JP2003532113A - モジュール式蛍光光度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 モジュール式蛍光光度計とそれを使用して産業用水系を管理する方法が記載され、特許請求されている。そのモジュール式蛍光光度計は、各ユニットが水の試料がそれを通して流れる光が透過可能なセルを備えた水路と、前記光が透過可能なセルの外部に配置された光源と、該光源と光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な励起フィルターと、該光が透過可能なセルの外部に配置された基準検知器と、該光が透過可能なセルの外部に配置された発光検知器と、前記発光検知器と前記光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な発光フィルターと、を備えた一またはそれ以上のユニットを備え、該モジュール式蛍光光度計に一以上のユニットが存在する場合には、前記水試料が流れて通過する前記光が透過可能なセルは、前記蛍光光度計内において水の試料が流れて通過するひとつだけの水路しか存在しないように配列される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本願発明は一般的には、天然または産業用水系内の添加物の存
在の有無、または濃度をモニターするための装置および方法に関する。より詳し
くは、本願発明は、モジュール式蛍光光度計に関し、該モジュール式蛍光光度計
は、天然のまたは産業用水系における、ひとつのまたはそれ以上の蛍光体を感知
するのに使用できる。

【０００２】 （背景技術） 産業用水系や水文学一般に、蛍光体を使用することが知られて
いる。産業用水系における水のロスを調査するため、不活性蛍光トレーサを使用
することが知られている。さらに、循環または使い捨て冷却水系において添加剤
や製品濃度を管理するために蛍光トレーサを使用することもまた知られている。
（米国特許第4,783,314号参照） この方法では、ある蛍光トレーサがひとつまたはそれ以上の添加剤と所定の割
合にて組み合わされ、その混合物は冷却系の水に添加される。そこで蛍光光度計
が蛍光トレーサの存在の有無や濃度を検知するために使用され、添加剤の存在の
有無や濃度も検知される。

【０００３】 蛍光光度計は、本質的には、光源、望ましい励起波長範囲を選択する手段、サ
ンプルセル、望ましい発光波長範囲を選択する手段、および検知器を備えた分析
機器である。蛍光分光光度計は、望ましい励起、および／または発光波長範囲を
選択する手段が回折格子により司られている、特定タイプの蛍光光度計である。
回折格子は、光の連続体をそれらの各成分に分散させるようにふるまう。蛍光分
光光度計は走査型蛍光分光光度計と、固定型蛍光分光光度計とに小分類される。
走査型蛍光分光光度計は、励起源および／または発光に比例して回折格子の配置
に基づいて波長スペクトルを操作するために機械的手段を使用する。（これは標
準的試験所モデルの蛍光光度計を表す。）一方、固定型蛍光分光光度計において
は、回折格子は発光に関して固定されている。発光（蛍光）は、検知器の配列に
向けられる。検知器の配列は、通常「ＣＣＤ」といわれる電荷結合素子、または
フォトダイオードたりえる。そして検知器は、適切な波長ユニット内にて校正さ
れる。このような商業用装置はオーシャンオプティクス（ドリスディール・アン
ド・アソシエイツ社４５２４４Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ４４０５５オハイオ州シンシナチ
（５１３）８３１−９６２５から入手可能）より入手できる。

【０００４】 このタイプの固定型蛍光分光光度計は、いまだに適切な励起波長選択装置を必
要とし、該装置は走査型回折格子またはフィルターでありえる。

【０００５】 現場の状態での使用に最も適している蛍光光度計は、回折格子蛍光分光光度計
ではなく、むしろフィルターに基づいた蛍光光度計である。フィルターに基づい
た蛍光光度計は選択された波長以外の全てを除くためのフィルターを使用してい
る。最近の入手可能なフィルターに基づいた蛍光光度計のほとんどが、それによ
って光が透過可能なセルを含むひとつの水路を備えている。

【０００６】 光源および選択的励起フィルターは、光が透過可能なセルおよび励起検知器の
一方の側部に配置される。そして発光フィルターは光が透過可能なセルの他方の
側部に配置される。基準検知器が任意的に存在していてもよい。蛍光は等方性が
あり、ほとんどの蛍光光度計は、偽励起光の集光量を最小化するために、光源か
ら９０°の角度で蛍光体から発光された蛍光の全てを検知するからである。

【０００７】 該励起フィルターは選ばれた励起波長範囲の光がフィルターを透過し、セルに
進入するのを許容する。オフラインのバッチ試験を実施する際に、天然または産
業用水系からの水のサンプルは、光が透過可能なセル中に置かれて保持される。
オンライン試験の時には、水のサンプルは光が透過可能なセルを通過するように
流れる。光は水のサンプル中に存在する蛍光体により吸収される。そしてその一
方で励起光と同一またはそれより長い波長を持つ蛍光を発光する（以下において
「蛍光信号」という。）。発光フィルターは、発光検知器と光が透過可能なセル
との間に配置され、蛍光体により射出された光（蛍光体の蛍光信号）のみフィル
ターを通過させ発光検知器に至るのを許容するように選定される。

【０００８】 現在入手可能なフィルターをベースとした蛍光光度計での制限事項は、ほとん
どのそれらが単一の蛍光体試料のみ検知可能である点である。フォトダイオード
を使用すると、単一の蛍光体から射出された蛍光信号の通過を許容するように特
別に設計された発光フィルターの使用を必要とするからである。

【０００９】 複数の蛍光体試料を検知することは、重要である。というのは、産業用水系に
複数の添加剤、化学薬品、または不活性蛍光トレーサを添加することがしばしば
要求されるからである。

【００１０】 蛍光光度計が一以上の蛍光信号を測定できる必要があるとするもうひとつの理
由は、不活性でない蛍光体から射出されたある蛍光信号は産業用水系の他の成分
との相互作用に呼応して変化するように設計されているからである。それゆえ、
単一の蛍光体から発せられた異なる種類の蛍光信号を分析するには、現在知られ
ている複数の蛍光光度計を使用する必要がある。

