JPH0269637A - 発色団物質の濃度測定方法および濃度測定装置 - Google Patents

発色団物質の濃度測定方法および濃度測定装置

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JPH0269637A
JPH0269637A JP1187192A JP18719289A JPH0269637A JP H0269637 A JPH0269637 A JP H0269637A JP 1187192 A JP1187192 A JP 1187192A JP 18719289 A JP18719289 A JP 18719289A JP H0269637 A JPH0269637 A JP H0269637A
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Jr Roy W Aday
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Robert L Schmidt
ロバート　エル　シュミット
Myron L Mccollum
マイロン　エル　マッコラム
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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） 本発明は臨床化学分析機、システムおよび方法に関する
。特に、試料中に存在する特定のアナライトの量を指示
する発色団物質の濃度および濃度の変化を測定するため
の装置に関する。
（従来の技術および発明が解決しようとする課題） 試料中の発色団の濃度を測定するための異なるシステム
か知られている。既知の一形態において、これらの装置
は、試料に定常光線を通す定常状態電球源に基礎をおい
ている。前記定常状態電球源はタングステン−ハロゲン
　フィラメントを使用する。このような電球の出力は約
５０ないし１００ワツトであり、また、定常状態操作で
は、試料に操作分析システムを与えるために、工ないし
１５分間から１時間以上までの電球源に対する露出を必
要とする。
他の特徴的な既知の定常状態システムでは、試料を通過
する第１の光線を使用する。第２の光線は前記第１の光
線から分けられ、基準光線として利用される。二つの光
線は物理的に空間的に分離される。電子スイッチ手段が
検出器および測定用エレクトロニクスを、交互に、また
、したかつて非同時に、前記定常光線源の各光線からや
って来る多数の波長を測定するために露出させる。これ
は複雑であり、また、物理的に間隔をおかれた光線間で
前後にスイッチを切り換えることは、所望の正確なシス
テムを提供しない。
さらに他の既知のシステムでは、−組の光学素子が使用
されており、−のサンプリング光線が続く−の基準光線
が光学システムを交互に通過する。これらの二つの光線
は時間的に分離されている。前記サンプリング光線が通
されるとき、試料が試料ホルダーに配置される。前記基
準光線が通されるとき、前記ホルダーに前記試料はない
。このやり方は、したがって、前記ホルダー内の試料を
時間的に代える必要性のために、比較的面倒である。
他の形態の装置では、前記定常状態源から人つてくる光
線は該光線の小さい部分が基準検出器を通過し、また、
前記光線の９５％以上が前記試料と該試料に関連する検
出器を通過するように、分けられる。このシステムは、
前記試料分析の決定時における白色光の影響の全スペク
トルを検査する。
これらの既知のシステムは全て、二つの光線を使用する
という共通性をもつ。光の測定は全白色光のスペクトル
または特定の波長である。
アナライトの濃度決定を得るための分析は、式Ａｂｓ　
＝　−ｌｏｇ　（１／Ｉ。）によって与えられる発色団
の吸光度の測定から決定される。■は前記試料を介して
測定される強度を指示し、また、Ｉｏは前記基準光線の
強度を指示する。これらの強度はつの光線の方法で発生
した白色光の測定値または特定の波長である。
吸光度は、式Ａｂｓ　−Ｅｂｃの表現で、発色団の濃度
に関連する。ここにＥは吸収能力要素に関する吸光係数
であり、ｂはセルの通路長であり、また、Ｃは濃度であ
る。
単一の光線を使用する既知のシステムに特有な要求は、
必要な精度をもつ測定結果を得るために光源操作の極め
て高い安定性が必要であるということである。実際に正
確な測定のためには、１時間にわたって約１７１０％の
オーダの高い光安定性をもつことが必要である。この安
定を得るために比較的高価な技術および部品を使用しな
ければならない。この高度の安定性のために、比較的高
速の操作手順および分析システムが使用される。しかし
、指摘したように、これは高度の光安定性を得るために
必要な部品および方法論のために高価につく。
医療、化学および量的分野における正確な分析および測
定のための処理量負荷要求を増大させるにつれて、多数
の試料を含むシステムに関する高速測定を正確にもたら
すことが重要になフてきた。
現在の既知のシステムは、十分な正確さをもち、また、
受け入れることができる比較的低コストの速く十分な処
理量を提供しない。ここに、多数の試料の分析を迅速に
提供することができるシステムを提供する必要性がある
。
（発明の課題を解決するための手段） 本発明に基づいて、単一光線システムが熟慮される。同
一の精度基準を得るための光源の不安定性は、従来のシ
ステムにおけるより高い。すなわち、約１５分間の化学
反応の経過で約１％を越える。この増大した不安定性は
、低コストでの処理量の向上を可能にする。正確性にお
ける高効率の結果は、発明の閃光訂正技術によって達成
される。さらに、システムが作動するスピードすなわち
連続する複数の閃光間の間隔は、二つの光線システムま
たは既知の単一の光線システムでは電球の出力が多数秒
間継続することが必要であるのに対して、千分の１秒で
ある。
本発明によれば、少なくとも−の発色団物質中における
濃度の変化を測定するための光度計は、閃光電球と多数
の波長の閃光の訂正の方法論を用いる。少なくとも２つ
の、また、望ましくは５つまでの選択された波長に関す
る吸光度の量が各閃光ごとに測定され、また、発色団の
濃度が複数の吸光度の値の適当な一次結合によって決定
される。この一次結合により、−組の吸光係数ｅおよび
光度計におけるノイズパターンを表わす複数の係数の行
列ｆに従属する複数の固定の係数ｋが吸光度の組に適用
される。
ノイズの影習を最小にする最適な一次結合は、少なくと
も２つの異なる選択波長に関して確定され、これにより
、濃度測定の際の誤差量を減少させる。この最適一次結
合は、種々の波長での誤差における相関関係の性質を考
慮に入れ、また、化学反応が進行する、すなわち化学吸
光係数によって決定される方向を考慮に入れる。
定常状態電球源より高い強度を与える千分の１秒の光線
閃光率と、本発明の測定手段および閃光訂正技術のため
に、発明の全システムは安定性の観点から感度はよくな
いが、最終的な処理量において速い。閃光電球の強さは
、約１ないし５マイクロ秒の閃光で約５０，０００ワツ
トである。発明の分析システムでは、約１６秒ごとに１
試料の範囲の処理量率が得られる。
したがって、基準信号として、白色光の定常電球に代え
て、本発明は短いパルス幅すなわちマイクロ秒の間に動
作可能の高強度閃光電球に向けられている。複雑な部品
郡でシステムを効果的に安定させることに代えて、瞬間
的な光線によって生じる２またはそれ以上の波長に関す
る吸光度値の最善に選択された一次結合を用いることか
ら得られる安定性をもって、単一光線閃光システムが動
作する。吸光度の一次結合は、異なる波長における強度
値の出力の積の対数に等しい。最適な一次結合は信号効
果を有効に増大させかつ前記光源すなわち閃光電球のノ
イズ効果を低減させる。
本発明で採用した方法では、定常状態の白色光源とは全
く異なり、光線を発生させるための閃光電球の使用によ
って高精度を維持し、他方、速度および処理量を増大さ
せる。さらに、前記電球はその間ずっと点灯していない
ため、すぐに焼は切れることはない。取替えおよび再校
正のための可動体止時間のためにコストが増大すること
はない。また、発熱も少ない。これらの要素は、また、
したがって、高処理量を有するより簡単なシステムを提
供する。
他方、閃光源は、問題すなわち閃光が常に同であるとは
限らないという問題をもたらす。したがって、前記試料
を通る光の量および性質は閃光ごとに異なる。この問題
は、しかし、異なる波長での強度変化における強い相互
関連を各閃光において採用する本発明により除去される
。
閃光する白色光電球は、二つの電極間のアークか変化し
やすいエネルギーを発生するが故に、各閃光に関して強
度を変化させる特性を有する。さらに、前記アークは物
理的に電球内で児なる位置に移動し、また、このために
、前記試料を通過した後の光を受け止めるフォトアレー
（ｐｈｏｔｏａｒｒａｙ）の光検出器において像が前後
に変化する。また、前記アークと結びつく光学は、異な
るエネルギーの一部をして前記試料の下流側に配置され
たモノクロメータ−の人力スリットを通過させる。
