JPH0850093A - Spectroscopic measurement of glucose concentration - Google Patents

Spectroscopic measurement of glucose concentration

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JPH0850093A
JPH0850093A JP7232584A JP23258495A JPH0850093A JP H0850093 A JPH0850093 A JP H0850093A JP 7232584 A JP7232584 A JP 7232584A JP 23258495 A JP23258495 A JP 23258495A JP H0850093 A JPH0850093 A JP H0850093A
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glucose
sample
light
wavelength
wavelengths
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JP7232584A
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Japanese (ja)
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Katsue Kotari
克衛 小足
Hiroshi Yokota
博 横田
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Kurabo Industries Ltd
Kurashiki Spinning Co Ltd
Original Assignee
Kurabo Industries Ltd
Kurashiki Spinning Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To optically measure the concn. of glucose with good accuracy by using a light wave having a shorter wavelength within a near infrared region. CONSTITUTION:A sample 15 is irradiated with the measuring light from a light source 2 and the absorption spectrum of glucose in the sample is calculated from the reflected light from the sample 15 and the concn. of glucose is measured from the absorption spectrum. In this method, a plurality of wavelengths are used as the wavelengths to be used of the absorption spectrum and a plurality of the selected wavelengths are set to ones selected from either one of wavelength bands of 950-1150nm and 1150-1300nm. Since the selected wavelengths are extremely near to a visible region, they penetrate into the deep part of the tissue of a living body and, since the effect of water absorption is low, an accurate measuring result is obtained. Since a plurality of the selected wavelengths are near mutually, measuring accuracy is also enhanced from this point of view.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、糖類の1つである
グルコースの濃度を、類似する分子構造を有する他の糖
類、例えばサッカロース、等の濃度と分光学的に分離測
定する方法に関し、特に、食品、農産物、果物、あるい
は、人・動物等の生体液の糖度を外部から非破壊的に、
つまり測定対象液を物体から外部に取り出すことなく、
測定する方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for spectroscopically separating and measuring the concentration of glucose, which is one of saccharides, from the concentrations of other saccharides having a similar molecular structure, such as sucrose. , Non-destructively the sugar content of food, agricultural products, fruits, or biological fluids of humans, animals, etc.
In other words, without taking out the liquid to be measured from the object to the outside,
Regarding how to measure.

【0002】[0002]

【従来の技術】上記した非破壊的測定方法は、測定対象
物から測定対象生体液を取り出す工程を省略することが
できるため極めて有用である。
2. Description of the Related Art The above-mentioned non-destructive measuring method is extremely useful because the step of taking out the biological fluid to be measured from the measuring object can be omitted.

【0003】ところで、この非破壊的測定方法において
は、測定可能範囲は測定対象物の表皮層のみだけである
のは不十分である。例えば、測定対象物が果物の場合、
表皮層である果皮は、組織構造や化学成分の構成、分布
などが内部の果肉のそれらと異なっている。果肉の糖度
を測定するためには、表皮層より深い部位を測定する必
要がある。
In this nondestructive measuring method, it is insufficient that the measurable range is only the skin layer of the object to be measured. For example, if the measurement target is fruit,
The epidermis, which is the epidermis layer, differs from those of the inner flesh in terms of tissue structure, composition and distribution of chemical components. In order to measure the sugar content of pulp, it is necessary to measure a part deeper than the epidermis layer.

【0004】従来技術として、特開昭60−23663
1号公報には人の血清中の糖類、特にグルコース、を非
破壊的に測定する方法が示されている。この測定方法は
入射角変調法と云われるものであって、基本的には、外
部から光波(測定光)をサンプルに照射して、サンプル
内部から拡散反射して返ってくる光波をスペクトル分析
する分光学的方法である。この方法においては、光波の
サンプルに対する入射角を変更する。この入射角が小さ
ければ、即ち、垂直入射に近ければ、光が表皮下深くま
で浸透し、この入射角が大きければ、光の浸透深さは浅
くなる。このように光の表皮下浸透深さを変えて分光信
号をとり出してその差信号をとれば、より深い深部の情
報、つまり糖度、を分離して取り出すことが可能であ
る。
As a prior art, Japanese Patent Laid-Open No. 60-23663
No. 1 discloses a method for non-destructively measuring sugars, particularly glucose, in human serum. This measurement method is called an incident angle modulation method. Basically, a sample is irradiated with a light wave (measurement light) from the outside, and the light wave diffused and reflected from the inside of the sample is spectrally analyzed. It is a spectroscopic method. In this method, the incident angle of the light wave on the sample is changed. If this incident angle is small, that is, if it is close to normal incidence, light penetrates deep into the epidermis, and if this incident angle is large, the penetration depth of light becomes shallow. In this way, if the subdermal penetration depth of light is changed and the spectral signal is extracted and the difference signal is taken, it is possible to separate and extract the information of the deeper depth, that is, the sugar content.

