JP2018080990A - 濃度測定システム - Google Patents

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Abstract

【課題】被測定物を撮影することで、その色情報（赤（R）、緑（G）、青（B））と相関のある化学情報について濃度を測定できる濃度測定システムを提供する。【解決手段】被測定物の色情報をRGBの数値情報とし、これを濃度既知試料のRGBの数値情報を基に作成した検量線と照合することで、被測定物の色情報と相関のある化学情報として濃度を測定するシステム。【選択図】図２

Description

本発明は、濃度測定システムと方法に関する。
従来、土壌中の物質や残留農薬、更には物質などを分析しようと考えると、溶出し、必要な薬剤による発色操作を行なって、比色計にかけて、予め用意された検量線と対比して濃度を求めることが通常の作業手順である。
しかしながら、比色計を備えた場所、かつ検量線の用意がないと分析作業が出来ないという問題があった。
このような問題を解決するため、例えば特許文献１には溶液中に溶解した物質を発色剤で発色させて、その物質量の濃度測定をカメラ撮影で３刺激値（R、G、Bの値）から、予め用意した検量線によって求める発明について記載されている。この文献で測定対象として想定しているのは工場排水や河川、セメントなどである。
また、特許文献２には溶液中の試料濃度の連続比色分析について記載されている。溶液を斜面を流して発色のための薬剤を投入し、その発色の状況をテレビカメラで撮影し、データをRGB数値化して既知のデータと比較して濃度を求める発明である。
特開２００７―３３０３６号 特開平２−２０８５４３号
特許文献１に記載されている方法では予め対象物質の検量線の作成が必要であるし、光源が一定しないような条件では測定される溶液の濃度のバラツキが大きくなったり、更には、シャーレを測定に用いているために、シャーレ底面が撮影時に暗くなるため、測定に誤差が生じるなどの問題があった。更には、正面から撮影をする際には、光源を撮像手段により遮るため測定結果のバラツキが大きくなるなどの問題があった。また特許文献２では溶液を流す装置や画像処理装置など特別な装置が必要なので準備が煩雑である。いずれも、測定すると瞬時に対象物質の濃度を知る事及びその測定された濃度を共有化することが出来ないことが課題となっていた。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、試料の濃度と色情報との相関があるのであれば、濃度が既知の物質の色情報をもとにして、測定試料の色情報から濃度を数値化することができるのではないかと考えた。
即ち本発明は、化学状態として濃度が既知の試料の色情報をもとに濃度を数値化し、また濃度が既知の試料の色情報から検量線を作成し、測定試料の色情報との相関から単体及び又は混合物の濃度を数値化する濃度測定システムであり、少なくとも被測定物と、被測定物保持手段と、被測定物の上部後方及び又は下部前方に置かれる少なくとも２つの異なる色情報を含む基準となる平面（基準平面と記すこともある）と、被測定物の背面に置かれ当該被測定物を介し被測定物と同時に画像として取得される平面（測定平面と記すこともある）と、前記平面の色情報を与える位置を示す指示手段と、光源と、前記指示手段により位置を示された前記少なくとも２つの異なる色情報を含む基準となる平面と前記被測定物の背面に置かれた平面を画像として同時に取得する撮像手段と、画像処理手段と、演算手段と、データ保存手段と、データ送信手段と、を持つ濃度測定システムである。
本発明の濃度測定システムでは、被測定物が液体及び又は固体であることを特徴としている。
本発明の濃度測定システムでは、被測定物保持手段が、光路長１ｍｍ以上１０ｍｍ以下で波長２２０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光を透過する光学セル及び又は固体を保持する治具であることを特徴とする。
本発明の濃度測定システムでは、被測定物の上部後方及び又は下方前方に光源に対し平行に置かれる少なくとも２つの異なる色情報を含む基準平面が１つ目の色情報を与えるためにカーボンブラックを０％以上５０％未満含む着色剤を施した平面であり撮像手段により測定される色情報を数値として２５５分割した時、Ｒ（赤と記すこともある）で１００以上２５５以下、Ｇ（緑と記すこともある）で１００以上２５５以下、Ｂ（青と記すこともある）で１００以上２５５以下であり、第２の基準平面として２つ目の色情報を与えるためにカーボンブラックを５０％以上９５％未満含み且つ前記１つ目の色情報を与えるカーボンブラック含有量と比べて１０％以上の含有量である着色剤を施した平面であり撮像手段により測定される色情報を数値として２５５分割した時、Ｒで１以上９９以下、Ｇで１以上９９以下、Ｂで１以上９９以下であることを特徴としている。この基準平面は、光源に対し平行に配置されると特に好ましい。
この基準平面に３つ以上の色情報を利用する場合には、第３以上の色情報を与えるために用いられるカーボンブラック量は、前記第１及び第２の色情報を与えるために用いられたそれぞれのカーボンブラック量と比べて１０％以上含有量に差があることを特徴としている。
本発明の濃度測定システムでは、被測定物の上部後方及び又は下方前方に置かれる少なくとも２つの異なる色情報を含む基準平面の測定位置を指示する指示手段を有している。この指示手段があると、カーボンブラックを含まない着色剤を基準平面に施した場合の位置の不確かさを解消し、正確な色情報の取得が行えるため好適である。
本発明の濃度測定システムでは、前記被測定物の背面に置かれ当該被測定物を介し被測定物と同時に画像として取得される平面が色情報を与えるためにカーボンブラックを０％以上９５％未満含む着色剤を施した平面であり撮像手段により測定される色情報を数値として２５５分割した場合、Ｒで１以上２５５以下、Ｇで１以上２５５以下、Ｂで１以上２５５以下であることを特徴としている。
本発明の濃度測定システムでは、光源がＬＥＤ及び又は蛍光灯であることを特徴としている。
本発明の濃度測定システムでは、撮像手段が、少なくとも２つの異なる色情報を含む基準平面と前記被測定物の背面に置かれた測定平面を画像として同時に取得できるカメラ、デジタルカメラ、CCDカメラ、画像取得機能を持つメディアタブレット端末のいずれかから選択される。
本発明の濃度測定システムでは、画像処理手段が、撮像手段により得られた前記２つの異なる色情報を含む基準平面の画像からそれぞれの画像部位毎に取得した色情報を色情報毎にＲで１以上２５５以下、Ｇで１以上２５５以下、Ｂで１以上２５５以下のいずれかに変換しこのＲＧＢの数値情報を基準色情報とする手段と、少なくとも２つの異なる既知濃度の物質の液体及び又は固体とこれらの背面に置かれた測定平面の画像からそれぞれの画像部位毎に取得した色情報を色情報毎にＲで１以上２５５以下、Ｇで１以上２５５以下、Ｂで１以上２５５以下のいずれかに変換しこのＲＧＢの数値情報を基準濃度色情報とする手段と、少なくとも１点の未知濃度の物質の液体及び又は固体とこれらの背面に置かれた測定平面の画像と基準平面の画像とを同時に取得しそれぞれの画像を基に、この測定平面の画像から得られた色情報をＲで１以上２５５以下、Ｇで１以上２５５以下、Ｂで１以上２５５以下のいずれかに変換しこのＲＧＢの数値情報を補正前濃度色情報とする手段と、この測定平面の画像と同時に取得された前記基準平面の画像をそれぞれの測定部位毎にＲで１以上２５５以下、Ｇで１以上２５５以下、Ｂで１以上２５５以下のいずれかに変換しこのＲＧＢの数値情報を測定用基準色情報とする手段を含むことを特徴としている。
本発明の濃度測定システムでは、演算手段が、基準色情報、基準濃度色情報、補正前濃度色情報、測定用基準色情報、既知濃度を用い、基準濃度色情報とそれぞれの基準濃度色情報を与えた既知濃度とから濃度に対する濃度測定用検量線を作成しこの濃度測定用検量線の傾きから（式１）を作成する工程と、測定用基準色情報と前記基準色情報とから補正検量線を作成しこの補正検量線の直線の傾きから（式２）を作成する工程と、前記補正前濃度色情報と（式３）により測定濃度色情報を算出する工程と、前記未知濃度の物質の濃度を前記測定濃度色情報と（式４）により算出する工程を実施する演算手段である。これらの演算手段がプログラムもしくは手動の計算にて行える。
