JPS601391Y2 - 分光光度計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、反射または透過の測定をすることができる装
置に関し、更に詳しくは反射または透過のいずれの測定
も可能な改良されたフィルター型分光光度計に関する。

有色表面を幻照光で照射し、表面からの反射光量を測定
して色値を測定するために光電池を使用した反射率計は
周知である。

しかし、これら周知の反射率計を分析試験装置、例えば
化学試薬を浸みこませた吸収性担体の色値を迅速に測定
するのに使用すると種々の欠点が生ずる。

例えば装置によってはこれを標準測定状態に調整するた
めの時間と注意が必要であり、装置を、時間や温度の変
動に対して補償するため、繰り返し調整しなけれはなら
ないという欠点がある。

特に、この種の装置では光源へのパワーが変動すること
に起因する変動が生じうる。

公知装置のパワー調整は、一般に電圧及び／又は電流を
補正して、光源に実質的に一定のパワーを供給すること
によりなされている。

しかしながら、このような調整をしても、なお、光源か
らの光量または光電池の感度の短時間の変化により装置
の校正誤差が生じうる。

繰り返し再校正することは単に不便であるときばかりで
なく、もしその再校正が正確でないときは測定誤差を生
じうるから、装置の操作は熟練者が必要となる。

公知装置の他の重大な欠点は、光源から発生する熱量と
、それに付随する、光源に必要なパワー量とである。

試料を保護するために熱フィルターを使用してもこの問
題は解消しない。

というのは熱フィルターはパワー必要量を最少限度にす
るわけではないし、また有効に利用しうる光源の強度を
低下させるからである。

この熱フィルターをシャッターに代えて光強度を完全に
利用することが提案されたが、このこともまたパワー必
要量を最少限度にすることができない。

公知装置は、また、一般に大きくかつ重いという共通の
欠点があり、その大きさ、複雑さ、及び使用時に発生す
る熱の制御のため装置を適応させる必要性等のため高価
になりやすい。

また、装置によっては反射および透過測定の両方が容易
に転換できないものさえある。

更にまた、多くの公知反射率の内蔵する問題として、使
用中の外界の光条件を制御して、装置の精度に影響を及
ぼさぬようにしなければならない点があげられる。

従って、本考案の第一の目的は改良されたフィルター型
の分光光度計を提供すことにある。

本考案の第二の目的は反射および透過のいずれの測定も
可能な比較的安価な装置を提供することにある。

本考案の第三の目的は均一な光強度で冷光源のフィルタ
ー型分光光度計を提供することにある。

本考案の第四の目的は高度に熟練したオペレーターによ
る校正なしに使用しうる分光光度計を提供することにあ
る。

本考案の第五の目的は光強度を測定する比較的コンパク
トでかつ容易に移動可能な装置を提供することにある。

本考案によれば、有色表面からの反射光または有色物質
からの透過光を測定する装置が提供される。

本考案の装置は極めて強力かつ短寿命の試料照明用の光
源；光フィルター；光検出器；積分球及び光源から一個
の光検出器への、そして照明された試料から他の光検出
器への光の通過のためのそれぞれ別個の光透過路を構成
する装置とからなる。

反射用に使用するとき、本装置はことに化学試薬を浸み
込ませた吸収性担体のような分析試薬装置の色値を測定
するのに有用である。

本考案の装置は更に液体試料の透過率を測定することが
できる。

透過率測定用に分光光度分析をするには、単に光路を液
体試料を入れたキュベツトを通過するように向けさせる
だけでよい。

本考案の他の目的、利点、態様等は以下の詳細な記載及
び図面を参照して当業者が容易に知りうるであろう。

本考案の分光光度計を第１図及第２図に例示する。

一般的には、本考案の分光光度計は、試料を照射するた
めの、少なくとも５０００”Ｋの光強度を１ないし１０
０μ秒間生じうる光源；積分球；特定波長が透過するよ
う選択された光フィルター；別々の光検出器；積分球か
ら各光検出器への光透過の透過路を構成する装置；反射
率及び透過率のいずれの測定も可能なように取替え、再
装置が可能なモジュールとからなる。

