样品测定装置及样品测定方法与流程

1.本发明涉及对样品的吸光度或浓度进行测定的样品测定装置及样品测定方法。


背景技术：

2.测定样品(试样溶液)中的成分的浓度的方法中有吸光光度法。吸光光度法是对样品照射光来测定透射光量，使用朗伯-比尔定律根据光量的衰减量(吸光度)对浓度进行定量的方法。
3.朗伯-比尔定律是指溶液的吸光度与溶液的浓度和溶液的厚度(加入溶液的单元的光路长度)成比例的定律，将在浓度固定的情况下吸光度与光路长度成比例的定律称为朗伯定律，将在光路长度固定的情况下吸光度与溶液的浓度成比例的定律称为比尔定律。在利用吸光光度法的样品中的成分浓度测定中，要求能够以更简单的结构测定较宽的浓度范围(动态范围)。例如，作为能够使单元光路长可变而扩大动态范围的样本测定装置，例如已知有专利文献1至3。
4.但是，在测量这样的透射光量的吸光光度法的测定中，存在来自光源的光量的偏差直接反映于浓度的测量结果的偏差的问题。光量的偏差例如因温度变化引起的光源的发光量变化而产生。例如，在使用了led光源的情况下，发光量容易因温度而变动。如上所述，在使用led或摄像机等简易结构的情况下，存在光量的偏差大，无法准确地进行样品测定时的浓度的测量，并且动态范围变窄的问题。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2004-340804号公报
8.专利文献2：日本特开2006-194775号公报
9.专利文献3：日本专利第4220879号公报


技术实现要素：

10.发明所要解决的课题
11.本发明是鉴于上述课题完成的，其目的在于，提供即使在光源的光量不稳定的情况下也能够准确地测定样品的吸光度或者浓度，能够得到高动态范围的样品测定装置以及方法。
12.用于解决课题的手段
13.本发明的样品测定装置具备：试样容器，其收纳试样溶液；光源，其从第一方向对所述试样容器照射照射光；拍摄部，其从与所述第一方向交叉的第二方向拍摄基于在所述试样溶液中散射的光的所述试样溶液的图像；运算部，其基于所述图像来运算所述试样溶液的吸光度或浓度。所述运算部基于所述图像运算沿着所述第一方向的固定光路长度中的所述图像的光量的衰减程度，根据所述衰减的程度来运算所述试样溶液的吸光度或浓度。
14.另外，本发明的样品测定方法的特征在于，将试样溶液收纳于试样容器，从第一方
向对所述试样容器照射照射光，从与所述第一方向交叉的第二方向拍摄基于在所述试样溶液中散射的光的所述试样溶液的图像，基于所述图像运算沿着所述第一方向的固定光路长度中的所述图像的光量的衰减程度，根据所述衰减的程度运算所述试样溶液的吸光度或浓度。
15.发明效果
16.根据本发明，当从试样容器的第一方向照射从光源发出的照射光时，该照射光在试样溶液中散射。基于该散射光，通过拍摄部从与第一方向交叉的第二方向拍摄试样溶液的图像。运算部基于该图像运算试样溶液的吸光度或浓度。此时，运算部运算沿着第一方向的该图像的光量的衰减程度，根据该衰减程度运算试样溶液的浓度。在本发明中，从第一方向照射并在试样溶液中的多个不同的部位散射的光从第二方向在拍摄部中被拍摄为图像，根据其衰减的程度计算试样溶液的吸光度或浓度。该衰减的程度在固定光路长度中，即使有从光源照射的照射光的光量的变动，也不会大幅变动。在试样容器内的试样溶液中，在第一方向的多个位置照射光散射，这些多个位置的光路长度彼此不同。因此，无需追加复杂的结构就能够进行光路长度不同的测定。因此，根据本发明，能够提供即使在光源的光量不稳定的情况下也能够准确地测定浓度，能够得到高动态范围的样品测定装置以及方法。
附图说明
17.图1是对第一实施方式的样品测定装置的概略结构进行说明的概略图。
18.图2是对第一实施方式的样品测定装置的动作进行说明的概略图。
19.图3是对第二实施方式的样品测定装置的概略结构进行说明的概略图。
20.图4是对第二实施方式的样品测定装置的动作进行说明的流程图。
21.图5是表示通过摄像机14对校正用溶液sc1～5进行拍摄而得到的距离l与光量值(归一化后)的关系的图表。
22.图6是基于校正用溶液sc1～5的测定结果而得到的校准曲线的一例。
具体实施方式
