JP2004157018A - Sensitivity calibration method of fluorescence detection apparatus and fluorescence detection apparatus - Google Patents

Sensitivity calibration method of fluorescence detection apparatus and fluorescence detection apparatus Download PDF

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Miyuki Urata
美由貴 浦田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensitivity calibration method of a fluorescence detection apparatus for conveniently calibrating sensitivity of the fluorescence detection apparatus without using a reagent, and the fluorescence detection apparatus for adopting the method. <P>SOLUTION: The sensitivity calibration method of the fluorescence detection apparatus 1 for detecting fluorescence emitted from a sample by using a photodetector 21a, uses a fixed reference fluorescent material 100 as a sensitivity calibration reference having previously found information of fluorescence intensity detected on predetermined conditions, and corrects an output from the photodetector 21a based on the information and the output when the photodetector 21a detects the fluorescence emitted from the fixed reference fluorescent material 100. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料の発する蛍光を光検出器により検出する蛍光検出装置の感度校正方法及び蛍光検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、測定対象、測定対象の反応生成物、或いは測定対象と反応する試薬の蛍光(強度、消光時間を含む。)を測定することにより、測定対象の存否及び/又は濃度を測定する蛍光分析が広く利用されている。蛍光分析は、測定対象の蛍光特性が特定されていれば、高感度であり、微量成分の分析などにとって重要な測定手段の1つとなっている。
【0003】
例えば、本発明者は、特許文献1において、蛍光測定を利用して試料水、例えば河川水、湖沼水中の陰イオン界面活性剤濃度、BOD(生物化学的酸素要求量)などの水質指標を測定する方法を提案した。
【0004】
試料水中の陰イオン界面活性剤の測定方法としては、伝統的にメチレンブルー吸光光度法(JIS K 0102の30.1)が用いられている。しかし、この方法は、メチレンブルー溶液、クロロホルムをはじめ、酸、アルカリなどの多くの試薬を必要とし、又抽出操作など測定に複雑な操作を伴い、時間がかかるばかりか、相当の熟練を要する方法である。又、斯かる方法は連続測定に対応し得るものではない。他方、試料水のBODの測定方法としては、標準希釈法(JIS K 0102の21.)が広く用いられている。しかし、この方法は、測定結果が得られるまで5日という長時間がかかり、又多くの試薬、植種などを要し、操作が煩雑で、しかも相当の熟練を要するものである。そして、この方法は、到底連続測定に対応し得るものではない。
【0005】
これに対して、本発明者が提案した蛍光測定を利用した水質測定方法及び装置(特許文献1)によれば、試料水の陰イオン界面活性剤(特に、スルホン酸形陰イオン界面活性剤である直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩類(LAS))、BODなどの水質指標を非接触、無試薬にて測定することができ、更には連続測定への対応も可能である。
【0006】
この方法は、概略、特定波長の励起光を照射した際に、標準試料水が発する特定波長の蛍光強度と、標準試料水のLAS濃度若しくはBODとの相関(検量線)を予め求めておき、この関係を利用することにより、同条件で蛍光測定を行って実試料水のLAS濃度若しくはBODを測定するものである。
【0007】
斯かる方法によれば、予め求めた検量線を用いることで、実試料水の測定時には、単に試料水に特定波長の励起光を照射して特定波長の蛍光を測定することにより、無試薬、非接触にてLAS濃度を測定することができ、しかも連続測定が可能である。
【0008】
【特許文献1】
特願2001−265089
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、蛍光検出装置が備える光電子増倍管などの光検出器の感度は、経時的に変化することがある。そのため、定期的に光検出器の感度校正を行うことが望ましい。
【0010】
従来、蛍光検出装置における光検出器の感度校正(以下、単に「感度校正」という。)は、硫酸キニーネ溶液などの感度校正用試薬を用いて行う。或いは、定期的に測定対象成分の標準試料を用いて検量線を作製し直すことも考えられる。
【0011】
しかしながら、このように定期的に試薬を用いて感度校正をしたり、標準試料を用いて検量線を作製し直したりするのでは、操作が煩雑になり、ランニングコストの増大を招来する他、特に、上記本発明者の提案する水質測定方法及び装置などにおいては、無試薬にて極めて簡便に水質指標の測定を行いうるというメリットが半減してしまう。
【0012】
又、感度校正に用いる試薬の中には、経時変化や、紫外線によって劣化して蛍光特性が変化するものがあり、感度校正標準としての安定性を保つことができない。
【0013】
又、上記水質測定装置にあっては、測定対象成分であるLASは、紫外線によって分解されてしまうため、LASで感度校正を行おうとすれば、常にLASを供給しなければならず、ランニングコスト、操作の煩雑さの点で問題がある。
【0014】
更に、上述のような感度校正用試薬、例えば、硫酸キニーネ溶液などは、その蛍光強度が温度に対して極めて敏感であることが分かった。従って、上記水質測定装置など、蛍光検出装置が屋外などの温度変化が大きい場所に設置される場合、その試薬を用いた感度校正自体が不可能となる。或いは温度制御のために複雑な機構を備えなければならなくなる。
【0015】
従って、本発明の目的は、無試薬にて極めて簡便に蛍光検出装置の感度校正を行うことのできる蛍光検出装置の感度校正方法、及び該方法を採用した蛍光検出装置を提供することである。
【0016】
本発明の他の目的は、温度変化に影響されることなく、常に安定した感度校正が可能な感度校正方法、及び該方法を採用した蛍光検出装置を提供することである。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る蛍光検出装置の感度校正方法及び蛍光検出装置にて達成される。要約すれば、第1の本発明は、試料の発する蛍光を光検出器により検出する蛍光検出装置の感度校正方法において、所定条件により検出される蛍光強度の情報が予め求められた固体標準蛍光体を感度校正標準として用い、前記光検出器が前記固体標準蛍光体の発する蛍光を検出した際の出力と、前記情報とに基づいて前記光検出器の出力を補正することを特徴とする蛍光検出装置の感度校正方法である。又、本発明の他の実施態様によると、前記固体標準蛍光体を、前記光検出器が試料の発する蛍光を検出する際の該試料から前記光検出器への光路上に配置して、その蛍光を前記光検出器で検出する。一実施態様では、前記固体標準蛍光体を、試料の発する蛍光を前記光検出器が検出する際の該試料の前記光検出器と対向する面と略同一平面に配置する。
【0018】
第2の本発明によると、試料の発する蛍光を検出する光検出器と、所定条件により検出される蛍光強度の情報が予め求められた固体標準蛍光体と、前記光検出器が前記固体標準蛍光体の発する蛍光を検出した際の出力と前記情報とに基づいて前記光検出器の出力を補正する補正手段と、を有することを特徴とする蛍光検出装置が提供される。本発明の一実施態様によると、蛍光検出装置は更に、前記固体標準蛍光体を、前記光検出器により蛍光を検出し得る検出位置と検出し得ない待避位置との間で移動させる移動手段を有する。
【0019】
第3の本発明によると、試料の発する蛍光を検出する光検出器と、所定条件により検出される蛍光強度の情報が予め求められた固体標準蛍光体と、前記固体標準蛍光体を、前記光検出器により蛍光を検出し得る検出位置と検出し得ない待避位置との間で移動させる移動手段と、を有することを特徴とする蛍光検出装置が提供される。本発明の一実施態様によると、蛍光検出装置は更に、前記光検出器が前記固体標準蛍光体の発する蛍光を検出した際の出力と前記情報とに基づいて前記光検出器の出力を補正する補正手段を有する。
【0020】
上記第2、第3の本発明の一実施態様では、蛍光検出装置は更に、励起光源を有し、前記検出位置において前記固体標準蛍光体は前記励起光源からの励起光を受けて蛍光を発し、該蛍光を前記光検出器により検出する。一実施態様では、前記移動手段は、試料の発する蛍光を前記光検出器で検出する際の該試料から前記光検出器への光路上に前記固体標準蛍光体を導入し、又該光路から待避させる。又、一実施態様では、前記移動手段は、試料の発する蛍光を前記光検出器で検出する際の該試料の前記光検出手段と対向する面と略同一平面に前記固体標準蛍光体を導入する。又、蛍光検出装置は更に、前記情報を記憶する記憶手段を有していてよい。
【0021】
上記各本発明の一実施態様によると、前記固体標準蛍光体は、蛍光プラスチック又は蛍光ガラスを備える。好ましい一実施態様では、前記蛍光プラスチックは蛍光色のアクリルである。他の実施態様では、前記固体標準蛍光体は、基体上に蛍光塗料を塗布して成る。更に他の実施態様では、前記固体標準蛍光体は、基体上に、蛍光塗料を塗布したシート部材若しくは蛍光性シート部材を添着して成る。又、前記固体標準蛍光体は、更に減光手段が設けられて成るものであってもよい。好ましい一実施態様では、前記固体標準蛍光体は、板状形状である。
【0022】
又、上記各本発明の一実施態様によると、前記蛍光検出装置は、試料の発する蛍光を検出した際の前記光検出器の出力に基づいて試料の直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩類濃度、BOD又は水中油分濃度を測定する。
【0023】
本明細書において、蛍光とは、励起刺激(光量子、電子、電界、化学反応、機械的応力)によって起こる発光であって、刺激を取り去ると直ちに消滅する発光のみならず、その後も発光が持続する光をも含むものとする。励起刺激は、好ましくは光(励起光)であり、可視線、紫外線の他、赤外線、X線、α線、β線などの放射線をも含むものとする。
【0024】
又、本明細書において、紫外線とは波長190nm〜400nmの光線のことをいう。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る蛍光検出装置の感度校正方法及び蛍光検出装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【0026】
実施例1
図1及び図2を参照して、本発明を適用し得る蛍光検出装置の一実施例について説明する。本実施例では、上記特許文献1に記載されたものと基本的には同一の水質測定装置に本発明を適用する。
【0027】
この水質測定装置は、試料水に少なくとも2つの異なる波長の紫外線を照射し、各波長の紫外線により試料水が発する特定波長の蛍光強度を測定し、各波長の紫外線に対する該特定波長の蛍光強度情報に基づいて試料水の特定の水質指標、例えば、試料水中の陰イオン界面活性剤の濃度、BODを測定することができる。
【0028】
ここでは、水質指標として試料水の陰イオン界面活性剤、特に、スルホン酸形陰イオン界面活性剤である直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩類(LAS)を連続的に測定(モニター)する場合を例に説明する。
【0029】
図10に示すように、LAS標準液の濃度(約0.1mg/L〜3mg/L)と、励起波長210nm、測定波長290nmでの蛍光強度とには略線形の相関がある(相関1)。又、同様に、励起波長230nm、測定波長290nmでの蛍光強度も略線形の関係にある(相関2)。従って、励起波長として210nm或いは230nmを用い、測定波長として290nmの蛍光強度を測定することで、試料水中のLASの定量が可能である。
【0030】
しかし、河川水、湖沼水などは水系により水質が異なり、紫外線により励起されて発する蛍光がそれぞれで大きく異なることから、ブランクにバラツキがある。このために、上記励起波長の何れか1つによる波長290nmの蛍光強度を測定することによっては、より低濃度の測定は極めて困難であった。
【0031】
そこで、上記特許文献1において本発明者が提案したように、励起波長230nm、210nmのそれぞれを試料水に照射した際の、測定波長290nmにおける蛍光強度の差を求め、これとLAS濃度との相関(相関3)を検量線として用いる。即ち、測定時には、試料水に中心波長210nm、230nmの紫外線を照射し、それぞれの波長の紫外線により励起されて試料水が発する蛍光(測定波長290nm)を検出する。そして、これらの差を求めて、上記検量線を用いてLAS濃度を求める。
【0032】
これにより、水質の異なる試料水によってブランクが変化する場合にも、その影響を軽減或いは除外することが可能であり、より低濃度(例えば、0.2mg/L以下)の測定も極めて高精度に行うことができる。
【0033】
図1に模式的に示すように、蛍光検出装置としての水質測定装置1は、検出部2、制御部3、試料水収容部としての試料槽4、操作部5を有し、斯かる構成により、水質測定装置1は、試料槽4に所定の流量にて連続的に導入される試料水中のLAS濃度の連続測定を行う。
【0034】
試料水は、ポンプ61により、所望の試料水供給源、例えば、河川から流入口41に接続された管路62を介して試料槽4に流入する。又、試料槽4に導入された試料水は、オーバーフローして、流出口42から、これに接続された管路63を介して所定の排出先、例えば試料水供給源に排出される。又、試料水供給源から管路62への試料水の導入、管路63からの試料水の排水は、弁64、65によってそれぞれ制御される。
【0035】
検出部2は、試料槽4に導入された試料水に、所定の励起光、即ち、本実施例では特定波長(230nm、210nm)の紫外線を照射し、又試料水が発した特定波長(290nm)の蛍光を検出してその強度に応じた電気信号を制御部3へ出力する。
【0036】