更に詳しくは、分光光度計１０は光を均一に供給しうる
光拡散室、即ち充積分球１３と、フィルター２５を内部
に装置したモジュール２８を収容する室３とからなる。

光源１２は積分球１３の紙面下方付近に位置しており、
光源から積分球１３への光透過のための開口部４を設け
、ケーシング２で覆われる。

光源１２は適当な電気回路（図示せず）から電気エネル
ギーが供給され、短寿命かつ極めて明るい光を生じなけ
ればならない。

光源１２は２０．０００°にで作動する黒体の典型であ
る色温度、即ちスペクトル特性を白色光を坐臥かつ、少
なくとも５．０００”Ｋの光強度を生じなければならな
い。

光源１２からの光の寿命は１μ秒ないし１００μ秒であ
る。

これらの諸要求に合致する光源としてはバルブ型のパル
ス・キセノンストロボがある。

本考案の光源として特に適当なものは米国マサチューセ
ッツ州す−レムのＥ、Ｇ。

７７１０９社のモデルＦＸ−１０８８，Ｕ、である。

積分球１３の目的は、光源１２からの光を拡散すること
にある。

従って、第１図及び第２図における光源１２の位置は、
単に好適な配置を示したにすぎず、光源を積分球１３と
の関係において他の位置において、所望の光拡散を与え
うろことも可能である。

しかしながら、光源は、積分球１３からの光透過路と一
直線に配置されていないことが好ましい。

積分球１３の内部表面は高度に反射性である。

積分球の内部を酸化マグネシウム、硫酸バリウム、また
は米国ニューシャーシ４州モーリスタウンのアライド・
ケミカル社製の）ＬＡＬＯＮ樹脂（ポリテトラフルオロ
エチレン）等で被覆したものは満足すべきき反射表面を
与える。

積分球１３の大きさは特に限定はなく、ビンポン球程度
の小さいものでも使用しえた。

ケーシング２は、また、試料を試料位置に置く装置を有
しており、その装置は内部に収容されてた試料１５を照
射する積分球１３の内部を連絡する開口部１４を有する
。

開口部１４はもちろん試料１５を収容できるだけ大きく
なければならず、また、積分球１３内に僅かな広がりを
有するべきである。

第１図に例示した態様では、分光光度計１０は、特に１
浸して読みとるヨ型の試薬片の試料を反射測定するのに
適している。

分光光度計１０を米国特許第３．２９８．７８峰に記載
の血中グルコース測定装置のような試料表面から゛の色
反射率を測定するのに使用するときは試料は薄片の形態
であってもよく、そしてそれは第１図に示すごとく、開
口部１４の両側にまたがって試料表面１５を上方に向け
て置かれる。

米国特許第３．２９８．７８吋の試験装置は、例えば、
血中グルコースの値に対応する色値を生じ、本考案の装
置を用いることによりこの色値を極めて正確に測定する
ことができる。

ケーシング２とモジュール２８とは、また、別々の光透
過路１７及び１８を構成する通過装置を有しており、そ
れら光透過路は積分球１３から別々の光検出器、例えば
ケーシング２に設置され、室３中に出ている光検出器２
０及び２１に至るまで光を通過させる。

光透過路１７は通常好ましくは積分球１３の一方から正
接的に延伸し、対照光検出器２０に光を通過させる。

これに対して光透過路１Ｂは好ましくは積分球１３を試
料１５の正反対側を通り、光検出器２１に直接、試料１
５からの反射光を透過させる。

本考案の光検出器として好適なのは、前述のＥ 、Ｇ、
アンドＧ社製のモデルＵＶ１００Ｂ及び、米国ニューシ
ャーシー州ミドルセックスのヘママツ社製のモデル５８
７６−３３ＢＱのようなそれぞれ同一のソリッド・ステ
ートＯシリコン・ホトダイオードである。

光透過路１７及び１８は光検出器に完全に平行光を通過
させるような大きさであり、そのように配置されていな
ければならない。

透過路１７はケーシング２及びモジュール２８中の同軸
かつ一般的には円筒型の通路５及び６で構成され、これ
に対して透過路１８はモジュール２８中に設けられた円
錐台形の通路７と、同軸の円筒形通路８によって構成さ
れている。

