JPS6177745A - 試料中の物質濃度の蛍光測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、励起ビームの光源と、励起後測定されるべき
物質濃度に従属してけい光を発するセンサ手段と、放射
ビームの検出器を備えた、試料中の物質濃度のけい光光
学測定のためのシステムであって、センサ手段が少なく
とも測定試料を備える側の面領域に少なくとも間接的に
接触可能であるとともに励起ビームと放射ビームに対し
て透過性を有する伝搬素子を備え、この伝搬素子は周辺
媒体の屈接率ｎ３より大きい屈接率ｎ１を有し、伝搬素
子と周辺との間の境界面の法線に対してα。＋＋ｚ＝ａ
ｒｃｓｉｎ−より大きな入Ｉ 射角α、のちとで光ビームが伝搬素子中を全反射して伝
搬するものに関する。

〔従来の技術〕

前述した形式のシステムは米国特許３６０４９７２から
知られている。この公知のシステムでは、試料の励起は
光学的に厚い媒体と薄い媒体との間の境界層での励起ビ
ームの全反射の際に光学的に薄い媒体に生じ指数関数的
に急減衰する減衰波を使って行なわれる。ゆえに試料は
全反射する伝搬素子より小さい屈接率を有していなけれ
ばならない。

調整された平行な励起ビームのためには特別な角度測定
が必要とされるため、伝搬素子からの励起光の入射・射
出の面は特別に取扱わなければならない。このことから
精密な位置決めの仕様を満たす高価な測定システムとな
る上、そのシステムではけい光性試料メディウムへの減
衰波の入り込みが少ないため弱い信号強度しか期待され
ない。

さらに減衰波領域において試料の光学性質が、例えば非
けい光性物質による光吸収等の測定信号への影響を示す
ことも注記される。

発光指示薬を用いて物理パラメータや化学パラメータ、
特に関連のある物質濃度の測定のためのシステムは、例
えば西ドイツ特許公開公報２５０８６３７、アメリカ特
許３６１２８６６、ヨーロッパ特許公開公報０１０９９
５９や０１０９９５８から知られている。

最後のシステムは発光層を備えたセンサ手段が基本とな
っており、この発光層は試料と接触し光励起の後測定す
べき量に対するスペクトル的及び／又は強度的な従属の
もとて光を放出する。センサ手段によって放射される光
の一部分は検出器で測定され、試料メディウムと発光層
つまり指示薬材料との間の相互作用の物理的、化学的法
則に合わせ関連する試料パラメータの大きさが推論され
ることができる。

全てのこれらのシステムは、定められるべき大きさに関
係づけることができる放射光が比較的わずかしか得られ
ないという欠点があり、このことによって使用される検
出器（写真検出器）の可能性に対応して分解能が制限さ
れる。

この関係で知られているつまり用いられている発光性指
示薬材料は多かれ少なかれ強い写真分解現象が基本とな
っており、それは吸収された光量に比例するものである
ので、前記の事態を励起光の強度を上げることで解消す
るわけにはいかない。励起光の強度を上げることは、つ
まり直接指示薬材料内の劣化現象を招き、結果として測
定精度の悪化に結びつく。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した公知のシステムの欠点が本発明が解決しようと
する問題点である。つまり本発明の課題は前述したよう
な形式のシステムを改善して問題点を解消することであ
り、特に与えられた指示薬材料において検出器に達する
放射光の量を大きくし、その際励起光の強度を上げるこ
とに併って現れる問題点を背負い込むことのないように
することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、本発明によれば、伝搬素子が少くともそ
の表面の一領域で前もって与えられた屈接率ｎ２をもつ
指示薬層でおおわれ、この指示薬層は伝搬素子とは反対
の側を測定の間試料と接触していること、及び 検出器に達する放射ビーム及び／又は励起ビームは測定
の間指示薬層を介して試料と接触する伝搬素子の領域に
おいてαＧｌ、ｚ＝ａｓｃｓＩｎ−より小さい角度α１
を示すことによって解消される。