（式１） 既知濃度 ＝ 基準濃度色情報 × α
（式２） β ＝ 基準色情報 ÷ 測定用基準色情報
（式３） 測定濃度色情報 ＝ β × 補正前濃度色情報
（式４） 濃度 ＝ α × 測定濃度色情報
本発明の濃度測定システムでは、データ保存手段が基準色情報、基準濃度色情報、補正前濃度色情報、測定用基準色情報、既知濃度、濃度測定用検量線、補正検量線、測定濃度色情報、未知濃度の物質の前記濃度、（式１）、（式２）、（式３）及び（式４）を保存する濃度測定システムである。
本発明の濃度測定システムでは、データ送信手段がインターネットを介した電子メール、電子データの送信及び有線による電子データの送信、電子データの記録媒体を介したデータ送信及び赤外線通信のいずれかから選択し通信できる手段である。
本発明の濃度測定システムでは、前記少なくとも２点の異なる既知濃度の物質を含む固体の背面に置かれた測定平面及び前記少なくとも１点の未知濃度の物質の固体の背面に置かれた測定平面の前記固体との面間距離が０ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
本発明の濃度測定システムでは、前記少なくとも２点の異なる既知濃度の物質を含む可視光域における光透過性を有する光学セルに入れられた液体の背面に置かれた測定平面及び前記少なくとも１点の未知濃度の物質の可視光域における光透過性を有する光学セルに入れられた液体の背面に置かれた測定平面の前記光学セルとの距離が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり且つ前記光学セルの表面との距離が４ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。
本発明の濃度測定システムでは、前記少なくとも２点の異なる既知濃度の物質を含む可視光域における光透過性を有する光学セル及び前記少なくとも１点の未知濃度の物質の可視光域における光透過性を有する光学セルの前後方向の角度が鉛直方向に対し角度マイナス（−と記すこともある）５度（°と記すこともある）以上角度プラス（＋と記すこともある）５度以下であり、これら光学セルの背面に置かれた測定平面と角度−５度以上角度５０度以下である。
本発明の濃度測定システムでは、前記取得される基準平面及び測定平面の被測定面の重心を頂点とした光源の光軸の中心と画像取得機能との角度が角度１度以上角度１３５度以下である。
本発明の濃度測定システムでは、前記基準平面及び前記測定平面の色情報を与える面積が１ｍｍ２以上５００ｍｍ２以下であり、測定される形状が円、楕円、三角形、四角形、六角形、八角形から選択されるいずれかである。
測定される物質の濃度は、前記既知濃度以下である。濃度は、１００分率で表示する事もできるし、異物の混入などにより正確な濃度の決定が困難な試料を基準として用いる場合には、使用者が任意に濃度を決定して利用する事もできる。
濃度を測定される物質は、撮像手段により得られる色情報が濃度と相関があれば良い。具体的には、鉄、マンガン、マグネシウム、リン、カルシウム、カリウム、フッ素、水素、塩素、六価クロム、ニッケル、アルミニウム、銀、金、銅、ホウ素、モリブデン、パラジウム、亜鉛、硝酸イオン、アンモニウムイオン、水素イオン、水酸化物イオン、リンゴ酸、アスコルビン酸、腐植物質、ヨウ素、リコピンのいずれか１つ及び又は鉄、マンガン、マグネシウム、リン、カルシウム、カリウム、水素、塩素、ニッケル、アルミニウム、銅、ホウ素、モリブデン、パラジウム、亜鉛、窒素の酸化物、及び又はアスコルビン酸、ヨウ素、メタンフェタミン及びその誘導体と形成される錯体、コリンエステラーゼと酢酸インドキシル又は５−ｂｒｏｍｏ−６−ｃｈｌｏｒｏ−３−ｉｎｄｏｘｙｌ ｂｕｔｙｒａｔｅ又は５−ｂｒｏｍｏ−６−ｃｈｌｏｒｏ−３−ｉｎｄｏｘｙｌ ｃａｐｒｙｌａｔｅ、５−ｂｒｏｍｏ−４−ｃｈｌｏｒｏ―３−ｉｎｄｏｘｙｌ ｐａｌｍｉｔａｔｅのいずれか一つと反応し発色する際にコリンエステラーゼの働きを阻害してこの発色を阻害する物質、大腸菌、黄色ブドウ球菌、酵母から選択される。
本発明の濃度測定システムは、土壌中に含まれる養分を測定する土壌分析器として利用する事ができる。
本発明の濃度測定システムを利用する場合、土壌分析器として利用するならば農業分野における土壌管理・評価の簡易化が成される。複数の畑を所有する大規模農家では各畑の土壌管理を行なえる。また、食品分野における品質管理・評価の簡易化、更には薬品などの危険物質の有無の簡易検査ができる。
本発明の濃度測定システムの概略構成図（側面図）である。 本発明の濃度測定システムの概略構成図（一部正面図）である。 本発明の濃度測定システムの画像処理手段で実施される工程の図である。 本発明の濃度測定システムの演算手段で実施される工程のフローチャート図である。 補正検量線の図である。 濃度測定用検量線の図である。 本発明の実施例１で作成した濃度測定システムを利用した土壌分析器の一部の写真である。 本発明の実施例１で作成した濃度測定システム撮像された画像及びシステムを組み込んだプログラムの出力画面の一部である。
以下、本発明につき、図面を利用してより詳細に説明する。
本発明の濃度測定システム１では、被測定物５が液体及び又は固体であることを特徴としている。被測定物５が液体である場合には、光路長１ｍｍ以上１０ｍｍ以下で波長２２０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光を透過する光学セル３に液体を入れ、この光学セル３を被測定物保持手段７に設置することにより好適に分析が行える。被測定物５が固体である場合には、この固体を保持する紙片（図示しない）に固体を塗りつけたり、固体を含む紙片に塗布し測定に供することができる。また、野菜などの色味を判定する際には、野菜そのもの（図示しない）を測定する事も可能である。
本発明の濃度測定システム１に用いられる基準平面４Aは、被測定物５の上部後方及び又は下方前方に置かれる。この基準平面４Aは、少なくとも２つの異なる色情報４を含む基準となる平面である。２つの異なる色情報４を利用する場合には、１つ目の色情報４を与える着色剤としてカーボンブラックを０％以上５０％未満含む着色剤を施す。これを撮像手段８により測定し、数値として２５５分割した場合、Ｒ（赤と記すこともある）で１００以上２５５以下、Ｇ（緑と記すこともある）で１００以上２５５以下、Ｂ（青と記すこともある）で１００以上２５５以下とする。基準平面４Aに２つ目の色情報４を与える着色剤としてカーボンブラックを５０％以上９５％未満含み且つ１つ目の色情報４を与えるカーボンブラック含有量と比べて１０％以上の含有量である着色剤を施す。２つ目の色情報４を数値として２５５分割した場合、Ｒで１以上９９以下、Ｇで１以上９９以下、Ｂで１以上９９以下である基準平面４Aを用いることができる。色情報４を含む基準平面４Aの色情報の個数は特に限定されないが、２点以上２１点未満が好ましく用いられ、５点以上１５点以下がより好ましく、６点以上８点以下が更に好ましく用いられる。２１点以上でも測定上特に問題は無いが、この基準平面４Aの作成が煩雑になる傾向にある。また、これら色情報４を２点以上用いる場合のそれぞれの数値化された色情報４は、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれで１０以上離れていると好ましく用いられる。
この測定値を決定する指示手段４１には、点や線などを用いることができる。この指示手段４１を複数用い、その間の任意の位置を決定し、色情報４を得ることもできるし、指示手段４１を単数利用して指示手段４１からの決められた距離の色情報４を読み込むことにより色情報４を得ることもできる。
