JP2008224680A - マルチチャネル蛍光センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マルチチャネル蛍光センサは、1つ又は複数の励起チャネルと、1つ又は複数の発光チャネルとを有し、それぞれ1つ以上の球状レンズを備えたマイクロコリメータを有する。各励起チャネルは発光ダイオード及び光学フィルタを有し、各発光チャネルはプリアンプを備えたフォトダイオード及び光学フィルタを有する。電子的モジュールは光学的モジュールに直接接続し、ロックインアンプ、電源サプライ、及びA/D変換器及びコネクタを備えたコントローラを含み、蛍光物質の蛍光スペクトルを測定する。
【選択図】図1
Description
本発明のマルチチャネル蛍光センサの他の応用例は、サンプルの調整又は葉緑素aの励起を必要としない、水中の葉緑素aの濃度のモニタリングである。抽出した葉緑素と生きている現場の葉緑素とでは、蛍光スペクトルが異なるため、このような応用例の光学的設計には若干の違いがある。図6において、水中及び90%アセトン溶液中の藻類サンプルからの葉緑素の典型的な蛍光スペクトルを示す。水中の葉緑素aに最適な発光フィルタは、660nmから740nmまでの透過帯域を有するものである。
Measuring Chlorophyll and Phaeophytin: Whom Should you Believe?, Axler, R.P. and C.J. Owen. 1194, Lake and Reservoir. Management, 8(2): 143-151.
ローダミン溶液を蛍光発光の代理標準試料として用いて、マルチチャネル蛍光センサの目盛り校正の妥当性確認を行うことができる。本発明は、マルチチャネル蛍光センサの目盛り校正を定期的にテストするために、固体目盛り校正器を使用することも含んでいる。本発明の目盛り校正器は、1又は複数の固体蛍光要素を備えたホルダを含んでいる。図7は、典型的なルビーの蛍光スペクトルを示す。ルビーの蛍光スペクトルは650nmから始まり、690nm付近において最大となり、700nmから750nmにおいて広帯域を有する。ルビーの蛍光スペクトルの全体的な分布は、非常に広帯域であるローダミンの蛍光発光よりも、葉緑素の蛍光スペクトルの分布により近似している。ルビー試料の寿命が無制限であるのに対して、ローダミン標準試料の寿命は非常に限られている。
混濁度(NTU) = 74.6 × (Vt Turb − V0 Turb)
葉緑素a(ppb) = K × [(Vt Chl − V0 Chl) - 0.004 × (Vt Turb − V0 Turb)] ×[1 + 0.011 × (温度(℃)− 20)]
上式において、
Vt Temp = 温度チャネルからの電圧、
Vt Turb = 混濁度チャネルからの電圧、
V0 Turb = ゼロ(0)NTUでの混濁度チャネルからの電圧、
Vt Chl = 葉緑素チャネルからの電圧、
V0 Chl = ゼロ(0)ppbでの葉緑素チャネルからの電圧、
K = 水中の葉緑素aに対して170となる目盛り校正定数、
である。
Claims (22)
- 溶液中の蛍光物質を測定するためのマルチチャネル蛍光センサであって、
防水性のハウジングと、
相互フォーカシングシステムに操作的に接続された少なくとも1つの励起チャネル及び少なくとも1つの発光チャネルを有する光学的モジュールと、
防水性のコネクタを有する電子的モジュールであって、該コネクタは水中ケーブルのケーブルコネクタに操作的に接続されており、該ケーブルはマルチチャネル蛍光センサを電源サプライ及び指示装置又はコンピュータに接続する、電子的モジュールと、を含み、
前記分断された光学的チャネルを含む前記相互フォーカシングシステムは、前記蛍光物質測定側において平たい平凸レンズ内に挿入された不透明な挿入材により各光学的チャネル部の間を光学的に分断することにより複数の光学的チャネルを形成していることを特徴とするマルチチャネル蛍光センサ。 - 溶液中の蛍光物質を測定するためのマルチチャネル蛍光センサであって、