図2は、水質測定装置1の検出部2をより詳しく示す。検出部2の投光部10は、光源10a、レンズ系12、励起波長選択手段13などを備えている。本実施例では、光源10aとして、波長200nm〜800nmの光を発するXeフラッシュランプ(キセノン放電管)を用いた。光源10aから出射された光は、レンズ系12によって励起波長選択手段13に導かれて、更にダイクロイックミラー14へと向けられる。本実施例では、励起波長選択手段13は、分光手段として中心波長210nmの励起光を透過させる干渉膜帯域透過フィルタとされる第1の光学フィルタ13aと、中心波長230nmの励起光を透過させる第2の光学フィルタ13bとを備えている。励起波長選択手段13は、第1、第2の光学フィルタ13a、13bを、回転体であるフィルタ支持体13cに支持している。フィルタ支持体13cは、後述する制御部3の指示により回転駆動され、順次所望の光学フィルタを、光源10aからの光束が通過する位置に配置する。これにより、所望のタイミングで所望の励起光を試料水に照射する。
【0037】
ダイクロイックミラー14は、波長260nm以上の光を透過し、それより短い波長の光を反射する。従って、波長210nm、230nmの紫外線はダイクロイックミラー14によって反射される。ダイクロイックミラー14で反射された励起光は、略直角に光軸を曲げられ、本実施例では略鉛直下方に差し向けられる。そして、この励起光は、光路16を導かれて試料槽4中の試料水に照射される。光路16中にはレンズ系15が配置されており、励起光は試料水の略液面に集束される。
【0038】
一方、上述のようにして励起光が照射された試料水が発する蛍光は、レンズ系15を介してダイクロックミラー14へと導かれ、更にダイクロイックミラー14を透過して蛍光検出部21に向かう。
【0039】
蛍光検出部21は、光検出器21a、分光手段である干渉膜帯域透過フィルタとされる第3の光学フィルタ19、レンズ系20などを備えている。本実施例では、第3の光学フィルタ19は、中心波長290nmの光を透過する。そして、第3の光学フィルタ19を透過した蛍光は、レンズ系20により、光検出器21aに集束される。本実施例では、光検出器21aとして光電子増倍管を用いた。
【0040】
光検出器21aは、感知した蛍光強度に応じた電気信号を発する。この信号は電流−電圧変換器(アンプ)、A/D変換器などを備えた検出回路(図示せず)を介して、制御部3に入力される(図1)。
【0041】
尚、投光部10から発され、ダイクロイックミラー14を透過した光は、参照用受光部18において、レンズ系17により参照用光検出器18aに集束される。参照用光検出器18aは受光量に応じた信号を発し、この信号は光源10aの光量制御のためにフィードバックされる。これにより、光源10aの光量安定化が図られている。又、検出部2における光学部品は全て遮光ケース22内に収められており、遮光ケース22と連結された光路16及び試料槽4も外光から遮光されている。
【0042】
制御部3は、演算手段31、記憶手段32などを備えており、記録手段32に格納されたプログラムに従って装置動作を統括的に制御すると共に、検出部2の出力、及び記憶手段32に格納された情報に基づいて演算処理し、試料水中のLAS濃度に応じた信号を生成する。
【0043】
つまり、制御部3は、所定のタイミングで光源10aを点灯させると共に、励起波長選択手段13の第1の光学フィルタ13a、第2の光学フィルタ13bを光透過位置に移動させ、順次、励起波長210nm、230nmの紫外線を、試料槽4に導入された試料水に照射する。そして、光検出器10aが感知した測定波長(290nm)の蛍光の強度に応じた信号が制御部3に入力されると、演算手段31は、励起波長選択手段13の回転体13cの動作と同期して、何れの励起波長による蛍光強度であるかを認識すると共に、その強度を記憶手段32或いは演算手段31に内蔵の記憶部に記憶させる。
【0044】
又、予め記憶手段32には、図10に示すような検量線の情報(励起波長230nm、210nmのそれぞれによる測定波長290nmの蛍光強度の差と、LAS濃度との関係を示す情報(相関3))が格納されている。演算手段31は、上述のようにして得た蛍光強度の検出値情報と、予め記憶手段32に記憶された上記検量線の情報とに基づいて演算し、試料水中のLAS濃度に対応した情報を生成する。又、演算手段31は、斯かる情報に基づいて、操作部5の液晶ディスプレイなどとされる表示手段51に、所望の表示形態にてLAS濃度測定値を示す情報を表示させる信号を生成する。操作部5は、測定値を表示する表示手段51、装置の緒設定、測定の開始及び停止、所望のデータの入力などを行う入力手段52を備える。
【0045】
上記検量線の情報は、例えば、水質測定装置1の工場出荷時など、実試料水の測定前に、所定の標準試料水を用いた測定を行うことにより、或いは操作部5から入力したりすることによって、テーブル、演算式などの任意の形態にて記憶させることができる。
【0046】
尚、制御部3として、検出部2と通信可能に接続された、パーソナルコンピュータなどの外部機器を使用することも可能である。この場合、表示手段51、入力手段52は、このコンピュータに付属のものであってよい。
【0047】
又、光源10aは、Xeフラッシュランプ(キセノン放電管)に限定されるものではなく、例えば、Dランプ(重水素放電管)を用いることもでき、又、所望の波長の光を発するレーザ光源などの単色光源が入手可能であればそれを用いてもよい。更に、光検出器21aとしては、光電子増倍管の他、フォトダイオード、フォトトランジスタ、アバランシェフォトダイオードなどを適宜用いることができる。
【0048】
図3は、本実施例における、検出部2と試料槽4との配置関係をより詳しく示す。上述のように、試料水は、流入口41から試料槽本体40に流入する。試料槽本体40は、略円筒形状で、重力方向に対して傾斜して配置される。そして、試料槽本体40が試料水で満たされると、試料水は、試料槽本体40の上部開口部(測定用開口部)43からオーバーフローして、流出路42aを介して流出口42から排出される。試料水が測定槽本体40に所定の流量で供給されている状態で、測定用開口部43には、略平面の試料水の上面(以下、「測定面」という。)が形成される。検出部2は、この試料水の測定面に、ほぼ合焦するように、励起光を照射するようになっている。
【0049】
検出部2は、検出器支持台71上に適当に位置決めされて設置されている。検出器支持台71は、回動軸73を中心として揺動可能となっており、操作者は、所望時に把手72などを利用することによって、検出器支持台71を、試料槽4中の試料水からの蛍光を検出部2が検出し得る所定の閉鎖位置と、検出部2(検出器支持台71)を試料槽4上から待避させる開放位置との間で移動させることができる。このようにして検出器支持台71を試料槽4の上部から待避させると、測定用開口部43を開放することができる。
【0050】
上記水質測定装置によれば、試料水、例えば、河川水、湖沼水などの水質指標(水質汚染物)として、陰イオン界面活性剤、特に、スルホン酸形陰イオン界面活性剤(LASなど)の濃度を、非接触、無試薬にて連続的に測定を行うことができる。
【0051】
さて、前述のように、光検出器21aの感度は、経時的に変化することがある。従って、定期的に感度校正をすることが望ましい。特に、低濃度の測定対象を高精度にて測定しようとする場合、この定期的な感度校正は欠かせないと言える。
【0052】
一方、従来一般に行われているような、一定濃度の硫酸キニーネ溶液などの感度校正標準試薬を用いた定期的な感度校正には、上述のように、試薬の経時的な若しくは紫外線に対する安定性、温度に対する蛍光強度の安定性、操作性、コスト面などで問題があり、特に、本実施例の水質測定装置1においては、無試薬測定のメリットを半減させてしまう。
【0053】
そこで、本実施例では、以下に説明する感度校正方法を採用する。
【0054】
本実施例の感度校正方法は、本発明に従って、所定条件により検出される蛍光強度の情報が予め求められた固体標準蛍光体を感度校正標準として用い、前記光検出器の出力を前記情報に基づいて補正することを含んで成る。
【0055】
つまり、固体標準蛍光体は、工場出荷時などに、感度校正が成された蛍光検出装置を用いて、所定条件(励起条件、測定波長、配置関係などを含む。)にて発する蛍光強度(光検出器の出力、該出力から導かれる蛍光強度値や測定対象の濃度などの指示値を含む。)の目盛り付けをする(以下、この目盛り付けされた値を「校正値」とよぶ。)。
【0056】
これにより、以後は、この目盛り付けされた固体標準蛍光体を感度校正標準として使用することで、無試薬にて感度校正を行うことができる。
【0057】
固体標準蛍光体は、励起刺激により、光検出器に導いた際に該光検出器の感度校正をし得る程度に一定の蛍光を発する、入手可能な如何なる固体の蛍光体をも含む。励起刺激は、好ましくは光(励起光)である。最も好ましくは、当該蛍光検出装置の試料測定時に用いるものと同じである所定の励起光を照射したときに、当該蛍光検出装置の試料測定時に用いる測定波長を含む蛍光を、当該蛍光検出装置が備える光検出器の測定レンジ内の適当な強度にて発する固体標準蛍光体を用いる。
【0058】
本発明にて使用し得る蛍光体(蛍光材料)の背景となる理論、技術自体は、当業者には周知であり、入手し得る如何なる蛍光体も本願発明の設計変更の範囲内にある。
【0059】
好ましい固体標準蛍光体には、蛍光プラスチック、蛍光ガラス、蛍光体(蛍光塗料など)を基体上に適用したもの若しくは複数の基体層間に蛍光体層を中間層として保持したものなどが含まれる。
【0060】
蛍光プラスチックには、蛍光体を加えて成形したプラスチックがある。蛍光体は、無機蛍光体(無機蛍光顔料)、有機蛍光顔料、蛍光染料のいずれであってもよい。例えば、カナセ(株)から、商品名「カナセライト」として、又三菱レイヨン(株)から商品名「アクリライト」として蛍光色のアクリル板が入手可能である。
【0061】
尚、蛍光プラスチックの添加物として、或いは基体に塗布する塗料などとして単独若しくは他の成分との組み合わせにて用いられる無機蛍光体(無機蛍光顔料)としては、Ca、Ba、Mg、Zn、Cdなどの酸化物、硫化物、ケイ酸塩、リン酸塩、タングステン酸塩などを主成分とし、これにMn、Ag、Cu、Sb、Pbなどを活性剤として添加して焼成したもの、ハロゲン化リン酸塩蛍光体、希土類元素を付活剤として使用する希土類蛍光体などが挙げられる。例えば、日亜化学工業(株)から、商品名「ウルトラ・グローシリーズ」として、粉体塗料、ペイント、インク、染料、樹脂成形品、釉薬などに加工し得る蛍光製粉体材料を入手することができる。
【0062】
又、蛍光プラスチックの添加物として、或いは基体に塗布する塗料などとして単独若しくは他の成分との組合せにて用いられる有機蛍光顔料としては、典型的には、無色の樹脂粒子から成り、この樹脂が有色でかつ溶液中で強い蛍光を発し得るような染料を含んでいるものがある。このような蛍光顔料では、反射光に顔料からの蛍光が加わる。多くの蛍光顔料は、染料を担持したポリマーを塊状重合することによって製造する。例えば、蛍光を有する染料を、光の透過率がよく、染料に障害を与えないような合成樹脂と共に水に溶解し、重合固化させた後粉砕して製造する。蛍光顔料に用いられる染料としては、Rhodamine B(登録商標)、Rhodamine F5G(登録商標)(BASF社)、Xylene Red B(登録商標)(Sandoz Chemical社)、Fluorescent Yellow Y(登録商標)(L. B. Holliday社)、Maxilon Brilliant Flavine 10 GFF(登録商標)(CIBA−GEIGY社)、Alberta Yellow(登録商標)、Potomac Yellow(登録商標)(Day−GloColor社)、MacrolexFluorescent Yellow 10 GN(登録商標)(Bayer社)などがある。これらの蛍光顔料は、蛍光塗料、印刷インキとして使用し得るほか、合成樹脂(蛍光プラスチック)の製造にも用いることができる。
【0063】
蛍光ガラスとしては、ガラス構造中に蛍光性物質を形成したものがある。例えば、(株)住田光学ガラスから、商品名「ルミラス−G9」(主発光波長540nm、励起波長範囲200〜390nm)、「ルミラス−R7」(主発光波長610nm、励起波長範囲200〜420nm)、「ルミラス−B」(主発光波長405nm、励起波長範囲200〜400nm)として、ガラスに蛍光活性イオンとなる希土類イオンを含有させた機能性蛍光ガラスを入手することができる。
【0064】
固体標準蛍光体は、所定の励起光が照射された際に発する蛍光が、当該蛍光検出装置が備える光検出器の所定の測定レンジ内にあるように、単体で、或いは適当な減光手段と組み合わせて用いることができる。
【0065】
減光手段としては、例えば、測定波長の光を含む蛍光を吸収する、或いは励起光を吸収するようにされた材料、例えばガラス、プラスチックなどを用いることができる。使用に際し、このような材料を、固体蛍光体本体と光検出器との間、或いは励起光源と固体蛍光体本体との間に配置すればよい。
【0066】
固体標準蛍光体の形状は、特に限定されるものではないが、固体標準蛍光体の発する蛍光の強度の設定(調節)し易さ、蛍光検出装置における取り扱い易さ、入手し易さなどの設計上の制約から適宜選択すればよい。これら各観点から、固体標準蛍光体は、板状形状のものが好ましい。
【0067】
更に説明すると、図4は、本実施例の水質測定装置1の感度校正に使用し得る固体標準蛍光体100の一実施例を示す。図4の固体標準蛍光体100は、固体蛍光体本体としての蛍光板101と、減光手段としての減光板102とを、固定手段としてのビス103で固定して成る。
【0068】
蛍光板101、減光板102の組み合わせや厚さの設定は、光検出器の測定レンジ内の蛍光強度を得られるように適宜設定すればよい。例えば、入手可能な蛍光板101に対して減光板102の種類、厚さを変更することによって所望の蛍光強度を得ることができる。
【0069】
固定手段は、ビス止めに限定されるものではなく、熱結合、接着剤など任意の適当な手段を用いることができる。
【0070】
図5に示すように、蛍光板101が単体で所望のレンジ内の蛍光強度を得られるなら、当然、減光板102を設ける必要はない。又、蛍光板101は、同種若しくは異種のものを複数重ねて用いてもよい。
【0071】
又、図6(a)に示すように、適当なプラスチック板、ガラス板、金属板などとされる基体104上に、固体蛍光体本体として例えば上述のような蛍光顔料を含んで成る蛍光塗料(蛍光性薄膜)101aを塗布して固体標準蛍光体100を形成してもよい。或いは、図6(b)に示すように、蛍光体本体として蛍光塗料を塗布したシート(樹脂製など)若しくは蛍光性のシート(樹脂製など)自体101bに粘着剤105が適用されたシールを、基体104に添着してなるものであってもよい。更に、図6(c)に示すように、例えば、プラスチック板、ガラス板などから成る複数の基体(減光手段として作用するものであってもよい。)104a、104b間に、固体蛍光体本体として例えば上述のような蛍光顔料を含んでなる蛍光塗料(蛍光性薄膜)101cを中間層として保持したものであってもよい。図6(a)、(b)、(c)に示す態様においても、適宜減光手段と組み合わせて用いることができる。
【0072】
尚、基体104に蛍光塗料若しくは蛍光シール104を設けて成るものは、長期使用により剥離、めくれなどが起こることが考えられることから、蛍光プラスチック、蛍光ガラスなどの蛍光板101(図4又は図5)のように、その構造(組成)に蛍光体が組み込まれたものがより好ましい。
【0073】
(具体例1)
図4に示す蛍光板101として、蛍光色のアクリル板である板厚2mmのカナセライト No.6996(カナセ工業(株)製)を用い、減光板102として、透明色アクリル板である板厚3mmのスミペックスE No.000(住友化学(株)製)を用い、それぞれ85mm×72mmの矩形板材の四隅各近傍を、ビス103で止めた。
【0074】
(具体例2)
図4に示す蛍光板101として、蛍光色のアクリル板である板厚3mmのアクリライト No.993(三菱レイヨン(株)製)を用い、減光板102として、透明色アクリル板である板厚2mmのスミペックスE No.915(住友化学(株))を用い、それぞれ85mm×72mmの矩形板材の四隅各近傍を、ビス103で止めた。