通路７は通路８と同軸の円錐台形の内腔９中に支えられ
、室３と積分球１３とを連結する。

通路７は好適には、間隔を置いてそして内側に向った環
状フリンジ、即ち光バッフル２２及び２３を有腰それは
、同軸の円形開口部であって通路７の下方開口部とほぼ
同じ直径を有し、そこを通過する光を平行するのに役立
つよう構成されている。

図では管状通路７は円錐台形をなしているが、他の形態
をもとりうるものである。

通路５，６及び８、並びに通路７の内部表面は好適には
暗黒色仕上で塗装もしくは被覆されており、散乱光もし
くは非平行光を吸収する。

ケーシング２、モジュール２８及び通路７は金属または
プラスチックのような適当な材料で調製される。

例えば、通路７は成型白色プラスチックまたは金属製で
内部を暗黒色で被覆または塗装したもので調製される。

光検出器２０及び２１に到達するまでに、透過路１７及
び１８を通過した光は特定波長の光を透過させるように
選択された干渉フィルター、例えはフィルター２５を通
過する。

１浸して読みとるヨ型の試薬装置の測定では、通常、約
３００ｎｍないし約７２５ｎｍの波長を有する光を反射
させるフィルターが使用される。

後述の如く透過率が測定されるときは、通常、約２５０
ｎｍないし約８００１ｍの波長を有する光を透過させる
フィルターが使用される。

フィルター２５はガラス、プラスチック等、適当な材料
で調製される。

所望に応じて、両透過路にまたがった１個のフ、イルタ
ーの代りにそれぞれ別のフィルターを使用することもで
きる。

被検試料の性質によっては、フィルターをカートリッジ
式にすることにより、装置からの着脱を容易にすること
ができる。

また、マルチプル・フィルター・ホイール（図示せず）
を使って、装置に装着し、回転させて、光透過路１７及
び１８中に所望のフィルターを位置させることもてきる
。

検出器２０及び２１から得られたシグナルを第１図に図
式的に例示したような周知の回路を用いることにより比
較して、フィルターにより選択された波長における試料
１５からの反射光量を正確に測定することができる。

この値を反射率標準から得られる値と比較して試料のパ
ーセント反射率が求められる。

装置２０は分光光度計の絶対光強度を測定するのに使用
される。

応用例として、対照光検出器２０に到達する光をろ波し
ない、即ちフィルターが通路１７をさえぎらないように
装置を調節することもできる。

これによって、光検出器２０は被検試料が受ける全光量
を実質的に測定することができる。

通路１８にかけられるフィルターを適宜選択して試料か
ら出てくる光量を測定することにより、所望の結果を得
るために、２個の光検出器の出力に比率を与えることが
可能である。

光源１２から発する光パルスは短寿命であっても、その
ピーク値が測定され、かつ、必要な測定に十分の時間保
持されるものであることが必要である。

光検出器の出力を処理する方法の一つとして、好適な方
法は、適当なアンプ４２及び４３で得られたシグナルを
増幅し、この増幅されたシグナルで一対のピーク検出器
及び保持回路４４及び４５を動かすことが挙けられる。

このように発生したシグナルを分割回路４６中で合わせ
て比率測定し、その結果を公知の手法により、適当な読
み取り装置５０に供給する。

例えば、通称二進梯形回路網と称される抵抗電圧分割回
路網は、梯形回路網の対照入力と接続した対照シグナル
・ピーク検出器出力により動かすことができる。

梯形回路網は、はしごの出力電圧が試料のシグナル電圧
と同じになるまで引続き調節される。

梯形回路網の連続近似には論理回路が使用される。

この時点における梯形回路網の状態が、対照シグナルを
試料シグナルと同じにするのに必要な減衰を決定する。

その結果上するデジタル比値が読み取り装置５０に表示
又は記録される。

例示した分光光度計１０は反射率測定と同様透過率測定
にも使うことができる（第２図を参照）。

この目的のためには、ボディー即ちケーシング２は連続
した円筒形の通路２７．３０及び３１を有しており、通
路２７は積分球１３に対し手軽方向に開口しており、通
路３１はその側壁表面を通して室３に開口している。

