JP2011522264A - 基準波長を用いた成分濃度の測定方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図4
Description
本発明において、まず、基準波長の存在特性を取得して証明することと、異なる被測定成分に対する基準波長の値を取得することとを解決する必要がある。そして、これを基に、相関するデータの前処理モデル(Pretreatment Model)を作ることによって、濃度信号を有効的に抽出することが実現される。本発明は、理論推理により基準波長を証明する方法と、実験により基準波長を取得する方法とを提案した。
人体の成分に対して、微細な損傷かまたは損傷させずに検出を行う際、異なる時間における測定スペクトル間には、機器システムのドリフト、その他の人体成分の変化および人体の生理状態の変化などのバックグラウンドノイズが存在するので、被測定成分の測定精度に影響を与える。本発明は、基準波長法を用いて、スペクトルのデータに対して前処理を行うことにより、これらのノイズによる干渉を有効的に排除することができる。基準波長法を用いてデータ処理を行う方法の核心となる内容は、測定過程において、基準波長において得られる光強度値または吸光度値を変動パラメーターとし、このパラメーターの値が、サンプル中に被測定成分以外その他の原因によるノイズの干渉を反映したが被測定成分の濃度変化とは無関係であるということである。基準波長における信号に基づいて、その他の波長におけるスペクトル信号に対して差分処理を行うことにより、各種のノイズの干渉を排除することができ、被測定成分から信号をピックアップする特異性が増強される。
AG(λ)=0 ・・・(15)
式(14)および式(15)によって、基準波長におけるバックグラウンドノイズは、下記の式(16)で示される。
近赤外スペクトル法を用いて成分濃度を検出する時に、測定されるスペクトルはサンプル温度の変動によって顕著なずれが生じるので、成分濃度の測定精度への影響が生じてしまう。本発明は、基準波長の特性に基づいて、サンプルのスペクトルに対するリアルタイム温度補正を行う方法を提案した。
ΔA(λr)=ΔAT(λr) ・・・(27)
となる。
ΔAG(λ)=ΔA(λ)−ΔAT(λ)・・・(28)
ここで、上述スペクトルに対する温度補正方法について、実験により検証を行った。具体的には、30℃の温度下で、純水バックグラウンドのスペクトルを測定し、その後、30℃、34℃及び38℃の温度下で、30mg/dLのブドウ糖溶液サンプルのスペクトルを測定した。そして、式(25)に基づいて、直接的にサンプルとバックグラウンドとの吸光度の差を算出した。
Claims (9)
- サンプル中の成分濃度を測定するための方法であって、
1)被測定成分濃度の変化に対して光強度がインセンシティブである波長を、被測定成分の基準波長と確定するステップと、
2)基準波長及びその他の測定波長におけるスペクトルを同時に測定して取得するステップと、
3)基準波長におけるスペクトルを内部基準として、その他の測定波長におけるスペクトルに対してデータ処理を行うことによって、被測定成分の特異性情報を含む特徴スペクトルを求めるステップと、
4)特徴スペクトルと被測定成分濃度との数学補正モデルを作るステップと、
5)数学補正モデルに基づいて被測定成分の濃度を取得するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記ステップ1)において、
吸収係数及び散乱係数と、被測定成分の濃度との関係に基づいて、各波長における出射光強度が被測定成分濃度の変化に従って変化する関係を解析し、光強度の変化率がゼロである波長を被測定成分の基準波長として確定することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記ステップ1)において、
サンプル中の被測定成分の濃度を変更させ、変更後の濃度に対応するスペクトルを測定することによって、異なる濃度のサンプル間の差分スペクトルを求め、
差分スペクトルの曲線がゼロの値に交差する箇所に対応する波長を、被測定成分の基準波長として確定することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - ブドウ糖水溶液において、ブドウ糖の基準波長が1525nmであることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の方法。
- 光強度が被測定成分の濃度の変化に対して最もセンシティブである波長を、最適な測定波長として選択することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ステップ3)において、純吸収サンプルに対して、被測定成分の濃度変化の情報を含む特異性情報は、
- ステップ3)を実行した後に、
二つのサンプル間のスペクトル差信号を、温度変化による差信号と被測定成分の濃度変化による差信号との和で示し、そのうち、被測定成分の基準波長において被測定成分濃度による差信号がゼロであるステップと、
基準波長における光強度の差信号に基づいて、サンプルを測定する時の温度変化を算出してサンプルの実際の測定温度を取得するステップと、
その他の測定波長における光強度に対して温度の補正を行い、補正グループ温度に対応する測定スペクトルを取得するステップと、
を実行することによって、サンプルのスペクトルに対して温度の補正を行うことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 部分最小二乗法または純信号解析法を用いて数学補正モデルを作ることを特徴とする請求項1に記載の方法。
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