【0005】[0005]

【従来技術の問題点】ところが、上記従来方法において
は、入射角を変調させるための機構が複雑になるという
問題があるとともに、光波の入射角を変化させると表皮
表面の反射特性が変わることが影響して再現性が悪くな
るという問題がある。
However, in the above-mentioned conventional method, there is a problem that the mechanism for modulating the incident angle becomes complicated, and when the incident angle of the light wave is changed, the reflection characteristic of the epidermis surface is changed. As a result, there is a problem that the reproducibility deteriorates.

【0006】又、上記従来方法においては、光波の測定
波長として近赤外域の波長、2270±15nm、210
0±15nm、1765±15nm、1575±15nm、が
使用され、参照波長として、1000〜2700nmの波
長が使用されているが、よりよい測定精度を実現するた
めには、測定波長は近赤外域のより短い波長を使用すべ
きである。これは、特に農産物や果物等の生体液中には
水分が多量に含まれるために、使用する光波の水に対す
る透過性が問題となり、この透過性は短波長側ほど大き
くなるからである。
Further, in the above conventional method, the measurement wavelength of the light wave is 2270 ± 15 nm, 210 in the near infrared region.
0 ± 15 nm, 1765 ± 15 nm, 1575 ± 15 nm are used, and a wavelength of 1000 to 2700 nm is used as a reference wavelength. However, in order to realize better measurement accuracy, the measurement wavelength is in the near infrared range. Shorter wavelengths should be used. This is because, in particular, biological fluids such as agricultural products and fruits contain a large amount of water, so that the permeability of the used light wave to water becomes a problem, and this permeability becomes greater on the shorter wavelength side.

【0007】尚、中赤外域の波長、特に、7500〜1
5000nm域の赤外は指紋領域と呼ばれ、スペクトル分
析上有効な波長域であり、有機化合物の同定・定量に古
くから使われてきた。しかし、この領域では、バックグ
ランドとなる水の吸収が著しく大きいので、一般には、
水分を含む特定成分を定量することは不可能とされてい
る。また、可視光は水透過性が良好であるけれども、可
視域では無色の糖類も多いので、光色による定量は困難
であり、かつ可視域には特異な吸収帯域のスペクトルは
存在しない。
Incidentally, wavelengths in the mid-infrared region, particularly 7500 to 1
The infrared region of 5000 nm is called the fingerprint region, which is an effective wavelength region for spectral analysis and has been used for a long time for identifying and quantifying organic compounds. However, in this region, the absorption of background water is extremely large, so
It is considered impossible to quantify specific components including water. Further, although visible light has good water permeability, it is difficult to quantify by light color because there are many colorless saccharides in the visible region, and there is no spectrum of a specific absorption band in the visible region.

【0008】本発明者は、測定装置をより簡略化できる
分光学的測定方法を開発した。
The inventor of the present invention has developed a spectroscopic measuring method which can simplify the measuring apparatus.

【0009】この分光学的測定方法は、次の通りであ
る。
This spectroscopic measurement method is as follows.

【0010】すなわち、光源よりの測定光をサンプルに
照射し、サンプルよりの反射光からサンプル中のグルコ
ースの吸収スペクトルを算出し、該吸収スペクトルより
グルコース濃度を測定する方法にして、光源の光強度を
第1所定値に設定してサンプルの第1深度のグルコース
の吸収スペクトルを算出する第1ステップと、光源の光
強度を第2所定値に設定してサンプルの第2深度のグル
コースの吸収スペクトルを算出する第2ステップと、第
1及び第2のステップの各算出吸収スペクトルの差によ
りサンプルの第1及び第2深度間の深部のグルコースの
吸収スペクトルを算出し、該吸収スペクトルに基づいて
サンプルの深部のグルコースの濃度を測定する第3ステ
ップとを含むことを特徴とするグルコース濃度の分光学
的測定方法である。
That is, the light intensity of the light source is measured by irradiating the sample with the measuring light from the light source, calculating the absorption spectrum of glucose in the sample from the reflected light from the sample, and measuring the glucose concentration from the absorption spectrum. Is set to a first predetermined value to calculate a glucose absorption spectrum at a first depth of the sample, and the light intensity of the light source is set to a second predetermined value to absorb a glucose absorption spectrum at a second depth of the sample. The second step of calculating the absorption spectrum of glucose in the deep portion between the first and second depths of the sample is calculated from the difference between the absorption spectra calculated in the first step and the second step, and the sample is calculated based on the absorption spectrum. And a third step of measuring the glucose concentration in the deep part of the glucose concentration, the method for spectroscopically measuring the glucose concentration.