通路２７と通路３０、そして通路３０と通路３１の交点
に適当に鏡が設置され、それら鏡と通路とは一般に、光
透過路３２のＵ字部を構成する。

図に示すように、通路３１はくぼみ、即ちウエル３４で
さえぎられており、その中に、キュベツト３３が試料を
第二試料位置に位置させるように置かれる。

装置１０を透過率測定用に使用するときは、第１図のモ
ジュール２８に代えて第２図のモジュール２９が使用さ
れる。

モジュール２９は通路５を同軸的に接続する円筒形通路
６ａを有する。

しかしながら、モジュール２８の通路８の代りにモジュ
ール２９には接続した直角の円筒形通路３８と４７とが
あり、その接続部に鏡３７が適宜設置されて、通路３２
に沿った透過光を光検出器２１の方向に向けさる。

図から明らかなように、モジュール２９を使用するとき
には、積分球１３から通路１８を通って検出器２１へ向
う光はブロックされる。

鏡３５．３６及び３７は好適には第一表面反射鏡、即ち
外表面をアルミニウム被覆して通路３２に沿った光の透
過を最大限にしうるものが用いられる。

通路４７．３８，３１．３０及び２７は好ましくは暗黒
色に塗装又は被覆され、通路３２に沿った外からの非平
行光を最少限度にする。

キュベツト３３は適当な材料、例えばガラス、石英、ア
クリル系等のプラスチック等で調製され、光透過路３２
に沿って通過する光の干渉を最少限度にする。

キュベツト３３は透過率を測定すべき媒体中の試料３９
を収容するようになっている。

分光光度計１０を透過率測定用に使用するときは、試料
開口部１４は、適宜、それに固定されたプラグ４０て閉
じられる。

プラグ４０の内部表面４１は、積分球１３の内部表面と
同様の高い反射特性を有することが好ましい。

第２図に示す分光光度計１０で透過率測定をするには、
積分球１３からの光は、通路１７に沿って光検出器２０
へ、そして通路３２に沿って光検出器２１へと進行する
。

通路３２に沿って流れる光はキュット３３と試料３９を
通過腰そして光検出器２１に到達する光は、対照光検出
器２０に到達する光と比較される。

検出器２０と２１の出力比をキュベツト３３が蒸留水を
入れた状態での出力比と比較することによってパーセン
ト透過率が得られる。

当業者にとって明らかなように、必要に応じてモジュー
ル２８及び２９に代えて、１個の両用モジュール（図示
せず）を使用しうる。

このような両用モジュールの構造は、例えば、それが室
３中で一方の使用状態のときは、第１図及び段２図の垂
直面の断面は第１図のモジュル２８のそれと同じであり
、そして、それが回転等の方法で室３中で他の一方の使
用位置に移動したときは、第１図及び第２図の垂直面の
断面は第２図のモジュール２９のそれと同一である。

従って、分光光度計１０を反射率測定から透過率測定用
に替えるには、前述の如＜モジュール２８をモジュール
２９に取替えるのと違って、単に１個の両用モジュール
を一方の使用位置から他方の使用位置へ切り替えるだけ
でよい。

上述の記載から、本考案によって、前記した本考案の全
ての目的及び本考案によって自明かつ固有の他の利点を
達威しうろことが明らかであろつＯ ここに開示された好ましい態様の分光光度計によって、
反射率及び透過率のいずれの測定もが可能である。

本考案の分光光度計は軽重量であり、大きさもコンパク
トである。

加えて、本考案の分光光度計は極めて精度が良く、そし
て比較的熟練していない者によっても操作することがで
きる。

それは、即ち、極めて明るい光を短時間生ずる閃光球型
の光源と、それを分散する積分球、即ち光源室の反射壁
と、試料の反射光及び透過光の光路を選択できるモジュ
ールのユニークな組合せにより遠戚される。

本考案ではフラッシュを使用することにより熱の問題を
本質的に解消しえたばかりでなく、またパワー必要量を
大幅に少くすることができた。

前述の如く、従来の連続して点燈した光源では消失しう
るエネルギー量は物理的要素によって制限されていた。

これに加えて、電極は迅速に蒸発してランプの寿命を縮
めていた。

これに対して、本考案においては光源中の平均エネルギ
ー消失を低く保ちながら高レベルの励起光を利用腰かつ
、感光性試料への光照射を最短にすることができる。

また、この種の光源を使用することにより、外界の光の
状態を懸念する必要がなくなった。

従って、本考案の分光光度計は軽量で持ち運び可能な比
較的安価で便利な装置にすることができる。

他の利点としては、本考案では光検出器にソリッド・ス
テート・シリコン・ホトダイオードを使用していること
であって、従来の光増幅器と異なり、顕著にドリフト、
ノイズ及び非直線作動を減らすことができる点が挙げら
れる。

