JP2898489B2 - 分光光度分析のための装置 - Google Patents

分光光度分析のための装置

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JP2898489B2 JP4333268A JP33326892A JP2898489B2 JP 2898489 B2 JP2898489 B2 JP 2898489B2 JP 4333268 A JP4333268 A JP 4333268A JP 33326892 A JP33326892 A JP 33326892A JP 2898489 B2 JP2898489 B2 JP 2898489B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は材料の分光光度分析のた
めの装置に関する。本発明による装置は例えば、溶剤及
び又は懸濁剤として使用される液体中に溶解され及び又
は懸濁している材料の定量分析を行うために設けられて
いる。材料は例えば単一の物質又は複数の物質の混合物
から成ることができる。本発明による装置は例えば血液
のヘモグロビンの気体飽和度の測定を可能にする。
【0002】
【従来の技術】***国特許明細書3215879号から
公知の血液の酸素飽和度の分光光度測定のための装置は
光源としてキセノンランプを有する。公知の装置は、光
をスペクトル分解するために、血管への挿入のために特
定された注射針及び回折格子によって形成された分散要
素とを有する。更にこの装置は一列の発光ダイオードで
あるダイオードセルを備えた受光器を有する。発光ダイ
オードは、各々が分散要素から特定の方向に偏向された
光を受光することができるように配設されている。ダイ
オードセルはコンピュータを有する評価装置と接続され
ている。コンピュータは分析の際に光強度の最大値から
血液の酸素飽和度を検出する。
【0003】市販のキセノンランプはスペクトル線が重
なる連続スペクトルを発生する。***国特許明細書32
15879号によれば、(酸素飽和度の決定のため
に)、興味のある波長範囲に全スペクトル曲線が存在す
る場合に好適である。しかし連続光スペクトルの光強度
の最大の位置の検出は酸素飽和度の粗く、非常に不正確
な特定しか可能にしない。その他、***国特許明細書3
215879号にはいかに光波長が個々の発光ダイオー
ドに所属させられるかは詳しく記載されてない。しかし
実際上公知の場合と同様に、ダイオードセルを有する分
光光度計は実施されるべき全ての分析に対して1つの光
波長が所属するものとする。そのような装置が高い分解
能と高い測定精度を可能にするために、分散要素、発光
ダイオード及びその他の光投射の経過に影響を与える構
成部分が所定の位置に非常に正確に位置しかつそこに永
続的に止まらなければならない。従ってそのような装置
の製造には高い精度が要求され、従って高価となる。更
に、外乱−振動並びに温度及び湿度変化−が分散要素、
発光ダイオード及びその他の部分の、装置の製造の際に
確定した位置を変え、その結果特定の発光ダイオードに
達すべき光の波長も変わるという危険がある。装置の特
別に安定した構成及び振動減衰器等の装備により振動の
阻害的影響を減少させることが研究された。更にこの装
置に温度及び空気湿度の一定化のための装置を装備させ
ることも考えられる。しかしそのような又は類似の措置
は装置のかなりのコスト高の原因となりかつ装置を大き
くかつ重くする。更にそのような装置は多かれ少なかれ
望まれる、装置が必要に応じて種々の個所に運ばれかつ
そこで利用されることができるという機動的及び又は輸
送可能な使用には適さない。
【0004】特開昭55−48624号公報はスペクト
ル分析装置の較正のための装置に関する。較正装置は線
スペクトルを有する光の発生のための水銀灯を有する。
この光は較正の際分析の際に他の光源から発せられる光
の代わりに旋回可能な反射鏡を備えた光変換装置を介し
て分光分析装置の分散要素に送られる。較正装置は較正
の際分散要素の焦点面に沿って動かされる調整可能な受
光器を有する。
【0005】特開昭55−48624号公報から公知の
装置は、それが分析に必要な較正のための較正部分の他
に複数の追加的要素、特に水銀灯、光変換装置、調整可
能な受光器及び受光器の位置の決定のための手段を有
し、それによって装置の所要スペース及びコストが高め
られる。更に光変換装置の旋回可能な反射鏡、調整可能
な受光器及び受光器の位置決め手段が振動に対して敏感
で阻害されるという欠点を有する。較正のために役立ち
かつ分析に利用される光は種々の個所から及び種々の光
ガイドに沿って分散要素に送られるので、較正の際に最
後に発生するスペクトルの波長と分析測定の際に発生す
るスペクトルの波長は相互に相違し、それによって較正
が不正確になる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、公知の分光
光度分析のための装置の欠点を除去することである。そ
の際特に装置は、簡単で、複雑な精度を要求することな
く、コストの安い装置構造で高い測定精度を得かつこの
精度を維持するようにすることである。更に装置は問題
なく場所を移動されることができかつ各設置個所で、輸
送による精度の阻害なしに利用可能にされなければなら
ない。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は請求項1
〜3に記載された発明特定事項により解決される。
【0008】既に記載された並びに次に明細書中で及び
請求の範囲で使用される概念の注釈が付加される。
「光」の概念には、可視光も不可視光も、即ち赤外線も
菫外線も含まれる。しかし本発明で重要な光は可視光で
ある。
【0009】光波長は光速度の光周波数による商に等し
く従って光周波数に逆比例する。従って概念「光波長」
は特許請求の範囲及び明細書中で−特に断らない限り−
概念「光周波数」をも含み又はこれによって置換される
ことができる。各変換器に1つの光波長が属するという
特徴のために、特に断りのない限り、各変換器に1つ
の、変換器の寸法に依存する波長の範囲又は光周波数が
属するものとする。
【0010】既に記載したように、液体中の定量分析さ
れるべき材料が溶解され及び又は懸濁されることができ
る。装置は例えば、赤血球中に相違して含まれるヘモグ
ロビン誘導体の割合を検出するように形成されている。
装置は例えば酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、C
