JP2016029401A

JP2016029401A - 蛍光分析装置

Info

Publication number: JP2016029401A
Application number: JP2015238070A
Authority: JP
Inventors: 美由貴浦田; Miyuki Urata; 高橋　健; Takeshi Takahashi; 高橋　　健
Original assignee: DKK TOA Corp
Current assignee: DKK TOA Corp
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2016-03-03

Abstract

【課題】装置を複雑化することなく試薬等を用いない簡易な校正作業ができ、かつ、自動化も可能な蛍光分析装置を提供する。【解決手段】励起光源２２と蛍光検出器２３と、蛍光検出器２３で検出可能な所定光量の校正光Ｃを発する校正光源２４と、蛍光検出器２３の検出値と試料水Ｓ中の測定対象成分量とを関連づける校正データを記憶すると共に、蛍光検出器２３の検出値に基づき試料水Ｓ中の測定対象成分量に応じた出力をする変換器４０を備え、校正光Ｃを校正光源２４から蛍光検出器２３に導く校正光学系による光路は、少なくとも一部が蛍光を試料水Ｓから蛍光検出器２３に導く蛍光検出光学系による光路と重なり、変換器４０は、校正光源２４のみをオンとした際の蛍光検出器２３の検出値に基づき校正データを更新し、励起光源２２のみをオンとした際の蛍光検出器２３の検出値と校正データに基づき試料水Ｓ中の測定対象成分量に応じた出力をする蛍光分析装置。【選択図】図１

Description

本発明は、試料の発する蛍光によって、試料中の測定対象成分についての情報を得る蛍光分析装置に関する。さらに詳しくは、校正データの信頼性の確認や更新が容易な蛍光分析装置に関する。

試料中の測定対象成分、測定対象成分との反応生成物、或いは測定対象成分と反応する試薬等から発せられる蛍光（強度、消光時間を含む。）を測定することにより、測定対象成分の存否や濃度を測定する蛍光分析が広く利用されている。
蛍光分析を行う蛍光分析装置は、蛍光検出器の検出値と試料中の測定対象成分とを関連づける校正データ（検量線等）を記憶することにより、蛍光検出器の検出値から、測定対象成分についての情報を得ることができる。

近年の蛍光分析装置では、励起光の光量、蛍光検出器の感度共に、経時的な変化は少なく、一度記憶させた校正データは、ある程度継続して使用することが可能である。しかしながら、励起光や蛍光を導く光学系の汚れ等に起因して、経時的に、若干の感度のずれが生じる場合がある。また、励起光源または検出器の劣化等、何らかのトラブルにより、本来得られるべき検出値と大きく乖離した検出値となる場合もある。そのため、校正データの信頼性を確認したり、校正データを更新したりする校正作業を、定期的に行うことが必要とされている。

校正データは、定められた試薬や測定対象成分量が既知である標準試料を用いて作成することが基本である。しかしながら、定期的に試薬や標準試料を用いて校正作業を行うことは、蛍光分析装置のランニングコストの増大を招来する。
また、人手による煩雑な校正作業を回避するため、試薬や標準試料を用いる校正作業を自動化することも考えられるが、その場合、装置全体の複雑化や大型化を招くことになる。さらに、試薬等は経時的に劣化しやすいものもあり、試薬等を用いた校正作業を自動化しても、長期間繰り返して校正作業を行うことは、問題を生じやすい。
そこで、本出願人は、試薬等を用いない簡易な校正方法として、所定条件下で一定の蛍光を発する固体標準蛍光体を用いて、校正作業を行うことを提案した（特許文献１）。特許文献１では、固体標準蛍光体を移動させる駆動機構を設け、校正時には試料の位置に固体標準蛍光体を配置し、校正終了後は待避させることにより、固体標準蛍光体を用いた校正作業を自動化することも提案している。

特開２００４−１５７０１８号公報

しかし、特許文献１のように、駆動機構を設けて固体標準蛍光体を用いた校正作業を自動化しようとすると、装置が大型化、複雑化し、さらに、駆動機構の存在により故障を招きやすいという問題を生じる。そのため、固体標準蛍光体を用いる校正作業の自動化はコストに見合わず、従来通り、人が蛍光分析装置のある現場に赴き、人手による校正作業を行うことが選択されていた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、装置を複雑化することなく、試薬等を用いない簡易な校正作業ができ、しかも、自動化も可能な蛍光分析装置を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するために、本発明は、以下の構成を採用した。
［１］励起光を発する励起光源と、前記励起光によって試料から発せられる蛍光を検出する蛍光検出器と、前記励起光を前記励起光源から前記試料に導く励起光照射光学系と、前記蛍光を前記試料から前記蛍光検出器に導く蛍光検出光学系と、前記蛍光検出器で検出可能な所定光量の校正光を発する校正光源と、前記校正光を前記校正光源から前記蛍光検出器に導く校正光学系と、前記蛍光検出器の検出値と前記試料中の測定対象成分量とを関連づける校正データを記憶すると共に、前記蛍光検出器の検出値に基づき前記試料中の測定対象成分量に応じた出力をする変換器を備え、
前記校正光学系による光路は、前記蛍光検出光学系による光路の少なくとも一部と重なり、
前記変換器は、前記励起光源のみをオンとした際の前記蛍光検出器の検出値と前記校正データに基づき試料中の測定対象成分量に応じた出力をし、前記校正光源のみをオンとした際の前記蛍光検出器の検出値に基づき警報信号の出力の要否を判断し、警報信号の出力が要であると判断した際は、警報信号を出力することを特徴とする蛍光分析装置。

