JP2011191081A - Analysis system, and analysis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水質の分析に関し、より詳細には、水中に存在する窒素、リンの分析技術に関する。 The present invention relates to water quality analysis, and more particularly to a technique for analyzing nitrogen and phosphorus present in water.
近年、河川や湖沼に流入する生活排水や工業廃水による水の富栄養化が種々の環境問題を生じさせている。また、近年では、魚類、甲殻類などの栽培漁業も普及し、養殖池の水質、養殖筏が設置されている付近の水質を分析することは、安定した生産、品質の維持などの点から必要とされている。その他、生活環境における水質を分析することも、住民などへの衛生面から必要である。 In recent years, eutrophication of water by domestic wastewater and industrial wastewater flowing into rivers and lakes has caused various environmental problems. In recent years, fishery and crustacean fisheries have become popular, and it is necessary to analyze the water quality of aquaculture ponds and the water quality in the vicinity where aquaculture troughs are installed in terms of stable production and maintenance of quality. It is said that. In addition, it is also necessary to analyze the water quality in the living environment from the viewpoint of hygiene to residents.
従来、水質分析を行う際に利用される分析法は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、イオンクロマトグラフィーや、吸光光度分析などが利用されている。HPLCは、移動層に溶解した分析対象の固定層に対する親和性を利用して分析対象の溶出時間、すなわち、リテンションタイムの相違から、分析対象を定性的にまたは定量的に分析する方法である。また、吸光光度分析は、分析対象が本来有する光吸収特性または分析対象と化学的に反応して与えられる特有の光吸収特性を利用し、特定波長または波長領域における光吸収強度を、Lambert-Beerの法則に基づいて定量する方法である。 Conventionally, high-performance liquid chromatography (HPLC), ion chromatography, absorptiometric analysis, and the like are used as analysis methods used for water quality analysis. HPLC is a method for qualitatively or quantitatively analyzing an analysis object from the difference in elution time of the analysis object, that is, the retention time, using the affinity for the fixed layer of the analysis object dissolved in the moving bed. In addition, the spectrophotometric analysis utilizes the light absorption characteristics inherent in the analysis object or the specific light absorption characteristics given by chemically reacting with the analysis object, and the light absorption intensity at a specific wavelength or wavelength region is calculated using the Lambert-Beer It is a method of quantifying based on the law of.
いずれも充分な精度で分析が可能であり、実績の多い方法である。しかしながら、HPLCや吸光光度分析を行うためには、分析システムを購入することが必要であり、このための投資として、数十万円〜数百万円を要する場合がある。 Both methods can be analyzed with sufficient accuracy and have a proven track record. However, in order to perform HPLC and spectrophotometric analysis, it is necessary to purchase an analysis system, and as an investment for this, hundreds of thousands to several million yen may be required.
水質分析の必要性は、先進工業国も必要ではあるが、開発途上国でも必要とされる。開発途上国では、水質分析のための投資は、大きな負担となり、水質分析の普及のための大きな障壁となっている。 The need for water quality analysis is required in industrialized countries, but also in developing countries. In developing countries, investment for water quality analysis is a heavy burden and a major barrier to the spread of water quality analysis.
これまで、複数のサンプルを計測するために、マイクロプレートリーダーを利用する分析技術が知られている。例えば、特開平６−１３８１２９号公報（特許文献１）には、複数の試薬キットに対応できるマイクロプレートリーダーが記載されており、複数の被検試料を、吸光光度法を利用して光学的に分析する自動分析方法が記載されている。特許文献１に記載されたマイクロプレートリーダーは、試料セルの光学特性を個別に設置された光源からの光照射による吸光度測定を個別的に行うものであり、効率が悪く、また、専用の装置が必要となり、装置への投資も過大なものとなる。 Until now, in order to measure a plurality of samples, an analysis technique using a microplate reader is known. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-138129 (Patent Document 1) describes a microplate reader capable of handling a plurality of reagent kits, and optically analyzing a plurality of test samples using an absorptiometry. An automatic analysis method for analysis is described. The microplate reader described in Patent Document 1 individually measures the optical properties of a sample cell by light irradiation from a light source installed individually, and is inefficient, and a dedicated device is used. It becomes necessary and the investment in the apparatus becomes excessive.
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、水質分析を充分な精度をもって高効率に、さらには低コストなシステムを利用して水質分析を行うことを可能とする、分析システムおよび分析方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art, and the present invention enables water quality analysis to be performed with sufficient accuracy and high efficiency, and further using a low-cost system. An object is to provide an analysis system and an analysis method.
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明では、情報処理装置と、画像解析アプリケーションと、スキャナと、スキャナ上に配置され、隣接するウェルからの光散乱の影響を排除するように、隣接するウェル間を光不透過性としたマイクロウェルプレートとを含む水質分析システムを提供する。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art. In the present invention, the information processing apparatus, the image analysis application, the scanner, and the light scattering from the adjacent wells disposed on the scanner are disclosed. Provided is a water quality analysis system including a microwell plate in which light is impermeable between adjacent wells so as to eliminate the influence.
