JPS5848850B2 - 光学的分析方法および装置ならびに導波管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光学的分析方法および装置、ならびにその装
置に有用なロツドもしくはファイバの形態をなす細長い
導波管（Ｗａｖｅｇｕ ｉｄｅ ）に関する。

米国特許第２，９ ６ ４，９ ９ ３号明細書には、
比重または組成を分析することによって流体を測定する
装置であって、サファイヤ、石英またはパイレツクスの
如き透明な放射エネルギーを伝達しうる材料でできた長
手方向に伸びる放射エネルギー導波管を備えた装置が開
示されている。

米国特許第２，９ ７ ７，８ ４ ２号明細書には、
光ファイバを使用して移動中の紙の如きシートの水分の
量を測定する装置および方法が開示されている。

米国特許第３，０ ７ １，０ ３ ８号明細書には、
放射エネルギー伝達光導波管を有し、この導波管の周辺
面上に流れる流体の組成の密度および／または比重に起
る変化を正確に連続的に測定する放射エネルギー測定装
置が開示されている。

米国特許第３，３ ７ ０，５ ０ ２号明細書には、
ロツドおよびこのロツドを取り巻くセルを有していて、
放射エネルギーがそのロンド手段の一端に指向され、そ
のロンドを通って多回内部反射させられるような吸収セ
ル装置が開示されている。

米国特許第３．４ ０ ９，４ ０ ４号明細書には、
コレステリツク液晶材料の光学的特性は、そのコレステ
リツク材料が別の材料と接触させられる時に変えられる
ことが示されている。

種々な材料、特に、蒸気は、コレステリツク液晶材料に
対するそれらの効果を観測することによって確認される
。

最も都合のよい観測可能な効果はコレステリツク材料の
色の変化であり、必要ならば、それらの色の変化を、既
知の基準材料によって得られる変化と比較することがで
きる。

ある分析装置は、コレステリツク液晶材料の１つ以上の
異なった要素を備えてもよい。

適当なコレステリツク液晶材料としては、コレステロー
ルから誘導される種々な化合物およびそれらの混合物が
ある。

米国特許第３，７ ５ ２，５ ８ ４号明細書には、
流体中の粒状固体試料の分析のための減衰全反射技術を
使用する分光装置および方法が開示されている。

例えば、機械的フィルタとして配列された光ファイバ等
の複数の細長い全内部反射素子を備えた光学的セルに放
射線ビームを通過させる。

粒子を含んだ流体がそのセルを横切って通過させられる
と、その粒子は、そのフィルタに捕捉され、それらの素
子を通過する放射線がそこで選択的に吸収され、吸収ス
ペクトルを有した光学的出力が与えられ、これをその試
料の確認のために利用することができる。

米国特許第３，８ ０ ５，０ ６ ６号明細書には、
光路を遮断する直列配列の煙路を備えた光ファイバを利
用する煙検出装置が開示されている。

本発明によれば、第１の物質を検出する装置は、この第
１の物質と接触すると導波管での光の透過能力を測定可
能な程度に変化させるように第１の物質と選択的に結合
する第２の物質をその縦方向の外周辺表面に有した導波
管と、この導波管を通してその縦方向に光を透過するよ
うに配置された光源と、前記導波管から出る光を測定す
る装置とを備えている。

前記した導波管は、新製品である。この装置は（ａ）第
１の物質と接触するとその第１の物質と選択的に結合し
て導波管の光透過能力を測定可能な程度に変化させる第
２の物質をその外聞辺表面に有した導波管を、第１の物
質を含む未知の物質に対して露出し、（ｂ）前記工程（
ａ）における露出後に導波管を通してその縦方向に光を
透過させ、（Ｃ）第１の物質の測定尺度として前記工程
（ｂ）において透過された光を検出することを含む、第
１の物質を検出する方法において有用である。

