(57)【要約】  本発明は、測定媒体（Ｆ）中の粒子（Ｐ，ＰＫ）の散乱光（Ｌ２）を測定する方法であって、測定容器（１）に測定媒体（Ｆ）を供給し、入射光（Ｌ１）を測定媒体（Ｆ）中の少なくとも幾つかの領域に或る特定の光路長（ｌ）にわたって且つ或る特定の方向で光らせ、入射光（Ｌ１）から散乱した光（Ｌ２）を或る特定の角度範囲（α）内で測定する（４，１５）形式の方法に関する。本発明によれば、入射光（Ｌ１）を測定容器（１）の長手方向軸線（Ｓ）に平行に案内する。このような測定によって、公知の方法を技術改良することができ、測定媒体（Ｆ）の極めて僅かな測定容量であってもこのためにこれに伴って測定容器（１）の小さなサイズを用いることが可能である。
2014522968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定媒体（Ｆ）中の粒子（Ｐ，ＰＫ）の散乱光（Ｌ２）を測定する方法であって、測定容器（１，１８）に前記測定媒体（Ｆ）を供給し、入射光（Ｌ１）を前記測定媒体（Ｆ）中の少なくとも幾つかの領域に或る特定の光路長（ｌ）にわたって且つ或る特定の方向で光らせ、前記入射光（Ｌ１）から散乱した光（Ｌ２）を或る特定の角度範囲（α）内で測定する（４，１５）方法において、前記入射光（Ｌ１）を前記測定容器（１，１８）の長手方向軸線（Ｓ）に平行に案内する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記入射光（Ｌ１）を前記測定容器（１，１８）の対称軸線（Ｓ）に沿って案内する、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記散乱光（Ｌ２）を前記入射光（Ｌ１）に対して約９０°の角度（α）で測定する、
請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記散乱光（Ｌ２）を測定（４）前に集束させる（３，Ｌ３）、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
アパーチュア（Ａ）を備えた光デバイス（３）を用いて前記散乱光（Ｌ２）を集束させ、前記アパーチュアは、前記測定媒体（Ｆ）を通る前記入射光（Ｌ２）の前記光路長（ｌ）よりも小さく、前記光デバイス（３）の前記アパーチュア（Ａ）は、該アパーチュア（Ａ）が前記光路長（ｌ）に沿って実質的に中央に配置されるよう位置合わせされている、
請求項４記載の方法。
【請求項６】
回転対称測定容器を前記測定容器（１，１８）として用いる、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
好ましくは近赤外範囲の波長を有するレーザの前記光（Ｌ０，Ｌ１）として用いる、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法を実施する装置（１０）であって、測定媒体（Ｆ）を充填することができる測定チャンバ（１８）のための少なくとも１つの入れ物（１１）と、前記測定容器（１８）に入射する少なくとも１本の光ビーム（Ｌ１）を生じさせる少なくとも１つの光源（１２）と、散乱光（Ｌ２）を測定する少なくとも１つの検出器（１５）とを有する、装置において、前記装置（１０）内において、生じた光（Ｌ０）は、前記入れ物（１１）内に配置された前記測定容器（８）の長手方向軸線（Ｓ）に平行に少なくとも部分的（Ｌ１）に延びるビーム光路（Ｌ０，Ｌ１）を有する、
ことを特徴とする装置（１０）。
【請求項９】
前記ビーム光路（Ｌ０，Ｌ１）内において、前記光ビーム（Ｌ０）を特に９０°偏向させる少なくとも１つのデフレクタユニット（１３）が設けられている、
請求項８記載の装置（１０）。
【請求項１０】
前記検出器（１５）の前に前記散乱光（Ｌ２）を集束させる（Ｌ３）光デバイス（１４）が設けられている、請求項８又は９記載の装置（１０）。
【請求項１１】
前記入れ物（１１）は、回転対称測定容器（１８）を収容するのに適している、