マイクロウェルプレートは、隣接して複数のウェルが形成され、各ウェルは、分析試料を保持している。マイクロウェルプレートは、フラットベッドスキャナ上に載置され、フラットベッドスキャナにより同時に複数のウェル内の分析試料の吸収特性を反映した２次元イメージが取得される。 In the microwell plate, a plurality of wells are formed adjacent to each other, and each well holds an analysis sample. The microwell plate is placed on a flat bed scanner, and a two-dimensional image reflecting the absorption characteristics of analysis samples in a plurality of wells is simultaneously acquired by the flat bed scanner.
２次元イメージは、分析試料の吸収特性を反映し、分析試料の吸収スペクトルは、分析試料の着色の補色として与えられ、この結果、２次元イメージの補色を与えるＲＧＢ成分が良好な濃度相関性を与えることができ、良好な濃度相関性を有する。 The two-dimensional image reflects the absorption characteristics of the analysis sample, and the absorption spectrum of the analysis sample is given as a complementary color of the color of the analysis sample. As a result, the RGB components that give the complementary color of the two-dimensional image have good density correlation. And has a good concentration correlation.
以下、本発明を、実施形態をもって説明するが、本発明は、後述する実施形態に限定されるものではない。図１は、本発明の分析システム１００の概略図を示す。図１に示す分析システム１００は、スキャナ１０２と、コンピュータ装置１０６とを含んで構成されている。スキャナ１０２は、白色光源（図示せず）と、ＣＣＤおよび光学フィルタを含むラインセンサ（図示せず）とを含む市販のものであり、読み取り台または原稿台上にマイクロウェルプレート１０４が載置されている。 Hereinafter, although this invention is demonstrated with embodiment, this invention is not limited to embodiment mentioned later. FIG. 1 shows a schematic diagram of an analysis system 100 of the present invention. The analysis system 100 shown in FIG. 1 includes a scanner 102 and a computer device 106. The scanner 102 is a commercially available scanner including a white light source (not shown) and a line sensor (not shown) including a CCD and an optical filter. A microwell plate 104 is placed on a reading table or a document table. ing.
スキャナ１０２の形式は、特に限定されるものではないが、分析システム１００のために専用化することを考慮すれば、市販のフラットベット式のスキャナを使用することが好ましい。マイクロウェルプレート１０４は、複数のウェルを備えていて、ウェル内に分析対象のサンプルを保持している。 The type of the scanner 102 is not particularly limited, but it is preferable to use a commercially available flatbed scanner in consideration of dedicated use for the analysis system 100. The microwell plate 104 includes a plurality of wells, and holds a sample to be analyzed in the wells.
ユーザは、サンプルを保持したマイクロウェルプレート１０４を、スキャナ１０２の原稿台と、適切な白色板との間に配置し、コンピュータ装置１０６から画像取得指令を発行し、白色光源から放出され、白色光源−マイクロウェル−白色板−マイクロウェル−ＣＣＤの経路をたどった光線を平面的に取得し、サンプルの光吸収に対応する２次元イメージを取得する。 The user places the microwell plate 104 holding the sample between the document table of the scanner 102 and an appropriate white plate, issues an image acquisition command from the computer device 106, is emitted from the white light source, and is emitted from the white light source. -Microwell-White plate-Microwell-A light beam that follows the path of the CCD is acquired in a plane, and a two-dimensional image corresponding to the light absorption of the sample is acquired.
コンピュータ装置１０６は、パーソナル・コンピュータまたはワークステーションなどを使用して実装でき、また、そのマイクロプロセッサ（MPU）は、これまで知られたいかなるシングルコア・プロセッサまたはマルチコア・プロセッサを含んでいてもよい。また、コンピュータ装置１０６は、WINDOWS（登録商標）シリーズ、UNIX（登録商標）、LINUX（登録商標）、MAC OSシリーズなど、これまで知られたいかなるオペレーティング・システムにより制御されてもよい。また、コンピュータ装置１０６は、ウェブ・サーバ（図示せず）にアクセスして、画像解析に基づく分析を依頼するため、Internet
Explorer（登録商標）、Mozilla（登録商標）、Opera（登録商標）、FireFox（登録商標）、Chrome（登録商標）などのブラウザ・ソフトウェアを実装することができる。
The computing device 106 can be implemented using a personal computer or workstation, etc., and its microprocessor (MPU) may include any single-core or multi-core processor known so far. Further, the computer device 106 may be controlled by any known operating system such as WINDOWS (registered trademark) series, UNIX (registered trademark), LINUX (registered trademark), or MAC OS series. In addition, the computer device 106 accesses a web server (not shown) and requests an analysis based on image analysis.
Browser software such as Explorer (registered trademark), Mozilla (registered trademark), Opera (registered trademark), FireFox (registered trademark), and Chrome (registered trademark) can be implemented.