この装置および方法は、定性分析または定量分析に使用
されうる。

導波管は、第２の物質が充分に光を透過するものである
ならば、第２の物質で被覆し、または含浸し、ある場合
には第２の物質によって形成することができる。

また、ある場合には、第２の物質は、導波管に取り付け
られる反応性のあるグループで構成してもよい。

第１の物質は、第２の物質との生化学的反応および／ま
たは錯化を化学的に含む吸着または吸収によって第２の
物質と選択的に結合されうる。

被覆された導波管の場合には、導波管は、中実であって
もよいし中空であってもよく、例えば、中空または中実
の円筒体とすることができる。

中空円筒体の場合には、その被覆体は、内面または外面
、またはそれらの両面に適用しうるが、通常、両端の被
覆体を通して光を通過させて特定の波長の光を吸収させ
るようにすることが望ましい場合以外は、中実のロンド
の外周辺領域のみに被覆しロンドの両端部には被覆しな
い。

明らかなように、定量的な検出の場合には、導波管上の
第２の物質の量は、検出されるべき第１の物質の予想さ
れる最大量と結合するに必要とされる量より多くなけれ
ばならず、好ましくは、第２の物質は相当に過剰である
とよい。

導波管はロツドまたはファイバの形態をなしていて、サ
ファイヤ、ガラス、パイレツクスまたはその他の透明無
機質材料の如き透明材料で形成され、または、ポリスチ
レン、ポリーα−メチルスチレン、ポリメチルメタクリ
レートまたはその他の透明プラスチック材料の如き透明
プラスチックで形成することができる。

導波管は、光の流れの方向に細長くするとよい。

時には光ファイバと呼ばれる円筒状導波管が通常使用さ
れるが、正方形、長方形、長円形またはその他の横断面
形のファイバまたはロツドも使用でき、第１図および第
３図に示されているように、光がその導波管内を縦方向
に多回反射しながら透過される。

光源は、商業上入手可能な光源でよく、実質的には白色
の光源である。

また、光源は、着色することもできるし、赤外線、紫外
線、黄色、オレンジ、緑、青またはその他の色範囲の実
質的単色光とすることもできる。

しかし、第４図の説明で示されるように、着色光を得る
ためにフィルタを使用することができる。

種々の色の単色光は、発光ダイオード（ＬＥＤ）によっ
て供給されうる。

第４図の説明におけるように、この場合には緑の如き特
定の色が、導波管上に現われる被覆体の色または組成に
よっては、最も望ましいものでありうる。

次に、添付図面に基づいて、本発明の好ましい実施例に
ついて本発明をより詳細に説明する。

特定のコレクタ・センサとして作用する導波管の被覆体
との組合せは導波管の屈折率よりも高いかまたは低い屈
折率を有する被覆体を備えるように選定される。

通常、被覆体は、それの所望の多くの反応剤との適合性
に応じて、ある１つの反応剤を有する非水溶性ポリマか
または水溶性ポリマであることが好ましい。

しかし、ある場合には、被覆体自体が反応剤のみのこと
がある。

より低い屈折率のものを使用する状態は、通常光導波管
に使用される状態であって、第１図のＡに例示した機構
となる。

より高い屈折率を有する被覆体を使用する場合は、第１
図のＢに示したような機構で作動する。

どちらの方法も使用しうるが、第１図のＡに示したもの
は感度がより低くなる。

何故ならば、消失波の相互干渉はロンドの被覆界面の領
域においてのみ起るからである。

第１図のＢに示した機構ではそのどちらにおいても、放
射線は被覆体の全体を通って伝達され、このようにして
、ソリツドステートな分光光度測定がその場所でなされ
うる。

光透過率を測定するために、ある器具または装置は定量
分析測定をするように設計され構成された。

この特定の装置は、直径０． ９ ｍｍないし１． ３
ｍｒｎ，長さ１０ｍｒＩＬまたは２０ｍｍのガラスロ
ツドを有している。

この基本的構戒を第２図に概略的に示している。

これらの構成部分は次のとおりである。参照番号１・・
・タングステンフィラメントランプ光源 ２・・・ほぼ平行光を生ずるための集光系３・・・波長
選択用フィルタ ４・・・軸光線を阻止するための環状開口５・・・中空
円錐体状の光線を形成するための集光レンズ ６・・・広角光線をロツドに結合するための結合半球体
および開口 Ｔ・・・表面接触を最少にしながら開口に対してロンド
を正確に位置定めするロ ンド取付け体 ８・・・シリコンフォトダイオード検出器９・・・電流
一電圧変換器として動作する演算増巾器 １０・・・相対的透過率読出し用３１／／２デジットデ
ジタル電圧計 第３図に光学的ダイヤグラムを示している。

