JP5801870B2 - 手持ち式蛍光光度計及び使用方法 - Google Patents

Description

本発明の実施態様は、概して液体試料を試験するための光学測定装置に関し、特に、液体試料中の１つ以上の物質の濃度を割り出してモニタリングするための蛍光センサ及び蛍光光度計に関する。

清浄化作業及び抗菌作業において、商業的ユーザ（例えばレストラン、ホテル、食品飲料工場、食料品店など）は、清浄化生成物又は抗菌生成物を効果的に作用させるためにその生成物の濃度を頼りにする。清浄化生成物又は抗菌生成物を（濃度の問題に起因して）効果的に作用させることに失敗すると、商業的ユーザはその生成物の品質が低いと感じることがある。末端消費者は、商業的ユーザが提供するサービスが劣っていると感じることもある。加えて、政府の規制官庁及び健康機関によって商業的ユーザが調査・制裁を受ける場合もある。従って、生成物濃度が指定の濃度範囲内にあるかどうかを割り出すことができるシステムが必要である。同じことが他の用途、例えばウォーターケア（water care)、害虫駆除、飲料ボトリング作業、及びパッケージング作業などに当てはまる。

生成物の濃度をモニタリングする１つの方法は、試料（及び試料中の生成物）が所定の光波長に曝されると発生する生成物の蛍光をモニタリングすることを頼りにする。例えば生成物中の化合物、又は生成物に添加された蛍光トレーサが所定の光波長に曝されると、蛍光を発し得る。次いで、蛍光光度計を使用して生成物濃度を割り出すことができる。蛍光光度計は、化合物の蛍光を測定して、測定された蛍光に基づいて化学物質濃度を計算する。

蛍光分光法が、関心事の試料によって発せられた蛍光を検出することに関わる。これは、光ビーム、通常は紫外線（ＵＶ）を使用することを伴う。光ビームは、試料中の所定の化合物の分子内の電子を励起して、これらがより低いエネルギーの光を発する（すなわち「蛍光を発する」）ようにする。発せられた蛍光を測定するためのいくつかの蛍光光度計がある。蛍光光度計は一般に、励起放射エネルギー源と、励起波長選択器と、試料材料を含有するための試料セルと、発光波長選択器と、信号プロセッサを備えた検出器と、読み出しデバイスとを有している。フィルタ蛍光光度計は、入射光と蛍光とを分離するために光学フィルタを使用する。蛍光分光光度計は、入射光と蛍光とを分離するために回折格子モノクロメータを使用する。

本発明の実施態様は、関心事の試料中に励起光を発し、次いで試料からの蛍光発光を検出して測定することができる浸漬可能なセンサ・ヘッドを有する手持ち式蛍光光度計の種々の設計に関する。手持ち式蛍光光度計の実施態様は有利には自己内蔵型であり、そして外部装置との連通を必要とすることなしに、手持ち式蛍光光度計は、励起光を発生させ、試料からの蛍光発光を検出・測定し、試料中の１つ以上の物質の濃度を計算し、且つ割り出された濃度をユーザに表示するのを可能にする構成部分を組み込んでいる。

本発明の１実施態様によれば、手持ち式コントローラ・モジュールと、コントローラ・モジュールに結合された浸漬可能なセンサ・ヘッドと、水試料を含有するための試料カップと、センサ・ヘッドの周りに試料カップを取り外し可能に固定するファスナとを有する手持ち式蛍光光度計が提供されている。手持ち式コントローラ・モジュールは、底面を有する細長いハウジングを含んでいる。コントローラ・モジュールはまた、検出された蛍光発光に基づいて水試料中の物質の濃度を割り出すコントローラと、濃度を表示するための、コントローラにカップリングされたディスプレイと、コントローラが使用するデータをユーザが入力するのを可能にする入力インターフェイスとを含む。浸漬可能なセンサ・ヘッドは、コントローラにカップリングされた光源及び発光検出器と、近位端、遠位端、及び長手方向軸線を有するハウジングとを含む。センサ・ヘッドはセンサ・ヘッド・ハウジングの近位端でコントローラ・モジュールの底面に結合されている。センサ・ヘッド・ハウジングはまた、光源からの励起光を前記センサ・ヘッド・ハウジング外部の分析領域へ透過させる光源窓と、分析領域からの蛍光発光を発光検出器へ透過させる検出器窓とを含む。ファスナは、試料カップ内に含有された水試料中に少なくとも光源窓と発光検出器窓とを浸漬することができ、且つ水試料がセンサ・ヘッド・ハウジング外部の分析領域を占めることができるように、センサ・ヘッドの周りに試料カップを取り外し可能に固定している。

本発明の別の態様によれば、手持ち式コントローラ・モジュールと、手持ち式蛍光光度計に結合された浸漬可能なセンサ・ヘッドとを含む手持ち式蛍光光度計が提供されている。手持ち式コントローラ・モジュールは、底面と第１端部と第２端部とを含む細長いハウジングを有しており、第１端部と第２端部との間にハウジングの長手方向軸線が延びている。コントローラ・モジュールはまた、検出された蛍光発光に基づいて水試料中の物質の濃度を割り出すコントローラを有している。コントローラ・モジュールはまた、特に、濃度を表示するためのコントローラにカップリングされたディスプレイを含んでいる。浸漬可能なセンサ・ヘッドは、特に、コントローラにカップリングされたＵＶ光源とＵＶ発光検出器とを含んでいる。センサ・ヘッドはまた、近位端と遠位端と有するハウジングを含み、近位端と遠位端との間でセンサ・ヘッドの長手方向軸線が延びている。センサ・ヘッドの長手方向がコントローラ・モジュール・ハウジングの長手方向に対してほぼ垂直であるように、センサ・ヘッドはセンサ・ヘッド・ハウジングの近位端でコントローラ・モジュール・ハウジングの底面に結合されている。センサ・ヘッドはまた、センサ・ヘッド・ハウジング内部のＵＶ光源からのＵＶ励起光をセンサ・ヘッド・ハウジング外部の分析領域へ透過させる光源窓と、分析領域からのＵＶ蛍光発光をセンサ・ヘッド・ハウジング内部のＵＶ発光検出器へ透過させる発光検出器窓とを含む。

本発明の別の態様によれば、物質からの蛍光発光を測定して水試料中の物質の濃度を割り出す方法が提供される。この方法は、手持ち式コントローラ・モジュールと、コントローラ・モジュールの底面にセンサ・ヘッドの近位端で結合された浸漬可能なセンサ・ヘッドとを有する手持ち式蛍光光度計を提供することを含む。この方法はまた、所定の濃度の物質を含有する水試料中にセンサ・ヘッドを浸漬し、次いでＵＶ励起光を発生させて水試料中に導き、これにより物質が蛍光を発するようにすることを含む。この方法はまた、水試料からのＵＶ蛍光発光を手持ち式蛍光光度計で検出し、検出されたＵＶ蛍光発光に基づいて水試料中の物質の濃度を手持ち式蛍光光度計で割り出すことを含む。

本発明の実施態様は、下記特徴及び／又は利点のうちの１つ以上を提供することができる。

いくつかの実施態様は、例えば励起ビーム方向に対して所定の角度（例えば９０度）で蛍光信号を測定するために効率的なマイクロ光学素子構造を組み入れることにより、感度が改善された改善型ＵＶ手持ち式蛍光光度計を提供する。いくつかの実施態様は、手持ち式コントローラ・ハンドルと、コントローラ・ハンドルに結合された（固定的に取り付けられ又はこれと一体的な）浸漬（ディップ）プローブとを組み合わせた有用な手持ち式蛍光光度計を提供する。従って、いくつかの事例では、ＵＶ手持ち式蛍光光度計をディップ・プローブとして使用して、開放水中の蛍光発光を測定することができる。いくつかの事例において、手持ち式蛍光光度計は、試料カップ内の水試料を測定するために、典型的な現場条件下で使用されることができる。実験室環境において使用する場合には、手持ち式蛍光光度計のいくつかの実施態様は、包含された試料カップ内又はガラス・ビーカー内又は他の容器内で蛍光発光を測定することができる。いくつかの事例において、手持ち式蛍光光度計を保持部材で繋止してフローセル内に挿入することにより、時間とともに変化する単一の試料又は多数の試料の濃度を連続的に測定することを可能にする。従って、いくつかの実施態様における手持ち式蛍光光度計の携帯可能且つ手持ち式の性質は、蛍光光度計のセンサ・ヘッドの配置に関してフレキシビリティを提供する。数例を挙げるならば、蛍光光度計は食器洗浄機、シンク、モップ・バケツ、洗濯機などの内部で容易に且つ好都合に使用することができる。