その他、コンピュータ装置１０６は、Image-J（登録商標）や、Photoshop（登録商標）といった適切な画像解析アプリケーションおよびTWAINなど適切なイメージ取得ドライバを実装し、スキャナ１０２が取得した２次元イメージの解析を可能としている。なお、コンピュータ装置１０６は、ウェブサーバなどとの間で、TCP／IPなどのトランザクション・プロトコルを使用するHTTP、HTTPSなどのファイル転送プロトコルでテータ送受信を行っている。また、コンピュータ装置１０６は、データベースサーバにアクセスするために、JDBC(Java（登録商標）Database
Connectivity)、ODBC(Open Database Connectivity)などを実装し、JDBCなどで定められるアプリケーションレベル・プロトコルで、データベースアクセスすることができる構成とすることができる。
In addition, the computer device 106 mounts an appropriate image analysis application such as Image-J (registered trademark) or Photoshop (registered trademark) and an appropriate image acquisition driver such as TWAIN, and analyzes the two-dimensional image acquired by the scanner 102. It is possible. The computer device 106 performs data transmission / reception with a web server or the like using a file transfer protocol such as HTTP or HTTPS using a transaction protocol such as TCP / IP. In addition, the computer device 106 uses a JDBC (Java (registered trademark) Database) to access the database server.
Connectivity), ODBC (Open Database Connectivity), etc. can be implemented, and the database can be accessed using an application level protocol defined by JDBC.
コンピュータ装置１０６には、ディスプレイ装置１０８、キーボード１１０、マウス１１２などが接続され、処理結果を表示し、キーボード１１０、マウス１１２からのユーザ入力を受領して各種処理を実行している。コンピュータ装置１０６は、イーサネット（登録商標）などによってネットワーク１１４に接続され、遠隔接続されたウェブサーバにアクセス可能とされている。 A display device 108, a keyboard 110, a mouse 112, and the like are connected to the computer device 106, display processing results, receive user inputs from the keyboard 110 and the mouse 112, and execute various processes. The computer device 106 is connected to the network 114 by Ethernet (registered trademark) or the like, and can access a remotely connected web server.
図２は、本実施形態で使用するスキャナ１０２にマイクロウェルプレート１０４が載置されている所を示す。スキャナ１０２の原稿台上には、マイクロウェルプレート１０４が載置されている。マイクロウェルプレート１０４には、複数のウェル１２０が形成されていて、分析対象の試料をウェル内に収容・保持することができる構成となっている。 FIG. 2 shows a place where the microwell plate 104 is placed on the scanner 102 used in this embodiment. A microwell plate 104 is placed on the document table of the scanner 102. A plurality of wells 120 are formed in the microwell plate 104, and the sample to be analyzed can be accommodated and held in the wells.
分析対象の試料は、着色溶液として調整され、図２の矩形枠１２２で示される領域にあるウェルに充填される。マイクロウェルプレート１０４のウェルの間の領域は、隣接するウェルの光学的影響を排除する目的で、黒色ペイントなど光遮蔽性の処理が施されている。また、スキャナ１０２の白色板は、スキャナ１０２がある程度の厚さのある物体について原稿台と白色板との間に挟み込めるように設定されていない場合には、白色板をスキャナ１０２本体とは別体とし、読み取り台または原稿台上のマイクロウェルプレート１０４を載置させていない部分も覆うように白色板を載置することで、２次元イメージを取得する構成とすることもできる。 The sample to be analyzed is prepared as a colored solution and filled into a well in a region indicated by a rectangular frame 122 in FIG. The region between the wells of the microwell plate 104 is subjected to a light shielding process such as black paint in order to eliminate the optical influence of adjacent wells. Further, the white plate of the scanner 102 is different from the main body of the scanner 102 when the scanner 102 is not set so that an object having a certain thickness is sandwiched between the platen and the white plate. It is also possible to obtain a two-dimensional image by placing a white plate so as to cover the portion on which the microwell plate 104 is not placed on the reading table or the document table.
ユーザは、スキャナ１０２に試料を充填し、マイクロウェルプレート１０４とともに白色板を載せてコンピュータ装置１０６で、画像処理アプリケーションを起動して、マイクロウェルプレート１０４の２次元イメージを取得する。ウェル１２０内に保持された試料は、光学的に着色しているので、試料による光吸収に応じて異なる色相を有する２次元イメージが取得できる。 The user fills the scanner 102 with a sample, places a white plate together with the microwell plate 104, activates an image processing application on the computer device 106, and acquires a two-dimensional image of the microwell plate 104. Since the sample held in the well 120 is optically colored, it is possible to acquire a two-dimensional image having a different hue according to light absorption by the sample.