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の装置（１０）。
【請求項１２】
測定容器（１８）を前記入れ物（１１）中に挿入することができ、前記光デバイス（１４）のアパーチュア（Ａ）が前記測定媒体（Ｆ）を通って前記測定容器（１８）内に入射する光ビーム（Ｌ１）の光路長（ｌ）よりも小さく、前記アパーチュア（Ａ）は、前記光路長（ｌ）に沿って実質的に中央に位置合わせされる、
請求項１０又は１１記載の装置（１０）。
【請求項１３】
前記検出器（１５）の前に干渉フィルタが配置され、前記干渉フィルタの透過範囲は、生じる前記光（Ｌ０）の波長に対応している、
請求項８〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定媒体中の粒子の散乱光を測定する方法であって、測定容器に測定媒体を供給し、入射光を測定媒体中の少なくとも幾つかの領域に或る特定の光路長にわたって且つ或る特定の方向で光らせ、入射光から散乱した光を或る特定の角度範囲内で測定する形式の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
公知の濁度計の大部分は、このような方法によって動作する。濁度は、媒体（例えば、液体）中に存在する懸濁（非溶解）粒子に対する散乱光により生じる光学現象に関する従来用語である。
【０００３】
光のビームが粒子に当たると、光ビームは、粒子のサイズ、形状及び色に応じて反射、散乱、又は吸収される。粒子の形状及び表面の性状によって、光は、あらゆる方向に互いに異なる強度で散乱する。
【０００４】
このため、濁度を測定することによって、測定媒体の純度に関する結果を導き出すことができる。
【０００５】
したがって、濁度測定は、多くの分野において利用されている。この結果、濁度測定は、あらゆる産業部門、例えば食品業界、水処理業界、化粧品業界及び化学薬品業界の処理／品質管理において重要な価値を有する。医学診断において、例えば体液中の抗原又は抗体反応（例えば、血液凝固）及びタンパク体の状態は、濁度の測定することによって判定される。
【０００６】
測定媒体、例えば液体の濁度は、先行技術においては、吸光測定（透過光測定）又は散乱光測定かのいずれかによって行われている。
【０００７】
透過光測定では、光の集束ビームを測定媒体中に通し、透過ビームからの光の損失を求める。このようにして求められた散乱係数は、入射光ビームからの散乱光の全体に対応している。
【０００８】
散乱光測定では、光検出器が散乱光の測定軸線上に配置される。従来型濁度計の大部分は、いわゆる９０°散乱法によって、即ち、散乱光を測定する検出器が入射光ビームの軸線に対して９０°の角度をなして位置決めされた場合に測定を行う。
【０００９】
通過する光の測定は、大きな濁度に適しているに過ぎず、これに対し、散乱光測定は、好ましくは、濁度状況の低い場合、即ち、低粒子濃度の場合に用いられる。
【００１０】
したがって、医薬品実験部門で用いられる濁度計は、一般に、９０°散乱法によって動作する。従来型濁度計は、典型的には、１０ｍｌを超える測定量を必要とし、これは、高価なサンプル液体（例えば、高純度タンパク溶液）の場合には適していない。と言うのは、これは、貴重なサンプル液体の無駄になるからである。
【００１１】
このため、市販の実験室機器よりも極めて僅かな測定量であっても利用することができる濁度計の測定構成が望ましい。
【００１２】
従来型測定装置における基本的な問題は、従来実験室手順において測定量の場合に測定されるべき量又は体積の媒体中における入射光の移動距離が特に低い濁度値の場合に短すぎるので測定のための十分な「散乱ポテンシャル」を生じさせることができないということにある。この恐れは、当然のことながら、サンプルの量又は測定量が減少すると増大する。別の問題は、僅かなサンプル量が又、小さな測定容器（キュベット）を必要とし、この結果、キュベットの壁に対して妨害的な散乱が生じることにある。この場合、実際の濁度測定信号と同等な場合のある光信号が生じ、したがって、これによって測定誤差が生じる。