本発明は、種々の波長における各閃光に関連する、高く
相互に関連付けられたノイズを採用する。こねは前記ノ
イズの影響を低減し、また、こねにより、さらに正確な
吸光度信号を提供する。
これはより正確な濃度値を提供する。前記信号のノイズ
に対する比率が、濃度の推定時に２またはそれ以上の波
長における吸光度値の最適な一次結合を選択することに
より、最大にされる。
単一光線システムは、異なる波長での強度測定と同時に
作動する。したがって、従来の装置と比較して、光源の
強度安定に関する必要性は低減する。
吸光度、また、したがって、単一の発色団における濃度
の変化を測定することの適用以上に、このシステムは、
例えば、異なる試料の脂質またはヘモグロビンのような
干渉物質の存在に対して感度が良い。このような干渉物
質が存在するとき、このシステムは、干渉物質が濃度結
果に不利に影響する情報を前記濃度結果に付は加える。
本発明は、また、発色団物質の量を変化させて行なわれ
る吸光度測定から任意の増大するファクターまで、発色
団物質に関する吸光係数を決定するための方法をカバー
する。この技術は、また、一定の化学反応が、反応の進
行時に存在する唯一の１「要な発色団を有することを証
明するために用いることができる。
前記光度計に関して、ある一定の化学反応について吸光
度値を測定するための利用可能の１０個の波長から一組
の５つの異なる波長を選択することが可能である。−組
の５つの波長は、多くの場合、化学反応の発色団の濃度
に関する推定を得る際の吸光度値の最も望ましい使用を
可能にする。
所望により、５以上またはそれ以下の波長の出力信号を
利用することができる。他の場合、光度計のモノクロメ
ータ−が検出器内により多くのフォトアレー要素を有す
ることが可能である。前記光度計は検出器の開口を備え
、また、前記フォトアレーは１前記異なる波長に関して
間隔をおかれた場所にあるように選択される。
２またはそれ以上の波長における強度信号が得られ、電
子ユニットがアナログの強度値をデジタルの吸光度値に
処理する。マイクロプロセッサのプログラムがこれらの
吸光度値を結合して発色団の濃度を得るための一次結合
とする。
前記モノクロメータ−システムは、試料を通過する閃光
光線を複数の前記検出器開口に向けられる複数波長に分
光する。
（実施例） 工ｌに三上上 光度計は、検出器手段とともに、モノクロメータ−２０
４と閃光電球１０とを含む。キセノン閃光電球１０は、
白色光線１１をパルスの形態でトロイドミラー１２に送
るために据えられており、トロイドミラー１２は光線１
３を反射して試料ホルダまたはキュヘット１４に通ず。
キュベツト１４は光線１３のための約５ｍｍの通路長さ
を有する。光線１３は、キュベツト１４を通過した後、
レンズ１５に向かい、レンズ１５から出る光線が発散光
線１７としてスリット１６を通過する。この光線１７は
第１のコリメータミラー１８に向けられる。第１のコリ
メータミラー１８から平行光線１９が反射され、回折格
子２０に向けられる。
回折格子２０から、前記光線の各エレメントが第２のコ
リメータミラー２１に向けられた代表的な多発散光線１
２０に分光または分割される。第２のコリメータミラー
２１は光線１２０を反射して収束光線２２とし、光線２
２は、該光線の別個の波長を表示しかつ検出器列２４が
配置されている面２３に向けられる。検出器列２４の前
方に、オーダー分類フィルタおよびスリット列２５があ
り、別個の波長に関して全部で１０までを検出器列２４
へ通過することを許す。検出器列２４から種々の波長の
強度信号が、測定およびマイクロプロセッサを用いての
またはコンピュータプログラムのもとての制御に基づく
処理のために、電子ユニット２６に伝えられる。
光学部品がハウジング２７の内部に配置されており、ま
た、電子ユニット２６を含む光度計ユニット全体が化学
分析機の一部であり、前記化学分析機は、適当にハウジ
ング２７内の場所２８に試料キュベツト１４を自動的に
配置および移動するための手段を含む。電子ユニット２
６から得られたデータを記述するために適当な記録手段
が設けられる。
吸光度の値、また、したがワて濃度値を決定するために
、処理に用いられる有用な１０個の波長から５つの異な
る波長が選択される。これらの値は、ノイズに対する信
号の割合が最大に維持されるような方法で決定される。
さらに、各化学反応の吸光係数が後記するような方法で
決定される。
これらの波長は、例えば、３４０　ｎｍから７００ｎｍ
の屍囲にある。
゛　　の−　　Δの 反応の間に計測された吸光度の値は、三つの影響すなわ
ち１）濃度が決定される、一定の反応の主要な発色団、
２）種々の考えられる干渉物質、および、３）吸光度測
定における様々な種類の誤差、の総和である。カテゴリ
ー３）では、閃光電球の種類による影響が重要であり、
また、最小にされるものはこの種類およびノイズの影響
である。
化学反応の主要発色団の濃度の正確な推定値は、これか
反応の間に変化するとき、前記干渉の影響および他の種
類の誤差にも拘らず得られる。
この濃度のデータから、複数の終点値または複数のレー
ト値が得られる。これは、今度は、試料中の所望のアナ
ライト濃度を決定するために用いられる。
カテゴリー２）の干渉物質には二つのタイプがある。第
１に、試料から導入された、反応の間に不変に残留する
複数の干渉物質がある。これらは終点化学反応と重要な
関係にある。レート化学反応は反応の進行中に起こる吸
光度の変化の時間誤差を使用し、このような干渉物質か
らの一定のオフセットの存在は、得られるレート値に影
響しない。第２のタイプの干渉物質は前記反応に関与し
、前記主要発色団の濃度とともに濃度が変化する。これ
は、終点およびレート化学反応の双方にとって重要であ
る。
閃光電球の変化は、比較的大きいがために、これらの誤
差において重大な役目を果たす。種々の波長における吸
光度の変化は強く相互関連する。
この相互関連は１発色団の濃度推定で用いられる係数を
適当に調整することにより、推定誤差を実質的に減少さ
せることを可能にする。
異なる吸光係数は、吸光度が種々の選択された異なる波
長において変化する相対量を示す。複数の吸光係数は、
前記物質の吸光度の特別曲線の種々の選択された異なる
波長でのサンプリングに相当する。複数の吸光係数は、
発色団の濃度のための最良の推定値に到達するように使
用される。
吸光度測定における誤差は、多数の試料を通じて脱イオ
ン水に生じる吸光度の変化を測定することにより、統計
的に特長付けることができる。分散マトリクスＦがこの
ような一組の測定値から得られる統計的な関係を表現す
る。
前記主要発色団の濃度に用いられる推定値は、吸光度の
特別な一次結合である。ｎ個の選択された波長において
測定された吸光度をａＩ＋　ａ２＋・・ａｎとすると、
ｋＩ　ａＩ、に２ａ２゜・ｋＴｌａＴ＋が濃度推定値で
ある。次に、係数に、、に２．　　・・・ｋｎの適当な
選択は、発色団の吸光係数と、選択された組の波長に関
する前記分散マトリクスＦとにより決定される。
ｋ、、に２．　　・・・ｋ、を得る際、干渉物質が存在
しないことを仮定する。−の発色団および複数の吸光度
測定誤差のみが考慮される必要がある。この方法は、濃
度推定値に生じた平均二乗誤差を最小にする唯一、最適
な解答を得るために発色団の複数の吸光係数と、脱イオ
ン水の分散マトリクスＦのみを用いる。
しかし、干渉物質の存在の可能性を考慮して、測定され
た吸光度の種々の直角方向における仮定された単一発色
団の吸光係数の方向からの逸脱を決定する複数の線形式
が展開される。これらの方向のそれぞれにおける吸光測
定誤差を考慮に入れると、各式に限界がある。限界を越
えると、これは、干渉物質が過度の量で存在しまた濃度
推定値が妥当でないことを示す。
発色団濃度の最適推定値に達すると、吸光度は、単一の
発色団と、脱イオン水に見られた変化に従って分配され
た誤差によるものであると仮定される。これは、ベール
の法則すなわちａ＝ｃ＊ｅ＋ｆとして表わされる。ここ
でＣはスカラー発色団濃度であり、また、ａ、ｅおよび
ｆは、それぞれ、測定された複数の吸光度値のｎｘ１列
のマトリクス、発色団の吸光係数および吸光度の複数の
誤差である。
閃光電球１０は単一の発色団物質の濃度の変化を測定す
るために使用され、試料中に存在する特定のアナライト
の量を指示する。これは、各閃光における五つの選択さ
れた波長までに関して吸光度の量を測定することにより
行なわれる。次に、各閃光における発色団濃度が複数の
吸光度値の適当な一次結合によって推定される。
誤差が不存在のとき、単一の発色団の成分の濃度を測定
するための一波長以上での複数の吸光度値が冗長情報を
構成するため、極めて多くの異なる一次結合を同等によ
く用いることができる。しかし、多量の誤差が存在する
ときは、主に閃光から閃光への電球１０の変化によって
引き起こされ、濃度決定上のこれらの変化の影響を最小
にする最適な一次結合が必要である。
最適な一次結合は、濃度推定値に存在する誤差用を減少
させる、異なる波長における複数の誤差間の相関関係を
使用することに見出される。最適な一次結合は相関誤差
