起するのが原因で、蛍光が発生
すると考えられている。この結果、ラマンスペクトルの
バックグラウンド信号が強くなりスペクトルの測定が困
難となる。
因は次の通りである。従来の可視光波長領域のレーザ励
起によれば光量子のエネルギが目的とする遷移エネルギ
に対し相対的に高いため、目的とするラマン散乱光を発
生させる振動準位へ電子を励起する他に、電子状態の異
なる高いエネルギ準位への励起をも可能にする故、エネ
ルギ準位間の遷移によるラマン散乱が生じる際、高いエ
ネルギレベルの準位も励起するのが原因で、蛍光が発生
すると考えられている。この結果、ラマンスペクトルの
バックグラウンド信号が強くなりスペクトルの測定が困
難となる。
【０００６】光化学反応が発生する原因も、可視光波長
領域のレーザの光量子エネルギが比較的高いことにある
と考えられる。即ち、レーザのエネルギをある物質が吸
収した後に分子構造を変化させてしまう結果、光化学反
応が生じると考えられる。この結果、被測定物の組織は
ミクロ的に見れば損傷を受けることとなり、厳密な意味
で非破壊分析でなくなるという問題がある。特に、レー
ザラマン分光を生体や食品の分析に適用する場合、これ
らの物質が複雑で光分解され易い成分を含有することが
多いため、上記問題点が鮮明となる。本発明は、斯る従
来の問題点を課題としてなされたもので、透過性が良好
で、蛍光に起因するバックグラウンド信号が弱く、光化
学反応を生じないエネルギが低い波長領域の光を使っ
て、非破壊的に被測定物内の成分の濃度を測定すること
を可能とした光散乱式成分濃度測定装置および方法を提
供しようとするものである。
領域のレーザの光量子エネルギが比較的高いことにある
と考えられる。即ち、レーザのエネルギをある物質が吸
収した後に分子構造を変化させてしまう結果、光化学反
応が生じると考えられる。この結果、被測定物の組織は
ミクロ的に見れば損傷を受けることとなり、厳密な意味
で非破壊分析でなくなるという問題がある。特に、レー
ザラマン分光を生体や食品の分析に適用する場合、これ
らの物質が複雑で光分解され易い成分を含有することが
多いため、上記問題点が鮮明となる。本発明は、斯る従
来の問題点を課題としてなされたもので、透過性が良好
で、蛍光に起因するバックグラウンド信号が弱く、光化
学反応を生じないエネルギが低い波長領域の光を使っ
て、非破壊的に被測定物内の成分の濃度を測定すること
を可能とした光散乱式成分濃度測定装置および方法を提
供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１発明は、近赤外波長領域を含む励起光を被測定
物に照射する光照射部と、この被測定物からのラマン散
乱光を分光し、受光する受光部と、このラマン散乱光の
光量から被測定物内の成分の濃度を算出し、算出結果を
出力する演算部とから形成した。
に、第１発明は、近赤外波長領域を含む励起光を被測定
物に照射する光照射部と、この被測定物からのラマン散
乱光を分光し、受光する受光部と、このラマン散乱光の
光量から被測定物内の成分の濃度を算出し、算出結果を
出力する演算部とから形成した。
【０００８】第２発明は、上記光照射部が、レーザ発生
装置である構成とした。
装置である構成とした。
【０００９】第３発明は、上記成分がグルコースであっ
て、上記ラマン散乱光が波数１０９０〜１１５０ｃｍ-1
である構成とした。
て、上記ラマン散乱光が波数１０９０〜１１５０ｃｍ-1
である構成とした。
【００１０】第４発明は、上記成分がグルコースであっ
て、上記ラマン散乱光が波数２８５０〜３０００ｃｍ-1
である構成とした。
て、上記ラマン散乱光が波数２８５０〜３０００ｃｍ-1
である構成とした。
【００１１】第５発明は、光照射部より被測定物に近赤
外波長領域を含む励起光を照射するステップと、受光部
によりこの被測定物からのラマン散乱光を分光し、受光
するステップと、演算部によりこのラマン散乱光の強度
から被測定物内の成分の濃度を算出し、算出結果を出力
するステップとから構成した。
外波長領域を含む励起光を照射するステップと、受光部
によりこの被測定物からのラマン散乱光を分光し、受光
するステップと、演算部によりこのラマン散乱光の強度
から被測定物内の成分の濃度を算出し、算出結果を出力
するステップとから構成した。
【００１２】
【作用】上記発明のように構成することにより、被測定