Oヘモグロビン並びに場合によってはメタヘモグロビン
及び又はヘモグロビン誘導体の割合を検出することを可
能にする。酸化ヘモグロビン及び又はCOヘモグロビン
の割合から例えば血液の酸素飽和度及び又は一酸化炭素
飽和度が検出されることができる。更に追加的に又はヘ
モグロビン誘導体の定量分析の代わりに他の構成部分の
割合が検出されることができる。装置は勿論、血液の代
わりに試験されるべき材料が溶解し及び又は分散してい
る又は混合物構成部分として存在している他の溶液及び
又は分散物を分析するように形成されることができる。
【0011】本発明によれば、装置の光源は、そのスペ
クトルが少なくとも実質上かつ好適な理想の場合に完全
に−スペクトル線のみから成る光を発生させるように形
成されている。分散要素による光のスペクトル分解の際
に光毎に1つのスペクトル線を含む複数の光線又は−正
確に言えば−受光器の変換器に達する光束が発生され
る。
【0012】光源はスペクトル光源として形成されてお
りかつ特にスペクトル灯、即ち低圧気体放電灯を有す
る。この放電灯は例えばネオン、アルゴン、クリプトン
又はキセノンのような貴ガス又は場合によってはこれら
のガスの2つ又はそれ以上を含むことができる。更に場
合によっては、気体として追加的に少なくとも1つの貴
ガス又はそのようなガスの代わりに少なくとも1つの金
属蒸気−例えば水銀蒸気のような−を含みかつ同様に低
圧放電灯として形成されたランプが考慮される。「低圧
放電灯」については、そのようなランプ中でのガス及び
又は蒸気圧が通常高々5kPa及び例えば高々2kPa
であるものとする。光源は好ましくは単一のランプから
成る。しかし光源が2つ又はそれ以上の放電灯を備え、
放電灯は種々のガス、例えばネオン又はアルゴンガスを
含むことも可能である。種々の放電灯から発生した光は
例えば光導体又は他の手段によって光束に統合されるこ
とができる。
【0013】光源は合理的な方法で、光源がその値及び
間隔が分析されるべき材料の良好な分析を可能にする波
長の光を発生するように形成されている。分析の実施の
際に光源から発生された光の全スペクトル又はこのスペ
クトルの一部分のみが実際に使用されることができる。
分析のために実際に使用される光は好ましくは少なくと
も5つのスペクトル線及び例えば少なくとも10のスペ
クトル線を含む。液体中に分析されるべき材料が溶解し
及び又は懸濁している場合、発生した光及び分析のため
に利用される光は好ましくは溶剤及び又は分散剤として
役立つ流体によって僅かにしか又は殆ど吸収されるべき
ではない。相異なるヘモグロビン誘導体の割合の検出は
ネオン線スペクトルの例えば略530nmから略620
nm又は高々750nmまで延びた部分又はアルゴン線
スペクトルの略690nmから970nmまで延びる部
分で使用されることができる。
【0014】分散要素は例えば光透過性プリズム又は回
折格子、特にホログラム回折格子によって形成されるこ
とができる。プリズムは比較的大きな光強度を生ずる
が、そのために発生した光スペクトルの分解中の少なく
とも殆ど又は正確にリニアに光波長と連係されている。
【0015】受光器は例えば光強度の測定を可能にす
る、複数の光電変換器を備えた集積回路から成ることが
できるが、分離した変換器からも成ることができる。変
換器は発光半導体、例えば発光ダイオードから成ること
ができる。変換器は直線状又は僅かに湾曲した列に配設
されることができかつ共に「アレイ」を形成する。受光
器は光強度の測定を可能にする相互に隣接した変換器の
アクチィブ地帯の間に非アクティブ地帯を有する。装置
は好ましくは、受光器に達した光線の各々が非アクティ
ブ地帯の幅よりも広いように形成されている。それによ
ってスペクトル線の光によって形成された各光線はアク
ティブ地帯では少なくとも1つの変換器によってかつ場
合によってはアクティブ地帯において2つ又はそれ以上
の変換器に達することが確保されることができる。
【0016】各変換器は測定の際一定の波長範囲の光を
受光することができる。波長範囲は例えば、高々1nm
であり得る。測定の際所定のスペクトル線について分散
要素から受光器に送られた光線は装置の構成及び該当す
る光線の方向に依存して1つの変換器又は2つ又はそれ
以上の隣接した変換器群に達する。装置は好ましくは、
変換器の各対又は変換器群の間に相互に隣接した2つの
スペクトル線の光が受光され、その都度光を受光しない
少なくとも1つの変換器が存在するように形成されてい
る。
【0017】しかし装置を、受光器に達する各1つのス
ペクトル線を形成する光線が隣接した変換器の間の非ア
クティブ地帯よりも狭いように形成することも可能であ
る。この場合場合によっては、相互に平行に配置された
2列の変換器を備えた受光器が設けられることができる
が、縦方向の列においては、一列の非アクティブ地帯の
傍らにそれぞれ他の列の変換器のアクティブ地帯がある
ようにずらされている。変換器を二列設ける代わりに、
各分析及び測定中受光器を、少なくとも殆ど変換器列の
縦方向においてかつ殆ど分散要素から発生された光線の
中心線に対して横に殆ど又は少なくとも非アクティブ地
帯の幅だけ往復運動させ、その結果各光線は少なくとも
測定持続時間の一部分の間に変換器に達するようにする
ために、装置は可能な方法で移動装置又はさもなければ
調整装置を備えることができる。調整装置は例えばピエ
ゾ電気変換器を有することができる。
【0018】装置は光源から発せられた光を例えば液体
中に溶解した及び又は懸濁している分析されるべき材料
に案内し、材料と相互作用を行わせかつ材料から分散要
素に案内するために追加的に分散要素とは相違して形成
された光ガイド手段及びセンサ手段を有することができ
る。光ガイド手段は例えば少なくとも1つのレンズ及び
又は少なくとも1つの絞りを備えた少なくとも1つの焦
点装置を有することができる。光案内手段は更に1つの
ビームスプリッタ及び場合によっては少なくとも1つの
光導体及び又は少なくとも1つの偏向反射鏡を有するこ
とができる。
【0019】ヘモグロビン誘導体及び生体液の他の構成
部分の検出のために設けられている装置の有利な構成で
は、装置は例えば光ガイド手段及びセンサ手段を装備す
ることができ、これらは、光を生体例えば器官に投射し
かつ例えば後方散乱によって再び前記生体から戻る光を
受光するために、発光手段及び受光手段を備えたセンサ
又は測定ヘッドを有する。そのような発光手段及び受光
手段は例えば可撓性導体を介して装置の残りの部分と接