いくつかの実施態様は、蛍光トレーサ、例えばナフタレンジスルホネート（ＮＤＳＡ）からの蛍光を測定する際の改善された性能を提供する。いくつかの事例において、厚さ約０．５±０．２ｍｍのポリエステル膜フィルタ６１６が、手持ち式蛍光光度計内部の発光フィルタと光検出器との間に位置決めされている。このようなポリエステル膜を組み入れると、いくつかの事例では、迷光レベルを最小限にすることにより、１００ネフェロメトリック濁度単位（ＮＴＵ）という高濁度の試料中のＮＤＳＡ蛍光の測定が可能になる。

いくつかの実施態様は、温度測定を行うための手段であって、且ついくつかの事例では評価される特定の蛍光マーカーに基づいて温度を補償するための手段を備えたＵＶ手持ち式蛍光光度計を提供することによって、改善された精度を提供する。さらに、いくつかの実施態様は、ＵＶ手持ち式蛍光光度計の本体に繋止されることができる新規の試料カップを含むＵＶ手持ち式蛍光光度計を使用して、好都合な現場測定を可能にする。いくつかの事例では、試料カップは、水試料のためのリザーバとして役立ち、且つ、平らな支持面に置かれると蛍光光度計の所期位置を支持する。

以下の詳細な説明を読むことで、これらの特徴及び利点並びに他の様々な特徴及び利点が明らかになる。

下記図面は、本発明の具体的な実施態様を例示するものであり、従って本発明の範囲を限定するものではない。図面は、原寸に比例してはおらず（特に断りのない限り）、下記詳細な説明における説明と併せて用いられることが意図されている。本発明の実施態様を添付の図面と併せて以下に説明する。同様の符号は同様の要素を示している。

図１は、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式蛍光光度計の斜視図である。 図２は、本発明のいくつかの実施態様に基づく励起スペクトル強度及び発光スペクトル強度のプロットである。 図３は、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式蛍光光度計の分解図である。 図４は、本発明のいくつかの実施態様に基づく制御ボードの概略図である。 図５は、本発明のいくつかの実施態様に基づく光源ボードの斜視図である。 図６は、本発明のいくつかの実施態様に基づく発光検出器ボードの斜視図である。 図７Ａは、本発明のいくつかの実施態様に基づくセンサ・ヘッドの頂面斜視図である。 図７Ｂは、図７Ａのセンサ・ヘッドの底部斜視図である。 図７Ｃは、図７Ａのセンサ・ヘッドの斜視断面図である。 図８は、本発明のいくつかの実施態様に基づく、水試料中の物質濃度を割り出す方法を示すフローチャートである。 図９Ａは、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式蛍光光度計のコントロール・モジュールの側面図と試料カップの断面図とを示す図である。 図９Ｂは、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式蛍光光度計のコントロール・モジュールの側面図と試料カップの断面図とを示す図である。 図１０は、本発明のいくつかの実施態様に基づく試料カップの頂面斜視図である。 図１１は、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式蛍光光度計の側面図である。 図１２は、本発明のいくつかの実施態様に基づく試料カップ及びセンサ・ヘッドの断面図を含む手持ち式蛍光光度計の側面図である。 図１３は、本発明のいくつかの実施態様に基づく試料カップ及びセンサ・ヘッドの断面図を含む手持ち式蛍光光度計の側面図である。

下記の詳細な説明は本質的に模範例を示すものであり、本発明の範囲、適用性、又は形態を限定することは意図されていない。むしろ、下記説明は、本発明の模範的な実施態様を実施するためのいくつかの実際的な例を提供する。構造、材料、寸法、及び製造プロセスの例が、選択された要素のために提供され、他の全ての要素は本発明の分野における当業者に公知のものを採用する。記載の例の多くが種々様々な好適な代替物を有することは当業者に明らかである。

本発明の実施態様は概して、浸漬可能なセンサ・ヘッドを有する手持ち式光学測定装置と、このような装置の使用方法とを提供する。手持ち式光学測定装置の構成部分が手持ち式構造内に自己内蔵されることは有利であり、このことによって、種々様々な用途のための好都合なツールが提供される。本発明のいくつかの実施態様の場合、手持ち式蛍光光度計の形態を成す光学測定装置が提供される。本発明のいくつかの実施態様が手持ち式蛍光光度計に関連してここに記載されているが、言うまでもなく、本発明の態様は種々の光学測定装置（例えば濁度計、吸光度計など）において具体化されることができ、本発明はいかなる特定の装置形態にも限定されることはない。

図１は、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式蛍光光度計１００の形態を成す光学測定装置を示す斜視図である。蛍光光度計１００は一般に、手持ち式コントローラ・モジュール１０４に結合された浸漬可能なセンサ・ヘッド１０２を含んでいる。コントローラ・モジュール１０４はまた、センサの読み値及び計算値をユーザに表示するための電子ディスプレイ１１０と、キーバッド１１２の形態を成す入力インターフェイスとを含んでいる。キーパッド１１２は、ユーザが蛍光光度計１００と対話するのを可能にする（例えば変数の入力、パラメータの設計、メニューアイテムへのアクセスなど）。

いくつかの実施態様によれば、コントローラ・モジュール１０４は一般に細長いハウジング１０６を有している。このハウジングは、蛍光光度計１００を手によって容易に把持又は保持するためにハンドル又は棒状部材と同様の好都合な形態を提供している。センサ・ヘッド１０２は好ましくは水密ハウジングを含んでいる。水密ハウジングは、関心事の液体試料内に部分的又は全体的に浸漬されたときに、センサ・ヘッドが測定及びその他の機能を果たすのを可能にする。従って、いくつかの事例では、センサ・ヘッド１０２は、浸漬可能なディップ・プローブと同様のいくつかの要素及び／又は特徴を有している。例えば、本発明のいくつかの実施態様の場合、浸漬可能なセンサ・ヘッド１０２は米国特許第７，５５０，７４６号明細書及び米国特許出願公開第２００９／０２１２２３６号明細書（それぞれの明細書の内容全体は参照により本明細書中に組み込まれる）に記載されたものと同様の１つ以上の要素及び／又は構成部分を有している。浸漬可能なセンサ・ヘッド１０２の形態は、関心事の試料を含有する光学セルの外部にセンサ及び他の構成部分を位置決めする蛍光光度計及び他の光学機器といくつかの点で対比されることもできる。

いくつかの事例において、センサ・ヘッド１０２は、コントローラ・ハウジング１０６の、ディスプレイ１１０とは反対側の底面１０８に結合（例えば付着又は一体化）され、コントローラ・ハウジングの遠位端１２０に隣接して位置決めされている。典型的には、ユーザはコントローラ・ハウジングの近位端１２２の近くでコントローラ・ハウジング１０６を把持することにより、試料からの測定を行い、ディスプレイ１１０を読み、且つ／又はキーパッド１１２を操作することができる。例えば、センサ・ヘッド１０２を試料中に部分的又は完全に浸した状態で、（現場のリザーバ／容器内、実験室内のビーカー内などの）液体試料の表面の上方にコントローラ・モジュール１０４を保持することによって、ユーザはセンサ・ヘッド１０２を試料中に浸すことができる。いくつかの実施態様において、ユーザは、試料で満たされた試料カップを浸漬可能なセンサ・ヘッド１０２の周りに繋止しつつ、コントローラ・モジュール１０４の第２の端部を把持してもよい。もちろん、コントローラ・モジュール及びセンサ・ヘッドの他の形態が可能であり、本発明は特定の物理的形態に限定されない。

一般に、手持ち式蛍光光度計１００は最小限でも、関心事の物質（例えば化学溶液、例えば抗菌生成物又は清浄化生成物）を含む試料からの蛍光発光を測定し、試料中の物質の濃度を計算し、且つ割り出された濃度をユーザに表示する。ユーザは次いで任意には、割り出された濃度に基づいて所期の処置を施すことができ、例えば、物質をより多く産業用システムに添加することによって物質濃度を高めることができる。このように、蛍光光度計は手動フィードバック・ループの一部であり得る。濃度が閾値濃度よりも低い又は高いことを蛍光光度計が割り出す場合、ユーザは、その差異を見て、生成物のディスペンシング量をより多く又はより少なくすることによって、生成物のディスペンシング量を適宜に調節することができる。加えて、蛍光光度計は生成物切れアラームの一部として機能することもできる。生成物が切れると、（生成物濃度を反映する）蛍光が所定の閾値レベル未満に低下する。この時点で、センサはディスペンサが生成物切れであることをユーザに警告することができる。信号は視覚的又は聴覚的な信号又は振動信号であり得る。従って、このようなフィードバックは、所期効果（清潔、微生物の低減、潤滑など）を達成するのに十分なクリーナー、抗菌剤、又はその他の組成物が存在することを保証する。