【0011】上記測定方法によれば、光源の光強度を変
更するという手法を採用することによりサンプルの表皮
層のバックグランドノイズを除去して所望測定部位であ
る深部のグルコースの濃度を測定するものであるから、
従来方法に必要とされた光波入射角変調装置の如き複雑
な装置は不要となり、上記第1の問題を解決することが
できる。
According to the above-mentioned measuring method, the background noise of the epidermis layer of the sample is removed by adopting the technique of changing the light intensity of the light source to measure the glucose concentration in the deep portion which is the desired measurement site. Therefore,
A complicated device such as a light wave incident angle modulator required for the conventional method is not required, and the first problem can be solved.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、上記第2の問題点を解決することにあり、近赤外域
のより短い波長の光波を使用することによってより精度
のよい測定結果を得ることのできる分光学的測定方法を
提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned second problem and to obtain a more accurate measurement result by using a light wave having a shorter wavelength in the near infrared region. The object of the present invention is to provide a spectroscopic measurement method capable of obtaining the above.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記目的
を達成するための本発明に係る測定方法は次の如くであ
る。
Means for Solving the Problems and Actions / Effects The measuring method according to the present invention for achieving the above object is as follows.

【0014】すなわち、本発明は、光源よりの測定光を
サンプルに照射し、サンプルよりの反射光からサンプル
中のグルコースの吸収スペクトルを算出し、該吸収スペ
クトルよりグルコース濃度を測定する方法において、上
記吸収スペクトルの使用すべき選択波長は複数とし、該
複数の選択波長は、波長帯域950〜1150nm又は1
150〜1300nmの何れか1つの波長帯域より選ばれ
た波長としたことを特徴とするグルコース濃度の分光学
的測定方法である。
That is, the present invention provides a method of irradiating a sample with a measuring light from a light source, calculating an absorption spectrum of glucose in the sample from reflected light from the sample, and measuring a glucose concentration from the absorption spectrum. The absorption spectrum has a plurality of selection wavelengths to be used, and the plurality of selection wavelengths have wavelength bands of 950 to 1150 nm or 1
It is a method for spectroscopically measuring glucose concentration, which is characterized in that the wavelength is selected from any one wavelength band of 150 to 1300 nm.

【0015】上記方法によれば、吸収スペクトルのこれ
らの選択波長は、従来の測定波長より短かく可視領域に
近づいているから、生体組織のより深部まで浸透する。
従って、生体組織の測定部位の自由度が従来に較べて拡
大する。特に、人の血管を流れる血液中のグルコースの
濃度を測定したい場合、上記選択波長の光波を使用すれ
ば、光波は、毛細血管が分布している真皮、あるいはそ
れに近い部位に十分到達するので、これを非破壊的に、
つまり血液を取り出すことなく、測定することが可能と
なる。また、上記選択波長の光波つまり可視領域に近い
短波長を利用するため、水の吸収の影響が小さく、使用
する光源のスペクトル輝度も高くなるので、つまりS/
N比が大きくなるので、装置性能が向上し、より精度の
よい測定結果が得られるという利点がある。さらに、複
数の選択波長は互いに近いものが選ばれているため、こ
の点からも測定精度が向上する。
According to the above-mentioned method, these selected wavelengths of the absorption spectrum are shorter than the conventional measurement wavelength and are closer to the visible region, so that they penetrate deeper into the living tissue.
Therefore, the degree of freedom of the measurement site of the biological tissue is expanded as compared with the conventional one. In particular, if you want to measure the concentration of glucose in blood flowing through the blood vessels of a person, if the light wave of the selected wavelength is used, the light wave reaches the dermis where the capillaries are distributed, or a portion close to it, Non-destructively,
That is, it becomes possible to measure without taking out blood. In addition, since the light wave of the selected wavelength, that is, a short wavelength close to the visible region is used, the influence of water absorption is small and the spectral brightness of the light source used is high, that is,
Since the N ratio becomes large, there is an advantage that the device performance is improved and a more accurate measurement result can be obtained. Furthermore, since the plurality of selected wavelengths are selected to be close to each other, the measurement accuracy is improved also from this point.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下に、添付図面に従って本発明
を具体的に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be specifically described below with reference to the accompanying drawings.

【0017】図1は本発明の一実施例に係る測定方法を
実施するために使用される装置を示している。先ず、こ
の装置を説明する。
FIG. 1 shows an apparatus used to carry out a measuring method according to an embodiment of the present invention. First, this device will be described.