【００１１】 現在知られている複数の蛍光光度計を使用するのは、金がかかりほとんどの場
合この問題を解決するには現場的に受け容れることのできない非現実的なもので
ある。他のいくつかのこの問題に対する解決策が以下に記載されている。

【００１２】 一水路−多信号の蛍光光度計が知られている。これらの蛍光光度計は、ひとつ
の水路に対して１セット以上の光源／フィルター／検知器を備えていて、水の試
料中の一以上の蛍光信号を測定することができる。このような一水路−多信号の
蛍光光度計のひとつは、個々のフォトダイオードに対向するフォトダイオードの
配列を有している。問題は、フォトダイオードの価格が高く、冷却塔やボイラー
の水システムなど産業用の環境において使用された場合に壊れやすいということ
である。それゆえ、多くの産業用水系のオペレーターは、このような劣悪な環境
においてこのような高価で壊れやすい装置を採用することに消極的である。その
結果、ある環境のもとにおいては、オペレーターはひとつの産業用水系に対して
異なる蛍光光度計を複数使用せざるを得なかった。この方法は必要とされる蛍光
光度計の大きさ、コスト、嵩などに関して不利である。

【００１３】 一水路−多信号の蛍光光度計の特別なタイプのひとつが「細胞と、粒の分析と
保存のための改良された多レーザー／多パラメーターフロー細胞計」（ステイン
カンプ等、Rev.Sci.Instrum.(1991),62(11),2751-64）に記載されている。そこ
に記載されている蛍光光度計は、高価で壊れやすい部品を要求している。したが
ってこの蛍光光度計は、現場での使用には現実的ではなくかつ適していない。

【００１４】 これら入手可能なフィルターをベースとした蛍光光度計を使用するにあたって
の現実的な難しさは、それらが測定すべきとされたものしか測定することができ
ず、ひとたび光源、検知器、フィルターが設定されると、光の他の波長における
蛍光信号の測定を可能とするように蛍光光度計のこれらの部品を変えるのに時間
と手間とがかかることである。

【００１５】 現存する蛍光光度計の欠点を検討した結果、要求された蛍光信号が検知できる
ように、蛍光光度計の操作設定を迅速に変えることができる性能を持った、一つ
の装置を使用して一以上の蛍光信号を検知することができる改良された蛍光光度
計に対する要求があることが分かった。さらにまた、このような単一の蛍光光度
計を利用するシステムにおいて一以上の蛍光物質を検知する方法に対する要求が
あることも判明した。

【００１６】 （発明の開示） 本願発明の第１の態様は、各ユニットが 水の試料がそれを通して流れる光が透過可能なセルを備えた水路と、 前記光が透過可能なセルの外部に配置された光源と、 該光源と光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な励起フィルタ
ーと、 該光が透過可能なセルの外部に配置された基準検知器と、 該光が透過可能なセルの外部に配置された発光検知器と、 前記発光検知器と前記光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な
発光フィルターと、を備えた一またはそれ以上のユニットを備えた、モジュール
式蛍光光度計であって、 該モジュール式蛍光光度計に一以上のユニットが存在する場合には、前記水試料
が流れて通過する前記光が透過可能なセルは、前記蛍光光度計内において水の試
料が流れて通過するひとつだけの水路しか存在しないように配列される、 モジュール式蛍光光度計である。

【００１７】 本願発明の第２の態様は、異なる励起スペクトルにより定義される光に照射さ
れた後に各蛍光物質の種が異なる発光スペクトルの光を発光する、水の試料中の
一またはそれ以上の蛍光物質の種の存在を検知する方法であって、 該方法は、 ａ）前記水の試料中の各蛍光物質の種の存在を検知するに十分な数のユニットを
有する、本願発明の第１の態様のモジュール式蛍光光度計を提供する工程と、 ｂ）蛍光物質を備える水の試料を各光が透過可能なセルを通して移動させる工程
と、 ｃ）各ユニットのそれぞれの光源によって前記水の試料を照らす工程と、 ｄ）各ユニットのそれぞれの発光検知器によって発光スペクトルを検知すること
により、各蛍光物質の種を検知する工程と、 を備えている。

【００１８】 本願発明の第３の態様は、本願発明の第１の態様にかかるモジュール式蛍光光
度計を使用することを含む産業用水系を管理する方法である。そこにおいては、
前記モジュール式蛍光光度計は、産業用水系を管理するために、さらに、該モジ
ュール式蛍光光度計および他の分析機器からの入力により提供された測定された
蛍光信号を使用することができるようにされた絶縁アナログ入力を有するコント
ローラーを備えている。

【００１９】 （発明を実施するための最良の形態） 本願明細書全体を通じて下記用語の定義が適用される。 「蛍光物質」とは、基底状態（Ｓ_０）から励起状態（Ｓ_１、Ｓ_２、またはＳ_３）
へと昇進され、同時に最低位の電子振動の励起状態（Ｓ_１）へと弛緩する電子と
なるエネルギー（ｈν）の光量子の吸収によりエネルギーレベルにおいて、吸収
時より低いエネルギー「Ｅ」（ｈν）（しかし波長は長い。）の光量子を発生す
る分子をいう。この関係は下式により示される。 （式） Ｅ（吸収）＞Ｅ（蛍光性） このエネルギーの発生は、基底状態（Ｓ_０）に戻される分子の電子状態に帰す
る。全体的なプロセスは、等方性に分配される蛍光光量子発生に帰する。本願発
明にかかる蛍光光度計により検知される蛍光物質は、約２００ｎｍから約１２０
０ｎｍの波長域において励起光を吸収することができ、励起光より長い波長域で
それを発生する。