〔作用、効果〕

指示薬材料を積層された伝搬素子はつまり少なくとも部
分的に反射する面を備え、その形状、位置は、励起光及
び／又は放射光のための伝搬素子の集光つまり光伝送機
能、指示薬層及び／又は検出器へ方向づけられて、が生
じるように励起システム及び／又は検出システムに合わ
せられている。

伝搬素子としてこの関係では普通透過性体が考えられ、
これはその表面の一部において発光性指示薬層と接触し
、この領域で同時に指示薬層の境になっており、指示薬
層の場所は伝搬素子に対して相対的に固定されている。

励起の後発光する指示薬層は伝搬素子との化学的又は物
理的相互作用により伝搬素子と結合されている。

例えばこの種の結合としては、流体膜の付着、ポリマ層
の付着又は化学的結合（例えば共有結合）があり、それ
ぞれ内位添加された発光性色素との結合であり、また伝
搬素子に直接結合するところの発光色素の吸着又は化学
結合がある。

伝搬素子中の全反射は、公知の方法により該当する面を
ミラーコーティングすることや又は全反射のための条件
を守ることによって達成される。全反射は、光が光学的
に厚い媒質から光学的に薄い媒質の境界面に入射し、そ
の入射角が全反射の臨界角より大きい場合に生じる。

一般にはこの臨界角は、２つの境界を接する媒質の屈接
率の相違により（１）式で定められる。

ｓｉｎαａ、、ｂ＝　−……ｍ ｎ為 ここでαＧ！＋ｂ’全反射の臨界角 ｎ、：光学的に厚い媒質の屈接率 ｎｂ：光学的に薄い媒質の屈接率 異なる光学的厚さをもつ媒質の境界面での全反射の後に
述べられたケースは、ミラーコーテイング面での反射の
使い方より優先的に用いられる。その利点は全反射面を
もつセンサ手段の製造コストが低いというだけでなく、
励起と放射の光路を分離できるということ、そしてその
結果として励起光を放射光（発光）と区別できることに
ある。この区別ができるということは次に本発明の個々
の好ましい本発明実施態様のために次に別に示めされ、
これは本質的には全反射の角度依存性に基づいている（
αＧｉ＋ｂより大なる入射角をもつ光ビームは全反射し
、伝搬素子の媒質中にとどまっており、α、１８．より
小なる入射角をもつ光ビームは垂線から屈撓され伝搬素
子から出てい＜、） 既に述べたように、全反射のために用意された面の周辺
は伝搬素子の媒質より小さな屈接率をもつ媒質からなる
ようにしなければならない。

伝搬材料と周辺材料としての例は次の通りである。

周辺について：ポリマー材料（シリコーン、ＰＶＣ）は
、伝搬素子の積層物 又はこの使用のための埋め込 み物とみちすことができ、同 時に保持手段として用いられ ることができるし、又はその 種のものと結合することがで きる。

本発明の好ましい実施能様は　レミソション゛としてよ
く用いら°れている発光測定の技術に関し、例えば光源
、センサ、そして写真検出器の間のカップリング手段と
して二枝状の光ファイバを用いるのである。

本発明では、 伝搬素子が円柱あるいは角柱形状であるとともに指示薬
層の反対側の外面のところで全反射が止シる多枝状光フ
アイバー束等の光伝送カップリング素子の端部と接触し
、カップリング素子の一端は光源ないしは検出器と共働
し、そして伝搬素子の外包面が少くともこの外面にほぼ
垂直となっている。

伝搬素子の領域で統計的に交じり合った光ファイバ束の
共通な端部を介して例えば励起光を光源から指示薬層へ
、あるいは発光点からその発光を検出器へ伝搬すること
ができる。

けい光性指示薬層のための伝搬素子は例えば全反射する
円筒外包面を備えている。実質的に円柱状に形成された
伝搬素子の円柱軸に垂直に切断された外面は二技状の光
ファイバと境を接している。

伝搬素子の直径は、光ファイバ束の境を接している面の
直径に等しいことが適切である。伝搬素子の反対側の基
本面は、少くとも部分的に指示薬層でおおわれ、異なっ
た形状にすることができる。