図３は、本実施形態の分析システム１００が採用する光吸収検出方法の原理を示す概略図である。スキャナ１０２から放出される白色光Ｉ０は、図３（ａ）で示すように、分光感度域（４００〜７００ｎｍ）にわたり、白色光を再現するようにＲＧＢ成分が調整されている。一方、試料は、本実施形態では、原稿台に載置された、減法混色のフィルタ（ＣＭＹ）としてみなすことができる。このため、スキャナ１０２の白色光源が放出した白色光は、試料層を通過した後、図３（ｂ）で示すように、試料による光吸収を反映し、試料の吸収による波長域が減少した反射光特性を与える。図３に示した実施形態では、試料は、マゼンタ（５００〜６００ｎｍ）領域に吸収を有するものとして説明するので、図３（ｂ）で示すように、マゼンタ領域の波長成分が下記式（１）で示すように、減少する。 FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the principle of the light absorption detection method employed by the analysis system 100 of the present embodiment. White light I 0 emitted from the scanner 102, as shown in FIG. 3 (a), over the spectral sensitivity region (400 to 700 nm), RGB component to reproduce the white light is adjusted. On the other hand, in this embodiment, the sample can be regarded as a subtractive color mixing filter (CMY) placed on the document table. For this reason, after the white light emitted from the white light source of the scanner 102 passes through the sample layer, as shown in FIG. 3B, the reflection reflects the light absorption by the sample and the wavelength range due to the absorption of the sample is reduced. Give light characteristics. In the embodiment shown in FIG. 3, the sample is described as having absorption in the magenta (500 to 600 nm) region. Therefore, as shown in FIG. 3B, the wavelength component in the magenta region is expressed by the following formula (1). As shown by
上記式（１）中、Ｉ（λ）は、反射光強度であり、Ｉ０は、白色光強度であり、Ａ（λ）は、分光感度補正を含む吸光度であり、ｃは、試料濃度、ｌは、マイクロウェルの実効的光路長である。このため、Ｉ（λ）は、マゼンタに対応する分光分布が減少する結果、補色である、シアン（４００〜５００ｎｍの波長領域＋６００〜７００ｎｍの波長領域）の色調を有することになる。 In the above formula (1), I (λ) is the reflected light intensity, I 0 is the white light intensity, A (λ) is the absorbance including spectral sensitivity correction, c is the sample concentration, l is the effective optical path length of the microwell. For this reason, I (λ) has a color tone of cyan (wavelength region of 400 to 500 nm + wavelength region of 600 to 700 nm), which is a complementary color, as a result of the reduction of the spectral distribution corresponding to magenta.
本実施形態では、上述した光吸収特性を利用し、Ａ（λ）は、試料に固有な量であり、ｌは、各ウェルに固有の値であり、ｃが試料濃度であることを利用し、スキャナ１０２が取得した２次元イメージのうち、測定対象の試料の吸収特性についての補色の強度を利用して検量線を作成することで、試料の定量分析を行う。 In the present embodiment, the light absorption characteristics described above are used, A (λ) is an amount specific to the sample, l is a value specific to each well, and c is the sample concentration. From the two-dimensional image acquired by the scanner 102, a calibration curve is created using the intensity of the complementary color for the absorption characteristics of the sample to be measured, thereby performing quantitative analysis of the sample.
図４は、本実施形態でマイクロウェルプレート１０４に保持された試料の実施形態を示す。図４に示す実施形態は、水中の硝酸態窒素の分析を行うことを目的とし、還元ナフチルエチレンジアミン法（JIS K0102)を使用して硝酸態窒素を二酸化窒素に還元し、二酸化窒素を発色剤により、マゼンタに発色させた試料を使用した。図４（ａ）に示すように、マイクロウェルプレート１０４に保持された試料は、還元ナフチルエチレンジアミン法によりマゼンタに発色している。図４（ｂ）に示すように、マイクロウェルプレート１０４には、矩形枠４００で示す領域に、図面上から、０ｍｇ／Ｌ〜１．０ｍｇ／Ｌまでの試料が充填されていて、硝酸態窒素の濃度に応じて、マゼンタの濃度が異なっているのが示されている。 FIG. 4 shows an embodiment of the sample held on the microwell plate 104 in this embodiment. The embodiment shown in FIG. 4 is intended to analyze nitrate nitrogen in water. The reduced naphthylethylenediamine method (JIS K0102) is used to reduce nitrate nitrogen to nitrogen dioxide, and nitrogen dioxide with a color former. Samples colored in magenta were used. As shown in FIG. 4A, the sample held on the microwell plate 104 is colored magenta by the reduced naphthylethylenediamine method. As shown in FIG. 4B, the microwell plate 104 is filled with a sample of 0 mg / L to 1.0 mg / L from the top of the drawing in the region indicated by the rectangular frame 400, and nitrate nitrogen. It is shown that the density of magenta is different depending on the density of.