［２］励起光を発する励起光源と、前記励起光によって試料から発せられる蛍光を検出する蛍光検出器と、前記励起光を前記励起光源から前記試料に導く励起光照射光学系と、前記蛍光を前記試料から前記蛍光検出器に導く蛍光検出光学系と、前記蛍光検出器で検出可能な所定光量の校正光を発する校正光源と、前記校正光を前記校正光源から前記蛍光検出器に導く校正光学系と、前記蛍光検出器の検出値と前記試料中の測定対象成分量とを関連づける校正データを記憶すると共に、前記蛍光検出器の検出値に基づき前記試料中の測定対象成分量に応じた出力をする変換器を備え、
前記校正光学系による光路は、前記蛍光検出光学系による光路の少なくとも一部と重なり、
前記変換器は、前記励起光源のみをオンとした際の前記蛍光検出器の検出値と前記校正データに基づき試料中の測定対象成分量に応じた出力をし、前記校正光源のみをオンとした際の前記蛍光検出器の検出値に基づき前記校正データを更新することを特徴とする蛍光分析装置。

［３］励起光を発する励起光源と、前記励起光によって試料から発せられる蛍光を検出する蛍光検出器と、前記励起光を前記励起光源から前記試料に導く励起光照射光学系と、前記蛍光を前記試料から前記蛍光検出器に導く蛍光検出光学系と、前記蛍光検出器で検出可能な所定光量の校正光を発する校正光源と、前記校正光を前記校正光源から前記蛍光検出器に導く校正光学系と、前記蛍光検出器の検出値と前記試料中の測定対象成分量とを関連づける校正データを記憶すると共に、前記蛍光検出器の検出値に基づき前記試料中の測定対象成分量に応じた出力をする変換器を備え、
前記校正光学系による光路は、前記蛍光検出光学系による光路の少なくとも一部と重なり、
前記変換器は、前記励起光源のみをオンとした際の前記蛍光検出器の検出値と前記校正データに基づき試料中の測定対象成分量に応じた出力をし、前記校正光源のみをオンとした際の前記蛍光検出器の検出値に基づき校正データの更新の要否を判断し、校正データの更新が要であると判断した際は、前記校正データを更新することを特徴とする蛍光分析装置。

［４］前記校正光学系は、前記校正光を前記校正光源から前記試料に導く校正光照射光学系と、前記試料によって散乱された校正光を前記試料から前記蛍光検出器に導く校正光検出光学系とからなり、前記蛍光検出光学系が、該校正光検出光学系を兼ねている［１］〜［３］のいずれか一項に記載の蛍光分析装置。
［５］前記試料は液体であり、
さらに、前記試料の妨害成分に応じた応答光を得るために、所定光量の補正光を発する補正光源と、前記補正光によって前記試料から出射される応答光を検出する応答光検出器と、前記補正光を前記試料に導く補正光照射光学系と、前記応答光を前記試料から前記応答光検出器に導く応答光検出光学系を備え、
前記変換器は、前記補正光源のみをオンとした際の前記応答光検出器の検出値に基づき、前記励起光源のみをオンとした際の前記蛍光検出器の検出値と前記校正データに基づく試料中の測定対象成分量に応じた出力を補正する［１］〜［４］のいずれか一項に記載の蛍光分析装置。

［６］前記試料は液体であり、
さらに、前記試料の妨害成分に応じた応答光を得るために、所定光量の補正光を発する補正光源と、前記補正光によって前記試料から出射される応答光を検出する応答光検出器と、前記補正光を前記試料に導く補正光照射光学系と、前記応答光を前記試料から前記応答光検出器に導く応答光検出光学系を備え、
前記校正光源の発光部と前記補正光源の発光部は、単一のパッケージ内に収容され、
前記校正光学系は、前記校正光を前記校正光源から前記試料に導く校正光照射光学系と、前記試料によって散乱された校正光を前記試料から前記蛍光検出器に導く校正光検出光学系とからなり、
前記校正光照射光学系は前記補正光照射光学系を兼ねており、
前記蛍光検出光学系は前記校正光検出光学系を兼ねており、
前記変換器は、前記補正光源のみをオンとした際の前記応答光検出器の検出値に基づき、前記励起光源のみをオンとした際の前記蛍光検出器の検出値と前記校正データに基づく試料中の測定対象成分量に応じた出力を補正する［１］〜［３］のいずれか一項に記載の蛍光分析装置。

本発明の蛍光分析装置によれば、装置を複雑化することなく、試薬等を用いない簡易な校正作業ができる。しかも、校正作業の自動化も可能である。

本発明の実施形態に係る蛍光分析装置の概略構成図である。本発明の他の実施形態に係る蛍光分析装置の概略構成図である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る蛍光分析装置について説明する。図１に示すように、本実施形態の蛍光分析装置１は試料部１０と検出部２０と変換器４０とから構成されている。
試料部１０は、上部が開口した遮光性の試料ケース１１と、試料ケース１１の下方に配置され、試料ケース１１によって上部が遮光された試料槽１２と、試料槽１２内に設けられた筒体１３とを備えている。筒体１３は下端が下側開口部１３ａとされ、上端が略水平の上側開口部１３ｂとされている。試料槽１２には、試料水入口１４と試料水出口１５が設けられている。