物の内部組織を破壊することなく、被測定物の内部から
のラマン散乱光により直接成分の濃度が測定されるよう
になる。
物の内部組織を破壊することなく、被測定物の内部から
のラマン散乱光により直接成分の濃度が測定されるよう
になる。
【００１３】
【実施例】次に、本発明の一実施例を図面にしたがって
説明する。図１は、第５発明に係る光散乱式成分濃度測
定方法を適用した第１，第２，第３，第４発明の第１実
施例に係る光散乱式成分濃度測定装置を示し、光照射部
１，受光部２、および演算部３からなっている。光照射
部１は、レーザ発生装置１１と、二つの反射ミラー１
２，１３、および凸レンズ１４を有する光学系１５とか
らなっている。そして、レーザ発生装置１１により近赤
外波長領域を含むレーザを発生する。また、反射ミラー
１２，１３のそれぞれは、反射して、凸レンズ１４によ
りレーザを被測定物１６上に集束させている。そして、
この二つの反射ミラー１２，１３の角度，位置を調節す
ることにより、被測定物１６に対して、レーザの光軸合
わせが可能となっている。
説明する。図１は、第５発明に係る光散乱式成分濃度測
定方法を適用した第１，第２，第３，第４発明の第１実
施例に係る光散乱式成分濃度測定装置を示し、光照射部
１，受光部２、および演算部３からなっている。光照射
部１は、レーザ発生装置１１と、二つの反射ミラー１
２，１３、および凸レンズ１４を有する光学系１５とか
らなっている。そして、レーザ発生装置１１により近赤
外波長領域を含むレーザを発生する。また、反射ミラー
１２，１３のそれぞれは、反射して、凸レンズ１４によ
りレーザを被測定物１６上に集束させている。そして、
この二つの反射ミラー１２，１３の角度，位置を調節す
ることにより、被測定物１６に対して、レーザの光軸合
わせが可能となっている。
【００１４】受光部２は、フィルタ１７、および二つの
凸レンズ１８，１９を有する光学系２０と分光器２１と
検出器２５からなっている。そして、フィルタ１７によ
り被測定物１６内からの近赤外波長領域のラマン散乱
光、例えば波数１０９０〜１１５０ｃｍ-1，２８５０〜
３０００ｃｍ-1のラマン散乱光のみを透過させ、他の波
長の光をカットしている。また、二つの凸レンズ１８，
１９により、フィルタ１７を透過した光を分光器２１上
に集束させ、検出器２５で検出している。演算部３は、
フィルタ１７を透過した特定波長のラマン散乱光につい
て分光器２１で分光し、検出器２５で検出した強度に基
づいて被測定物１６内の成分の濃度を算出し、算出結果
を出力する。例えば波数１０９０〜１１５０ｃｍ-1，２
８５０〜３０００ｃｍ-1のラマン散乱光の分光器２１で
分光し、検出器２５で検出した強度に基づいて、被測定
物１６内のグルコースの濃度が算出され、算出結果が出
力される。なお、入射光に対して被測定物１６からの散
乱光のなす角をθとすると、本実施例では、θ＝９０°
としているが、これに限るものでなく、０°≦θ＜３６
０°であればよい。
凸レンズ１８，１９を有する光学系２０と分光器２１と
検出器２５からなっている。そして、フィルタ１７によ
り被測定物１６内からの近赤外波長領域のラマン散乱
光、例えば波数１０９０〜１１５０ｃｍ-1，２８５０〜
３０００ｃｍ-1のラマン散乱光のみを透過させ、他の波
長の光をカットしている。また、二つの凸レンズ１８，
１９により、フィルタ１７を透過した光を分光器２１上
に集束させ、検出器２５で検出している。演算部３は、
フィルタ１７を透過した特定波長のラマン散乱光につい
て分光器２１で分光し、検出器２５で検出した強度に基
づいて被測定物１６内の成分の濃度を算出し、算出結果
を出力する。例えば波数１０９０〜１１５０ｃｍ-1，２
８５０〜３０００ｃｍ-1のラマン散乱光の分光器２１で
分光し、検出器２５で検出した強度に基づいて、被測定
物１６内のグルコースの濃度が算出され、算出結果が出
力される。なお、入射光に対して被測定物１６からの散
乱光のなす角をθとすると、本実施例では、θ＝９０°
としているが、これに限るものでなく、０°≦θ＜３６
０°であればよい。
【００１５】次に、上記構成からなる装置に適用される
第５発明に係る光散乱式成分濃度測定方法について説明
する。第１のステップで、図１に示すように定位置に被
測定物１６が配置された状態で、光照射部１より被測定