この図では、基本的な測定動作を示すためにロツドの寸
法は誇張して示されている。

タングステンランプからの光は、鏡およびレンズ集光系
を用いて平行光線とされる。

次いでその光は、熱吸収ガラスフィルタおよび可変色選
択フィルタを通過していく。

正面ミラーは、その光を垂直方向に９０゜偏向させる。

環状開口は、軸光線を阻止し、石英ロンド中を導かれる
光線に対する円錐角の範囲を定める。

次段の集光レンズは、その平行光線ビームを強く収束し
た中空円錐状光ｌこ変換する。

半球状レンズおよび円形開口は、その光をロンドに結合
させる。

光はロツド内で多回反射した後、ロツドの上端面に出て
、拡散器によって散乱され、その光の一部がシリコンフ
ォトダイオード検出器へ行くようにされる。

そのフォトダイオードは、光電モードにて動作され、演
算増巾器は、そのダイオード間の電圧を最小とするよう
に電流シンクとして作用する。

その増巾器の出力は、１０１１アンペアから１０−３
アンペアの範囲に亘る入力電流に比例した低インピーダ
ンス電圧である。

２００ｍＶフルスケールデジタルパネルメータに適した
出力電圧が１０進レンジスイッチによって選択される。

使用に際しては、ロンドの被覆後であってそれが露出さ
れる前に、ロツドを通って透過される光の量をまず最初
にこの装置で記録する。

次に被覆体を分析すべき材料に対して露出させると、そ
の時起る反応により被覆体が変化し、その導波管を通る
光の透過率がその反応生成物の濃度に比例して変化する
。

被覆された導波管が光の透過率を測定するための装置内
に配置されて検出されるべき材料に対して露出されるか
、もしくは光透過率の測定用の装置とは別にして露出さ
せその後にその装置内に配置されるかは、それぞれの適
用に応じてなされることが望ましい。

この現象は、カパニ− （ Ｋａｐａｎｙ ）によって
説明された周知の導波管理論（ Ｋａｐａｎｙ，Ｎ．Ｓ
． ” Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ”，Ａｃａｄｅｍ
ｉｃ Ｐｒｅｓｓ ｙ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ ｖ １ ９
６ ７ ）によって支配される。

その必須の要件は、送入光線がロンドを透過しないよう
になる臨界角度がｎ１ θＣ＝一によって与えられるということである。

ｎｏ ここで、芯体の屈折率であるｎ。

は、被覆体の屈折率であるｎ１ より大きい。

従って、被覆された導波管は、ロンド外周面での小さな
変化がそのロンドを透過する光では大きな変化に調整さ
れるので、電気装置でいえば真空管またはトランジスタ
で作動される増巾器の如き感光増巾器としての作用をす
る。

導波管に適用された被覆体の組成は下記のような機構に
より変化させることができ、それらが屈折率の変化およ
び／または吸収、吸着または散乱プロセスによる変化を
感知することによって装置による検出を達威させること
になる。