本考案の装置は、特に尿中の諸戊分、例えばグルコース
、潜血、ケトン、蛋白質及びビリルビン等の測定用の１
浸して読み取るヨ型の試料片の反射率測定に有用である
。

以上の記載から明らかなように、本考案の要旨及び範囲
内で、前述の記載から多くの変形例をつくることができ
、従って、限度要因は実用新案登録請求の範囲に記載の
事項にのみ限られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は反射率測定に有用な本考案の分光光度計の部分
断面側面図を示し、第２図は透過率測定に有用な本考案
の分光光度計の部分断面側面図を示す。 ２・・・ケーシング、３・・・室、４・・・開口部、５
゜６、７．８・・・通路、９・・・内腔、１０・・・分
光光度計、１２・・・光源、１３・・・積分球、１４・
・・開口部、１５・・・試料、１７．１８・・・光透過
路（通路）２０．２１・・・光検出器、２２．２３・・
・光バッフル、２５・・・フィルター ２７・・・通路
、２８，２９・・・モジュール、３０．３１・・・通路
、３２・・・光透過路、３３・・・キュベツト、３４・
・・ウェル（くぼみ）、３５、３６．３７・・・鏡、３
８・・・通路、３９・・・試料、４０・・・プラグ、４
１・・・内部表面、４２．４３・・・アンプ、４４．４
５・・・ピーク検出器（保持回路）、４６・・・分割回
路、４７・・・通路、５０・・・読み取り装置。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 試料を照射するための、少なくとも５，０００°に
   の光強度を１ないし１００μ秒間生じうる光源と； 試料光検出器と； 対照光検出器と； 光源と試料の間及び光源と対照光検出器との間に設置さ
   れた、光源からの光を均一に供給させることができる積
   分球と： 試料から試料光検出器への光通過のための第一光透過路
   を形成する手段であって、試料からの反射光を試料光検
   出器に向わせしめる反射光用の光透過路と、試料からの
   透過光を試料光検出器に向わせしめる透過光用の光透過
   路を互に交換もしくは切替えることができる手段と；光
   源から対照光検出器への光通過のための第二光透過路を
   形成する手段と； ２００ないし１．１１００ｎの波長の光を透過さぜる、
   第−及び第二光透過路の少なくとも一方に設置されたフ
   ィルター装置と； 試料光検出器及び対照光検出器でそれぞれ検出された光
   を比較する装置と から威る分光光度計。 ２ 第−及び第二光透過路を構成する手段に該透過路を
   通過する光を実質的に平行光に制限する手段が設置され
   た実用新案登録請求の範囲第１項に記載の分光光度計。 ３ 試料光及び対照光検出器がソリッドステート・シリ
   コン・ホトダイオードである実用新案登録請求の範囲第
   １項に記載の分光光度計。 ４ 第一光透過路が、試料からの反射光が試料光検出器
   に向かうように設定された実用新案登録請求の範囲第１
   項に記載の分光光度計。 ５ 第一光透過路が試料中を通過した光が試料光検出器
   に向かうように設定された実用新案登録請求の範囲第１
   項に記載の分光光度計 ６ 液体試料を収容する透明容器を有し、第一光透過路
   が、試料中を透過した光が試料光検出器に向かうように
   設定された実用新案登録請求の範囲第１項に記載の分光
   光度計 ７ 試料が積分球中で光照射され、該試料から反射した
   光が第一光透過路に沿って透過する実用新案登録請求の
   範囲第１項に記載の分光光度計。 ８ フィルター装置が、３００ないし７２５ｎｍの波長
   を有する光を透過させる実用新案登録請求の範囲第１項
   に記載の分光光度計。 ９ フィルター装置が、２５０ないしｓｏｏｎｍの波長
   を有する光を透過させる実用新案登録請求の範囲第１−
   項に記載の分光光度計。