【００２０】 「不活性」とは、冷却水系中の他のいかなる化学物質、または金属成分、微生
物の活動、殺生物剤の濃度、熱的変化若しくは全体的な熱の成分などの他のシス
テムのパラメーターによっては、不活性の蛍光物質が容易に感知されるレベルで
あるいは顕著に影響されることはないという事実を言う。「容易に感知されるレ
ベルであるいは顕著に影響されることはない」ということにより意味されるもの
を定量化するため、この文章は、冷却水系中で通常遭遇する条件のもと、不活性
蛍光物質はその蛍光信号において１０％以上の変化を持たないということを意味
する。冷却水系中で通常遭遇する条件は、冷却水系に関する当業者により知られ
ている。

【００２１】 「等方性」とは、分子の一部分が点光源として考えられ、励起光がその分子の
一部分に向けられている場合に、蛍光が３６０°に等しく発光され、その結果三
次元の球を創造する事実を意味する。蛍光が等方的に分配されるので、実際には
蛍光信号の集合は、励起（光量子）源に起因する集合された光量子（光）を最小
化するように、励起（光量子）源に関し９０°の角度でおきる。これは光の分散
を最小化する助けとなる。

【００２２】 「ｎｍ」は、ナノメーターを示し、１０^−９メーターのことである。

【００２３】 本願発明は、同一の水の試料から１〜１６の区分けされた蛍光を検知すること
ができる堅牢かつ製造が安価にでき、コンパクトなモジュール式蛍光光度計を提
供する、先行技術に対する改良を提供するものである。これらのモジュール式蛍
光光度計は一またはそれ以上のユニットを有し、これら各ユニットは、 水の試料がそれを通して流れる光が透過可能なセルを備えた水路と、 前記光が透過可能なセルの外部に配置された光源と、 該光源と光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な励起フィルタ
ーと、 該光が透過可能なセルの外部に配置された基準検知器と、 該光が透過可能なセルの外部に配置された発光検知器と、 前記発光検知器と前記光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な
発光フィルターと、を備えた一またはそれ以上のユニットを備え、 該モジュール式蛍光光度計に一以上のユニットが存在する場合には、前記水試料
が流れて通過する前記光が透過可能なセルは、前記蛍光光度計内において水の試
料が流れて通過するひとつだけの水路しか存在しないように配列されている。

【００２４】 図１に説明を移すと、コントローラー１４（図３参照）に接続されているプリ
ント回路基板のアッセンブリ１２を含むモジュール式蛍光光度計１０が分解図で
示されている。プリント回路基板のアッセンブリ１２は、本体１８を収容する開
口部１６を含んでいる。本体１８は光が透過可能なセル２２（図２および図４も
参照）を収容するための水路２０を含む。水の試料は水路２０を通って光が透過
可能なセル２２に流れ込む。

【００２５】 プリント回路基板（ＰＣＢ）アッセンブリは、プリント回路基板および蛍光光
度計の技術に関する通常の知識を有するものにより作製可能である。この装置に
有用なプリント回路基板アッセンブリは該蛍光光度計の部品の作動を許容するよ
うに作製されなければならない。それは励起源の駆動装置と、電流から電圧への
変換と光検知器からの信号の増幅を司る増幅器とを含む。信号を処理し、信号の
大きさを通信する回路もまたＰＣＢにとり欠くことのできないものである。温度
測定のための追加的回路としてトランジスタおよび／またはフロースイッチが含
まれてもよい。

【００２６】 本体１８は、４つの側部開口２４（図１においては２つのみ見えている。）を
含み、該側部開口２４は、同一平面上にあり、図１に示されているように光源２
６、基準検知器２８、および２つの発光検知器３０を収容するために、互いに９
０°の方向に向けられている。ただ一つの発光検知器３０が必要とされるので、
他の実施形態にかかるモジュール式蛍光光度計ユニット１０Ｊも可能であり、こ
れは図４に示される。図４において、この構造は一つの発光検知器３０と任意的
部品例えば温度センサー３２などを含むように表されている。

【００２７】 光源２６は、発光ダイオードであることが望ましく、その各々の側部開口２４
の内側に嵌めあわされるブッシュ３４内に収容されることができる。励起フィル
ターは任意でこの構造に含まれる。図１において、励起フィルター３６は光源２
６と光が透過可能なセル２２との間に配置される。ブッシュ３４は、固定ねじ３
８により所定位置に配置される。

【００２８】 発光ダイオード（ＬＥＤ）は、日亜化学（米国、１７５５４、ペンシルバニア
州マウントビル、ヘンプランドロード、３７７５、（７１７）２８５−２３２３
）から商業的に入手可能である。

【００２９】 もし、光源の励起光スペクトルと蛍光体の発光スペクトルとの間に、スペクト
ルのオーバーラップがないように、光源２６のスペクトル範囲が十分に狭い、あ
るいは淡色光である、または蛍光体ストークスシフトが十分に大きいならば、励
起フィルター３６はあってもなくてもよい。単色発光源はレーザーであってもよ
い。レーザーは日亜化学から商業的に入手可能である。

【００３０】 基準検知器２８は、光が透過可能なセル２８の外部に配置されている。望まし
くは、基準検知器２８は、前記光源２６の直接反対側に配列されるとよい。第２
のブッシュ４０は、基準検知器２８を側部開口２４の内部であって光が透過可能
なセル２２の近傍に保持するのに使用される。第２の固定ねじ３８Ａは第２のブ
ッシュ４０を所定位置に保持する。発光検知器３０は、光源２６、および基準検
知器２８と同一平面内に配置される。望ましくは発光検知器３０は、光源２６お
よび基準検知器２８に関し、２〜１７９°の角度に配置されるとよい。望ましく
は、発光検知器３０は、光源２６および基準検知器２８に関し、約９０°の角度
で配置されるとよい。該検知器３０は、側部開口２４の内部に第３のブッシュ４
２によって保持固定される。光学フィルター４４は、各検知器３０および光が透
過可能なセル２２の間に配置される。第３の固定ねじ３８Ｂが第３のブッシュ４
２を所定位置に保持する。