蛍光光度計の基本作業はよく知られているため、様々な詳細は便宜上ここでは省かれる。一般に、蛍光光度計１００は物質の蛍光特性に基づいて、液体試料中の特定物質の濃度を計算する。本明細書中により詳細に説明するように、蛍光光度計１００は光源を含む。光源は、選択された波長範囲内の光を発する。センサ・ヘッド１０２が液体試料中に浸漬されると、光は関心事の物質の粒子に衝突する。光は、物質の特定分子における電子を励起して、電子が別の波長範囲内のより低いエネルギーの光を発する（すなわち蛍光を発する）ようにする。センサ・ヘッド１０２は光学センサ、例えば光検出器を含む。この光学センサは、蛍光発光を検出し、且つ蛍光発光強度を示す相応の電気信号を生成する。蛍光光度計１００は、光学センサとカップリングされたコントローラを含んでいる。コントローラは蛍光発光強度と物質濃度との既知の関係に基づいて物質濃度を計算することができる。

この一般的なプロセスの数多くの変更形及び具体的な詳細が、蛍光光度計に関する本発明の実施態様に対して考えられる。例えば関心事の物質は、蛍光特性を有する所期の化学溶液であってよい。その一例としては、殺生物剤、例えば殺虫生成物及び抗菌生成物、防食生成物、スケール防止生成物、ファウリング防止生成物、殺菌生成物、及び他の清浄化生成物、洗剤、及び添加剤などが挙げられる。便宜上、これらの、そしてその他のこのような物質は代わりに単に「生成物」、「化学溶液」、及び「処理溶液」などと呼ばれる。さらに、種々の産業用システム内に使用される冷却水の試料（例えば水試料）における水処理生成物又は溶液の濃度を割り出すことに関する例が本明細書中に提供されてはいるものの、手持ち式蛍光光度計１００が、水及び他の液体を処理するための数多くの環境内で使用される生成物の濃度を割り出す上で有用であることは言うまでもない。ほんの数例を挙げるならば、手持ち式蛍光光度計１００は、洗濯、自動食器洗浄、手動食器洗浄、サード・シンク(3^rd sink)用途、パワーシンク(power sink)用途、自動車の手入れ、現場のクリーニング作業、健康管理用途、硬質面用途などにおける１つ以上の物質の濃度を割り出すのに有用である。

センサ・ヘッド１０２から放射する光の存在下で、多くの生成物が蛍光を発する。なぜならば、生成物を形成する化合物の多くは蛍光特性を有しているからである。例えば、ベンゼン成分を有する化合物又は分子は、１つ以上の置換電子供与基、例えば−ＯＨ、−ＮＨ₂、及び−ＯＣＨ₃と、蛍光特性を呈する多環式化合物とを取り込むことができる。上記用途で使用される多くの化合物は、これらと同様の化学構造、例えば界面活性剤、潤滑剤、抗菌剤、溶剤、ヒドロトロープ、再付着防止剤、色素、腐食防止剤、及び漂白添加剤を含む。これらの化合物は、食器洗浄用洗剤、濯ぎ剤、洗濯用洗剤、現場クリーニング用クリーナー、抗菌剤、床コーティング剤、食肉、家禽及び魚介の屠体処理剤、農薬、自動車手入れ用組成物、水管理組成物、プール及び温泉のための組成物、無菌パッケージング組成物、及び瓶洗浄組成物などのような生成物中に組み入れられることができる。これらの化合物及び対応する用途のうちのいくつかの例を米国特許第７，５５０，７４６号明細書に見いだすことができる。この内容全体は参照により本明細書中に組み込まれる。

これに加えて、又はこれとは別に、蛍光トレーサ（ここでは「蛍光マーカー」とも呼ばれる）を、自然に蛍光を発する化合物を既に含む又は含まない生成物中に組み入れることができる。トレーサのいくつかの非限定的な例は、ナフタレンジスルホネート（ＮＤＳＡ）、２−ナフタレンスルホン酸、アシッド・イエロー７，１，３，６，８−ピレンテトラスルホン酸ナトリウム塩、及びフルオレセインを含む。いくつかの実施態様の場合、蛍光トレーサは生成物に周知の比率で添加され、ひいては一旦トレーサの濃度が割り出されると、生成物濃度を評価することが可能になる。例えば、いくつかの事例において、蛍光トレーサの濃度は、現在の蛍光信号と、較正手順中に測定された既知のトレーサ濃度からの蛍光信号とを比較することにより割り出すことができる。次いで、蛍光トレーサの既知の公称比率と、測定された蛍光濃度とから化学生成物の濃度を評価することができる。いくつかの事例において、液体試料中の現在の生成物濃度Ｃ_cを以下の式によって割り出すことができる。

Ｃ_c＝Ｃ_m×（Ｃ₀／Ｃ_f）

ここで、Ｃ_m＝Ｋ_m×（Ｓ_x−Ｚ₀）である。

ここで、Ｃ_mは現在の蛍光マーカー濃度であり、Ｋ_mは勾配補正係数であり、Ｓ_xは現在の蛍光測定値であり、Ｚ₀はゼロシフトであり、Ｃ₀は生成物の公称濃度であり、そしてＣ_fは蛍光トレーサの公称濃度である。

図２を参照すると、本発明のいくつかの実施態様に基づく励起スペクトル強度２０２及び発光スペクトル強度２０４のプロット２００が示されている。この例では、紫外線（ＵＶ）発光ダイオード（ＬＥＤ）の形態を成す光源を有する蛍光光度計は、約２８０ｎｍ〜約３１０ｎｍの励起光を、蛍光トレーサが添加された生成物を有する冷却塔水の試料中に発する。添加されたＮＤＳＡはこのＵＶ線を吸収して約３１０ｎｍ〜約４００ｎｍの蛍光を生成する。蛍光光度計の発光検出器は、この発光放射線を検出し、蛍光光度計はＮＤＳＡトレーサの濃度を割り出し、そして最終的には冷却塔水試料中の生成物濃度を割り出す。

図３は、図１に示された手持ち式蛍光光度計と同様の手持ち式蛍光光度計３００の分解図である。蛍光光度計３００は一般に、コントローラ・モジュール部分３０３に結合された浸漬可能なセンサ・ヘッド３０１を含んでいる。コントローラ・モジュール部分３０３は、ハウジングと、ハウジング内部のいくつかの構成部分とを含んでいる。ハウジングは上側部分３０２と下側部分３０４とから形成されていて、コントローラ・ハウジングの下側部分３０４は下側部分の外側の底面３０５を画定している。センサ・ヘッド３０１はセンサ・ヘッド・ハウジング３１６を含んでいる。センサ・ヘッド・ハウジング３１６は、コントローラ・ハウジングの底面３０５に固定的に取り付けられるように形成されている。いくつかの実施態様において、センサ・ヘッド・ハウジング３１６は、コントローラ・ハウジングの１つ以上の部分と一体的に形成されていてよい。

いくつかの実施態様において、コントローラ・モジュール３０３は一般に、センサ・ヘッド３０１から受信された信号に基づいて生成物濃度を割り出すのに必要な構成部分を含む。図３に示されているように、コントローラ・モジュール３０３は制御ボード３０６を含んでいる。制御ボードは、ディスプレイボードケーブル３１２を介してディスプレイボード３０８とカップリングしている。ディスプレイボード３０８は電子ディスプレイ３０９（例えばＬＣＤスクリーン）を含んでいる。電子ディスプレイ３０９は情報をユーザに表示する。コントローラ・モジュール３０３はまた、メンブレン・キーパッド・オーバーレイ（membrane keypad overlay）３１０の形態を成す入力インターフェイスを含んでいる。メンブレン・キーパッド・オーバーレイは、ユーザがコントローラ・モジュール３０３によって種々様々な情報を入力するのを可能にする。コントローラ・モジュール３０３は、ポータブル電源、例えば蛍光光度計３００内の回路に給電するためのバッテリ３１４も含んでいる。