最もＷＪ車なのは、この面も円柱軸に、又は伝搬素子が
角柱状に形成されている場合！；角楼牲に垂直な断面で
ある場合である。

この種の伝搬素子の特別な長所は、励起ビームのための
光路が反射する外包面によって境界づけられ、励起光が
指示薬層に集められ、センサ周辺との光相互作用が回避
される。

励起光のカップリング手段への（部分的な）戻り反射を
避けるため、発光性の層を備えた伝搬素子のｌ′基本面
１′を外面に対し単純に斜めに切断した面として、又は
円すい状の四部として、又は円すい状の凸部として形作
ることができる。

本発明による一つの実施態様では、指示薬層をつけてい
るとともにカップリング素子とは反対側の伝搬素子基本
面が外面に対して次式、ｓｉｎ　　α３ ｓｉｎ　β〉□：　　α、はカップリング素ｌ 子（１６）から周辺媒体 （１ｂ）への励起光の最大 入射角の１７２゜ で定まる角度βだけ傾いている。

この切断面又は円すい外包面の加工面が円柱軸又は角柱
軸に対して直角な外面に対してとっている角度βは、そ
の波光ファイバの射出角に合わせて調整される。

（２）弐で示めされる条件のもとでは、部分的に戻り反
射される励起光ビームは光伝送力・ノブリング手段つま
りは光ファイバに入っていかない。

Ｉ ここで口、は伝搬素子材料の屈接率 この式は伝搬素子の外包面や外面のところで周辺媒質が
同じ（例えば空気）であるという仮定のちとに成立する
。

励起光の反射されたビームは伝搬素子の外面をカップリ
ング手段の周辺媒質への最大開口角より大きい角度の場
合だけ出て行き、それ故カップリング手段内を検出器の
方へは伝搬することができない。

伝搬素子が平行平面な外面を存する板状に形成されると
ともにその一つの外面に指示薬層を備えているシステム
構成では、平面平行な外面での全反射は励起光の指示薬
への伝送及び／又は指示薬の放射光の検出器への伝送の
ために利用される。伝搬素子内で全反射されるビームの
ための光入射／光射出面は、平行平面な全反則する外面
に対し実質的に垂直に位置している平行平面板の稜面で
ある。

既に述べたように、本発明によれば励起光と放射光のビ
ーム路を分離するために全反射の角度依存性が利用され
ている。

それで励起光と発光を区別するための通常の方法（モノ
クロメータ、光学フィルタ）に伝搬素子の輪郭形成が取
ってかわることができる。

従って光源から空間的に離れている場合、写真検出器を
伝搬素子の放射光射出面の直接周辺に設置することがで
きる。モノクロメータやフィルタ及び検出器を発光発生
点の近くに接近させるべき手だてを採用しないことによ
り、つまりは、全反射を用いた光伝送は実用的に無損失
で行なわれるという事実を利用することにより、光収得
量、結果的には測定精度が、励起光の強度を上げること
もなく、向上する。

この関係において、本発明の特に利点を有する実施態様
としてそのシステムでは、 励起のため用いられる光源が実質的に指示薬層の法線方
向に配置されており、がっ 検出器が少くとも一つの実質的に指示薬層に対し垂直に
位置している、伝搬素子の側部境界面のところに配置さ
れている。

よって伝搬素子の内部を全反射された放射光は伝搬素子
の少くとも一つの側端部で検出され、その際光励起は伝
搬素子内を全反射することなしに行なわれる。この場合
光源は、励起ビーム路の軸が指示薬層に対して、結果的
には平面平行な伝搬板に対して垂直になるように配置さ
れる。伝搬素子内に入射された励起光に対してはどんな
場合でも伝搬素子での全反射条件が満たされないので、
励起光が平行平面な伝搬素子の内部を全反射により検出
器の方に伝搬しないということが確実となっている。

この関係において、本発明によるところの、指示薬層が
伝搬素子の外面を完全におおうとともに指示薬層の屈接
率ｎ２を周辺媒体の屈接率ｎ３より大きくすることは、
利点を有する。