試料部１０では、試料水入口１４から試料水Ｓ（液体の試料）が流入すると、試料槽１２の内壁と筒体１３の外周との間を下降するようになっている。また、筒体１３の下端まで下降した試料水Ｓは、筒体１３の下側開口部１３ａから筒体１３の内側に流入し、筒体１３の上端側の略水平の上側開口部１３ｂからオーバーフローし、オーバーフロー面１７を形成するようになっている。そして、オーバーフローした試料水Ｓは、試料水出口１５に導かれて排出されるようになっている。
蛍光分析装置１の動作中、試料部１０に対する試料水Ｓの流入流出は、原則として常に継続し、常にオーバーフロー面１７が形成されている。

検出部２０は、試料ケース１１の上に設置される遮光性の検出部ケース２１と、検出部ケース２１内に収容された励起光源２２、蛍光検出器２３、及び校正光源２４を備えている。
検出部ケース２１の下面壁であって、オーバーフロー面１７と対向する部分には、セル窓２５が設けられている。セル窓２５は、検出部２０側から試料部１０に出射する平行光をオーバーフロー面１７において収束させると共に、試料部１０側から検出部２０に入射する光を平行光とするレンズ状とされている。

励起光源２２としては、Ｘｅフラッシュランプ（キセノン放電管）、Ｄ_２ランプ（重水素放電管）等を用いることができる。又、所望の波長の光を発するレーザ光源などの単色光源を使用してもよい。励起光源２２は、参照用の検出器を用いて光量のフィードバック制御がされているものが好ましい。
蛍光検出器２３としては、光電子増倍管、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。
校正光源２４としては、蛍光検出器で検出可能な光を、所定光量で発するものを使用する。所定光量とは光量が既知であることを意味する。所定光量は固定量であっても、変換器４０によって適宜選択できる可変量でもよい。
校正光源２４が発する光は、試料水Ｓから発せられる蛍光Ｆと同一の波長の光を含むことが好ましい。また、校正光源２４が発する光のピーク波長は、試料水Ｓから発せられる蛍光Ｆの波長と近接していることが好ましく、同一であることが特に好ましい。
光量が安定していること、安価であること、小型であることから、校正光源２４としては、発光ダイオードを用いることか好ましい。

蛍光検出器２３は、セル窓２５の略鉛直線上に配置されている。また、蛍光検出器２３とセル窓２５との間には、ダイクロイックミラー２６が配置されており、ダイクロイックミラー２６と略同一高さに、励起光源２２が配置されている。
ダイクロイックミラー２６は、励起光源２２からの励起光Ｅの波長の光を反射し、その他の波長の光を透過するもので、励起光源２２に対して４５度の角度で、反射面を下向きとして配置されている。
校正光源２４は、その発光部２４ａが蛍光検出器２３の下方となるようにして、検出部ケース２１の下端に配置されている。

また、励起光源２２の出射側には、励起光源２２からの励起光Ｅを平行光とするレンズ３１と、励起光Ｅの波長を励起に適した波長領域に絞る波長選択フィルタ３２が順次配置されている。なお、励起光源２２が単色光を発する光源である場合、波長選択フィルタ３２は不要である。また、励起光源２２が平行光を発する光源である場合、レンズ３１は不要である。
また、ダイクロイックミラー２６の蛍光検出器２３側には、試料水Ｓから発せられる蛍光Ｆを選択的に透過する波長選択フィルタ３４、ダイクロイックミラー２６からの平行光を蛍光検出器２３に集積させるレンズ３３が順次配置されている。

本実施形態では、励起光Ｅを励起光源２２から試料水Ｓのオーバーフロー面１７に導く励起光照射光学系が、レンズ３１、波長選択フィルタ３２、ダイクロイックミラー２６、及びセル窓２５によって構成されている。
また、試料水Ｓから発せられる蛍光Ｆを試料水Ｓから蛍光検出器２３に導く蛍光検出光学系が、セル窓２５、ダイクロイックミラー２６、波長選択フィルタ３４、レンズ３３によって構成されている。
また、校正光Ｃを校正光源２４から蛍光検出器２３に導く校正光学系が、ダイクロイックミラー２６、波長選択フィルタ３４、レンズ３３によって構成されている。
図１に示すように、本実施形態の校正光学系による光路は、蛍光検出光学系によるセル窓２５以降の光路（セル窓２５の上側から蛍光検出器２３迄の光路）と重なっている。すなわち、本実施形態の校正光学系による光路は、前記蛍光検出光学系による光路の一部と重なっている。

変換器４０は、蛍光検出器２３の検出値と試料水Ｓ中の測定対象成分量とを関連づける校正データを記憶している。ここで、蛍光検出器２３の検出値と測定対象成分量との関連づけは、直接的で無くてもよい。例えば、測定対象成分との反応生成物量、測定対象成分と反応する試薬量のように、測定対象成分量と対応し、測定対象成分量を導くことが可能な他の成分量と検出値とを、関連づけてもよい。
校正データの初期値は、蛍光分析装置１の製造後に、定められた試薬や測定対象成分量が既知である標準試料を用いた初期校正により作成したものであることが好ましい。
例えば、校正データが、蛍光検出器２３の検出値をｘ軸、測定対象成分量をｙとするグラフにおける原点を通る検量線（ｙ＝ａ_０ｘ）を特定するものである場合は、以下の初期校正点を初期の校正データとして記憶する。これにより、当該初期校正点と原点とを通る直線を、初期検量線として特定することができる。
初期校正点：
ｘが標準試料を用いた初期校正における蛍光検出器２３の検出値であり、ｙが標準試料の測定対象成分量である点。