物１６に近赤外波長領域を含むレーザを照射する。第２
のステップで、受光部２により、さらに詳しく言えば、
光学系２０を介して分光器２１により、被測定物１６か
らのラマン散乱光、例えば波数１０９０〜１１５０ｃｍ
-1，２８５０〜３０００ｃｍ-1のラマン散乱光を分光
し、検出器２５で受光して、その強度を検出する。第３
のステップで、演算部３により、このラマン散乱光の強
度から被測定物１６中の成分、例えばグルコースの濃度
を算出し、算出結果を出力する。
第５発明に係る光散乱式成分濃度測定方法について説明
する。第１のステップで、図１に示すように定位置に被
測定物１６が配置された状態で、光照射部１より被測定
物１６に近赤外波長領域を含むレーザを照射する。第２
のステップで、受光部２により、さらに詳しく言えば、
光学系２０を介して分光器２１により、被測定物１６か
らのラマン散乱光、例えば波数１０９０〜１１５０ｃｍ
-1，２８５０〜３０００ｃｍ-1のラマン散乱光を分光
し、検出器２５で受光して、その強度を検出する。第３
のステップで、演算部３により、このラマン散乱光の強
度から被測定物１６中の成分、例えばグルコースの濃度
を算出し、算出結果を出力する。
【００１６】ここで、被測定物１６を例示すれば、生
体，生体から分離，採取したもの、即ち血液，尿，糞
便，唾液，涙液，細菌，呼気ガス，その他、食品，果
物，穀物，ゴム等があり、被測定物１６内の成分を例示
すれば、上記グルコースの他に，ヘモグロビン，アルブ
ミン，蛋白質，脂質，ビリルビン，ケトン体，酵素，ホ
ルモン等がある。
体，生体から分離，採取したもの、即ち血液，尿，糞
便，唾液，涙液，細菌，呼気ガス，その他、食品，果
物，穀物，ゴム等があり、被測定物１６内の成分を例示
すれば、上記グルコースの他に，ヘモグロビン，アルブ
ミン，蛋白質，脂質，ビリルビン，ケトン体，酵素，ホ
ルモン等がある。
【００１７】図２，３（横軸：波数（ｃｍ-1）、縦軸：
散乱光のエネルギ強度（Ｗ））は、被測定物１６をグル
コース水溶液にして、図１に示す装置により散乱光の強
度を測定した結果を示し、波数１０９０〜１１５０ｃｍ
-1領域，２８５０〜３０００ｃｍ-1領域にグルコースか
らのラマン散乱光によるバンドが存在している。このバ
ンドは、これまで知られておらず、波数４０００〜４０
０ｃｍ-1の範囲で被測定物１６からの散乱光のスペクト
ルを測定した結果、新たに判明したものである。さらに
詳しく言えば、波数１１２３ｃｍ-1付近に炭水化物の官
能基のＣ−Ｃ基伸縮振動、およびＣ−Ｈ基変角振動によ
るラマン散乱光、波数２９００ｃｍ-1と２９６５ｃｍ-1
付近に炭水化物の官能基のＣ−Ｈ基伸縮振動、およびＣ
Ｈ2基伸縮振動によるラマン散乱光のバンドが観察され
た。
散乱光のエネルギ強度（Ｗ））は、被測定物１６をグル
コース水溶液にして、図１に示す装置により散乱光の強
度を測定した結果を示し、波数１０９０〜１１５０ｃｍ
-1領域，２８５０〜３０００ｃｍ-1領域にグルコースか
らのラマン散乱光によるバンドが存在している。このバ
ンドは、これまで知られておらず、波数４０００〜４０
０ｃｍ-1の範囲で被測定物１６からの散乱光のスペクト
ルを測定した結果、新たに判明したものである。さらに
詳しく言えば、波数１１２３ｃｍ-1付近に炭水化物の官
能基のＣ−Ｃ基伸縮振動、およびＣ−Ｈ基変角振動によ
るラマン散乱光、波数２９００ｃｍ-1と２９６５ｃｍ-1
付近に炭水化物の官能基のＣ−Ｈ基伸縮振動、およびＣ
Ｈ2基伸縮振動によるラマン散乱光のバンドが観察され
た。
【００１８】図４（横軸：グルコース濃度（ｍｇ／ｄ
ｌ），縦軸：ラマン散乱光のエネルギ強度（Ｗ））は、
グルコース濃度と波数１１２３ｃｍ-1のラマン散乱光の
強度との関係についての測定結果（＋印）と、この測定
結果のデータに基づいて最小二乗法により求めた直線と
を示し、グルコース濃度とラマン散乱光の強度との間に
一定の相関関係が存在している。
ｌ），縦軸：ラマン散乱光のエネルギ強度（Ｗ））は、
グルコース濃度と波数１１２３ｃｍ-1のラマン散乱光の
強度との関係についての測定結果（＋印）と、この測定
結果のデータに基づいて最小二乗法により求めた直線と
を示し、グルコース濃度とラマン散乱光の強度との間に
一定の相関関係が存在している。
【００１９】上述した実施例では、非破壊的に被測定物
１６に透過性に優れ、光エネルギの小さい近赤外波長領
