JP2005321344A - 比色分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、高精度な測定が可能な比色分析装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、被測定試料への入射光の光路が、内面に反射面を備えた筒状体により覆われていることを特徴とする比色分析装置に関する。本発明の装置においては、好ましくは、被測定試料からの出射光の光路もまた内面に反射面を備えた筒状体により覆われている。光源としては発光ダイオードが好ましく、光検出器としてはＣｄＳ素子が好ましい。
【選択図】 図２

Description

本発明は比色分析装置に関する。

比色分析装置とは光源からの光を被測定試料に入射し、被測定試料からの透過光又は反射光（以下「被測定試料からの出射光」という）を光検出器で検出する機器である。

比色測定装置において光源として重水素ランプ（１９０〜４００ｎｍ）やタングステンランプ（３５０〜２５００ｎｍ）を使用する場合は、回折格子やプリズムを用いて分光しスリットを通して所望の波長の単色光を取り出す必要がある。こうして得られた単色光の強度分布は非常に狭いために、試料の設置位置が最適な場所（光軸上）から少しでもずれると測定値が大きく変動してしまう。光軸を試料に対して確実に固定することができればこの欠点は解消できるが、そのためには装置が高価格になるという問題がある。レンズを用いて光源の光を試料セル又は光検出器に集光する方法もまた光軸の確実な固定が不可欠であり装置が高価格になる。

学校などの教育現場向けの、安価で高精度な比色分析装置の開発が求められている。しかしながらかかる要求を満足する技術は未だ存在しない。

なお本発明に関連する先行技術文献として下記の非特許文献１がある。しかしながらこの文献に開示された簡易型比色分析装置では、十分な強度の光が検出器に到達せず高精度の分析ができないという問題がある。
伏島均ら、「ＬＥＤを利用した簡易比色計の製作と利用」、［平成１６年４月２６日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｏｒａｙ．ｃｏ．ｊｐ／ｔｓｆ／ｒｉｋａ／ｐｄｆ／ｒｉｋ＿ａ１１３．ｐｄｆ＞

本発明は、高精度な測定が可能な比色分析装置を提供することを目的とする。

本発明は以下の発明を包含する。
（１）被測定試料への入射光の光路が、内面に反射面を備えた筒状体により覆われていることを特徴とする比色分析装置。
（２）被測定試料からの出射光の光路が、内面に反射面を備えた筒状体により覆われていることを特徴とする上記（１）に記載の比色分析装置。
（３）光源が発光ダイオードであり光検出器がＣｄＳ素子であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の比色分析装置。

本発明の比色分析装置は、光軸に対する試料の厳密な位置決めを行なわなくとも高精度な測定を行なうことができる。

以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明は、被測定試料への入射光の光路が、内面に反射面を備えた筒状体により覆われていることを特徴とする比色分析装置に関する。

かかる装置では、内面に反射面を備えた筒状体が導光路として機能するため、光源からの光の大部分が試料に達する。このために、光軸に対して被測定試料の位置や角度が多少変動した場合でも、光検出器に達する光量は殆ど変動せず、精度が高い測定が可能である。

かかる装置では更に、被測定試料からの出射光の光路もまた同様の筒状体により覆われていることがより好ましい。上記と同様に筒状体が導光路としてはたらき出射光の大部分が検出器に達するため、より精度が高い測定が可能となるからである。

本発明に使用される筒状体の断面は任意の形状であってよく、例えば断面が円形又は多角形の筒状体が好適に使用され得る。筒状体は通常、入射光路又は反射光路に対してほぼ平行方向に配設される。

筒状体は、光入射端から光出射端までの断面積が同一のものであっても、光入射端から光出射端にかけて断面が狭くなっているものであっても、光入射端から光出射端にかけて断面が広くなっているものであってもよい。

筒状体内面の反射面は、例えば、筒状体の内面にアルミホイルを貼り付けることにより形成することができる。反射面はまた、その他の金属、ガラス、プラスチックにより形成されてもよい。

光源としては、発光ダイオードを使用することが好ましい。発光ダイオードは波長分布が比較的狭い光を発することから、発光ダイオードの発光は分光器を用いずに入射光として直接利用することができる。使用する発光ダイオードは被測定試料に応じて適宜選択し得る。例えば、リン酸態リンの吸収極大波長は７１０ｎｍ及び８９０ｎｍであるから、本発明の装置を用いてリン酸態リンの溶液中の濃度を測定する場合には、ピーク波長が６６０ｎｍである赤色発光ダイオードを光源として選択すればよい。本発明の装置の光源としては、比色計に通常用いられる光源（例えば重水素ランプ、タングステンランプ、キセノンランプ、石英ヨウ素ランプ）もまた使用することができる。