【0018】図において、MIは公知のマイケルソン干
渉光学系で、光源2と、該光源2よりの光を通すスリッ
ト7aと、該スリット7aを通過した光を固定ミラー3と
移動ミラー5とに向けて互いに直交する2つの光波R1,
R2に分割投射するビームスプリッタ4と、各ミラー3,
5より反射されかつビームスプリッタ4上で再び重ね合
わされた光を通すスリット7bと、移動ミラー5を所定
位置に移動させるための移動ミラー駆動装置6を備えて
いる。移動ミラー駆動装置6は、コンピュータ12に接
続されており、該コンピュータよりの信号により制御さ
れる。光源2の光強度は光源強度コントローラ1により
調整することができる。光源強度コントローラ1は、コ
ンピュータ12に接続されており、該コンピュータより
の信号により制御される。
In the figure, MI is a well-known Michelson interference optical system, and includes a light source 2, a slit 7a for transmitting light from the light source 2, and a fixed mirror 3 and a moving mirror 5 for transmitting the light passing through the slit 7a. Two light waves R1, which are orthogonal to each other
A beam splitter 4 for splitting and projecting to R2, each mirror 3,
A slit 7b for transmitting the light reflected by the beam 5 and re-superimposed on the beam splitter 4 and a moving mirror driving device 6 for moving the moving mirror 5 to a predetermined position are provided. The moving mirror driving device 6 is connected to the computer 12 and controlled by a signal from the computer. The light intensity of the light source 2 can be adjusted by the light source intensity controller 1. The light source intensity controller 1 is connected to the computer 12 and is controlled by a signal from the computer 12.

【0019】図中8は反射ミラーであって、マイケルソ
ン干渉光学系MIの集光板7bより出射された光波を積
分球9に向けて反射する。反射ミラー8と積分球9との
間にはバンドパスフィルタ13を介在せしめている。バ
ンドパスフィルタ13の通過により選択された波長帯域
の光波すなわち測定光は、積分球9内にその入射口より
入射するとともに、該積分球のサンプル窓に設置された
サンプル15に照射される。サンプルに浸透した光波
は、サンプルの表皮下内部組織で拡散反射して再びサン
プル表面に出てくる。これらの拡散反射光は、積分球9
で集光されて、積分球の今1つの窓に設置された検知器
10、すなわち光電変換器、で検知される。検知器10
で光電変換された電気信号は、増幅器11で増幅され、
次いでA/D変換器によりデジタル信号に変換され、該
デジタル信号がコンピュータ12に入力される。
In the figure, reference numeral 8 is a reflecting mirror, which reflects the light wave emitted from the condenser plate 7b of the Michelson interference optical system MI toward the integrating sphere 9. A bandpass filter 13 is interposed between the reflecting mirror 8 and the integrating sphere 9. The light wave in the wavelength band selected by passing through the bandpass filter 13, that is, the measurement light enters the integrating sphere 9 through its entrance, and irradiates the sample 15 installed in the sample window of the integrating sphere. The light wave that has penetrated into the sample is diffusely reflected by the subepithelial internal tissue of the sample and comes out again on the sample surface. These diffusely reflected lights are integrated sphere 9
The light is collected by and is detected by the detector 10, that is, the photoelectric converter, installed in the other window of the integrating sphere. Detector 10
The electric signal photoelectrically converted by is amplified by the amplifier 11,
Then, it is converted into a digital signal by the A / D converter, and the digital signal is input to the computer 12.

【0020】次に、バンドパスフィルタ13により選択
される測定波長領域について説明する。
Next, the measurement wavelength region selected by the bandpass filter 13 will be described.

【0021】前記したように、本発明の測定対象物であ
る食品、農産物、果物あるいは人・動物等の生体液は含
水量が多い。このため、水の光吸収について考察するこ
とが重要である。
As described above, the water content of foods, agricultural products, fruits or biological fluids such as humans and animals, which are the objects of measurement of the present invention, is high. Therefore, it is important to consider the light absorption of water.

【0022】図2に近赤外領域における水の吸光係数を
示している。横軸は波長、縦軸は吸光係数を夫々示して
いる。図に明らかなように、純水の吸収ピークは、1.
93μm,1.43μm,1.15μm,および0.96μmの帯
域にある。そして、光の透過性は短波長側ほど大きい。
波長1.93μmと0.96μmにおける水の吸光度を比較
すると、3〜4桁も違う。このため、前記従来の測定波
長帯よりさらに可視領域に近い近赤外域において、目的
とする化学成分、すなわち糖類、の定量できる波長帯が
存在するならば、水を含む生体組織への光の浸透深さが
より深くなり、目的とする部位の成分濃度を代表する濃
度を有する部位まで十分に深く到達する訳である。ま
た、可視領域に近い波長域が利用できることは、使用す
る光源のスペクトル輝度も高くなることから測定装置の
性能がよくなるという利点がある。
FIG. 2 shows the absorption coefficient of water in the near infrared region. The horizontal axis represents wavelength, and the vertical axis represents extinction coefficient. As is clear from the figure, the absorption peak of pure water is 1.
It is in the bands of 93 μm, 1.43 μm, 1.15 μm, and 0.96 μm. The light transmittance is higher on the shorter wavelength side.
Comparing the absorbance of water at wavelengths of 1.93 μm and 0.96 μm, they differ by 3 to 4 digits. Therefore, in the near-infrared region which is closer to the visible region than the conventional measurement wavelength band, if there is a quantifiable wavelength band of the target chemical component, that is, saccharide, the penetration of light into biological tissues including water. This means that the depth becomes deeper, and the region having a concentration representative of the component concentration of the target region is reached sufficiently deep. In addition, the fact that a wavelength range close to the visible range can be used has an advantage that the performance of the measuring apparatus improves because the spectral brightness of the light source used also increases.