域を含むレーザを照射して、この被測定物１６からのラ
マン散乱光の強度に基づき、非破壊的に被測定物１６内
の成分濃度を測定している。また、この図４にグルコー
スの例で示すように、成分濃度とラマン散乱光の強度と
の間には一定の関係がある。このため、被測定物１６内
の測定部位に光が到達し、ここからのラマン散乱光によ
り、直接的、かつ正確に成分濃度の測定ができる。ラマ
ン散乱光を利用した成分濃度の測定の場合、被測定物に
て発生する強い蛍光が大きな背景信号を出すので正確な
濃度測定の障害となっていたが、低量子エネルギレベル
の近赤外波長領域レーザを用いることにより蛍光の発生
を防止でき、この結果Ｓ／Ｎ比が良くなり、より一層測
定精度の向上が可能になる。
１６に透過性に優れ、光エネルギの小さい近赤外波長領
域を含むレーザを照射して、この被測定物１６からのラ
マン散乱光の強度に基づき、非破壊的に被測定物１６内
の成分濃度を測定している。また、この図４にグルコー
スの例で示すように、成分濃度とラマン散乱光の強度と
の間には一定の関係がある。このため、被測定物１６内
の測定部位に光が到達し、ここからのラマン散乱光によ
り、直接的、かつ正確に成分濃度の測定ができる。ラマ
ン散乱光を利用した成分濃度の測定の場合、被測定物に
て発生する強い蛍光が大きな背景信号を出すので正確な
濃度測定の障害となっていたが、低量子エネルギレベル
の近赤外波長領域レーザを用いることにより蛍光の発生
を防止でき、この結果Ｓ／Ｎ比が良くなり、より一層測
定精度の向上が可能になる。
【００２０】また、近赤外波長領域レーザは、光量子エ
ネルギが比較的可視より低いため、被測定物１６内の組
織に損傷が生じにくい故、本発明は、医学，生物学の分
野での成分濃度の測定にも適用できる。さらに、近赤外
波長領域レーザ励起ラマン分光測定のスペクトル解析が
容易にでき、これによりＳ／Ｎ比を高めて、成分濃度の
測定精度を向上させることが可能になる。
ネルギが比較的可視より低いため、被測定物１６内の組
織に損傷が生じにくい故、本発明は、医学，生物学の分
野での成分濃度の測定にも適用できる。さらに、近赤外
波長領域レーザ励起ラマン分光測定のスペクトル解析が
容易にでき、これによりＳ／Ｎ比を高めて、成分濃度の
測定精度を向上させることが可能になる。
【００２１】図５は、第５発明に係る光散乱式成分濃度
測定方法を適用した第１，第２，第３，第４発明の第２
実施例に係る光散乱式成分濃度測定装置を示し、図１に
示す装置と互いに共通する部分については同一番号を付
して説明を省略する。本実施例では、光照射部１は、レ
ーザ発生装置１１と、反射ミラー１２および半透明ミラ
ー２２を有する光学系１５ａとからなっている。そし
て、反射ミラー１２，半透明ミラー２２により入射した
レーザを反射して、被測定物１６にレーザを入射させて
いる。
測定方法を適用した第１，第２，第３，第４発明の第２
実施例に係る光散乱式成分濃度測定装置を示し、図１に
示す装置と互いに共通する部分については同一番号を付
して説明を省略する。本実施例では、光照射部１は、レ
ーザ発生装置１１と、反射ミラー１２および半透明ミラ
ー２２を有する光学系１５ａとからなっている。そし
て、反射ミラー１２，半透明ミラー２２により入射した
レーザを反射して、被測定物１６にレーザを入射させて
いる。
【００２２】受光部２は、積分球２３，半透明ミラー２
２，フィルタ２４、および凸レンズ１８，１９を有する
光学系２０ａと、分光器２１とからなっている。この半
透明ミラー２２は、被測定物１６からの後方ラマン散乱
光を透過させ、第１実施例と同様にフィルタ２４，凸レ
ンズ１８，１９を介してこの後方ラマン散乱光を分光器
２１に導いている。そして、第１実施例と同様にして演
算部にて被測定物１６内の成分濃度を算出し、算出結果
を出力するようになっている。
２，フィルタ２４、および凸レンズ１８，１９を有する
光学系２０ａと、分光器２１とからなっている。この半
透明ミラー２２は、被測定物１６からの後方ラマン散乱
光を透過させ、第１実施例と同様にフィルタ２４，凸レ
ンズ１８，１９を介してこの後方ラマン散乱光を分光器
２１に導いている。そして、第１実施例と同様にして演
算部にて被測定物１６内の成分濃度を算出し、算出結果
を出力するようになっている。
【００２３】なお、本発明は、上記実施例に限定するも