（１）アンモニアの如き成分と反応して出発材料と本質
的に同じ色の生成物を生ずるような導波管の被覆体中の
有効な成分（反応剤）の化学反応。

この装置では、生或物質の屈折率の変化によりこの変化
を感知する。

この方法は、最終生成物が着色されず、従って波長選択
性でないという欠点を有している。

その結果、水分が感知され障害となるが、これは、試験
開始時と同じ程度まで被覆ガイドを乾燥することによっ
て排除されつる。

生或物は、選択された特定の反応に従って全く安定とな
りうる。

（２）アンモニアの如き成分と反応して澄明で且つ着色
された安定な生威物を生ずるような被覆された導波管に
おける有効な反応剤の化学反応。

この方法は、装置の波長選択ができるために特異性を与
え、それ故に、読みに影響する水分を補償するために無
色光を使用することができる。

生或物は、選択された特定の反応に従って全く安定とな
りうる。

（３）アンモニアの如き成分と反応して着色および／ま
たは非着色析出物を生ずるような導波管被覆体における
有効反応剤の化学反応。

この場合には、析出物が色を有するか否かはほとんど差
がない。

伺故ならば、粒子に入射する光は、主として散乱のため
に失なわれるからである。

ここでは水分が障害となるが、それは試験開始時と同程
度まで乾燥させることによって排除しうる。

生戒物は、選定された特定の反応に従って全く安定とな
りうる。

（４）問題の成分と反応して着色および／または非着色
生或物を生ずるような被覆された導波管における有効反
応剤の錯化反応。

たいていの場合、その生成物は着色される。

その生威物の安定性は、一般に、化学反応において形成
されるものほどには満足できるものでなく、選択された
特定の反応に従って変化する。

（５）問題の酸性または塩基性成分と反応して着色反応
生或物を生ずるような被覆体におけるｐＨ感性反応剤の
酸一塩基反応。

この反応は、どんな酸性または塩基性物質も同じ着色生
成物を与えるので、非特定的であるという欠点を有して
いる。

このことは必然的に、その適用を注意深く選択すること
が必要になる。

しかし、この場合には、反応が可逆的であり、初期ｐＨ
および緩衝剤を調整して所望の成分濃度で変化するよう
に調整されうるという利点がある。

ここでもまた生戒物の安定性は、多くの場合において着
色染料酸化または光不安定性のため問題となりうる。

（６）問題の戒分に対して選択的親和力を有する被覆体
内にとり入れられた反応剤によって、当該問題の或分を
吸収および／または吸着する如き物理的プロセスの利用
。

この方法は、所望の生戒物の安定性を与えるほど充分強
くは或分を保持しないかもしれない。

被覆体の水分は、多くの化学的および錯化反応が起るた
めに必要であることが見出された。

このことは、通常、空気中に水分が存在することおよび
被覆されたコレクタ／センサが比較的一定量の水分を保
持する傾向があることにより問題とはならない。

実施例 １ この技術は、シアン化ナトリウム（ＮａＣＮ）のマイク
ログラム量が測定されうるかどうかを見ることによって
試験された。

ポリビニルアルコールの１饅水溶液が準備され、０．１
重量φのナトリウムピクラートが加えられた。

このナトリウムピクラートは、（Ｃｒ）に選択的に反応
することが知られている（ Ｆｅｉｇｌ ，Ｆｒｉｔｚ
ｔ ” Ｓｐｏｔ Ｔｅｓｔｓｉｎ Ｉｎｏｒｇａ
ｎｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ，ＥｌｓｅｖｉｅｒＰｕ
ｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｎｅｗ ｙｏｒｋ
９１９５８）。

次に、この溶液は、ロツドの両端を保護した状態でロツ
ドの表面を一様に被覆するように使用された。

この乾燥した被覆光導波管の光透過率が反応前に測定さ
れた。

シアン化ナトリウムの形のシアン化物イオンの既知量が
、５ｒＩＬｌエツペンドルフピペットを使用して光導波
管の外周面に加えられ、ロンドは乾燥され、再びその透
過率が測定された。

次いで、露出前の最初の読みに基づく百分率の透過率が
（ＣＮ一）濃度の関数としてプロットされた。

第４図に示した結果が得られた。

シアン化物イオンとピクラートとの反応により、被覆体
の屈折率が変化させられた。

その結果としての光導波管を通る光の透過率の変化は、
シアン化物の濃度に比例していた。

多回内部反射により感度が高められ、被覆体の光学的特
性がわずか変化したことによりその系を通って透過され
る光が大きく変化した。

緑色フィルタが最もよい感度を与えたが、緑色が反応生
成物の赤かつ色の補色である以上このことは予想される
ことである。

また、予期される濃度範囲に亘ってベールの法則（ Ｂ
ｅｅｒ ｓ ｌ ａｗ）に従うことが認められる。

この技術もまた、空気中のガス状ＨＣＮの測定にうまく
適用された。

空気中のシアン化物の測定は、考えられる種々な応用例
のうちの特殊なものとは考えられないので、この技術を
、広範囲の問題の諸或分または汚染物質に適用すること
ができるはずである。