その場合、さらに本発明によるところの、光源と伝搬素
子との間に励起光の入射角を限定する絞り手段を設ける
ことは、特に利点を有する。

これは平行平面な伝搬素子での励起光の部分的反射を避
けるために役立つ。このために、励起ビームの光軸から
の励起光の角度偏差を減じる他の光ビーム処理（例えば
光学レンズ）のための方策を講じてもよ′い。発光性指
示薬層は、その場合、平面平行な両外面の１つを前面に
わたり、あるいは部分的に、例えば試料と接触するとこ
ろだけをおおってもよい。

さらに利点を有するため、本発明による１つのシステム
構成では、光源と伝搬素子との間の絞り手段が指示薬層
と検出器と間の光路に対して９０°より小さい角度をも
つ励起光のみを通過させている。

このことによって、励起光の一部が何らかの形で、伝搬
素子の平面平行な外面内での部分反射により検出器へ達
する危険性をさらに小さなものとする。

さらに本発明による別な実施態様によれば、検出器側の
境界面と検出器との間にカップリング層が配置され、こ
のカップリング層は伝搬素子の周辺の屈接率ｎ３より大
きな屈接率ｎ４を有している。

この場合、カップリング層の屈接率ｎ４を伝搬素子の屈
接率ｎ１以上にすると特に有利であり、その場合本発明
の好適態様によるところの、カップリング層を好しくは
検出器につけられたポリマー材料から構成することがで
きる。この実施態様により、各境界面すなわち縁面から
検出器への光伝送が縁面と検出器の間の屈接率整合媒質
によって向上される（例えば液浸油、ポリマ一層）。

この実施態様の基本的な利点は、側部境界面のところに
おいてその一面に指示薬層をつけている平面平行な外面
のところでより明白に大きな放射光成分が射出されると
ころにある。表１に平面平行な外面と側部境界面とから
射出される放射光成分が比較されている。全反射に関与
している媒ｆ（伝搬素子、周辺、発光性指示薬層）の屈
接率は、３つのよく使われている組み合わせで与えられ
ている。

表１：平行平面な外面とこれに直角な、伝搬素子の境界
面とにおける射出する放射光の比較、その際指示薬層の
屈接率は変化しており、幾何的条件は一定である。

表１は、伝搬素子と指示薬層との屈接率の違いがある限
界において許容されることを示している。ｎ２＞ｎｌの
場合は、側部境界面での光収得量にとっては良くないと
見なされる。ｎｚ＞ｎ、では、指示薬層と伝搬素子との
間の全反射により側部境界面での光収得量の損失が生じ
る。指示薬層に沿って全反射する、表１には考慮されて
いない光成分は、指示薬層が全外面をおおっており、搬
送素子の側部境界面のところや同じく検出器の写真怒応
層のところと境界を接している場合、少くとも部分的に
はいっしょに検出される。

°表１は、さらに、伝搬素子、指示薬層そして周辺との
現実的な組み合わせにとって放射された発光の側部で射
出される光成分は、平行平面な両外面から射出される光
成分より２倍〜２．５倍大きいことをしめしている。平
面平行の外面から射出される光の測定のためにフィルタ
等の励起光と発光の識別手段を射出面と検出器の間に設
置しなければならないのに対して、１つ又は複数の検出
器を１つ又は複数の側部へりに直接設置することができ
るという事情によりさらにすばらしい利点が生じるので
ある。

検出器は１旨示薬層に対して実質的に法線方向に配置さ
れており、励起のために用いられる光源は指示薬層に対
し実質的に垂直に位置している、伝搬素子の境界面に配
置されている。この境界面は、励起光によって照射され
る指示薬層に一定の距離を設けており、この距離は伝搬
素子内での励起光の少くとも１回の全反射を可能にする
ものである。境界面と指示薬層の間で透光性の、好まし
くは境界面から一定間隔を設けたおおいを伝搬素子用り
につけることもできる。

このことで励起光のための光伝送が平面平行な伝搬素子
内で主に全反射で行なわれ、放射光（発光）は伝搬索子
の平面平行な外面の少くとも一面で検出される。指示薬
層による励起光の部分的吸収を避けるため、平面平行な
外面の、実際に試料と接触する部分だけを発光性指示層
でおおうことも利点がある。