防水性のハウジングと、
相互フォーカシングシステムに操作的に接続された少なくとも1つの励起チャネル及び少なくとも1つの発光チャネルを有する光学的モジュールと、
防水性のコネクタを有する電子的モジュールであって、該コネクタは水中ケーブルのケーブルコネクタに操作的に接続されており、該ケーブルはマルチチャネル蛍光センサを電源サプライ及び指示装置又はコンピュータに接続する、電子的モジュールと、を含み、
前記分断された光学的チャネルを含む前記相互フォーカシングシステムは、前記蛍光物質測定側において平たいプリズム内に挿入された不透明な挿入材により複数のくさび型プリズムを形成し各光学的チャネル部の間を光学的に分断することにより複数の光学的チャネルを形成していることを特徴とするマルチチャネル蛍光センサ。 - 該くさび型プリズムの厚さは、該くさび型プリズム間の中心点に向かって厚くなるように配置されることを特徴とする請求項2に記載のマルチチャネル蛍光センサ。
- 前記光学的モジュール及び電子的モジュールは、マウンティングラックにおいて結合され、該マウンティングラックは、一辺においてO-リングのための溝を有するフロントプレートを有し、他辺においてO-リングのための溝を有するコネクタホルダを有しており、前記O-リングは、前記防水性のハウジングとともに、前記センサを外部の水から保護することを特徴とする請求項1に記載のマルチチャネル蛍光センサ。
- 前記O-リングの少なくとも1つは、耐腐食性材料から作られているか又は耐腐食性材料により被覆されているかの少なくともいずれか一方であり、前記ハウジング及び相互フォーカシングシステムは、有機溶媒に耐性を有する材料から作られており、有機溶媒ベースの目盛り校正溶液に直接浸すことができることを特徴とする請求項4に記載のマルチチャネル蛍光センサ。
- 分断された光学的チャネルを含む前記相互フォーカシングシステムを操作的に接続して有するフロントプレートをさらに含んでいることを特徴とする請求項1に記載のマルチチャネル蛍光センサ。
- 前記分断された光学的チャネルを含む前記相互フォーカシングシステムは、複数のチャネル部を有する前記平凸レンズから構成されていることを特徴とする請求項4に記載のマルチチャネル蛍光センサ。
- 前記少なくとも1つの励起チャネルは、少なくとも1つの発光ダイオード(LED)及び励起光学フィルタを含んでおり、前記少なくとも1つの発光チャネルは、少なくとも1つのフォトダイオード及び発光光学フィルタを含んでいることを特徴とする請求項1に記載のマルチチャネル蛍光センサ。
- 前記励起チャネル及び発光チャネルのうち少なくとも1つは、前記励起光学フィルタ又は発光光学フィルタのそれぞれと、前記相互フォーカシングとの間に、コリメータを含むことを特徴とする請求項8に記載のマルチチャネル蛍光センサ。
- 前記コリメータは少なくとも1つの球状レンズを含むことを特徴とする請求項9に記載のマルチチャネル蛍光センサ。
- 前記少なくとも1つの励起チャネルは2つの発光ダイオード(LED)及び励起光学フィルタを含んでおり、前記少なくとも1つの発光チャネルは2つのフォトダイオード及び発光光学フィルタを含んでおり、前記LEDのそれぞれは430nmから480nmの間に最大発光を有するとともに、410nmから490nmまでの透過帯域を有する前記励起光学フィルタを備えており、前記発光光学フィルタのうち第1の発光光学フィルタは、660nmから740nmまでの透過帯域を有しており、前記発光光学フィルタのうち第2の発光光学フィルタは、410nmから490nmまでの透過帯域を有していることを特徴とする請求項8に記載のマルチチャネル蛍光センサ。
- 前記少なくとも1つの励起チャネルは2つの発光ダイオード(LED)及び励起光学フィルタを含んでおり、前記少なくとも1つの発光チャネルは2つのフォトダイオード及び発光光学フィルタを含んでおり、前記LEDのうち第1のLEDは、420nmから440nmの間に最大発光を有するとともに、410nmから450nmまでの透過帯域を有する前記励起光学フィルタを備えており、前記LEDのうち第2のLEDは、370nmから380nmの間に最大発光を有するとともに、360nmから390nmまでの透過帯域を有する前記励起光学フィルタを備えており、前記発光光学フィルタのうち第1の発光光学フィルタは、670nmから690nmまでの透過帯域を有しており、前記発光光学フィルタのうち第2の発光光学フィルタは、半値幅が410nmから450nmまでの透過帯域を有していることを特徴とする請求項8に記載のマルチチャネル蛍光センサ。