本実施形態の変換器４０は、測定モード、校正モード、及び必要に応じてその他のモード（例えばメンテナンスモード）を選択し、励起光源２２、校正光源２４のオンオフを制御するようになっている。
モードの選択は、予め変換器４０に記憶させたプログラム、または、変換器に設けられた操作キー等からの指示、若しくは遠隔地の指示センターからの接点入力や通信による指示に基づいて行うことができる。

校正モードが選択された際、変換器４０の制御により校正光源２４のみがオンとなる。ここで、校正光源２４のみがオンとなるとは、蛍光検出器２３の検出値に影響を与えうる他の光源はオフとなっていることを意味する。すなわち、励起光源２２はオフとなる。なお、蛍光検出器２３の検出値に影響を与えない光源、例えば、変換器に取り付けられた表示器の表示ランプの点灯などは妨げられない。
校正モードの際、校正光Ｃが、校正光学系を構成するダイクロイックミラー２６、波長選択フィルタ３４、レンズ３３を順次通過して、蛍光検出器２３に導かれる。

校正モードにおいて、変換器４０は以下のａ〜ｅの何れかの校正動作を行う。以下のいずれの校正動作を行うかは、予め固定的に選択されていてもよいし、変換器４０に記憶させたプログラム、または、変換器に設けられた操作キー等からの指示、若しくは遠隔地の指示センターからの接点入力や通信による指示に基づいて、任意に選択できるようにされていてもよい。
ａ．蛍光検出器２３の検出値に基づき警報信号の出力の要否を判断し、警報信号の出力が要であると判断した際は警報信号を出力する。
ｂ．蛍光検出器２３の検出値に基づき校正データの更新の要否を判断し、校正データの更新が要であると判断した際は校正データを更新する。
ｃ．校正データの更新の要否を判断することなく、蛍光検出器２３の検出値に基づき校正データを更新する。
ｄ．上記ａ及びｂの双方の動作を行う。
ｅ．上記ａ及びｃの双方の動作を行う。

蛍光検出器２３の検出値に基づく警報信号の出力の要否判断は、蛍光検出器２３の検出値が所定の範囲に入っているか否かによって行う。同様に、蛍光検出器２３の検出値に基づき校正データの更新の要否判断も、蛍光検出器２３の検出値が所定の範囲に入っているか否かによって行う。
所定の範囲は、例えば、前回の校正モードにおける蛍光検出器２３の検出値を中央値とする一定の範囲とすることができる。また、予め定めた固定値を中央値とする一定の範囲とすることもできる。所定の範囲をどの程度の幅とするかは、蛍光分析装置１の通常の誤差範囲や求められる精度等に応じて適宜定めればよい。警報信号の出力の要否判断における所定の範囲と、校正データの更新の要否判断における所定の範囲とは、同一であっても異なっていてもよい。

蛍光検出器２３の検出値が所定の範囲に入っていない場合、励起光源２２または蛍光検出器２３の劣化等、何らかのトラブルにより、本来得られるべき検出値と大きく乖離した検出値となっている可能性がある。蛍光分析装置１の管理者は、警報信号により、トラブルの有無の確認作業を行うことができる。なお、警報信号の出力の形式に特に限定はない。変換器４０と一体化、乃至は別体とされたデジタル式乃至はアナログ式の表示器や記録計に出力してもよいし、デジタル乃至はアナログの出力信号の形で、変換器４０と別体のコンピュータや、遠隔地の司令センターに信号を送信するものでもよい。蛍光検出器２３の検出値が所定の範囲に入っていれば、校正データの信頼性が確認できる。

また、蛍光検出器２３の検出値が所定の範囲に入っていない場合、校正データを更新することにより、測定モードにおける測定対象成分量に応じた出力の信頼性を確保できる。一方、蛍光検出器２３の検出値が所定の範囲に入っている場合は、校正データを更新しないことにより、測定モードにおける測定対象成分量に応じた出力の連続性を確保できる。

校正データを更新する場合、変換器４０は、校正モードにおける蛍光検出器２３の検出値を、前記所定の測定対象成分量に対応する検出値として認識し、この認識に基づき、予め記憶されている校正データを更新する。
例えば、校正データが、蛍光検出器２３の検出値をｘ軸、測定対象成分量をｙとするグラフにおける原点を通る検量線を特定するものである場合は、以下の更新校正点を更新された校正データとして記憶する。これにより、当該更新校正点と原点とを通る直線を、更新された検量線として特定することができる。
更新校正点：
ｘが校正モードにおける蛍光検出器２３の検出値であり、ｙが前記所定の測定対象成分量である点。

測定モードが選択された際、本実施形態の蛍光分析装置１は、変換器４０の制御により励起光源２２のみがオンとなる。ここで、励起光源２２のみがオンとなるとは、蛍光検出器２３の検出値に影響を与えうる他の光源はオフとなっていることを意味する。すなわち、校正光源２４はオフとなる。なお、蛍光検出器２３の検出値に影響を与えない光源、例えば、変換器４０に取り付けられた表示器の表示ランプの点灯などは妨げられない。
測定モードの際、励起光Ｅは、励起光照射光学系を構成するレンズ３１、波長選択フィルタ３２を通過した後、ダイクロイックミラー２６で反射されて９０度進路を変え、セル窓２５を通過して試料水Ｓのオーバーフロー面１７に導かれる。
すると、試料水Ｓ中の測定対象成分、測定対象成分との反応生成物、測定対象成分と反応する試薬等によって、試料水Ｓから蛍光Ｆが発せられる。
蛍光Ｆは、蛍光検出光学系を構成するセル窓２５、ダイクロイックミラー２６、波長選択フィルタ３４、レンズ３３を順次通過して、蛍光検出器２３に導かれる。