続されることができかつ器官又はそのような生体にある
材料の非侵入分析を可能にする。
【0020】装置は更に分析されるべき材料を含む試料
を、試料を通る光によって分析するために、光ガイド手
段を備えることができる。試料は例えば使用される光が
透過するキュベットに収容されることができる。このこ
とは例えば溶血化された血液又は脳−脊髄液を含む試料
を−器官の外方で分析することを可能にする。勿論小鉢
中の生体からのものではない液状試料も分析されること
ができる。
【0021】装置は更に、分析されるべき材料を含み及
び又は形成する試料を「エバネッセント フィールド」
法の使用の下に分析するために、センサ又は測定ヘッド
を備えた光ガイド手段及びセンサ手段を有することがで
きる。試料はこの方法では例えば溶液、懸濁液又は固体
表面を備えた身体から成ることができる。この方法の1
つの使用のために設けられているセンサ又は測定ヘッド
は少なくとも試料の接触のために特定された接触面を有
する光透過要素を備えることができる。光ガイド手段
は、光源から発生した光を、光が透過要素において接触
面で少なくとも一回反射されるように、透過要素に及び
これから分散要素に案内するように形成されることがで
きる。その際光は分析の際に光源から発生されかつ使用
される不連続の波長の少なくとも一部分の光及び例えば
これら全ての波長の光は少なくとも試料によって分離さ
れかつ例えば真空又は周囲空気で区画された接触面で接
触面で全反射されることができるべきである。分析され
るべき材料を含む及び又は形成する試料と透過要素との
接触が行われ場合に、誘電率、従ってこれと関連した試
料の屈折率は接触面での反射に影響を与える。
【0022】装置は更に、分析されるへき試料が、使用
する光を透過し又は反射するキャリア上にもたらされか
つこれに入射し又はそこから反射された光が分析される
ことができるように形成されることができる。更に装置
の光ガイド手段はプローブを有し、プローブは検出され
るべき溶液及び又は懸濁液中に浸漬されかつ光をこの範
囲に透過させることができる。
【0023】好適な構成では、分析されるべき材料によ
って影響される光をスペクトルに分解する、分析測定の
ために追加的に標準測定が実施され、その際分析測定の
際と同様な光源によって光が発生され、その結果標準測
定のために発生した光は分析測定のために発生した光と
同様な線スペクトルを有する。標準測定の際に発生した
光は分散要素によって、分析されるべき材料に影響を与
えることなしに、スペクトル分解される。装置は例え
ば、血液体中に含まれるヘモグロビンの非アクティブ分
析を実施するように形成されている場合、発光手段及び
受光手段は分析測定の際に既に記載した方法で器官に配
置されかつ標準測定のために光偏向装置と光学的に接続
されることができる。光偏向装置は発光手段から発せら
れた光を、この光が血液と交換作用を行うことなしに受
光手段に偏向させるように形成されることができる。標
準測定の際に利用された光が他の液体にも利用される必
要はない。
【0024】これに対して分析の際にキュベットが使用
されかつ分析測定の際に光がキュベット及びここにある
溶血化された血液に投射される場合、標準測定の際の光
は例えば水から成る基準液を有するキュベットを通って
投射されることができ、その際基準液の屈折率及び吸収
特性は血漿又は血清の屈折率又は吸収特性に相応する。
この場合光は位置決めの際に基準液を透過するが、分析
されるべき材料即ちヘモグロビンとの相互作用には至ら
ない。
【0025】通常、各分析測定のために少なくとも1つ
の標準測定を実施することが有利である。装置はこのた
めに分析測定の前後にこれに所属する標準測定が実施さ
れるように形成され得る。しかし短い時間の間に2つ又
はそれ以上の分析測定が実施される場合、場合によって
は分析測定のそのような群のために唯一度の標準測定を
行いかつその検出された測定値を分析測定の全群に使用
することもできる。
【0026】発生した線スペクトル及び分析のために使
用される範囲は、線スペクトルの使用される範囲が該当
する分析に好適な波長を含むように分析の種類に適合さ
れることができる。従って該当する分析に必要な波長の
比較的僅かな光のみが発生されかつ受光器に達する。こ
のことは、種々の成分の縁効果、さもなければ阻害効果
が空気及び類似の効果により受光器によって測定された
光強度のスペクトル分解に僅かにしか影響を与えないと
いう利点を生ずる。
【0027】スペクトル線から成るスペクトルを備えた
光の発生及び使用は評価装置が分析の際、即ち標準測定
及び又は分析測定の際に少なくとも光のいくつかを検出
する領域について少なくとも1つのの所定の基準及び又
は少なくとも1つの指示に基づいて簡単な方法でかつ許
容できるように該当する光又は光線のスペクトル線を識
別することができるという利点を生ずる。それぞれ前記
変換器の各々に達する光の波長も明らかにかつ誤りなく
検出されることができる。このことは測定の際に使用さ
れる光を検出する各変換器に及び例えば各変換器に1つ
の光波長を所属させることを可能にする。それぞれ変換
器に所属する光波長が各分析の際に分析の際に該当する
変換器に入射する光の実際の波長と同一であることが保
証される。このことは特に分散要素、受光器及びその他
光線の進行に影響を与える光ガイド手段の構成及び配置
を過剰な精度なしに保証することができる。更に光の波
長に対する変換器の正確な所属はいくらかの要素が温度
又は湿度の変化のために又は輸送の際に生ずる振動のた
めに相互の占める位置を僅かに変えた場合でも問題なく
保証されることができる。従って装置はコスト安く、容
易にかつ相応して良好に輸送可能に製造されかつそれに
もかかわらず高い精度を可能にする。
【0028】本発明による装置を図示の実施例に基づい
て詳しく説明する。
【0029】
【実施例】図1で明らかな分光光度分析のための装置1
はハウジング3を備えた装置2を有する。ハウジングに
は光源5が配設されており、光源はスペクトル灯、即ち
貴ガスを含む少なくとも1つの低圧放電灯を有する。更
に少なくとも1つのレンズを備えた光学焦点装置6とビ
ームスプリッタ7がある。ビームスプリッタは1つの光
入口と2つの光出口を有する。その1つは光センサ8に
面しており、光源は例えば発光ダイオードから成る。ビ
ームスプリッタ7の他の光出口は光ガイド及び又はカッ
プリング9及び可撓性光導体10を介して光学的にセン
サ又は測定ヘッド13と接続しており、測定ヘッドは少