23.以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在附图中，有时也以相同的编号显示功能上相同的要素。此外，附图表示基于本公开的原理的实施方式和安装例，但它们是用于理解本公开的附图，绝不是用于限定性地解释本公开。本说明书的描述只不过是典型的例示，在任何意义上也不限定本公开的权利要求书或应用例。
24.在本实施方式中，对本领域技术人员实施本公开进行了充分详细的说明，但也可以是其他的安装、方式，需要理解为能够在不脱离本公开的技术思想的范围和精神的情况下进行结构、构造的变更和各种要素的置换。因此，以后的记述并不限定于此进行解释。
25.[第一实施方式]
[0026]
参照图1～图2，对第一实施方式的样品测定装置进行说明。作为一例，该样品测定装置1构成为具备试样容器11、光源12、聚光透镜13、摄像机14(拍摄部)、a/d转换器15、运算控制部16(运算部)以及显示器18，构成为能够测量试样容器11内的试样溶液sm的吸光度或浓度。
[0027]
试样容器11例如是由矩形形状的、至少一部分由透明的材料构成，且构成为能够
在内部收容测定对象的试样溶液sm(试样)的容器。此处的试样容器11具备至少一部分透明的第一面s1和与第一面s1交叉且至少一部分透明的第二面s2。试样容器11的形状并不限定于矩形形状，只要能够执行下述说明的测定方法，就能够采用各种形状的容器。在图1中，将与该第一面s1大致正交的方向设为x方向(第一方向)，将与第二面s2大致正交的方向设为y方向(第二方向)，但第一面s1与第二面s2无需相互大致正交，只要成为后述的能够观察散射光的位置关系即可。
[0028]
在第一面s1上经由聚光透镜13配置有光源12。作为一例，光源12是led(light emitting diode：发光二极管)，例如可以优选使用发光波长660nm的单色led。但是，发光波长并不限定于此，另外，发光波长也不需要是单一波长，也可以采用发出多个波段的光的光源。从光源12发出的照射光l1由聚光透镜13聚光，经由第一面s1照射到试样溶液sm。在试样溶液sm中混合有粒子。作为粒子的一个例子，可以举出胶乳粒子，但并不限定于此。从第一面s1沿着x方向入射到试样溶液sm的照射光l1因粒子而散射，一部分向y方向散射。
[0029]
摄像机14与第二面s2对置，从与第二面s2大致正交的y方向对试样容器11以及试样溶液sm进行拍摄，取得图像信号。此外，摄像机14在图1中与试样容器11独立地配置，但试样容器11与摄像机14也可以为一体结构。由摄像机14取得的图像信号在a/d转换器15中转换为作为数字信号的图像数据之后，被输入到运算控制部16。运算控制部16在该数字图像数据中，运算图像中的至少2点间(已知的光路长度间)的光量的衰减程度(吸光度)，根据该运算结果，计算出试样溶液sm的粒子的浓度(粒子浓度)。计算出的浓度被显示于显示器18。
[0030]
运算控制部16例如能够由通用的计算机构成，通过对从摄像机14输入的作为数字数据的图像数据实施规定的运算处理，生成试样溶液sm的浓度的数据等。在使用通用的计算机的情况下，通过内部包含的处理器(例如cpu、gpu)执行程序，使用存储资源(例如存储器)、接口设备(例如通信端口)等，同时进行由程序决定的处理，由此能够执行必要的运算处理。处理器也可以包含进行特定处理的专用电路。在此，专用电路例如是fpga(field programmable gate array：现场可编程门阵列)、asic(application specific integrated circuit：专用集成电路)、cpld(complex programmable logic device：复杂可编程逻辑器件)等。
[0031]
程序也可以从程序源被安装到计算机。程序源例如也可以是程序分发服务器或计算机可读取的存储介质。在程序源是程序发布服务器的情况下，程序发布服务器可以包含处理器和存储发布对象的程序的存储资源，程序发布服务器的处理器将发布对象的程序发布到其他计算机。另外，在实施例中，可以将2个以上的程序作为1个程序来实现，也可以将1个程序作为2个以上的程序来实现。
[0032]
接着，参照图2，对该第一实施方式中的试样溶液sm的浓度的计算方法进行说明。
[0033]