【0075】
(具体例3)
図4に示す蛍光板101として、蛍光ガラスである板厚2mmのルミラスB((株)住田光学ガラス)を用い、更に蛍光色のアクリル板である板厚2mmのアクリライト No.993(三菱レイヨン(株)製)を用い、それぞれ85mm×72mmの矩形板材の四隅各近傍を接着した。
【0076】
次に、本実施例の水質測定装置1における感度校正操作について更に説明する。
【0077】
固体標準蛍光体100は、例えば工場出荷時などに、感度校正用の標準試薬で感度校正済の標準の蛍光検出装置を用いて、水質測定装置1における試料測定時と同条件の励起光を固体標準蛍光体に照射し、水質測定装置1における試料測定時と同条件の蛍光を検出して、その蛍光強度の情報(光検出器の出力、該出力から導かれる蛍光強度値や測定対象の濃度などの指示値を含む。)を、当該固体標準蛍光体100の固有の校正値情報として目盛り付けをする。
【0078】
より具体的には、本実施例では、水質測定装置1と同様の構成の標準装置を用いて、実際の感度校正時とほぼ同位置(光源10a、光検出器21aとの間の光路長などに関し)に固体標準蛍光体100を配置する。励起波長210nmと230nmの紫外線を固体標準蛍光体100に照射し、その時の測定波長290nmの蛍光強度の差を検出して、水質測定装置1の指示値であるLAS濃度値(mg/L)にて固体標準蛍光体100の目盛り付けをした。但し、校正値はLAS濃度指示値として目盛り付けすることに限定されるものではなく、光検出器21aの出力電圧値など、他の形態にて目盛り付けしてもよい。
【0079】
感度校正を行う際には、上述のようにして検出部2を試料槽4の上部から待避させることにより、試料槽4の測定用開口部43を開放し、この測定用開口部43の縁部43a上に、固体標準蛍光体100を載置する(図3)。
【0080】
図4に示す固体標準蛍光体100を用いる場合、減光板102が、検出部2の側、即ち、上側になるように載置する。図6(a)、(b)に示す固体標準蛍光体を用いる場合は、当然、固体蛍光体本体101a、101bが検出部2の側になるように載置する。
【0081】
これにより、固体標準蛍光体100は、検出部2を所定の閉鎖位置に戻した際に、光検出器21aにより蛍光を検出し得る検出位置、本実施例では、試料測定時における試料槽4中の試料の測定面から光検出器21aへの光路上に配置される。この検出位置において、固体標準蛍光体100は、光源10aからの励起光の照射を受ける。更に、本実施例では、固体標準蛍光体100は、水質測定装置1の試料測定時における試料槽4中の試料の測定面と略同一平面に配置される。
【0082】
検出部2を所定の測定位置に戻し、感度校正モードにおいて、投光部10から、目盛り付け時と同波長の励起光を固体標準蛍光体100に照射し、その時に固体標準蛍光体100が発する目盛り付け時と同波長の蛍光の強度を光検出器21aで検出する。そして、操作部5に設けられた入力手段52から、指示値が固体標準蛍光体100の校正値と合致するように、光検出器21aの出力を補正する入力を行う。その後、次の感度補正時までは、試料測定時に斯かる補正値を考慮して演算処理がなされ、LAS濃度が指示される。
【0083】
例えば、指示値が校正値よりも低下している場合には、その差分を補うように、光検出器21aの出力を増加させる補正値を設定する入力を行う。これにより、その後の指示値は、光検出器21aに斯かる補正値を加算したものに基づいて算出するようにする。
【0084】
尚、補正方法自体は、本発明においては任意である。例えば、感度校正モード中に校正値と同値になるように指示値を変化させるキーを設け、斯かる入力に基づいて演算手段31が補正値を算出する構成とすることができる。或いは、校正値自体を入力し或いは一度入力することにより記憶手段32に記憶させることにより、感度校正の開始キーにより蛍光測定を開始させた後は、演算手段31が蛍光の検出結果から自動的に補正値を算出する構成としてもよい。これら補正方法自体は、当業者には一般的なものであり、利用可能なものから適宜選択して用いればよい。
【0085】
(試験例1)
次に、固体標準蛍光体100を用いた感度校正の安定性を試験した。
【0086】
図7に示すチャートは、水質測定装置1の環境温度を変化させながら、励起波長210nm、230nmによる、具体例1の固体標準蛍光体100の発する測定波長290nmの蛍光強度の差を検出した結果を示す。
【0087】
図示するように、水質測定装置1の環境温度を約−5℃〜45℃まで変化させ、検出部2の底部温度が約1℃〜42℃まで変化した場合にも、固体標準蛍光体100の蛍光強度は極めて安定性が高く(変動は検出器感度のフルスケール(100%)に対して約1.9%)、温度影響をほとんど受けないことが分かる。
【0088】
具体例2、3についても同様の試験を行ったが、共に蛍光強度は温度変化に対して極めて安定していた。
【0089】
一方、図8のチャートは、感度校正試薬として硫酸キニーネ水溶液(100μg/l)を用い、その温度を27℃、6℃、45℃と変化させた際の、励起波長320nm、測定波長440nmにおける蛍光強度を示す。
【0090】
図示するように、硫酸キニーネ水溶液蛍光強度は、温度変化対して極めて敏感であり(変動は検出器感度のフルスケール(100%)に対して36.5%)、安定した蛍光強度を得ることはできなかった。
【0091】
このように、固体標準蛍光体100は、温度変化に対してもその蛍光強度が極めて安定しており、本実施例の水質測定装置1のように、例えば蛍光検出装置が屋外に設置され、環境温度の変化が激しいことが予想される場合であっても、温度影響を受けずに、常に安定した感度校正を行うことができる。これにより、特別な温度制御手段を設ける必要もなく、コスト低減の効果もある。
【0092】
以上、本実施例によれば、無試薬にて極めて簡便に、又温度変化に影響されることなく安定して、感度校正を行うことができる。
【0093】
実施例2
本実施例では、実施例1と概略同様の水質測定装置に、自動感度校正機構を持たせる。実施例1の水質測定装置1と同様の構成、機能を有する要素には同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【0094】
図9は、本実施例の自動感度校正機構を模式的に示す。
【0095】
本実施例では、水質測定装置1は、固体標準蛍光体100を光検出器21aにより蛍光を検出し得る検出位置と、検出し得ない待避位置との間で移動させる移動手段80を有する。本実施例では、該検出位置において固体標準蛍光体100は励起光源10aからの励起光を受けて蛍光を発し、該蛍光を光検出器21aにより検出するようになっており、移動手段80は、試料槽4中の試料の発する蛍光を光検出器21aで検出する際の該試料から光検出器21aへの光路上に固体標準蛍光体を導入し、又該光路から待避させることができる。固体標準蛍光体100は、実施例1と同様に、試料測定時の試料の測定平面と略同一平面上に導入するように構成することができる。
【0096】
更に説明すると、本実施例では、固体標準蛍光体100の移動手段80は、駆動源81、駆動伝達手段82、駆動伝達手段82を介して駆動源81によって移動される固体標準蛍光体の支持部材83と、を有している。
【0097】
斯かる移動手段80は、如何なる構造を有していてもよいが、例えば、同一直線上での往復移動、或いは揺動若しくは回動によって固体標準蛍光体100を検出位置と待避位置とで移動させる構成が挙げられる。即ち、例えばモータとされる駆動源81の駆動力を、ギア列及びプーリー、或いはカムなどの駆動伝達手段82を介して、案内手段(レール、支柱など)に沿って滑動可能な支持部材83に伝達し、固体標準蛍光体100を検出位置と待避位置との間で往復移動させることができる。又、モータとされる駆動手段81の駆動力を、駆動伝達手段としてのギア列を介して支持部材83としての回転体に伝達し、該回転体に偏心して取り付けられた固体標準蛍光体100を検出位置と待避位置との間で回動させることができる。駆動機構の構成は、当業者にとって単なる設計上の選択事項であり、本発明の範囲内にある。
【0098】
これにより、自動にて固体標準蛍光体100を所定の位置に配置させることができ、操作性は更に向上する。
【0099】
そして、本実施例の水質測定装置1では、制御部3が、光検出器21aが固体標準蛍光体100の発する蛍光を検出した際の出力と、予め目盛り付けされた固体標準蛍光体100の蛍光強度情報(校正値)とに基づいて光検出器21aの出力を補正する補正手段として機能し、自動的に光検出器21aの出力を補正する。
【0100】
制御部3は、例えば、操作部5の入力手段52からの操作者の指示により、或いは試料水中のLAS濃度を連続的に測定している間に所定期間毎に、感度校正モードを実施する。この際、上記駆動機構80を制御して固体標準蛍光体100を検出位置に導入する。そして、所定の励起光を固体標準蛍光体100に照射して、その時の蛍光を光検出器21aで検出する。
【0101】
制御部3の記憶手段32に、例えば、水質測定装置1の工場出荷時などに、実施例1にて説明したようにして目盛り付けされた固体標準蛍光体100の校正値を予め記憶させたり、或いは操作者が一度入力により記憶させたりすることによって、制御部3の演算手段31は、光検出器21aの検出結果と、記憶手段32に予め記憶されている校正値とに基づいて、光検出器21aの出力値の補正値を自動的に算出することができる。そして、次回の感度校正時まで、この補正値を考慮して、LAS濃度の指示値を算出する。
【0102】
以上、本実施例によれば、固体標準蛍光体を感度校正標準の配置を自動化することができ、更には、感度校正の自動化が可能である。特に、本実施例の水質測定装置1のように連続測定を行う蛍光検出装置においては、連続測定、自動測定の利点を最大限得ることができる。
【0103】
上記各実施例では、本発明を試料水中のLAS濃度を測定する水質測定装置1に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記特許文献1にて本発明者が提案したように、BODと、特定の励起波長・測定波長における試料水の蛍光強度との相関を利用して、試料水のBODを測定することができる(特許文献1参照)。図11は、(1)BODと、励起波長230nm、測定波長420nmにおける蛍光強度との関係、(2)BODと、励起波長210nm、測定波長420nmにおける蛍光強度との関係、(3)BODと、励起波長230nm、210nmのそれぞれによる測定波長420nmの蛍光強度の差との関係を示す。上述の実施例におけるLAS濃度の場合と同様、特に、上記(3)の相関を利用することにより、試料水のBODを無試薬にて高精度に、且つ、連続して測定することができる(特許文献1参照)。又、LAS濃度、BODの測定と同様に、水中油分濃度と特定励起波長・測定波長における試料水の蛍光強度との相関を利用して、試料水中の油分濃度を測定することができる。この場合、励起波長365nm、測定波長440nm以上(440nm以上で最も大きい光の強度を検出)とすることで、水中油分濃度と蛍光強度とに良好な相関が得られる。これらBOD、水中油分の蛍光測定においても本発明に従う感度校正方法を適用することにより、無試薬にて安定した感度校正を行うことができる。
【0104】
更に、本発明は、試料の発する蛍光を光検出器により検出することにより、測定対象、測定対象の反応生成物、或いは測定対象と反応する試薬の蛍光(強度、消光時間を含む。)を測定し、測定対象の存否及び/又は濃度、或いはその蛍光の特性(蛍光スペクトル、励起スペクトルなど)自体を測定する、任意の蛍光検出装置に広く適用可能である。
【0105】
例えば、一例として、被検物質を含む蛍光体を合成して検出又は定量を行うものに、ウランの定量法などがある。非蛍光物質である試料を化学反応によって発蛍光物質に変え、その蛍光を分析に利用するものに、アルミニウムを分析する方法がある。又、試薬に蛍光物質を用い、試料との反応による蛍光の消失を利用するものに、ローダミンBの蛍光消光を測定することによるタリウムの測定法などがある。この他、蛍光指示薬の蛍光の発生、消失又は変色を滴定の終点の指示に利用する中和、酸化還元、沈殿及び錯滴定、或いは塩基性溶液中でのホルムアルデヒドの酸化による発光を測定することによるホルムアルデヒドの測定、二酸化硫黄(SO)の熱分解生成物の発光強度を測定することによる乾式の大気中SO濃度測定(ドライAP計)などの化学発光測定も一例として挙げられる。又、蛍光免疫検定法(蛍光イムノアッセイ)では、抗原或いは抗体を蛍光物質で標識し、抗原抗体反応による蛍光強度の減弱を利用して定量的に抗原抗体反応を追跡し、抗原或いは抗体を測定する。
【0106】
このように、本発明は広範囲の蛍光分析手法に用いられる蛍光検出装置において、例えば検量線の作成し直しなどの手間を省略して、無試薬にて低コスト、且つ、安定に簡易感度校正を行い得る点で極めて有用である。
【0107】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、試料の発する蛍光を光検出器により検出する蛍光検出装置の感度校正方法は、所定条件により検出される蛍光強度の情報が予め求められた固体標準蛍光体を感度校正標準として用い、光検出器が固体標準蛍光体の発する蛍光を検出した際の出力と上記の情報とに基づいて光検出器の出力を補正する構成とされるので、無試薬にて極めて簡便に蛍光検出装置の感度校正を行うことができ、又、温度変化に影響されることなく、常に安定した感度校正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用し得る蛍光検出装置の一実施例の概略構成図である。
【図2】図1の蛍光検出装置の検出部をより詳しく示す概略構成図である。
【図3】図1の蛍光検出装置の検出部と試料槽との位置関係を示す正面図である。
【図4】固体標準蛍光体の一実施例を示す側面図である。
【図5】固体標準蛍光体の他の実施例を示す側面図である。
【図6】(a)、(b)、(c)固体標準蛍光体の更に他の実施例を示す側面図である。
【図7】本発明に従う固体標準蛍光体を感度校正標準として使用した場合の感度校正の安定性を示すチャート図である。
【図8】従来の方法に従って感度校正標準として硫酸キニーネ溶液を使用した場合の感度校正の安定性を示すチャート図である。
【図9】本発明に従う蛍光検出装置の他の実施例の模式図である。
【図10】LAS濃度と蛍光強度との関係を示すグラフ図である。
【図11】BODと蛍光強度との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
1 水質測定装置(蛍光検出装置)
2 検出部
3 制御部
4 試料槽(試料水収容部)
10 投光部
10a 光源
21 蛍光検出部
21a 光検出器
31 演算手段
32 記憶手段
100 固体標準蛍光体
101 固体蛍光体本体(蛍光色アクリル板,蛍光ガラス)
102 減光手段
103 ビス(固定手段)
104 基体