図５は、分析対象を、リン酸態リンとし、JIS K0102を使用してモリブデン青法によりシアンに発色させた場合の実施形態を示す。図５に示す実施形態では、図５（ａ）に示すように、試料は、シアンに着色しており、図５（ｂ）の矩形枠５００内のマイクロウェルに０ｍｇ／Ｌ〜１．００ｍｇ／Ｌまでの濃度として充填されている。本実施形態では、図４（ａ）および図５（ａ）に示すウェルセットを２次元イメージとして取得し、各補色に対応する光強度を検出して定量分析を行う。 FIG. 5 shows an embodiment in which the object of analysis is phosphate phosphorus and color is developed in cyan by the molybdenum blue method using JIS K0102. In the embodiment shown in FIG. 5, as shown in FIG. 5A, the sample is colored cyan, and the microwell in the rectangular frame 500 in FIG. Packed as a concentration up to L. In the present embodiment, the well set shown in FIGS. 4A and 5A is acquired as a two-dimensional image, and the light intensity corresponding to each complementary color is detected to perform quantitative analysis.
図６は、図４および図５に示した試料の分光特性に相違を示すため、Ｒに対応する色成分を抽出した輝度レベルヒストグラムであり、図６（ａ）が、還元ナフチルエチレンジアミン法によるマゼンタ発色のＲレベルヒストグラムであり、図６（ｂ）が、モリブデン青法によるシアン発色のＲレベルヒストグラムである。図６に示されるように、図６（ａ）は、還元ナフチルエチレンジアミン法によるマゼンタ発色のＲレベルヒストグラムであり、Ｒ成分が明確に観測されている。一方、図６（ｂ）で示すようにモリブデン青法によるシアン発色では、試料がマゼンタの波長領域を吸収することに対応し、Ｒ成分がまったく存在していないことが確認される。 FIG. 6 is a luminance level histogram obtained by extracting the color component corresponding to R in order to show the difference in the spectral characteristics of the samples shown in FIGS. 4 and 5. FIG. 6 (a) shows magenta by the reduced naphthylethylenediamine method. FIG. 6B is an R level histogram for color development, and FIG. 6B is an R level histogram for cyan color development by the molybdenum blue method. As shown in FIG. 6, FIG. 6A is an R level histogram of magenta color development by the reduced naphthylethylenediamine method, and the R component is clearly observed. On the other hand, as shown in FIG. 6B, cyan coloring by the molybdenum blue method corresponds to the sample absorbing the magenta wavelength region, and it is confirmed that no R component is present.
同様のことは、他の発色系の場合にも適用でき、測定対象の吸収のうち、吸収ピークに近い色成分が最も強く吸収を受けることから、シアン、マゼンタ、イエローの表色系に対応するＲＧＢ表色系の最も強く吸収を受ける色成分を使用して検量線を作成することが高感度測定を行うためには好ましい。 The same can be applied to other color developing systems, and among the absorptions to be measured, color components close to the absorption peak receive the strongest absorption, and thus correspond to the color systems of cyan, magenta, and yellow. In order to perform a highly sensitive measurement, it is preferable to create a calibration curve using the color component that receives the strongest absorption of the RGB color system.
図４〜図６に示すように、スキャナ１０２を利用することによって取得された２次元イメージについて補色を利用することで硝酸態窒素およびリン酸態リンの分析を高精度に行うことが可能であることがわかる。なお、本実施形態では、硝酸態窒素およびリン酸態リンの分析に関して具体的に説明したが、他の元素であっても、比色分析、吸光光度分析などを使用して行う定量分析には、本発明が適用できることは理解されよう。 As shown in FIGS. 4 to 6, it is possible to analyze nitrate nitrogen and phosphate phosphorus with high accuracy by using complementary colors for a two-dimensional image acquired by using a scanner 102. I understand that. In this embodiment, the analysis of nitrate nitrogen and phosphate phosphorus has been specifically described. However, even for other elements, quantitative analysis using colorimetric analysis, absorptiometric analysis, etc. It will be understood that the present invention is applicable.
また、本実施形態では、分析対象の試料の吸収特性は、２次元イメージファイルとして取得できるので、例えば取得した２次元イメージファイルをネットワーク、セイコーエプソン(株)製、 ＧＴ−Ｘ９７０を介して遠隔的に設置されたサーバに送付し、サーバにより分析を行い、その結果をユーザに通知することによって、より効率的な分析システムおよび分析サービスを提供することもできる。 In the present embodiment, the absorption characteristics of the sample to be analyzed can be acquired as a two-dimensional image file. For example, the acquired two-dimensional image file can be remotely transmitted via a network, manufactured by Seiko Epson Corporation, GT-X970. It is also possible to provide a more efficient analysis system and analysis service by sending to a server installed in the server, performing analysis by the server, and notifying the user of the result.
さらに本発明では、マイクロウェルプレート１０４あたりのウェルの数は、１〜９６の範囲で適宜選択でき、１回の測定で定量することができる試料数を飛躍的に増大できまた、発色のために使用する１サンプルあたりの試薬量も削減することができるので、測定システムのコストおよび分析のランニングコストを含め、低コストで、簡便であり、さらに普及性に優れた分析システム１００を提供することができる。 Furthermore, in the present invention, the number of wells per microwell plate 104 can be appropriately selected within the range of 1 to 96, and the number of samples that can be quantified in one measurement can be dramatically increased. Since the amount of reagent per sample to be used can be reduced, it is possible to provide an analysis system 100 that is low-cost, simple, and has excellent spread, including the cost of a measurement system and the running cost of analysis. it can.
