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(In Japanese)分光測定装置

Patent code P180014963
File No. (S2015-1423-N0)
Posted date May 22, 2018
Application number P2017-514081
Patent number P6708884
Date of filing Apr 12, 2016
Date of registration May 26, 2020
International application number JP2016061825
International publication number WO2016171042
Date of international filing Apr 12, 2016
Date of international publication Oct 27, 2016
Priority data
  • P2015-087135 (Apr 21, 2015) JP
Inventor
  • (In Japanese)石丸 伊知郎
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人香川大学
Title (In Japanese)分光測定装置
Abstract (In Japanese)本発明に係る分光測定装置は、複数の液体成分を含む試料、あるいは液体成分と粒子成分を含む試料に照射光を照射したときに該試料から発せられた光を分光する分光光学系と、前記分光光学系で分光された光を検出する検出器とを備え、さらに、前記液体成分に特異的な吸収波長又は透過波長の光が透過する性質を有する光入射面及び光出射面を有する試料セルと、前記光入射面を通して前記試料セル中の試料に前記照射光を照射する光照射手段と、前記試料セルに収容された試料に超音波を照射することにより定在波を該試料中に形成する定在波形成手段と、前記試料セルと前記分光光学系の間に配置された、該試料セルから出射された光を平行光に変換する測定光学系とを備える。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

糖尿病が発症すると、血液中のグルコース濃度(血糖値)が異常に高くなることから、糖尿病の予防や治療のために健康診断や診察等、様々な場面で血中グルコース濃度が測定されている。血中グルコース濃度は様々な方法により測定され、その一つにグルコース固有の吸収波長やラマンシフト量を利用した分光測定方法がある。分光測定方法では測定対象となる試料に所定の波長範囲の光を照射し、それにより試料から発せられる光を分光して得られたスペクトルからグルコース値を求める。

血液(全血)は、液体成分である血漿と細胞成分である赤血球、白血球、血小板等から構成され、グルコースは血漿に含まれる。細胞成分はいずれも微粒子であるが、全血に光を照射すると細胞成分(特に赤血球)によって光が散乱されて損失(散乱損失)が生じる。このような散乱損失と、グルコースの光吸収による損失(吸収損失)を区別することはできないため、グルコース濃度を正確に測定することができない。そこで、グルコース濃度の測定には通常、血漿や血清(血液を凝固させて細胞成分と凝固因子を取り除いたもの)が用いられる。しかしながら、血液から血漿や血清を取り出すためには、血液を遠心分離したり血液を凝固させたりする必要があり、分光測定を行うまでに時間や手間がかかる。

上記の問題は、例えば日本酒の製造過程において行われる、濾過前の日本酒に含まれるエタノールやグルコース等の成分濃度を測定する場合にも生じる。濾過前の日本酒は醪(もろみ)と呼ばれ、仕込みに用いるタンクの中に仕込み水と酒母、麹、蒸米を入れ、発酵させたものから成る。醪は白く濁って泡立ちのある粘度の高い液体であるため、醪に含まれるエタノールやグルコースの分光特性を測定する場合、発酵した酒母、麹、蒸米等の微粒子成分による光散乱の影響を受ける。醪から微粒子成分を取り除くことにより上記した微粒子成分の影響を取り除くことができるが、微粒子成分を取り除くために醪を濾過する作業にはやはり時間や手間がかかる。

なお、上記では微粒子成分を含む試料から該微粒子成分を除いた成分、つまり液体成分のみの分光測定を行う場合の問題について説明したが、微粒子成分のみの分光測定を行う場合も同様の問題がある。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、液体と粒子の混合物から成る試料における液体のみあるいは粒子のみの分光特性を測定する分光測定装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
液体成分と粒子成分を含む試料に照射光を照射したときに該試料から発せられた光を分光する分光光学系と、前記分光光学系で分光された光を検出する検出装置とを備えた分光測定装置において、
a) 前記液体成分に特異的な吸収波長又は透過波長の光が透過する性質を有する、互いに平行な光入射面及び光出射面を有する試料セルと、
b) 前記照射光を前記試料セル中の試料に照射する光照射手段と、
c) 前記試料セルに収容された試料に超音波を照射することにより前記光入射面及び前記光出射面と平行な方向に沿って腹及び節が並ぶ定在波を該試料中に形成する定在波形成手段と、
d) 前記試料セルと前記分光光学系の間に配置された、前記試料セルから出射された光の一部を集光する集光レンズと、該集光レンズによって集光された光を平行光に変換するコリメータレンズと、前記集光レンズの前記コリメータレンズ側の焦点位置に配置されたピンホールとを有する測定光学系と
を備えることを特徴とする分光測定装置。

【請求項2】
 
前記測定光学系が、前記試料セルの前記光入射面及び前記光出射面と直交する光軸を有する試料セル側、前記分光光学系側の両方においてテレセントリックな光学系から成ることを特徴とする請求項1に記載の分光測定装置。