【００３１】 基準検知器および発光検知器は浜松ホトニクス（０８８０７、ニュージャージ
ー州、ブリッジウオーター、フットヒルロード３６０、（８００）５２４−０５
０４）から商業的に入手可能なフォトダイオードであることが望ましい。

【００３２】 図１に示されている２つの検知器の構造に対して、単一の検知器３０が図４に
示されているように採用されてもよい。図４に示されるように単一の検知器３０
が採用される場合には、残りの側部開口２４は、使用されずにいてもよいし、温
度センサー３２や他の部品を収容するようにしてもよい。図４において、第４の
ブッシュ４６が温度センサー３２を側部開口２４の内部の所定位置に保持するた
めに使用されている。第４の固定ねじ３８Ｃが第４のブッシュ４６を所定位置に
保持固定するために使用されている。

【００３３】 図１および４を一緒に参照して、締結装置４８、ワッシャーＡ５０、およびイ
ンサート５２がプリント配線基板アッセンブリ１２を本体１８に固定するために
使用される。望ましい実施形態において、締結装置４８はねじであり、基準検知
器２８と発光検知器３０とはフォトダイオードである。温度センサー３２は、商
業的に入手可能ないかなる温度センサーであってよい。望ましくは温度センサー
３２はトランジスタである。トランジスタはディジ−キーコーポレーション（５
６７０１−０６７７、ミネソタ州、シーフリバーフォールズ、ブルックスアベニ
ューサウス７０１、（８００）３４４−４５３９）商業的に入手可能である。

【００３４】 図２にあるように、図１、４に示されるモジュール式蛍光光度計ユニット１０
は、１から１６の異なる蛍光種から一度にまたは同時にどこからでも検知可能な
モジュール式蛍光光度計６０を形成するために、他のユニットの上に積み重ねら
れる。１６の異なる蛍光種の制限事項は、約２００ｎｍから約１２００ｎｍの励
起波長および発光波長を備えたスペクトルが、現実には、本願発明にかかる蛍光
光度計を使用して検知することのできる１６に分離されたセグメントの最大値に
のみ分類されることができるという事実に基づくということである。

【００３５】 図２に示されているように、第１のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ａ、
第２のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ｂ、第３のモジュール式蛍光光度計
ユニット１０ｃ、および第４のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ｄはそれぞ
れの上部に積み重ねられている。第１のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ａ
、第２のモジュール式蛍光光度計１０ｂ、第３のモジュール式蛍光光度計ユニッ
ト１０ｃ、および第４のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ｄは全て２つの発
光検知器３０を備え、各発光検知器３０は、光学フィルター４４の背後に配置さ
れている。各光学フィルター４４は、異なる最大波長を有する異なる種類の光の
スペクトルを、光学フィルター４０を通して発光検知器３０への通過を許容する
ことができる。したがってモジュール式蛍光光度計６０は８つの異なる蛍光物質
を検知することが可能である。

【００３６】 このようにして、図２に示される実施形態は、特別な構成を採用することによ
って、１から８までの異なる蛍光物質のどこからでも検知可能である。例えば、
同一のモジュール式蛍光光度計により二つの蛍光物質を測定するときは、各蛍光
物質の励起スペクトルが類似していることが要求される。もちろん、モジュール
式蛍光光度計６０が検知する蛍光物質の種の数を増やすために、追加的なモジュ
ール式蛍光光度計ユニット１０がモジュール式蛍光光度計６０に追加されてもよ
い。

【００３７】 蛍光光度計ユニットは、適切な締結具（図示されていない。）により、コント
ローラー１４に据え付けられる。ガスケット（図示されていない。）がモジュー
ル式蛍光光度計６０とコントローラー１４との間に配置される。

【００３８】 コントローラー１４は、テクノバ（６００３１、イリノイ州、ガーニー、セン
トポールアベニュー１４８６、（８４７）６６２−６２６０））から入手できる
。

【００３９】 モジュール式蛍光光度計６０は、さらにコントローラー１４に、コントローラ
ー１４が各モジュール式蛍光光度計ユニット１０と電子的に通信可能にできる通
信ケーブル（図示されていない。）により連結されている。適切な通信プロトコ
ルは、モジュール式蛍光光度計を操作するために選定されなければならない。適
した標準通信プロトコルは、ＲＳ−２３２、Ｉ^２Ｃ、ＣＡＮ、ＴＣＰ／ＩＰおよ
び標準ＲＳ−４８５ シリアル通信プロトコルを含むがこれらに限定されること
はない。好ましい通信プロトコルは標準ＲＳ−４８５ シリアル通信プロトコル
である。モジュール式蛍光光度計６０とコントローラー１４との間にワイアレス
通信プロトコルを使用することもできる。このようなワイアレス通信プロトコル
のひとつとしてブルートゥースが挙げられる。