の性質および化学作用が進む「方向」すなわち化学作用
の吸光係数の双方を反映する。
吸光度の測定か適当なオフセットであると仮定すると、
複数の誤差ｆの複数の平均値はゼロである。ｋは、所望
の最適一次結合の複数の係数から成るｌｘｎ行のマトリ
クスである。前記一次結合すなわちマトリクスの積ｃ６
　＝に★ａはＣの推定値である。この推定値の統計的に
推測される平均値Ｅは Ｅ　（ｃ６　）＝Ｅ　（ｋＡａ）＝ｃ大（ｋＡａ）＋に
大Ｅ　（ｆ）＝ｃｋ　（ｋＡａ）である。
この推定平均が実際の値Ｃと同一であることを確定する
ため、ｋに関して、制約に′ｋｅかおかれる。したがっ
て、前記推定値の誤差は、Ｃｏ　−Ｃ＝に★ｆと表わす
ことができる。
ｋに関しておかれる第２の条件は、この推定値の平均二
乗誤差か最小にされるということである。すなわち、 Ｅ　（（ｃｏ　　ｃ）２）”Ｅ　（（ｋ”ｆ）２）＝Ｅ
（（ｋ大ｆ）大（ｋ大ｆ）゛　） ＝に＊Ｅ　（ｆ六ｆ’）六に゛は最小であり、ここで表
記°はマトリクスの転置を示す。ｎｘｎ分散マトリクス
Ｅ（ｆ六ｆ′）はＦで表記される。
したがって、ｅおよびＦが与えられると、ｋ＊ｅ＝１を
条件として、ｋ六Ｆ′ｋｋ’が最小になるようにｋが決
定される。最小での微分の独立変数ｄ（ｋ六Ｆ大に’）
＝２ｄｋ＊Ｆ＊ｋ’　＝０を用いるときは、常に、 ｄ（ｋＡａ）ｚｄｋ両ｅ＝０である。
したがって、Ｆ六に’およびｅは並列でなければならな
い。すなわち、あるスカラーｔに関して、Ｆ′ｋｋ’　
＝を＊ｅ またはに＝ｔ★ｅ’　六Ｆ−’である。ここに、Ｆ−１
はＦの逆マトリクスである。次に、ｋ★ｅ＝１を求めて
ｔを決定する。最終解は に＝　　　（ｅ’　　　＊Ｆ　　−重　　＊６）　　　
−’　　　＊６’　　　＊Ｆ−１である。
ｆの分散および共分散は、空気、脱イオン水または染料
液のようなキュベツト中の一定の媒体に生しる吸光度の
対応する分散および共分散を観察することにより決定す
ることができる。波長の全ての可能なベアリングについ
ての吸光度の平均値に関するこれらの吸光度の分散また
は共分散の組が、その波長の組のためのマトリクスＦ＝
Ｅ　（ｆ大ｆ’）を構成する。
Ｆのこの計算は電球の校正処理の間に行なわれ、また、
この校正処理は、例えば、新電球１０かシステム内に挿
入されるとき、または、電球１０が運ばれるとき、また
は、選択的にユーザーが現存システムの新しい化学的作
用を規定するときに行なわれる。また、これらの手順の
間、吸光係数ｅは一定に維持され、また、ｋはアルゴリ
ズムに＝　（ｅ’　ｉＦ−’＊ｅ）−’＊ｅ’六Ｆ−１
に従って計算される。
第４図では、二つの選択された代表的な波長３４０　ｎ
ｍおよび３８０　ｎ＋ｎに関する吸光度散乱プロットの
グラフで示したベクトル表示が、ｋ値の決定において表
わされている。
実際には、１０波長モノクロメータ−２０４から得られ
る５つの波長がある。５つの波長が用いられる場合、２
次元のグラフに示す図は、実際上、５次元の図に変換さ
れる。グラフに示した輪郭１００は相関ノイズの典型で
あり、また、二次元でのみ描くことに代えて、考慮され
る波長の数に従った５次元を有する。グラフに示す信号
線１０１は、試料中の発色団の濃度変化による吸光度変
化の相対量を示す。
実施上、ノイズは長円形の表示１００によりて表わされ
るように関連付けられ、二つの吸光度の３４０および３
８０におけるこれらの平均値に関する散乱プロットを示
す。この散乱プロットから、これらの波長に関する分散
および共分散のＦマトリクスが得られる。
最良のに値を得るための解すなわち長さおよび方向は、
２つの数学的表現によって決定される。
第１に、ｋ宍ｅ＝１であり、ここでｅは発色団の吸光係
数である。第２の表現において、ｋ大Ｆ六に′が最小に
される。Ｆはノイズの分散マトリクス、すなわち、それ
はノイズ１００を規定する。
軸１０２は誤差分布の長さを表わし、また、軸１０３は
誤差分布の幅を表わす。
条件に宍ｅ＝１は、吸光係数方向ｅに直角である破線上
の終点を有する全ての可能なにベクトルを有することに
より、第４図に表わされる。次の仕事は、この条件を満
たす全てのベクトルにのなかから、平均二乗誤差に六Ｆ
大に’を最小にする最適なｋを選択することである。
ｅの　ハ　の 特別な波長の組における所定の化学作用の発色団の吸光
係数を見出すために用いられるテクニックは、ノイズの
あるデータに対する最良の線形適合性を発見するデミン
グの方法（Ｄｅｍｉｎｇ’ｓｍｅｔｈｏｄ）における−
膜化である。
波長の組に関する種々のベアリングにおける吸光度の平
均に関する吸光度の変化を観察することによって分散マ
トリクスＧが決定される。これらの観察は、化学作用の
発色団がキュベツト内で変化している間に行なわれる。
したがって、マトリクスＧは、Ｆによって特長付けられ
る誤差と同様、吸光度がこれらの波長で変化する相対量
を反映する。相対吸光係数は、Ｆタイプの誤差からのス
キュー（ｓｋｅｗｉｎｇ）を許すことなしに、Ｇから得
られる。
まず、Ｆは固有ベクトル解析を受ける。これらの固有ベ
クトルに対して吸光度座標のシステムを回転させるユニ
タリ変換Ｕが見出される。第２の変換■であってそのマ
トリクスが対角線成分のみから成りかつ固有値の平方根
である対角線成分に一致する第２の変換Ｖを見出す。こ
れは、Ｕとともに、Ｆを単位マトリクスＦ”＝ＶＵＦＵ
’　Ｖ’＝Ｉに変換する効果をもつ。Ｇは、次に、同し
変換Ｇ“＝ＶＵＧＵ’　Ｖ’　によって変換され、また
、他の固有ベクトル解析を受ける。この後者のマトリク
スの固有値は化学変化のための−の大きい値と、Ｆで示
される誤差から１に近い全ての他の値とから成る。
ＶＵによって変換されたＧを決定した複数の原データ値
で、これらの分散マトリクスは丁度Ｇとなる。最良の適
合線であって該適合線に対するこれらの変換された点の
平均二乗直交距離を最小にする最良の適合線を得るため
にデミングの方法が用いられる。次に、ｅの成分が、こ
の固有ベクトルを変換して原吸光度座標システムに戻す
ことにより、見出される。
この方法は、また、測定される発色団の純度の検査を可
能にする。Ｇ”の２以上の固有値が実質的に−を越える
場合、これは、他の変化発色団の存在を示す。
これらの吸光係数値は、濃度情報が含まれていなかった
ため、単なる相対値である。
７′−ユニットお　び 異なる波長での強度信号を処理するための電子ユニット
の回路を説明する。
第５Ａ図は、光度計組立体の集積回路ボードすなわちイ
ンテグレータ回路ボードおよび波長のマルチプレクサポ
ートをブロックの形態で示す。第５Ｂ図および第５Ｃ図
は、ｌｏｇ　八〇Ｇすなわちｌ　ｏｇ／アナログ・デジ
タル回路ボートのブロック線図表現を描き出している。
インテグレータ回　ボー 光学的検出器に関する機能的要求事項および機械的要求
事項は、１０個のセンサーの光学的検出器組立体２０１
と、１０個のインテグレータ回路２０２と、結合論理制
御回路２１０と、校正回路２０７とから成るインテグレ
ータ回路ボード２００を含む。前記光学的検出器回路は
モノクロメータ２０４からのパルス光入力を測定し、ま
た、エネルギーパルスを電流パルスの時間積分に比例す
る電気信号に変換する。
検出器組立体２０１のフォトダイオード組立体２３２は
電子組立体ユニット２６にはんだ付けされており、該ユ
ニットはモノクロメータ組立体２７に据え付けられてい
る。検出器組立体２０１は、１０スリツトのマスクプレ
ート　オーダー分類フィルタ２５に対して直接に乗って
いる。前記マスクの各スリット２３３は、３４０ｎｍ（
ナノメートル）から７００ｎｍまでの光スペクトル以内
の特定の中央波長に調節された５ｎｍの帯域フィルタと
してイ動く。各フォトダイオード　センサーが前記マス
クの特定のスリット２３３に整列されている。
各フォトダイオードが全光エネルギすなわち伝えられた
光パルスの時間積分を測定するための鯖密なインテグレ
ータ回路２０２に接続されている。全インテグレータ回
路２０２が並列でスイッチをオンにされ、各波長での単
一パルスエネルギを測定する。
インテグレータ回路２０２からの出力信号は、波長マル
チプレクサ組立体２０５に連絡される。
このマルチプレクサ回路２０５は、付加信号の処理のた
めに１０個のインテグレータ回路から５つの信号２０６
を選択する能力を与える。
インチグレーター回路の利得すなわち感度は各波長に関
して異なり、また、前記検出器のスペクトル応答度、前
記キセノン閃光電球１０のスペクトル強度曲線および前
記モノクロメータ−の透過率に依存する。種々の回路の
ためのキャパシタ値は、信号透過率の全変化を補償する
ように選択される。各信号チャンネルは、入力電流パル
スの時間積分に正比例する０ないし１０ボルトの出力を
与える。前記インテグレータのキャパシタ値は前記回路
の感度を決定し、また、Ｍ記キャパシタ値または回路の
感度は、完全な光学システム、検出器組立体２０１およ
び閃光電球１０に基礎をおく。
電球１０からのエネルギは、閃光を、電球供給電圧の調
整によって制御される平均信号レベルを有する閃光に変
える。種々の波長における出力信号は−７，０ないし−
１０，０ボルトの範囲内に降下する。電球の閃光は１２