被測定物５の背面に置かれ被測定物５を介し同時に画像として取得される平面（測定平面）４Bは、色情報を与える着色剤としてカーボンブラックを０％以上９５％未満含む着色剤を施した平面であり、撮像手段８Aにより測定される色情報を数値として２５５分割した場合、Ｒで１以上２５５以下、Ｇで１以上２５５以下、Ｂで１以上２５５以下で好ましく用いられる。後述する実施例に記載のように、土壌及び溶液中のカリウムの濃度を測定する場合、測定平面４Bにカーボンブラックを８０％以上９５％以下含む着色剤を施すと、カリウムの濃度を好適に測定できる。
本発明の濃度測定システム１では、光源２としてＬＥＤ（Light emitting diode）及び又は蛍光灯を好ましく用いることができる。また、電気を利用し発光する光源がない場合においては、太陽光などの自然光を好ましく用いることができる。光源２としてＬＥＤを選択する場合、ＬＥＤの波長については、被測定物５の液体及び固体の濃度測定用検量線（図６）を作ることができれば良い。ＬＥＤの場合、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの光を発色すると好ましく用いられる。Ｒの光の波長としては、６００ｎｍより長く８００ｎｍ以下が好ましく、６１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下がより好ましく、６２０ｎｍ以上６５０ｎｍがより好ましく用いられる。これ以上の波長の光源を用いることもできるが、光源が高価になる傾向にある。Ｇの光の波長としては４９５ｎｍ以上６００ｎｍ以下が好ましく、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下がより好ましく、５２０ｎｍ以上５４０ｎｍがより好ましく用いられる。Ｂの光の波長としては、３００ｎｍ以上４９５ｎｍ以下が好ましく用いられ、３３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下がより好ましく、３５０ｎｍ以上４７５ｎｍがより好ましく用いられる。３００ｎｍ以下の波長だと、やはり光源が高価に成る傾向にある。蛍光灯についても、波長３００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光を発するものを好ましく用いることができる。また、これらの波長については、測定対象により任意に選択することができる。
本発明の濃度測定システム１に用いられる、画像を取得する撮像手段８Aは、カメラ、デジタルカメラ、CCDカメラ、撮像手段８Aを持つメディアタブレット端末等の撮像装置８のいずれかから選択することができる。また、パーソナルコンピュータに搭載したデジタルカメラについても好適に用いられる。メディアタブレット端末等の撮像装置８に位置情報を取得する機能や日時を記録する機能、天候や温度を取得する機能がある場合には、後述する濃度を測定した位置や場所、日時、天候や温度を同時に保存し、やはり後述するデータ送信手段によりデータを送ることができる。また、被測定物５に係わる情報なども電子データとして保存し、やはり送信することが可能となる。撮像装置８にタイマー機能を持つと好ましく利用できる。これは、測定対象を発色液により発色する場合に一定の経過時間が必要な場合には特に好ましい。
本発明の濃度測定システム１に用いられる画像処理手段は撮像手段８Aを持つ撮像装置８にプログラムとして実装することもでき、撮像手段８Aにより得られた前記２つの異なる色情報４を含む基準となる基準平面４Aの画像からそれぞれの画像部位毎に取得した色情報４を色情報毎にＲで１以上２５５以下、Ｇで１以上２５５以下、Ｂで１以上２５５以下のいずれかに変換しこのＲＧＢの数値情報を基準色情報とする手段と、少なくとも２つの異なる既知濃度の物質の液体及び又は固体とこれらの背面に置かれた測定平面４Bの画像からそれぞれの画像部位毎に取得した色情報４を色情報毎にＲで１以上２５５以下、Ｇで１以上２５５以下、Ｂで１以上２５５以下のいずれかに変換しこのＲＧＢの数値情報を基準濃度色情報とする手段と、少なくとも１点の未知濃度の物質の液体及び又は固体とこれらの背面に置かれた測定平面４Bの画像と前述した基準平面４Aの画像とを同時に取得して、それぞれの画像を基にこの測定平面４Bの画像から得られた色情報４をＲで１以上２５５以下、Ｇで１以上２５５以下、Ｂで１以上２５５以下のいずれかに変換しこのＲＧＢの数値情報を補正前濃度色情報とする手段と、測定平面４Bの画像と同時に取得された基準平面４A及び色情報４の画像をそれぞれの測定部位毎にＲで１以上２５５以下、Ｇで１以上２５５以下、Ｂで１以上２５５以下のいずれかに変換しこのＲＧＢの数値情報を測定用基準色情報とする手段とを少なくとも含んでいる。
本発明の濃度測定システム１の演算手段は撮像手段８Aを持つ撮像装置８にプログラムとして実装することもでき、画像処理手段により得られた基準色情報、基準濃度色情報、補正前濃度色情報、測定用基準色情報、及び既知濃度を用い、基準濃度色情報とそれぞれの基準濃度色情報を与えた既知濃度とから濃度に対する濃度測定用検量線を作成しこの濃度測定用検量線の傾きから（式１）を作成する工程と、測定用基準色情報と基準色情報とから補正検量線を作成しこの補正検量線の直線の傾きから（式２）を作成する工程と、補正前濃度色情報と（式３）により測定濃度色情報を算出する工程と、未知濃度の物質の濃度を測定濃度色情報と（式４）により算出する工程を実施する演算手段である。
（式１） 濃度 ＝ 基準濃度色情報 × α
（式２） β ＝ 基準色情報 ÷ 測定用基準色情報
（式３） 測定濃度色情報 ＝ β × 補正前濃度色情報
（式４） 濃度 ＝ α × 測定濃度色情報
本発明の濃度測定システム１の（式１）、（式２）、（式３）、（式４）において、検量線に切片を加えない場合に比べ検量線に切片を加えた場合の相関係数が高くなる場合には、もちろん切片を利用する事ができる。
本発明のシステムのデータ保存表示手段は撮像手段８Aを持つ撮像装置８にプログラムとして実装することもでき、基準色情報、基準濃度色情報、補正前濃度色情報、測定用基準色情報、既知濃度、濃度測定用検量線、補正検量線、測定濃度色情報、未知濃度の物質の前記濃度、（式１）、（式２）、（式３）及び（式４）を保存する事や、任意で図７や図８のように、画面などに表示することができる。また、前述した様に、濃度を測定した位置や場所、日時、天候や温度を同時に保存できる。また、測定対象に係わる情報なども電子データとして好ましく保存できる。
本発明の濃度測定システム１では、データ送信手段がインターネットを介した電子メール、電子データの送信及び有線による電子データの送信、電子データの記録媒体を介したデータ送信を少なくとも利用できる。
本発明の濃度測定システム１では、少なくとも２点の異なる既知濃度の物質を含む固体（被測定物５）の背面に置かれた測定平面４B及び前記少なくとも１点の未知濃度の物質の固体（被測定物５）の背面に置かれた測定平面４Bの前記固体との面間距離が０ｍｍ以上５ｍｍ以下であると好ましく、０ｍｍ以上４ｍｍ以下がより好ましく、０ｍｍ以上１ｍｍ以下が更に好ましい。
この面間距離は、撮像する際に焦点がずれない範囲で任意に設定できる。
本発明の濃度測定システム１では、前記少なくとも２点の異なる既知濃度の物質を含む液体（被測定物５）を光学セル３に入れ背面に置かれた測定平面４B及び光学セル３に入れられた未知濃度の液体（被測定物５）の背面に置かれた測定平面４Bの光学セル３との距離が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり且つ光学セル３の表面との距離が４ｍｍ以上４０ｍｍ以下であると好ましく、測定平面４Bの光学セル３との距離が５ｍｍ以上１８ｍｍ以下であり且つ光学セル３の表面との距離が８ｍｍ以上３８ｍｍ以下であると好ましく、
測定平面４Bの光学セル３との距離が６ｍｍ以上１７ｍｍ以下であり且つ光学セル３の表面との距離が９ｍｍ以上３７ｍｍ以下であると更に好ましい。測定平面４Bの光学セル３との距離が近すぎると測定平面４Bに光学セル３の影がうつるため、既知濃度と基準濃度色情報から作成される濃度測定用検量線の相関係数が低下して測定された濃度が実際と異なる場合が有り、離れすぎると撮像する際に焦点が合わなくなることがある。また、光学セルの表面が遠すぎるとやはり撮像する際に焦点が合わなくなったり、被測定物５を透過する光の量が減るため測定誤差を生じたりすることがある。