変換器４０は、測定モードにおける蛍光検出器２３の検出値と、その時に記憶されている校正データに基づき試料中の測定対象成分量に応じた出力をする。
例えば、校正データが、蛍光検出器２３の検出値をｘ軸、測定対象成分量をｙとするグラフにおける原点を通る検量線（ｙ＝ａｘ）を特定するものである場合、ｘが測定モードにおける蛍光検出器２３の検出値である検量線上のｙを測定対象成分量とし、この測定対象成分量に応じた出力をする。

なお、出力する情報の内容は、測定対象成分量に応じていれば特に限定はなく、測定対象成分量自体の他、測定対象成分との反応生成物量、或いは測定対象成分と反応する試薬量であってもよいし、測定対象成分量と相関のある指標であってもよい。また、測定対象成分量が一定の閾値以下（若しくは一定の閾値未満）または一定の閾値以上（若しくは一定の閾値超）となったときのみ出力をする態様でもよい。
また、出力の形式にも特に限定はない。変換器４０と一体化、乃至は別体とされたデジタル式乃至はアナログ式の表示器や記録計に出力してもよいし、デジタル乃至はアナログの出力信号の形で、変換器４０と別体のコンピュータや、遠隔地の司令センターに信号を送信するものでもよい。

本実施形態の蛍光分析装置１は、例えば試料水の直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩類濃度、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）、水中油分濃度、フェノール濃度、クロロフィル濃度を測定することができる。直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩類濃度を求める場合の励起光Ｅの波長は２３０ｎｍ、蛍光Ｆの波長は２９０ｎｍである。ＢＯＤを測定する場合の励起光Ｅの波長は３２０ｎｍ、蛍光Ｆの波長は４４０ｎｍである。水中油分濃度を測定する場合の励起光Ｅの波長は２３０ｎｍまたは３６５ｎｍ、蛍光Ｆの波長は励起光Ｅの波長が２３０ｎｍの場合２９０〜３６０ｎｍ、励起光Ｅの波長が３６５ｎｍの場合４４０〜４６０ｎｍである。フェノール濃度を測定する場合の励起光Ｅの波長は２５０ｎｍ、蛍光Ｆの波長は３００ｎｍである。クロロフィル濃度を測定する場合の励起光Ｅの波長は２５０〜３２０ｎｍ、蛍光Ｆの波長は３６０〜３７０ｎｍである。
いずれの場合も、校正光Ｃのピーク波長は、蛍光Ｆの波長と同一又はその近傍であることが好ましく、蛍光Ｆの波長と同一であることが特に好ましい。

本実施形態の蛍光分析装置１は、校正光源２４を追加するだけの簡易な構成で、試薬等を用いず簡便に校正（校正データの更新、校正データの信頼性の確認）をすることができる。また、蛍光検出光学系による光路の大部分に、校正光検出光学系による光路が重なっているので、校正モードによる校正データの更新により、蛍光検出光学系が蛍光検出器２３の検出値に与える影響を、ほぼ調整することができる。また、測定モードと校正モードの切り替えは、光源のオンオフの制御だけで行うことができるので、校正のための追加的な駆動機構を要しない。しかも、光源のオンオフは、プログラムや遠隔地の司令センターからの指令で容易に制御できるため、校正作業を完全に自動化し、人が現地に赴くことなく、長期間運転することが可能である。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る蛍光分析装置について説明する。図２において、図１と同等の構成部材には図１と同一の符号を付し詳細な説明を省略する。図２に示すように、本実施形態の蛍光分析装置１は試料部１０と検出部５０と変換器４０とから構成されている。
検出部５０は、試料ケース１１の上に設置される遮光性の検出部ケース５１と、検出部ケース５１内に収容された励起光源２２、蛍光検出器２３、校正補正光源５４、及び応答光検出器５５を備えている。
校正補正光源５４は、その発光部５４ａが、オーバーフロー面１７の斜め上方となるようにして、検出部ケース２１の下端に配置されている。また、応答光検出器５５は、オーバーフロー面１７の斜め上方となるようにして、検出部ケース２１の下端近傍に配置されている。

検出部ケース５１の下面壁であって、オーバーフロー面１７と対向する部分には、セル窓２５が設けられている。また、検出部ケース５１の下面壁であって、校正補正光源５４の発光部５４ａとオーバーフロー面１７とを結ぶ線と交叉する部分にはセル窓５２が設けられている。また、検出部ケース５１の下面壁であって、応答光検出器５５とオーバーフロー面１７とを結ぶ線と交叉する部分にはセル窓５３が設けられている。セル窓５２は、校正補正光源５４側から試料部１０に出射する校正光Ｒをオーバーフロー面１７において収束させるレンズ状となっている。また、セル窓５３は、試料部１０側から検出部５０に入射する応答光Ｄを応答光検出器５５において収束させるレンズ状とされている。