いくつかの実施態様において、浸漬可能なセンサ・ヘッド３０１は、共通の譲受人を持つ米国特許第７，５５０，７４６号明細書及び米国特許出願公開第２００９／０２１２２３６号明細書（それぞれの明細書の内容全体は参照により本明細書中に組み込まれる）に記載されたものと同様の１つ以上の要素及び／又は構成部分を有している。図３に戻ると、いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド３０１はハウジング３１６を含んでいる。このハウジングは、光源ボード３２０と発光検出器ボード３２２とを収納している。第１のＯリング３１８が、センサ・ヘッド・ハウジング３１６とコントローラ・ハウジングの下側部分３０４との間にシールを形成する。光源ボード３２０及び発光検出器ボード３２２上の構成部分は黄銅管３２６によって遮蔽されている。黄銅管３２６はそれぞれのボードを実質的に取り囲んでいる。それぞれの管３２６は管の遠位端に切欠きを含んでおり、センサ・ヘッド・ハウジング３１６は、ハウジングを通って延びる窓３３０を含んでいる。これらの切欠き及び窓３３０は、光源ボード３２０上に位置決めされた光源（例えばＬＥＤ）と、発光検出器ボード３２２上に位置決めされた発光検出器（例えば光検出器）とがセンサ・ヘッド・ハウジング３１６の外側の分析領域と連通するのを可能にする。電気ケーブル３２４が光源ボード３２０及び発光検出器ボード３２２を制御ボード３０６にカップリングする。制御ボード３０６は、ボード３０６上のコントローラが光源を制御し且つ発光検出器から戻った信号を受信するのを可能にする。いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド３０１は１つ以上の温度センサも含んでいる。これらの温度センサは水試料の温度を測定することができる。例えば光源ボード３２０及び／又は発光検出器ボード３２２は、センサ・ヘッド・ハウジング３１６内に延びる１つ以上の温度センサを含んでいてもよい。付加的なＯリング３３４とともに、センサ・ハウジング３１６の遠位面内に位置決めされたカバー３３２が、温度センサの周りにシールを形成する。

図４は、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式蛍光光度計のための制御ボード４００の概略図である。制御ボード４００は、プリント回路板４０１上に位置決め（例えばはんだ付け）されて一緒にカップリングされた（接続は図示されていない）数多くの別個の構成部分を含むことができる。図４は、１つの模範的な制御ボード４００の基礎構成部分の単純化された概略図を示しており、当業者には明らかなように、構成部分間の種々の接続及び／又は構成部分に関する細部は変化しうる。制御ボード４００はコントローラ４０２を含んでいる。コントローラ４０２は、発光検出器からの強度信号に基づいて水試料中の生成物濃度を計算する。コントローラ４０２は種々様々な他の機能を提供し得る。これらの機能の一例としては、較正ルーティンを実施すること、入力インターフェイスで入力された指示を受け入れて実行すること、及び／又は蛍光光度計のディスプレイ上の表示のためのデータをフォーマットすることが挙げられる。コントローラ４０２は、任意の好適な形態、例えばソフトウェア駆動型マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、又は固定ハードウェア・デザイン、例えば特定用途向け集積回路などの形態で具体化されることができる。加えて、コントローラ４０２は内蔵メモリを有していてよく、或いは、制御ボードは、コントローラ４０２による実行のための指示を保存するメモリ（図示せず）を有していてよい。

制御ボードは、制御ボード４００を電源、例えば図３に示されたバッテリ３１４に接続するためのコネクタ４１０を備えた電力ケーブルも含んでいる。制御ボード４００はまた、コントローラ給電部４１２と、アナログ給電部４１４と、センサ・ヘッド内の光源に給電するための光源給電部４１６とを含む。いくつかの実施態様の場合、制御ボード４００は、リアルタイム・クロック・バッテリ４１８と、ロックイン増幅器４２０と、基準フォトダイオード増幅器４２２と、ディスプレイボード４２４と光源ボード４０４と発光検出器ボード４０６とのためのコネクタとを含んでいる。いくつかの場合、制御ボード４００は、音響器４２６と、ＵＳＢ又はその他のタイプのデータ・コネクタ４２８と、他のコンピューティング・デバイスと交信するための無線手段４３０と、任意のアナログ出力部４３２及び論理出力部４３４とを有していてもよい。

図５は、本発明のいくつかの実施態様に基づく光源ボード５００の斜視図である。光源ボード５００（図３には符号３２０としても示されている）は一般にプリント回路板５０２を含み、プリント回路板５０２は、前置増幅器５０８と、光源ボード５００を制御ボードにカップリングするためのコネクタ５１０とともに、光源５０４と、基準フォトダイオード５０６とを有するプリント回路板５０２を含んでいる。励起フィルタ５１２が、光源５０４からの光を、光が浸漬可能なセンサ・ヘッドから出る前にフィルタリングすべく、フィルタ・ホルダ５１４によって光源５０４の上に位置決めされる。光源５０４は、考えられ得る種々様々な要素を含むことができる。例えば光源５０４はガス放電ランプ、水銀ランプ、重水素ランプ、金属蒸気ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、又は複数のＬＥＤであってよい。加えて、光源５０４は、選択された要素及び所望のスペクトルに応じて、考えられ得る数多くのスペクトルの励起放射線を発することができる。いくつかの実施態様では、光源は波長約２８０ｎｍ〜約３１０ｎｍの光を発することができる紫外ＬＥＤである。

図６は、本発明のいくつかの実施態様に基づく発光検出器ボード６００を示す斜視図である。検出器ボード６００は一般に、プリント回路板６０２上に位置決めされた発光検出器６０４を含む数多くの構成部分を含んでいる。本発明のいくつかの実施態様の場合、発光検出器６０４はＵＶ感光性フォトダイオードを含む。例えば、検出器６０４は、センサ・ヘッドの外側の分析領域から検出された約３１０ｎｍ〜約４００ｎｍの光に基づいて強度信号を生成することができる。検出器ボード６００はまた、前置増幅器６０６と温度センサ６０８とを含んでいる。発光検出器６０４の周りに位置決めされた発光フィルタ・ホルダ６１０が、放射エネルギーをスクリーニングし、所期波長を通過させて検出器６０４に送るための１つ以上のフィルタを支持している。図６に示された実施態様の場合、フィルタは干渉フィルタ６１２とＵＧ−１１ガラス・フィルタ６１４とを含む。いくつかの実施態様の場合、付加的なポリエステル膜フィルタ６１６も発光検出器６０４の前に位置決めされている。いくつかの事例において、ポリエステル膜フィルタ６１６の厚さは約０．５±０．２ｍｍである。いくつかの事例では、光学設計が光学効率の増大をもたらすことができる（例えばボール・レンズ、高発散ビームなどの使用）が、高い効率及びコリメート・ビームに対する高い拒絶値を有する干渉フィルタの性能が犠牲になることもある。このようなポリエステル膜を組み入れると、いくつかの事例では、散乱光レベルを最小化することにより、１００ネフェロメトリック濁度単位（ＮＴＵ）という高い濁度の試料中のＮＤＳＡ蛍光の測定を可能にすることができる。

図７Ａ〜７Ｃは、前述のような手持ち式蛍光光度計のコントローラ・モジュールに取り付けられることができる、本発明のいくつかの実施態様に基づく別々の浸漬可能なセンサ・ヘッド７００を示す種々の図面を示す。図７Ａはセンサ・ヘッド７００の頂面斜視図である。図７Ｂはセンサ・ヘッド７００の底部斜視図である。図７Ｃは図７Ａのセンサ・ヘッド７００の斜視断面図である。センサ・ヘッド７００は、プラスチックから形成されることができ、且つ所望の形状及び特徴を得るように成形且つ／又はミリングされることができる。

一般に、センサ・ヘッド７００は、第１の鉛直方向のキャビティ又はチャンバ７１２を含むハウジング７０２を含んでいる。第１の鉛直方向のキャビティ又はチャンバ７１２は、光源回路ボード（例えば図３の符号３２０又は図５の符号５００の光源ボード）を受容するように形成されている。いくつかの事例において、光源チャンバ７１２は円筒形態を有するように形成されている。円筒形態は、図３に示された円筒形黄銅シールド３２６のための滑り嵌めを提供することができる。いくつかの実施態様の場合、光源チャンバ７１２は、チャンバ７１２の１つの側面に沿って平面状の壁７２６を含む部分円筒形態を有している。図７Ａ〜７Ｃに戻ると、センサ・ヘッド・ハウジング７０２は、光源チャンバ７１２と同様に、発光検出器回路ボード（例えば図３の符号３２２又は図６の符号６００）の発光検出器ボードを受容するための第２の鉛直方向のキャビティ又はチャンバ７１４を含んでいる。いくつかの事例において、光源チャンバ７１２及び発光検出器チャンバ７１４は、センサ・ヘッド７００の長手方向軸線７０８を中心として対称に形成して位置決めされることができるが、このことは全ての実施態様において必要とされるわけではない。