のでなく、例えば光照射部１のレーザ発生装置１１に代
えて、キセノンランプ，ハロゲンランプ等の高輝度光源
を用いてもよく、さらに、この高輝度光源に加えてバン
ドパスフィルタを組合わせて用いてもよい。また、受光
部２の分光器２１に代えて、例えば回折格子，バンドパ
スフィルタのような分光手段と光量検出手段とを組合わ
せて用いてもよい。
のでなく、例えば光照射部１のレーザ発生装置１１に代
えて、キセノンランプ，ハロゲンランプ等の高輝度光源
を用いてもよく、さらに、この高輝度光源に加えてバン
ドパスフィルタを組合わせて用いてもよい。また、受光
部２の分光器２１に代えて、例えば回折格子，バンドパ
スフィルタのような分光手段と光量検出手段とを組合わ
せて用いてもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
によれば、近赤外波長領域を含む励起光を被測定物に照
射する光照射部と、この被測定物からのラマン散乱光を
分光し、受光する受光部と、このラマン散乱光の強度か
ら被測定物内の成分の濃度を算出し、算出結果を出力す
る演算部とから形成してある。
によれば、近赤外波長領域を含む励起光を被測定物に照
射する光照射部と、この被測定物からのラマン散乱光を
分光し、受光する受光部と、このラマン散乱光の強度か
ら被測定物内の成分の濃度を算出し、算出結果を出力す
る演算部とから形成してある。
【００２５】また、別の発明によれば、光照射部より被
測定物に近赤外波長領域を含む励起光を照射するステッ
プと、受光部によりこの被測定物からのラマン散乱光を
分光し、受光するステップと、演算部によりこのラマン
散乱光の強度から被測定物内の成分の濃度を算出し、算
出結果を出力するステップとから構成してある。
測定物に近赤外波長領域を含む励起光を照射するステッ
プと、受光部によりこの被測定物からのラマン散乱光を
分光し、受光するステップと、演算部によりこのラマン
散乱光の強度から被測定物内の成分の濃度を算出し、算
出結果を出力するステップとから構成してある。
【００２６】このため、被測定物内の測定部位に光が到
達し、ここからのラマン散乱光により、直接的、かつ正
確に成分濃度の測定ができる。ラマン散乱光を利用した
成分濃度の測定の場合、被測定物にて発生する強い蛍光
が大きな背景信号を出すので正確な濃度測定の障害とな
っていたが、低量子エネルギレベルの近赤外波長領域レ
ーザを用いることにより蛍光の発生を防止でき、この結
果Ｓ／Ｎ比が良くなり、より一層測定精度の向上が可能
になる。 また、近赤外レーザは、低エネルギであるた
め、被測定物内の組織に損傷が生じにくい故、本発明
は、医学，生物学の分野での成分濃度の測定にも適用で
きる。さらに、近赤外波長領域レーザ励起ラマン分光測
定のスペクトル解析が容易にでき、これによりＳ／Ｎ比
を高めて、成分濃度の測定精度を向上させることが可能
になる等の効果を奏する。
達し、ここからのラマン散乱光により、直接的、かつ正
確に成分濃度の測定ができる。ラマン散乱光を利用した
成分濃度の測定の場合、被測定物にて発生する強い蛍光
が大きな背景信号を出すので正確な濃度測定の障害とな
っていたが、低量子エネルギレベルの近赤外波長領域レ
ーザを用いることにより蛍光の発生を防止でき、この結
果Ｓ／Ｎ比が良くなり、より一層測定精度の向上が可能
になる。 また、近赤外レーザは、低エネルギであるた
め、被測定物内の組織に損傷が生じにくい故、本発明
は、医学，生物学の分野での成分濃度の測定にも適用で
きる。さらに、近赤外波長領域レーザ励起ラマン分光測
定のスペクトル解析が容易にでき、これによりＳ／Ｎ比
を高めて、成分濃度の測定精度を向上させることが可能
になる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第５発明に係る光散乱式成分濃度測定方法を
適用した第１，第２，第３，第４発明の第１実施例に係
る光散乱式成分濃度測定装置の構成の概略を示す図であ
る。
適用した第１，第２，第３，第４発明の第１実施例に係
る光散乱式成分濃度測定装置の構成の概略を示す図であ
る。
【図２】 グルコース水溶液におけるグルコースからの
ラマン散乱光によるラマンスペクトルを示す図である。
ラマン散乱光によるラマンスペクトルを示す図である。
【図３】 グルコース水溶液におけるグルコースからの