校正補正光源５４は、本発明の校正光源と補正光源を兼ねる光源であり、校正光Ｃと補正光Ｒの２色の何れかを切り換えて発するものを使用する。校正光Ｃは、蛍光検出器で検出可能な光であり、校正補正光源５４は、この校正光Ｃを所定光量で発することができるようになっている。また、補正光Ｒは、妨害成分の影響を補正するために、妨害成分に応じた応答光を得るための光、すなわち、妨害成分に対応する応答光が得られるような波長の光である。校正補正光源５４は、この補正光Ｒを所定光量で発することができるようになっている。所定光量とは光量が既知であることを意味する。所定光量は固定量であっても、変換器４０によって適宜選択できる可変量でもよい。
校正補正光源５４としては、光量が安定していること、安価であること、小型であることから、発光部５４ａ内に（単一のパッケージ内に）異なる波長の光を発する２つのチップが収容されている２チップの発光ダイオードを用いることか好ましい。
応答光検出器５５としては、蛍光検出器２３と同様のものが使用できる。

本実施形態では、励起光Ｅを励起光源２２から試料水Ｓのオーバーフロー面１７に導く励起光照射光学系が、レンズ３１、波長選択フィルタ３２、ダイクロイックミラー２６、及びセル窓２５によって構成されている。
また、試料水Ｓから発せられる蛍光Ｆを試料水Ｓから蛍光検出器２３に導く蛍光検出光学系が、セル窓２５、ダイクロイックミラー２６、波長選択フィルタ３４、レンズ３３によって構成されている。

また、校正光Ｃを校正補正光源５４から蛍光検出器２３に導く校正光学系は、校正光照射光学系と校正光検出光学系とから構成されている。
校正光照射光学系は、校正光Ｃを校正補正光源５４から試料水Ｓのオーバーフロー面１７に導くもので、本実施形態ではセル窓５２によって構成されている。
校正光検出光学系は、オーバーフロー面１７において試料水Ｓによって散乱された校正光Ｃをオーバーフロー面１７から蛍光検出器２３に導くものである。本実施形態では、セル窓２５、ダイクロイックミラー２６、波長選択フィルタ３４、レンズ３３によって構成されている。すなわち、本実施形態の蛍光検出光学系は校正光検出光学系を兼ねており、蛍光検出光学系による光路全体に、校正光検出光学系による光路が重なっている。

また、補正光Ｒを試料水Ｓのオーバーフロー面１７に導く補正光照射光学系はセル窓５２によって構成されている。すなわち、本実施形態の校正光照射光学系は前記補正光照射光学系を兼ねており、校正光照射光学系による光路と補正光照射光学系による光路は同じである。
また、オーバーフロー面１７において試料水Ｓから出射される応答光Ｄをオーバーフロー面１７から応答光検出器５５に導く補正光検出光学系はセル窓５３によって構成されている。

変換器４０は、第１実施形態の変換器４０と同様に蛍光検出器２３の検出値と試料水Ｓ中の測定対象成分量とを関連づける校正データを記憶している。また、測定モード、校正モード、補正モード、及び必要に応じてその他のモード（例えばメンテナンスモード）を選択して、励起光源２２、校正補正光源５４（校正光Ｃのチップ、補正光Ｒのチップ）のオンオフを制御するようになっている。
モードの選択は、予め変換器４０に記憶させたプログラム、または、変換器に設けられた操作キー等からの指示、若しくは遠隔地の指示センターからの指示に基づいて行うことができる。

校正モードが選択された際、変換器４０の制御により校正補正光源５４の校正光Ｃのチップのみがオンとなる。ここで、校正補正光源５４の校正光Ｃのチップのみがオンとなるとは、蛍光検出器２３の検出値に影響を与えうる他の光源はオフとなっていることを意味する。すなわち、励起光源２２と校正補正光源５４の補正光Ｒのチップはオフとなる。なお、蛍光検出器２３の検出値に影響を与えない光源、例えば、変換器４０に取り付けられた表示器の表示ランプの点灯などは妨げられない。
校正モードの際、校正光Ｃが、校正光学系の校正光照射光学系を構成するセル窓５２を通過してオーバーフロー面１７に至る。そして、オーバーフロー面１７で散乱された後、校正光学系の校正光検出光学系を構成する、セル窓２５、ダイクロイックミラー２６、波長選択フィルタ３４、レンズ３３を順次通過して、蛍光検出器２３に導かれる。

校正モードにおいて、変換器４０は以下のａ〜ｅの何れかの校正動作を行う。以下のいずれの校正動作を行うかは、予め固定的に選択されていてもよいし、変換器４０に記憶させたプログラム、または、変換器に設けられた操作キー等からの指示、若しくは遠隔地の指示センターからの接点入力や通信による指示に基づいて、任意に選択できるようにされていてもよい。
ａ．蛍光検出器２３の検出値に基づき警報信号の出力の要否を判断し、警報信号の出力が要であると判断した際は警報信号を出力する。
ｂ．蛍光検出器２３の検出値に基づき校正データの更新の要否を判断し、校正データの更新が要であると判断した際は校正データを更新する。
ｃ．校正データの更新の要否を判断することなく、蛍光検出器２３の検出値に基づき校正データを更新する。
ｄ．上記ａ及びｂの双方の動作を行う。
ｅ．上記ａ及びｃの双方の動作を行う。
各校正動作の具体的内容は、蛍光分析装置１の場合と同様である。

補正モードが選択された際、変換器４０の制御により校正補正光源５４の補正光Ｒのチップのみがオンとなる。ここで、校正補正光源５４の補正光Ｒのチップのみがオンとなるとは、応答光検出器５５の検出値に影響を与えうる他の光源はオフとなっていることを意味する。すなわち、励起光源２２と校正補正光源５４の校正光Ｃのチップはオフとなる。なお、応答光検出器５５の検出値に影響を与えない光源、例えば、変換器４０に取り付けられた表示器の表示ランプの点灯などは妨げられない。
補正モードの際、補正光Ｒが、補正光学系の補正光照射光学系を構成するセル窓５２を通過してオーバーフロー面１７に至る。その結果得られる応答光Ｄが、補正光検出光学系を構成するセル窓５３を通過して応答光検出器５５に導かれる。この応答光Ｄは、試料水Ｓの妨害成分に対応する。