センサ・ヘッド・ハウジング７０２はさらに、ハウジング７０２の外面内に所定の角度を成すアングル状切欠き７５２を含んでいる。いくつかの実施態様の場合、切欠き７５２の角度はほぼ９０度であるが、言うまでもなく本発明は切欠きのための特定の角度に限定されることはない。切欠き７５２は、センサ・ヘッド７００の長手方向軸線で第２壁７５６と交差する第１壁７５４によって仕切られている。第１壁７５４は光源窓７２０を画定する。光源窓７２０は、光源によって発せられた励起エネルギーのための、第１壁７５４を貫通する通路を提供する。第２壁７５６も同様に発光検出器窓７２２を画定し、この発光検出器窓７２２は、蛍光発光がセンサ・ヘッド・ハウジング７０２内部に配置された発光検出器に達するように、第２壁７５６を貫通する通路を提供する。いくつかの実施態様では、光源窓７２０及び／又は発光検出器窓７２２はセンサ・ヘッド・ハウジング７０２を通って延びるチャネルを含んでいる。いくつかの実施態様の場合、窓７２０，７２２は、レンズ、プリズム、又は光源放射線及び／若しくは蛍光発光に対して光学的に透明な他の材料を含んでいる。例えばいくつかの実施態様の場合、それぞれのチャネル内部にはガラス又はサファイアのボール・レンズが位置決めされている。当業者に知られた他の好適な材料を使用してもよい。ボール・レンズは、光源／検出器窓を提供し、さらに、光源／検出器と、センサ・ヘッド７００のハウジング７０２の外側の分析領域７５０との間で光を導くための集束手段も提供する。

図示のように、光源窓７２０及び発光検出器窓７２２を含むアングル状切欠き７５２は、アングル状切欠き及び窓がコントローラ・モジュールの遠位端に面するように、コントローラ・モジュールに対して配向されている。本明細書中にさらに論じるように、アングル状切欠き及び窓はいくつかの実施態様において、異なる方向に配向されていてよい。例えば、いくつかの実施態様において、アングル状切欠き及び窓は、コントローラ・モジュールの近位端に向いている。

いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド７００は近位端７０４と遠位端７０６とを含んでいる。これらの間には、長手方向軸線７０８とセンサ・ヘッド７００の長さ部分とが延びている。図１及び３に示されているように、いくつかの実施態様では、センサ・ヘッド７００は、センサ・ヘッド７００の近位端７０４又はその近くで、コントローラ・モジュール・ハウジングの底面に結合されている。いくつかの事例では、センサ・ヘッド７００はコントローラ・ハウジングにファスナによって固定的に取り付けられている。ファスナは例えばねじ、ボルト及び／若しくはピン、又は接着剤又は溶接（図示せず）を含むことができる。いくつかの実施態様において、センサ・ヘッド７００は４つのねじで繋止されている。これらのねじは、センサ・ヘッド７００とコントローラ・モジュールとの間の溝７１０内に位置決めされたＯリングを圧縮する。いくつかの実施態様において、センサ・ヘッド・ハウジング７０２はコントローラ・モジュールと一体的に形成されて、センサ・ヘッドの近位端７０４とコントローラ・モジュールの底面とが継ぎ目なしに移行するようになっていてもよい。

いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド７００はファスナの一部又は全ても含んでいる。ファスナはセンサ・ヘッド７００の周りに試料カップを取り外し可能に固定する。ただ１つの例として、ファスナは、センサ・ヘッド・ハウジング７０２の周りに位置決めされた１つ以上のピン７４０と、試料カップ上の対応スロットとを含んでいてよい。いくつかの実施態様の場合、ピン７４０とスロットとはバヨネット式ファスナを形成する。バヨネット式ファスナは、試料カップをセンサ・ヘッドの周りに繋止し、且つ試料カップをセンサ・ヘッド７００の周りに好ましい配向に方向付ける（例えば回転）。他のファスナ（例えばねじ山、対向する加圧要素など）を含むこともできる。

いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド７００はまた、図３に示されているような、１つ以上の温度センサ・カバーを挿入するための穴７３０を含んでいる。図７Ａ〜７Ｃに戻ると、穴７３０は、ねじ山を有しているか、或いは温度センサ・カバーを受容して繋止するように他の形で形成されていてよい。（図７Ａ〜７Ｃには示されていない）温度センサは、現在の水試料温度を検知し、そして対応信号を生成するように適合されている。対応信号は、例えば許容範囲外の温度に起因するエラーに基づいて濃度計算を補正するために使用されることができる。

加えて、センサ・ヘッド７００は好ましくは浸漬可能なセンサ・ヘッドである。浸漬可能なセンサ・ヘッドは、蛍光発光を測定するときにこれが水試料表面よりも下方に部分的又は全体的に浸漬されることを意味する。従って、センサ・ヘッド・ハウジング７０２、すなわちコントローラ・ハウジングへの結合部、及びハウジング７０２内の窓又はその他の潜在的な空所（void）は、浸漬前に事実上シールされる。例えばいくつかの場合、ハウジング７０２は、センサ・ヘッドの近位端７０４に第１のＯリング溝７１０を含み、且つ温度センサ穴７３０の周りに第２のＯリング溝７３２を含んでいる。試料カップを含むいくつかの実施態様において、センサ・ヘッドの近位端７０４の近くでセンサ・ヘッド７００の周囲に第３のＯリング溝７４２を形成することにより、試料カップとセンサ・ヘッド７００との間に実質的に不透過性のシールを提供する。加えて、光源窓７２０及び発光検出器窓７２２はＯリングなどでシールされてもよい。いくつかの実施態様では、光源窓７２０及び発光検出器窓７２２は、窓チャネルとチャネル内部に配置されたボール・レンズとの間の圧力嵌めに基づいてシールされている。

図８は、本発明のいくつかの実施態様に基づく、水試料中の物質の濃度を割り出す方法を示すフローチャートである。一般に、蛍光光度計は生成物内の活性分子の蛍光発光を測定する。蛍光発光は水試料中の実際の生成物濃度に対して比例する。コントローラ・モジュールと、コントローラ・モジュールに結合されたセンサ・ヘッドとを有する手持ち式蛍光光度計を提供した（８０２）後、関心事の生成物を含有する水試料を提供する。センサ・ヘッドを水試料中に浸漬し（８０４）、水試料はセンサの分析領域を占有する。次に第１ＵＶ波長を有する紫外（ＵＶ）励起光を、センサ・ヘッド内の光源によって発生させて、これを水試料及び分析領域内へ導く（８０６）。次いでセンサ・ヘッドが第２ＵＶ波長で試料の蛍光発光を検出して測定する（８０８）。センサ・ヘッドはコントローラを含む（例えば図４の符号４０２）。コントローラが、測定された蛍光発光に基づいて試料中の生成物濃度を計算する（８１０）。第１波長は２８０〜３１０ｎｍであってよい。第２ＵＶ波長は３１０ｎｍ〜４００ｎｍであってよい。センサは第１波長で試料の基準蛍光発光を測定してもよい。センサは、化学物質濃度がゼロであるゼロ溶液の蛍光発光を測定してもよい。この場合、試料中の化学物質濃度は、化学物質を含有する試料の測定された蛍光発光と、ゼロ溶液の測定された蛍光発光との計算された差に基づいて計算されることができる。試料濃度は、較正試料中の既知の生成物濃度に対して割り出された較正定数に基づいて計算されてもよい。

一例として、いくつかの場合、２つのＵＶ検出器からの信号に基づいて試料濃度を評価することができる。基準検出器が、光源によって発生せしめられたＵＣ励起の強度を測定するのに対して、蛍光発光検出器が、生成物によって発せられた蛍光発光の強度を測定する。計算は下記の式を使用する。

ここで、Ｃｃは試料溶液中の生成物Ｘ（例えば界面活性剤、抗菌剤など）の実際の現在の濃度である。

Ｋ_xは較正係数である。

は、試料溶液に対応する発光検出器からの出力信号である。

は、試料溶液に対応する基準検出器からの出力信号である。

は、ゼロ溶液（すなわち、生成物濃度がゼロである溶液）に対応する発光検出器からの出力信号である。

は、ゼロ溶液に対応する基準検出器からの出力信号である。

ここで、Ｃ_CALIBRは、較正溶液中の生成物の濃度である。

は、較正溶液に対応する発光検出器からの出力信号である。

は、較正溶液に対応する基準検出器からの出力信号である。

図４を参照して上述したように、手持ち式蛍光光度計内部のコントローラ４０２は、発光検出器からの強度信号に基づいて試料中の生成物濃度を計算することができる。いくつかの実施態様では、コントローラ４０２は、上記関係を用いて、較正定数、ゼロシフト、及び／又は励起基準信号に基づいて生成物濃度を計算してもよい。コントローラのための動作指示はボード上に又は別個のメモリ内に保存されることができる。この点において、メモリは、プログラム指示を含むコンピュータ可読媒体であってよい。これらのプログラム指示によって、コントローラは、指示に帰する機能のうちのいずれかを提供し、そしてここに記載した方法のうちのいずれかを実施するようになる。コントローラは、発光検出器及び／又は基準検出器から得られた生の蛍光データと、他の関連データとをメモリ内に保存してもよい。コントローラは任意の計算された蛍光値及び／又は濃度データをメモリ内に保存してもよい。