０ｐｐｓ（パルス７秒）の公称定格で生じ、また、光パ
ルス幅は約１．５　ｕｓｅｃである。各検出器は光にさ
らされている間に電流源として、また、暗間隔の間に開
回路（高インピーダンス）として働く。
プログラマブル校正回路２０７は、インテグレータ感度
および信号範囲を測定するだめの信号電流の３つのレベ
ルを提供する。これらの信号は、システムの線形テスト
の間の線形校正のために使用され、また、システムおよ
び組立体の両テストにおける診断テストのために使用さ
れる。
校正回路２０７は調節された基準ソース２３３、精密な
ディバイダ回路網２３４および４つの人カマルチブレク
サ２０８から成る。前記電圧源は、デバイダ回路網２３
４内の３つの抵抗器に接続された出力端子を有する２、
５ボルト分巻調整器から出ている。デバイダ出力は全基
準電圧の０．０．旧、　０．１．および１．Ｑの比率で
ある。
校正信号は各インテグレータ回路２０２に容量的につな
がれ、各インテグレータ回路は、数値的に調和されたキ
ャパシタを介して、各回路に使用されている肋記インテ
グレータのキャパシタに結合さねている。これは、基準
ソース２３３によって発生されたステップ電圧に公称上
等しい出力電圧に帰する。
校正信号は調整された＋８．５８ＶＤＣのＶＤＣ電圧源
２３３から出される。テストポイントＴＰＩは基準′ｔ
Ｍ圧を監視するために設けられている。校正信号は、４
つの入カマルチブレクサ２０８の出力路をグランドから
３つのＤＣ電圧の１つに切り換えることにより発生する
。前記マルチプレクサに対して内部の４つのデコーダの
１つが、プログラムに組み込まれた校正段階を選択すべ
く２つのライン２進コードを解読する。２つの外部保持
アドレスラインが前記マルチプレクサを制御するように
要求される。アドレスライン２３０および２３１がコネ
クタＰ２から送られ、オーブンコレクタ　インバータに
よって駆動される。マルチプレクサ２０８は＋１５ＶＤ
Ｃ供給源から動作するＣＭＯ５装置である。論理ライン
は４．７にのプルアップ抵抗で終わる。
検出器２０１内の各センサーは高速精密インテグレータ
回路に電流入力を与える。回路２０２は高速、低バイア
ス電流（３ｐａ　ｍａｘ）　、低オフセツト電圧増幅器
、高安定低損失インテグレータキャパシタおよびＪＦＥ
Ｔ　（接合形電界効果トランジスタ）／アナログスイッ
チ放電回路から成る。
２スイッチ放電回路が、信号の積分間隔の間の総接合漏
洩電流を減少すべく、インテグレータリセット（ＲＥＳ
ＥＴ　’）回路において用いられる。積分時間の間、両
スイッチは切られ１．Ｊ　Ｐ　Ｅ　Ｔスイッチはバイア
スをかけられず、また、アナログスイッチは開路される
。出力信号が増幅器出力路と前記総接合との間の２つの
スイッチ回路網を通して加えられる。
総接合漏洩電流を減少するため、７５０オームの抵抗が
２つのスイッチとグランドとの間に接続され、前記アナ
ログスイッチから貯泥漏洩電流のためのグランドへの低
インピーダンス路を与える。
これはソース電圧に対する前記ＪＦＥＴのドレインを数
ミリボルトに低減し、前記総接合誤り電流を大幅に低減
する。
ＪＰＥＴのスイッチはゲート’Ｈ圧を５ＶＤＣバイアス
ソースに切り換えることにより切られる。全てのアナロ
グスイッチは論理真（高）入力信号で閉路される。回路
を駆動するために必要な一致する相補信号が透過ラッチ
の出力「Ｑ」および［Ｑ★Ｊから出される。２つのアナ
ログスイッチと１つのＪＦＥＴスイッチとは各インテグ
レータ回路で用いられる。前記Ｊ　Ｆ　Ｆ、Ｔスイッチ
と１つのアナログスイッチとは１狩記インテグレータ　
リセットすなわちキャパシタの放電路で用いられる。第
２のアナログスイッチは積分時間の間に前記ＪＦＥＴの
ゲート接合に負のバイアスを与える。全ての回路が並列
に切り換えられ、単一の人力ラインＩＮＴＥＧによって
制御される。
典型的なシステム動作において、インテグレータ回路２
０２はスイッチを入れられ、前記インデグレータ　オフ
セットが測定され、電球が閃光し、信号レベルが測定さ
れかつ保持される。
約１１０　ｕｓｅｃの電球の閃光に引き続き、前記信号
しヘルか標本抽出され、処理される。インテグレータ回
路２０２はサンプリングの後にリセットされるが、イン
テグレータは前記電球の閃光後に約３ミリ秒間で正規に
リセットされる。
キャパシタ値は、キセノン閃光電球ソース１０、モノク
ロメータ組立体２０４および脱イオン水で満たされたガ
ラスのキュベツトに、全ての波長でほぼ等しい信号を与
えるように選択される。
インテグレータ回路２０２からのアナログ信号出力は、
波長マルチプレクサ回路２０５に多重の人力を供給すべ
く、マルチプレクサ　イ　ンタフェース　コネクタＰ２
に送られる。
Ｊ　Ｐ　Ｅ　Ｔスイッチは、インテグレータ２０２がス
イッチを入れられるとき、チャージ誤差を注入する。前
記ＪＦＥＴゲート接合での負の変化は、トレイン容量へ
のゲートを介して前記インテグレータの総接合につなが
れる。このチャージ誤差は正の出力オフセット誤差に終
わる。誤差電圧は前記インテグレータのキャパシタ値に
反比例する。
チャージ補償は、正の電圧の段階的変化を＋２ｐｆのキ
ャパシタを介して前記インテグレータの総接合につなぐ
ことにより達成される。前記インテグレータのリセット
間隔の間、接続キャパシタが調整セツティングによって
定められた負の電圧まで充電する。インテグレータ２０
２がスイッチを入れられると、前記キャパシタはグラン
ドにスイッチを切り換えられ、前記キャパシタのチャー
ジを前記総接合に移す。前記接続キャパシタは、積分間
隔の間にアースを維持され、リセットの間に再充電する
。補償遅れは、単一のトランジスタスイッチの遅延時間
とアナログスイッチの伝搬遅延時間とによりなされる。
各インテグレータ回路２０２は、前記回路を使用可能と
しまたリセットするための２つの一致相補論理信号を必
要とする。全てのインテグレータが並列にスイッチを切
り換えられ、単一のカッド「Ｄ」ラッチのｒＱＪおよび
ｒ　Ｑ　大Ｊ出力から駆動される。複数のラッチ入力が
共通に接続され、マルチプレクサ　ボード２１１上のオ
ーブンコレクタ　インバータにより駆動される。
全てのロジック回路ドライバはラッチ回路であり、また
、全てのドライバはオープンコレクタ出力である。２つ
の回路がＣＭＯ５校正要素との接合を必要とし、また、
１つのドライバがＴＴＬ回路に接合している。
全てのインテグレータ　アナログ出力、および１０個の
ＯＰＡＭＰ出力が、マルチプレクサ回路２０５との接合
のためにコネクタＰ２に接続される。５つのアナログ５
ＩＧＧＮＤライン２０６はコネクタＰ３に送られる。複
数のアナログ信号は前記マルチプレクサ回路に送られ、
前記信号の５つはインテグレータ回路ボード２００に返
送され、コネクタＰ３に送られる。
マルチプレクサ　ボード２１１ 波長信号マルチプレクサ回路２１１は前置増幅器インテ
グレータ回路２０２または前置増幅器校正回路から得ら
れた５つのアナログ信号２０６をアドレスするための手
段を提供する。波長アナログ信号は、システムの要求に
より決定された種々の信号の結合のプログラム選択を与
えるべく５つのマルチプレクサ２０５に交差接続される
。校正信号が診断テスト信号を与えるべく各マルチプレ
クサ２０５に接続される。
ボード２１１はインターフェース　コネクタを介して前
置増幅器インテグレータ回路２０２に接続する。全ての
論理アドレスおよびデータラインはコネクタＰ１を介し
てマルチプレクサ２１１に直接に接続する。全ての論理
翻訳およびデータバス　ラッチは前記ボードに含まれて
いる。アナログ出力信号はインテグレータ回路ボード２
００に直接に接続される。出力信号は、通常、ＬＯＧ／
ＡＤＣ変換ボート２１２上の単一ゲイン差増幅器２１７
に接続する。
オーブコレクタ　ドライバは、インテグレータ回路ボー
ド２００上のＣＭＯ５回路にインタフェースＴＴＬ人力
を与える。５つの波長信号は、マルチプレクサ２０５の
それぞれからの１つである各化学反応テストのためにア
ドレスされる。はとんどの化学反応のために、ある好ま
しい波長が指定される。
５つのマルチプレクサ２０５のそれぞれは、８つの人力
信号の１つを選択するように３ビツト二進アドレスを必
要とする。合計１５のアドレスラインが３つの「ＤＪへ
クス（ｈｅｘ）ラッチから出ている。マルチプレクサ回
路２０５は、８つの内部デコーダのうちの１つをそれぞ
れ有する５つのアナログ　マルチプレクサ　チップから
成る。アナログ人力は＋ｌ０ＶＤｃから一１ＯＶＤＣの
範囲である。
インテグレータ回路ボード２００からの１０個のアナロ
グ人力信号は、５つのマルチプレクサ　チップ２０５に
連絡される。各マルチプレクサ２０５の６つの入力が１
０個の人力信号２１３から得られる。２つの残りの人力
２１５および２１６が診断テストのための基準電圧に連
絡される。前記アナログ入力の相互連絡は、特定の化学
反応テストのために求められる信号情報の種々の結合を
監視するための手段を提供する。
人力２１４に対するアナログ信号が、インテグレータ回
路ボード２００上のプログラマブル校正回路２０７から
出る。この信号は、インテグレータ回路ボード上に位置
するキャリブレータ　マルチプレクサ２０８をセットす