若从第一面s1照射照射光l1，则照射光l1随着从图2的左方向向右方向前进，被试样溶液sm中的粒子等散射而逐渐衰减。通过摄像机14从y方向拍摄这样被照射光l1照射的试样溶液sm，取得该图像数据。图像数据被存储在运算控制部16内的未图示的存储部中。
[0034]
图2的下方的图表表示图像数据中的由照射光l1照射的试样溶液sm的位置处的距第一面s1的距离l与该位置处的光量值(归一化后)的关系的一例。
[0035]
由于散射光的关系，光量值在比第一面s1稍微离开的位置p1(距第一面s1的距离l＝l1)附近成为最大，以后越远离第一面s1则越减少。例如，在以远离第一面s1的顺序存在
测定点p1、p2、p3、p4的情况下，在测量了各测定点p1～p4的图像的光量的情况下，图像的光量越远离第一面s1则因粒子的散射等越是减少。
[0036]
试样溶液sm的浓度越大，该图表中的衰减程度(斜率)越大。因此，在运算控制部16中，确定已知光路长度的任意2点，例如测定点p2(第一测定点：距离l＝l2)和测定点p3(第二测定点：距离l＝l3≠l2)，在该确定的2个测定点p2、p3上测定光量值q2、q3。然后，运算该2点之间的光量值的衰减程度(以下，称为衰减量da)＝(q3-q2)/(l3-l2)。虽然省略了图示，但运算控制部16具备表示衰减量da与试样溶液sm的浓度的关系的查找表，通过参照该查找表，确定试样溶液sm的浓度。此外，测定对象的测定点p2、p3的位置能够适当变更。在测定点p2、p3的位置被变更的情况下，查找表也根据其位置而变更。
[0037]
另外，也可以按照在其他多个测定点的测定值执行测定来代替利用在测定点p2及p3的测定值。例如，在想要测定的试样溶液sm的浓度非常高的情况下，在远离第一面s1的测定点p3处的光量值q3成为非常小的值，有时难以进行测定。在该情况下，能够进行在更接近第一面s1的点即测定点p1以及p2的测定，并根据该测定结果进行浓度的计算，来代替在测定点p2以及p3处的测定。
[0038]
根据该第一实施方式的构造以及测定方法，即使来自光源12的照射光l1的光量因某种原因(温度变动、电源的变动、其他)而发生了变动，也能够准确地测定试样溶液sm的浓度，能够以高动态范围执行测定。在第一实施方式中，根据试样溶液sm中的至少2点间的图像的光量的衰减量da来测量试样溶液sm的浓度。
[0039]
如果照射光l1的光量发生变动，则各测定点处的图像的光量随之变动。但是，在相对于某照射光l1的光量的变化的各测定点处的光量的变动比例在多个测定点之间大致相同。因此，衰减量da与照射光l1的光量的变动无关，不会大幅变动。因此，根据该第一实施方式，即使照射光l1的光量发生了变动，也能够准确地测定试样溶液sm的浓度。另外，测定点p1～p4的位置在运算控制部16中不需要复杂的追加结构就能够容易地进行变更，因此也能够进行适当变更了光路长度的测定。因此，能够以高动态范围执行测定。
[0040]
此外，在上述第一实施方式中，主要说明了利用试样溶液sm(试样)中的粒子中的光的散射来测定该粒子的浓度的情况。也可以将试样溶液sm中的粒子的浓度设为恒定，测定试样溶液sm的吸光物质的浓度来代替测量试样溶液sm中的粒子的浓度。在该情况下，在由摄像机14和运算控制部16测量的图像数据中的光量值中，基于散射光的分量恒定，另一方面吸光物质越多，其光量值则越大。
[0041]
[第二实施方式]
[0042]
接着，参照图3～图6，对第二实施方式的样品测定装置进行说明。图3是说明第二实施方式的样品测定装置的整体构造的概略图。在图3中，关于与第一实施方式(图1)相同的结构要素，在图3中标注相同的参照符号，以下省略重复的说明。该第二实施方式与第一实施方式的不同点在于，具备存储校正用数据的校正用数据存储部19，能够根据该校正用数据测量测定对象的试样溶液da的浓度。
[0043]
校正用数据存储部19是存储对具有已知浓度的校正用溶液进行测量而取得的校正用数据的存储部。通过预先测定多种浓度已知的校正用溶液而得到校正用数据，表示衰减量da与吸光度ab的关系。通过与第一实施方式相同的方法，当得到测定对象的试样溶液sm的衰减量da时，通过参照该校正用数据，能够准确地测定试样溶液sm的吸光度或浓度。通