【００１３】
濁度を比較的に測定することができるようにするために、濁度標準液「ホルマジン（formazine）」が作られたが、この標準液は、ＩＳＯ規格７０２７のレシピに従って商業的に得ることができる化学薬品から容易に再現することができる。これにより、濁度機器の満足の行く較正が可能である。
【００１４】
ホルマジンという液体の希釈に関する最もありふれた濁度単位として以下について言及することができる。
【００１５】
ＦＮＵ（ホルマジン比濁分析単位、ＩＳＯ７０２７に従って９０°の角度をなした散乱光の測定）、ＦＡＵ（ホルマジン減衰単位、ＩＳＯ７０２７に従って０°の角度をなした透過光測定）、ＦＴＵ（ホルマジン濁度単位、水の前処理に用いられる）、ＮＴＵ（比濁分析濁度、ＵＳＡ規則に従って９０°の角度をなした散乱光の測定）及びＴＥ／Ｆ（濁度単位／ホルマジン、水前処理で用いられる独国単位）。
【００１６】
測定光として可視波長範囲（例えば、６５０ナノメートル又は８６０ナノメートル）の光が用いられる。
【００１７】
独国特許出願公開第２８４７７１２（Ａ１）号明細書から、請求項１の前提部の特徴を有する方法によって動作する濁度測定装置が知られている。この濁度測定装置は、管状測定容器を収容することができるハウジング及び更に光ビームを測定容器の長手方向軸線に対して直角をなして放出する光源を有する。光検出器が入射光ビームに対して直角をなしてハウジング内に且つ散乱光軸線に対して中央に位置合わせされる。濁度測定装置の感度を散乱光まで引き下げることができない光信号、例えば入射光ビームの内部反射光及び場合によっては検出器に達する周辺光まで減少させるため、検出器の周りに、更に、特定の空間構成において測定容器の周りに多くの光シールド（シャッタ）が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】独国特許出願公開第２８４７７１２（Ａ１）号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、この特許文献に示された濁度測定装置は、医薬品実験室部門において好ましい場合のある極めて僅かな測定量には不向きである。
【００２０】
本発明を解決しようとする課題は、請求項１の前提部に記載された方法を改良すると共に医薬品実験室部門において見受けられる特に極めて僅かな測定量の濁度測定に適したこの目的に叶う装置を提供するということにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この課題は、請求項１及び請求項８の特徴によって解決される。
【００２２】
本発明の有利な別の特徴及び実施形態は、それぞれの従属形式の請求項の内容から予想できる。
【００２３】
したがって、本発明は、測定媒体中の粒子の散乱光を測定する方法であって、測定容器に測定媒体を供給し、入射光を測定媒体中の少なくとも幾つかの領域に或る特定の光路長にわたって且つ或る特定の方向で光らせ、入射光から散乱した光を或る特定の角度範囲内で測定する形式の方法を出発点としている。
【００２４】
本発明によれば、入射光を測定容器の長手方向軸線に平行に案内することが提案される。
【００２５】
これにより、小さな測定容器を必要とする極めて僅かな測定量であっても、満足の行く濁度測定を達成することが驚くべきほど簡単な仕方で可能になる。極めて僅かな容量、例えば約１００μｌの測定容器であっても、適正な測定に適した測定媒体を通る入射光ビームの光路長を達成することが可能である。例えば、内径が３ｍｍであり、１００μｌの量の測定用液体の入ったキュベットは、サンプル中の液体に約１４ｍｍの往路長を与えることができる。この測定方法の別の利点は、入射光を通過させる（特に、測定容器の壁の付近において）妨害的な境界面が公知の測定方式よりもこの方法によって互いに極めて遠くに離れて位置するということにある。
【００２６】