ることにより制御される。マルチプレクサ２０８は２デ
ータヒツトライン２３０，２３１により制御される。入
力２１５は、通常、インテグレータ回路ボード２００上
に位置する固定の一３ＶＤＣの基準ソースに連絡される
。ＣＭＯＳインタフェースに対するＴＴＩ、が２つの制
御信号２３０，２３１のために求められる。オーブンコ
レクタ　へツクス　インバータが全ての制御信号のため
のインタフェース回路をインテグレータ回路ボード２０
０に与える。
１４ｏＡＤＣボー：２１２ １ｏｇ／八ＤＣボード２１２は標準ＴＴＬ論理回路に接
続するように設定されている。アナログ人力は、使用可
能の増幅器出力から駆動された特異な入力信号のために
設定されている。アナログ信号ラインが入力端子を逆に
する作動増幅器に接続され、また、不通ラインが前記信
号基準グランドに接続されている。
アナログ人力は＋１０ボルトないし一１０ボルトの信号
に設定されている。使用される増幅器出力は１５ボルト
の供給から作動する約１３ボルトで制限するため、入力
信号は１０ボルトを越えることができる。前記組立体は
１０ボルトの範囲内で信号を監視するように設計される
。ｌｏｇ回路は＋＋、５１ルトの最大入力を受け取る規
模に設定されている。伝搬測定は１０ボルトに制限され
ており、これはＡＤＣ全目盛信号である。
全ての制御ラインがプログラマブルアレー論理チップと
接続されている。各ラインのための入力インピーダンス
はＩ　ＴＴＬゲートである。端末抵抗回路網は前記ボー
ドに与えられない。全てのデータバスラインがスリース
テート形バスドライバおよび１つのＴＴＬカッドラッチ
に接続している。
全ての論理は、ラッチＩ１０ソースから駆動される。
第５ｂ図は回路ボード２１２のブロック線図を示す。Ｌ
ｏｇ／＾ＤＣボード２１２は、５つの同一ログ変換信号
チャネルから成る。各チャネルは人力差増幅器２１７と
、オート　ゼロ回路２１８と、試料／保持（ホールド）
増幅ｆｆｊ　（ｓａｍｐｌｅ／ｈｏｌｄ　ａｍｐｌｉｆ
ｉｅｒ　）　２１９と、ログ変換器回路２２０とから成
る。
ログ変換器回路２２０からの出力信号は、アナログのデ
ジタルへの変換５ｃのための１６の入力マルチプレクサ
２２１に接続される。各チャネルのための複数の信号グ
ランドがアナログおよび論理パワーグランドから分離さ
れる。信号グランドおよびＡＣアナログ　グランドは星
形グランド点で共通に接続される。論理グランドは信号
およびアナログ　グランド通路から分離されるが、−点
において共通に挿入される。
各チャネルへの信号入力は、アナログ　パワーグランド
　ノイズのコモン　モード除去を伴なう単一ゲイン　イ
ンバータとして設計された差増幅器２１７に接続される
。差増幅器２１７からの信号は外部テスト監視のための
試験ジヤツキに接続され、また、診断テストおよび電球
源評価のためのＡＤＣマルチプレクサ２２１に接続され
る。増幅器出力は、前記オートゼロ　オフセット減算回
路２１８に直接に接続され、暗信号オフセットおよび増
幅器オフセットに関して電圧を訂正する。
基準スイッチが前記オートゼロ出力またはＯＣ基準′ｒ
に圧を前記試料／保持回路２１９に対する人力として選
択する。
ＤＣ基準電圧がログ変換器回路２２０への待機入力とし
て供給され、あるいは、前記信号が診断テストのために
使用される。試料／保持回路２１９はログ変換器回路２
２０に一定の信号を供給し、あるいは、前記信号が診断
テストのために使用される。試料／保持回路２１９はロ
グ変換およびデータ読取り時間の間に前記ログ回路に一
定の信号を供給する。前記試料／保持回路はまた診断監
視のためにＡＤＯマルチプレクサ２２１に接続される。
ログ信号出力は＾ＤＣマルチプレクサ２２１に直接に接
続される。マルチプレクサ出力２２０は、八ＤＣ２３５
への人力を駆動する電圧フォロワ２２３に接続される。
へＤＣ変換器は２の補数の書式で被ラッチの１６ビツト
出力を与える。
各チャネルへのアナログ入力は、インバータ回路として
接続されている単一ゲイン差増幅器２１７に接続される
。４つの一致された５０に抵抗から成る精密な薄膜抵抗
回路網が、５０ｄｂの共通のモードノイズ除去に必要な
一致された抵抗対を与える。
アナログ人力は逆入力に接続された信号リード線に接続
され、また、非逆入力に接続された信号グランドに接続
されている。非逆入力ドライバはログチャネル信号グラ
ンドに対する基準とされている。前記回路は、グランド
間の電圧差の最小５０ｄｂ共通モード除去のために設計
される。
前置増幅器の波長信号は負の極圧である。ログ変換器回
路は正の入力電流を必要とする。このため、信号インバ
ータが必要である。前記前置増幅器からの診断信号はと
もに正および負の極圧である。このため、インバータ回
路２１７が＋１０ボルトから一１０ボルトまでの範囲の
入力信号のために設計されている。
インバータ出力はテスト監視のために試験ジャックに、
診断のためにＡＤＣマルチプレクサ２２１に、また、オ
ートゼロ人力に接続される。
オートゼロ　オフセット減算回路２１８は、暗信号オフ
セットおよびインバータ増幅器２１７のオフセットによ
るオフセット電圧の減算を与える。回路２１８は、イン
バータ増幅器２１８に駆動される低ヒストリシス記憶キ
ャパシタから成る。このキャパシタは、前記オフセット
充電時間中、グランドにスイッチを切り換えられ、オフ
セット減算の間、基準スイッチに切り換えられる。グラ
ンドに切り換えられると、前記キャパシタは前記人力信
号に等しい電圧、通常は１５＋ｍＶ以下まで、充電する
。前記キャパシタは、人力信号プラス増幅器のオフセッ
トに等しい電圧まで充電する。前記キャパシタは、該キ
ャパシタが全オフセット電圧まで充電することを可能と
すべく最小の６００　ｕｓｅｃ間接地される。次に、前
記キャパシタは、合計人力信号からオフセットエラーを
引くためにインバータ２１８の出力に「直列に」切り換
えられる。
オートゼロ充電時間は制御されるソフトウェアであり、
また、装置のシステムにおいて６００　ｕｓｅｃか６２
．０　ｍｓまで変化する。前記オートゼロの充電サイク
ルのオフへの切り換えと、人力信号の印加との間に１０
　ｕｓｅｃの遅れが許される。
オートゼロの切り換えは両ＺＲＯおよびＬＯＧＲＥＦラ
インにより制御される。ＬＯＧＲＥＦが低に切り換えら
れると、キャパシタの切り換えが前記ＺＲＯラインによ
り制御され、ＺＲＯが高で接地されまたＺＲＯ低（０）
で「差」状態に接続される。ＬＯＧＲＥＦが高に切り換
えられると、ＡＺＲＯが高に強制され、また、キャパシ
タがグランドに切り換えられる。前記キャパシタの接地
通路は基準スイッチ２２２の１つのアナログスイッチ回
路を介して完全になる。
前記試料および保持入力信号は、基準スイッチ２２２の
セツティングによって決定される。２つの信号源の一方
が試料／保持回路２１９に接続される。基準スイッチ２
２２は、基準電圧およびオートセロ出力の一方を試料／
保持回路２１９に送るために接続された２つの単一極ニ
スロースイッチ（ｔｈｒｏｗ　５ｗ１ｔｃｈ）である。
１のスイッチがＬＯＧＲＥＦ論理ラインによって制御さ
れ、第２のスイッチかＡＺＲＯによって制御される。基
準電圧は、ログ基準電流より僅かに大きいログ入力端子
を与えるようにセットされる。これは、前記ログ回路か
ら小さい負の電圧に終わる。
各ログ変換器２２０のための試料および保持回路２１９
は、比較的長い変換およびデータ読取り時間の間、一定
の入力端子を与える。「試料」状態において、出力信号
が入力を追い、また、人力信号に場ける変化を追う。試
料／保持回路２１９によって認められる前記人力信号が
全人力信号と前記オートゼロ　キャパシタにおける電圧
との間の差である。
低レベル信号測定および長いログ変換時間は、試料／保
持回路２１９が低ドリフト回路であることを求める。低
レベル信号ではログ回路のゲインが高く、また、したが
って、ドリフトが長いデータ変換間隔の間に増幅される
。より大きい値のキャパシタはドリフトを要求レートま
で減少させるが、獲得時間を増大させる。獲得を前信号
の０．１を以内にまで見込むための最小の試料時間は５
．Ｏｕｓｅｃである。
長いデータ待ち間隔の間、試料／保持回路は「試料」状
態にスイッチを切り換えられ、また、１、ＯＣＲεＦ信
号はスイッチをオンに切り換えられる。
これは、ログ回路の飽和を阻止するログ変換回路２２０
に固定の待機電流を供給する。
試料／保持回路２１９は並列にスイッチを切り換えられ
、ＳＭＰ　Ｌラインによって制御される。ＳＭＰＬは低
く全ての回路を「試料」状態まで切り換え、また、切り
換えられた高いセットの全ての回路を「保持」状態に切
り換える。
ログ変換器入力オフセット電圧エラーを訂正すべく、各
試料／保持回路２１９のオフセット調整がなされる。前
記オフセットａ整は前記ログ回路を補償するためにエラ
ー電圧を付加するための手段を与える。線形調整が正確
な段階的電圧をもって整えられる。
ログ変換器回路２２０が、前記入力電流の対数に比例す
るアナログ出力電圧を与える。ログ変換器２２０は、前
記精力電流をゼロ出力ボルトに規定するための基準電流
のセットを必要とする。ログ変換器回路２２０は、１０