なくとも詳しく記載される分析測光の際に装置2のハウ
ジング3の外方で装置2から距離をおいて配設されるこ
とができる。
【0030】センサ又は測定ヘッド13はハウジング1
4を有し、ハウジング14には既に述べた光導体10と
光学的に接続した発光手段15及び受光手段16が配設
されている。発光手段15及び受光手段16は例えばそ
れぞれ1つの偏向ミラーを有し、偏向ミラーは透過し、
傾斜した面で全反射し及び又は反射されるプリズムから
成るが、しかし金属反射鏡からも形成されることができ
る。センサ又は測定ヘッド13は更に例えば手動で運動
可能な調整要素を備えた調整装置17を有することがで
き、その結果受光器16はステップ状に又は連続的に移
動されかつそれによって発光手段15からの距離が変え
られることができる。
【0031】受光手段16は可撓的な光導体18と、ハ
ウジング3に配設された光ガイド及び又は分離可能なカ
ップリング19を介してハウジング3中に配設されてい
て、スリット状の開口を規制する絞り18とを介して光
学的に接続している。両光導体10、18は横断面が円
形又は略矩形で有り得かつ例えばそれぞれ1つのガラス
繊維又はそれぞれ1つのガラス繊維束を有する。光導体
18を介して供給されかつ絞り21を通る光は例えば少
なくとも1つのレンズを有する焦点装置22を介してハ
ウジング3に配設された分散要素23に達する。分散要
素23は例えばサファイヤ又はガラスから成る透過性プ
リズムによって形成されている。
【0032】測定の際分散要素23によってスペクトル
分解された光はハウジング3にも配設されている受光器
25に達し、受光器25は例えば集積回路から成りそし
て集積回路はその線状の「ダイオードアレー」を形成す
る。これらのダイオードの各々は該当する電気的変換器
に到達する光の強度の大きさを表す電気信号に光を変換
するための光電変換器25aとして役立つ。一方図1に
おいて唯1つの変換器25aが示され、受光器25は実
際に少なくとも300及び好ましくは少なくとも500
の変換器25aを有する。相互に隣接した変換器25a
の間の間隔は例えば略0.007mmである。変換器は
運転の際信号として電荷を発生することができる。受光
器25を形成する集積回路は、変換器から発生された電
荷をクロック発信器によって周期的に制御されかついわ
ゆる電荷結合によって一列の電圧パルスに変換するよう
に形成されることができる。
【0033】部分5、6、7、8、21、23、25は
ハウジング3に剛固に固定されることができる。必要な
場合には調整手段が設けられることができ、それによっ
て装置のメーカはこれらの部分の一方又は他方の位置を
装置の製造後に調整することができる。
【0034】装置1は光偏向装置31を有し、光偏向装
置は例えば、センサ14が詳しく記載する標準測定の際
にハウジング3中に固定され及び又はハウジング中に配
設されることができる。光偏向装置31は例えば1つの
容器状の支持体32を有し、支持体は片側に開口を有し
かつそれと向かい合って位置する底部に金属反射鏡33
を有する。支持体32は、センサ13が標準測定の際に
開口に挿入されることができかつ支台上に反射鏡33か
ら距離をおいて載せられるように形成されている。その
他センサ13は同様に装置の利用されない時に支持体3
2によって保持されることができる。
【0035】部分6、7、10、13、18、21は共
に光ガイド及びセンサ37を形成する。詳しく説明する
ように、これらは光源から発生された光を試験されるべ
き材料を介して又は光偏向装置31を介して分散要素2
3に選択的に案内する。
【0036】装置1にも属する評価装置41は電子切換
え手段42を有し、電子切換え手段は例えばプロセスコ
ンピュータ、メモリ手段及び光源5のための制御可能な
電源を有する。評価装置41は更に支持及び記録手段を
有し、これらは例えばブラウン管又は液晶表示装置43
及びプリンタ44によって形成されることができる。評
価装置41は図1にハウジング3の外方に表されたブロ
ックによって示されかつ実際には少なくとも1つの装置
によって形成されることができ、その装置は少なくとも
1つの電気ケーブルを度外視して機械的に装置2から及
びそのハウジング3から分離されている。しかし勿論、
評価装置41が完全に及び又は部分的にハウジングに配
設されることも可能である。
【0037】ハウジング3及び評価装置41は、それら
が問題なく唯一人の操作員によって運ばれることができ
るように形成されている。分析の実施のために装置1は
試験されるべき、例えばベットにいる患者の近くに置か
れることができる。
【0038】図1には患者のからだ51の皮膚を破断し
た図が一層簡単化されて示されており、その血液が試験
される。図示された皮膚破断図において血液53は例え
ば動脈を形成する。
【0039】ハウジング3及び評価装置41が患者の近
くに置かれた後、分析のために分析測定、標準測定及び
場合によってはこれらの測定の前に最適化測定が行われ
る。最適化測定及び分析測定のためにセンサ又は測定ヘ
ッドが身体51の皮膚表面に配置され、これは図1に点
線で示されたようなセンサ又は測定ヘッド13である。
発光手段15及び受光手段16はセンサ又は測定ヘッド
の人体51に当接した側に発光範囲又は受光範囲を特定
する。光源5は線スペクトルを有する光を発生する。こ
の光は焦点装置6、ビームスプリッタ7及び光導体10
を介してセンサ又は測定ヘッド13の発光手段15に案
内されかつその発光範囲でセンサから発せられかつ身体
51中に入射する。この光の部分は身体51から後方散
乱によって再び出かつ受光範囲で受光手段16に入射さ
れる。身体51の投射される範囲から後方散乱される光
はヘモグロビンに起因する屈折及び吸収過程によって影
響される。受光範囲16に達した光は光導体18を通っ
て装置2に入りかつ焦点装置21を介して分散要素23
に入射される。分散要素23は光のスペクトル分解を作
用しかつ光を平面内−即ち図1の図平面内に−において
光波長に依存して種々の方向に偏向させる。分割された
光は受光器25及びその変換器25a中に入る。光源か
ら発した光は線スペクトルを有し、分散要素23から受
光器に投射された光は連続光束ではなくむしろ種々の方
向に分離して投射される光束又は−短く言えば光線を形
成し、各々は線スペクトルの1つの線の波長を有する。
線スペクトルの1つの線又は線スペクトルの利用のため
に設定された部分の1つの線に相応する各光波は変換器
25aの少なくとも1つに達し、変換器25aは電荷を