上記の光源は、必要に応じて分光器と組み合わせて使用してもよい。
光検出器としては例えばＣｄＳ素子、光電子倍増管、半導体検出器等を用いることができる。

図１には、光源として発光ダイオードを用い、光検出器としてＣｄＳ素子を用いた本発明の一実施形態を示す。図２には被測定試料溶液１５が充填された試料セル１４が設置された状態での測定部のII−II線の断面図を示す。

試料セル設置台座５には試料セルを設置するための、断面が四角形の縦孔が設けられている。筒状体４には試料セルを設置するための開口部が上下に設けられている。筒状体４の開口部と試料セル設置台座５の縦孔とは断面の形状及び寸法が同一であり、筒状体４の下面の開口部と試料セル設置台座５の縦孔の断面とが整合するように、試料セル設置台座５の上に筒状体４が配設されている。筒状体４の内面にはアルミホイル１３（図１では図示していない）が貼付されている。発光ダイオード取付基板６の光路に臨む面にもアルミホイル１３（図１では図示していない）が貼付されている。筒状体４の両縁端部はそれぞれ、発光ダイオード取付基板６及びＣｄＳ素子取付基板７の光路に臨む面に接している。

発光ダイオード８は発光ダイオード取付基板６上に嵌着されている。発光ダイオード８に接続された配線９（図２では図示していない）は電源部（図示していない）に接続されている。ＣｄＳ素子１０はＣｄＳ素子取付基板７上に嵌着されている。ＣｄＳ素子１０に接続された配線１１（図２では図示していない）は演算表示部（図示していない）に接続されている。

測定部全体は、遮光蓋２で閉じることができる遮光容器３に収納されている。また遮光蓋２には凹部１２が設けられており、遮光蓋２を閉じる際にはこの凹部１２に配線９又は１１を通す。遮光蓋２を閉じれば遮光容器３内部は遮光される。測定は遮光蓋２を閉じた状態で行われる。

図１に示す装置を実際に作成し、その効果を確認した。比較のために、筒状体４を取り付けない装置を作成して同様の確認実験を行なった。

発光ダイオード８としてＫＩＮＧＢＲＩＧＨＴ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＣＯ．， ＬＴＤ製発光ダイオードＬ９３４ＳＧＣ（赤色）を使用し、ＣｄＳ素子１０として浜松ホトニクス株式会社製Ｐ２０１Ｄ−５Ｒを使用した。発光ダイオード取付基板６とＣｄＳ素子取付基板７との間の距離を３０ｍｍとした。筒状体４として、断面の内側が横１４ｍｍ縦１０ｍｍの長方形のものを用いた。試料セル１４としてプラスチック製のディズポーザブルセル（Ｋａｒｔｅｌｌ社製、品番１９３７、１０×１０×４５ｍｍ）を使用した。

リン酸態リン標準溶液（０μＭ、５．２６μＭ、７．８８μＭ、１０．５μＭ）を被測定試料溶液１５として用いて５回ずつ測定を行ない、リン酸態リン濃度を横軸、測定値（抵抗値）を縦軸にしてプロットし直線回帰を行なった。

筒状体４を取り付けた装置では誤差０％、相関係数０．９９７２であったのに対して、筒状体４を取り付けなかった装置では最大誤差７．７％、相関係数０．９９５１であった。

筒状体４を取り付けることにより高精度な測定が可能になることが明らかとなった。

本発明の一実施形態を示す斜視図である。 測定部のII−II線の断面図である。

符号の説明

１ 比色分析装置
２ 遮光蓋
３ 遮光容器
４ 筒状体
５ 試料セル設置台座
６ 発光ダイオード取付基板
７ ＣｄＳ素子取付基板
８ 発光ダイオード
９，１１ 配線
１０ ＣｄＳ素子
１２ 凹部
１３ アルミホイル（反射面）
１４ 試料セル
１５ 被測定試料溶液

Claims (3)

1. 被測定試料への入射光の光路が、内面に反射面を備えた筒状体により覆われていることを特徴とする比色分析装置。
2. 被測定試料からの出射光の光路が、内面に反射面を備えた筒状体により覆われていることを特徴とする請求項１に記載の比色分析装置。
3. 光源が発光ダイオードであり光検出器がＣｄＳ素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の比色分析装置。

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