本発明の技術的思想の非常に好都合な実施形態によれば、入射光を測定容器の対称軸線に沿って案内することも又提案される。これにより、入射光ビームに対して直角をなしていても測定容器の境界面から可能な限り最も長い距離を達成することが可能であり、それにより、境界面から測定容器の壁への散乱光の反射が減少する。散乱光を測定容器から一層満足の行く状態で取り出すことができる。
【００２７】
また、散乱光を入射光に対して約９０°の角度で測定すれば有利であることが判明した。これにより、低い濁度値であっても、即ち、ほんの僅かな又は極めて僅かな粒子が存在していても高い測定感度の実現が可能である。
【００２８】
この方法の測定感度を散乱光が測定前に集束されると一段と増大させることができる。これは、例えば、簡単な光デバイス、例えばコリメータレンズ又は対物レンズによって実施できる。このように、散乱光を例えば散乱光の広い散乱角を光検出器によって依然として検出できる場合に光検出器の方へ容易に偏向することができる。検出器のアパーチュア角度が事実上増大する。更に、光デバイスを入射光ビーム上に焦点合わせすることによって、検出器のための測定容器の境界面のところでの妨害的な反射及び散乱が最小限に抑えられる。
【００２９】
本発明の別の特徴によれば、散乱光を集束させるため、測定媒体中の入射光の光路長よりも小さいアパーチュアを備えた光デバイスが用いられる。光デバイスのアパーチュアは、上述の光路長のほぼ中心に位置するよう位置合わせされる。これは又、検出器のための測定容器の境界面（空気／液体、液体／測定容器ベース）のところでの妨害的反射及び散乱を減少させるのに役立つ。
【００３０】
回転対称、特に円筒形の測定容器を用いることにより、最適な測定結果が得られることが判明した。これにより、測定容器から散乱光の非常に良好な取り出しが得られる。
【００３１】
それと同時に、光としてレーザからの光を用いることが好都合である。と言うのは、これにより、単色性の、特に互いに平行な光ビームを作ることができるからである。光ビームは、測定装置内で極めて正確に調節可能である。好ましくは、用いられるレーザ光の波長は、近赤外範囲（ＮＩＲ）にあり、即ち、約７８０〜３０００ｎｍの波長である。
【００３２】
上述したように、本発明は又、本発明の方法を実施するための装置に関する。
【００３３】
本発明は、この場合、測定媒体を充填することができる測定チャンバのための少なくとも１つの入れ物と、測定容器に入射する少なくとも１本の光ビームを生じさせる少なくとも１つの光源と、散乱光を測定する少なくとも１つの検出器とを有する装置を出発点としている。
【００３４】
本発明の方法を実施するため、本発明によれば、この装置内において、生じた光は、入れ物内に配置された測定容器の長手方向軸線に平行に少なくとも部分的に延びるビーム光路を有することが今、提案される。
【００３５】
この装置の別の特徴によれば、ビーム光路内において、光ビームを特に９０°偏向させる少なくとも１つのデフレクタユニットが設けられることが提案される。この種のデフレクタユニットは、例えば、プリズム又は鏡の形態をしているのが良い。その利点は、例えば、これにより装置の全高を減少させることができるということにある。
【００３６】
しかしながら、変形例として、ビームスプリッタを用いることが可能であり、このビームスプリッタでは、検出のために放出された光ビームの一部を案内して第２の検出器に当て、その後測定容器内に導入し、次に入射光ビームの光出力を対応の評価ユニットによってモニタすることができる。入力信号と出力信号を比較することによって、光源の出力の変化を補償し又は調節することができる。
【００３７】
さらに、好都合には、検出器の前に散乱光を集束させる光デバイスが設けられる。光デバイスは、例えば、コリメータレンズ又は対物レンズであるのが良い。上述したように、入射散乱光のための検出器のアパーチュアの角度をこのようにして事実上増大させることができ、それにより、最終的には、装置の測定感度が向上する。
【００３８】
この装置と関連して回転対称測定容器を用いることができるようにするため、装置の入れ物は又、回転対称測定容器を保持するのに適したものであるべきである。