この種のシステム構成のための条件としては、伝搬素子
及び発光性指示層の屈接率は周辺の屈接率より大きいと
いうことが成り立つ。

境を接している周辺に対し高い指示薬層の屈接率が境界
面Ｑ通過を可能にしている限り、励起光が平行平面な外
面を備えた伝搬素子の内部を全反射していき、発光性分
子の励起を確実なものとする。

励起光の大部分は（散乱光をはふいて）発光性指示層又
は伝搬素子の平行平面板の向いあっている外面から周辺
方向に出てい（ことができるので、−これらの境界面で
は全反射される一写真検出器は平行平面板の、指示薬層
に向いあっている外面ところに又は、測定室に接当して
（例えば透過性ガスの測定用）、又は両方の位置おもに
発光性指示薬を有する外包部に配置することができる。

これらの形式のシステム構成の利点は、光学フィルタを
全く設置しないか又は、散乱した励起光の吸収のために
だけより薄いものを設置するだけでよいので、１つ又は
複数の検出器は射出する平面平行な面のごく近くに位置
させることができることにある。

その他、平面平行な境界面で射出される発光を、励起ビ
ームの光路がこの領域にないので、平行平面板の両側か
ら検出するという利点か挙げられる。

さらに利点を生じるものとして、発光性の指示薬層の屈
接率を基本的条件ｎ２＞ｎ、のちとで小さくすることが
ある。これにより平面平行な外面にを通じて射出される
発光成分を大きくすることができる（表１参照）。

効果的な照射を得るためには、他方では、ｎｌ　＞ｎ、
のため励起光の一部が伝搬素子／指示薬層の境界面で同
様に全反射するので、伝搬素子の屈接率を発光性指示薬
層のそれより本質的に大きくすべきである。

本発明のその他の実施態様としては、励起光の導入や放
射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。

平面平行な伝搬素子の基本面の相応な選択に　　　゛よ
って、縁面つまり伝搬素子の側部境界面で励起や検出を
行うことが可能になる。側部境界面での検出に加えて、
その場合、平面平行な外面によって射出される発光を検
出することもできる。

その場合、伝搬素子の外面を台形状に形成することも可
能であり、このことは全反射の臨界角として４５″以上
でもって材料の組み合わせ゛（周辺、伝搬素子）が可能
となる利点をもたらす。

〔実施例〕

第１図に示めされている試料生物質濃度の光学測定シス
テムはその表面に指示薬層（２）をつけた伝搬素子を有
するセンサ部（１）を備えている。平面平行な外面（５
）をもつ板（４）として作られている伝搬素子（３）の
指示薬層（２）をつけている側に測定室（６）を設けて
おり、ここを流入口（７）及び排出口（８）を通じて被
測定試料が流通する。

測定室（６）内の指示薬層（２）から離れたところ、　
　に、いわゆる写真検出器としてつくられた検出器（９
）が配置され、端子（１０）　、　（１１）を介して、
検知されたビームに対応した電気信号をここでは図示さ
れていない評価ユニットに送ることができる。板（４）
の指示薬層（２）がついている側とは反対の側の平面平
行な外面（５）にも測定室（６）内に配置されているも
のと実質的に同様に作られたものが配置されている。

指示薬層（２）に対し実質的に垂直に位置している板（
４）つまりは伝搬素子（３）の側部境界面（１２）には
光源（１３）が配置され、この光源（１３）はこの面（
１２）を介して使用ビームに対して透過性を有する板（
４）の中へ励起光を送り込む。

境界面（１２）のところには光源（１３）によって直接
検出器（９）が照らされることを避けるためにおおい（
１４）が配置されている。

伝搬素子（３）すなわち平行平面板（４）は光源（１３
）のビームに対してその屈接率が板（４）の指示薬層の
ない表面にある周辺媒体のそれより大きいものであり、
それで−既に示したように一光源（１３）からの励起光
は平行平面板（４）の中を全反射して伝搬する。周辺部
に較べ屈接率が高く全反射が起らず板（４）の境界面の
通過が可能となるところの指示薬層（２）の領域ではじ
めて、励起光は板（４）から出て指示薬層（２）に入射
する。