本実施形態の変換器４０は、校正データと共に、試料水Ｓの妨害成分に対応する応答光検出器５５の検出値と、蛍光検出器２３の検出値に与える影響量との関係を補正関数として記憶している。補正関数は、蛍光分析装置１の製造後に、定められた試薬や測定対象成分量及び妨害成分が既知である標準試料を用いた初期校正により作成したものであることが好ましい。
補正モードが選択された際、変換器４０は、応答光検出器５５の検出値と補正関数に基づき、校正データに基づく試料中の測定対象成分量を補正するための補正量を求める。
例えば、校正データが、蛍光検出器２３の検出値をｘ軸、測定対象成分量をｙとするグラフにおける原点を通る検量線（ｙ＝ａｘ）を特定するものである場合は、補正量ｂを求めて記憶する。これにより、補正された検量線（ｙ＝ａｘ＋ｂ）を特定して、この検量線から補正された試料中の測定対象成分量を求めることができる。

測定モードが選択された際、本実施形態の蛍光分析装置２は、変換器４０の制御により励起光源２２のみがオンとなる。ここで、励起光源２２のみがオンとなるとは、蛍光検出器２３の検出値に影響を与えうる他の光源はオフとなっていることを意味する。すなわち、校正補正光源５４は総てオフとなる。なお、蛍光検出器２３の検出値に影響を与えない光源、例えば、変換器４０に取り付けられた表示器の表示ランプの点灯などは妨げられない。
測定モードの際、励起光Ｅは、励起光照射光学系によって試料水Ｓのオーバーフロー面１７に導かれ、試料水Ｓから発せられる蛍光Ｆが蛍光検出光学系によって、蛍光検出器２３に導かれる。

変換器４０は、測定モードにおける蛍光検出器２３の検出値と、その時に記憶されている校正データと補正量に基づき試料中の測定対象成分量に応じた出力をする。なお、出力する情報の内容や形式は、第１実施形態と同様である。
例えば、補正によって特定された検量線が、蛍光検出器２３の検出値をｘ軸、測定対象成分量をｙとするグラフにおいてｙ＝ａｘ＋ｂである場合、ｘが測定モードにおける蛍光検出器２３の検出値である検量線上のｙを測定対象成分量とし、この測定対象成分量に応じた出力をする。
なお、補正量が記憶されていない場合は、校正データのみに基づき試料中の測定対象成分量に応じた出力をする。

本実施形態の蛍光分析装置２は、例えば試料水の直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩類濃度、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）、水中油分濃度、フェノール濃度、クロロフィル濃度を測定することができる。
蛍光分析装置の最も一般的な妨害成分は濁質成分である。一般に試料水Ｓ中に濁質成分が含まれると、試料水Ｓから発せられる蛍光Ｆを吸収してしまう。そこで、いずれの蛍光分析装置においても、妨害成分である濁質成分に応じた応答光Ｄを用いて、蛍光検出器２３の検出値と校正データに基づく試料中の測定対象成分量に応じた出力を補正することが好ましい。
濁質成分に応じた応答光Ｄを求めるためには、補正光Ｒとしてピーク波長が６６０ｎｍ又はその近傍である波長の光を用い、その前方散乱光を応答光Ｄとすることが好ましい。この場合、補正光Ｒの光軸と応答光Ｄの光軸とが成す角度は、１００゜〜１３０゜であることが好ましい。

本実施形態の蛍光分析装置１は、校正補正光源５４と応答光検出器５５を追加するだけの簡易な構成で、試薬等を用いず簡便に校正（校正データの更新、校正データの信頼性の確認）をすることができるばかりでなく、蛍光測定に与える妨害成分の影響を補正できる。また、蛍光検出光学系による光路全体に、校正光検出光学系による光路が重なっているので、校正モードによる校正データの更新により、蛍光検出光学系全体が蛍光検出器２３の検出値に与える影響を調整することができる。蛍光検出光学系の中でも、とりわけセル窓２５は汚れ等の問題が生じやすいため、校正光検出光学系による光路中にセル窓２５が含まれていることは、校正の信頼性を高めるものである。
また、測定モード、校正モード、補正モードの切り替えは、光源のオンオフの制御だけで行うことができるので、校正や補正のための追加的な駆動機構を要しない。しかも、光源のオンオフは、プログラムや遠隔地の司令センターからの指令で容易に制御できるため、校正作業を完全に自動化し、人が現地に赴くことなく、長期間運転することが可能である。

＜他の実施形態＞
本発明の蛍光分析装置は、第２実施形態の蛍光分析装置２における応答光検出器５５及びセル窓５３を省略したものであってもよい。その場合、蛍光分析装置２自体による妨害成分の補正はできないが、蛍光検出光学系による光路全体に、校正光検出光学系による光路が重なっているので、第１実施形態の蛍光分析装置１よりも校正の信頼性が高まるという利点がある。
また、本実施形態では、励起光Ｆ、校正光Ｃ、補正光Ｒは、各々単独光として説明したが、各々２色以上の組み合わせであってもよい。例えば、励起光源２２の波長を選択する波長選択フィルタ３２を、２つの波長を切り換えて選択できるものとすれば、異なる測定対象成分に応じた２色の励起光Ｅを切り換えて発することができる。また、複数の測定対象成分を測定する際、各々の蛍光Ｆの波長が異なるのであれば、校正光源２４や校正補正光源５４の校正光Ｃも、複数の波長を選択できるものとすればよい。その際、校正光源２４や校正補正光源５４には、２チップや３チップ以上の発光ダイオードを適宜利用できる。
また、変換器４０は、校正や補正の履歴を、記憶できるものであってもよい。