ラマン散乱光によるラマンスペクトルを示す図である。
ラマン散乱光によるラマンスペクトルを示す図である。
【図４】 図４（横軸：グルコース濃度（ｍｇ／ｄ
ｌ），縦軸：光のエネルギ強度（Ｗ））は、グルコース
濃度と波数１１２３ｃｍ-1のラマン散乱光の強度との関
係についての測定結果（＋印）と、この測定結果のデー
タに基づいて最小二乗法により求めた直線とを示す図で
ある。
ｌ），縦軸：光のエネルギ強度（Ｗ））は、グルコース
濃度と波数１１２３ｃｍ-1のラマン散乱光の強度との関
係についての測定結果（＋印）と、この測定結果のデー
タに基づいて最小二乗法により求めた直線とを示す図で
ある。
【図５】 第５発明に係る光散乱式成分濃度測定方法を
適用した第１，第２，第３，第４発明の第１実施例に係
る光散乱式成分濃度測定装置の概略を示す図である。
適用した第１，第２，第３，第４発明の第１実施例に係
る光散乱式成分濃度測定装置の概略を示す図である。
【符号の説明】 １ 光照射部 ２ 受光部 ３ 演算部 １１ レーザ発生装
置 １５，１５ａ 光学系 １６ 被測定物 ２０，２０ａ 光学系
置 １５，１５ａ 光学系 １６ 被測定物 ２０，２０ａ 光学系
Claims (5)
- 【請求項１】 近赤外波長を含む励起光を被測定物に照
射する光照射部と、この被測定物からのラマン散乱光を
分光し、受光する受光部と、このラマン散乱光の強度か
ら被測定物内の成分の濃度を算出し、算出結果を出力す
る演算部とから形成したことを特徴とする光散乱式成分
濃度測定装置。 - 【請求項２】 上記光照射部が、レーザ発生装置である
ことを特徴とする請求項１に記載の光散乱式成分濃度測
定装置。 - 【請求項３】 上記成分がグルコースであって、上記ラ
マン散乱光が波数１０９０〜１１５０ｃｍ-1であること
を特徴とする請求項１に記載の光散乱式成分濃度測定装
置。 - 【請求項４】 上記成分がグルコースであって、上記ラ
マン散乱光が波数２８５０〜３０００ｃｍ-1であること
を特徴とする請求項１に記載の光散乱式成分濃度測定装
置。 - 【請求項５】 光照射部より被測定物に近赤外波長領域
を含む励起光を照射するステップと、受光部によりこの
被測定物からのラマン散乱光を分光し、受光するステッ
プと、演算部によりこのラマン散乱光の強度から被測定
物内の成分の濃度を算出し、算出結果を出力するステッ
プとからなることを特徴とする光散乱式成分濃度測定方
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5194653A JPH0749309A (ja) | 1993-08-05 | 1993-08-05 | 光散乱式成分濃度測定装置および方法 |
| US08/284,213 US5481113A (en) | 1993-08-05 | 1994-08-02 | Apparatus and method for measuring concentrations of components with light scattering |
| DE69418546T DE69418546T2 (de) | 1993-08-05 | 1994-08-02 | Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Konzentration von Glukose mittels Lichtstreuung |
| EP94112030A EP0637742B1 (en) | 1993-08-05 | 1994-08-02 | Apparatus and method for measuring the concentration of glucose with light scattering |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5194653A JPH0749309A (ja) | 1993-08-05 | 1993-08-05 | 光散乱式成分濃度測定装置および方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0749309A true JPH0749309A (ja) | 1995-02-21 |
Family