上述のように、本発明のいくつかの実施態様において、センサ・ヘッドを水試料中に手で降下させることにより、手持ち式蛍光光度計によって蛍光測定値を求めることができる。例えば、ユーザがコントローラ・モジュールを把持して浸漬可能なセンサ・ヘッドを液体試料中に一時的に浸すことで、センサ・ヘッドは試料中に部分的又は完全に浸漬され、水試料はセンサ・ヘッド窓の近くの分析領域を占めるようになる。ここで図９〜１２に眼を転じると、いくつかの実施態様において、浸漬可能なセンサ・ヘッドの周りに水試料を含有するように試料カップが提供されている。いくつかの実施態様において、測定値を求めるには、約５ｍｌ〜約２０ｍｌの小さな体積の水があれば十分である。このような手持ち式蛍光光度計は、このように携帯性が極めて高く、水試料源から取り出された状態で、蛍光を測定して水流中の生成物濃度を割り出すことができる。例えば、手持ち式蛍光光度計を、現場又は実験室環境において蛍光発光を測定するために使用することができる。

本発明の実施態様はこのように、伝統的なセル・ベースの蛍光光度計（例えば光学的に透明なセル内部に水試料が入れられる）のターゲットとなるものと同様の数多くの用途において有用である。しかしながら、本発明の実施態様は、セル・ベースの蛍光光度計を凌ぐ数多くの利点を提供する。例えば、セル・ベースの蛍光光度計は、セル内部の水の特性を測定するために、セル外部に配置された器具類に頼るのに対して、本明細書中に記載されている手持ち式蛍光光度計のセンサ・ヘッドは、水試料中に浸漬することができる。従って、本明細書中の手持ち式蛍光光度計は、引掻き傷又はファウリング（fouling）に起因する信号劣化のような、光学セルに関連する欠点を回避する。同様に、小さな面積の光源窓及び発光検出器窓の小さな範囲の最小限の清浄化が、光学セルについて通常必要とされる時間がかかる清浄化又は交換と対照を成しうる。加えて、本発明の実施態様では、水試料が光源窓／発光検出器窓のすぐ近くにあり、このことが光源窓／発光検出器窓と水試料内部の生成物との間の移動距離を劇的に短くすることに部分的に起因して、感度が高められる。従って、本発明の実施態様においてもたらされた高められた感度は、極めて低濃度の生成物（例えば数ｐｐｍ）を測定すること並びに／又は色度及び／若しくは濁度が高い水試料内部の生成物の濃度を測定することに有用である。

図９Ａは、本発明のいくつかの実施態様に基づく浸漬可能なセンサ・ヘッド９０４に結合されたコントローラ・モジュール９０２を有する手持ち式蛍光光度計９００Ａの側面図である。蛍光光度計９００Ａはまた、浸漬可能なセンサ・ヘッド９０４の周りに水試料９０８を含有するように適合された取り外し可能な試料カップ９０６を備えている。試料カップ９０６はセンサ・ヘッド９０４の周りにファスナ（図９Ａ〜９Ｂには示されていない）で取り外し可能にカップリングされるか又は固定されている。いくつかの実施態様の場合、試料カップ９０６はコントローラ・モジュール９０２及びセンサ・ヘッド９０４から完全に分離可能である。このことは、ユーザが水試料を取得するためにカップを蛍光光度計から容易に取り外すことを可能にする。例えば、ユーザは、試料カップを外し且つ取り出し、次いで水試料をカップ内に注ぎ、又はカップを使用してより大きいリザーバ又は容器から水試料をすくうことができる。いくつかの実施態様の場合、試料カップがセンサ・ヘッドの周りに固定され、センサ・ヘッド９０４が試料カップ内部の空気及び水を押し退けるのに伴って、空気が試料カップから逃れる。このことは、試料カップ内部に捕捉されて蛍光測定値に影響を与え得る空気のポケットを低減又は排除することを助ける。いくつかの事例において、Ｏリング９１０又はその他のシーリング・メカニズムは、試料カップ９０６がセンサ・ヘッド９０４の周りに完全に取り付けられたときに、水試料を試料カップ９０６内部に含むことを助けることができる。しかし、いくつかの実施態様の場合、さらに空気が試料カップから逃れるのを可能にするために、試料カップ９０６はセンサ・ヘッド９０４の周りにシールされない場合がある。

十分な体積の水試料９０８を取得した後、ユーザは、試料カップ９０６をセンサ・ヘッド９０４の周りに固定して、測定プロセスを開始することができる。水試料９０８が十分な体積を有している（例えばカップが全体的に充填された）と想定すると、光源窓９１２及び（図９Ａには示されていない）発光検出器窓は水試料９０８中に浸漬され、水試料９０８は光源窓及び発光検出器窓の近くの分析領域９１４を占めることになり、このことは、蛍光光度計９００Ａが水試料９０８内の１つ以上の生成物の濃度を割り出すことを可能にする。測定完了後には、水試料９０８を廃棄し、試料カップ９０６をセンサ・ヘッド９０４の周りに再び固定することができる。従って、試料カップ９０６は、蛍光光度計９００Ａが使用されていないときには、センサ・ヘッド９０４のための保護容器を提供することもできる。いくつかの実施態様の場合、試料カップ９０６は、剛性プラスチックから形成されている。剛性プラスチックは、センサ・ヘッド９０４のための耐久性のある頑丈な保護シェル又は保護カバーを提供する。例えば、いくつかの事例では、試料カップ９０６はポリカーボネート、ＰＶＣ、又はポリプロピレンから成っていてよい。いくつかの実施態様の場合、試料カップ９０６は、透明なポリカーボネート、グレイのＰＶＣ、又は黒色のポリプロピレンから成っている。当業者に知られている、同様の特性を有する他の材料も考えられる。

引き続き図９Ａを参照すると、いくつかの実施態様では、センサ・ヘッド９０４は、近位端９４０と遠位端９４２とを有するハウジングを含んでおり、近位端９４０と遠位端９４２との間には、センサ・ヘッド９０４の長さ部分及び長手方向軸線９４４が延びている。本明細書中に前述したように、いくつかの事例では、センサ・ヘッド９０４はコントローラ・モジュール９０２の底面に結合されている（例えば固定され又は一体的に形成される）。コントローラ・モジュール９０２は近位端９３０と遠位端９３２とを有する細長いハウジングを含んでいる。近位端９３０と遠位端９３２との間には、コントローラ・モジュールの長さ部分及びコントローラ・モジュール９０２の長手方向軸線９３４が延びている。図９Ａに示されているように、いくつかの実施態様では、センサ・ヘッド９０４は、コントローラ・モジュール・ハウジングの遠位端９３２に近接して、コントローラ・モジュール・ハウジングの底面に結合されている。このような構造は、ユーザが蛍光光度計９００Ａを手によって容易に把持するのに好都合な形態を提供することができる。もちろん、コントローラ・モジュール及びセンサ・ヘッドのための他の構造も可能であり、本発明は特定の構造に限定されるものではない。

いくつかの実施態様において、試料カップ９０６とコントローラ・モジュールとは、蛍光光度計９００Ａのために実質的に安定なベースを支持面９６０上に形成するように結合する。図９Ａを参照すると、例えば試料カップ９０６の底部９７０は、支持面９６０上の第１の足場を提供することができ、コントローラ・モジュール９０２の近位端９３０は第２の足場を提供することができる。いくつかの事例において、試料カップ９０６及び／又はコントローラ・モジュールの近位端９３０の形状は、ほぼ平らな足場を提供するように形成されていてよい。例えば、コントローラ・モジュールの近位端９３０の底部の角部は所定の角度が付けられていてよく、これに対して試料カップ９０６の底部９７０も角度が付けられていてよい。

