[发明专利]利用散射光的测定方法及测定装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用散射光的方法测定混合物样品中被分析物质、特别是尿或血浆等生物物质、定性定量测定作为其成分的葡萄糖、丙酮和尿素的方法及装置，特别涉及利用反司托克斯-拉曼(Anti-Stokes-Raman)光散射的测定方法及装置。

背景技术

利用光散射方法定量测定物质浓度的方法有多种。在利用拉曼散射方法中，有利用拉曼散射强度与试料中的葡萄糖浓度成比例关系的无损测定方法(参见特开平7-49309号专利公报)。为了抑制样品产生的荧光，利用近红外光作为激发光，用透镜汇聚来自样品的散射光，使用频率特性曲线凹下的滤光片屏蔽瑞利散射光后，用分光器分光可获得样品中目标物质的拉曼散射光谱，从而对目标物质进行定量测量。

在现有技术中，为了避开生物物质、从活体取出的物质或其它的荧光发生物质混合物产生的荧光，采用波长比该荧光波长长的激光作为激发光源来定量测定目标物质(见《激光拉曼分光与临床医学)》尾畸幸洋等著：OplusE 1992 4 92-99)。但是，由于拉曼散射强度随激发光波长的四次方成反比地减弱，所以，如果用近红外光作激发光，与用可见光光源激发相比，检测出的光强度明显变弱。

此外，在使用比可见光波长长的激光时，还必须使对应该激光的检测器和分光器适用于长波长。但当前近红外线的平面元件或矩阵元件的价格非常昂贵。在使用近红外波长光测定拉曼散射的方法中，还有利用傅立叶变换的FT拉曼分光方法，FT拉曼分光装置是大型仪器，其缺点是在测定过程中花费的时间长。

在利用上述拉曼散射或光散射方法测定样品时，来自样品的目标散射光谱往往被来自样品的荧光抵消。若样品是生物体本身，在从血液、尿、粪便、唾液、泪液等分离出的物质的情况下，或在食品、水果、农产品等情况下荧光特别强。

通过拉曼散射光谱可以观察比激发光的光量子能量高的光谱边界(以下用反司托克斯线表示)和比激发光的光量子能量低的光谱边界(下面用司托克斯线表示)。司拉克斯线是由于光照射到特定分子上时，保持光量子的分子中的少部分放出所保持的光量子后没有回到原来的振动能级上而返回到与电子的基态不同的振动能级(比基态高的能级)上产生的谱线。反司托克斯线是由于在比原来的基态能量高的能级上的电子释放出入射的光量子的大部分后没有返回到原来的能级上，与照射的光的一部分一起跃迁到基态产生的谱线。也就是说，因为反司托克斯线和司托克斯线的能量的宽度都等于振动激发态的能量与基态能量的差，所以反司托克斯线与司托克斯线的移动波数出现在以激发光为对称的位置上。

只要激发光谱与荧光光谱交叉的范围不宽，荧光光谱存在相对激发光量子能量低的范围即在波长长的范围内，从量子理论上考虑，通过照射的光能，处在基态或其它能级的电子只被照射的光能激励，在从该激发能级跃迁到基态的时间内是通过瞬间限于多能级上发生的，即荧光一般产生在比激发光量子能量低的范围(长波侧)。

因此，如果观测拉曼散射分析中的反司托克斯线，则通过避开荧光影响，通过拉曼分光分析方法可以获得试料样品中目标物质成分的光谱，借助于观察目标物质的光谱变化和强度进行被分析物质的定性和定量分析。

在反司托克斯-拉曼散射的研究中，有将泵光和探测器光射入被测定物质测定反司托克斯-拉曼散射的相干的反司托克斯-拉曼分光(CARS)方法。这种分光法的原理是：将两束不同频率的光射入样品中，当这两束入射光的量子能量差与拉曼散射跃迁的频率一致时，只使拉曼散射的跃迁频率的谱发生强迫振动，利用物质内部的强制振动产生相位同步的非线性振动。因此，在用CARS方法的反司托克斯-拉曼散射光谱中与通常的线性拉曼散射光谱的浓度和目标物质的拉曼散射强度的关系不同，光与物质的非线性相互作用变得明显。另外，多光子吸收跃迁，高次相干的过程引起的散射，感应拉曼散射和周波与高次谐波发生等非线形现象共存，其光谱也不一定能线性地反映目标样品的浓度。因此不能把CARS作为定量分析方法使用。

另外，在分光系统中，需要几个激光光源，因此，增大了装置规模。

反司托克斯-拉曼散射光谱与司托克斯-拉曼散射光谱的强度比由以下的玻尔兹曼分布公式近似表示。式中：  h：普朗克常数

    k：玻尔兹曼常数

    T：绝对温度

    v：拉曼移动波数