の入力端子当り７ｏ６２ホルトに設定され、また、前記
ログチップは正の入力ｉ流用に設計される。前記回路は
電圧入力用に設計される。出力信号は前記チップに組み
込まれた緩衝増幅器を用いて緩衝される。出力はデジタ
ル処理のために＾ＤＣマルチプレクサ２２１に直接に接
続される。
マルチプレクサ２２１は、種々の信号または診断点から
の１６個の入力端子の１つを連続的にまたは任意に監視
するための手段を提供する１６チヤネル装置である。マ
ルチプレクサ出力２２２は高人力インピーダンスの電圧
フォロワ２２３に接続され、入力信号源の装荷を減少さ
せる。フォロワ２２３の出力インピーダンスは低く、Ａ
ＤＣの測定エラーを阻止する。前記フォロワは１０Ｋの
入力インピーダンスのＡＤＣ２３５を駆動する。
マルチプレクサ２２１は、外部データ　ラッチから得ら
れる４ラインの２進コードを必要とする。１６個のチャ
ネルの１つを選択するためのデコーダがマルチプレクサ
２２１の内部にある。
２５　ｕｓｅｃの遅れ時間が、多重送信および信号の時
的な処理時間のために許される。これは、データ読取り
が、マルチプレクサのクロックパルス後、２５　ｕｓｅ
ｃ遅れることを意味する。マルチプレクサ２２１の人力
は、特別な適用のために必要とされるいかなる配列にも
アドレスすることかできる。通常のシステム作動の間、
吸光値の読み値は前記ログ信号のみを監視することによ
り決定される。診断テストの間、全ての信号を監視する
ことができる。
マルチプレクサ２２１の人力は２つの基本的なカテゴリ
ーに分類される。吸光度測定のためのログ変換信号と、
診断信号および第１の５つの入力とはログ変換器信号で
あり、また、次の５つの入力は伝搬信号および前置増幅
器の診断信号の少なくとも一方である。第３のグループ
の５つの信号は試料／保持の２１の出力から得られた診
断信号である。最後の人力は２．５ボルトの基準電圧源
である。
前記ＡＤＣ変換器２３５は、３５　ｕｓｅｃの最大変換
時間を有する１６ビツトの逐次比較形変換器である。Ａ
Ｄ（：　２３５の内部の正確な＋ｌ０ＶＤｆｌ：の基準
ソースか内部のＤＡＣにストラップ（ｓｔｒａｐ　）さ
れている。ＡＤＧ　２３５の入力インピーダンスは１０
Ｋオームにストラップされている。人力ピンが３つの信
号ｆ１２２４すなわち（１）アナロググランド、（２）
◆２．５ｖｄｃ基準および（３）マルチプレクサ２２１
の出力の１つにジャンパー（ｊｕｍｐｅｒ）され得る。
前記アナロググランド接続はゼロ調整のための入力にジ
ャンパーされる。前記２．５ボルト基準はピンに接続さ
れ、該ピンは診断テストのためのへＤＣ人力にジャンパ
ーされる。前記ＡＤＣ人力は通常マルチプレクサ２２１
の出力にジャンパーされる。
ＡＤＯ出力は被ラッチの２の補数書式における１６ビツ
トのデータである。先のデータは次のデータの変換パル
スまでラッチ状態に維持される。八ＤＣ２３５が変換サ
イクルにあることを指示すべく、ステータスラインが設
けられている。
変換の終わりはステータス信号を監視し、後縁変化を検
出することにより決定される。インバータ、チップ２２
の１つのゲートが出力信号ラインを駆動する。「変換の
端」のパルス（ビジー）は負のゴーイング信号（ｇｏｉ
ｎｇ　ｓｉｇｎａｌ）であり、また、前記変換の端は前
記後縁の正の変化によって指示される。
１６個のデータラインは２つの８ビツト、スリーステー
トバッファに接続される。データは２バイトに読取られ
、各バイトはシステムプログラムにより要求される程度
の速さで読取られる。
本発明の装置、システムおよび方法により、従来可能で
あったよりも正確にかつ大きい効果をもって、試料中の
アナライトの濃度データを決定することができる。適当
なプログラムが、必要なデータ決定を可能とすべく提供
される説明に基づいて、電子技術をもって遂行される。
電子ユニットからのデジタル形態の吸光度値としての出
力が、生の吸光度値として、一次結合を計算させるプロ
グラムのもとで動作する中央処理装置に示される。定数
ｅ、ｆおよびｋが決定され、餌記生の吸光度値が評価吸
光度値に展開される。次のステップは、特別な評価吸光
度の組を展開するために、多色行列であって前記行列を
決定するためにｅおよびｋを用いた多色行列を用いるこ
とである。複数の定数ｋを用いる推定濃度が前記一次結
合により得られる。緩衝物質の存在の表現もまた得られ
る。
第２の中央処理装置が前記濃度表現に作用してデータを
平滑化および補間しまた特定のデータのウィンドウにお
ける回帰線を展開し、これにより、前記ウィンドウのデ
ータの平均値および前記ウィンドウのデータの勾配のよ
うな情報を得る。
特定の例が表現されるが、多くの変化はそれぞれにおい
て詳細についてのみ他と異なるということが理解される
。例えば、一次結合が５つの波長に関して記述されるけ
れども、同じ原理をより小さいまたはより大きい組の波
長に適用することができる。これは、例えば、２．３ま
たは４．６．７または８、または、複数組の数百の波長
である。例えば１２８個の波長を生じさせるシステムに
関して、一次結合のために１０個の波長を選択すること
ができる。また、前記表現は単一の発色団物質の濃度に
関するが、所与の試料中の２以上の発色団物質の濃度を
決定することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に従うモノクロメータ−の光学線図、第
２図は等角内に見た光度計の部品の何区、第３図は剥さ
れた部品とともに示すモノクロメータ−のハウジングの
等角分解組立図、第４図は吸光度散乱プロットすなわち
二つの選択波長における吸光度値の最適な一次結合を得
るようにこれらの二つの選択波長における信号およびノ
イズの関係を指示するグラフ、第５図は第５Ａ図、第５
Ｂ図および第５Ｃ図の位置関係指示図、第５Ａ図、第５
Ｂ図および第５Ｃ図は光度計の検出器に結合された電子
ユニットを説明するブロック線図である。 １０：閃光電球、 ！１，１３，１７，１２０：光線、 １５：レンズ、 １８．２１：第１および第２のコリメータミラー１９：
平行光線、 ２２：収束光線、 ２４：検出器列、 ２５：オーダ分類フィルタ、 ２６：電子ユニット。

Claims (61)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）試料中の少なくとも１つの発色団物質の濃度を測
    定する方法であって、 ａ）前記発色団物質を含む前記試料を通過する閃光光線
    を生じさせるために電球を閃光させること、ｂ）異なる
    波長での前記試料により吸光度値を測定すること、 ｃ）前記異なる波長での前記吸光度値の一次結合を決定
    し、これにより、前記発色団の濃度値を得ることを含む
    、濃度測定方法。
  2. （２）吸光度値の誤差が異なる波長において互いに関連
    付けられ、また、前記一次結合がこの相互関連に基づい
    て決定される、請求項１に記載の方法。
  3. （３）前記一次結合は相互に関連付けられた誤差の性質
    と、前記試料中の発色団の吸光係数の方向とを反映し、
    また、前記発色団の濃度の変化を測定することを含む、
    請求項２に記載の方法。
  4. （４）５つの異なる波長に関して前記吸光度値を測定す
    ることを含む、請求項３に記載の方法。
  5. （５）ａ）ａが吸光度値の列マトリクス、ｃがスカラー
    量の発色団濃度、ｅが前記発色団の吸光係数の列マトリ
    クス、また、ｆが誤差を示す列マトリクスである、ａ＝
    ｃ＊ｅ＋ｆで公式化されたベールの法則を適用すること
    により前記濃度を確定すること、 ｂ）制約ｋ＊ｅ＝１と、平均二乗誤差が最小である場合
    にｋ＊Ｆ＊ｋ’で表わされるノイズであってここにｋが
    前記一次結合の係数を成す行マトリクス、Ｆがｆの共分
    散誤差マトリクス、また、ｋ’がｋの転置マトリクスで
    あるノイズとに従って前記一次結合を決定すること、 ｃ）ｅ’がｅの転置マトリクスでありかつＦ＾−＾１が
    Ｆの逆マトリクスである、式 ｋ＝（ｅ’＊Ｆ＾−＾１＊ｅ）＾−＾１＊ｅ’＊Ｆ＾−
    ＾１に従ってｋの要素を決定することを含む、請求項３
    に記載の方法。
  6. （６）前記誤差マトリクスＦが、一定の媒体を通過する
    閃光から吸光度のレベル変化を測定することにより決定
    される、請求項５に記載の方法。
  7. （７）前記誤差マトリクスＦは複数対の波長の異なる組
    み合わせに関して測定される、請求項６に記載の方法。
  8. （８）前記異なる組み合わせは５つの波長の複数組から
    得られる、請求項７に記載の方法。
  9. （９）前記吸光係数ｅは、前記吸光度値に対する最良の
    線形適合を得るために、デミングの方法の一般化と固有
    ベクトル変換とを用いる選択された化学反応の発色団に
    関して決定される、請求項５に記載の方法。
  10. （１０）前記吸光係数の決定は、 ａ）前記電球が閃光する試料の化学反応の発色団の濃度
    の変化の間に決定される吸光度レベルの変化であって複