言うまでもなく、試料カップ９０６及びコントローラ・モジュール９０２の形状は、支持面９６０上における蛍光光度計９００Ａの数多くの定置の構造及び／又は配向を提供するために、変更が加えられることができる。例えば、いくつかの実施態様において、コントローラ・モジュールの長手方向軸線９３４は定置位置で支持面９６０に対して角度が付けられる。支持面９６０に対する配向角度９７２はいくつかの実施態様において、蛍光光度計９００Ａが支持面９６０上に載置されているときに、コントローラ・ディスプレイの好都合な視角を提供することができる。角度９７２は、支持面９６０の上方のセンサ・ヘッド高さに有利に適応することもできる一方で、コントローラ・モジュールにカップリングされた付加的な構造を必要とすることなしにほぼ安定なベースをも提供する。いくつかの事例において、角度９７２は約０度〜約４５度であってよい。いくつかの実施態様の場合、角度９７２は約１０度〜約３０度であってよい。いくつかの実施態様の場合、角度９７２は約２５度〜約３５度であってよい。いくつかの実施態様の場合、角度９７２は約３０度であってよい。言うまでもなく、他の角度も可能である。

本発明のいくつかの実施態様において、センサ・ヘッド９０４とコントローラ・モジュール９０２との間の取り付け配向を、支持面９６０上の所期傾斜位置を蛍光光度計９００Ａに提供するように設定することができる。例えば、図９Ａを参照すると、センサ・ヘッド９０４の長手方向軸線９４４がコントローラ・モジュールの長手方向軸線９３４と第１角度９５０を成すように、センサ・ヘッド９０４はコントローラ・モジュール９０２に結合されている。いくつかの実施態様において、角度９５０は約６０度〜約９０度であってよい。図９Ａに示されているように、角度９５０は約９０度である。

図９Ｂに眼を転じると、図９Ａに示されたのと同じ構成部分の多くを有する蛍光光度計９００Ｂが示されている。この例では、コントローラ・モジュール９０２は、図９Ａに示されているものとは異なる角度９５０でセンサ・ヘッド９２０とコントローラ・モジュール９０２とをカップリングすることによって、支持面９６０の上方に所定の角度９７２を成して持ち上げられている。例えば、いくつかの事例では、図９Ｂに示された角度９５０は約６０度であってよい。図９Ｂから判るように、この実施態様では、取り付け角度によって、センサ・ヘッド９２０の長手方向軸線が支持面９６０に対してほぼ垂直方向にある状態で直立位置のセンサ・ヘッド９２０が提供される。角度付き延長部材９８０が、センサ・ヘッド９２０とコントローラ・モジュール９０２との間の角度付き界面を提供する。試料カップ９２２は、センサ・ヘッドとコントローラ・モジュールとのいかなる配向にも特異的に適応するように構成されることができる。図９Ｂに示されているように、試料カップ９２２は、比較的平らな底部９７０を含み、一方では、ある程度角度付けされた頂部を含んでいる。

ここで図９Ａ及び９Ｂを参照すると、本発明のいくつかの実施態様において、蛍光光度計の１つ以上の設計パラメータは、水試料９０８が分析領域９１４を占める可能性を最大化し且つ試料カップ内部の空気が分析領域を占めて測定値に不都合な影響を及ぼす可能性を最小化するように選択される。例えば、前述のように、センサ・ヘッドがカップ内に沈め込まれるのに伴って、空気が試料カップから逃れるのを可能にするために、試料カップはいくつかの実施態様では、センサ・ヘッドの周りに密にシールされないことがある。いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッドは、閉じ込められる可能性のある気泡を水試料の表面に向かって駆逐するために、１つ以上の角度付き外面を有するように構成されている。例えば図９Ａのセンサ・ヘッド９０４は、センサ・ヘッドの遠位端９４２に角度付き端面を示している。この角度付き端面は、気泡が閉じ込められるようになる場所を最小限にする。加えて、いくつかの実施態様の場合、光源窓及び発光検出器窓をセンサ・ヘッドの遠位端９４２の近くに位置決めすることにより、これらを水試料の表面から遠ざけ、光源窓及び発光検出器窓が作業中に空気にさらに曝されにくいようにする。

図１０は、本発明のいくつかの実施態様に基づく試料カップ１０００を示す頂面斜視図である。試料カップ１０００は概して、蛍光光度計のセンサ・ヘッドの周りに水試料を含有するための容器を形成する円筒壁１００２と底壁とを含む。いくつかの実施態様の場合、試料カップ１０００はまた、支持面上で支持カップ及び蛍光光度計を安定化するために、底壁及び／又は円筒壁に取り付けられるか又はこれと一体的な支持パッド１０１０を含む。試料カップはさらに、Ｌ字形バヨネット・スロット１００４の形態のファスナの一部を含んでいる。蛍光光度計のセンサ・ヘッド又はコントローラ・モジュールに設けられた対応ピンは、スロット１００４と係合することによって、蛍光光度計のセンサ・ヘッドの周りに試料カップ１０００を取り外し可能に固定することができる。いくつかの実施態様の場合、試料カップ１０００は、示唆される水レベル・マーク又はレリーフ１００６を含んでいる。示唆される水レベル・マーク又はレリーフ１００６は、ユーザによって入れられるべき水の好ましい体積を指示することができる。

いくつかの実施態様において、センサ・ヘッドが試料カップ１０００内に挿入されたとき、過剰充填出口（overfill outlet）又は開口１００８が過剰試料水のための試料カップ１０００からの通路を提供する。過剰充填出口１００８は、いくつかの実施態様においてバヨネット・スロット１００４と同様の、試料カップの周縁内又は周縁近くに設けられた改変された（例えば拡大された）ファスナ・スロットであってよい。いくつかの事例において、過剰充填出口は、センサ・カップではなく又はセンサ・カップに加えてセンサ・ヘッド・ハウジング又はコントローラ・モジュール・ハウジング内に設けられている。いくつかの実施態様の場合、過剰充填出口１００８は、有利には分析領域及びセンサ・ヘッド内の発光検出器窓の視線から外れて配置されることにより、迷光が過剰充填開口１００８を通って試料カップ１０００に入ることから生じる測定値に対する潜在的な影響を最小限に抑える。

いくつかの実施態様の場合、試料カップ１０００は、発光検出器がそれに対して感受性を有する光波長に対して不透明な材料である。いくつかの実施態様の場合、試料カップ材料は、蛍光光度計光源によって生成された光波長に対して不透明であることによって、周囲光又は迷光が分析領域に入って光源とは別に蛍光を誘発する機会を低減する。一例として、いくつかの実施態様において、試料カップ１０００は、上述の蛍光光度計の実施態様にとって有用な約２８０ｎｍ〜約３２０ｎｍの範囲内及び約３００ｎｍ〜約４２０ｎｍの範囲内のＵＶ放射線に対して不透明であってよい。いくつかの実施態様では、透明なポリカーボネートを使用して、周囲光から保護し且つ水試料レベルの視覚的制御を可能にすることができる。

図１１は、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式蛍光光度計１１００を示す側面図である。蛍光光度計１１００は、バヨネット・スロット１１１２及びピン１１１０を含むファスナを使用してセンサ・ヘッド１１０８の周りに取り付けられた試料カップ１１０４を含んでいる。当業者に明らかなように、バヨネット・スロット／ピンに加えて多種多様なファスナを使用することが可能である。例えば、ファスナは、カップ及びセンサ・ヘッド／コントローラ・モジュール及び／又はその他のファスナ内に組み込まれたピン及びスロット、ねじ山、スナップ結合要素、加圧ロック要素、磁石を含んでよい。いくつかの実施態様の場合、ファスナは、試料カップ１１０４と、センサ・ヘッド１１０８又はコントローラ・モジュール１１０２上の嵌合面との間の軽い圧力嵌めを含むだけでよい。いくつかの実施態様によれば、ファスナは、センサ・ヘッド１１０８及び／又はコントローラ・モジュール１１０２に対して試料カップ１１０４を好ましく配向させて整列させるように構成されている。例えば図１１に示されたバヨネット・スロット１１１２及びピン１１１０は、コントローラ・モジュール及び支持面１１０６に対して、試料カップ１１０４を支持パッド１１２０とともに好ましく回転させて整列させることにより、ほぼ安定なベースを提供することができる。