以下、本発明を具体的な実施例をもって説明する。なお、本発明は、後述する実施例によっても限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with specific examples. In addition, this invention is not limited by the Example mentioned later.
１．硝酸態窒素の分析
硝酸態窒素の分析は、還元ナフチルエチレンジアミン法（JIS K0102）を使用して、硝酸態窒素をマゼンダに発色させた。試薬は、共立理化学研究所(株)製のポータブル水質分析計Λ９０００用に調整された試薬（ＬＲ−ＮＯ３）を用いた。使用したリージェントは、Ｒ１、Ｒ２の２種類あり、ＮＯ３−Ｒ１は、硝酸態窒素を、すべて二酸化窒素態窒素に還元する還元剤である。また、ＮＯ３−Ｒ２は、還元された二酸化窒素態窒素を存在窒素の濃度に応じてマゼンダに着色する顕色剤である。
1. Analysis of nitrate nitrogen For analysis of nitrate nitrogen, the reduced naphthylethylenediamine method (JIS K0102) was used to color nitrate nitrogen on magenta. As a reagent, a reagent (LR-NO 3 ) prepared for a portable water quality analyzer Λ9000 manufactured by Kyoritsu Riken Corporation was used. There are two types of regents used, R1 and R2, and NO 3 -R1 is a reducing agent that reduces all nitrate nitrogen to nitrogen dioxide nitrogen. NO 3 -R2 is a developer that colors reduced nitrogen dioxide nitrogen to magenta according to the concentration of nitrogen present.
試料の調整は、標準物質（和光純薬(株)製、特級 硝酸ナトリウム）１．０ｍｌを試験管中に採取し、ＮＯ３−Ｒ１試薬０．１ｍｌを加え、試験管ミキサーにて撹拌・混合した。その後、常温（２０℃〜３０℃）で１５ｍｉｎ還元反応を行い、ＮＯ３−Ｒ２を０．１ｍｌ添加し、試験管ミキサーにて撹拌・混合して発色反応を完了させた。発色させた試料を、マイクロウェル間を黒に着色した２４穴マイクロウェルに移し、マイクロウェルをスキャナ（セイコーエプソン(株)製, ＧＴ−Ｘ９７０）の原稿台上に載置し、２次元イメージを取得し、補色であるシアンの明度レベルを画像解析により取得し、ＲＧＢ成分の明度レベルを取得した。なお、本実施例で使用した部分黒塗りのマイクロウェルプレートは、ＩＷＡＫＩ社製のＥＺＶｉｅｗカルチャープレートＬＢカバーガラスボトム（２４ｗｅｌｌ）5826-024であった。 Adjustment of the samples, standards (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade sodium nitrate) and 1.0ml was taken into a test tube, the NO 3 -R1 reagent 0.1ml added, stirred and mixed at a test tube mixer did. Thereafter, a reduction reaction was performed at room temperature (20 ° C. to 30 ° C.) for 15 minutes, 0.1 ml of NO 3 —R 2 was added, and the color reaction was completed by stirring and mixing with a test tube mixer. The colored sample was transferred to a 24-well microwell colored black between the microwells, and the microwell was placed on the platen of the scanner (Seiko Epson Corp., GT-X970), and a two-dimensional image was obtained. The lightness level of cyan, which is a complementary color, was obtained by image analysis, and the lightness levels of the RGB components were obtained. The partially black microwell plate used in this example was an EZView culture plate LB cover glass bottom (24 well) 5826-024 manufactured by IWAKI.
同様の方法で、硝酸態窒素の含有量の異なる試料を、窒素含有量で、０．００〜１．００ｍｇ／l（０．０、０．２、０．４、０．６、０．８、１．０ｍｇ／ｌ）の範囲で調整し、ＲＧＢ各成分のうち、補色のうち、最も強度減少のダイナミックレンジの大きな色成分であるＧのデータを利用して濃度に対する検量線を作成した。 In the same manner, samples having different nitrate nitrogen contents were added at a nitrogen content of 0.00 to 1.00 mg / l (0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 1.0 mg / l), and a calibration curve for the density was created using the G data, which is the color component having the largest dynamic range of the intensity reduction among the complementary colors among the RGB components.
２．リン酸態リンの分析
リン酸態リンの試料は、モリブデン青法（JIS K0102）にしたがって調整し、試薬としては、共立理化学研究所(株)製のポータブル水質分析計Λ９０００用の試薬（ＬＲ−ＰＯ４）を使用し、以下の手順で試料を調整した。
2. Analysis of Phosphorus Phosphorus Phosphorus phosphate samples were prepared according to the Molybdenum Blue Method (JIS K0102). Reagents for portable water quality analyzer Λ9000 manufactured by Kyoritsu Riken Co., Ltd. (LR-) Using PO 4 ), the sample was prepared according to the following procedure.