本発明の濃度測定システム１では、前記少なくとも２点の異なる既知濃度の物質を含む液体を入れた光学セル３及び前記少なくとも１点の未知濃度の物質を入れた光学セル３の前後方向の角度が、鉛直方向に対し角度マイナス（−と記すこともある）５度（°と記すこともある）以上角度プラス（＋と記すこともある）５度以下で好適に用いられる。光学セルの角度が鉛直方向に対し±５度より傾くと内部の被測定物５がこぼれやすくなる傾向にある。また、撮像する際に光源や他の外部からの光が光学セル３表面に写り込み測定結果に誤差を生じることがある。既知濃度と基準濃度色情報から作成される濃度測定用検量線の相関係数が低下して測定された濃度が実際と異なる場合が有り、これら光学セル３の背面に置かれた測定平面４Bと光学セル３の角度は、角度−５度以上角度５０度以下であると好適であり、角度＋１０度以上角度＋５０度以下がより好適であり、角度＋３０度以上角度＋５０度以下が更に好適である。光学セル３の背面に置かれた測定平面４Bと光学セル３の角度が小さいと撮像する際に光源２や他の外部からの光が光学セル３表面に写り込み測定結果に誤差を生じることがある。また、光学セル３の影が測定平面４Bの撮像部に写り込むことにより測定結果に誤差が生じたり、既知濃度と基準濃度色情報から作成される濃度測定用検量線の相関係数が低下して測定された濃度が実際と異なる場合が有る。
本発明の濃度測定システム１では、光学セル３の個数に関しては特に限定されないが、好ましく１個以上２０個以下を同時に測定することができる。光学セル３を撮像手段８Aにより同時に測定することにより、測定工程の回数を減らすことができるため好適である。光学セル３の固定手段７は、光学セル３底面と固定治具７との距離が５ｍｍ以上２０ｍｍ以下離間していると好適で有り、１０ｍｍ以上１８ｍｍ以下離間しているとより好適であり、１２ｍｍ以上１６ｍｍ以下離間していると更に好適である。現時点では，どのような現象で離間した方が良いかは分かっていないが、固定治具７による光学的影響があると推測している。
本発明の濃度測定システム１では、前記取得される基準平面４A及び測定平面４Bの被測定面の重心を頂点とした光源２の光軸の中心と撮像手段８Ａとの角度が角度１度以上角度１３５度以下であると好適に用いられる。また、この角度が角度６０度以上角度１２０度以下であるとより好ましく、角度８０度以上角度１００度以下であると更に好ましい。この角度が広すぎると基準平面４Aを撮像する際に実際よりも白色が強くなり誤差の原因となる。既知濃度と基準濃度色情報から作成される濃度測定用検量線の相関係数が低下して測定された濃度が実際と異なる場合が有る。基準平面４Aと測定平面４Bの素材は同一のものでも別のものでも良い。また、基準平面４Aを被測定物５の上部後方に置く場合には、基準平面４Aと測定平面４Bを同一の面上に施すことにより好適に利用することができる。この基準平面４Aと測定平面４Bの素材は特に限定されないが、白色の紙、画用紙、樹脂材料及び金属材料から選択される材料を好ましく用いることができる。
本発明の濃度測定システム１では、基準平面４A及び測定平面４Bの色情報４を与える面積が１ｍｍ２以上５００ｍｍ２以下が好適であり、面積が５ｍｍ２以上２００ｍｍ２以下がより好適であり、面積が２０ｍｍ２以上１００ｍｍ２以下が更に好適であり、面積が２０ｍｍ２以上２５ｍｍ２以下が最も好適である。面積が広すぎると外部の影響を強く受け誤差の原因となる傾向がある。また、狭すぎると測定面積の低下によりやはり誤差の原因となる傾向にある。この測定される形状については、円、楕円、三角形、四角形、六角形、八角形から選択する事ができる。四角形や三角形については、光学セル３の形状や撮像される環境により長方形や正方形、菱形、二等辺三角形、正三角形などを任意で選ぶことができる。これら撮像される面積や形状は、撮像手段８Aにより選択することもできるし、全体を撮像した後に施される画像処理手段や演算手段により好ましく設定することができる。
本発明の濃度測定システム１では、測定される物質の濃度が、前記既知濃度以下である。既知濃度を超える場合は、測定される物質について希釈処理をした後、本発明の濃度測定システム１により濃度を測定し、希釈倍率をこの測定された濃度にかけることにより、希釈前の濃度を算出することができる。この希釈率については、本発明の濃度測定システムの演算手段で行うことも勿論可能である。
本発明の濃度測定システム１では、濃度と撮像手段８Aにより測定される色情報４に相関があればどのような物質についても測定することが可能である。濃度を測定される物質が、鉄、マンガン、マグネシウム、リン、カルシウム、カリウム、フッ素、水素、塩素、六価クロム、ニッケル、アルミニウム、銀、金、銅、ホウ素、モリブデン、パラジウム、亜鉛、硝酸イオン、アンモニウムイオン、水素イオン、水酸化物イオン、リンゴ酸、アスコルビン酸、腐植物質、ヨウ素、リコピンのいずれか１つ及び又は鉄、マンガン、マグネシウム、リン、カルシウム、カリウム、水素、塩素、ニッケル、アルミニウム、銅、ホウ素、モリブデン、パラジウム、亜鉛及び窒素の酸化物、及び又はアスコルビン酸、ヨウ素、メタンフェタミン及びその誘導体と形成される錯体、コリンエステラーゼと酢酸インドキシル又は５−ｂｒｏｍｏ−６−ｃｈｌｏｒｏ−３−ｉｎｄｏｘｙｌ ｂｕｔｙｒａｔｅ又は５−ｂｒｏｍｏ−６−ｃｈｌｏｒｏ−３−ｉｎｄｏｘｙｌ ｃａｐｒｙｌａｔｅ、５−ｂｒｏｍｏ−４−ｃｈｌｏｒｏ―３−ｉｎｄｏｘｙｌ ｐａｌｍｉｔａｔｅのいずれか一つと反応し発色する際にコリンエステラーゼの働きを阻害してこの発色を阻害する物質、大腸菌、黄色ブドウ球菌、酵母から選択される。樹脂材料の劣化により生じる茶色の物質の濃度について測定する事により、この樹脂材料の劣化状態についても推定する事が可能となる。また、ワインなど飲料、酒類、スープ類についてもそのポリフェノール量を測定できる。
本発明の濃度測定システム１では、前述した中から一つの物質を選択し測定する事もできるし、例えば図７及び図８に示したように土壌からの抽出物として、カリウム、カルシウム、腐植物質、マンガン、マグネシウム、鉄、及び又はこれらの酸化物、硝酸イオンなどを一度に測定する事も可能である。
また、これらの物質をイオンとして含む飲料水、植物工場、下水汚泥、食物からの抽出液などについても物質の濃度を測定することができる。
更に、酸化物の発生状況を面として捉えることもできるため、塩水噴霧試験による錆の発生状況を数値として簡便に捉えることもできる。更にまた、微生物試験を行う際、液体中に存在する微生物数をその液体の懸濁具合から判定し、微生物の数量調整を行うが、本発明の濃度測定システムでは、この微生物数の数量調整についても好ましく用いることができる。
以下、実験例、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
（装置）
撮像手段８Aを持つ撮像装置８としてメディアタブレット端末を利用した。メディアタブレット端末として、アップル社製iPhone5S(登録商標)を選択し、画像処理手段、演算手段データ保存手段、表示手段、データ送信手段をプログラムとして実装した。光源は、ＬＥＤのライン照明を作成し利用した。測定対象として、土壌に含まれる硝酸イオンに含まれる窒素（硝酸態窒素）を選択した。光路長８ｍｍの光学セル及び位置決め用治具を用いた。被測定物の上方後部に基準平面を光源と平行になるように設置し、同一平面上に測定平面を設置した。測定平面と光学セルの距離は、測定部で１５ｍｍとした。光学セル表面と測定平面との距離は２５ｍｍとした。光学セルの角度は、光学セルの影が測定平面にかからないよう上方を測定平面と反対側に鉛直方向に対し角度−２度傾けた。光学セルと測定平面及び基準平面との角度は、４５度に設定した。光源と撮像手段との角度は、９０度に設定した。基準平面及び測定平面の色情報を与える形状及び面積は、縦５ｍｍ、横４ｍｍの長方形（面積２０ｍｍ２）とし、前述したプログラムにより制御した。光学セル下面と固定治具上面の距離は、１５ｍｍとした。