図１２は、本発明のいくつかの実施態様に基づく、コントローラ・モジュール１２０１を有する手持ち式蛍光光度計１２００の側面図及び試料カップ１２０６の断面図である。蛍光光度計１２００は、図１１と同様に、センサ・ヘッド１２０４に結合されたコントローラ・モジュール１２０２を含んでいる。センサ・ヘッド１２０４は水試料１２２０Ａ中に部分的に浸漬され、本発明のいくつかの実施態様によれば、試料カップ１２０６内部に典型的な水位１２２０Ｂが形成される。発光検出器窓１２２２及び光源窓（図示せず）は水面１２２０Ｂよりも下方に浸漬されるので、水試料１２２０Ａは、発光検出器窓１２２２と並ぶ分析領域１２２４を占有する。いくつかの実施態様の場合、過剰充填出口１２２６は、有利には分析領域１２２４及び発光検出器窓１２２２の視線から外れて配置されることにより、迷光が過剰充填開口１２２６を通って試料カップ１２０６に入ることから生じる潜在的な影響を最小限に抑える。いくつかの事例の場合、過剰充填開口１２２６は（例えば図１０に示されているように）試料カップ内に配置されている。いくつかの事例では、過剰充填出口は、センサ・カップではなく又はセンサ・カップに加えてセンサ・ヘッド・ハウジング又はコントローラ・モジュール・ハウジング内に設けられていてよい。

本明細書において上述したように、いくつかの実施態様では、蛍光光度計の１つ以上の設計パラメータは、発光検出器１２２２及び光源が水試料の表面１２２０Ｂよりも下方に浸漬させられる可能性と、蛍光光度計１２００が支持面１２０８上の定置位置に置かれたときに水試料１２２０Ａが分析領域１２２４を占める可能性とを最大化するように設定されることができる。例えば、いくつかの事例では、センサ・ヘッド１２０４とコントローラ・モジュール１２０２との間の角度１２１０、過剰充填出口１２２６の場所及びサイズ、センサ・ヘッド１２０４内の切欠き１２３０の形状、センサ・ヘッド内部の光源窓及び発光検出器窓の位置、及び／又は試料カップ１２０６の形状は、水試料１２２０Ａの体積が十分であると考えた場合、蛍光光度計１２００が支持面１２０８上に位置決めされたときに水試料が分析領域１２２４を占めることを期待して設定されている。

図１２に示されているように、光源窓（図示せず）及び発光検出器窓１２２２を含む角状切欠き１２３０は、角状切欠き及び窓がコントローラ・モジュール１２０２の遠位端１２３２に向くようにコントローラ・モジュールに対して配向されている。いくつかの実施態様では、角状切欠き及び窓はコントローラ・モジュール１２０２に対して異なる方向で配向されていてよい。一例としては、いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド１２０４は、角状切欠き１２３０及び窓がコントローラ・モジュール１２０２の近位端１２３４に向くようにコントローラ・モジュール１２０２に結合されている。

センサ・ヘッド１２０４の種々の回転配向は、支持面１２０８及び水試料面１２２０Ｂに対するセンサ・ヘッド１２０４の傾斜に応じて数多くの利点を提供することもできる。例えば、試料カップ１２０６内部の発光検出器窓のための潜在的により深い場所を提供し、ひいては水試料が分析領域を占める可能性を高めることができる。例えば図１３に示されているように、いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド１２０４は、切欠き１２３０がコントローラ・モジュールの近位端１２３４に面し且つ発光検出器窓又は光源窓１２５０が水試料の表面１２２０Ｂからより大きく離れて位置決めされるように回転させられている。いくつかの事例では、水試料１２２０Ａの表面１２２０Ｂからの反射が蛍光測定を妨害し得ることが注目されている。いくつかの実施態様では、このような反射の影響を最小にするように、センサ・ヘッド１２０４の回転を設定することができる。単なる一つの例として、切欠き１２３０及びセンサ・ヘッド窓を図１３に示されているように、コントローラ・モジュールの近位端１２３４の方向に配向することによって、このような反射を最小限にすることができる。

切欠き１２３０がコントローラ・モジュールの近位端１２３４に面するようにセンサ・ヘッド１２０４が回転させられている事例でも、過剰充填出口１２２６を分離領域１２２４の視線から外して有利に配置することもできる。例えば図１３に示されているように、過剰充填出口１２２６は、コントローラ・モジュールの遠位端１２３２の近くで、試料カップ１２０６の反対側に位置決めされることができる。従って、この位置決めによって、迷光が過剰充填開口１２２６を通って試料カップ１２０６に入ることから生じる潜在的な影響を最小限に抑えることができる。いくつかの事例では、過剰充填開口１２２６は例示のように試料カップ内に配置されている。いくつかの事例では、過剰充填出口は、センサ・カップではなく又はセンサ・カップに加えて、センサ・ヘッド・ハウジング又はコントローラ・モジュール・ハウジング内に設けられていてよい。

このように本発明の実施態様が開示された。開示された実施態様を参照しながらかなり詳細に本発明を説明してきたが、開示された実施態様は一例として提示されたに過ぎず、本発明の他の実施態様も可能である。当業者には明らかなように、本発明の思想及び添付の特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の変更、適応、及び改変を加えることができる。

Claims (12)

1. 手持ち式蛍光光度計であって、
   手持ち式コントローラ・モジュールと、浸漬可能なセンサ・ヘッドと、水試料を含有するための試料カップと、ファスナとを含み、
   前記手持ち式コントローラ・モジュールは、
   底面を含む細長いハウジングと、
   検出された蛍光発光に基づいて前記水試料中の物質の濃度を割り出すコントローラと、
   前記濃度を表示するための、前記コントローラにカップリングされたディスプレイと、
   前記コントローラが使用するデータを入力するための入力インターフェイスとを含み、
   前記浸漬可能なセンサ・ヘッドは、
   前記コントローラにカップリングされた光源と、
   前記コントローラにカップリングされた発光検出器と、
   近位端と遠位端とを含むハウジングであって、前記近位端と前記遠位端との間で前記センサ・ヘッドの長手方向軸線が延びており、前記センサ・ヘッドが該センサ・ヘッド・ハウジングの近位端で前記コントローラ・モジュールの底面に結合されている、ハウジングとを含み、
   該センサ・ヘッド・ハウジングはさらに、該センサ・ヘッド・ハウジング内部の前記光源からの励起光を該センサ・ヘッド・ハウジング外部の分析領域へ透過させる光源窓と、前記分析領域からの蛍光発光を該センサ・ヘッド・ハウジング内部の前記発光検出器へ透過させる発光検出器窓とを含み、
   前記ファスナは、前記試料カップ内に含有され且つ前記分析領域を占める前記水試料中に少なくとも前記光源窓と前記発光検出器窓とを浸漬することができるように、前記センサ・ヘッドの周りに前記試料カップを取り外し可能に固定している、手持ち式蛍光光度計。
2. 前記コントローラ・モジュール・ハウジングはさらに第１端部と第２端部とを含んでおり、該端部間で該コントローラ・モジュール・ハウジングの長手方向軸線が延びており、前記センサ・ヘッドは、該センサ・ヘッドの長手方向軸線と前記コントローラ・モジュール・ハウジングの長手方向軸線とが約６０度〜約９０度の第１角度を形成するように、前記コントローラ・モジュールの底面に結合されている、請求項１に記載の手持ち式蛍光光度計。
3. 前記第１角度は約９０度である、請求項２に記載の手持ち式蛍光光度計。
4. 前記第１角度は約６０度である、請求項２に記載の手持ち式蛍光光度計。
5. 前記センサ・ヘッドは前記コントローラ・モジュール・ハウジングの第１端部に近接して位置決めされており、前記コントローラ・モジュール・ハウジングの前記第２端部及び前記試料カップが支持面上の定置位置で前記手持ち式蛍光光度計に実質的に安定なベースを提供する、請求項２に記載の手持ち式蛍光光度計。
6. 前記コントローラ・モジュール・ハウジングの長手方向軸線は定置位置で前記支持面に対して角度が付けられている、請求項５に記載の手持ち式蛍光光度計。
7. 前記試料カップが過剰充填開口を含んでおり、該過剰充填開口は、前記センサ・ヘッドが前記試料カップ内部に位置決めされたとき、過剰試料水のための前記試料カップから外への通路を提供する、請求項１に記載の手持ち式蛍光光度計。
8. 前記過剰充填開口は、前記試料カップが前記センサ・ヘッドの周りに固定された状態で前記発光検出器窓の視線から外れて位置決めされている、請求項７に記載の手持ち式蛍光光度計。
9. 前記ファスナが前記センサ・ヘッドに対して前記試料カップを整列させる、請求項８に記載の手持ち式蛍光光度計。
10. 前記ファスナが１つ以上のピンと１つ以上の対応スロットとを含む、請求項１に記載の手持ち式蛍光光度計。
11. 前記光源は第１ＵＶ波長範囲内の光を発し、前記発光検出器は第２ＵＶ波長範囲内の発光を検出する、請求項１に記載の手持ち式蛍光光度計。
12. 前記試料カップが前記第１ＵＶ波長範囲及び前記第２ＵＶ波長範囲に対して不透明な材料を含む、請求項１１に記載の手持ち式蛍光光度計。

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