【００３９】
検出器のための境界面のところでの散乱を減衰させるため、測定容器は、光デバイスのアパーチュアが測定媒体を通って測定容器に入射する光ビームの光路長よりも小さく、しかもアパーチュアがこの光路長に沿って実質的に中央に位置合わせされるように入れ物内に挿入されるようになっているのが良い。
【００４０】
本発明の別の利点及び別の実施形態は、添付の図面によって例示的に示されている実施形態から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の方法の略図である。
【図２】本発明の方法を実施するための本発明の装置の略図である。
【図３】先行技術の公知の方法の略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
先ず最初に、図１を参照する。
この図は、直径Ｄ及び長さＬの円筒形測定容器１を示している。測定容器１には部分的に測定用液体Ｆが充填される。
非溶解状態の粒子Ｐが液体Ｆ内に存在し、それにより液体Ｆの濁度が生じている。
【００４３】
以下の手順は、液体Ｆの濁度を測定するために利用される。
適当な光源（図示せず）を用いて、測定容器１又は液体Ｆ中に入射する光ビームＬ１が作られる。入射光ビームＬ１は、液体Ｆを通って距離Ｉにわたって移動する。
【００４４】
明らかなように、入射光ビームＬ１は、測定容器１の長手方向対称軸線Ｓに平行に、特にこの対称軸線Ｓに沿って案内される。
【００４５】
一例を挙げると、衝突粒子ＰＫが特に示されており、この衝突粒子のところで、入射光ビームＬ１が散乱される。これにより、散乱光ビームＬ２が生じ、このような散乱光ビームＬ２は、光ビームＬ３を形成するようコリメータレンズ３によって集束され、検出器４（例えば、フォトダイオード）に差し向けられる。検出器４は、入射光ビームＬ１に対して約９０°の角度αをなす測定軸線Ｍに沿って位置合わせされている。
【００４６】
また、測定方法は、液体Ｆを通る入射光Ｌ１の移動距離Ｉがコリメータレンズ３のアパーチュアＡよりも大きいように実施される。コリメータレンズ３のアパーチュアＡは、光路長ｌに対して実質的に中央に位置合わせされている。
【００４７】
次に、図２を参照すると、濁度計１０が示されている。濁度計１０は、円筒形測定容器１８を受け入れる受け入れ開口部１１を有している。保持要素１９が測定容器１８を固定するために設けられ、これら保持要素１９は、測定容器１８の互いに異なる円周方向箇所に当接している。
測定容器１８には部分的に測定されるべき液体Ｆが充填されている。
【００４８】
測定を実施するため、ユーザは、今や、入力ユニット１６（例えば、感圧ＬＣＤモニタ、いわゆるタッチスクリーン）によって適当な測定プログラムを開始するのが良い。
【００４９】
ユーザにより入力される情報を適当な制御・記憶・評価ユニット１７によって処理し、それによりレーザユニット１２は、所定の測定期間にわたって光ビームＬ０を放出する。光ビームＬ０は、プリズムの形態をした光デフレクタユニット１３によって９０°偏向され、その結果、光ビームＬ１は、測定容器１８に、それ故、液体Ｆに入射し、これらの中で光る。
【００５０】
変形例として（破線で示されているように）、デフレクタユニット１３は、例えばビームスプリッタ（１３′）の形態をしていても良く、それにより、光ビームＬ０′及び光ビームＬ１への光ビームＬ０の分割が生じる。次に、分割された光ビームＬ０′を評価ユニット１７に結合された検出器２５に差し向けるのが良い。
【００５１】
このように、入ってくる光ビームＬ０の光学性能をモニタすることができる。入力信号の出力信号を比較することによって、レーザユニット１２の性能の変動を補償し又は調節することができる。
【００５２】