【００４０】 モジュール式蛍光光度計６０に含まれるモジュール式蛍光光度計ユニット１０
の数にかかわらず、各モジュール式蛍光光度計ユニット１０は通信ケーブル（図
示せず。）を使用して直列に結ばれる。この通信ケーブルはプリント回路基板１
２に、接続ポート１１２において接続される。図２は、４つのモジュール式蛍光
光度計ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを含む、ひとつの可能性ある構
造を示している。各モジュール式蛍光光度計ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，
１０ｄは一本の通信ケーブル（図示せず。）で直列に接続される。該通信ケーブ
ルは第１の接続ポート１１２ａ、第２の接続ポート１１２ｂ、第３の接続ポート
１１２ｃ、および、第４の接続ポート１１２ｄに取り付けられる。通信ケーブル
の端末は、前述したごとくコントローラー１４への入力のひとつである。モジュ
ール式蛍光光度計６０に関して考えられた例のすべてについて、各モジュール式
蛍光光度計ユニット１２をコントローラー１４に接続するために使用されている
通信ケーブル（図示されていない。）は、現存する各モジュール式蛍光光度計ユ
ニットに対応するコネクター（図示せず。）および通信ケーブルをコントローラ
ー１４に連結する追加的なコネクター（図示せず。）を備えている。モジュール
式蛍光光度計６０が４つのモジュール式蛍光光度計ユニット１２で構成される好
ましい構成において、通信ケーブル（図示せず。）は５つのコネクター（図示せ
ず。）を有するであろう。

【００４１】 図２において、第１のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ａ、第２のモジュ
ール式蛍光光度計ユニット１０ｂ、第３のモジュール式蛍光光度計ユニット１０
ｃ、および第４のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ｄは、上部ハウジング５
４と下部ハウジング５６との間に狭持される。光が透過可能なセル２２は、上部
ハウジング５４および下部ハウジング５６おのおのに交差する。モジュール式蛍
光光度計６０の各種電気部品を保護するために、一次シールが符号６２に、二次
シールが符号６４にて示されている。一次シール６２と二次シール６４とは、ガ
スケット６６により所定位置に保持されている。Ｏ-リング６８が、保持器５８
と上部ハウジング５４との間をシールするために使用されている。

【００４２】 水路２０Ａから水路２０Ｂは、モジュール式蛍光光度計６０全体を通じて頂部
から底部まで通っている。上部水路２０Ａは、上部ハウジング５４を横切ってい
る。下部水路２０Ｂはまた、下部ハウジング５６を横切っている。

【００４３】 光が透過可能なセル２２はモジュール式蛍光光度計ユニット毎に存在する。

【００４４】 アダプター板７０が近傍のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ａおよび１０
ｂ，１０ｂおよび１０ｃ，ならびに１０ｃおよび１０ｄの間に配置されている。
符号７２のシールが、プリント回路基板と上部ハウジング５４、下部ハウジング
５６、またはアダプター板７０それぞれとの間をシールするために、第１プリン
ト回路基板１２ａ、第２プリント回路基板１２ｂ、第３プリント回路基板１２ｃ
、および第４プリント回路基板１２ｄ、の各側部に置かれている。チェックバル
ブ７４が清掃および／または校正液の導入を許容するために用いられている。

【００４５】 モジュール式蛍光光度計６０は複数のねじ式締結器７６により一体に保持され
ている。雌ねじ部材８０は、上部ハウジング５４に対向して保持器５８を固定す
るために使用される。ねじが形成された植え込みボルト７８がモジュール式蛍光
光度計６０をコントローラー１４に固定するために使用されている（図２および
３を参照。）。

【００４６】 上部水路２０Ａは第一Ｏ-リング８４により保持器５８内にシールされたフロ
ーセル８２を通過している。ボール８６がフローセル８４内に配置されている。
好ましくはボール８４は、ニッケルがコートされた真ちゅう製であることが好ま
しい。第二Ｏ-リング８８は、雌ねじ部材８０と保持器５８の下面との間のシー
ルを有効なものとするために使用される。符号９０で示されるワッシャーＢは、
ねじ締結器７６と上部ハウジング５４との間に配置される。ねじ締結器７６はね
じインサート９２に連結される。

【００４７】 図２に示されるモジュール式蛍光光度計６０の構成は、種々の方法および形態
により達成される。それらのうちのただ一つが図２に示されている。好ましい構
成は図３に示されており、この構成では、フローセル８２およびボール８６は、
もし蛍光光度計が逆にされた場合に、蛍光光度計を液が適切に流れることを許容
しない。しかし、モジュール式蛍光光度計が完全に逆にされた、或いは０〜３６
０°のいずれかの角度に傾けられたとすると、それでもそれは機能し、重力に対
して独立であるフローバルブレギュレーターを提供する。このようなフローセル
レギュレーターは当業者に公知である。

【００４８】 図３を参照して、前述したとおり、モジュール式蛍光光度計（この図ではブラ
ックボックスとして表されている。）はコントローラー１４に接続されている。
コントローラー１４からの出力信号９４は次には複数の装置に接続されていても
よい。その装置は、冷却システムをコントロールするポンプや電動弁を含んでい
てもよい。さらに、プロセス水流１２２は、例えば、プロセス水のｐｈ、全不溶
解固体量、電気伝導度、酸化還元電位などの追加の情報をコントローラー１４に
与えるために９６ａ，９６ｂ，９６ｃで示されている複数の点においてサンプル
取りされてもよい。モジュール式蛍光光度計６０により与えられる情報に追加し
てこの情報はコントローラー１４により産業用水系をコントロールするのに使用
される。

【００４９】 コントローラー１４の設備には絶縁多重アナログ入力が存在する。これらの入
力は、４−２０ｍＡ接続を介してそれらの信号の大きさに情報を与える。前記信
号は、アナログ入力により読み取られ、産業用水系の管理の追加的レベルを与え
るために、コントローラー１４のコントロールロジック中で使用される。好まし
い実施形態においては、コントローラー１４は２０個の不連続なアナログ入力を
有している。