【0023】そこで、本発明者等は、糖類サンプルとし
て、実用的に意味をもち、しかもその分子構造が非常に
類似しているグルコースとサッカロースをとり上げ、近
赤外域においてその分離定量性を調べた。その結果、グ
ルコースとサッカロースの近赤外スペクトルは非常に類
似しているためにその混合系ではスペクトルは重畳し干
渉するにもかかわらず、従来の測定波長よりも短い波長
でかつ有意差のある波長の帯域があることを知見した。
上記バンドパスフィルタ13はこの波長帯域の光波のみ
を透過させる作用を有する。
Therefore, the present inventors have taken up glucose and saccharose, which have practically significant meanings and have very similar molecular structures, as saccharide samples, and examined their separation and quantitative properties in the near infrared region. . As a result, the near-infrared spectra of glucose and saccharose are very similar, so that the spectra overlap and interfere with each other in the mixed system, but the wavelength is shorter than the conventional measurement wavelength and has a significantly different wavelength. I found that there is a band of.
The bandpass filter 13 has a function of transmitting only light waves in this wavelength band.

【0024】この有意帯域の光波又はスペクトルを以下
に詳述する。
The light wave or spectrum in this significant band will be described in detail below.

【0025】水溶液系サンプルにおいては、図3に示す
ように、サッカロース水溶液やグルコース水溶液の純水
に対するスペクトルの有意差は目視的には判別しにく
い。そこで、グルコース水溶液と純水の差スペクトル
(図4)及びサッカロース水溶液と純水の差スペクトル
(図5)を調べてみた。この差スペクトルは、グルコース
水溶液やサッカロース水溶液のスペクトルからそれらの
含有水量の純水のスペクトルを差し引いたものである
(以下これを疑似純グルコース又は疑似純サッカロース
という)。図4,5において、各グラフのナンバーはグル
コースやサッカロースのモル濃度を示している。 すなわち、No1 : 2.0Mol/リットル No2 : 1.0Mol/ リットル No3 : 0.5Mol/ リットル No4 : 0.25Mol/ リットル No5 : 0.125Mol/ リットル 次に、グルコースとサッカロースのスペクトルの差をみ
るために、疑似純グルコーススペクトルと疑似純サッカ
ローススペクトルを比較すれば、図6のようになり、そ
の差スペクトル(疑似純グルコーススペクトル−疑似純
サッカローススペクトル)は図7のようになる。前記し
たように、グルコースとサッカロースは分子構造的には
非常に類似しており、スペクトルにもそのことが反映さ
れている(図6)。しかし、このように類似した分子構造
をしていても、1150〜1300nm帯域及び950〜
1150nm帯域に有意差が観測される。
In the case of the aqueous solution type sample, as shown in FIG. 3, it is difficult to visually discriminate a significant difference in the spectra of the sucrose aqueous solution and the glucose aqueous solution with respect to pure water. Therefore, the difference spectrum between the glucose solution and pure water
(Figure 4) and difference spectrum between sucrose aqueous solution and pure water
I checked (Fig. 5). This difference spectrum is a spectrum obtained by subtracting the spectrum of pure water with the water content thereof from the spectrum of the glucose aqueous solution or the sucrose aqueous solution.
(Hereinafter, this is referred to as pseudo pure glucose or pseudo pure sucrose). In FIGS. 4 and 5, the numbers in each graph indicate the molar concentrations of glucose and sucrose. That is, No1: 2.0 Mol / liter No2: 1.0 Mol / liter No3: 0.5 Mol / liter No4: 0.25 Mol / liter No5: 0.125 Mol / liter Next, in order to check the difference between the spectra of glucose and sucrose. When the pseudo pure glucose spectrum and the pseudo pure saccharose spectrum are compared, the result is as shown in FIG. 6, and the difference spectrum (pseudo pure glucose spectrum-pseudo pure saccharose spectrum) is as shown in FIG. As described above, glucose and saccharose are very similar in molecular structure, which is reflected in the spectrum (FIG. 6). However, even if the molecular structure is similar, the band of 1150 to 1300 nm and the wavelength of 950 to
A significant difference is observed in the 1150 nm band.