最初は、被覆体自体と被覆の均一性との両方についての
問題が予想された。

これらの線に沿う諸問題ｆこ遭遇している間に、一旦被
覆方法が開発されると被覆体は均一に適用されうろこと
、および多くの異なる被覆材料が使用しうることが見出
された。

水溶性ポリビニルアルコールのほかに、カ一ボワックス
（ Ｃ ａ ｒ ｂｏｗａｘ ）が全く良好にその役を
果すことが見出された。

水溶性でないポリマもある場合には有用であり、たいて
いの場合にはポリマバインダが好ましいが、時にはポリ
マバインダのない第２の物質の反応剤も導波管の被覆に
使用できる。

ガス状ＨＣＮの測定の場合に遭遇した最も重大な問題は
、得られる読みに寄与する空気中の水分の量が変化する
ことによる干渉であった。

被覆されたロンドによる水分の吸収が、各波長で得られ
た読みに比例していることが見出された。

しかしながら、赤かっ色反応生成物はその補色すなわち
緑色に最も敏感であるので、この緑色波長は、この波長
での水分の干渉が、無色光を使った読みでの変化を使用
することによって修正されながらピクリン酸ナトリウム
との反応を追跡するのに使用できた。

従って、色付けされた生成物を生ずる選択性反応を利用
することが好ましい。

無色選択性最終生或物が形或される選択性反応は、もし
導波管ロツドが反応後に、以前と同じ程度に乾燥される
ならば、なおも利用されうる。

実施例 ２ この実施例は、アンモニアの検出について説明するもの
である。

アンモニアと硫酸第二鉄との反応は、次の３つの過程を
とりうる。

最も望ましい反応は、結合塩である硫酸第二鉄アンモニ
ウムを形或する化学反応である。

次の基本的熱力学的公式を式（３）に適用すると、概略
Ｋ＝５．５Ｘ１０２２を得る。

ここで、ΔＧ’ ＝ギブスの自由エネノレギーＫ ＝平
衡定数 熱力学的には、このことは、反応の可能性を示しており
、形成される生成物が安定であるはずであることを示し
ていろう 従って、有効な成分としてＦ ｅ２ （ Ｓ ０４ ）
３を被覆体中に入れた被覆された導波管が準備された。

次いで、これらの導波管は、アンモニアに対して露出さ
れ、その結果予想された色変イシすなわち、露出前のオ
フホワイトから露出後の紫色への色変化が生ぜしめられ
た。

この測定された変化は、アンモニア蒸気に露出されなか
った導波管ロンドとは反対に約２０饅であった。

この色付けされた生成物は、希望したように夜通し安定
であることが実証された。

有効な成分としてニンヒドリン（トリケト・ヒドリンデ
ン・ヒドラート）を被覆体中に入れた導波管も準備され
た。

アンモニアに露出すると、透明な無色の被覆体が青色に
変化し、アンモニア蒸気に露出されなかった導波管ロン
ドとは反対に約６０φの透過率の変化が見出された。

これは、問題の戒分を測定するために使用されうる多く
の異なる試薬のもう１つ別の例に過ぎない。

感度は、１）試薬の選択、２）被覆体に使用される試薬
の濃度、３）被覆体の厚さ、および４）導波管の長さに
よって調整されうる。

実施例 ３ 本発明の装置が、抗原と石英ロンド上の抗体との反応を
示すのに使用された。

すべての種類の抗体または抗原を使用して病気および／
または免疫学のための簡単な試験の必要性およびこの必
要を満足させるために本発明を広く適用しうろことが、
この実施例とサイエンスニュース（ＳｃｉｅｎｃｅＮｅ
ｗｓ）におけるＤｉｅｔｒｉｃｋ Ｅ．Ｔｈｏｍｐｓｏ
ｎによる最近の論文”Ｈｏｗ ａ Ｎｏｂｅｌ ｌ
ａｕｒｅａｔｅｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ Ｐｈｙｓｉｃ
ｉｓｔ ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄ ａｗａｙ ｏｆ ｄｏ
ｉｎｇ ｉｍｍｕｎｏｌｏｇｙ ｂｙ ｄｕｎｋｉｎｇ
（Ｖｏｌ．１０５，Ｍａｙｌ８，１９７４，３２４頁お
よび５頁）とを結びつけることによって示される。

