生命科学関連特許情報
| タイトル： | 公開特許公報(A)_試料測定装置 |
| 出願番号： | 2006200109 |
| 年次： | 2008 |
| IPC分類： | G01N 21/33 |
特許情報キャッシュ
朝田 亨 新井 重文 矢辺 茂昭 JP 2008026189 公開特許公報(A) 20080207 2006200109 20060721 試料測定装置 日本曹達株式会社 000004307 福田 充広 100109221 大石 治仁 100108419 朝田 亨 新井 重文 矢辺 茂昭 G01N 21/33 20060101AFI20080111BHJP JPG01N21/33 5 1 ＯＬ 11 2G059 2G059AA01 2G059BB04 2G059CC12 2G059CC14 2G059DD13 2G059EE01 2G059GG02 2G059GG10 2G059HH03 2G059JJ03 2G059KK01 2G059PP04 本発明は、木材用防カビ剤等の薬剤の成分濃度を光学的に計測するための試料測定装置に関する。 薬液の濃度を測定するために使用される透過光測定用光学装置として、ハロゲンランプからの光束を単一のフローセルに入射させ透過させるとともに、透過後の紫外光をバンドパスフィルタを介して紫外用の検出器に入射させ、透過後の赤外光をバンドパスフィルタを介して赤外用の検出器に入射させるものが存在する（例えば特許文献１参照）。特開平７−１２７２６号公報 しかし、上記透過光測定用光学装置では、２種類の光線を利用して薬液の濃度を測定するので、装置が全体的に大型化しやすく計測後の濃度算出処理も複雑なものになりやすい。 そこで、本発明は、簡素かつ小型で運搬に適するとともに、計測後の濃度算出処理も簡易な試料測定装置を提供することを目的とする。 上記課題を解決するため、本発明に係る試料測定装置は、（ａ）紫外光を発生する紫外光ランプと、（ｂ）試料を収容した状態で紫外光ランプからの光束を通過させる紫外線透過セルと、（ｃ）紫外線透過セルを通過した光束を検出する半導体光検出素子と、（ｄ）半導体光検出素子の検出出力を数値化して表示する出力表示装置とを備える。ここで、「数値化して表示すること」には、数値をデジタル的又はアナログ的に表示することを意味し、図形サイズを増減させるといった表示を含む。 上記試料測定装置では、半導体光検出素子が紫外線透過セルを通過した光束を検出し、出力表示装置が、半導体光検出素子の検出出力を数値化して表示するので、紫外線透過セル中の試料が紫外域に吸光性等を有する場合、試料濃度すなわち試料中の対象物濃度を紫外光透過率に関連させて簡単に決定することができる。 本発明の具体的な態様では、上記試料測定装置において、紫外光ランプと半導体光検出素子との間の光路上であって、石英ガラス又は樹脂製等の紫外線透過セルの後段及び／又前段に配置され紫外域に透過帯を有するバンドパスフィルタをさらに備える。この場合、紫外線透過セル中の試料が吸光性を有する波長に絞って紫外光透過率を計測することができ、試料濃度の計測精度を高めることができる。 本発明の別の態様では、紫外光ランプが、低圧水銀ランプであり、出力表示装置が、低圧水銀ランプの発光特性とバンドパスフィルタの透過特性とを参酌して決定した増幅特性を有する増幅回路と、当該増幅回路の出力電圧又は出力電圧を計測する電気計測器とを有する。この場合、低圧水銀ランプは携帯用に小型化することができ、増幅回路や電気計測器はその動作状態の設定によって高精度で再現性ある濃度計測を可能にする。 本発明のさらに別の態様では、紫外光ランプと、紫外線透過セルと、半導体光検出素子とを相互に固定して収納するとともに、出力表示装置の表示器部分を外壁に設けた携帯型の遮光ケースをさらに備える。