発生し、その大きさは該当する光の強度の大きさを表
す。受光手段16を形成する集積回路は電荷によって形
成された電気信号を一列の電圧パルスに変換し、かつこ
れを評価装置41の電子的切換え手段42に供給する。
変換器25aから発した信号−即ち電荷−は光強度をア
ナログ形で示す。しかしこの形態は受光器25又は切換
え手段42によってディジタル化される。
【0040】必要な場合に行われる最適化測定では調整
装置17による受光手段16の調整によって発光範囲か
ら受光範囲までの間隔が連続的に又はステップ状に変え
られることができかつ所定の間隔基準により最適値に調
整されることができる。間隔は例えば、患者の脈拍数に
合わせて脈動する部分の振幅が所定のスペクトル線で測
定された光強度又は複数の所定のスペクトル線で測定さ
れた光強度の総和が最大値を有するように調整されるこ
とができる。
【0041】最適化測定後に実施される分析測定では切
換え手段42に属するプロセスコンピュータが各変換器
25aのために分析測定の際に変換器によって検出され
た測定値をメモリに記憶する。
【0042】標準測定のためにセンサ又は測定ヘッド1
3が身体51の表面から分離されかつ光偏向装置31の
支持体32の開口に差し込まれる。センサ又は測定ヘッ
ド13は図1に一点鎖線で表された位置を占め、その位
置で光投射及び受光に使用される側は反射鏡33に面し
ている。光源から出る光の種々の測定の強度は例えばビ
ームスプリッタ7から光センサ8に分岐した光及び電子
的切換え手段42によって一定値に調整されることがで
きる。
【0043】標準測定の際に光源5から出た、分析測定
の場合と同様な線スペクトルを有する光は発光手段15
に案内されかつこれから反射鏡33に入射する。これか
ら反射された光の少なくとも一部分は受光手段16に達
し、分散要素23に供給されそしてこれから分析測定の
際に分散要素に供給された光と同様にスペクトル分解さ
れかつ受光器25に入射する。標準測定の際に種々の変
換器25aで測定された光強度の測定値は分析測定の際
と同様に各変換器のために電子的切換え手段42のメモ
リに記憶される。
【0044】評価装置41は評価過程において分析測定
及び標準測定で測定された光強度を有する。この評価を
図2に基づいて説明する。図2には横座標に光波長λが
そして縦座標に光強度Iが記載されている。図2におい
て図式的に8つのスペクトル線のみを有する線スペクト
ルが示され、その波長は値λからλまでである。図
2中小さい矩形は種々の波長のための分析測定の際に測
定され並びに記憶された光強度測定値Iを表しそして
小さい円は種々の波長のための標準測定の際に測定され
かつ記憶された光強度測定値Iを表す。図2に対し
て、図中明確のために線スペクトルが実寸ではなく、誇
張されて表されている。測定のために実際に利用された
光は通常の方法で図2に記載されたスペクトル線よりも
多くのスペクトル線を含む。その他実際には隣接したス
ペクトル線の間隔及び光強度の測定値は図2に示された
よりも相互に著しく相違している。
【0045】電子切換え手段42に属するプロセスコン
ピュータは、公知の、発生した光のスペクトル線の所定
の波長に基づいて及びいかなる場合でも、発光手段15
から受光手段16までの最適の間隔の調整のために実施
される標準測定の際及び分析測定の際に設定された少な
くとも1つの基準に基づいて変換器25aの少なくとも
2、3に1つの波長を所属させるように形成されかつプ
ログラムされている。その際利用のために設定されたス
ペクトル線の光を受ける少なくともそのような変換器に
波長が所属する。このことは種々の方法で可能である。
変換器に対する波長の所属のための次に記載する全ての
方法のために装置の製造の際又は製造後に、光源から発
生されかつ測定の評価の際に利用される所定の光スペク
トルの1つの線又は全ての線が消すことのできないメモ
リに記憶されることができる。
【0046】先ず、測定の際光源から発生された光スペ
クトルの端範囲の少なくとも1つが受光器に達する場合
についての変換器に対する波長の所属の方法が説明され
る。装置は光源5として例えば低圧ネオン放電灯を有し
かつ受光器25が少なくとも略530〜620nmの波
長範囲の光を受けることができるように形成されること
ができる。測定の際短波長の12のスペクトル線を有す
るネオンスペクトルの端範囲の光は受光器に入射する。
その際各スペクトル線の光は単一の変換器25aに又は
2つ又はそれ以上の数の隣接した変換器の1つの群に到
達する。評価装置41に属する切換え手段42のプログ
ラムコンピュータは先ず最も短い波長のスペクトル線の
光を識別しかつ測定の際に同様な光を受ける変換器又は
相互に直接隣接し並びに受光し、次に変換器列の所定の
端に位置する変換器の群を検出する。評価装置はこの変
換器又は変換器群にネオン線スペクトルの最も短い、5
33.1nmの波長が所属する。評価装置は光を受ける
残りの変換器又は変換器群を検出しかつこれらに変換器
列に沿って順次ネオン線スペクトルの順次並んだスペク
トル線の波長が所属する。
【0047】評価装置41は例えば各測定の際−即ち場
合によって最適化測定の際も各分析測定及び各標準測定
の際も−前記の方法でネオンスペクトルのスペクトル線
の1つを所属させられる。しかし評価装置は分析測定の
ために実施された測定−例えば標準測定の際にのみ−所
定の変換器に属する波長を記載の方法で検出するように
も形成されることができる。評価装置はこの検出の結果
を一時的に記憶しかつ光を受ける変換器又は変換器群の
ために検出された波長を該当する変換器に又は変換器群
に分析測定でも標準測定でも及び場合によっては最適化
測定の際にも所属させる。更に評価装置は光を受ける変
換器又は変換器群の一部分のみに直接スペクトル線の波
長を所属させかつ確定した計算指令により補間及び場合
によっては外挿法によって全ての変換器に1つの波長を
所属させることも可能である。
【0048】変換器に対して波長を所属させるための上
記の方法は適合された方法で他の場合にも使用されるこ
とができ、その場合、次に変換器列の一端にある変換器
によって検出された光が明らかに所定のスペクトル線の
光として識別されることができることが充足されること
が条件である。
【0049】変換器に対して波長を所属させるための他
の可能性は、装置の製造の際又は後にスペクトル線の少
なくとも一部分について標準測定の際に予期される光強
度目標値を記憶させることにある。このことは例えば好
適な方法で称される相対的な目標値の形で行われ、その