（基準平面）
白色の紙にカーボンブラック量として０、１０、３０、４５、６５、８５及び９５％含む着色剤により色情報のための着色を施し、基準平面を作成した。撮像手段により得られた色情報のＲＧＢ値を２５５分割し、それぞれのカーボンブラック量毎に数値を算出した。
（測定平面）
基準平面と同じ紙を用い測定平面を作成した。
（既知濃度）
硝酸イオンに含まれる窒素（硝酸態窒素）として、濃度１０、１５、２０、３０及び５０ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整した。この溶液に合同会社土づくり推進機構製発色液（硝酸態窒素用）規定量加え、発色させた。
（第一の撮像と濃度測定用検量線の作成）
発色させた既知濃度の溶液と基準平面、測定平面を撮像手段により撮像し、濃度測定用検量線を作成した。この濃度測定用検量線の傾きから、（式１）既知濃度＝５８．１８−０．２４５×基準濃度色情報を得た。この時の相関係数は０．９７であり、良好な結果であった。この時、最も相関が高かったＧを利用した。また、目視でも濃度毎の色の違いが矛盾無く確認できた。
（未知濃度の測定）
本発明の濃度測定システムの効果を検証するため、硝酸態窒素の濃度として、濃度２５ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整し、これを未知濃度のテストサンプルとした。このテストサンプルに合同会社土づくり推進機構製発色液（硝酸態窒素用）規定量加え、発色させた。発色後の溶液について、本発明の濃度測定システムにより測定し図４に示したフローチャートに従った後、濃度の結果を表示した。同様の測定を３回実施した測定結果は、それぞれ２４ｍｇ／Ｌ、２５／Ｌ、２５ｍｇ／Ｌとなり、良好な結果であった。同様に硝酸態窒素として濃度４５ｍｇ／Ｌとなるように調整したテストサンプルを作成し、同様に発色させた後、本発明の濃度測定システムにより測定し結果を表示した。同様の測定を３回実施した測定結果は、４４ｍｇ／Ｌ、４５／Ｌ、４６ｍｇ／Ｌとなり、良好な結果であり、硝酸態窒素の溶液濃度測定が行える事が確認された。
（実施例２）
実施例１と同じ装置、基準平面、測定平面を用い、リン酸について分析を行った。
（既知濃度）
リン酸として、濃度１０、５０、１００、２００及び３００ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整した。この溶液に合同会社土づくり推進機構製発色液（リン用）規定量加え、発色させた。
（第一の撮像と濃度測定用検量線の作成）
発色させた既知濃度の溶液と基準平面、測定平面を撮像手段により撮像し、濃度測定用検量線を作成した。この濃度測定用検量線の傾きから、既知濃度と基準濃度色情報の関係式を得た。この時の相関係数は０．９４であり、良好な結果であった。この時、相関が高かったＲを利用した。また、目視でも濃度毎の色の違いが矛盾無く確認できた。
（未知濃度の測定）
本発明の濃度測定システムの効果を検証するため、リン酸として濃度２５０ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整し、これを未知濃度のテストサンプルとした。このテストサンプルに合同会社土づくり推進機構製発色液（リン用）を規定量加え、発色させた。発色後の溶液について、本発明の濃度測定システムにより測定し図４に示したフローチャートに従った後、濃度の結果を表示した。同様の測定を３回実施した測定結果は、それぞれ２４５ｍｇ／Ｌ、２５１ｍｇ／Ｌ、２５３ｍｇ／Ｌとなり、良好な結果であった。同様に濃度７５ｍｇ／Ｌとなるように調整したテストサンプルを作成し、同様に発色させた後、本発明の濃度測定システムにより測定し結果を表示した。同様の測定を３回実施した測定結果は、７２ｍｇ／Ｌ、７７ｍｇ／Ｌ、７６ｍｇ／Ｌとなり、良好な結果であった。リン酸のようなイオンの濃度測定に利用できることが確認された。
（実施例３）
実施例１と同じ装置、基準平面、測定平面を用い、マグネシウムについて分析を行った。
（既知濃度）
マグネシウムとして、濃度１０、５０、１００、２００及び３００ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整した。この溶液に合同会社土づくり推進機構製発色液（マグネシウム用）規定量加え、発色させた。
（第一の撮像と濃度測定用検量線の作成）
発色させた既知濃度の溶液と基準平面、測定平面を撮像手段により撮像し、濃度測定用検量線を作成した。この濃度測定用検量線の傾きから、既知濃度と基準濃度色情報の関係式を得た。この時の相関係数は０．９６であり、良好な結果であった。この時、相関が高かったＲを利用した。また、目視でも濃度毎の色の違いが矛盾無く確認できた。
（未知濃度の測定）
本発明の濃度測定システムの効果を検証するため、マグネシウムとして濃度２００ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整し、これを未知濃度のテストサンプルとした。このテストサンプルに合同会社土づくり推進機構製発色液（マグネシウム用）を規定量加え、発色させた。発色後の溶液について、本発明の濃度測定システムにより測定し図４に示したフローチャートに従った後、濃度の結果を表示した。同様の測定を３回実施した測定結果は、それぞれ２０５ｍｇ／Ｌ、２０２ｍｇ／Ｌ、１９８ｍｇ／Ｌとなり、良好な結果であった。同様に濃度７５ｍｇ／Ｌとなるように調整したテストサンプルを作成し、同様に発色させた後、本発明の濃度測定システムにより測定し結果を表示した。同様の測定を３回実施した測定結果は、７０ｍｇ／Ｌ、７５ｍｇ／Ｌ、７７ｍｇ／Ｌとなり、良好な結果であった。マグネシウムのように水溶液中で陽イオンとなる物質の濃度測定に利用できることが確認された。
（実施例４）
実施例１と同じ装置、基準平面、測定平面を用い、カルシウムについて分析を行った。
（既知濃度）
カルシウムとして、濃度１００、２００、３００、４００及び５００ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整した。この溶液に合同会社土づくり推進機構製発色液（カルシウム用）規定量加え、発色させた。
（第一の撮像と濃度測定用検量線の作成）
発色させた既知濃度の溶液と基準平面、測定平面を撮像手段により撮像し、濃度測定用検量線を作成した。この濃度測定用検量線の傾きから、既知濃度と基準濃度色情報の関係式を得た。この時の相関係数は０．９９であり、良好な結果であった。この時、相関が高かったＧを利用した。また、目視でも濃度毎の色の違いが矛盾無く確認できた。
（未知濃度の測定）
本発明の濃度測定システムの効果を検証するため、カルシウムとして、濃度２００ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整し、これを未知濃度のテストサンプルとした。このテストサンプルに合同会社土づくり推進機構製発色液（カルシウム用）を規定量加え、発色させた。発色後の溶液について、本発明の濃度測定システムにより測定し図４に示したフローチャートに従った後、濃度の結果を表示した。同様の測定を３回実施した測定結果は、それぞれ１９８ｍｇ／Ｌ、１９６ｍｇ／Ｌ、２０２ｍｇ／Ｌとなり、良好な結果であった。同様に濃度１００ｍｇ／Ｌとなるように調整したテストサンプルを作成し、同様に発色させた後、本発明の濃度測定システムにより測定し結果を表示した。同様の測定を３回実施した測定結果は、９５ｍｇ／Ｌ、９５ｍｇ／Ｌ、９８ｍｇ／Ｌとなり、良好な結果であった。５００ｍｇ／Ｌ程度の比較的高い濃度の物質についても測定できることが確認された。
（実施例５）
実施例１と同じ装置、基準平面、測定平面を用い、マンガンについて分析を行った。
（既知濃度）
マンガンとして、濃度１、３、５、１０及び２５ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整した。この溶液に合同会社土づくり推進機構製発色液（マンガン用）を規定量加え、発色させた。
（第一の撮像と濃度測定用検量線の作成）