105 粘着剤(固定手段)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for calibrating the sensitivity of a fluorescence detection device that detects fluorescence emitted from a sample by a photodetector, and a fluorescence detection device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, fluorescence analysis for measuring the presence and / or concentration of a measurement target by measuring fluorescence (including intensity and quenching time) of a measurement target, a reaction product of the measurement target, or a reagent reacting with the measurement target has been performed. Widely used. Fluorescence analysis has high sensitivity if the fluorescence characteristics of the measurement target are specified, and is one of important measurement means for analysis of trace components.
[0003]
For example, in Patent Document 1, the present inventor measures a water quality index such as an anionic surfactant concentration and BOD (biochemical oxygen demand) in a sample water, for example, river water or lake water using fluorescence measurement. Suggested how to.
[0004]
As a method for measuring an anionic surfactant in a sample water, a methylene blue absorption spectrophotometry (JIS K 0102, 30.1) is conventionally used. However, this method requires many reagents such as methylene blue solution, chloroform, acids, alkalis, etc., and involves complicated operations such as extraction operations, which is time-consuming and requires considerable skill. is there. Moreover, such a method cannot respond to continuous measurement. On the other hand, as a method for measuring the BOD of sample water, a standard dilution method (21 of JIS K 0102) is widely used. However, this method requires a long time of 5 days to obtain a measurement result, requires many reagents, planting, and the like, requires complicated operations, and requires considerable skill. And this method cannot respond to continuous measurement at all.
[0005]
On the other hand, according to the water quality measuring method and apparatus using the fluorescence measurement proposed by the present inventors (Patent Document 1), an anionic surfactant (particularly, a sulfonic acid type anionic surfactant) of sample water is used. Water quality indicators such as certain linear alkylbenzene sulfonates (LAS)) and BOD can be measured in a non-contact, non-reagent-less manner, and can be used for continuous measurement.
[0006]
In this method, the correlation (calibration curve) between the fluorescence intensity of a specific wavelength emitted by the standard sample water and the LAS concentration or BOD of the standard sample water when the excitation light of the specific wavelength is irradiated is obtained in advance. By utilizing this relationship, the LAS concentration or the BOD of the actual sample water is measured by performing fluorescence measurement under the same conditions.
[0007]
According to such a method, by using a calibration curve obtained in advance, when measuring the actual sample water, by simply irradiating the sample water with excitation light of a specific wavelength and measuring the fluorescence of a specific wavelength, no reagent is required. The LAS concentration can be measured without contact, and continuous measurement is possible.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 2001-265089
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the sensitivity of a photodetector such as a photomultiplier tube included in the fluorescence detection device may change with time. Therefore, it is desirable to periodically calibrate the sensitivity of the photodetector.
[0010]
Conventionally, sensitivity calibration of a photodetector in a fluorescence detection apparatus (hereinafter, simply referred to as “sensitivity calibration”) is performed using a sensitivity calibration reagent such as a quinine sulfate solution. Alternatively, it is conceivable to re-create a calibration curve periodically using a standard sample of the component to be measured.
[0011]
However, such a periodic calibration of the sensitivity using reagents or the rebuilding of a calibration curve using standard samples makes the operation complicated and increases running costs, and in particular, In the water quality measurement method and apparatus proposed by the inventor, the merit that the water quality index can be measured very easily without a reagent is reduced by half.
[0012]
In addition, some reagents used for sensitivity calibration change with time or are deteriorated by ultraviolet light to change their fluorescence characteristics, so that the stability as a sensitivity calibration standard cannot be maintained.
[0013]
Further, in the above-mentioned water quality measuring device, LAS, which is a component to be measured, is decomposed by ultraviolet rays. Therefore, if sensitivity calibration is performed by LAS, LAS must always be supplied, and running costs and There is a problem in terms of operation complexity.
[0014]
Further, it has been found that the sensitivity calibration reagent as described above, for example, a quinine sulfate solution, has an extremely high fluorescence intensity with respect to temperature. Therefore, when the fluorescence detection device such as the above-mentioned water quality measurement device is installed in a place where the temperature change is large, such as outdoors, the sensitivity calibration itself using the reagent becomes impossible. Alternatively, a complicated mechanism must be provided for temperature control.
[0015]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for calibrating the sensitivity of a fluorescence detection device, which can extremely easily perform the sensitivity calibration of the fluorescence detection device without using any reagent, and a fluorescence detection device employing the method.
[0016]
It is another object of the present invention to provide a sensitivity calibration method capable of always performing stable sensitivity calibration without being affected by a temperature change, and a fluorescence detection apparatus employing the method.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by a method for calibrating the sensitivity of a fluorescence detection device and a fluorescence detection device according to the present invention. In summary, a first aspect of the present invention is a method for calibrating the sensitivity of a fluorescence detection device that detects fluorescence emitted from a sample by a photodetector, wherein the information on the fluorescence intensity detected under predetermined conditions is obtained in advance. Using as a sensitivity calibration standard, correcting the output of the photodetector based on the output when the photodetector detects the fluorescence emitted by the solid standard phosphor and the information. This is a method for calibrating the sensitivity of the device. According to another embodiment of the present invention, the solid standard phosphor is disposed on an optical path from the sample to the photodetector when the photodetector detects fluorescence emitted by the sample, and Fluorescence is detected with the photodetector. In one embodiment, the solid standard phosphor is arranged on substantially the same plane as the surface of the sample facing the photodetector when the photodetector detects the fluorescence emitted from the sample.