【００５０】 前の文章でも触れたように、コントローラーは４−２０ｍＡ通信線を介して入
手可能な処理信号の能力を備えている。これらの信号は蛍光光度計から来るもの
でなくともよく、他の分析装置から発せられるものでもよい。それゆえ、コント
ローラーは、系のファクターを測定する分析機器からの信号を処理する能力を備
えている。系のファクターは以下のものを含むがこれらに限定されるものではな
い。 ｐｈ、 電気伝導度、 酸化還元電位（ＯＲＰ）、 試料の化学指標、例えば、カルシウム、マグネシウム、硬度、鉄分、銅、塩素、
硫酸塩、マンガン、アルミニウム、シリカ、アルカリ分、アンモニア、 分散ポリマー、亜鉛、モリブデン、燐酸塩、濃縮非有機燐酸塩、フォスフォネー
ト、及びトリアゾールなどの追加的化学指標、 総懸濁個体、 プロセス漏洩、 自由残渣及び総オキシダント、ハロゲン、塩素、 水温、 系内における各所の系側温度、 水側／系側の液体流量、 流速、 液圧及び水側と系側との差圧、 化学物質含有量、使用量、 化学物質ポンピング量、 排出量、 補給水量、 腐食モニター、及び 汚染、堆積物モニター、 微生物インジケーター、および 水中の光吸収性物質。

【００５１】 アナログ入力に追加して、コントローラーは蛍光光度計以外の他の機器をコン
トロールできるように十分な数のアナログ出力を備えている。かくして、コント
ローラーは産業用水系全体の管理を行う能力を備えている。

【００５２】 第２のコントローラー９８は、プロセス水に加えられる添加化学物質の量を管
理するのに任意で使用される。第２のコントローラー９８は、使用される場合に
は、コントローラー１４にもまた接続される。好ましくは第２のコントローラー
９８は、不活性ＴＲＡＳＡＲシステムを管理する。その不活性ＴＲＡＳＡＲシス
テムは、ナルコケミカルカンパニー（６０５６３イリノイ州、ナパービル、ワン
ナルコセンター、（６３０）３０５−１０００）から商業的に入手可能である。

【００５３】 したがって、本願発明は、モジュール式蛍光光度計を使用して、産業用水系内
の複数の蛍光物質の存在を検知し、モニターする手段を提供する。

【００５４】 本願請求項の蛍光光度計により検知されることができる蛍光物質の記載に関し
て、本願請求項のモジュール式蛍光光度計により検知されることができるために
は、蛍光物質は約２００ｎｍから約１２００ｎｍの波長の光を吸収し、それより
僅かに長い波長の光を射出することができることを要することをしるしておくこ
とが必要である。望ましくは、蛍光物質は、約３５０ｎｍから約８００ｎｍの波
長の光を吸収する。

【００５５】 各モジュール式蛍光光度計ユニット１０は、かさばらず、製造するに安価で、
かつ頑丈である。各モジュール式蛍光光度計ユニット１０を製造するに当たり、
発光検知器３０は望ましくはフォトダイオードであり、光源２６は好ましくは発
光ダイオードであり、基準検知器２８もまた好ましくはフォトダイオードである
。図２に示されているように、１から１６のモジュール式蛍光光度計ユニット１
０のどこからでも積み上げることが可能である。図１および４に示されるように
、各蛍光光度計１０は、1または２の光学検知器３０を含んでもよい。

【００５６】 蛍光光度計の装置は、励起および発光の装置に関してはフィルターの装置に関
するものと同様に、螢光強度測定法の技術分野の通常の知識を持つものであれば
その能力の範囲で作製可能である。

【００５７】 本件請求項にかかるモジュール式蛍光光度計は、産業用水系内に使用される水
、自然水、を含むどのような水系からの水に対しても使用することができる。

【００５８】 産業用水系は、以下の水系を含むがこれらに限定されるものではない。 冷却タワー水系（開放循環系、閉鎖系、及び使い捨て系を含む。）；油井、縦穴
構造、地熱井戸及び他の石油関係の用途；ボイラーとボイラー水系；ミネラル洗
浄、ベネファクションを含むミネラルプロセス用水；抄紙機の温浸器、洗浄機、
漂白プラント、白水系；パルプ産業における黒液蒸発機；ガス集塵機及びエアウ
オッシャー；金属産業における連続鋳造設備；空調及び冷凍設備；産業用及び石
油プロセス水；殺菌水などの間接冷却及び加熱水；水再生及び清浄化システム；
メンブランろ過水システム；肉、野菜、ビート大根、甜菜糖、穀類、家禽、果物
、及び大豆などの食品処理の流れ；清浄機と廃棄物処理システム、液−個相の用
途、地域汚水処理及び産業用または地域水システム： 本願発明の第３の態様は、モジュール式蛍光光度計を使用する、産業用水系の
管理方法である。該モジュール式蛍光光度計は、さらにコントローラーを含み、
該コントローラーは、産業用水系を管理するために、該コントローラーがモジュ
ール式蛍光光度計及び他のアナログ入力からの測定された蛍光物質信号を使用す
ることができるように、絶縁されたアナログ入力を含む。

【００５９】 本件請求項にかかる蛍光光度計及びコントローラーは、「冷却水系管理のため
の管理マトリクスの使用」と題された米国特許出願０９／５６２、３９７（２０
００年５月１日出願、現在係属中）に記載され、クレームされている冷却水系を
管理する機能を備えている（本件特許出願はその全体が参照用に本願に取り込ま
れる。）。

【００６０】 本件請求項にかかる蛍光光度計及びコントローラーは、「ボイラー管理のため
の管理マトリクスの使用」と題された米国特許出願０９／５６３、０８５（２０
００年５月１日に出願され、２０００年１２月に米国特許出願０９／７３７、２
５７として際出願され、現在係属中）に記載され、クレームされているボイラー
を管理する機能を有するものである（本件特許出願はその全体が参照用に本願に
取り込まれる。）。