発色させた既知濃度の溶液と基準平面、測定平面を撮像手段により撮像し、濃度測定用検量線を作成した。この濃度測定用検量線の傾きから、既知濃度と基準濃度色情報の関係式を得た。この時の相関係数は０．９８であり、良好な結果であった。この時、相関が高かったＧを利用した。また、目視でも濃度毎の色の違いが矛盾無く確認できた。
（未知濃度の測定）
本発明の濃度測定システムの効果を検証するため、マンガンとして濃度１５ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整し、これを未知濃度のテストサンプルとした。このテストサンプルに合同会社土づくり推進機構製発色液（マンガン用）を規定量加え、発色させた。発色後の溶液について、本発明の濃度測定システムにより測定し図４に示したフローチャートに従った後、濃度の結果を表示した。同様の測定を３回実施した測定結果は、それぞれ１４ｍｇ／Ｌ、１１６ｍｇ／Ｌ、１６ｍｇ／Ｌとなり、良好な結果であった。同様に濃度２ｍｇ／Ｌとなるように調整したテストサンプルを作成し、同様に発色させた後、本発明の濃度測定システムにより測定し結果を表示した。同様の測定を３回実施した測定結果は、２．４ｍｇ／Ｌ、２．２ｍｇ／Ｌ、２．３ｍｇ／Ｌとなり、良好な結果であった。２５ｍｇ／Ｌ程度の比較的低い濃度の溶液についての測定もできることが確認された。
（実施例６）
実施例１と同じ装置、基準平面、測定平面を用い、腐植物質（土壌中有機物）について分析を行った。
（既知濃度）
腐植物質として、合同会社土づくり推進機構製腐植抽出液により土壌腐植物質を抽出し、腐植物質を含む溶液を作成した。濃度１、５、８及び１５重量％となるように溶液を調整した。
（第一の撮像と濃度測定用検量線の作成）
既知濃度の溶液と基準平面、測定平面を撮像手段により撮像し、濃度測定用検量線を作成した。この濃度測定用検量線の傾きから、既知濃度と基準濃度色情報の関係式を得た。この時の相関係数は０．９５であり、良好な結果であった。この時、相関が高かったＢを利用した。また、目視でも濃度毎の色の違いが矛盾無く確認できた。
（未知濃度の測定）
本発明の濃度測定システムの効果を検証するため、腐植物質として濃度２．５重量％となるように溶液を調整し、これを未知濃度のテストサンプルとした。本発明の濃度測定システムにより測定し図４に示したフローチャートに従った後、濃度の結果を表示した。同様の測定を３回実施した測定結果は、それぞれ２．６重量％、２．７重量％、２．６重量％となり、良好な結果であった。同様に濃度４重量％となるように調整したテストサンプルを作成し、本発明の濃度測定システムにより測定し結果を表示した。同様の測定を３回実施した測定結果は、４．２重量％、４．３重量％、４．３重量％となり、良好な結果であった。腐植物質の様な有機物についても濃度の測定ができることが確認された。
（実施例７）
実施例１と同じ装置、基準平面を用い、カリウムについて分析を行った。測定平面には、白色の紙にカーボンブラック量として９５％含む着色剤により着色を施したものを用いた。
（既知濃度）
Ｋ２Ｏとして、濃度３０、５０、１００、２００及び２６６ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整した。この溶液に合同会社土づくり推進機構製発色液（カリウム用）を規定量加えた。カリウムの場合、懸濁液となるため、測定平面に黒色の平面を用いた。
（第一の撮像と濃度測定用検量線の作成）
既知濃度の溶液と基準平面、測定平面を撮像手段により撮像し、濃度測定用検量線を作成した。この濃度測定用検量線の傾きから、既知濃度と基準濃度色情報の関係式を得た。この時の相関係数は０．９８であり、良好な結果であった。この時、相関が高かったＲを利用した。また、目視でも濃度毎の色の違いが矛盾無く確認できた。
（未知濃度の測定）
本発明の濃度測定システムの効果を検証するため、濃度１００ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整し、これを未知濃度のテストサンプルとした。このテストサンプルに合同会社土づくり推進機構製発色液（カリウム用）を規定量加えた。この懸濁液について、本発明の濃度測定システムにより測定し図４に示したフローチャートに従った後、濃度の結果を表示した。同様の測定を３回実施した測定結果は、それぞれ１０５ｍｇ／Ｌ、１１０ｍｇ／Ｌ、１０７ｍｇ／Ｌとなり、良好な結果であった。同様に濃度２００ｍｇ／Ｌとなるように調整したテストサンプルを作成し、同様に発色させた後、本発明の濃度測定システムにより測定し結果を表示した。同様の測定を３回実施した測定結果は、１９０ｍｇ／Ｌ、２０７ｍｇ／Ｌ、２０６ｍｇ／Ｌとなり、良好な結果であった。
（実施例８）
本発明の濃度測定システムを土壌分析器として利用した。
実施例１と同じ装置、基準平面、測定平面を用いた。ナスを３ヶ月間にわたり栽培した土壌（黒ボク土）とナスを栽培する前に採取した同圃場の土壌をそれぞれ２ｇ採取し、ｐＨ４．８の抽出液（合同会社土づくり推進機構製）を１８ｍＬ加え５分間撹拌し、土壌から養分を抽出した。栽培後土壌から得られた抽出液をろ紙によりろ過後、これを光学セルに分注し、発色剤として、硝酸態窒素用、リン用、マグネシウム用、カリウム用、マンガン用、カルシウム用（いずれも合同会社土づくり推進機構製発色液）を規定量加え、発色させた。腐植物質については、実施例７と同様の抽出液を用い、同じ土壌から抽出した。これを本発明の濃度測定システムにより測定した。測定結果の一部を図８に示す。土壌からの抽出物であるため、生産者に分かりやすいように濃度の単位をｍｇ／１００ｇに変更した。測定は１回の撮像で完了した。測定結果は、硝酸態窒素１３ｍｇ／１００ｇ土壌、リン酸１６ｍｇ／１００ｇ土壌、カリウム６８ｍｇ／１００ｇ土壌、カルシウム３４５ｍｇ／１００ｇ土壌、マグネシウム１ｍｇ／１００ｇ土壌、マンガン２５ｍｇ／１００ｇ土壌及び腐植率０．９重量％を得た。腐植物質の濃度を除いたこれらの結果は、栽培前の土壌に対し、５％〜２０％の低下を示し、栽培されたナスに養分の一部が吸収されたことが伺えた。腐植率については、０．９ｗｔ％であり、変化は確認されなかった。この結果から、本発明の濃度測定システムは、土壌分析器として利用できることが確認された。
以上、実施例１から８により、本発明の濃度測定システムにより、可視域において濃度とＲＢＧで表すことができる色情報に相関がある無機物及び有機物については、その濃度を簡便に測定できることが示された。また、カリウムのように、懸濁液についても本発明の濃度測定システムで用いられる測定平面を用いることにより、効果的に濃度が測定できることが示された。
（実施例９）リコピンの分析
野菜中の有効成分であるリコピンを分析するため、トマトに含まれるリコピンの濃度測定効果を検証した。リコピンの濃度測定用検量線を作成し、トマトから抽出したリコピンの濃度を本発明の濃度測定システムにより測定した。リコピンの既存濃度は、試薬として購入したリコピンを所定の濃度に希釈し、これを高速液体クロマトグラフィーにより決定し、それぞれの濃度毎に準備した溶液を濃度測定システムの手順により測定、検量線を作成した。栽培された小玉トマト（播種４月、収穫９月）１０個をミキサーにより砕き、ジエチルエーテルとメタノールの混合抽出液により、リコピンを抽出した。抽出されたリコピンの濃度を本発明の濃度測定システムにより測定したところ１０ｍｇ／１００ｇであった。高速液体クロマトグラフィーで測定した結果は、１０．３ｍｇ／１００ｇであったため、良い結果が得られたと判断された。野菜中に含まれる養分について、測定できることが確認された。
（実施例１０）微生物試験