この場合、試料測定装置を携帯型のユニットとして簡易に目的地に運搬することができ、屋外等の様々な場所に存在する試料中の対象物濃度を迅速に測定することができる。 本発明のさらに別の態様では、紫外線透過セルが、木材用防カビ剤溶液、洗濯用洗剤溶液、及びガソリンのいずれかの試料を収納し、出力表示装置が、紫外線透過セル中の試料の濃度を反映した数値を示す。この場合、希釈液中の木材用防カビ剤の濃度、洗濯液中の洗濯用洗剤の濃度、又はガソリン中の不純物濃度を簡易かつ正確に決定することができる。 図１は、本発明の一実施形態に係る試料測定装置の構造を概念的に説明するブロック図である。 この試料測定装置１０は、試料である薬液ＣＳ中の対象成分の濃度を測定するためのものであり、紫外光を含む照明光を発生する紫外光ランプ光源２０と、紫外線透過セルとして薬液を収容する紫外線透過セル３０と、紫外線透過セル３０の透過光のうち特定波長成分のみを通過させるバンドパスフィルタ４０と、バンドパスフィルタ４０を通過した光束を検出する光検出装置５０と、光検出装置５０の電流出力等を適宜増幅する増幅装置６０と、増幅装置６０の出力を視覚的に表示する出力表示装置７０とを備える。 紫外光ランプ光源２０は、例えば小型の低圧水銀ランプ２１で構成され、低圧水銀ランプ２１は、オン・オフ可能な電源装置２２に駆動されて必要な輝度で点灯される。紫外光ランプ光源２０は、例えば１５０〜４５０ｎｍの範囲で可視光や紫外光を発生するが、本実施形態では、２００〜３５０ｎｍの紫外光が濃度計測に利用される。なお、紫外光は、薬液ＣＳ中の対象成分に吸収される場合が多く、対象成分が低濃度であっても定量が可能であり、比較的高精度の濃度測定を可能にする。 紫外線透過セル３０は、例えば石英ガラスで形成された四角柱の筒状の容器であり、紫外光ランプ光源２０とフォトダイオード５０との間の計測光路ＰＡ上に配置されている。紫外線透過セル３０は、紫外光全体に対して良好な透過性を有する。紫外線透過セル３０内の空間の計測光路ＰＡ方向に関する厚みは、薬液ＣＳすなわち計測対象の種類や濃度等によって適宜変更することができるが、例えば具体的な実施例では、５〜３０ｍｍ程度、さらに具体的には、１４ｍｍとした。 バンドパスフィルタ４０は、目標とする紫外光のみを透過させる誘電体多層膜からなり、紫外線透過セル３０とフォトダイオード５０との間の計測光路ＰＡ上に配置されている。バンドパスフィルタ４０の透過波長は、計測対象の種類や濃度等によって適宜変更することができるが、例えば木材用防カビ剤処理液の濃度を計測する場合、２６９ｎｍのピークをターゲットとした。バンドパスフィルタ４０は、紫外線透過セル３０に収容する薬液ＣＳの種類に応じて透過特性の異なるものに変更することができる。 光検出装置５０は、例えばＧａＡｌＰ系の半導体素子で構成され、バンドパスフィルタ４０を通過した計測光路ＰＡ上に配置されるフォトダイオード５１であり、紫外域において高い感度を有し、入射紫外光量が多いほど出力電流が増加する。なお、フォトダイオード５１の感度は、例えば波長１５０〜４００ｎｍの範囲に亘っている。 増幅装置６０は、オペアンプ等の回路素子によって構成され増幅回路本体６１と、増幅回路本体６１を駆動する電源装置６２とを備える。増幅回路本体６１は、フォトダイオード５０の検出出力を適当なゲインで増幅し、フォトダイオード５１に入射する検出光の強度値に応じて増加する出力電圧を発生する。 出力表示装置７０は、電圧計回路やＬＣＤ等の表示器からなる電気計測器本体７１と、電気計測器本体７１を駆動する電源装置７２とを備える。出力表示装置７０は、増幅回路本体６１からの増幅出力の電圧値をユーザが視覚的に認識できる数値等として表示器（後述）上に表示する。 