【００６１】 上述した方法に加えて、本件請求項にかかるモジュール式蛍光光度計は、１９
９９年１２月３０日に出願された米国特許出願０９／４７５、５８５の「産業用
水系中の付着植物性微生物活動の測定と管理」に記載されクレームされている方
法を実行するのに実用上有用である（本件特許出願はその全体が参照用に本願に
取り込まれる。）。米国特許出願０９／４７５、５８５に記載されクレームされ
た方法を実行するために本件請求項にかかるモジュール式蛍光光度計を使用する
とき、反応した蛍光染料と未反応の蛍光染料からの蛍光信号を同時に検知するた
め、使用されるモジュール式蛍光光度計ユニットそれぞれに２つの発光検知器を
備えるべきである。あるいは、ひとつのモジュール式蛍光光度計ユニットが未反
応の蛍光染料を検知し、他の一つが反応した蛍光染料を検知できるように、少な
くとも２つのモジュール式蛍光光度計ユニットを使用すべきである。

【００６２】 下記実施例は、本願発明を説明するためのものであり、当業者に本発明を使用
できるように教示するものである。本実施例は本願の保護範囲についていかなる
限定をも意図するものではない。

【００６３】

【実施例】

（実施例１） 小規模の産業用冷却システムの操業を再現するため、標準的な実験パイロット冷
却タワー（ＰＣＴ）を作製した。典型的な冷却水処理剤試料を含んだ添加剤が処
方された。この処方は、５０重量％の水と、４重量％のホスホノブタントリカル
ボキシル酸（ナトリウム塩）、３．５重量％のヒドロキシエチリデンジホスホリ
ック酸（カリウム塩）、３重量％のアクリレート／アクリルアミドポリマー、３
重量％のトリルトリアゾール（ナトリウム塩）、０．１重量％のピレンテトラス
ルホン酸（ナトリウム塩）、及び０．０５重量％のフルオレセインとの組み合わ
せである。この溶液は５０％の水酸化ナトリウムによってｐｈ１３に調製され、
それ以上の処理無しで使用された。実験パイロット冷却タワー（ＰＣＴ）は、補
給源として米国イリノイ州シカゴの水道水で運転され、濃度サイクルは４サイク
ルを保持するようにセットされた。

【００６４】 この実施例に使用されたモジュール式蛍光光度計は２つのモジュール式蛍光光
度計ユニットとひとつのコントローラーとを備えていた。第一のモジュール式蛍
光光度計ユニットは、１０ｍＡ電流で、３６５ｎｍ中心の発光をする発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）を使用して構成されている。光学フィルター４４は、４０５ｎｍ
において蛍光発光を選択するために使用された。それは次いで発光検知器により
検知された。また、第一のモジュール式蛍光光度計ユニットは温度センサーと基
準検知器とで構成された。

【００６５】 第２のモジュール式蛍光光度計ユニットは、４５０ｎｍ中心の発光を持つ発光
ダイオードにより構成された。第２のモジュール式蛍光光度計ユニットは、５１
５ｎｍにおいて蛍光発光を選択するための光学フィルターを使用した。それは次
いで、発光検知器３０により検知された。第２のモジュール式蛍光光度計ユニッ
トもまた発光検知器を備えていた。

【００６６】 ２つのモジュール式蛍光光度計ユニットは、蒸留水をゼロポイント、１００ｐ
ｐｍの化学物質添加剤処方によるものを上方のポイントとして、二点ルーティン
を使用して校正された。コントローラーは各モジュール式蛍光光度計ユニットの
蛍光性を独立して測定するためのソフトウエアにより構成された。コントローラ
ーはまた、第一のモジュール式蛍光光度計により測定されたものとしての、測定
されたピレンテトラスルホン酸（ナトリウム塩）の蛍光信号に基づいて５０±１
ｐｐｍの管理値によりＰＣＴへの化学製品の添加を管理できるように、十分な数
のアナログ入力／出力を有した。化学製品のレベルは、モジュール式蛍光光度計
コントローラーにより化学物質供給ポンプが電気的にコントロールされたオン／
オフ方式により管理された。もし、測定された蛍光信号が４９ｐｐｍより落ち込
んだ場合、化学物質供給ポンプは運転開始され、レベルが５１ｐｐｍになるまで
継続され、そして運転終了する。

【００６７】 また、モジュール式蛍光光度計コントローラーはＰＣＴのブローダウンポンプ
をコントロールするよう構成された。コントローラーは、もし二つの蛍光性信号
の差が１５％を超えるとブローダウンポンプの運転を開始し、１５％を下回ると
運転停止する。系のブローダウンの間、ＰＣＴ内の水のレベルは補給源としての
シカゴ水道水（新水）を使用して維持された。それゆえ、系はブローダウンポン
プを介してブローダウンされ、新水が加えられたので、系内の蛍光物質の存在の
全体的な濃度は予想通り減少した。補給水としての新水の添加により、冷却水が
希釈されたためである。この減少により、化学製品を５０±１ｐｐｍに保持する
ため、化学品（ピレンテトラスルホン酸（ナトリウム塩））の供給が開始された
。このサイクルは適正な管理レベルに達するまで継続された。

【００６８】 ＰＣＴの管理は、図５に表されている。モジュール式蛍光光度計を使用するこ
とにより、コントローラー５０は第一のモジュール式蛍光光度計ユニットの信号
と第２のモジュール式蛍光光度計ユニットの信号とを信号の差１５％（信号２は
信号１の８５％であった。）に管理することができた。Ａ点以前にこれは冷却水
系の条件であった。Ａ点では、１ｍｌの１００ｐｐｍ漂白剤が系に添加された。
この添加は第２のモジュール式蛍光光度計ユニットにより測定される蛍光信号を
枯渇させた。この時点では蛍光信号の差異は１５％以上にならざるを得ず、系の
ブローダウンポンプが運転された。系がブローダウンされ、化学品のオンライン
供給管理が５０±１ｐｐｍ管理に保持され、一方で新たに化学物質が系に添加さ
れた。Ｂ点においては、系は望ましい管理レベルに再構築された。その時点では
、ＰＣＴシステムは蛍光信号に関し１５％差を保持するよう運転された。