【0026】グルコース・サッカロース混合水溶液の3
成分系において、上記有意差の認められる1150〜1
300mの帯域における3つの代表的波長、すなわちグ
ルコースの相対的に支配的な吸光度の代表波長(123
0nm)、サッカロースの相対的に支配的な吸光度の代表
波長(1205nm)、グルコースとサッカロースの濃度に
依存しないベース波長(1285nm)を使用した数学式で
グルコース、サッカロース及び純水の3成分が分離定量
できる。それに基づいて未知サンプルを検定した結果を
図8,9に示している。図8はグルコース・サッカロー
ス混合水溶液における下記のグルコース濃度適用モデル
式(定数を含む線形一次式)により求めた検定濃度(縦軸)
と実測濃度(既知濃度・横軸)の関係を示している。
3 of glucose / sucrose mixed aqueous solution
1150 to 1 in which the above-mentioned significant difference is recognized in the component system
Three typical wavelengths in the band of 300 m, that is, a typical wavelength of the relatively dominant absorbance of glucose (123
0 nm), the relative dominant absorption wavelength of saccharose (1205 nm), and the base wavelength (1285 nm) that does not depend on the concentrations of glucose and sucrose. it can. The results of testing unknown samples based on the results are shown in FIGS. FIG. 8 is a test concentration (vertical axis) obtained by the following glucose concentration application model formula (linear linear equation including constants) in a glucose / sucrose mixed aqueous solution.
And the actual concentration (known concentration / horizontal axis).

【0027】検定適用モデル式 Cg=Pg0+Pg1A(λ1)+Pg2A(λ2)+Pg3A(λ3) Cg:グルコース検定濃度 A(λ1),A(λ2),A(λ3):各選択波長(λ1=1205n
m,λ2=1230nm,λ3=1285nm)における吸光度 Pg0,Pg1,Pg2,Pg3:係数 上記モデル式の係数は、必要な個数の標準サンプルにつ
いて試験を行って求められる。図中の直線は実測濃度と
検定濃度が1対1に対応する関係を示している。図
中「。」印は一定個数のサンプルについて行った結果をプ
ロットしたものであるが、何れの結果も直線に沿ってい
ることが明らかであり、これにより、上記選択波長を用
いてグルコースが分離定量できることが分かる。
Test-applied model formula Cg = Pg 0 + Pg 1 A (λ 1 ) + Pg 2 A (λ 2 ) + Pg 3 A (λ 3 ) Cg: Glucose test concentration A (λ 1 ), A (λ 2 ), A (λ 3 ): Each selected wavelength (λ 1 = 1205n
Absorbance at m, λ 2 = 1230 nm, λ 3 = 1285 nm) Pg 0 , Pg 1 , Pg 2 , Pg 3 : Coefficients The coefficients of the above model formulas are obtained by conducting tests on a required number of standard samples. The straight line in the figure shows the relationship in which the measured concentration and the assay concentration have a one-to-one correspondence. In the figure, the “.” Mark is a plot of the results obtained for a certain number of samples, and it is clear that all the results are along a straight line, which allows glucose to be separated using the selected wavelength. It turns out that it can be quantified.

【0028】上記説明はグルコースについてであるが、
サッカロースについても、上記と同様に、3つの選択波
長(1205nm,1230nm,1285nm)を用いて分離定
量できる。図9はグルコース・サッカロース混合水溶液
におけるサッカロース濃度検定適用モデル式により求め
た検定濃度(縦軸)と実測濃度(既知濃度・横軸)の関係を
示している。この場合も、サンプルについて行った結果
が1対1対応直線に沿っていることが明らかである。
Although the above description is about glucose,
Saccharose can also be separated and quantified by using three selection wavelengths (1205 nm, 1230 nm, 1285 nm) as in the above. FIG. 9 shows the relationship between the test concentration (vertical axis) obtained by the sucrose concentration test application model equation in the glucose / sucrose mixed aqueous solution and the actually measured concentration (known concentration / horizontal axis). In this case as well, it is clear that the results obtained for the sample are along a one-to-one correspondence straight line.

【0029】同様にして、1つの有意差帯域950〜1
150nmにおける代表的な波長(950nm,980nm,1
107nm)を用いてグルコース、サッカロース及び純水
の3成分を分離定量することが可能である。
Similarly, one significant difference band 950-1
Typical wavelength at 150 nm (950 nm, 980 nm, 1
It is possible to separate and quantify the three components of glucose, saccharose and pure water using 107 nm).