特許第５２５２７３７号に記載の除菌率測定方法を利用するため、微生物の調整を本発明の濃度測定システムにより実施した。微生物は、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ（大腸菌）、Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ（黄色ブドウ球菌）を用い、濃度として１．２×１０５個／ｍＬ及び２．４×１０５個／ｍＬとなるように、波長６３２ｎｍにおける吸光度がそれぞれ０．３及び０．６となる溶液を調整した。この波長６３２ｎｍの吸光度は、紫外可視分光光度計を用いて測定した。この時の溶液を本発明の濃度測定システムにより測定し、検量線を作成した。一方で、大腸菌及び黄色ブドウ球菌をそれぞれ１×１０５個／ｍＬ調整するために溶液を調整し、本発明の濃度測定システムにより濃度を確認した。この時表示された濃度は、１．０５５個／ｍＬであった。この溶液をシャーレ上においた標準寒天培地に塗布し微生物数を計測したところ、０．９〜１．２×１０５個／ｍＬの大腸菌及び黄色ブドウ球菌を確認した。この結果は微生物試験として良好な結果となった。この結果から、本発明の濃度測定装置で微生物の調整ができることが確認された。
（比較例１）
実施例１と同じ装置、基準平面、を用い、硝酸態窒素について分析を行った。この時、測定平面は置かなかった。
（既知濃度）
硝酸態窒素として、濃度１０、１５、２０、３０及び５０ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整した。この溶液に合同会社土づくり推進機構製発色液（硝酸態窒素用）規定量加え、発色させた。
（第一の撮像と濃度測定用検量線の作成）
発色させた既知濃度の溶液と基準平面、測定平面を撮像手段により撮像し、濃度測定用検量線を作成した。この濃度測定用検量線の傾きから、既知濃度と基準濃度色情報の関係式を得た。この時の相関係数は最も高いＧにおいても０．３０であり、十分な相関が確認されなかった。測定平面がないことによりセル背面が画像として処理されたことが原因と考えられた。
（比較例２）
実施例１と同じ装置、基準平面、測定平面を用い、硝酸態窒素について分析を行った。測定平面と光学セルの距離を０ｍｍとした。
（既知濃度）
硝酸態窒素として、濃度１０、１５、２０、３０及び５０ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整した。この溶液に合同会社土づくり推進機構製発色液（硝酸態窒素用）規定量加え、発色させた。
（第一の撮像と濃度測定用検量線の作成）
発色させた既知濃度の溶液と基準平面、測定平面を撮像手段により撮像し、濃度測定用検量線を作成した。この濃度測定用検量線の傾きから、既知濃度と基準濃度色情報の関係式を得た。この時の相関係数は最も高いＧにおいても０．６０であり、良い相関は得られなかった。また、特に高い濃度において、実施例１とは異なる結果が得られた。これは、光学セルと測定平面が離間していないため、濃い溶液において、よりＲＧＢ値が共に低くなったことが原因と考えられた。
（比較例３）
実施例１と同じ装置、基準平面、測定平面を用い、硝酸態窒素について分析を行った。測定平面と光学セルとの角度を−１０度とし、測定を行った。
（既知濃度）
硝酸態窒素として、濃度１０、１５、２０、３０及び５０ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整した。この溶液に合同会社土づくり推進機構製発色液（硝酸態窒素用）規定量加え、発色させた。
（第一の撮像と濃度測定用検量線の作成）
発色させた既知濃度の溶液と基準平面、測定平面を撮像手段により撮像し、濃度測定用検量線を作成した。この濃度測定用検量線の傾きから、既知濃度と基準濃度色情報の関係式を得た。この時の相関係数は最も高いＧにおいても０．６５であり、良い相関は得られなかった。特に低い濃度において、実施例１とは異なる結果が得られた。これは、測定平面の焦点のズレや色情報のバラツキが原因になったと考えられた。光学セルと測定平面が離間していないため、濃度の濃い溶液において、ＲＧＢ値が共に低くなったことが原因と考えられた。
（比較例４）
実施例１と同じ装置、基準平面、測定平面を用い、硝酸態窒素について分析を行った。撮像手段と光源の光軸の中心の角度を１４０度とし、試験を行った。
（既知濃度）
硝酸態窒素として、濃度１０、１５、２０、３０及び５０ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整した。この溶液に合同会社土づくり推進機構製発色液（硝酸態窒素用）規定量加え、発色させた。
（第一の撮像と濃度測定用検量線の作成）
発色させた既知濃度の溶液と基準平面、測定平面を撮像手段により撮像し、濃度測定用検量線を作成した。この濃度測定用検量線の傾きから、既知濃度と基準濃度色情報の関係式を得た。この時の相関係数は最も高いＧにおいても０．５２であり全体的にバラツキが大きくなった。これは、撮像時に光源からの光の影響が撮像手段に影響し、色情報のバラツキが原因になったと考えられた。
（比較例５）
実施例１と同じ装置、基準平面、測定平面を用い、硝酸態窒素について分析を行った。光学セルの下面と固定治具との距離を３ｍｍとした。
（既知濃度）
硝酸態窒素として、濃度１０、１５、２０、３０及び５０ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整した。この溶液に合同会社土づくり推進機構製発色液（硝酸態窒素用）規定量加え、発色させた。
（第一の撮像と濃度測定用検量線の作成）
発色させた既知濃度の溶液と基準平面、測定平面を撮像手段により撮像し、濃度測定用検量線を作成した。この濃度測定用検量線の傾きから、既知濃度と基準濃度色情報の関係式を得た。この時の相関係数は最も高いＧにおいても０．７であり、全体的にバラツキが大きくなった。これは、光学セルの下面と固定治具との距離を５ｍｍ以上としたところ、良好な結果が得られたことから、固定治具が光学セル下面に近いことが、このバラツキの原因と考えられた。
（比較例６）
実施例１と同じ装置、測定平面を用い、硝酸態窒素について分析を行った。光学セルの下面と固定治具との距離を３ｍｍとした。この際、基準平面を用いなかった。
（既知濃度）
硝酸態窒素として、濃度１０、１５、２０、３０及び５０ｍｇ／Ｌとなるように溶液を調整した。この溶液に合同会社土づくり推進機構製発色液（硝酸態窒素用）規定量加え、発色させた。
（第一の撮像と濃度測定用検量線の作成）
発色させた既知濃度の溶液と測定平面を撮像手段により撮像し、濃度測定用検量線を作成した。この濃度測定用検量線の傾きから、既知濃度と基準濃度色情報の関係式を得た。この時の相関係数は最も高いＧにおいても０．６５であり、全体的にバラツキが大きくなった。実施例1との比較から、本発明で用いた基準平面を利用する事が測定の誤差を低減していることが示された。
１ 濃度測定システム
２ 光源
２−１ 光源位置決め及び保持手段
３ 光学セル
４ 色情報
４A 基準平面
４B 測定平面
５ 被測定物
６ 筐体
７ 保持手段
８ 撮像装置
８Ａ 撮像手段
４１ 指示手段
本発明の濃度測定システムを利用すれば、未知濃度の物質の測定が容易になり、農業関連から食品関連業界でも利用範囲が広がる。

Claims (10)

  1. 被測定物である液体及び又は固体と、被測定物保持手段として光路長１ｍｍ以上１０ｍｍ以下で波長２２０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光を透過する光学セルと、前記光学セルを固定する治具及び又は固体を保持する治具と、被測定物の上部後方及び又は下部前方に置かれる少なくとも２つの異なる色情報を含む基準となる平面（基準平面と記すこともある）と、前記平面の色情報を与える位置を示す指示手段と、被測定物の背面に置かれ当該被測定物を介し被測定物と同時に画像として取得される平面（測定平面と記すこともある）と、光源と、前記指示手段により位置を示された前記少なくとも２つの異なる色情報を含む基準となる平面と前記被測定物の背面に置かれた平面を画像として同時に取得する撮像手段と、画像処理手段と、演算手段と、データ保存表示手段と、データ送信手段と、
    を持つ濃度測定システム。
  2. 前記被測定物の上部後方及び又は下方前方に置かれる少なくとも２つの異なる色情報を含む基準平面が、前記指示手段により位置を指示され、第１の色情報を与えるためにカーボンブラックを０％以上５０％未満含む着色剤を施した平面であり撮像手段により測定される色情報を数値として２５５分割した時、
    Ｒ（赤と記すこともある）で１００以上２５５以下、