際最大の目標値は値1%又は値100%と称されること
ができる。標準測定の評価の際にプロセスコンピュータ
は変換器に波長を所属させることができ、その際プロセ
スコンピュータは変換器によって測定された測定値と目
標値を比較し又は目標値比と測定値比が比較される。
【0050】多くの他の方法が可能であり、その方法に
よって切換え手段42のプロセスコンピュータは少なく
ともそのような測定の際に光を受ける変換器25aに使
用のために設定された範囲の波長を所属させることがで
きる。その際いかに変換器に対する光波長の所属が好適
な方法で行われるかは利用される光のスペクトルにも依
存する。評価装置41は更に、分析測定の際もこれに所
属する標準測定の際も検出される各スペクトル線のため
の測定値から分析測定の際に行われた光吸収の大きさを
表す値を算出し及び表示し及び又は記録するように形成
されている。プロセスコンピュータは例えば各スペクト
ル線のために標準測定と分析測定とで測定された測定値
の間の差を−例えば差I(λ)−I(λ)を算
出することができる。プロセスコンピュータは更にこれ
らの差を称呼し、その際プロセスコンピュータは差を例
えば当該スペクトル線で測定された測定値Iによって
割り算しかつ比率又は%値で表す。これらの比率又は%
値は液晶又はブラウン管表示装置43によって図表及び
又はテーブルの形で表示されかつプリンタ44により前
記形式の少なくとも1つの形式で印刷されることができ
る。しかしプロセスコンピュータは各スペクトル線のた
めに吸収係数−他は吸光係数を算出し及びこれらの係数
は図表及び又はテーブルの形で表示され及び又は印刷さ
れることもできる。
【0051】図3の一部で明らかにされる101で表す
装置は分光光度分析のためにも使用される。装置はハウ
ジング103を有し、ハウジングには光源105、焦点
装置106、ビームスプリッタ107、光センサ10
8、分散要素123及び受光器125が配設されかつ固
定されている。これらの部分は装置1の100だけ少な
い符号を有する部分に相応して同様に形成されることが
できる。装置101は装置1とは、その光ガイド及び光
センサ137が光透過小鉢111と例えば反射するプリ
ズムによって形成された光偏向器120、スリット状開
口を区画する絞り121並びに例えば図示しないレンズ
とを備えた焦点装置119とを有する点で相違する。キ
ュベット111は入口及び出口を備えた毛細管通路を区
画する。キュベットの入口はカップリング装置151と
連結されている。カップリング装置はハウジング103
の周囲から延びて毛細管を備えた試料容器153が差し
込まれることができる開口を区画する。カップリング1
51の内室は弁155の出口と接続している。弁は3つ
の相異なる切換え状態に選択されることができ、その際
出口は阻止され又は貯蔵部157と又は空気入口159
と連通される。貯蔵部157は洗浄及び基準液158を
有する。キュベット111の出口はポンプ161を介し
てタンク163と接続している。装置101は図示しな
い評価装置を有し、評価装置は評価装置41に類似して
形成されている。
【0052】装置101は例えば同様にヘモグロビン誘
導体の分析のために使用されることができる。そのよう
な分析の実施のために患者から血液試料が採取されかつ
試料容器153に格納されることができる。試料容器は
続いて栓により外部に対して閉鎖されたカップリング装
置151に差し込まれることができる。その後試料容器
中にある血液の少なくとも一部分がキュベット111に
収容されその際血液は収容の前に溶血化される。続いて
分析測定が実施されることができ、その際光は光導体1
07からキュベット111及びこの中にある溶血化され
た血液を通って偏向反射鏡120にそしてこれから絞り
121を通って分散要素123に送られる。その際光の
一部分は小鉢中にある溶血化された血液から成る溶液に
よって吸収される。
【0053】分析測定が終了すると、試料容器153は
カップリング装置151から外されることができその際
前記栓はカップリング装置151の内室を周囲に対して
自動的に閉鎖する。更に分光光度分析のための方法及び
その装置155は貯蔵部157にカップリング装置−内
室を接続する。ポンプ161はキュベット111中にあ
る溶血化された血液を容器から吸い出しかつ貯蔵部15
7から洗浄及び基準液体158をキュベット111を通
って取り出し、その結果容器は洗浄される。
【0054】キュベットから吸い出された、溶血化され
た血液及びキュベットを通って排出された洗浄及び基準
液体158は容器153中に集められる。キュベットが
液体によって洗浄されるとポンプ161は停止され、弁
155は閉じる。
【0055】更に分析測定の前後の各分析のために、標
準測定が行われる。標準測定の際にビームスプリッタ1
07からの光は予め洗浄によび基準液体によって洗浄さ
れたキュベット111を通って偏向要素120に入る。
水又は水溶液から成る洗浄及び基準液体118は血漿と
近似の又は同様な屈折率を有しかつそのために、その液
体は測定に使用される光を血漿同様に少なくとも殆ど吸
収なしに通過させるようになる。
【0056】評価装置41及びそのプロセスコンピュー
タは、清浄度検査測定を実施しかつ小鉢が清潔で直前に
実施された分析測定の血液残滓を含まないかどうかを検
査するように形成されている。例えば各分析測定の前に
標準測定が、各分析測定の後に清浄度試験測定が又は反
転して実施することもできる。更に一度の測定が標準測
定としても清浄度試験測定としても役立つように適用さ
れることができる。
【0057】前記の形式の測定により、例えば純度測定
により又は標準測定により分析が終了すると、他の試料
の分析までに場合によってはカップリング装置159の
内室を弁155によって一時的に空気入口に連通し、キ
ュベット中にある洗浄及び基準液体を搬出しそしてキュ
ベットを空気で乾燥させることが行われる。
【0058】装置101の図示しない評価装置は分析測
定及びこれに所属する標準測定の際に検出された測定値
が、装置1について説明したと類似の方法で評価され
る。キュベット111は分析測定の際にキュベットの寸
法によって特定された量の溶血化された血液を有するが
装置101の評価装置は種々のヘモグロビン誘導体の割
合の代わりにその濃度を検出することが可能である。濃
度は例えば重量単位又は容量単位又は血液の単位容量当
たりのモルで表示され及び又は記録されることができ
る。
【0059】清浄度試験測定では評価装置のプロセスコ