直径約ｌμのポリスチレンラテツクス球が過剰の抗原（
人間の血清アルブミン）で処理され、それから、余剰の
抗原が繰り返し洗浄することによって除去された。

ジフエニルジメトキシシランでシラン化された石英ロン
ドが，ｐＨ９．６の０．０５Ｍ重炭酸塩バツファにおけ
る１．Ｏｒｎ９／ｍｌの抗人アルブミンの溶液で２１時
間培養し球体からその余剰物を遠心分離し洗浄し去るこ
とによって対応した抗体で被覆された。

ロツドの裏面の被覆されていない部分は、その後にロン
ドを牛の血清アルブミン（ＢＳＡ）中に浸すことによっ
て充填されうる。

特定および非特定抗体で被覆されたロンドは、特定抗原
（人間のアルブミン）で被覆されたポリスチレン球を含
む緩衝溶液に対して露出した。

次の結果が得られた。

散乱された軸方向光透過率の変化は、入力開口マスクか
らの直接光を主としてマスクする適当なマスクを導波管
の出口に使用することによって測定される。

これらの変化は、導波管の外周辺部分に対するポリスチ
レン球の影響のため導波管に入射する中空円錐状光が散
乱されることによるものである。

この実施例の装置および方法では、タングステンフィラ
メントからの光は、レンズ系を介して石英ロンドを通し
てフォトダイオード検出器へ指向される。

被覆がロンドの表面に含まれる時、そのロツドを通して
進む光の減衰が変化する。

従って、ロンド全体を通って透過されて光検出器に入射
する光量の測定量は、被覆体の物理的特性（屈折率、懸
濁固体、色等）を表わしている。

被覆体の色変化を測定するのに色付きフィルタを使用す
ることができる。

散乱中心の各々の表面の不完全さがある影響を有してい
るので、種々のロツドの光透過率には相当の差がある。

従って、各ロンドは別々に処理されねばならず、または
、実質的に同じ透過率を有するように準備されまたは選
定されたロツドが使用されるべきである。

本発明の装置によって検出されうるその他の物質のいく
つかの例を挙げると次のとおりである。

（ｌ）ＣＯ２を検出するいくつかの実験がなされた。

炭酸ナトリウム／重炭酸塩緩衝剤およびメチルレッド指
示薬を含むポリビニルアルコール被覆体が導波管に適用
された。

この被覆された導波管は、ＣＯ２を含む雰囲気に露出さ
れ、その被覆体は、赤色から本装置で測定しうる黄色へ
変化した。

酸／塩基反応を表わすこの反応は可逆的であり（つまり
永久的ではない）、ＣＯ２雰囲気が導波管から除去され
る時、その色は、赤色に戻り、従って、本発明の有用性
は、永久的および可逆的化学反応の両者に対して実証さ
れた。

（２）沈殿物が形成される例示は、ＳＯ３を含む雰囲気
にＢ ａ Ｃ ｉｔ ２を含む被覆導波管が接触させら
れたときである。

Ｓ０３から硫酸を形或するに充分な水分が通常空気中に
存在しており、その硫酸はＢ ａ Ｃ １１ ２と反応
して、沈殿物Ｂ ａ Ｓ ０４を形成する。

この沈殿物は、導波管上の被覆体として、散乱により光
の損失を生せしめ、導波管を通る光の透過率を測定しう
る程度まで減少させる。

（３）ｐ−ジメチルアミノベンズアルデヒドおよびジメ
チルアニリンの混合物またはｐ−ニトロベンジルピリジ
ンおよびＮ−ペンジルアニリンの混合物の如き試薬で被
覆されたロンドを使用してホスゲ゛ンを検出することが
できる。