図２は、図１に示す試料測定装置１０の外観図であり、図３（ａ）は、図２に示す試料測定装置１０の側面図であり、図３（ｂ）は、試料測定装置１０の平面図である。 図２に示すように、試料測定装置１０は、遮光性の材料で形成され箱状の外観を有する外装ケース１１中に収納されている。外装ケース１１の寸法は、例えば約１０ｃｍ×１０ｃｍ×３０ｃｍである。外装ケース１１の周囲外壁のうち一側面には、図１の出力表示装置７０の表示器部分であるディスプレイ７３が固定されており、ユーザが測定結果を確認できるようになっている。ディスプレイ７３の隣には、主電源スイッチであるスナップスイッチ８１が取り付けられており、ユーザが試料測定装置１０の動作を開始したり停止することができるようになっている。なお、外装ケース１１は、携帯型の遮光ケースであり、外光（紫外線）が入射しない内部空間中に、紫外線透過セル３０、バンドパスフィルタ４０、光検出装置５０と、増幅装置６０等を収納している。ここで、紫外線透過セル３０は、不図示のホルダに交換可能に固定されており、着脱可能な上蓋１１ｆを分離することにより、紫外線透過セル３０の交換が可能になっている。 図３（ａ） 及び図３（ｂ）に示すように、外装ケース１１中には、中央を仕切るように延びる支持板１２が固定されており、支持板１２上には、発光管２１ａを内蔵する低圧水銀ランプ２１が固定されている。この低圧水銀ランプ２１には、支持板１２の裏面に固定された電池ＢＡ１からの電力が供給される。支持板１２上には、紫外線透過セル３０用のホルダ８３も固定されている。また、支持板１２上には、ホルダ８３を挟んで反対側に、台座を介してフォトダイオード５１が固定されている。フォトダイオード５１の入射面側には、バンドパスフィルタ４０が貼り付けられている。さらに、支持板１２上には、増幅装置６０の増幅回路本体６１に相当する増幅回路基板８５が固定されている。この増幅回路基板８５には、支持板１２の裏面に固定された電池ＢＡ２からの電力が供給される。 図４は、図１等に示す試料測定装置１０の回路構成を説明する図である。低圧水銀ランプ２１の電源をオン・オフするためのスイッチ・リード線と、電気計測器本体７１に電力を供給するための電池ＢＡ２と、増幅回路基板８５に電力を供給するための電池ＢＡ２と、増幅回路基板８５の出力信号端子とは、第１のコネクタＣＯ１に接続されている。また、スナップスイッチ８１の各端子と、電気計測器本体７１の入力端子や電源端子とは、第２のコネクタＣＯ２に接続されている。第１のコネクタＣＯ１と第２のコネクタＣＯ２との間は、ケーブルＣＡが介在しており、両コネクタＣＯ１，ＣＯ２の対応する番号同士が電気的に接続される。これにより、スナップスイッチ８１のオンに伴って、低圧水銀ランプ２と、増幅回路基板８５と、電気計測器本体７１とに電源電圧が供給されて電源オン状態となる。低圧水銀ランプ２１が電源オン状態になると、不図示の紫外線透過セル３０が紫外線で照明される。紫外線透過セル３０の透過光は、不図示のバンドパスフィルタ４０を介してフォトダイオード５１に入射するので、フォトダイオード５１の検出信号が、増幅回路基板８５で増幅され、増幅回路基板８５の出力信号が、電気計測器本体７１に入力信号として入力される。電気計測器本体７１は、電圧計であり、電圧検出値をディスプレイ７３に表示する。 図５は、増幅回路基板８５の具体的回路構成の一例を説明する図である。増幅回路基板８５は、オペアンプＬＭ３５８、コンデンサ、固定抵抗、可変抵抗等で形成され、フォトダイオード５１の検出信号を適当なゲインで増幅して電気計測器本体７１に出力する。 以下、図１〜図５で説明した試料測定装置１０による具体的な測定例について説明する。 本実施例では、木材用防カビ剤処理液の濃度測定を行った。日本曹達社製木材用防カビ剤「ミルカット１８０（商標）」を水で希釈化し、濃度０．