【００６９】 上記実施形態にさまざまな修正や変形を加えることが可能なことは当業者にと
り自明なことであろう。このような修正や変形は本願発明の精神から乖離するこ
となく、付随する有利な点を損なうことなく行うことができる。それゆえそのよ
うな修正や変形は本件請求項に含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明に沿って作製されたモジュール式蛍光光度計の一ユニットの分解図で
ある。

【図２】 ４つのユニットがある、本願発明に沿って作製されたモジュール式蛍光光度計
の一ユニットの分解図である。

【図３】 本願発明の管理システムを示す概略図である。コントローラーはこの図では「
ブラックボックス」として示されている。

【図４】 本願発明に沿って作製されたモジュール式蛍光光度計の一ユニットにかかる第
２の態様の分解図である。

【図５】 ｙ軸に「ｐｐｍ単位の蛍光物質濃度」、ｘ軸に「時間」をとった、「２つの蛍
光光度計の信号を使用するモジュール式蛍光光度計の最新式管理」の図である。

【手続補正書】

【提出日】平成１４年１１月５日（２００２．１１．５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 フーツ，ジョン，イー． アメリカ合衆国，60174 イリノイ州，セ イント チャールズ，ランキャスター ア ヴェニュー 1430 Ｆターム(参考） 2G043 AA03 CA03 DA01 DA05 EA01 GA07 GA22 GB19 JA02 KA01 KA02 KA03 KA05 KA09

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各ユニットが 水の試料がそれを通して流れる光が透過可能なセルを備えた水路と、 前記光が透過可能なセルの外部に配置された光源と、 該光源と光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な励起フィル
   ターと、 該光が透過可能なセルの外部に配置された基準検知器と、 該光が透過可能なセルの外部に配置された発光検知器と、 前記発光検知器と前記光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能
   な発光フィルターと、を備えた一またはそれ以上のユニットを備えた、モジュー
   ル式蛍光光度計であって、 該モジュール式蛍光光度計に一以上のユニットが存在する場合には、前記水試
   料が流れて通過する前記光が透過可能なセルは、前記蛍光光度計内において水の
   試料が流れて通過するひとつだけの水路しか存在しないように配列されている、 モジュール式蛍光光度計。
2. 【請求項２】 ２以上１６以下のモジュール式蛍光光度計ユニットを備えた
   請求項１に記載のモジュール式蛍光光度計。
3. 【請求項３】 前記光源は発光ダイオードである請求項１に記載のモジュー
   ル式蛍光光度計。
4. 【請求項４】 前記基準検知器及び前記発光検知器はいずれもフォトダイオ
   ードであり、前記発光検知器は前記光源及び前記基準検知器に関して９０°の角
   度に配置されている請求項１に記載のモジュール式蛍光光度計。
5. 【請求項５】 前記基準検知器は前記光源に直接対向して配置されている請
   求項１に記載のモジュール式蛍光光度計。
6. 【請求項６】 さらにコントローラーを備えた請求項１に記載のモジュール
   式蛍光光度計。
7. 【請求項７】 前記コントローラーは、産業用水系の管理をするために、該
   コントローラーが該モジュール式蛍光光度計により与えられ、及び他のアナログ
   入力される測定蛍光信号を使用することができるように絶縁アナログ入力を備え
   ている請求項６に記載のモジュール式蛍光光度計。
8. 【請求項８】 前記産業用水系は冷却水系である請求項７に記載のモジュー
   ル式蛍光光度計。
9. 【請求項９】 異なる励起スペクトルにより定義される光に照射された後に
   各蛍光物質の種が異なる発光スペクトルの光を発光する、水の試料中の一または
   それ以上の蛍光物質の種の存在を検知する方法であって、 該方法は、 ａ）前記水の試料中の各蛍光物質の種の存在を検知するに十分な数のユニットを
   有する、請求項１のモジュール式蛍光光度計を提供する工程と、 ｂ）蛍光物質を含む水の試料を各光が透過可能なセルを通して移動させる工程と
   、 ｃ）各ユニットのそれぞれの光源によって前記水の試料を照らす工程と、 ｄ）各ユニットのそれぞれの発光検知器によって発光スペクトルを検知すること
   により、各蛍光物質の種を検知する工程と、 を備えている検知方法。
10. 【請求項１０】 前記モジュール式蛍光光度計が２〜１６のモジュール式蛍
    光光度計ユニットを有する請求項９に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記基準検知器は前記光源に直接対向して配置されており
    、前記発光検知器は前記光源及び前記基準検知器に関して９０°の角度に配置さ
    れている請求項９に記載の方法。
12. 【請求項１２】 さらにコントローラーを備えた請求項９に記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記コントローラーは、産業用水系の管理をするために、
    該コントローラーが該モジュール式蛍光光度計により与えられ、及び他の分析装
    置から入力される測定蛍光信号を使用することができるように絶縁アナログ入力
    及び出力を備えている請求項９に記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記産業用水系は冷却水系である請求項９に記載の方法。
15. 【請求項１５】 請求項１のモジュール式蛍光光度計を使用することを含む
    産業用水系の管理方法であって、前記モジュール式蛍光光度計はさらにコントロ
    ーラーを含み、該コントローラーは産業用水系の管理をするために、該コントロ
    ーラーが該モジュール式蛍光光度計により与えられ、及び他の分析装置から入力
    される測定蛍光信号を使用することができるように絶縁アナログ入力を備えてい
    る管理方法。
16. 【請求項１６】 前記産業用水系は冷却水系である請求項１５に記載の産業
    用水系の管理方法。