標準物質（和光純薬(株)製、特級 リン酸１水素２カリウム）１．０ｍｌを試験管中に投入し、ＰＯ４−Ｒ１試薬０．２ｍｌを添加して、試験管ミキサー内で撹拌混合し、さらにＰＯ４−Ｒ２試薬を添加して撹拌・混合を続け、常温（２０℃〜３０℃）で１０ｍｉｎ反応を行い、シアンに着色した試料を得た。 Add 1.0 ml of the standard substance (special grade, 1 potassium dihydrogen phosphate, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), add 0.2 ml of PO 4 -R1 reagent, and stir and mix in the test tube mixer. Further, PO 4 -R2 reagent was added, stirring and mixing were continued, and a reaction was carried out at room temperature (20 ° C. to 30 ° C.) for 10 min to obtain a cyan colored sample.
発色させた試料を、マイクロウェル間を黒に着色した２４穴マイクロウェルの各ウェル内に移しマイクロウェルプレートごとスキャナ（セイコーエプソン(株)製, ＧＴ−Ｘ９７０）の原稿台上に載置し、２次元イメージを取得し、補色であるマゼンタの明度レベルをＲＧＢ成分として画像解析により取得した。 The developed sample was transferred into each well of a 24-well microwell colored black between the microwells, and the microwell plate was placed on the original plate of the scanner (Seiko Epson Corp., GT-X970). A two-dimensional image was acquired, and the lightness level of magenta, which is a complementary color, was acquired as an RGB component by image analysis.
同様の方法で、リン酸態リンの含有量が異なる試料を、リン酸含有量で、０．００〜１．００ｍｇ／l（０．００、０．０２、０．０４、０．０６、０．０８、０．１０、０．２０、０．６０、０．８０、１．００ｍｇ／ｌ）を作成し、ＲＧＢ各成分のうち、最も強度変化のダイナミックレンジの大きなＲ成分の強度を使用して濃度に対する検量線を作成した。 In the same manner, samples having different phosphorous phosphorus contents were added at a phosphoric acid content of 0.00 to 1.00 mg / l (0.00, 0.02, 0.04, 0.06, 0 .08, 0.10, 0.20, 0.60, 0.80, 1.00 mg / l) and use the intensity of the R component with the largest dynamic range of intensity change among the RGB components. A calibration curve for the concentration was prepared.
３．比較例
比較例として、同様にして調整した試料を、光路長１０ｍｍの小液量タイプのキュベットに移し、それぞれ５４０ｎｍ（硝酸態窒素）および８８０ｎｍ（リン酸態リン）の波長の光学濃度（ＯＤ）を、吸光光度分析計（島津製作所(株）製，紫外・可視分光光度計ＵＶ−１７００）測定することにより検量線を作成した。
3. Comparative Example As a comparative example, a sample prepared in the same manner was transferred to a small liquid type cuvette having an optical path length of 10 mm, and optical densities (OD) at wavelengths of 540 nm (nitrate nitrogen) and 880 nm (phosphate phosphorus), respectively. A calibration curve was prepared by measuring an absorption spectrophotometer (manufactured by Shimadzu Corporation, ultraviolet / visible spectrophotometer UV-1700).
４．結果
図７〜図９に実施例の結果を示し、図１０および図１１に比較例の結果を示す。図７は、本実施形態で得られた明度レベル（Ｒ、Ｇ、Ｂ）−濃度プロットを、硝酸態窒素（図７（ａ））およびリン酸態リン（図７（ｂ））について示す。図７に示されるように、本実施例では、測定結果は、硝酸態窒素およびリン酸態リンの両者について非線形のプロットが得られた。得られたプロットを、ＲＧＢそれぞれの明度レベルに対する濃度を、Excel2003(マイクロソフトコーポレーション製）を使用して多項式回帰分析（２次）を行ってフィッティングし、それぞれの回帰係数を得た。その結果を、図８および図９に示す。図８および図９に示すように、統計検定の結果（標準誤差、Ｐ値）から、これらの回帰式は信頼性が高く、試料中の硝酸態窒素（ＮＯ３−Ｎ）およびリン酸態リン（ＰＯ４−Ｐ）の濃度を定量する場合の検量線に適用することができることが示された。
4). Results FIGS. 7 to 9 show the results of Examples, and FIGS. 10 and 11 show the results of Comparative Examples. FIG. 7 shows lightness level (R, G, B) -concentration plots obtained in this embodiment for nitrate nitrogen (FIG. 7 (a)) and phosphate phosphorus (FIG. 7 (b)). As shown in FIG. 7, in this example, the measurement results were obtained as non-linear plots for both nitrate nitrogen and phosphate phosphorus. The obtained plots were fitted by performing polynomial regression analysis (second order) using Excel 2003 (manufactured by Microsoft Corporation) with respect to the lightness level of each of RGB to obtain respective regression coefficients. The results are shown in FIG. 8 and FIG. As shown in FIG. 8 and FIG. 9, from the results of the statistical test (standard error, P value), these regression equations are highly reliable, and nitrate nitrogen (NO 3 -N) and phosphate phosphorus in the sample It was shown that it can be applied to a calibration curve when the concentration of (PO 4 -P) is quantified.