２５〜２％の希釈液を調整した。この希釈剤１ｍＬをさらに５０ｍＬのメタノールで溶解し、塩酸を加えて酸性とした試料を得た。この試料を紫外線透過セル３０に収納し、本実施形態の試料測定装置１０によって計測を行った。以下の表１は、希釈液である試料中の処理液濃度と、ディスプレイ７３の表示値である測定値との関係を示す。以上の表１からも明らかなように、希釈液濃度と測定値との間に良好な相関が見られ、繰り返し測定の結果についても十分な再現性が見られた。 図６は、表１の結果をグラフ化したものであり、横軸が測定値を、縦軸が防カビ剤濃度を表す。グラフから明らかなように、グラフ中の曲線の内挿や外挿によってディスプレイ７３の表示値から紫外線透過セル３０中の材用防カビ剤の濃度を、測定光のスキャン等を行うことなく迅速に決定できることが分かる。なお、従来型の分光分析装置等では、起動時の調整が複雑で動作の安定までに時間がかかり、本実施例のような簡便な操作は不可能である。 本実施例では、洗濯用洗剤の濃度測定を行った。花王株式会社製洗濯用洗剤「アタック（商標）」を水で希釈化し、濃度５０〜１０００ｍｇ／Ｌの希釈液を調整した。この希釈液をひだ折り濾紙にて濾過し、不溶物を除去した試料を得た。この試料を紫外線透過セル３０に収納し、本実施形態の試料測定装置１０によって計測を行った。以下の表２は、希釈液である試料中の洗濯用洗剤濃度と、ディスプレイ７３の表示値である測定値との関係を示す。以上の表２からも明らかなように、洗濯用洗剤濃度と測定値との間に良好な相関が見られ、繰り返し測定の結果についても十分な再現性が見られた。 図７は、表２の結果をグラフ化したものであり、横軸が測定値を、縦軸が洗剤濃度を表す。グラフから明らかなように、グラフ中の曲線の内挿や外挿によってディスプレイ７３の表示値から紫外線透過セル３０中の洗濯用洗剤の濃度を、測定光のスキャン等を行うことなく迅速に決定できることが分かる。 本実施例では、ガソリンのＢＴＸ濃度測定を行った。ガソリンにトルエンを加え、濃度５０〜１０００ｍｇ／Ｌの希釈液を調整して試料を得た。この試料を紫外線透過セル３０に収納し、本実施形態の試料測定装置１０によって計測を行った。以下の表３は、希釈液である試料中のトルエン濃度と、ディスプレイ７３の表示値である測定値との関係を示す。以上の表３からも明らかなように、トルエン濃度と測定値との間に良好な相関が見られ、繰り返し測定の結果についても十分な再現性が見られた。 図８は、表３の結果をグラフ化したものであり、横軸が測定値を、縦軸がトルエン濃度を表す。グラフから明らかなように、グラフ中の曲線の内挿や外挿によってディスプレイ７３の表示値から紫外線透過セル３０中のトルエンの濃度ひいてはＢＴＸの濃度を、測定光のスキャン等を行うことなく迅速に決定できることが分かる。 以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、紫外光ランプ光源２０として低圧水銀ランプ２１を用いたが、他の発光管タイプの紫外光ランプ光源を用いることができ、或いは近紫外等発光するＬＥＤ等の広義の紫外光ランプを１つ以上準備して同時又は個別に切り替えながら点灯させて、目的とする紫外線を発光させることができる。 また、紫外線透過セル３０は、薬液ＣＳを保持することができ紫外線を効率よく透過させるものであれば、石英ガラス以外の他の材料で形成することができる。特に紫外線透過セル３０を樹脂セルに置き換えた場合、樹脂セルを使い捨て型のものにすることができる。 また、バンドパスフィルタ４０は、誘電体多層膜に限らず、多様なフィルタを使用することができる。なお、バンドパスフィルタ４０は、紫外線透過セル３０の後段に限らず、紫外線透過セル３０の前段に配置することができ、多少特性の異なる２つのバンドパスフィルタ４０を紫外線透過セル３０の前後に配置することもできる。 