理解されるように、光ビームＬ１は、円筒形測定容器１８の対称軸線Ｓを通って案内される。それと同時に、光ビームＬ１は、液体Ｆ中で距離Ｉにわたって移動する。液体Ｆ中に位置する粒子に基づく濁度を測定するため、フォトダイオードの形態をした検出器１５が光ビームＬ１に対して約９０°の角度αをなして配置された測定軸線Ｍに沿って配置されている。この検出器１５は、情報伝達目的で制御・記憶・評価ユニット１７に結合されている。
【００５３】
液体Ｆ中で散乱した光ビームＬ２は、検出器１５の前に配置されていて、検出器に向かってアパーチュアＡを有するコリメータレンズ１４によって集束され、それにより光ビームＬ３が生じる。アパーチュアＡは、液体Ｆ中で光ビームＬ１が移動した距離Ｉよりも小さいように選択されていることは明らかであり、測定容器１８は、アパーチュアＡが上述の光路長ｌに対して実質的に中央に位置合わせされるよう受け入れ開口部１１内に挿入されている。
【００５４】
さらに、検出器１５の前に干渉フィルタ（図示せず）が配置されることが想定でき、その透過範囲は、レーザ光の波長に対応している。これにより、レーザユニット１２から来ない外部光に対する限度を減少させることができる。
【００５５】
更に、ユーザを放出される光放射線Ｌ１から遮蔽する保護カバー２４が設けられている。保護カバー２４は、測定容器１８を保護カバー２４の存在にもかかわらず受け入れ開口部１１内に挿入することができるよう可撓性であると共に／或いは動くことができる（二重の矢印を参照されたい）。
【００５６】
最後に、図３と関連して、公知の先行技術について大まかに説明する。
図３は、測定されるべき液体Ｆが入れられた測定容器２０を示している。液体Ｆの濁度を測定するため、先ず最初に、光源２１によって光ビームＬ４を作り、この光ビームＬ４は、測定チャンバ２０に入り、そして透過光ビームＬ６として測定容器から再び出て来る。透過光ビームＬ６の強度は、検出器２２によって測定され、これから、液体Ｆの濁度を導き出すことができる。検出器２２は、光ビームＬ４の軸線と一致した測定軸線Ｍ２に沿って配置されている。透過光測定が原理的に達成される。
【００５７】
散乱光測定動作モードも又、原理的に示されている。検出器２３が光ビームＬ４の軸線に対して約９０°の角度をなして配置された測定軸線Ｍ１に沿って配置されている。検出器２３は、液体Ｆ中での散乱に基づいて生じた光ビームＬ５を測定する。測定容器２０は、対称軸線Ｓを備えたキュベットである。
【００５８】
光ビームＬ４の妨害的散乱及び多数回の反射が、特に測定容器２０の壁により提供される境界面Ｇ１〜Ｇ４のところで生じ、これは、測定容器２０のサイズが小さいと、より顕著になる。
【符号の説明】
【００５９】
１  測定容器
２  コリメータレンズ
４  検出器
１０  濁度計
１１  受入れ開口部
１２  レーザユニット
１３  デフレクタユニット
１４  コリメータレンズ
１５  デフレクタ
１６  入力ユニット
１７  制御・記憶・評価ユニット
１８  測定容器
１９  保持要素
２０  測定容器
２１  光源
２２  デフレクタ
２３  デフレクタ
２４  保護カバー
２５  デフレクタ
Ａ  コリメータレンズのアパーチュア
Ｄ  測定容器の直径
Ｆ  液体
Ｇ１〜Ｇ４  境界面
Ｉ  液体を通る入射光の移動距離
Ｌ  測定容器の長さ
Ｌ０  光ビーム
Ｌ０′  分割された光ビーム
Ｌ１  入射光ビーム
Ｌ２  散乱光ビーム
Ｌ３  集束光ビーム
Ｌ４  入射光ビーム
Ｌ５  散乱光ビーム
Ｌ６  透過光ビーム
Ｍ  散乱光用の測定軸線
Ｍ１  散乱光用の測定軸線
Ｍ２  透過光用の測定軸線
Ｐ  粒子
ＰＫ  衝突粒子
Ｓ  測定容器の対称軸線
α  入射光ビームと散乱光用の測定軸線とのなす角度
【図１】
2014522968.tif 000003
【図２】
2014522968.tif 000004
【図３】
2014522968.tif 000005
【国際調査報告】
2014522968.tif 000006
2014522968.tif 000007
2014522968.tif 000008
2014522968.tif 000009
2014522968.tif 000010
2014522968.tif 000011