（４）酢酸と混合されたｐ−ジメチルアミノベンズアル
デヒドの如き試薬で被覆されたロツドを使用してジイソ
シアン酸トリレンを検出することができる。

（５）酢酸鉛試薬で被覆されたロンドを使用して硫酸を
検出することができる。

（６）ｐ−フエニレンジアミンおよびホルムアルデヒド
の混合物、ヨウ素およびデンプンの混合物、またはテト
ラクロロ水銀化カリウム、バラローズアニリンおよびホ
ルムアルデヒドの混合物で被覆されたロツドを使用して
二酸化イオウを検出することができる。

” Ｓｐｏｔ Ｔｅｓｔｅ Ｉｎ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ
Ａｎａｌｙｓｉｓ”（Ｆｒｉｔｚ Ｆｅｒｇｌ，Ｅｌ
ｓｅｖｉｅｒ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏ．＋ Ｎｅ
ｗ Ｙｏｒｋ， １ ９ ５ ８ ）または″Ｃｏｌｏ
ｒｉｍｅｔｒｉｃ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ａｎａｌｙ
ｓｉｓ”（Ｆ．Ｄ．Ｓｎｅｌｌ，Ｃ．Ｔ．Ｓｎｅｌｌ
ａｎｄ Ｃ．Ａ．Ｓｎｅｌｌ ＋Ｄ．Ｖａｎ Ｎｏｓｔ
ｒａｒｈｄ Ｃｏ． ， Ｉｎｃ．＋ＮｅｗＹｏｒｋ，
１９５９ ）の如き化学の教材または論文からもつ
と多くの例が当業者には容易に考えられるであろう。

被覆された導波管ロンドの多くの望ましい特徴は次のと
おりである。

（１） 試料ポンプ等が必要とされないので、電池ま
たはその他の動力源は必要とされない。

しかしながら、今後の応用のためには被覆導波管に関連
して試料ポンプを使用することが望ましいかもしれない
。

（２）アンモニアまたはシアン化水素またはその他の物
質に露出する場合には、付加的な処理を施すことなく測
定室へ戻される時にその透過率を測定することによって
定量的に測定されうる。

（３）測定のための器具は簡単であり安価である。

（４）被覆された導波管ロンドは、種々異なった化合物
に対して増感しうる。

（５）現時点でなされた方法の類別は、広い応用範囲を
示している。

（６）導波管の感度はその長さを増すことによって増大
させることはできるが、このことは、アンモニア、シア
ン化水素等の如き微少量の環境空気汚染物質を検出する
のに特に重要である。

本発明を特定の実施例について相当詳細に説明したので
あるが、これらは単なる例示であり、本発明はこれらに
必ずしも限定されるものではなく、当業者にはこれらの
例示に徴して種々の変形態様および動作技術が明らかと
なろう。

従って、ここに説明した本発明の精神から逸脱せずに種
々の変形ができると考えられるであろう。

本発明は次の態様でこれを実施することができる。

１．第１の物質を検出する光学的装置であって、前記第
１の物質と接触するとこの第１の物質と選択的に結合し
て導波管の光透過能力を測定可能程度に変化させる第２
の物質を外周辺表面に有した導波管と、このガイド内へ
光を透過させるように配置された光源と、前記導波管か
ら出る光を測定するための手段とを備えたことを特徴と
する光学的装置。

２． 導波管が、ポリビニルアルコールに分散された
硫酸第二鉄で被覆された前項１に記載の装置。

３．導波管がポリビニルアルコール中に分散されたピク
リン酸ナトリウムで被覆された前項１に記載した装置。

４．導波管が抗体で被覆された前項１に記載の装置。

５，導波管が、抗原で被覆された前項４に記載の装置。

６．第１の物質と接触するとこの第１の物質と選択的に
結合して導波管の光透過能力を測定可能な程度に変化さ
せる第２の物質を外周辺表面に有したことを特徴とする
導波管。

