用于确定可变形容器中的物质的浓度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明所具有的任务是，W光学方式确定具有晓性壁部的容器中的成分的浓度， 而不必专口检测壁部的光学特性。
【背景技术】
[0002] 常常需要确定封闭容器中的样品或流体的一种或多种成分的如浓度之类的参数， 而不打开容器和取出液体。属于此的是无菌地封闭的流体或者显示出与周围环境的强烈反 应的流体。
[0003] 如果容器具有部分透明的壁部，则利用组分的吸收和/或散射来确定所期望的参 数的光谱方法适用于此。通常在两个波长处进行测量W用于确定浓度:一个波长，其强烈依 赖于成分的浓度;并且第二波长，其仅仅弱地依赖于成分的浓度并且用于校正通常出现的 衰减。另外的要确定的成分于是需要另外的波长。运在相同测量条件下、即例如在容器显示 出同样的光学衰减时良好地运行。
[0004] 但是当相应容器的壁部的相关光学特性是未知的时，运些方法变为不精确的，因 为材料、壁厚和表面结构因测量情况而异。
[0005] 当容器或成分对光学福射进行散射时，出现另一问题。在先公知的是用于透视流 体和固体的方法，所述方法可W基于透射路径的长度、输入强度和成分的分子消光的知识 从输出强度的测量中确定所述成分的浓度（朗博特-比尔定律）。当容器壁部的散射或者成 分的散射(依赖于浓度)变为与入射光学福射的吸收类似大小时，运样的方法遇到其极限。
[0006] 在此提供解决方案的是如下方法，所述方法利用对未被吸收的福射分量的检测、 例如横向于传播方向的福射分量，W便确定经多重散射的分量。
[0007] 另一预先公知的用于在光路中出现的多重散射的解决方案还有，借助于理论假设 来模拟福射传播(例如蒙特卡洛模拟）。但是运同样W如下条件为前提:要测量的样品的所 测量的特性仅仅是由成分的浓度差导致的或容器壁部的光学特性是预先已知的。
[0008] 同样可W在容器壁部的光学特性预先已知的情况下根据测量利用成分的预先确 定的浓度进行校准。在此，测量情况一一即在使用福射的情况下容器壁部的吸收和/或散 射一一的改变导致确定成分浓度时的误差。
[0009] 运些方法是W分类方式在透射路径中的少量散射的情况下在透射装置中做出的， 其中样品被定位在光源与探测器之间。在较强散射样品的情况下的一个替代方案是反射比 测量，其中位于样品的相同侧上的光源与探测器之间的透射路径通过散射穿过由散射确定 的体积。
[0010] 但是如果流体未能被设置或包围在具有壁部的相同特性的容器中，则所有运些方 法都失效，因为例如容器或流体源自不同制造商。
[0011] DE 603 12 737 T2描述了一种从散射光测量中衍生的方法，其中描述了一种装置 和一种方法W用于检测经至少两次散射的光，其具有至少一个L邸作为源(作为"组"围绕四 周布置）W及一个或多个光电二极管作为接收机（同样作为"组"围绕四周布置）。运可W由 探测器的沿着软管长度更远布置的环来补充。通过在红外光的情况下在Lm)不直接照射探 测器的情况下检测散射，到透析装置的输入软管处的血细胞比容通过软管的张紧被确定。 为了从一-未提到但必要的一-校准来将情况保持为可控的，将软管导管夹住，即将圆形 的软管几何形状转换成对光源和探测器为平面的表面。该检测利用至少两个光路进行、即 一个L邸和至少两个错开布置的光电二极管。
[0012] 在DE 698 35 142 T2中同样描述了用于测量等离子体袋系统的解决方案，其中描 述了可自动化组装的软管支架，在该软管支架上利用透射或反射装置中的光波导连接宽带 光源和分光计，其中福射穿过软管上的可能的文字被传输。从至少在两个波长范围中测量 的衰减的斜率中（在考虑参考支路中的灯光谱的情况下)确定血红蛋白、胆红素、胆绿素、亚 甲蓝(被用于病毒灭活)的浓度和脂肪乳剂等价物中的浑浊度。
[0013] 如果利用具有光源与探测器之间的不同间距的反射比测量，则可W有针对性地影 响透射体积并且通过运种方式将壁部与处于其后面的样品和/或流体分隔开。运在如下情 况下失灵:壁部的表面形态(结构)导致散射，在测量域的区域中侧向是不同的和/或壁部的 厚度与光路不协调，使得没有或过少福射分量侵入到成分中。
[0014] 也就是说，所期望的是一种方法，其能够最小化容器壁部的未知但在各个测量期 间恒定的对测量结果或分析的光学干扰影响。