本発明の蛍光分析装置は、試料水の直鎖アルキルベンゼンスルホン酸塩類濃度、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）、水中油分濃度、フェノール濃度、クロロフィル濃度を求める水質分析計として利用できる。その他、試料の発する蛍光により、測定対象成分、測定対象成分の反応生成物、或いは測定対象成分と反応する試薬の蛍光（強度、消光時間を含む。）を測定し、測定対象成分の存否及び／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、任意の蛍光分析装置に広く適用可能である。

例えば、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に使用してもよい。
また、二酸化硫黄（ＳＯ_２）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_２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。また、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蛍光免疫検定法（蛍光イムノアッセイ）にも使用できる。

１、２…蛍光分析装置、１０…試料部、２０、５０…検出部、４０…変換器、
１１…試料ケース、１２…試料槽、１３…筒体、１７…オーバーフロー面、
２１、５１…検出部ケース、２２…励起光源、２３…蛍光検出器、２４…校正光源、
２５…セル窓、２６…ダイクロイックミラー、５４…校正補正光源、
５５…応答光検出器、
Ｓ…試料水、Ｅ…励起光、Ｆ…蛍光、Ｃ…校正光、Ｒ…補正光、Ｄ…応答光

Claims

励起光を発する励起光源と、前記励起光によって試料から発せられる蛍光を検出する蛍光検出器と、前記励起光を前記励起光源から前記試料に導く励起光照射光学系と、前記蛍光を前記試料から前記蛍光検出器に導く蛍光検出光学系と、前記蛍光検出器で検出可能な所定光量の校正光を発する校正光源と、前記校正光を前記校正光源から前記蛍光検出器に導く校正光学系と、前記蛍光検出器の検出値と前記試料中の測定対象成分量とを関連づける校正データを記憶すると共に、前記蛍光検出器の検出値に基づき前記試料中の測定対象成分量に応じた出力をする変換器を備え、
前記校正光学系による光路は、前記蛍光検出光学系による光路の少なくとも一部と重なり、
前記変換器は、前記励起光源のみをオンとした際の前記蛍光検出器の検出値と前記校正データに基づき試料中の測定対象成分量に応じた出力をし、前記校正光源のみをオンとした際の前記蛍光検出器の検出値に基づき前記校正データを更新することを特徴とする蛍光分析装置。
前記変換器は、前記校正光源のみをオンとした際の前記蛍光検出器の検出値に基づき校正データの更新の要否を判断し、校正データの更新が要であると判断した際に、前記校正データを更新する請求項１に記載の蛍光分析装置。
前記変換器は、さらに、前記校正光源のみをオンとした際の前記蛍光検出器の検出値に基づき警報信号の出力の要否を判断し、警報信号の出力が要であると判断した際は、警報信号を出力する請求項１または２に記載の蛍光分析装置。
前記校正光学系は、前記校正光を前記校正光源から前記試料に導く校正光照射光学系と、前記試料によって散乱された校正光を前記試料から前記蛍光検出器に導く校正光検出光学系とからなり、前記蛍光検出光学系が、該校正光検出光学系を兼ねている請求項１〜３のいずれか一項に記載の蛍光分析装置。
前記試料は液体であり、
さらに、前記試料の妨害成分に応じた応答光を得るために、所定光量の補正光を発する補正光源と、前記補正光によって前記試料から出射される応答光を検出する応答光検出器と、前記補正光を前記試料に導く補正光照射光学系と、前記応答光を前記試料から前記応答光検出器に導く応答光検出光学系を備え、
前記変換器は、前記補正光源のみをオンとした際の前記応答光検出器の検出値に基づき、前記励起光源のみをオンとした際の前記蛍光検出器の検出値と前記校正データに基づく試料中の測定対象成分量に応じた出力を補正する請求項１〜４のいずれか一項に記載の蛍光分析装置。
前記試料は液体であり、
さらに、前記試料の妨害成分に応じた応答光を得るために、所定光量の補正光を発する補正光源と、前記補正光によって前記試料から出射される応答光を検出する応答光検出器と、前記補正光を前記試料に導く補正光照射光学系と、前記応答光を前記試料から前記応答光検出器に導く応答光検出光学系を備え、
前記校正光源の発光部と前記補正光源の発光部は、単一のパッケージ内に収容され、
前記校正光学系は、前記校正光を前記校正光源から前記試料に導く校正光照射光学系と、前記試料によって散乱された校正光を前記試料から前記蛍光検出器に導く校正光検出光学系とからなり、
前記校正光照射光学系は前記補正光照射光学系を兼ねており、
前記蛍光検出光学系は前記校正光検出光学系を兼ねており、
前記変換器は、前記補正光源のみをオンとした際の前記応答光検出器の検出値に基づき、前記励起光源のみをオンとした際の前記蛍光検出器の検出値と前記校正データに基づく試料中の測定対象成分量に応じた出力を補正する請求項１〜３のいずれか一項に記載の蛍光分析装置。