ンピュータは例えば、検出されたスペクトル線の少なく
とも一部分のために測定された光強度が所定の基準を充
足するか否かを検査する。
【0060】図4には「エバネッセント フィールド」
法による分析の実施のためのセンサ又は測定ヘッド21
3が明らかにされる。センサ又は測定ヘッド213は光
透過要素215を有し、透過要素は鉱物ガラス又は有機
ガラスから成るプリズムによって形成されかつ平らな接
触面215aを有する。プリズムの図4から明らかな両
他の面は2つの光導体210又は218の端と光学的に
接続している。これらの他端は例えば図1に示した光導
体10又は18と類似してビームスプリッタ7に相応す
るビームスプリッタと又は焦点装置21に相応する焦点
装置と光学的に接続している。図4において試料251
が示され、試料は例えば、身体の器官によって形成され
ることができるが、生きていない身体又は液体からも成
ることができる。
【0061】分析測定の実施の際に接触面215aが試
料251の表面と接触されかつ光導体210によって線
スペクトルを有する光が透過要素215に入射される。
この光の少なくとも一部分が接触面215aで反射され
る。入射した光束261及び反射された光束263は接
触面215aに対する法線とある角度をなす。この角度
は、スペクトル線の少なくとも一部分及び例えば全ての
スペクトル線のために全反射の条件が充足されるように
透過要素215及び試料251の屈折率に合わされる。
しかしそのような場合でも光は試料251中に僅かに進
入し、その際進入深さが図4中に誇張して表されてい
る。従って光は接触面215aで原則的に全反射が行わ
れる場合、分析測定の際に試料中に含まれる及び又は試
料を形成し、分析されるべき材料によって影響されかつ
例えば部分的に吸収されることができる。
【0062】標準測定の実施のために透過要素215は
試料から分離され、その結果接触面215aは例えば周
囲空気で区画される。透過要素は、全てのスペクトル線
の光が全反射によって反射されるように形成されてい
る。測定の評価は装置1について説明したことと類似し
て行われる。
【0063】「エバネッセント フィールド」法又は表
面プラズマ共鳴法による分析のために長い光導体から成
る透過要素も設けられることができ、透過要素は複数の
光反射を可能にする少なくとも1つの接触面を有する。
【0064】図5に部分的に示された装置310は装置
1と同様に非侵入分析に役立つ。装置301はハウジン
グ303を備えた装置302とセンサ又は測定ヘッド3
13とを有する。装置302はそのハウジングに配設さ
れている案内及びカップリング手段309及び可撓的光
導体310、318を介してセンサ又は測定ヘッド31
3と光学的に接続している。光導体310はセンサ又は
測定ヘッド313に光を供給するために役立ち、一方光
導体318は光をセンサ又は測定ヘッドから装置302
に戻す。センサ又は測定ヘッドは境界面314aを備え
た保持体314を有する。保持体314は光導体31
0、318の端部をその端部が直線を形成しかつ光導体
310、318の端面又はこれに配設されている端部材
及び又はレンズが好適には殆ど境界面314aと緊密に
結合するように保持する。保持体314は分析測定の際
にその境界面314aをその1つが353で表された血
管を備えた身体351の表面に当接されることができ
る。保持体314にある光導体310の端は発光範囲を
特定しかつ形成し、その際分析測定の際光は光導体31
0及びセンサから身体351に送られる。保持体中にあ
る光導体318の端は発光範囲から種々の距離にある受
光範囲を特定しかつ形成し、その際身体351で後方散
乱された光はセンサ及び光導体318に達することがで
きる。
【0065】装置302は図示しない光源を含み、光源
は運転中装置2の光源5と同様に光を発生しかつ光学的
成分を介して光導体310中に光を送ることができる。
装置302は電気的に制御可能な光選択手段320を有
する。これらは例えば各光導体のために電気的に制御可
能な光学的な切換え装置を有し、その各々は光導体31
8と光学的に接続された光入口、光出口及び少なくとも
1つの電気的制御端子を有する。光学的切換え装置は電
気信号の供給によって2つの切換え状態の1つに切換え
られることができる。この切換え状態の1つには光は光
入口から該当する光学的切換え装置の光出口に達し、一
方切換え装置は光通過の他の切換え状態を阻止する。光
学的切換え装置の光出口からでた光は集光部321を介
してかつ図示しない絞りを通って例えば図1に基づいて
記載された装置2と同様に同様に図示しない分散要素及
びこれから受光器に送られる。
【0066】光学的切換え装置の電気的制御端子及び評
価装置41に相応する評価装置の1つのプロセスコンピ
ュータと接続される。分析測定の際に評価装置のプロセ
スコンピュータは所定の基準に従って光選択手段320
によって光導体318又は場合によっては複数の光導体
318から来る光を分析の際の評価のために選択する。
プロセスコンピュータは例えば図1に記載した装置1に
関して調整装置17によりセンサ又は測定ヘッド13の
発光範囲から受光範囲までの間隔の調整のために記載さ
れたと同様な間隔基準により選択が行われる。
【0067】前記の装置と変わらない限り、装置301
は装置1と同様に形成されかつ装置1と同様に運転され
る。図6に記載された装置410の部分はハウジング4
03を有する。ハウジングは部分的には装置1のハウジ
ング103に配設されている要素と同様に形成された要
素を有する。しかし装置401は光を光導体107から
キュベット11に又はキュベットからキュベット外に導
くために例えば可撓性光導体409、413を有する。
更にハウジング403中には固有のハウジング420を
備えたサブユニット419が配設されており、ハウジン
グは好ましくは黒く、できる限り完全に光吸収性の内面
を有する。ハウジングの壁はスリット状開口を区画する
絞り421を備え、絞りは光胴体413によって光を供
給することができる。サブユニット419は、絞り42
1をハウジング420中に入射された光を分散要素42
3に導くために、偏向反射鏡422を有する。分散要素
はハウジング420の壁の内面に配設されておりかつ固
定されておりかつホログラム回折格子から成る。回折格
子から戻されかつスペクトル分解された光は同様にハウ
ジング420中でその壁に回折格子の焦点面で固定され
た一列の変換器425aを備えた受光器425に達す
る。
【0068】光導体419及び413は図3に表された