また、光検出装置５０は、フォトダイオード５１に限らず、様々な半導体光検出素子すなわち固体素子によって形成することができ、これによっても小型化が達成される。 増幅装置６０や出力表示装置７０も、実施形態で説明したものは一例であり、測定対象に応じて電流や電圧のいずれを増幅し、電流値や電圧値のいずれを表示するかを使い分けることができる。なお、測定対象となり得る物質は紫外光を吸収する性質を有するものであれば何でも良く、他の分野への応用も可能である。本発明の一実施形態に係る試料測定装置を概念的に説明するブロック図である。図１の試料測定装置を外観を説明する斜視図である。（ａ）、（ｂ）は、図２の試料測定装置の内部を説明する側面図及び平面図である。試料測定装置の回路構成を説明するブロック図である。増幅回路基板の具体的回路構成の一例を説明する回路図である。図１に示す試料測定装置を用いた第１実施例の測定結果を説明するグラフである。図１に示す試料測定装置を用いた第２実施例の測定結果を説明するグラフである。図１に示す試料測定装置を用いた第３実施例の測定結果を説明するグラフである。符号の説明 ２…低圧水銀ランプ、 １０…試料測定装置、 １１…外装ケース、 １２…支持板、 ２０…紫外光ランプ光源、 ２１…低圧水銀ランプ、 ２２…電源装置、 ３０…紫外線透過セル、 ４０…バンドパスフィルタ、 ５０…光検出装置、 ５１…フォトダイオード、 ６０…増幅装置、 ６１…増幅回路本体、 ７０…出力表示装置、 ７１…電気計測器本体、 ７３…ディスプレイ、 ８１…スナップスイッチ、 ８５…増幅回路基板、 ＢＡ１，ＢＡ２…電池、 ＰＡ…計測光路、ＳＣ…薬液 紫外光を発生する紫外光ランプと、 試料を収容した状態で前記紫外光ランプからの光束を通過させるための紫外線透過セルと、 前記紫外線透過セルを通過した光束を検出する半導体光検出素子と、 前記半導体光検出素子の検出出力を数値化して表示する出力表示装置とを備える試料測定装置。 前記紫外光ランプと前記半導体光検出素子との間の光路上であって、前記紫外線透過セルの後段及び／又前段に配置され紫外域に透過帯を有するバンドパスフィルタをさらに備える請求項１記載の試料測定装置。 前記紫外光ランプは、低圧水銀ランプであり、前記出力表示装置は、前記低圧水銀ランプの発光特性と前記バンドパスフィルタの透過特性とを参酌して決定した増幅特性を有する増幅回路と、当該増幅回路の出力電圧又は出力電圧を計測する電気計測器とを有する請求項２記載の試料測定装置。 前記紫外光ランプと、前記紫外線透過セルと、前記半導体光検出素子とを相互に固定して収納するとともに、前記出力表示装置の表示器部分を外壁に設けた携帯型の遮光ケースをさらに備える請求項１から請求項３のいずれか一項記載の試料測定装置。 前記紫外線透過セルは、木材用防カビ剤溶液、洗濯用洗剤溶液、及びガソリンのいずれかの試料を収納し、前記出力表示装置は、前記紫外線透過セル中の試料の濃度を反映した数値を示す請求項１から請求項４のいずれか一項記載の試料測定装置。 【課題】簡素かつ小型で運搬に適するとともに、計測後の濃度算出処理も簡易な試料測定装置を提供すること。【解決手段】試料測定装置１０は、試料である薬液ＣＳ中の対象成分の濃度を測定するためのものであり、紫外光を含む照明光を発生する紫外光ランプ光源２０と、薬液を収容する紫外線透過セル３０と、紫外線透過セル３０の透過光のうち特定波長成分のみを通過させるバンドパスフィルタ４０と、バンドパスフィルタ４０を通過した光束を検出する光検出装置５０と、光検出装置５０の電流出力等を適宜増幅する増幅装置６０と、増幅装置６０の出力を視覚的に表示する出力出力表示装置７０とを備える。【選択図】図１