物理法則や化学法則に合わせ測定室（６）に入っている
試料から検出すべき物質との相互作用で現れる使用指示
薬材料の性質に従って、励起光（第、１図で実線で示め
されている）によって指示薬層（２）の中でルミネセン
スが生じる。このようにして放射された光は第１図では
点線で示めされている。この放射光の測定すべき値との
スペクトル従属性及び／又は強度従属性のため検出器（
９）の信号からその値や値の変化が定められる。

伝搬素子（３）中の励起光の全反射により散乱光成分を
除いて励起光は検出器（９）に達することはないので、
また他方では指示薬層（２）から出す放射光の示めされ
ている幾何学的関係により全反射のための幾何学的条件
が平面平行な外面（５）のところでは満たされないので
、励起光と放射光をスペクトル的に区別するためにフィ
ルタを検出器の前に置く必要はない。さらには、検出器
（２）を指示薬層（２）のごく近くに接近させることが
できるので、励起光の強度を上げなくとも放射光の採取
量を大きくすることができ、これが測定精度の向上をも
たらす。

第２図で示めされている実施例では、第１図のものとは
違って、ここで平面平行な外面（５）を覆っている指示
薬層（２）の実質的に法線方向に光源（１３）が配置さ
れている。

絞り手段（１５）を用いて、励起光の入射角αは小さな
値に限定され、このことで励起光の部分反射が減じられ
る。

励起光は、それで、平行平面板（４）を通って指示薬層
２には行ぐが、側部境界面（１２）に配置された検出器
（９）のところには行かない。測定室は参照番号（６）
で、流入口は（７）で、排出口は（８）で表されている
。

光ｍ　（１３）を通じて励起されて、測定室領域の指示
薬層（２）から送られた放射光は点線で示めされ、測定
室（６）から一定距離、検出器（９）の方向において伝
搬素子（３）の内部で全反射の条件が満たされる。この
構成においてもフィルタを付加しなくとも検出器（９）
に放射光だけが達するようにすることが可能である。

第３図に示めされている実施例は、基本的には第１図と
第２図による構成の組み合わせである。光源（１３）は
、第１図と同様に、伝搬素子（３）つまり伝搬素子を形
成している平行平面板（４）の側部境界面に配置されて
おり、さらにおおい（１４）を備えている。光源を備え
ている境界面に垂直となっている２つの側部境界面に検
出器（９）が配置されており、指示薬層（２）は、検出
器（９）に対して及び光源（１３）の方を向いている側
部境界面に対して垂直となっている外面（５）につけら
れており、測定室はここではわざと記されていない。

提示された幾何条件に従い、伝搬素子（３）に入射する
励起光に対して一入射面に垂直である検出器（９）に鑑
み一検出器へ出ていく面のところで全反射のための条件
が満たされることは確実である。このことで、この（７
９成においても、励起光源（１３）から指示薬層（２）
へ及び指示薬層（２）から検出器（９）への光伝搬は伝
搬素子（３）内を全反射しながら行なわれ、散乱光を除
外して実質的には放射光のみが検出器によって記録され
ることか確実なものとなる。事情によっては、この種の
構成の場合、散乱光に対する励起光フィルタを配置する
ことが適切であることもあり、その際そのフィルタは大
変薄く作られたものでなければならない。

第４図では、伝搬素子（３）の側部境界面と検出器（９
）との間にカンブリング層が配置されており、この層は
た直接検出器（９）にポリマー材料をつけて構成するこ
とができる。この力・ノブリング層（１５’）の屈接率
ば、伝搬素子の周辺の屈接率よりも大きく、好ましくは
、伝搬素子自体の屈接率よりも大きいか等しい。このよ
うにして、検出器（９）への光伝搬はカップリング層（
１５”）の集光作用によって改善される。

第５図で詳しく示めされているものは、″レミッション
″として発光測定においてよく用いられている技術を応
用した構成のものである。

そのため２腕状の光フアイバー束（１６）が備えられ、
この光フアイバー束は多数の個々に全反射で光を伝搬さ
せる伝搬素子を有し、光ファイバーの一部を光源にそし
てその光ファイバーの他部を検出器に接続している。被
覆（１８）を備えた光ファイバ東（１６）の端部（１７
）は指示薬層（２）用の円柱又は角柱状に形成された伝
搬素子（３）に接続されている。外面（５）に垂直な外
包面（１９）によって、指示薬層（２）への励起光の集
光及び指示薬層から出て光ファイバ束（１６）の端部（
１７）の方へ行く放射光の集光が行なわれる。この効果
は外包面（１９）をミラーコーティングすることによっ
ても伝搬素子（３）内が全反射となることで得られ、こ
れはその製造をはるかに簡単なものとする。