７．ポリビニルアルコール中に分散された硫酸第二鉄で
被覆された前項６に記載の装置。

８． ポリビニルアルコール中に分散されたピクリン酸
ナトリウムで被覆された前項６に記載の導波管。

９．抗体で被覆された前項６に記載の導波管。

１０．抗原で被覆された前項９に記載の導波管。

１１，第１の物質を検出する方法において、前記第１の
物質によって接触されるとその第１の物質と選択的に結
合して導波管の光透過能力を測定可能な程度に変化させ
る第２の物質を外周辺表面に有した導波管を前記第１の
物質を含みうる未知物質に対して露出し、この露出の後
前記導波管に光を透過し、この透過光を前記第１の物質
の尺度として検出することを特徴とする方法。

１２．前記第１の物質がアンモニアであり、前記導波管
がポリビニルアルコール中に分散された硫酸第二鉄で被
覆された前項ｌ１に記載の方法。

１３．前記第１の物質がシアン化水素であり、前記導波
管がポリビニルアルコール中に分散されたピクリン酸ナ
トリウムで被覆された前項ｌ１に記載の方法。

１４．前記導波管が抗体で被覆され、前記第１の物質が
、前記抗体に対する抗原である前項１１に記載した方法
。

１５．前記導波管が抗原で被覆され、前記第１の物質が
前記抗原に対する抗体である前項１１に記載した方法。

１６． 前記導波管がポリビニルアルコール中に分散
されたトリケトヒドリンデン水化物で被覆された前項１
に記載の装置。

１７．ポリビニルアルコール中に分散されたトリケトヒ
ドリンデン水化物で被覆された前項６に記載の導波管。

１８．第１の物質がアンモニアであり、前記導波管がポ
リビニルアルコール中に分散されたトリケトヒドリンデ
ン水化物で被覆された前項１１に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

添付図面の第１図は本発明の導波管の光透過機構を概略
的に示すモデル図、第２図は本発明の装置のブロック図
、第３図は本発明の光学的分析装置部の詳細図、第４図
は本発明のピクレート被覆された導波管を使用してＣＮ
−イオンを測定して得られたデータを示すグラフである
。 １・・・タングステンフィラメントランプ光源、２・・
・ほぼ平行光線とされた光を生ずるための集光系、３・
・・波長選択用フィルタ、４・・・軸光線を阻止するた
めの環状開口、５・・・中空円錐体状の光線を形成する
ための集光レンズ、６・・・広角光線をガラスロンドに
結合するための結合半球体および開口、７・・・ロツド
取付け体、８・・・シリコンフォトダイオード検出器、
９・・・電流一電圧変換器として動作する演算増巾器、
１０・・・相対的透過率読出し用３Ｖ２デジットデジタ
ル電圧計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電磁放射線を導きうる透明な物質のロツドもしくは
   ファイバの形態をなす細長い導波管であって、その縦方
   向の外周辺面上に第１の物質と接触させられると該第１
   の物質と選択的に結合して前記導波管の光の透過能力を
   測定可能な程度に変化させる第２の物質を有する導波管
   を前記第１の物質を含んでいる可能性がある未知の物質
   に対して露出させ、該露出後に光を前記導波管内を縦方
   向に通してその内部で多回反射させながら透過し、該透
   過後の光を前記第１の物質の測定尺度として検出するこ
   とを特徴とする、前記第１の物質の検出方法。 ２ 電磁放射線をその内部で多回反射しながら縦方向に
   導きうる透明な物質のロンドもしくはファイバの形態を
   なす細長い導波管であって、その縦方向の外周辺面上に
   第１の物質と接触させると該第１の物質と選択的に結合
   して前記導波管の光の透過能力を測定可能な程度に変化
   させる第２の物質を有する導波管と、該導波管にその一
   方の端部から光を透過させその内部で多回反射させる位
   置に配置された光源と、該導波管の他方の端部から出る
   光を測定するための手段とを備えたことを特徴とする、
   前記第１の物質の検出のための光学的装置。 ３ 電磁放射線をその内部で多回反射しながら縦方向に
   導きうる透明な物質のロッドもしくはファイバの形態を
   なす細長い導波管であって、その縦方向の外周辺面上に
   第１の物質と接触させる，！：Ｌ該第１の物質と選択的
   に結合して前記導波管の光の透過能力を測定可能な程度
   に変化させる第２の物質を有することを特徴とする導波
   管。