[0018]
According to the second aspect of the present invention, a photodetector for detecting fluorescence emitted from a sample, a solid standard phosphor for which information on the intensity of fluorescence detected under predetermined conditions has been obtained in advance, and There is provided a fluorescence detection device, comprising: a correction unit that corrects an output of the photodetector based on an output when detecting fluorescence emitted from a body and the information. According to one embodiment of the present invention, the fluorescence detection device further includes a moving unit that moves the solid standard phosphor between a detection position where fluorescence can be detected by the photodetector and a retreat position where fluorescence cannot be detected. Have.
[0019]
According to the third aspect of the present invention, the photodetector for detecting the fluorescence emitted from the sample, the solid standard phosphor for which the information of the fluorescence intensity detected under predetermined conditions has been obtained in advance, and the solid standard phosphor, There is provided a fluorescence detection device comprising: a moving unit that moves between a detection position where fluorescence can be detected by a detector and a retreat position where fluorescence cannot be detected. According to one embodiment of the present invention, the fluorescence detection device further corrects the output of the photodetector based on the output when the photodetector detects the fluorescence emitted by the solid standard phosphor and the information. It has correction means.
[0020]
In one embodiment of the second and third aspects of the present invention, the fluorescence detection device further includes an excitation light source, and at the detection position, the solid standard phosphor emits fluorescence upon receiving excitation light from the excitation light source. The fluorescence is detected by the photodetector. In one embodiment, the moving means introduces the solid standard phosphor onto an optical path from the sample to the photodetector when detecting fluorescence emitted by the sample with the photodetector, and retracts from the optical path. Let it. In one embodiment, the moving means introduces the solid standard phosphor into substantially the same plane as the surface of the sample facing the light detecting means when detecting the fluorescence emitted by the sample with the photodetector. . Further, the fluorescence detecting device may further include a storage unit for storing the information.
[0021]
According to one embodiment of the present invention, the solid standard phosphor comprises a fluorescent plastic or a fluorescent glass. In a preferred embodiment, the fluorescent plastic is fluorescent acrylic. In another embodiment, the solid standard phosphor is formed by applying a fluorescent paint on a substrate. In still another embodiment, the solid standard phosphor is formed by attaching a sheet member coated with a fluorescent paint or a fluorescent sheet member on a substrate. Further, the solid standard phosphor may be further provided with dimming means. In a preferred embodiment, the solid standard phosphor has a plate shape.
[0022]
Further, according to one embodiment of the present invention, the fluorescence detection device is configured to detect the concentration of linear alkylbenzene sulfonates, BOD or water in the sample based on the output of the photodetector when detecting the fluorescence emitted from the sample. Measure the oil concentration.
[0023]
In the present specification, the term “fluorescence” refers to light emission caused by an excitation stimulus (light quantum, electron, electric field, chemical reaction, mechanical stress), and not only luminescence that disappears immediately after the stimulus is removed, but also luminescence continues thereafter. It shall include light. The excitation stimulus is preferably light (excitation light), and includes radiation such as infrared rays, X-rays, α-rays, and β-rays in addition to visible rays and ultraviolet rays.
[0024]
Further, in the present specification, ultraviolet light refers to light having a wavelength of 190 nm to 400 nm.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the sensitivity calibration method and the fluorescence detection device of the fluorescence detection device according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
[0026]
Example 1
One embodiment of a fluorescence detection apparatus to which the present invention can be applied will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, the present invention is applied to a water quality measuring device basically the same as that described in Patent Document 1.
[0027]
This water quality measuring device irradiates sample water with ultraviolet rays of at least two different wavelengths, measures the fluorescence intensity of the specific wavelength emitted from the sample water by the ultraviolet rays of each wavelength, and obtains the fluorescence intensity information of the specific wavelength for the ultraviolet rays of each wavelength. The specific water quality index of the sample water, for example, the concentration of the anionic surfactant in the sample water and the BOD can be measured based on the above.
[0028]
Here, an example is described in which an anionic surfactant of sample water, particularly a linear alkylbenzene sulfonate (LAS), which is a sulfonic acid type anionic surfactant, is continuously measured (monitored) as a water quality index. I do.
[0029]
As shown in FIG. 10, there is a substantially linear correlation between the concentration of the LAS standard solution (about 0.1 mg / L to 3 mg / L) and the fluorescence intensity at an excitation wavelength of 210 nm and a measurement wavelength of 290 nm (correlation 1). . Similarly, the fluorescence intensities at an excitation wavelength of 230 nm and a measurement wavelength of 290 nm also have a substantially linear relationship (correlation 2). Therefore, LAS in the sample water can be quantified by measuring the fluorescence intensity at 290 nm as the measurement wavelength using 210 nm or 230 nm as the excitation wavelength.
[0030]
However, river water, lake water, and the like have different water qualities depending on the water system, and the fluorescence emitted when excited by ultraviolet rays is greatly different from each other. For this reason, it has been extremely difficult to measure a lower concentration by measuring the fluorescence intensity at a wavelength of 290 nm by any one of the above excitation wavelengths.
[0031]
Therefore, as proposed by the present inventor in Patent Document 1, the difference between the fluorescence intensities at the measurement wavelength of 290 nm when the sample water is irradiated with the excitation wavelengths of 230 nm and 210 nm, respectively, and the correlation between this and the LAS concentration. (Correlation 3) is used as a calibration curve. That is, at the time of measurement, the sample water is irradiated with ultraviolet rays having center wavelengths of 210 nm and 230 nm, and the fluorescence (measurement wavelength of 290 nm) excited by the ultraviolet rays of each wavelength and emitted from the sample water is detected. Then, the difference is determined, and the LAS concentration is determined using the above calibration curve.
[0032]
As a result, even when the blank changes due to sample water of different water quality, the effect can be reduced or eliminated, and the measurement of a lower concentration (for example, 0.2 mg / L or less) can be performed with extremely high accuracy. It can be carried out.
[0033]
As schematically shown in FIG. 1, a water quality measurement device 1 as a fluorescence detection device has a detection unit 2, a control unit 3, a sample tank 4 as a sample water storage unit, and an operation unit 5. The water quality measuring device 1 continuously measures the LAS concentration in the sample water continuously introduced into the sample tank 4 at a predetermined flow rate.
[0034]
The sample water flows into a sample tank 4 from a desired sample water supply source, for example, a river via a pipe 62 connected to the inlet 41 by a pump 61. The sample water introduced into the sample tank 4 overflows and is discharged from the outlet 42 to a predetermined discharge destination, for example, a sample water supply source, through a pipe 63 connected thereto. The introduction of the sample water from the sample water supply source into the pipe 62 and the drainage of the sample water from the pipe 63 are controlled by valves 64 and 65, respectively.
[0035]
The detection unit 2 irradiates the sample water introduced into the sample tank 4 with a predetermined excitation light, that is, ultraviolet rays having a specific wavelength (230 nm, 210 nm) in the present embodiment, and irradiates a specific wavelength (290 nm) emitted by the sample water. ) And outputs an electric signal corresponding to the intensity to the control unit 3.
[0036]
FIG. 2 shows the detecting unit 2 of the water quality measuring device 1 in more detail. The light projecting unit 10 of the detecting unit 2 includes a light source 10a, a lens system 12, an excitation wavelength selecting unit 13, and the like. In this embodiment, a Xe flash lamp (xenon discharge tube) that emits light having a wavelength of 200 nm to 800 nm is used as the light source 10a. The light emitted from the light source 10a is guided to the excitation wavelength selecting means 13 by the lens system 12, and further directed to the dichroic mirror 14. In the present embodiment, the excitation wavelength selecting unit 13 includes a first optical filter 13a serving as an interference film band-pass filter that transmits excitation light having a center wavelength of 210 nm, and a second optical filter that transmits excitation light having a center wavelength of 230 nm. And two optical filters 13b. The excitation wavelength selecting means 13 supports the first and second optical filters 13a and 13b on a filter support 13c which is a rotating body. The filter support 13c is rotationally driven by an instruction from the control unit 3 described later, and sequentially arranges desired optical filters at positions where light beams from the light source 10a pass. Thus, the desired excitation light is irradiated to the sample water at a desired timing.
[0037]
The dichroic mirror 14 transmits light having a wavelength of 260 nm or more and reflects light having a shorter wavelength. Therefore, ultraviolet rays having wavelengths of 210 nm and 230 nm are reflected by the dichroic mirror 14. The excitation light reflected by the dichroic mirror 14 has its optical axis bent at a substantially right angle, and is directed substantially vertically downward in this embodiment. Then, the excitation light is guided along the optical path 16 and irradiates the sample water in the sample tank 4. A lens system 15 is disposed in the optical path 16, and the excitation light is focused on a substantially liquid surface of the sample water.
[0038]
On the other hand, the fluorescence emitted from the sample water irradiated with the excitation light as described above is guided to the dichroic mirror 14 via the lens system 15, further passes through the dichroic mirror 14, and travels to the fluorescence detector 21.
[0039]
The fluorescence detector 21 includes a photodetector 21a, a third optical filter 19 serving as an interference film band-pass filter serving as a spectral unit, a lens system 20, and the like. In this embodiment, the third optical filter 19 transmits light having a center wavelength of 290 nm. Then, the fluorescent light transmitted through the third optical filter 19 is focused by the lens system 20 on the photodetector 21a. In this embodiment, a photomultiplier is used as the photodetector 21a.
[0040]
The photodetector 21a emits an electric signal corresponding to the detected fluorescence intensity. This signal is input to the control unit 3 via a detection circuit (not shown) including a current-voltage converter (amplifier) and an A / D converter (FIG. 1).
[0041]
The light emitted from the light projecting unit 10 and transmitted through the dichroic mirror 14 is focused by the lens system 17 on the reference light detector 18a in the reference light receiving unit 18. The reference photodetector 18a emits a signal corresponding to the amount of received light, and this signal is fed back for controlling the amount of light of the light source 10a. Thereby, the light amount of the light source 10a is stabilized. All the optical components in the detection unit 2 are housed in the light shielding case 22, and the light path 16 and the sample tank 4 connected to the light shielding case 22 are also shielded from external light.
[0042]
The control unit 3 includes a calculation unit 31, a storage unit 32, and the like. The control unit 3 comprehensively controls the operation of the apparatus according to a program stored in the recording unit 32, and outputs the output from the detection unit 2 and stores the output in the storage unit 32. Based on the obtained information, a signal corresponding to the LAS concentration in the sample water is generated.
[0043]
That is, the control unit 3 turns on the light source 10a at a predetermined timing, moves the first optical filter 13a and the second optical filter 13b of the excitation wavelength selection unit 13 to the light transmission position, and sequentially sets the excitation wavelength to 210 nm. , 230 nm of ultraviolet light is applied to the sample water introduced into the sample tank 4. When a signal corresponding to the intensity of the fluorescence at the measurement wavelength (290 nm) sensed by the photodetector 10a is input to the control unit 3, the arithmetic unit 31 synchronizes with the operation of the rotating body 13c of the excitation wavelength selection unit 13. Then, while recognizing which of the excitation wavelengths the fluorescence intensity is, the intensity is stored in the storage unit 32 or the arithmetic unit 31 in a built-in storage unit.
[0044]
The storage means 32 previously stores information on a calibration curve as shown in FIG. 10 (information indicating the relationship between the difference in the fluorescence intensity at the measurement wavelength of 290 nm at each of the excitation wavelengths of 230 nm and 210 nm and the LAS concentration (correlation 3). ) Is stored. The calculating means 31 calculates based on the detected value information of the fluorescence intensity obtained as described above and the information of the calibration curve stored in the storage means 32 in advance, and calculates information corresponding to the LAS concentration in the sample water. Generate. Further, the calculating means 31 generates a signal for causing the display means 51 such as a liquid crystal display of the operation unit 5 to display the information indicating the LAS concentration measured value in a desired display form based on the information. The operation unit 5 includes a display unit 51 for displaying a measured value, and an input unit 52 for setting the device, starting and stopping measurement, inputting desired data, and the like.