第６図は第５図による構成に適用される伝搬素子（３）
を示しており、その際ここては、図示されていない光フ
ァイバー東向で励起光の部分的な戻り反射を避けるため
指示薬層（２）をつけている伝搬素子（３）の基本面が
外面（５）に対し角度βだけ傾けられている。光フアイ
バー束から周辺媒体への最大可能な射出角度を（光ファ
イバーでの全反射を鑑みて）αと仮定するなら、角度β
は次の式を満たす： ｓｉｎα／２ ｓｉｎβ〉□ Ｉ ここでｎｌ・・・・・・伝搬素子（３）の屈接率これは
、外包面や外面のところで周辺媒質は同じ屈接率（例え
ば空気）を有しているものと仮定したものである。

指示薬層（２）をつけている基本面が斜めになっている
ことにより、この基本面ところで部分的に反射された励
起光が光ファイバーに戻って検出器に伝搬されないこと
が確実となる。

第７図〜第９図は、円柱状又は角柱状に形成された伝搬
素子（３）の指示薬層（２）を付けている基本面の必要
な傾きを実施する種々の可能性を示している。

第６図〜第９図による構成において光フアイバー束が直
接（空気の層がなしで）あるいはまた屈接率の整合性を
もつカップリング層を介して伝搬素子の外面に接当して
いる限り、異なった屈接率が必要とあらば与えられたβ
の関係式で個別に考慮されるべきだろう。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る試料中の物′質濃度のけい光光学測
定のためのシステムの実施の態様を例示し、第１図は、
システムの部分断面概略図、第２図は、別な実施の態様
の部分断面概略図、第３図は、さらに別な実施の態様の
斜視図、第４図は、さらに別な実施の態様の詳細図、第
５図は、さらに別な実施の態様の詳細図、第６図は、さ
らに別な実施の態様における伝搬素子での光の反射条件
を示す概略図、第７図、第８図、第９図は、それぞれ伝
搬素子の異なった形状を示す概略図である。 （２）・・・・・・指示薬層、（３）・・・・・・伝搬
素子、（４）・・・・・・検出器、（６）・・・・・・
測定室、（１３）・・・・・・光源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］励起ビームの光源と、励起後測定されるべき物質
   濃度に従属してけい光を発するセンサ手段と、放射ビー
   ムの検出器を備えた、試料中の物質濃度のけい光光学測
   定のためのシステムであって、センサ手段が少なくとも
   測定試料を備える側の面領域に少なくとも間接的に接触
   可能であるとともに励起ビームと放射ビームに対して透
   過性を有する伝搬素子を備え、この伝搬素子は周辺媒体
   の屈接率ｎ＿３より大きい屈接率ｎ＿１を有し、伝搬素
   子と周辺との間の境界面の法線に対してα＿Ｇ＿１＿，
   ＿３＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ＿３／ｎ＿１）「より大きな入
   射角α＿１のもとで光ビームが伝搬素子中を全反射して
   伝搬するものにおいて、伝搬素子（３）は少なくともそ
   の表面の一領域で前もって与えられた屈接率ｎ＿２をも
   つ指示薬層（２）でおおわれ、この指示薬層は伝搬素子
   （３）とは反対の側を測定の間試料と接触していること
   、及び 検出器（９）に達する放射ビーム及び／又は励起ビーム
   は測定の間指示薬層を介して試料と接触する伝搬素子（
   ３）の領域において α＿Ｇ＿１＿，＿２＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ＿２／ｎ＿１）
   より小さい角度α＿１を示すことを特徴とする試料中の
   物質濃度のけい光光学測定のためのシステム。 ［２］特許請求の範囲第１項に記載のシステムにおいて
   、伝搬素子（３）が円柱あるいは角柱形状であるととも
   に指示薬層（２）の反対側の外面（５）のところで全反