- 前記少なくとも1つの励起チャネルは3つの発光ダイオード(LED)及び励起光学フィルタを含んでおり、前記少なくとも1つの発光チャネルは2つのフォトダイオード及び発光光学フィルタを含んでおり、前記LEDのうち第1のLEDは、420nmから435nmの間に最大発光を有するとともに、415nmから440nmまでの透過帯域を有する前記励起光学フィルタを備えており、前記LEDのうち第2のLEDは、440nmから475nmの間に最大発光を有するとともに、435nmから455nmまでの透過帯域を有する前記励起光学フィルタを備えており、前記LEDのうち第3のLEDは、450nmから475nmの間に最大発光を有するとともに、450nmから475nmまでの透過帯域を有する前記励起光学フィルタを備えており、前記発光光学フィルタのうち第1の発光光学フィルタは、625nmから645nmまでの透過帯域を有しており、前記発光光学フィルタのうち第2の発光光学フィルタは、645nmから665nmまでの透過帯域を有しており、前記発光光学フィルタのうち第3の発光光学フィルタは、半値幅が665nmから680nmまでの透過帯域を有していることを特徴とする請求項8に記載のマルチチャネル蛍光センサ。
- 前記少なくとも1つの励起チャネルは2つの発光ダイオード(LED)及び励起光学フィルタを含んでおり、前記少なくとも1つの発光チャネルは2つのフォトダイオード及び発光光学フィルタを含んでおり、前記LEDのうち第1のLEDは、430nmから480nmの間に最大発光を有するとともに、410nmから490nmまでの透過帯域を有する前記励起光学フィルタを備えており、前記LEDのうち第2のLEDは、840nmから880nmの間に最大発光を有しており、前記発光チャネルのうち第1の発光チャネルは、660nmから740nmまでの透過帯域を有する光学フィルタを有しており、前記発光チャネルのうち第2の発光チャネルは、840nmから880nmの間に最大感度を有するフォトダイオードを有していることを特徴とする請求項8に記載のマルチチャネル蛍光センサ。
- 請求項1〜14までのいずれか1項に記載のマルチチャネル蛍光センサに用いる目盛り校正器であって、少なくとも1つの固体蛍光素子を有するホルダを含んでいる目盛り校正器。
- 前記固体蛍光素子はルビー球状レンズであることを特徴とする請求項15に記載のマルチチャネル蛍光センサに用いる目盛り校正器。
- 前記固体蛍光素子は、ルビー粉末を充填したエポキシディスクであることを特徴とする請求項15に記載のマルチチャネル蛍光センサに用いる目盛り校正器。
- 前記少なくとも1つの固体蛍光素子の前部にウインドウをさらに含んでいることを特徴とする請求項18に記載のマルチチャネル蛍光センサに用いる目盛り校正器。
- 前記ウインドウは青ガラスフィルタを含むことを特徴とする請求項18に記載のマルチチャネル蛍光センサに用いる目盛り校正器。
- 前記ウインドウはニュートラルデンシティガラスフィルタであることを特徴とする請求項18に記載のマルチチャネル蛍光センサに用いる目盛り校正器。
- 前記分断された光学的チャネルを有する前記相互フォーカシングシステムは、少なくとも2つの円筒形の穴を含んでおり、該穴は、前記フロントプレートに対して傾斜しており、かつ内部の光学フィルタにより被覆されており、該光学フィルタがウインドウの役割を果たすことを特徴とする請求項4に記載のマルチチャネル蛍光センサ。
- 前記光学フィルタは、80°よりも小さい入射角を有するように設置されることを特徴とする請求項21に記載のマルチチャネル蛍光センサ。
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