    数対の波長に関する前記吸光度レベルの変化の平均につ
    いての前記吸光度レベルの変化を観察することにより分
    散マトリクスＧを決定し、これより、前記マトリクスＦ
    によって特徴付けられる前記誤差に加えて複数対の波長
    において吸光度レベルが変化する相対量を前記マトリク
    スＧが反映し、また、 ｂ）前記マトリクスの誤差を表わすデータを取り除き、
    これにより、前記マトリクスＧから相対吸光係数を得る
    ことを含む、請求項９に記載の方法。
  11. （１１）前記マトリクスＦを固有ベクトル解析に付する
    こと、座標を固有ベクトル座標に変換するためのユニタ
    リ変換を得、これにより、吸光度レベルを固有ベクトル
    座標に移すこと、第２の変換であって該変換のマトリク
    スが対角線要素のみを含む第２の変換を得ることを含み
    、前記対角線要素は前記固有ベクトルの平方根である、
    請求項１０に記載の方法。
  12. （１２）分散マトリクスＧはユニタリ変換および第２の
    変換により変換され、前記固有ベクトルおよび変換され
    た分散マトリクスＧの値を決定し、変換された点のデミ
    ングの方法に従う線までの平均二乗直交距離を最小にす
    る最良の適合線を得ること、前記固有ベクトルを変換し
    て元の吸光度座標システムに戻すこと、および、前記吸
    光係数ｅの成分を得ることを含む、請求項１０に記載の
    方法。
  13. （１３）前記濃度の変化を決定することを含む、請求項
    １に記載の方法。
  14. （１４）前記濃度の変化を決定することを含む、請求項
    ９に記載の方法。
  15. （１５）試料中の少なくとも１つの発色団の濃度を決定
    する単一光線システムであって、前記試料を通る光線を
    瞬時に発するための電球と、前記試料を通過する光線を
    多数の波長に分光するための手段と、選択された多数の
    波長で前記光線の信号の強度を得るための手段と、異な
    る波長で前記強度値から吸光度値を決定するための手段
    と、２以上の波長で吸光度値の一次結合を選択するため
    の手段であってこれにより前記発色団の濃度値を得る選
    択手段とを含む、単一光線システム。
  16. （１６）前記閃光電球からの光線についてこれを分光す
    るためのモノクロメータおよび前記閃光電球からの光線
    を分岐させるためのレンズを含み、前記モノクロメータ
    は、発散する光線から、回折格子に向けられた平行光線
    を発現させるための第１のコリメータミラーであって前
    記回折格子が波長に従って平行光線を分光する第１のコ
    リメータミラーと、多数の光線を受けかつ前記多数の光
    線を反射させて１の面の複数の選択位置での収束光線と
    する第２のコリメータミラーであって前記面が前記収束
    光線の異なる波長のための予め選定された面に配置され
    ている第２のコリメータミラーとを含む、請求項１５に
    記載のシステム。
  17. （１７）前記予め選定された面の近傍にオーダ分類フィ
    ルタを含む、請求項１６に記載のシステム。
  18. （１８）前記閃光電球からの光線を試料ホルダを通る方
    向に向けるためのトロイドミラーと、スリットであって
    前記光線の選択された部分が前記スリットを通過しまた
    前記第１のコリメータミラーに向けられるように前記レ
    ンズに近接して配置されたスリットとを含む、請求項１
    ７に記載のシステム。
  19. （１９）少なくとも１０の異なる波長の光線を受け止め
    る、前記予め選定された面における検出器列と、選択さ
    れた異なる波長の前記光線が前記検出器列に通るように
    前記検出器列の前方に配置されたスリット列とを含む、
    請求項１８に記載のシステム。
  20. （２０）前記光線の選択された波長の強度信号をアナロ
    グの形態で受け取る、前記検出器列に接続された電子ユ
    ニットと、前記強度信号に関連するデジタル吸光度デー
    タを得るために前記アナログ強度信号を処理するための
    手段と、前記異なる波長での吸光度値の一次結合を得る
    ために前記デジタルデータを処理するためのプロセッサ
    手段と、前記吸光度値から連続した濃度値を決定するた
    めのプロセッサ手段とを含む、請求項１８に記載のシス
    テム。
  21. （２１）前記濃度の変化を決定するための手段を含む、
    請求項１５に記載のシステム。
  22. （２２）濃度変化を決定するための手段を含む、請求項
    ２０に記載のシステム。
  23. （２３）化学反応における吸光度値の変化量に対する最
    良の線形適合を得るために、デミングの方法と固有ベク
    トル変換とに従う選択された化学反応の発色団に関する
    吸光係数を決定する方法であって、電球が閃光する試料
    の化学反応の発色団の濃度の変化の間に決定される吸光
    度レベルの変化であって複数対の波長に関する平均吸光
    度レベルの変化の平均についての前記吸光度レベルの変
    化を観察することにより分散マトリクスＧを決定し、こ
    れより、吸光度レベルが選択された複数対の波長におい
    て変化する相対量を前記分散マトリクスが反映する、吸
    光係数決定方法。
  24. （２４）分散マトリクスＦが、さらに、誤差マトリクス
    の分散マトリクスにより特徴付けられる誤差を含み、ま
    た、前記誤差マトリクスを表わすデータを取り除き、こ
    れにより、前記分散マトリクスから前記発色団の相対吸
    光係数を得ることを含む、請求項２３に記載の方法。
  25. （２５）前記誤差マトリクスを固有ベクトル解析に付す
    ること、ユニタリ変換を得、これにより、吸光度座標を
    固有ベクトル座標に移すこと、および第２の変換であっ
    て該変換のマトリクスが対角線要素のみから成り、前記
    対角線要素は前記固有ベクトルの平方根である第２の変
    換を得ることを含む、請求項２４に記載の方法。
  26. （２６）分散マトリクスＧはユニタリ変換および第２の
    変換により変換され、変換された点のデミングの方法に
    従う線までの平均二乗直交距離を最小にする最良の通合
    線を得ること、前記固有ベクトルを変換して元の吸光度
    座標システムに戻すこと、および、前記吸光係数を得る
    ことを含む、請求項２５に記載の方法。
  27. （２７）試料内の発色団物質の濃度を測定する方法であ
    って、ａが測定された吸光度値の列マトリクス、ｃがス
    カラー量の発色団濃度、ｅが選択された化学反応の発色
    団の吸光係数の列マトリクス、また、ｆが誤差を示す列
    マトリクスであるａ＝ｃ＊ｅ＋ｆで公式化されたベール
    の法則を適用することにより前記濃度を確定すること、
    制約ｋ＊ｅ＝１と、平均二乗誤差が最小である場合にｋ
    ＊Ｆ＊ｋ’で表わされるノイズであつてｋが前記一次結
    合の係数を成す行マトリクス、Ｆがｆの共分散誤差マト
    リクス、また、ｋ’がｋの転置マトリクスであるノイズ
    とに従って前記一次結合を決定すること、ｅ’がｅの転
    置マトリクスでありかつＦ＾−＾１がＦの逆マトリクス
    である、式ｋ＝（ｅ’＊Ｆ＾−＾１＊ｅ）＾−＾１＊ｅ
    ’＊Ｆ＾−＾１に従ってｋの要素を決定することを含む
    、濃度測定方法。
  28. （２８）前記誤差マトリクスＦが、一定の媒体を通過す
    る閃光から吸光度のレベル変化を測定することにより決
    定される、請求項２６に記載の方法。
  29. （２９）前記誤差マトリクスＦは複数対の波長の異なる
    組み合わせに関して測定される、請求項２８に記載の方
    法。
  30. （３０）前記異なる組み合わせは５つの波長の複数組か
    ら得られる、請求項２９に記載の方法。
  31. （３１）試料中の発色団物質を通過する光線の異なる波
    長における吸光度値の一次結合を決定する方法であって
    、 ａ）前記発色団物質を含む前記試料を通過する閃光光線
    を生じさせるために電球を閃光させこと、 ｂ）異なる波長での前記試料により前記吸光度値を測定
    し、ここで吸光度値の誤差が異なる波長において相互に
    関連され、また、前記一次結合はこの相互関連を用いる
    ことを含む、一次結合決定方法。
  32. （３２）前記一次結合は相互に関連付けられた誤差の性
    質と、前記試料中の発色団の吸光係数の方向とを反映し
    、また、前記発色団の濃度の変化を測定することを含む
    、請求項３１に記載の方法。
  33. （３３）５つの異なる波長に関して前記吸光度値を測定
    することを含む、請求項３２に記載の方法。
  34. （３４）単一光線システムにおいて試料中の少なくとも
    １つの発色団物質の濃度を決定する方法であって、前記