[0045]
The information on the calibration curve is input, for example, by performing measurement using a predetermined standard sample water before the actual sample water measurement, such as when the water quality measurement device 1 is shipped from a factory, or from the operation unit 5. By doing so, it can be stored in any form such as a table or an arithmetic expression.
[0046]
Note that an external device such as a personal computer, which is communicably connected to the detection unit 2, can be used as the control unit 3. In this case, the display means 51 and the input means 52 may be attached to the computer.
[0047]
Further, the light source 10a is not limited to a Xe flash lamp (xenon discharge tube). 2 A lamp (deuterium discharge tube) may be used, or a monochromatic light source such as a laser light source that emits light of a desired wavelength may be used if available. Further, as the photodetector 21a, a photodiode, a phototransistor, an avalanche photodiode, or the like can be appropriately used in addition to the photomultiplier tube.
[0048]
FIG. 3 shows the arrangement relationship between the detection unit 2 and the sample tank 4 in this embodiment in more detail. As described above, the sample water flows into the sample tank main body 40 from the inflow port 41. The sample tank main body 40 has a substantially cylindrical shape and is arranged to be inclined with respect to the direction of gravity. When the sample tank body 40 is filled with the sample water, the sample water overflows from the upper opening (measurement opening) 43 of the sample tank body 40 and is discharged from the outlet 42 through the outflow channel 42a. You. In a state where the sample water is supplied to the measurement tank main body 40 at a predetermined flow rate, a substantially flat upper surface of the sample water (hereinafter, referred to as “measurement surface”) is formed in the measurement opening 43. The detection unit 2 irradiates the measurement surface of the sample water with the excitation light so as to be substantially focused.
[0049]
The detection unit 2 is appropriately positioned and installed on the detector support 71. The detector support 71 can swing about a rotation shaft 73, and the operator can use the handle 72 or the like to move the detector support 71 to the sample in the sample tank 4 when desired. The detection unit 2 can be moved between a predetermined closed position where the fluorescence from water can be detected by the detection unit 2 and an open position where the detection unit 2 (the detector support 71) is retracted from above the sample tank 4. When the detector support 71 is retracted from the upper part of the sample tank 4 in this way, the measurement opening 43 can be opened.
[0050]
According to the above water quality measuring device, an anionic surfactant, particularly a sulfonic acid type anionic surfactant (eg, LAS) is used as a water quality index (water contaminant) for sample water, for example, river water, lake water and the like. The concentration can be measured continuously without contact and without reagents.
[0051]
Now, as described above, the sensitivity of the photodetector 21a may change with time. Therefore, it is desirable to perform sensitivity calibration periodically. In particular, it can be said that this periodic sensitivity calibration is indispensable when trying to measure a low-concentration measurement object with high accuracy.
[0052]
On the other hand, as conventionally described, periodic sensitivity calibration using a sensitivity calibration standard reagent such as a quinine sulfate solution with a fixed concentration, as described above, requires the stability of the reagent over time or ultraviolet light, as described above. There are problems in the stability of fluorescence intensity with respect to temperature, operability, cost, and the like. Particularly, in the water quality measurement device 1 of the present embodiment, the merit of reagent-free measurement is reduced by half.
[0053]
Therefore, in the present embodiment, a sensitivity calibration method described below is adopted.
[0054]
According to the present invention, the sensitivity calibration method according to the present invention uses, as a sensitivity calibration standard, a solid standard phosphor in which information on the fluorescence intensity detected under predetermined conditions is obtained in advance, and the output of the photodetector is based on the information. And correcting.
[0055]
That is, the solid-state standard phosphor emits the fluorescence intensity (light intensity) emitted under predetermined conditions (including excitation conditions, measurement wavelengths, arrangement relations, and the like) using a fluorescence detection device that has been calibrated for sensitivity when shipped from the factory. The output of the detector, the indicator value including the fluorescence intensity value derived from the output and the indicated value of the concentration of the object to be measured are calibrated (hereinafter, the calibrated value is referred to as “calibration value”).
[0056]
Thus, thereafter, by using the calibrated solid standard phosphor as a sensitivity calibration standard, sensitivity calibration can be performed without a reagent.
[0057]
Solid standard phosphors include any available solid phosphor that upon excitation stimulus emits constant fluorescence when guided to a photodetector so that the sensitivity of the photodetector can be calibrated. The excitation stimulus is preferably light (excitation light). Most preferably, when irradiating a predetermined excitation light that is the same as that used at the time of measuring the sample of the fluorescence detection device, the fluorescence detection device includes fluorescence including a measurement wavelength used at the time of measuring the sample of the fluorescence detection device. A solid standard phosphor that emits at an appropriate intensity within the measurement range of the photodetector is used.
[0058]
The theory and technology behind the phosphor (fluorescent material) that can be used in the present invention are well known to those skilled in the art, and any available phosphor is within the scope of the design change of the present invention.
[0059]
Preferred solid standard phosphors include a fluorescent plastic, a fluorescent glass, a phosphor (such as a fluorescent paint) applied on a substrate, or a phosphor having an intermediate phosphor layer between a plurality of substrates.
[0060]
As the fluorescent plastic, there is a plastic molded by adding a phosphor. The phosphor may be any of an inorganic phosphor (inorganic fluorescent pigment), an organic fluorescent pigment, and a fluorescent dye. For example, a fluorescent acrylic plate is available from Kanase Co., Ltd. under the trade name "Canaselite" and from Mitsubishi Rayon Co., Ltd. under the trade name "Acrylite".
[0061]
Inorganic phosphors (inorganic fluorescent pigments) used alone or in combination with other components as an additive of a fluorescent plastic or as a coating material applied to a substrate include Ca, Ba, Mg, Zn, and Cd. Of oxides, sulfides, silicates, phosphates, tungstates and the like as main components, to which Mn, Ag, Cu, Sb, Pb, etc. are added as an activator and calcined; Phosphate phosphors and rare earth phosphors using a rare earth element as an activator. For example, fluorescent powder materials that can be processed into powder coatings, paints, inks, dyes, resin moldings, glazes, etc., under the trade name “Ultra Glow Series” from Nichia Corporation it can.
[0062]
The organic fluorescent pigment used alone or in combination with other components as an additive of a fluorescent plastic or as a paint applied to a substrate typically comprises colorless resin particles. Some include dyes that are colored and can emit strong fluorescence in solution. In such a fluorescent pigment, fluorescence from the pigment is added to the reflected light. Many fluorescent pigments are made by bulk polymerization of a dye-loaded polymer. For example, a dye having fluorescence is produced by dissolving in water together with a synthetic resin having good light transmittance and not hindering the dye, polymerizing and solidifying, and then pulverizing. Examples of the dye used for the fluorescent pigment include Rhodamine B (registered trademark), Rhodamine F5G (registered trademark) (BASF), Xylene Red B (registered trademark) (Sandoz Chemical Company), and Fluorescent Yellow Y (registered trademark) (L. B. Holliday), Maxilon Brilliant Flavine 10 GFF (registered trademark) (CIBA-GEIGY), Alberta Yellow (registered trademark), Potomac Yellow (registered trademark) (registered trademark of Day-GloColor), MacroFlow Trademark, YellowMacRox (Bayer). These fluorescent pigments can be used as fluorescent paints and printing inks, and can also be used in the production of synthetic resins (fluorescent plastics).
[0063]
As the fluorescent glass, there is a glass in which a fluorescent substance is formed in a glass structure. For example, from Sumita Optical Glass Co., Ltd., trade names "Lumiras-G9" (main emission wavelength 540 nm, excitation wavelength range 200 to 390 nm), "Lumiras-R7" (main emission wavelength 610 nm, excitation wavelength range 200 to 420 nm), As "Lumilas-B" (main emission wavelength: 405 nm, excitation wavelength range: 200 to 400 nm), functional fluorescent glass in which glass contains rare earth ions serving as fluorescent active ions can be obtained.
[0064]
The solid standard phosphor is such that the fluorescence emitted when the predetermined excitation light is irradiated is within a predetermined measurement range of the photodetector provided in the fluorescence detection device, alone or with an appropriate dimming means. They can be used in combination.
[0065]
As the dimming unit, for example, a material that absorbs fluorescence including light having a measurement wavelength or absorbs excitation light, such as glass or plastic, can be used. In use, such a material may be disposed between the solid phosphor main body and the photodetector or between the excitation light source and the solid phosphor main body.
[0066]
The shape of the solid standard phosphor is not particularly limited, but design such as easy setting (adjustment) of the intensity of the fluorescence emitted by the solid standard phosphor, easy handling in a fluorescence detection device, and easy availability. What is necessary is just to select suitably from the above restrictions. From these viewpoints, the solid standard phosphor preferably has a plate shape.
[0067]
More specifically, FIG. 4 shows an embodiment of the solid standard phosphor 100 which can be used for sensitivity calibration of the water quality measuring device 1 of the present embodiment. The solid standard phosphor 100 of FIG. 4 is formed by fixing a fluorescent plate 101 as a solid phosphor main body and a dimming plate 102 as dimming means with screws 103 as fixing means.
[0068]
The combination of the fluorescent plate 101 and the dimming plate 102 and the setting of the thickness may be appropriately set so as to obtain the fluorescence intensity within the measurement range of the photodetector. For example, a desired fluorescent intensity can be obtained by changing the type and thickness of the dimming plate 102 with respect to the available fluorescent plate 101.
[0069]
The fixing means is not limited to the screwing, and any appropriate means such as heat bonding and an adhesive can be used.
[0070]
As shown in FIG. 5, if the fluorescent plate 101 alone can obtain a fluorescent intensity within a desired range, there is no need to provide the dimming plate 102. Further, as the fluorescent plate 101, a plurality of the same type or different types may be used.
[0071]
As shown in FIG. 6A, a fluorescent paint (for example, including the above-described fluorescent pigment as a solid phosphor body) is formed on a base 104 made of a suitable plastic plate, glass plate, metal plate or the like. The solid standard phosphor 100 may be formed by applying a fluorescent thin film) 101a. Alternatively, as shown in FIG. 6B, a seal (a resin or the like) coated with a fluorescent paint or a fluorescent sheet (a resin or the like) itself 101b to which the adhesive 105 is applied is used as a phosphor body. It may be attached to the base 104. Further, as shown in FIG. 6C, for example, a solid phosphor main body is provided between a plurality of substrates 104a and 104b made of, for example, a plastic plate, a glass plate, or the like (which may function as dimming means). For example, a fluorescent coating (fluorescent thin film) 101c containing a fluorescent pigment as described above may be held as an intermediate layer. 6 (a), (b) and (c) can also be used in combination with the dimming means as appropriate.
[0072]
In the case where the base member 104 is provided with a fluorescent paint or a fluorescent seal 104, the fluorescent plate 101 such as a fluorescent plastic or a fluorescent glass (FIG. 4 or FIG. 5) is considered because peeling or turning over may occur due to long-term use. It is more preferable that a phosphor is incorporated in the structure (composition).
[0073]
(Specific example 1)
As a fluorescent plate 101 shown in FIG. 6996 (manufactured by Kanase Industries, Ltd.), and as the dimming plate 102, a 3 mm-thick Sumipex E No. transparent acrylic plate. 000 (manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), screws 103 were used to close each of the four corners of a 85 mm × 72 mm rectangular plate.
[0074]
(Specific example 2)
As a fluorescent plate 101 shown in FIG. 993 (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.), and as the dimming plate 102, Sumipex E No. Using 915 (Sumitomo Chemical Co., Ltd.), the vicinity of each of the four corners of the rectangular plate material of 85 mm × 72 mm was fixed with screws 103.
[0075]
(Specific example 3)
As the fluorescent screen 101 shown in FIG. 4, Lumiras B (Sumita Optical Glass Co., Ltd.) having a thickness of 2 mm, which is a fluorescent glass, is used. Using 993 (manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd.), the vicinity of each of the four corners of a rectangular plate of 85 mm × 72 mm was bonded.
[0076]
Next, the sensitivity calibration operation in the water quality measuring device 1 of the present embodiment will be further described.