【請求項3】
 
液体成分と粒子成分を含む試料に照射光を照射したときに該試料から発せられた光を分光する分光光学系と、前記分光光学系で分光された光を検出する検出装置とを備えた分光測定装置において、
a) 前記液体成分に特異的な吸収波長又は透過波長の光であって前記粒子成分から発せられる光が透過する性質を有する、互いに平行な光入射面及び光出射面を有する試料セルと、
b) 前記照射光を前記試料セル中の試料に照射する光照射手段と、
c) 前記試料セルに収容された試料に超音波を照射することにより
前記光入射面及び前記光出射面と平行な方向に沿って腹及び節が並ぶ定在波を該試料中に形成する定在波形成手段と、
d) 前記試料セルと前記分光光学系の間に配置された、前記試料セルから出射された光の一部を平行光に変換するコリメータレンズと、該コリメータレンズによって平行光に変換された光を所定の結像面に結像する結像レンズと、前記コリメータレンズの前記結像レンズ側の焦点位置に配置された、該コリメータレンズによって集光された光を遮蔽する遮光板とを有する測定光学系と
を備えることを特徴とする分光測定装置。

【請求項4】
 
前記光照射手段が、光源と、該光源からの光を集光する集光レンズと、該集光レンズによって集光された光を平行光に整形するコリメータレンズと、集光レンズとコリメータレンズの共焦点に配置された開口絞りとを備え、前記試料セルの前記光入射面及び前記光出射面と直交する光軸を有する光を前記試料セル中の試料に照射することを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の分光測定装置。

【請求項5】
 
前記分光光学系が、前記測定光学系を通過した光である測定光を第1測定光と第2測定光に分割する分割光学系と、前記第1測定光と前記第2測定光の間に光路長差を付与する光路長差付与手段と、前記光路長差付与手段が付与する光路長差を連続的に変化させる光路長差変化手段と、前記第1測定光と前記第2測定光を干渉させる干渉光学系とから構成され、
前記干渉光学系によって形成された前記第1測定光と前記第2測定光の干渉光の強度を検出する検出部と、前記光路長差変化手段により前記光路長差を変化させることにより前記検出器が検出する干渉光の強度変化から前記測定光のインターフェログラムを求め、該インターフェログラムをフーリエ変換することにより該測定光のスペクトルを取得する処理部を備えることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の分光測定装置。

【請求項6】
 
液体成分と粒子成分を含む試料に照射光を照射したときに該試料から発せられた光を分光光学系で分光し、前記試料の分光特性を測定する分光測定方法において、
前記液体成分に特異的な吸収波長又は透過波長の光が透過する性質を有する、互いに平行な光入射面及び光出射面を有する試料セルに前記試料を収容し、
前記試料セル中の試料に超音波を照射することにより前記光入射面及び前記光出射面と平行な方向又は直交する方向に沿って腹及び節が並ぶ定在波を該試料中に形成させ、
前記試料セルと前記分光光学系の間に集光レンズ及びコリメータレンズを配置するとともに前記集光レンズの前記コリメータレンズ側の焦点位置にピンホールを配置して、前記試料セル中の試料に照射光を照射したときに該試料セルから出射された光の一部を前記集光レンズで集光した後、前記コリメータレンズで平行光に変換し、前記ピンホールを通過させた後、前記分光光学系に導入することを特徴とする分光測定方法。

【請求項7】
 
液体成分と粒子成分を含む試料に照射光を照射したときに該試料から発せられた光を分光光学系で分光し、前記試料の分光特性を測定する分光測定方法において、
前記液体成分に特異的な吸収波長又は透過波長の光が透過する性質を有する、互いに平行な光入射面及び光出射面を有する試料セルに前記試料を収容し、
前記試料セル中の試料に超音波を照射することにより前記光入射面及び前記光出射面と平行な方向又は直交する方向に沿って腹及び節が並ぶ定在波を該試料中に形成させ、
前記試料セルと前記分光光学系の間にコリメータレンズと結像レンズとを配置するとともに、前記コリメータレンズの前記結像レンズ側の焦点位置に遮蔽板を配置し、前記試料セル中の試料に照射光を照射したときに該試料セルから出射された光の一部を前記コリメータレンズで平行光に変換し、前記結像レンズによって所定の結像面に結像させて前記分光光学系に導入し、前記コリメータレンズによって集光された光を前記遮蔽板で遮蔽することを特徴とする分光測定方法。

【請求項8】
 
前記分光光学系が、導入された光を第1測定光と第2測定光に分割する分割光学系と、前記第1測定光と前記第2測定光の間に光路長差を付与する光路長差付与手段と、
前記光路長差付与手段が付与する光路長差を連続的に変化させる光路長差変化手段と、
前記第1測定光と前記第2測定光を干渉させる干渉光学系とを備え、
前記光路長差変化手段により前記光路長差を変化させたときの前記干渉光の強度を検出することにより前記測定光のインターフェログラムを求め、該インターフェログラムをフーリエ変換することにより前記分光光学系に導入された光のスペクトルを取得することを特徴とする請求項6又は7に記載の分光測定方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2017514081thum.jpg
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