[0015] 从DE 198 80 369中预先公知了一种用于在对所测量身体部位的外部机械作用的 情况下借助于对光吸收的测量来非侵入式地在活体内确定血液成分的方法，该身体部位被 施加两个压力调制频率并且被具有至少两个波长的光照射，其中一个波长、但不是全部波 长处于血液成分的光学吸收范围中。获取至少4个测量信号，所述测量信号既依赖于光的作 用，又依赖于厚度改变，并且从所述测量信号确定血液成分的浓度。在此，厚度改变被施加 谐波振荡，并且通过厚度调制频率从测量信号中隔离并被进一步处理。频率之一可能是 零一一另一个于是应该不再压缩充满血液的血管、而是仅仅还压缩组织。因此在原理上通 过组织中的衰减隔离"干扰"一一即通过路径长度改变频率被滤除一一并且W比色计测量 如血液之类的要确定的参量。在至少2个波长的情况下，将透射装置或反射比装置中的吸收 测量和声光测量称为测量方法。
[0016] 根据本发明的解决方案 该任务设置的根据本发明的解决方案在于在穿过要分析的介质的不同透射路径长度 的情况下执行合适的光谱测量。通过容器的晓性，可W进行穿过容器的透射测量，使得可W 根据多个不同透射路径长度记录测量结果。在此，既可W手动地、又可W W电机方式自动化 地实现间距的变化。既可W实现确定间距的分析，又可W在持续测量的情况下实现连续间 距改变。由于前部和后部容器壁部的光学重要的几何形状不改变，但是可能处于其间的液 体的光学重要的几何形状改变，因此测量值的在此出现的改变与容器壁部相比受处于其间 的液体的相互作用的影响更大。因此，通过合适地分析可W实现容器壁部的影响的最小化。 作为合适的分析方法例如可W考虑多重变量数据分析。在简单情况下、例如在少量光学散 射的情况下必要时简单回归也就足够了。
[0017] 此外，该任务设置通过用于利用光源、至少一个探测器和计算单元来光学非侵入 式确定晓性容器中的成分的浓度或其它参数的装置或测量装置来解决。该光源被构造为将 光入射到晓性容器上，由此晓性容器被光透射。所述至少一个探测器被构造为，为每个要检 测的参数在至少一个波长处或波长范围中利用不同透射路径长度执行所使用的福射的强 度衰减的检测。计算单元被构造为通过将不同厚度的测量结果相除来消除具体存在的容器 壁部的影响。基本上可W实现该装置的光源和至少一个探测器的两种配置。在第一配置中， 该装置可W具有光源、例如一个发光二极管或多个发光二极管，该光源W预先确定的波长 或预先确定的波长范围入射到晓性容器上。在运种情况下，所述至少一个探测器被构造为 探测运些预先确定的波长或预先确定的波长范围。所述至少一个探测器可W为此例如是波 长积分传感器。在第二配置中，该装置可W具有宽带光源，该宽带光源W连续光谱入射到晓 性容器上。在运种情况下，所述至少一个探测器被构造用于波长分辨地探测、例如利用一个 或多个分光计、单色仪或滤光器。两个前述配置也可W被补充或组合。因此，例如也可W将 在光源处可调整的波长入射到晓性容器上，所述波长然后射到可调整到确定波长上的探测 器上，也就是说，在运种情况下既可W将一个或多个光源、又可W将一个或多个探测器调整 到预先确定的波长或波长范围上。因此，也可W平行地布置多个光源和探测器，W便并行地 检测或确定多个参数。
[0018] 发明的详细描述 关于测量装置，既可W考虑利用宽带光源入射连续光谱，又可W考虑在例如利用不同 发光二极管实现的几个所选波长处进行入射。在第一种情况下，探测利用分光计、单色仪或 滤光器波长分辨地进行。在入射几个波长或合适波长范围的情况下可W利用波长积分传感 器。
[0019] 要确定的参数(即应当确定其值的参数)必须适合于光学检测(通过光谱学），也就 是说，必须具有如下波长或波长范围：在所述波长处或波长范围中福射的衰减依赖于一种/ 多种成分的要确定的参数。
[0020] 容器必须具有至少一个在该波长范围中透明的区域;在透射测量的情况下，其必 须是至少两个相对的区域。
[0021] 针对反射比测量，透明区域必须足够大地设计，W便反射比W位置分辨的方式利 用通过壁部直到成分的区域中的射束传播来进行。运依赖于壁部的厚度和散射W及容器的 成分的散射和吸收。壁部必须关于该测量区域具有足够相同的光学特性。
[0022] 在一个扩展方案中，光源关