过参照根据具有已知浓度的校正用溶液的测定结果而得到的校正用数据并进行测定，能够得到可靠性更高的测定结果。
[0044]
接着，参照图4～图6对第二实施方式中的浓度的测量方法的执行步骤进行说明。图4是表示该测量方法的执行步骤的流程图，图5以及图6的图表对第二实施方式中的校正用数据的生成方法进行说明。
[0045]
在该方法中，在测定对象的试样溶液sm的测定之前，将校正用溶液sc(在此为5种校正用溶液sc1～sc5)依次注入试样溶液11，利用与第一实施方式中的试样溶液sm的测定同样的方法(图2)测量光量值。即，从x方向对注入了校正用溶液sc1～sc5的试样容器11照射照射光l1，用摄像机14从y方向拍摄基于散射光的图像，将其结果得到的图像数据保存于校正用数据存储部19(步骤s11)。
[0046]
接着，在运算控制部16中对在步骤s11中得到的校正用溶液sc1～sc5的图像数据进行解析，计算各测定点处的光量值(归一化后)，生成校准曲线(步骤s12)。
[0047]
图5是表示校正用溶液sc1～sc5的图像数据中的来自第一面s1的各测定点的距离l与各测定点处的光量值(归一化后)的关系的一例的图表。校正用溶液sc1～sc5各自的浓度和吸光度ab不同，浓度和吸光度ab越大，同一距离间的光量值的减少程度越大。在图5的例子中，校正用溶液sc1的浓度最小，以下按照校正用溶液sc2、sc3、sc4、sc5的顺序使浓度变大。因此，得到的图表的斜率(衰减量)也依次变大。作为一例，运算控制部16对作为测定点p2(距离l2)与测定点p3(距离l3)之间的光量值(归一化后)的减少程度的衰减量da进行测量，并基于该测量结果生成校准曲线。
[0048]
图6是从图5的图表得到的关于样品测定装置1的校准曲线的一例。该校准曲线能够取得储存于试样容器11的校正用溶液sc的吸光度ab与上述的衰减量da的关系，并将所得到的标绘点连结而形成。图6的校准曲线仅由直线连结多个标绘点而形成，但并不限定于此，也可以通过使用了最小二乘法等的近似计算来求出校准曲线。所得到的校准曲线作为校正用数据被存储于校正用数据存储部19。
[0049]
如果得到校准曲线，并作为校正用数据而存储在校正用数据存储部19中，则接着向试样容器11注入想要测定的试样溶液sm(样品)，执行与第一实施方式同样的测定。即，从注入有试样溶液sm的试样容器11的第一面s1沿着x方向照射照射光l1，在该状态下由摄像机14从y方向拍摄试样溶液sm(步骤s13)。由摄像机14得到的图像数据被存储在运算控制部16内的未图示的存储部中。运算控制部16计算在步骤s13取得并存储于存储部的图像数据中的各点的光量值(归一化后)(步骤s14)。
[0050]
并且，将在该步骤s14算出的光量值的数据与在步骤s12生成的校准曲线进行比较，基于其比较结果计算想要测定的试样溶液sm(样品)的浓度(步骤s15)。具体而言，测量关于试样溶液sm的图像数据中的点p2和点p3处的衰减量da，并根据校准曲线(图6)来确定与该衰减量da对应的吸光度ab。通过确定吸光度ab，在运算控制部16中计算对应的浓度值。计算出的浓度值被显示于显示器18。
[0051]
如以上说明的那样，根据该第二实施方式，将测量具有已知浓度的校正用溶液而取得的校正用数据存储于校正用数据存储部19，根据该校正用数据，能够准确地测量作为测定对象的试样溶液sm的浓度。
[0052]
本发明并不限定于上述的实施方式，包含各种变形例。例如，上述的实施方式是为
了容易理解地说明本发明而详细地进行了说明的方式，并不限定于必须具备所说明的全部结构。另外，能够将某实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，另外，也能够在某实施方式的结构中添加其他实施方式的结构。另外，对于各实施方式结构的一部分，能够进行其他结构的追加、删除、置换。
[0053]
附图标记的说明
[0054]1…
样品测定装置，11
…
试样容器，12
…
光源，13
…
聚光透镜，14
…
摄像机，15
…
a/d转换器，16
…
运算控制部，18
…
显示器，19
…
校正用数据存储部，s1
…
第一面，s2
…
第二面，sc(sc1～5)
…
校正用溶液，sm
…
试样溶液。