[0077]
For example, at the time of shipment from a factory, the solid standard phosphor 100 uses a standard fluorescence detector that has been sensitivity-calibrated with a standard reagent for sensitivity calibration, and uses a standard fluorescence detector that has been subjected to the same conditions as when the sample is measured in the water quality measurement device 1 to solid-state. By irradiating the standard phosphor, fluorescence under the same conditions as when measuring the sample in the water quality measuring device 1 is detected, and information on the fluorescence intensity (output of the photodetector, the fluorescence intensity value derived from the output, and the concentration of the measurement object) Is included as calibration value information unique to the solid-state standard phosphor 100.
[0078]
More specifically, in the present embodiment, a standard device having the same configuration as that of the water quality measuring device 1 is used, and the same position (the optical path length between the light source 10a and the photodetector 21a, etc.) ), The solid standard phosphor 100 is arranged. The solid standard phosphor 100 is irradiated with ultraviolet rays having excitation wavelengths of 210 nm and 230 nm, and the difference in the fluorescence intensity at the measurement wavelength of 290 nm at that time is detected, and the LAS concentration value (mg / L) indicated by the water quality measurement device 1 is obtained. The solid standard phosphor 100 was graduated. However, the calibration value is not limited to being calibrated as the LAS concentration indication value, but may be calibrated in another form such as the output voltage value of the photodetector 21a.
[0079]
When performing the sensitivity calibration, the measurement unit 43 is retracted from the upper part of the sample tank 4 as described above, thereby opening the measurement opening 43 of the sample tank 4, and the edge of the measurement opening 43. The solid standard phosphor 100 is placed on 43a (FIG. 3).
[0080]
When the solid standard phosphor 100 shown in FIG. 4 is used, the light-reducing plate 102 is placed on the side of the detection unit 2, that is, on the upper side. When using the solid standard phosphors shown in FIGS. 6A and 6B, the solid phosphor main bodies 101 a and 101 b are, of course, placed so as to be on the detection unit 2 side.
[0081]
As a result, when the detection unit 2 is returned to the predetermined closed position, the solid standard phosphor 100 is located at a detection position where fluorescence can be detected by the photodetector 21a. Is arranged on the optical path from the measurement surface of the sample to the photodetector 21a. At this detection position, the solid standard phosphor 100 is irradiated with excitation light from the light source 10a. Further, in the present embodiment, the solid standard phosphor 100 is arranged on substantially the same plane as the measurement surface of the sample in the sample tank 4 when measuring the sample of the water quality measuring device 1.
[0082]
The detection unit 2 is returned to a predetermined measurement position, and in the sensitivity calibration mode, the solid standard phosphor 100 emits excitation light having the same wavelength as that at the time of graduation from the light projecting unit 10, and the solid standard phosphor 100 emits at that time. The intensity of the fluorescence having the same wavelength as that at the time of setting the scale is detected by the photodetector 21a. Then, an input for correcting the output of the photodetector 21a is made from the input means 52 provided in the operation unit 5 so that the indicated value matches the calibration value of the solid standard phosphor 100. After that, until the next sensitivity correction, an arithmetic processing is performed in consideration of the correction value at the time of sample measurement, and the LAS concentration is indicated.
[0083]
For example, when the indicated value is lower than the calibration value, an input for setting a correction value for increasing the output of the photodetector 21a is made so as to compensate for the difference. Thus, the subsequent instruction value is calculated based on the result obtained by adding the correction value to the photodetector 21a.
[0084]
Note that the correction method itself is optional in the present invention. For example, it is possible to provide a key for changing the indicated value so as to have the same value as the calibration value during the sensitivity calibration mode, and the calculation means 31 may calculate the correction value based on the input. Alternatively, by inputting or once inputting the calibration value and storing it in the storage means 32, after the fluorescence measurement is started by the sensitivity calibration start key, the arithmetic means 31 automatically detects the fluorescence detection result. The correction value may be calculated. These correction methods themselves are common to those skilled in the art, and may be appropriately selected from available methods and used.
[0085]
(Test Example 1)
Next, the stability of the sensitivity calibration using the solid standard phosphor 100 was tested.
[0086]
The chart shown in FIG. 7 shows the result of detecting the difference in the fluorescence intensity at the measurement wavelength of 290 nm emitted by the solid standard phosphor 100 of the specific example 1 due to the excitation wavelengths 210 nm and 230 nm while changing the environmental temperature of the water quality measurement device 1. Show.
[0087]
As shown in the figure, even when the environmental temperature of the water quality measuring device 1 is changed from about −5 ° C. to 45 ° C. and the bottom temperature of the detection unit 2 is changed from about 1 ° C. to 42 ° C., It can be seen that the fluorescence intensity is extremely stable (the fluctuation is about 1.9% with respect to the full scale (100%) of the detector sensitivity), and is hardly affected by the temperature.
[0088]
Similar tests were performed for Examples 2 and 3, but the fluorescence intensity was extremely stable with temperature change.
[0089]
On the other hand, the chart in FIG. 8 shows the fluorescence at an excitation wavelength of 320 nm and a measurement wavelength of 440 nm when an aqueous quinine sulfate solution (100 μg / l) was used as a sensitivity calibration reagent and the temperature was changed to 27 ° C., 6 ° C., and 45 ° C. Indicates strength.
[0090]
As shown in the figure, the fluorescence intensity of the aqueous quinine sulfate solution is extremely sensitive to temperature change (the fluctuation is 36.5% with respect to the full scale (100%) of the detector sensitivity), and it is difficult to obtain a stable fluorescence intensity. could not.
[0091]
As described above, the solid standard phosphor 100 has extremely stable fluorescence intensity with respect to temperature changes. For example, like the water quality measuring device 1 of the present embodiment, the fluorescence detection device is installed outdoors, Even when it is expected that the temperature changes drastically, it is possible to always perform stable sensitivity calibration without being affected by the temperature. Thus, there is no need to provide special temperature control means, and there is also an effect of cost reduction.
[0092]
As described above, according to the present embodiment, sensitivity calibration can be performed extremely easily without a reagent and stably without being affected by a change in temperature.
[0093]
Example 2
In the present embodiment, a water quality measuring device substantially similar to that of the first embodiment is provided with an automatic sensitivity calibration mechanism. Elements having the same configurations and functions as those of the water quality measurement device 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0094]
FIG. 9 schematically shows the automatic sensitivity calibration mechanism of the present embodiment.
[0095]
In the present embodiment, the water quality measuring device 1 includes a moving unit 80 for moving the solid standard phosphor 100 between a detection position where fluorescence can be detected by the photodetector 21a and a retreat position where fluorescence cannot be detected. In the present embodiment, at the detection position, the solid standard phosphor 100 receives the excitation light from the excitation light source 10a and emits fluorescence, and the fluorescence is detected by the photodetector 21a. When the fluorescence emitted from the sample in the sample tank 4 is detected by the photodetector 21a, a solid standard phosphor can be introduced on the optical path from the sample to the photodetector 21a, and can be evacuated from the optical path. As in the first embodiment, the solid standard phosphor 100 can be configured to be introduced on substantially the same plane as the measurement plane of the sample when measuring the sample.
[0096]
More specifically, in this embodiment, the moving means 80 of the solid standard phosphor 100 is a driving source 81, a driving transmitting means 82, and a support member for the solid standard phosphor that is moved by the driving source 81 via the driving transmitting means 82. 83.
[0097]
Such a moving means 80 may have any structure. For example, the moving means 80 moves the solid standard phosphor 100 between the detection position and the retreat position by reciprocating movement on the same straight line, or swinging or rotating. Configuration. That is, for example, the driving force of a driving source 81, which is a motor, is transferred to a supporting member 83 slidable along guide means (rails, columns, etc.) via a drive train 82 such as a gear train and a pulley or a cam. Thus, the solid standard phosphor 100 can be reciprocated between the detection position and the retreat position. Further, the driving force of the driving means 81 as a motor is transmitted to a rotating body as a support member 83 via a gear train as a driving transmitting means, and the solid standard phosphor 100 eccentrically attached to the rotating body is moved. It can be rotated between the detection position and the retracted position. The configuration of the drive mechanism is only a design choice for those skilled in the art and is within the scope of the present invention.
[0098]
Thereby, the solid standard phosphor 100 can be automatically arranged at a predetermined position, and the operability is further improved.
[0099]
In the water quality measuring device 1 of the present embodiment, the control unit 3 controls the output when the photodetector 21a detects the fluorescence emitted from the solid standard phosphor 100 and the fluorescence of the solid standard phosphor 100 that has been calibrated in advance. It functions as correction means for correcting the output of the photodetector 21a based on the intensity information (calibration value), and automatically corrects the output of the photodetector 21a.
[0100]
The control unit 3 executes the sensitivity calibration mode, for example, according to an instruction of the operator from the input unit 52 of the operation unit 5 or every predetermined period while continuously measuring the LAS concentration in the sample water. At this time, the drive mechanism 80 is controlled to introduce the solid standard phosphor 100 to the detection position. Then, the solid-state standard phosphor 100 is irradiated with predetermined excitation light, and the fluorescence at that time is detected by the photodetector 21a.
[0101]
For example, when the water quality measuring device 1 is shipped from a factory, the storage unit 32 of the control unit 3 previously stores the calibration value of the solid standard phosphor 100 graduated as described in the first embodiment, Alternatively, when the operator once stores the data by inputting, the arithmetic unit 31 of the control unit 3 performs the light detection based on the detection result of the photodetector 21a and the calibration value stored in the storage unit 32 in advance. The correction value of the output value of the heater 21a can be automatically calculated. Then, until the next sensitivity calibration, the LAS concentration indication value is calculated in consideration of the correction value.
[0102]
As described above, according to the present embodiment, the arrangement of the sensitivity calibration standard for the solid standard phosphor can be automated, and further, the sensitivity calibration can be automated. In particular, in a fluorescence detection device that performs continuous measurement like the water quality measurement device 1 of the present embodiment, the advantages of continuous measurement and automatic measurement can be obtained to the maximum.
[0103]
In each of the above embodiments, the case where the present invention is applied to the water quality measuring device 1 for measuring the LAS concentration in the sample water has been described, but the present invention is not limited to this. As proposed by the present inventor in Patent Document 1, the BOD of a sample water can be measured by utilizing the correlation between the BOD and the fluorescence intensity of the sample water at a specific excitation wavelength / measurement wavelength ( Patent Document 1). FIG. 11 shows (1) the relationship between the BOD and the fluorescence intensity at an excitation wavelength of 230 nm and a measurement wavelength of 420 nm, (2) the relationship between the BOD and the fluorescence intensity at an excitation wavelength of 210 nm and a measurement wavelength of 420 nm, and (3) the BOD. The relationship between the excitation light wavelengths of 230 nm and 210 nm and the difference in fluorescence intensity at a measurement wavelength of 420 nm is shown. As in the case of the LAS concentration in the above-described embodiment, in particular, by utilizing the correlation of (3), the BOD of the sample water can be measured with high accuracy and continuously without using any reagent ( Patent Document 1). Further, similarly to the measurement of the LAS concentration and the BOD, the oil concentration in the sample water can be measured by utilizing the correlation between the oil concentration in water and the fluorescence intensity of the sample water at the specific excitation wavelength and the measurement wavelength. In this case, by setting the excitation wavelength to 365 nm and the measurement wavelength to 440 nm or more (detecting the maximum light intensity at 440 nm or more), a good correlation is obtained between the oil-in-water concentration and the fluorescence intensity. By applying the sensitivity calibration method according to the present invention also to these BOD and oil-in-water fluorescence measurements, stable sensitivity calibration can be performed without a reagent.
[0104]
Furthermore, in the present invention, the fluorescence (including intensity and quenching time) of the measurement object, the reaction product of the measurement object, or the reagent reacting with the measurement object is measured by detecting the fluorescence emitted from the sample by the photodetector. However, the present invention can be widely applied to any fluorescence detection device that measures the presence and / or concentration of a measurement target or the fluorescence characteristics (fluorescence spectrum, excitation spectrum, and the like) itself.