    Ｇ（緑と記すこともある）で１００以上２５５以下、
    Ｂ（青と記すこともある）で１００以上２５５以下とし、
    基準平面の第２の色情報を与えるためにカーボンブラックを５０％以上９５％未満含み且つ前記第１の色情報を与えるカーボンブラック含有量と比べて１０％以上の含有量である着色剤を施した平面であり撮像手段により測定される色情報を数値として２５５分割した時、
    Ｒで１以上９９以下、
    Ｇで１以上９９以下、
    Ｂで１以上９９以下
    とし、
    ３以上の色情報を利用する場合には、第３の色情報を与えるために用いられるカーボンブラック量は、前記第１及び第２の色情報を与えるために用いられたそれぞれのカーボンブラック量と比べて１０％以上含有量に差がある基準平面である
    請求項１に記載の濃度測定システム。
  3. 前記被測定物の背面に置かれ当該被測定物を介し被測定物と同時に画像として取得される前記測定平面が色情報を与えるためにカーボンブラックを０％以上９５％未満含む着色剤を施した平面であり撮像手段により測定される色情報を数値として２５５分割した場合、
    Ｒで１以上２５５以下、
    Ｇで１以上２５５以下、
    Ｂで１以上２５５以下である
    請求項１乃至２のいずれか１項に記載の濃度測定システム。
  4. 前記撮像手段が、前記少なくとも２つの異なる色情報を含む基準平面と前記被測定物の背面に置かれた測定平面を画像として同時に取得できるデジタルカメラ、CCDカメラ、画像取得機能を持つメディアタブレット端末のいずれかから選択される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の濃度測定システム。
  5. 前記画像処理手段が、撮像手段により得られた前記少なくとも２つの異なる色情報を含む基準平面の画像からそれぞれの画像部位毎に取得した色情報を色情報毎にＲで１以上２５５以下、Ｇで１以上２５５以下、Ｂで１以上２５５のいずれかに変換し、このＲＧＢの数値情報を基準色情報とする手段と、
    少なくとも２つの異なる既知濃度の物質の液体及び又は固体とこれらの背面に置かれた前記測定平面の画像からそれぞれの画像部位毎に取得した色情報を色情報毎にＲで１以上２５５以下、Ｇで１以上２５５以下、Ｂで１以上２５５以下のいずれかに変換しこのＲＧＢの数値情報を基準濃度色情報とする手段と、
    少なくとも１点の未知濃度の物質の液体及び又は固体とこれらの背面に置かれた前記測定平面の画像と前記基準平面の画像とを同時に取得してそれぞれの画像を基に、
    当該測定平面部の画像から得られた色情報をＲで１以上２５５以下、Ｇで１以上２５５以下、Ｂで１以上２５５以下のいずれかに変換しこのＲＧＢの数値情報を補正前濃度色情報とする手段と、
    前記測定平面の画像と同時に取得された前記基準平面の画像をそれぞれの測定部位毎にＲで１以上２５５以下、Ｇで１以上２５５以下、Ｂで１以上２５５以下のいずれかに変換しこのＲＧＢの数値情報を測定用基準色情報とする手段を含む
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載の濃度測定システム。
  6. 前記演算手段が、前記基準色情報、前記基準濃度色情報、前記補正前濃度色情報、前記測定用基準色情報、前記既知濃度を用い、前記基準濃度色情報とそれぞれの基準濃度色情報を与えた前記既知濃度とから濃度に対する濃度測定用検量線を作成しこの濃度測定用検量線の傾きから（式１）を作成する工程と、
    測定用基準色情報と前記基準色情報とから補正検量線を作成しこの補正検量線の直線の傾きから（式２）を作成する工程と、
    前記補正前濃度色情報と（式３）により測定濃度色情報を算出する工程と、
    前記未知濃度の物質の濃度を前記測定濃度色情報と（式４）により算出する工程を実施する演算手段でありこれらの演算手段がプログラムもしくは手動の計算にて行える
    請求項１乃至５のいずれか１項に記載の濃度測定システム。
    （式１） 既知濃度 ＝ 基準濃度色情報 × α
    （式２） β ＝ 基準色情報 ÷ 測定用基準色情報
    （式３） 測定濃度色情報 ＝ β × 補正前濃度色情報
    （式４） 濃度 ＝ α × 測定濃度色情報
  7. 前記データ保存表示手段が前記基準色情報、前記基準濃度色情報、前記補正前濃度色情報、前記測定用基準色情報、前記既知濃度、前記濃度測定用検量線、前記補正検量線、
    前記測定濃度色情報、未知濃度の物質の前記濃度、（式１）、（式２）、（式３）及び（式４）を保存し、これらの一部もしくは全部の情報を表示する事ができる
    請求項１乃至６のいずれか１項に記載の濃度測定システム。
  8. 前記データ送信手段がインターネットを介した電子メール、電子データの送信及び有線による電子データの送信、電子データの記録媒体を介したデータ送信、及び赤外線通信のいずれかから選択される送信手段である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の濃度測定システム。
  9. 前記少なくとも２点の異なる既知濃度の物質を含む固体の背面に置かれた前記測定平面及び前記少なくとも１点の未知濃度の物質の固体の背面に置かれた前記測定平面の前記固体との面間距離が０ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、
    前記少なくとも２点の異なる既知濃度の物質を含む液体が入れられた光学セルの背面に置かれた前記測定平面及び前記少なくとも１点の未知濃度の物質を含む液体の入れられた光学セルの背面に置かれた前記測定平面の前記光学セルとの距離が１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり
    且つ前記光学セルの表面との距離が４ｍｍ以上４０ｍｍ以下であり、
    前記少なくとも２点の異なる既知濃度の物質を含む液体を入れた光学セル及び前記少なくとも１点の未知濃度の物質を含む液体を入れた光学セルの前後方向の角度が鉛直方向に対し角度マイナス（−と記すこともある）５度（°と記すこともある）以上角度プラス（＋と記すこともある）５度以下であり、これら光学セルの背面に置かれた測定平面と角度−５度以上角度５０度以下であり、
    前記取得される基準平面及び測定平面の被測定面の重心を頂点とした光源の中心軸と画像取得機能との角度が角度１度以上角度１３５度以下であり、
    前記基準平面及び前記測定平面の色情報を与える面積が１ｍｍ２以上５００ｍｍ２以下であり、測定される形状が円、楕円、三角形、四角形、六角形、八角形から選択される
    請求項１乃至８のいずれか１項に記載の濃度測定システム。
  10. 濃度を測定される物質が、鉄、マンガン、マグネシウム、リン、カルシウム、カリウム、フッ素、水素、塩素、六価クロム、ニッケル、アルミニウム、銀、金、銅、ホウ素、モリブデン、パラジウム、亜鉛、硝酸イオン、アンモニウムイオン、水素イオン、水酸化物イオン、リンゴ酸、アスコルビン酸、腐植物質、ヨウ素、リコピンのいずれか１つ及び又は鉄、マンガン、マグネシウム、リン、カルシウム、カリウム、水素、塩素、ニッケル、アルミニウム、銅、ホウ素、モリブデン、パラジウム、亜鉛、窒素の酸化物、及び又はアスコルビン酸、ヨウ素、メタンフェタミン及びその誘導体と形成される錯体、コリンエステラーゼと酢酸インドキシル又は５−ｂｒｏｍｏ−６−ｃｈｌｏｒｏ−３−ｉｎｄｏｘｙｌ ｂｕｔｙｒａｔｅ又は５−ｂｒｏｍｏ−６−ｃｈｌｏｒｏ−３−ｉｎｄｏｘｙｌ ｃａｐｒｙｌａｔｅ、５−ｂｒｏｍｏ−４−ｃｈｌｏｒｏ―３−ｉｎｄｏｘｙｌ ｐａｌｍｉｔａｔｅのいずれか一つと反応し発色する際にコリンエステラーゼの働きを阻害してこの発色を阻害する物質、大腸菌、黄色ブドウ球菌、酵母から選択される
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の濃度測定システム。


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