装置101に対して、利点を有し、その利点は光源10
5に対するキュベット111の位置、ビームスプリッタ
107及び分散要素423を比較的自由に選択されかつ
確定されることができ、それによって構造が簡単化され
る。回折格子又は分散要素としてのプリズムの使用の間
の相違のために装置に関するこの記載が参照される。
【0069】種々の装置の特徴も相互に組み合わされる
ことができる。例えば分散要素23及び図1に示す装置
1の受光器25はサブユニット419によって置換さ
れ、サブユニットは分散要素423と受光器425を有
する。サブユニットに光を供給するために使用される手
段は相応して適合される。
【0070】装置及びその運転方法は他の観点から変形
されることができる。例えば図1に示す装置では、発光
手段15と受光手段16との間の間隔を可変とすること
もフヨウにされることができる。光導体18及び装置1
又は401が場合によっては不要とされ得る。分散要素
としていわゆるブラッグセルが設けられることができ、
これは光透過性であり、ブラックセルには超音波による
分析の際に回折格子が形成される。
【0071】
【発明の効果】本発明によれば、公知の分光光度分析の
ための装置の欠点が除去され、その際本発明による装置
は、簡単で、複雑な精度を要求することなく、コストの
安い装置の構造で高い測定精度を達成しかつこの精度を
永続的に保持することができる。更に装置は問題なく場
所を移動されることができかつ各設置箇所で、輸送によ
る精度の阻害なしに利用可能にされるという利点を有す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】身体から後方散乱された光の分光光度分析のた
めの装置の図式図である。
【図2】測定の評価を示す図表である。
【図3】試料を透過する光の分析のための装置の一部分
の図式図である。
【図4】「エバネッセント フィールド」法を使用した
分析のための装置の部分の図式図である。
【図5】身体で後方散乱された光の分析のための装置の
変形の部分を示す図である。
【図6】試料を透過する光の分析のための装置の一部分
の変形を示す図である。
【符号の説明】
5 光源 23 分散要素 25 受光器 25a 電気的変換器 41 評価装置 105 光源 123 分散要素 125 受光器 125a 電気的変換器 423 分散要素 425 受光器 425a 電気的変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭53−116193(JP,A) 特開 昭58−192529(JP,A) 特開 平2−203250(JP,A) 「照明のデータブック」(昭33−3− 31)オーム社、p.98−103 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01J 3/02 - 3/447 G01N 21/25 - 21/39 G01N 33/48 A61B 5/14

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スペクトル光源として形成されており、
    その結果分析測定の際、材料によって影響を受ける、種
    々のスペクトル線を有する可視光が受光器(25)の種
    々の光電変換器(25a)に達するようになる光源
    (5)と、受光器(25)と電気的に接続された評価装
    置(41)と、分析すべき材料を含んでいる物体(5
    1、351)の表面への当接のためのセンサ(13、3
    13)と、光源(5)から発生した光を物体(35、3
    51)中に入射させかつ物体によって影響されかつ後方
    散乱された光を受光するための手段(10、15、1
    6、18、310、318)とを有し、その際受光器
    (25)はその変換器(25a)に入射する光の光強度
    の大きさを表わす電気信号を発生させるように形成され
    ている、前記分光光度分析のための装置において、 後方散乱される光のスペクトル分散のための分散要素
    (23)が設けられており、発光領域において光を光セ
    ンサ(13、313)から物体(51、351)内に入
    射させかつ少なくとも1つの受光領域で物体(51、3
    51)内で後方散乱された光を光センサ(13、31
    3)で受光するために、センサ(13、313)は発光
    手段(15)及び受光手段(16)又は底部に反射鏡
    (33)を備えた光偏向装置(31)の支持体(32)
    を備えており、そして発光領域から受光領域までの距離
    が調整可能であり、 光センサ(13、313)の1つ(313)が発光領域
    から相異なる距離にある複数の受光領域で物体から後方
    散乱する光を受光するように形成されており、そして受
    光領域の少なくとも1つを選択しかつ各選択された受光
    領域で受光した光を分散要素(23)に供給するための
    光選択手段(320)が設けられており、そして光源
    (5)が水銀灯のような低圧放電灯であることを特徴と
    する前記装置。
  2. 【請求項2】 光源(5)による分析測定に対する基準
    測定の際に分析測定の際と同様なスペクトルを有する光
    を発生させかつ分析されるべき材料による影響なしに分
    散要素(23)に送るための装置が形成されており、そ
    してスペクトルのスペクトル線の所定の波長に基づい
    て、分析測定及び標準測定の際に受光する変換器(25
    a)の少なくとも一部分にそれぞれ1つの波長を対応さ
    せるための評価装置(41)が形成されている請求項1
    に記載の装置。
  3. 【請求項3】 評価装置(41)が、分析測定において
    も分析測定に対する基準測定においても光源(5)から
    発生する光のスペクトル線の少なくともいくつかに対し
    て、光の強度を把握しかつこれらのスペクトル線の各々
    に対しては、分析測定の際に測定された光強度と基準測
    定の際に測定された光強度との間の差異を検出するため
    にも形成されている、請求項2に記載の装置。
JP4333268A 1991-12-17 1992-12-14 分光光度分析のための装置 Expired - Fee Related JP2898489B2 (ja)

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