一方、図１０および図１１に比較例の結果を示す。図１０が硝酸態窒素の結果であり、図１１がリン酸態リンの結果である。図１０および図１１に示すように、吸光光度分析による、ＯＤは、濃度に対して概ねリニアな関係を示している。また、実施例と、比較例とについて測定限界などを比較した場合、いずれも、１．０ｍｇ／ｌ程度までは充分な精度を持って測定することができ、検出限界についても同程度の結果が得られた。 On the other hand, the result of a comparative example is shown in FIG. 10 and FIG. FIG. 10 shows the result of nitrate nitrogen, and FIG. 11 shows the result of phosphate phosphorus. As shown in FIG. 10 and FIG. 11, the OD by the spectrophotometric analysis shows a substantially linear relationship with the concentration. In addition, when the measurement limit and the like are compared for the example and the comparative example, both can be measured with sufficient accuracy up to about 1.0 mg / l, and the same result is obtained for the detection limit. Obtained.
以上説明したように、本発明によれば、分光光度計などの高価な分析機器を使用することなく、充分な精度で水質分析を行うことができる分析システムおよび分析方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an analysis system and an analysis method capable of performing water quality analysis with sufficient accuracy without using an expensive analytical instrument such as a spectrophotometer.
１００ 分析システム
１０２ スキャナ
１０４ マイクロウェルプレート
１０６ コンピュータ装置
１０８ ディスプレイ装置
１１０ キーボード
１１２ マウス
１１４ ネットワーク
１２０ ウェル
１２２ 矩形枠
４００ 矩形枠
５００ 矩形枠
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Analysis system 102 Scanner 104 Microwell plate 106 Computer apparatus 108 Display apparatus 110 Keyboard 112 Mouse 114 Network 120 Well 122 Rectangular frame 400 Rectangular frame 500 Rectangular frame
Claims (8)
分析対象の着色試料を保持するためのウェルを備え、隣接した前記ウェルの間が光不透過性とされたマイクロウェルプレートと、
前記マイクロウェルプレートを載置する原稿台と、白色光源と、ＣＣＤを備えるラインセンサとを備え、前記マイクロウェルプレートが保持する前記着色試料の２次元イメージを取得するスキャナと、
前記スキャナが取得した前記２次元イメージを取得して画像解析し、前記着色試料の補色を与える明度レベルの値を取得して前記着色試料の濃度に対する検量線を与える多項回帰係数を回帰分析により決定するコンピュータ装置と
を含む分析システム。 An analysis system for performing water quality analysis using optical characteristics, the analysis system comprising:
A microwell plate having a well for holding a colored sample to be analyzed, and a light-opaque space between the adjacent wells;
A scanner for obtaining a two-dimensional image of the colored sample held by the microwell plate, comprising a document table on which the microwell plate is placed, a white light source, and a line sensor having a CCD;
The two-dimensional image acquired by the scanner is acquired and analyzed, and a lightness level value that gives a complementary color of the colored sample is acquired, and a polynomial regression coefficient that gives a calibration curve with respect to the concentration of the colored sample is determined by regression analysis. An analysis system including a computer device.
分析対象の着色試料を保持するためのウェルを備え、隣接した前記ウェルの間が光不透過性とされたマイクロウェルプレートに前記着色試料を保持させるステップと、
前記マイクロウェルプレートを載置する原稿台と、白色光源と、ＣＣＤを備えるラインセンサとを備えるスキャナにより前記マイクロウェルプレートが保持する前記着色試料の２次元イメージを取得するステップと、
コンピュータ装置により、前記スキャナが取得した前記２次元イメージを取得して画像解析し、前記着色試料の補色を与える明度レベルの値を取得して前記着色試料の濃度に対する検量線を与える多項回帰係数を回帰分析により決定するステップと、
を含む分析方法。 An analysis method for performing water quality analysis using optical characteristics, the analysis method comprising:
A step of holding the colored sample in a microwell plate provided with a well for holding a colored sample to be analyzed, and between the adjacent wells made light opaque;
Acquiring a two-dimensional image of the colored sample held by the microwell plate by a scanner including a document table on which the microwell plate is placed, a white light source, and a line sensor including a CCD;
The computer apparatus obtains the two-dimensional image obtained by the scanner, analyzes the image, obtains a lightness level value that provides a complementary color of the colored sample, and provides a polynomial regression coefficient that provides a calibration curve with respect to the concentration of the colored sample. Steps determined by regression analysis;
Analytical methods including:
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