   射が生じる多技状光ファイバー束等の光伝送カップリン
   グ素子（１６）の端部（１７）と接触し、カップリング
   素子（１６）の一端は光源ないしは検出器と共働するこ
   と、及び 伝搬素子（３）の外包面（１９）が少なくともこの外面
   （５）にほぼ垂直であることを特徴とする試料中の物質
   濃度のけい光光学測定のためのシステム。 ［３］特許請求の範囲第２項に記載のシステムにおいて
   、 指示薬層（２）をつけているとともにカップリング素子
   （１６）とは反対側の伝搬素子（３）基本面が外面（５
   ）に対して次式、 ｓｉｎβ＞［（ｓｉｎα＿３）／ｎ＿１］：α＿３はカ
   ップリング素子（１６）から周辺媒体 （１ｂ）への励起光の最大 入射角の１／２ で定まる角度βだけ傾いていることを特徴とする試料中
   の物質濃度のけい光光学測定のためのシステム。 ［４］特許請求の範囲第［１］項に記載のシステムであ
   って、伝搬素子が平行平面な外面を有する板状に形成さ
   れるとともにその一つの外面に指示薬層を備えているも
   のにおいて、 励起のため用いらるれる光源（１３）が実質的に指示薬
   層（２）の法線方向に配置されていること、及び 検出器（９）が少くとも一つの実質的に指示薬層（２）
   に対し垂直に位置している、伝搬素子（３）の側部境界
   面（１２）のところに配置されていることを特徴とする
   試料中の物質濃度のけい光光学測定のためのシステム。 ［５］特許請求の範囲第［４］項に記載のシステムにお
   いて、 指示薬層（２）が伝搬素子（３）の外面（５）を完全に
   おおっているとともに指示薬層（２）の屈接率ｎ＿２が
   周辺媒体の屈接率ｎ＿３より大きいことを特徴とする試
   料中の物質濃度のけい光光学測定のためのシステム。 ［６］特許請求の範囲第［４］項又は第［５］項に記載
   のシステムにおいて、 光源（１３）と伝搬素子（３）との間に励起光の入射角
   を限定する絞り手段（１５）が設けられていることを特
   徴とする試料中の物質濃度のけい光光学測定のためのシ
   ステム。 ［７］特許請求の範囲第［６］項に記載のシステムにお
   いて、 光源と伝搬素子との間の絞り手段が指示薬層と検出器と
   間の光路に対して９０°より小さい角度をもつ励起光の
   みを通過させることを特徴とする試料中の物質濃度のけ
   い光光学測定のためのシステム。 ［８］特許請求の範囲第［４］項〜第［７］項のうちい
   ずれかに記載のシステムにおいて、 検出器側の境界面（１２）と検出器（９）との間にカッ
   プリング層（１５′）が配置され、このカップリング層
   （１５′）は伝搬素子（３）の周辺の屈接率ｎ＿３より
   大きな屈接率ｎ＿４を有していることを特徴とする試料
   中の物質濃度のけい光光学測定のためのシステム。 ［９］特許請求の範囲第［８］項に記載のシステムにお
   いて、 カップリング層（１５′）の屈接率ｎ＿４が伝搬素子（
   ３）の屈接率ｎ＿１以上であることを特徴とする試料中
   の物質濃度のけい光光学測定のためのシステム。 ［１０］特許請求の範囲第［８］項又は第［９］項に記
   載のシステムにおいて、 カップリング層（１５′）が好しくは検出器（９）に直
   接つけられたポリマー材料からなることを特徴とする試
   料中の物質濃度のけい光光学測定のためのシステム。 ［１１］特許請求の範囲第［１］項に記載のシステムに
   おいて、 励起光の導入と放射光の検出のための境界面と指示薬層
   （２）とが互いに垂直に配置されていることを特徴とす
   る試料中の物質濃度のけい光光学測定のためのシステム
   。 ［１２］特許請求の範囲第［４］項に記載のシステムに
   おいて、 伝搬素子（３）の外面（５）が台形状に形成されている
   ことを特徴とする試料中の物質濃度のけい光光学測定の
   ためのシステム。