[0105]
For example, as an example, a method for synthesizing and detecting or quantifying a phosphor containing a test substance includes a uranium quantification method. A method of converting a non-fluorescent substance into a fluorescent substance by a chemical reaction and using the fluorescence for analysis is a method of analyzing aluminum. Further, there is a thallium measurement method by measuring the fluorescence quenching of rhodamine B by utilizing the disappearance of fluorescence due to reaction with a sample using a fluorescent substance as a reagent. In addition, neutralization, oxidation-reduction, precipitation and complex titration using the generation, extinction or discoloration of the fluorescence of the fluorescent indicator to indicate the end point of the titration, or by measuring the luminescence by oxidation of formaldehyde in a basic solution Formaldehyde measurement, sulfur dioxide (SO 2 ) By measuring the emission intensity of the pyrolysis products 2 Chemiluminescence measurement such as concentration measurement (dry AP meter) is also mentioned as an example. In a fluorescent immunoassay (fluorescent immunoassay), an antigen or antibody is labeled with a fluorescent substance, and the antigen-antibody reaction is quantitatively traced by utilizing the decrease in fluorescence intensity due to the antigen-antibody reaction to measure the antigen or antibody. .
[0106]
As described above, in the present invention, in a fluorescence detection device used for a wide range of fluorescence analysis methods, for example, the labor of re-creating a calibration curve can be omitted, and low-cost, stable reagent-free and simple sensitivity calibration can be performed. It is extremely useful in that it can be performed.
[0107]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a method of calibrating the sensitivity of a fluorescence detection device that detects fluorescence emitted from a sample by a photodetector is a solid-state standard fluorescence in which information on the fluorescence intensity detected under predetermined conditions is obtained in advance. The body is used as a sensitivity calibration standard, and the photodetector is configured to correct the output of the photodetector based on the output when the fluorescence detected by the solid standard phosphor is detected and the above information. Thus, the sensitivity calibration of the fluorescence detection device can be performed extremely easily, and stable sensitivity calibration can be always performed without being affected by a temperature change.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of one embodiment of a fluorescence detection device to which the present invention can be applied.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a detection unit of the fluorescence detection device of FIG. 1 in more detail;
FIG. 3 is a front view showing a positional relationship between a detection unit of the fluorescence detection device of FIG. 1 and a sample tank.
FIG. 4 is a side view showing one embodiment of a solid standard phosphor.
FIG. 5 is a side view showing another embodiment of the solid standard phosphor.
FIGS. 6A, 6B and 6C are side views showing still another embodiment of the solid standard phosphor.
FIG. 7 is a chart showing the stability of sensitivity calibration when a solid standard phosphor according to the present invention is used as a sensitivity calibration standard.
FIG. 8 is a chart showing the stability of sensitivity calibration when a quinine sulfate solution is used as a sensitivity calibration standard according to a conventional method.
FIG. 9 is a schematic view of another embodiment of the fluorescence detection device according to the present invention.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between LAS concentration and fluorescence intensity.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between BOD and fluorescence intensity.
[Explanation of symbols]
1 Water quality measurement device (fluorescence detection device)
2 Detector
3 control part
4 Sample tank (sample water storage section)
10 Emitter
10a light source
21 Fluorescence detector
21a Photodetector
31 arithmetic means
32 storage means
100 solid standard phosphor
101 Solid phosphor body (fluorescent acrylic plate, fluorescent glass)
102 Dimming means
103 screw (fixing means)
104 base
105 adhesive (fixing means)

Claims (25)

試料の発する蛍光を光検出器により検出する蛍光検出装置の感度校正方法において、所定条件により検出される蛍光強度の情報が予め求められた固体標準蛍光体を感度校正標準として用い、前記光検出器が前記固体標準蛍光体の発する蛍光を検出した際の出力と、前記情報とに基づいて前記光検出器の出力を補正することを特徴とする蛍光検出装置の感度校正方法。In a sensitivity calibration method for a fluorescence detection device that detects fluorescence emitted from a sample by a photodetector, information on fluorescence intensity detected under predetermined conditions is obtained in advance using a solid standard phosphor as a sensitivity calibration standard, Correcting the output of the photodetector on the basis of the output when detecting the fluorescence emitted from the solid standard phosphor and the information. 前記固体標準蛍光体は、蛍光プラスチック又は蛍光ガラスを備えることを特徴とする請求項1の蛍光検出装置の感度校正方法。2. The method according to claim 1, wherein the solid standard phosphor includes a fluorescent plastic or a fluorescent glass. 前記蛍光プラスチックは蛍光色のアクリルであることを特徴とする請求項2の蛍光検出装置の感度校正方法。3. The method of claim 2, wherein the fluorescent plastic is fluorescent acrylic. 前記固体標準蛍光体は、基体上に蛍光塗料を塗布して成ることを特徴とする請求項1の蛍光検出装置の感度校正方法。2. The method according to claim 1, wherein the solid standard phosphor is formed by applying a fluorescent paint on a substrate. 前記固体標準蛍光体は、基体上に、蛍光塗料を塗布したシート部材若しくは蛍光性シート部材を添着して成ることを特徴とする請求項1の蛍光検出装置の感度校正方法。2. The method according to claim 1, wherein the solid standard phosphor is formed by attaching a sheet member coated with a fluorescent paint or a fluorescent sheet member on a substrate. 前記固体標準蛍光体は、更に減光手段が設けられて成ることを特徴とする請求項1〜5のいずれかの項に記載の蛍光検出装置の感度校正方法。The sensitivity calibration method for a fluorescence detection device according to any one of claims 1 to 5, wherein the solid standard phosphor is further provided with a dimming unit. 前記固体標準蛍光体は、板状形状であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかの項に記載の蛍光検出装置の感度校正方法。The sensitivity calibration method for a fluorescence detection device according to claim 1, wherein the solid standard phosphor has a plate shape. 前記固体標準蛍光体を、前記光検出器が試料の発する蛍光を検出する際の該試料から前記光検出器への光路上に配置して、その蛍光を前記光検出器で検出することを特徴とする請求項1〜7のいずれかの項に記載の蛍光検出装置の感度校正方法。The solid standard phosphor is disposed on an optical path from the sample to the photodetector when the photodetector detects the fluorescence emitted by the sample, and the fluorescence is detected by the photodetector. The sensitivity calibration method for a fluorescence detection device according to any one of claims 1 to 7. 前記固体標準蛍光体を、試料の発する蛍光を前記光検出器が検出する際の該試料の前記光検出器と対向する面と略同一平面に配置することを特徴とする請求項8の蛍光検出装置の感度校正方法。9. The fluorescence detection method according to claim 8, wherein the solid standard phosphor is disposed substantially on the same plane as a surface of the sample facing the photodetector when the photodetector detects fluorescence emitted from the sample. How to calibrate the sensitivity of the device. 試料の発する蛍光を検出する光検出器と、所定条件により検出される蛍光強度の情報が予め求められた固体標準蛍光体と、前記光検出器が前記固体標準蛍光体の発する蛍光を検出した際の出力と前記情報とに基づいて前記光検出器の出力を補正する補正手段と、を有することを特徴とする蛍光検出装置。A photodetector that detects the fluorescence emitted from the sample, a solid standard phosphor in which information on the intensity of the fluorescence detected under predetermined conditions is obtained in advance, and when the photodetector detects the fluorescence emitted by the solid standard phosphor. Correction means for correcting the output of the photodetector based on the output of the photodetector and the information. 更に、前記情報を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項10の蛍光検出装置。11. The fluorescence detecting device according to claim 10, further comprising a storage unit for storing the information. 更に、前記固体標準蛍光体を、前記光検出器により蛍光を検出し得る検出位置と検出し得ない待避位置との間で移動させる移動手段を有することを特徴とする請求項10又は11の蛍光検出装置。12. The fluorescent light according to claim 10, further comprising moving means for moving the solid standard phosphor between a detection position where fluorescence can be detected by the photodetector and a retreat position where fluorescence cannot be detected. Detection device. 試料の発する蛍光を検出する光検出器と、所定条件により検出される蛍光強度の情報が予め求められた固体標準蛍光体と、前記固体標準蛍光体を、前記光検出器により蛍光を検出し得る検出位置と検出し得ない待避位置との間で移動させる移動手段と、を有することを特徴とする蛍光検出装置。A photodetector that detects fluorescence emitted from a sample, a solid standard phosphor in which information on the fluorescence intensity detected under predetermined conditions is obtained in advance, and the solid standard phosphor can be used to detect fluorescence with the photodetector. Moving means for moving between a detection position and a retreat position where detection is not possible. 更に、前記光検出器が前記固体標準蛍光体の発する蛍光を検出した際の出力と前記情報とに基づいて前記光検出器の出力を補正する補正手段を有することを特徴とする請求項13の蛍光検出装置。14. The apparatus according to claim 13, further comprising a correction unit configured to correct an output of the photodetector based on an output when the photodetector detects fluorescence emitted from the solid standard phosphor and the information. Fluorescence detector. 更に、前記情報を記憶する記憶手段を有することを特徴とする請求項14の蛍光検出装置。15. The fluorescence detecting device according to claim 14, further comprising a storage unit for storing the information. 更に、励起光源を有し、前記検出位置において前記固体標準蛍光体は前記励起光源からの励起光を受けて蛍光を発し、該蛍光を前記光検出器により検出することを特徴とする請求項12〜15のいずれかの項に記載の蛍光検出装置。13. The apparatus according to claim 12, further comprising an excitation light source, wherein the solid standard phosphor at the detection position emits fluorescence upon receiving the excitation light from the excitation light source, and the fluorescence is detected by the photodetector. 16. The fluorescence detection device according to any one of Items 15 to 15. 前記移動手段は、試料の発する蛍光を前記光検出器で検出する際の該試料から前記光検出器への光路上に前記固体標準蛍光体を導入し、又該光路から待避させることを特徴とする請求項12〜16のいずれかの項に記載の蛍光検出装置。The moving means introduces the solid standard phosphor onto the optical path from the sample to the photodetector when detecting the fluorescence emitted by the sample with the photodetector, and retreats from the optical path. The fluorescence detection device according to any one of claims 12 to 16. 前記移動手段は、試料の発する蛍光を前記光検出器で検出する際の該試料の前記光検出手段と対向する面と略同一平面に前記固体標準蛍光体を導入することを特徴とする請求項17の蛍光検出装置。The said movement means introduce | transduces the said solid standard fluorescent substance in the substantially same plane as the surface which opposes the said light detection means of this sample when detecting the fluorescence which a sample emits with the said light detector. 17. Fluorescence detector. 前記固体標準蛍光体は、蛍光プラスチック又は蛍光ガラスを備えることを特徴とする請求項10〜18のいずれかの項に記載の蛍光検出装置。The fluorescence detection device according to claim 10, wherein the solid standard phosphor includes a fluorescent plastic or a fluorescent glass. 前記蛍光プラスチックは蛍光色のアクリルであることを特徴とする請求項19の蛍光検出装置。20. The fluorescence detecting device according to claim 19, wherein the fluorescent plastic is fluorescent acrylic. 前記固体標準蛍光体は、基体上に蛍光塗料を塗布して成ることを特徴とする請求項10〜18のいずれかの項に記載の蛍光検出装置。19. The fluorescence detecting device according to claim 10, wherein the solid standard phosphor is formed by applying a fluorescent paint on a substrate. 前記固体標準蛍光体は、基体上に、蛍光塗料を塗布したシート部材若しくは蛍光性シート部材を添着して成ることを特徴とする請求項10〜18のいずれかの項に記載の蛍光検出装置。19. The fluorescence detection device according to claim 10, wherein the solid standard phosphor is formed by attaching a sheet member coated with a fluorescent paint or a fluorescent sheet member on a substrate. 前記固体標準蛍光体は、更に減光手段が設けられて成ることを特徴とする請求項19〜22のいずれかの項に記載の蛍光検出装置。23. The fluorescence detecting device according to claim 19, wherein the solid standard phosphor is further provided with a dimming unit. 前記固体標準蛍光体は、板状形状であることを特徴とする請求項10〜23のいずれかの項に記載の蛍光検出装置。24. The fluorescence detecting device according to claim 10, wherein the solid standard phosphor has a plate shape. 試料の発する蛍光を検出した際の前記光検出器の出力に基づいて試料の直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩類濃度、BOD又は水中油分濃度を測定することを特徴とする請求項10〜24のいずれかの項に記載の蛍光検出装置。The linear alkylbenzene sulfonic acid salt concentration, BOD or oil-in-water concentration of the sample is measured based on the output of the photodetector when detecting the fluorescence emitted from the sample, any one of claims 10 to 24. Item 7. The fluorescence detection device according to Item 1.
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