    試料を通る光線を瞬間的に発生させること、前記試料を
    通過する光線を多数の波長に分光すること、選択された
    多数の波長において前記光線の信号の強度を得ること、
    異なる波長で前記強度値から吸光度値を決定すること、
    ２以上の波長で吸光度値の一次結合を選択し、これによ
    り前記発色団の濃度値を得ることを含む、濃度決定方法
    。
  35. （３５）前記閃光電球からの光線を分岐させること、分
    岐光線から、平行光線を発現させるための第１のコリメ
    ータミラーに前記分岐光線を向けること、平行光線を波
    長に従って多数の光線に分ける回折格子に向けて前記平
    行光線を向けること、前記光線を第２のコリメータミラ
    ーに向けかつ多数の分岐光線を反射させて１の面の複数
    の選択位置に向けられた収束光線とすること、および、
    異なる波長における前記面での前記光線の強度を処理し
    て濃度値として吸光度を決定することを含む、請求項３
    ４に記載の方法。
  36. （３６）前記面で作用的に検出器列を接続し、これによ
    り、前記光線の選択された波長の強度信号を得、また、
    異なる波長での吸光度値を得るために前記強度信号を処
    理する、請求項３５に記載の方法。
  37. （３７）前記濃度の変化を決定する、請求項３６に記載
    の方法。
  38. （３８）試料中の少なくとも１つの発色団物質の濃度を
    決定するためのシステムであって、 ａ）前記発色団物質を含む前記試料を通る光線を瞬時に
    発生させるための電球と、 ｂ）異なる波長における前記試料によって前記吸光度値
    を測定するための手段と、 ｃ）前記異なる波長での前記吸光度値の一次結合を決定
    し、これにより、前記発色団の濃度値を得るための手段
    とを含む、濃度決定システム。
  39. （３９）吸光度値の誤差が異なる波長において互いに関
    連付けられ、また、この相互関連を反映する前記一次結
    合を決定するための手段を含む、請求項３８に記載のシ
    ステム。
  40. （４０）前記一次結合は相互に関連付けられた誤差の性
    質と、前記試料中の発色団の吸光係数の方向とを反映し
    、また、前記発色団の濃度の変化を測定するための手段
    を含む、請求項３９に記載のシステム。
  41. （４１）５つの異なる波長に関して前記吸光度値を測定
    するための手段を含む、請求項４０に記載のシステム。
  42. （４２）最適な一次結合が決定される、請求項１に記載
    の方法。
  43. （４３）最適な一次結合が決定される、請求項３１に記
    載の方法。
  44. （４４）最適な一次結合を決定するための手段を含む、
    請求項３８に記載のシステム。
  45. （４５）前記最適な一次結合は、制約ｋ＊ｅ＝１と、ｋ
    ＊Ｆ＊ｋ’が最小であることに従って決定され、ここに
    ｋは前記一次結合の係数を成す行マトリクスを反映し、
    ｅは発色団の吸光係数の列マトリクスであり、また、Ｆ
    は共分散誤差マトリクスであり、さらに、ｋの要素は式 ｋ＝（ｅ’＊Ｆ＾−＾１＊ｅ）＾−＾１＊ｅ’＊Ｆ＾−
    ＾１に依り、ここにｅ’はｅの転置マトリクスでありま
    たＦ＾−＾１はＦの逆マトリクスである、請求項４２に
    記載の方法。
  46. （４６）３以上の波長数である、請求項４２に記載の方
    法。
  47. （４７）閃光光度計の閃光に関する相互関連ノイズを有
    する前記閃光光度計を用いて試料の吸光度値を測定する
    際に使用するための一次結合のための一組の係数であっ
    て、制約ｋ＊ｅ＝１と、最小のｋ＊Ｆ＊ｋ’とを有し、
    ここにｋが前記一次結合の係数を成す行マトリクスであ
    り、ｅは吸光度が決定される物質の試料中の発色団の吸
    光係数の列マトリクスであり、また、Ｆは共分散誤差マ
    トリクスであり、さらに、ｋの要素は式 ｋ＝（ｅ’＊Ｆ＾−＾１＊ｅ）＾−＾１＊ｅ’＊Ｆ＾−
    ＾１に依り、ここにｅ’はｅの転置マトリクスでありま
    たＦ＾−＾１はＦの逆マトリクスである、一次結合のた
    めの係数。
  48. （４８）試料中の少なくとも１つの発色団物質の濃度を
    決定する単一光線システムであって、前記試料を通る光
    線を瞬時に発するための電球と、前記試料を通過する光
    線を多数の波長に分光するための手段と、選択された多
    数の波長で前記光線の信号の強度を得るための手段とを
    含む、単一光線システム。
  49. （４９）閃光電球からの光線を分光させるためのモノク
    ロメータと、前記閃光電球からの光線を方向付けるため
    の光学要素とを含み、前記モノクロメータは、発散する
    光線から、回折格子に向けられた平行光線を発現させる
    ための第１のコリメータミラーであって前記回折格子が
    波長に従って平行光線を分光する第１のコリメータミラ
    ーと、多数の光線を受けかつ前記多数の光線を反射させ
    て１の面の複数の選択位置での収束光線とする第２のコ
    リメータミラーであって前記面が前記収束光線の異なる
    波長のための予め選定された面に配置されている第２の
    コリメータミラーとを含む、請求項４８に記載のシステ
    ム。
  50. （５０）オーダー分類フィルタが前記面に関して配置さ
    れていることを含む、請求高４９に記載のシステム。
  51. （５１）前記閃光電球からの光線を試料ホルダを通して
    スリットであって前記光線の選択された部分が前記スリ
    ットを通過しまた前記第１のコリメータミラーに向けら
    れるように前記レンズに近接して配置されたスリットに
    向けるためのトロイドミラーを含む、請求項５０に記載
    のシステム。
  52. （５２）少なくとも１０の異なる波長の光線を受け止め
    る、前記面における検出器列と、選択された異なる波長
    の前記光線が前記検出器列に通るように前記検出器列の
    前方に配置されたスリット列とを含む、請求項５１に記
    載のシステム。
  53. （５３）前記光線の選択された波長の強度信号をアナロ
    グの形態で受け取る、前記検出器列に接続された電子ユ
    ニットと、前記強度信号に関連するデータのようなデジ
    タル吸光度を得るために前記アナログ強度信号を処理す
    るための手段と、前記異なる波長での吸光度値の一次結
    合を得るために前記デジタルデータを処理するためのプ
    ロセッサ手段と、前記吸光度値から連続した濃度値を決
    定するためのプロセッサ手段とを含む、請求項５１に記
    載のシステム。
  54. （５４）前記濃度の変化を決定する、請求項５３に記載
    のシステム。
  55. （５５）単一光線機構からのモノクロメータの出力検出
    器列に作用的に接続された装置であって、前記出力検出
    器列は光線の通路における試料に関する前記光線の選択
    された波長の強度信号をアナログの形態で受け止めるよ
    うに適合されており、また、デジタル吸光度信号データ
    を得るために前記アナログ強度信号を処理するための手
    段を含む、装置。
  56. （５６）前記異なる波長での吸光度値の一次結合を得る
    ために前記デジタルデータを処理するためのプロセッサ
    手段と、前記吸光度値から連続した濃度値を決定するた
    めのプロセッサ手段とを含む、請求項５５に記載の装置
    。
  57. （５７）濃度変化を決定するための手段を含む、請求項
    ５６に記載の装置。
  58. （５８）前記アナログ強度信号は１０個の波長における
    ものであり、また、前記信号を受けるためのマルチプレ
    クサ手段と、５つの波長の強度信号を出力するための手
    段と、前記５つの波長強度信号を前記５つの波長におい
    て吸光度値を表わすログデジタル信号に変換するための
    手段とを含む、請求項５５に記載の装置。
  59. （５９）前記処理手段に出力を供給すべく、吸光度値ア
    ナログ信号を吸光度デジタル信号に多重送信するための
    手段を含む、請求項５８に記載の装置。
  60. （６０）前記プロセッサ手段は、制約Ｋ＊ｅ＝１と、平
    均二乗誤差が最小であるときのＫ＊Ｆ＊Ｋ’で表わされ
    るノイズとに従って前記一次結合を処理し、ここにＫは
    前記一次結合の係数を成す行マトリクスであり、Ｆはｆ
    の共分散誤差マトリクスであり、また、Ｋ’はＫの転置
    マトリクスであり、ｅは前記発色団の吸光係数の列マト
    リクスであり、ｆは誤差を表わす列マトリクスである、
    請求項５９に記載の装置。
  61. （６１）前記一次結合は最適な一次結合である、請求項
    ６０に記載の装置。
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