ID=16328091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5194653A Pending JPH0749309A (ja) | 1993-08-05 | 1993-08-05 | 光散乱式成分濃度測定装置および方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5481113A (ja) |
| EP (1) | EP0637742B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0749309A (ja) |
| DE (1) | DE69418546T2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003270150A (ja) * | 2002-03-19 | 2003-09-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 燃料比計測装置及び方法 |
| JP2006322772A (ja) * | 2005-05-18 | 2006-11-30 | Jasco Corp | 分光分析装置 |
| KR101430551B1 (ko) * | 2012-12-03 | 2014-08-19 | 대한민국(농촌진흥청장) | 투과 라만 분광법을 이용한 곡물의 원산지 판별법 |
| JP2020501160A (ja) * | 2016-12-06 | 2020-01-16 | エァーエスペィ・システムス・アーエスＲｓｐ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ａ／Ｓ | 分析物検出装置および分析物を検出する方法 |
Families Citing this family (43)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR2731075B1 (fr) * | 1995-02-24 | 1997-05-23 | Materiel Arboriculture | Procede et dispositif d'analyse de la structure interne de produits, tels que par exemple des produits carnes, des tubercules ou des vegetaux |
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| US5712167A (en) * | 1995-07-19 | 1998-01-27 | Kyoto Dai-Ichi Kagaku Co., Ltd. | Method of measuring Amadori compound by light scattering |
| US5828450A (en) * | 1995-07-19 | 1998-10-27 | Kyoto Dai-Ichi Kagaku Co., Ltd. | Spectral measuring apparatus and automatic analyzer |
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| JPH09184809A (ja) * | 1995-12-30 | 1997-07-15 | Koyo Ozaki | 散乱光測定装置 |
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| US6662030B2 (en) | 1998-05-18 | 2003-12-09 | Abbott Laboratories | Non-invasive sensor having controllable temperature feature |
| US6662031B1 (en) | 1998-05-18 | 2003-12-09 | Abbott Laboratoies | Method and device for the noninvasive determination of hemoglobin and hematocrit |
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