【0030】さらに、1300〜1450nmの帯域にお
いてもグルコース及びサッカロースのスペクトルの有意
差がみられる(図7では部分的にしか示していない)。従
って、この帯域における3つの代表的波長(1349nm,
1385nm,1400nm)を使用して成分を分離できる。
前記の例と同様にして数学式を用いて検量線を求め、未
知サンプルを検定した結果を図10(グルコース濃度を
示す)及び図11(サッカロース濃度)に示している。各
図に明らかなように、検定結果を示す「。」印は何れも略
1対1対応直線に沿っている。
Further, significant differences in glucose and saccharose spectra are also observed in the band from 1300 to 1450 nm (only partially shown in FIG. 7). Therefore, three typical wavelengths in this band (1349 nm,
The components can be separated using 1385 nm, 1400 nm).
A calibration curve was obtained using a mathematical formula in the same manner as in the above example, and the results of assaying unknown samples are shown in FIG. 10 (glucose concentration is shown) and FIG. 11 (saccharose concentration). As is clear in each figure, all of the "." Marks indicating the test results are along a straight line corresponding to one to one.

【0031】図1に示した測定装置に使用する光波の選
択波長は、上記したように、3つの波長帯域950〜1
150nm,1150〜1300nm,1300〜1450nm
の何れかより選ばれた波長である。
The selected wavelengths of the light waves used in the measuring apparatus shown in FIG. 1 are, as described above, three wavelength bands 950 to 1
150nm, 1150-1300nm, 1300-1450nm
Is a wavelength selected from any of the above.

【0032】さて、次に、図1において、サンプル15
の深部bの組織の糖類濃度、具体的には一例としてグル
コース濃度の測定方法を具体的に説明する。
Next, referring to FIG.
A method for measuring the saccharide concentration of the tissue in the deep part b, specifically, the glucose concentration will be specifically described as an example.

【0033】先ず第1ステップとして、サンプルの表皮
層aの組織のスペクトルを調べるために、光源強度コン
トローラ1により光源2よりの光を所定の光強度に設定
する。すなわち、積分球9よりサンプル15に向けて照
射される光波が表皮層aだけに入射しかつ外部に再び反
射するように調整する。このようにして、サンプル15
の表皮層aのスペクトルが測定されるのである。この場
合、バンドパスフィルタ13では必要な波長帯域、例え
ば1150〜1300nm、の光波のみが透過する。コン
ピュータ12では、入力信号からインタフェログラム
(干渉波形)を算出し、次いでこのインタフェログラム
をフーリエ変換して通常の吸収スペクトルを算出する。
次いで、第2ステップとして、光源強度コントローラ1
により光源上の光強度を増加し、積分球9よりの光波が
サンプル15の深部bまで浸透するようにする。このよ
うにして、サンプル15の表皮層aと深部bの両者のスペ
クトルを算出する。この場合も、コンピュータ12では
表皮層aの測定の場合と同様のプログラムが実行され
る。次いで、第3ステップとして、コンピュータ12にお
いて、第1ステップ及び第2ステップで得られた両スペ
クトルの差スペクトルを算出し、次いで、上記波長帯域
1150〜1300nmの中から、目的成分すなわちグル
コースの濃度測定に必要な数個の波長、例えば1205n
m,1230nmおよび1285nmの3波長を選択し、次い
で、これらの選択波長を前記した所定の数学式に適用し
てグルコース濃度を求める。
First, as a first step, in order to examine the spectrum of the tissue of the epidermis layer a of the sample, the light source intensity controller 1 sets the light from the light source 2 to a predetermined light intensity. That is, it is adjusted so that the light wave emitted from the integrating sphere 9 toward the sample 15 is incident only on the skin layer a and is reflected again to the outside. In this way, sample 15
The spectrum of the skin layer a of is measured. In this case, the bandpass filter 13 transmits only a light wave of a required wavelength band, for example, 1150 to 1300 nm. The computer 12 calculates an interferogram (interference waveform) from the input signal, and then Fourier transforms the interferogram to calculate a normal absorption spectrum.
Then, as a second step, the light source intensity controller 1
The light intensity on the light source is increased so that the light wave from the integrating sphere 9 penetrates to the deep portion b of the sample 15. In this way, the spectra of both the skin layer a and the deep portion b of the sample 15 are calculated. In this case as well, the computer 12 executes the same program as in the case of measuring the skin layer a. Then, as a third step, the computer 12 calculates the difference spectrum between the two spectra obtained in the first step and the second step, and then measures the concentration of the target component, that is, glucose from the wavelength bands 1150 to 1300 nm. Several wavelengths required for, eg 1205n
Three wavelengths, m, 1230 nm and 1285 nm, are selected and then these selected wavelengths are applied to the predetermined mathematical formula given above to determine the glucose concentration.

【0034】上記スペクトルを実行することにより、グ
ルコースが全く含まれないか、または有意味なほど含ま
れない表皮層aのバックグランドノイズが除去されると
ともに、深部bの組織のグルコースの濃度の測定値を得
ることができる。
By carrying out the above spectrum, the background noise of the epidermal layer a, which does not contain glucose at all or meaningfully, is removed, and the concentration of glucose in the tissue at the depth b is measured. You can get the value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の測定方法を実施するための測定装置
の概略図である。
FIG. 1 is a schematic view of a measuring apparatus for carrying out the measuring method of the present invention.

【図2】 近赤外帯域における水の吸光係数を示すグラ
フである。
FIG. 2 is a graph showing an absorption coefficient of water in a near infrared band.

【図3】 純水,グルコース水溶液及びサッカロース水
溶液の吸光度スペクトルを示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing absorbance spectra of pure water, an aqueous glucose solution and an aqueous saccharose solution.

【図4】 グルコース水溶液と純水の差スペクトルを示
すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a difference spectrum between an aqueous glucose solution and pure water.

【図5】 サッカロース水溶液と純水の差スペクトルの
吸光度差を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing a difference in absorbance between difference spectra of a sucrose aqueous solution and pure water.

【図6】 疑似純グルコーススペクトル及び疑似純サッ
カローススペクトルの吸光度差を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a difference in absorbance between a pseudo pure glucose spectrum and a pseudo pure saccharose spectrum.

【図7】 疑似純グルコーススペクトルと疑似純サッカ
ローススペクトルの差スペクトルの吸光度差を示すグラ
フである。
FIG. 7 is a graph showing a difference in absorbance between a difference spectrum between a pseudo pure glucose spectrum and a pseudo pure saccharose spectrum.

【図8】 グルコース・サッカロース混合水溶液におけ
る本発明実施例に係るグルコース濃度検定適用モデル式
により特定の選択波長を適用して求めた検定濃度と実測
濃度との関係を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a relationship between a test concentration and an actually measured concentration obtained by applying a specific selection wavelength by a glucose concentration test application model formula according to an embodiment of the present invention in a glucose / sucrose mixed aqueous solution.

【図9】 グルコース・サッカロース混合水溶液におけ
る本発明実施例に係るサッカロース濃度検定適用モデル
式により求めた検定濃度と実測濃度との関係を示すグラ
フである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the test concentration and the actually measured concentration in the glucose / saccharose mixed aqueous solution obtained by the sucrose concentration test application model formula according to the example of the present invention.

【図10】 他の特定の選択波長を適用した場合の図8
と同様のグラフである。
FIG. 10 is a diagram when applying another specific selected wavelength.
Is a graph similar to.

【図11】 他の特定の選択波長を適用した場合の図9
と同様のグラフである。
FIG. 11 is a diagram when another specific selected wavelength is applied.
Is a graph similar to.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源強度コントローラ 2 光源 3 固定ミラー 4 ビームスプリッター 5 移動ミラー 6 移動ミラー駆動装置 7a,7b スリット 8 反射ミラー 9 積分球 10 検知器 11 増幅器 12 コンピュータ 13 バンドパスフィルタ 14 A/D変換器 15 サンプル MI マイケルソン干渉光学系 1 Light Source Intensity Controller 2 Light Source 3 Fixed Mirror 4 Beam Splitter 5 Moving Mirror 6 Moving Mirror Drive 7a, 7b Slit 8 Reflecting Mirror 9 Integrating Sphere 10 Detector 11 Amplifier 12 Computer 13 Bandpass Filter 14 A / D Converter 15 Sample MI Michelson interference optics

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源よりの測定光をサンプルに照射し、
サンプルよりの反射光からサンプル中のグルコースの吸
収スペクトルを算出し、該吸収スペクトルよりグルコー
ス濃度を測定する方法にして、上記吸収スペクトルの使
用すべき選択波長は複数とし、該複数の選択波長は、波
長帯域950〜1150nm又は1150〜1300nmの
何れか1つの波長帯域より選ばれた波長であることを特
徴とするグルコース濃度の分光学的測定方法。
1. A sample is irradiated with measurement light from a light source,
Calculating the absorption spectrum of glucose in the sample from the reflected light from the sample, in the method of measuring the glucose concentration from the absorption spectrum, the selection wavelength to be used of the absorption spectrum is a plurality, the plurality of selection wavelengths, A method for spectroscopically measuring glucose concentration, which has a wavelength selected from any one of wavelength bands 950 to 1150 nm or 1150 to 1300 nm.
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