JP6958636B2 - 水質分析計 - Google Patents

Description

本発明は、全有機体炭素測定装置（ＴＯＣ計）や全リン測定装置（ＴＰ計）などの水質分析計に関するものである。

ＴＯＣ計やＴＰ計といった水質分析計では、測定の過程において、試料水の希釈を行なうための希釈液のほかに、試料水中の特定成分に化学反応を起こさせるための各種試薬を用いることが多い。

例えばＴＰ計は、一般的に、試料水中のリン化合物を酸化させる酸化処理を行なうためのリアクタやリアクタで酸化処理された後の試料水の吸光度測定を行なうための測定部を備えている。試料水を採取した後、その試料水にペルオキソ二硫酸カリウムなどの試薬を添加して混合してリアクタへ移送する。リアクタでは、試料水中のリン化合物を酸化させてオルトリン酸を生成する。リアクタでの酸化処理が終了した後、還元剤のアスコルビン酸と発色剤のモリブデン酸を試料水に添加して測定部へ移送し、試料水の吸光度を測定することによって試料水中のリン濃度を測定する（特許文献１を参照。）。

特開２００３−０１４７２４号公報

上記のような水質分析計において、測定の過程で用いられる各種試薬は装置に備え付けられており、通常は数日から数か月のスパンで補充され、又は交換される。試薬の多くは濃度と容量の調整が必要であり、実際の運用では、ユーザが調整済みの試薬を購入して装置に設置するか、若しくはユーザ自身が試薬の調整を行なう。いずれにせよ、ユーザは調整済みの試薬を試薬容器に入れ、その試薬容器を所定の配管に接続する必要がある。

ユーザ自身が試薬の調整を行なう場合には、間違った調整がなされて試薬が間違った濃度等に調整される虞がある。また、試薬を貯留した試薬容器の配管接続をユーザが間違ってしまう虞もある。そのような場合、装置が認識している試薬の種類や位置と実際に接続されている試薬の種類や位置が相違し、試料水に本来添加すべき試薬とは異なる試薬が添加されて測定が行われ、正常な測定がなされなくなる。

上記のような問題が発生したときは、多くの場合に測定値が異常な値となるため、一定の知識を有するユーザであればその測定値を見て異常に気付くことになる。一方で、そのような知識をもたないユーザは、異常の発生に気付くことができなかったり、異常の発見に遅れてしまったりするという問題があった。

そこで、本発明は、水質分析計に設置された試薬が正常か否かを試料の測定前の段階で容易に認識することができるようにすることを目的とするものである。

図３に示されているように、水質分析計に設置される試薬の多くは、光に対して吸収を持ち、その吸光度特性は互いに異なっている。そして、それらの試薬の吸光度は、特定の波長、例えば試料の測定に用いられる波長（以下、測定波長という。）において互いに異なっており、それらの吸光度によって各試薬を判別することができる。本発明はこのような知見に基づいてなされたものであり、特定の波長における各試薬の吸光度差を利用して分析計に設置された試薬が正常か否かを判定するというものである。試薬が「正常か否か」とは、設置されている試薬の種類及びその濃度が本来設置されるべきものであるか否かを意味する。したがって、試薬が正常でない、すなわち試薬が「異常」であるとは、その試薬の種類又は濃度が本来設置されるべき試薬の種類又は濃度と異なっていることを意味する。

試薬が正常か否かを判定するために、特定の波長に対する試薬の吸光度を所定の条件下で予め測定しておき、分析計側に基準値として記憶させておく。そして、試薬の補充や交換を行なった後などの所望のタイミングで、分析計に現に設置されている試薬の吸光度測定を実施し、その測定値を予め分析計側に記憶させておいた当該試薬の基準値と比較することにより、補充又は交換された試薬の種類や濃度が本来設置されるべき試薬と一致するか否かを判定する。

すなわち、本発明に係る水質分析計は、測定セルを有し、前記測定セル内に収容された試料水の吸光度を測定するための測定部と、試薬を設置するための試薬部と、試料水又は前記試薬部に設置された試薬を選択的に前記測定部の前記測定セルへ移送するように構成された送液部と、前記試薬部に設置されるべき試薬について所定の測定条件で予め測定された吸光度を基準値として記憶する基準値記憶部と、前記測定部及び前記送液部の動作を制御し、前記試薬部に設置されている試薬を前記送液部によって前記測定セルへ移送して前記所定の測定条件で当該試薬の吸光度を測定する試薬吸光度測定動作を実行するように構成された試薬吸光度測定部と、前記試薬吸光度測定動作により得られた測定値を前記基準値記憶部に記憶された前記基準値と比較し、前記測定値が前記基準値と一致するか否かを判定するように構成された試薬判定部と、を備えている。前記測定値が前記基準値と一致しない場合は、前記試薬部に設置されている試薬の種類や濃度が本来設置すべき試薬の種類や濃度でないと判断でき、前記試薬部に設置されている試薬に異常があることを意味する。したがって、試料の測定を実施するまでもなく、試薬部に設置されている試薬が正常か否かを判定することができる。

前記試薬部には複数の試薬を設置することができる。その場合、前記基準値記憶部は、前記試薬部に設置されるべき複数の試薬のそれぞれについて所定の測定条件で予め測定された吸光度をそれぞれの試薬の基準値として記憶しており、前記試薬判定部は、前記試薬吸光度測定動作により得られたそれぞれの試薬の測定値を前記基準値記憶部に記憶された各試薬の基準値と比較し、測定値が基準値とそれぞれ一致するか否かを判定するように構成されていることが好ましい。そうすれば、試薬部に設置された複数の試薬のそれぞれが正常か否かを装置が自動で判定することができる。

本発明の水質分析計では、試料の希釈等に用いる希釈液を貯留する希釈液貯留部を備え、前記送液部は前記希釈液貯留部に貯留された希釈液も選択的に前記測定セルへ移送するように構成することができる。この場合、試薬の吸光度を測定する際の前記所定の測定条件として、前記測定部により測定される特定の波長に対する各試薬の吸光度によって各試薬を判別することができるように設定された試薬ごとの希釈率が挙げられる。

前記試薬判定部により前記測定値と前記基準値とが一致しないと判定されたときに、ユーザに対して警告を発するように構成された警告部をさらに備えていることが好ましい。そうすれば、ユーザは、試薬部に設置された試薬に異常があることを容易に認識することができる。

本発明に係る水質分析計では、試薬部に設置された試薬を測定部へ移送して吸光度を測定し、その測定値を基準値記憶部に記憶されている基準値と比較することによって、試薬部に設置されている試薬か否かを判定するように構成されているので、試薬部に設置されている試薬が正常か否かを試料の測定前の段階で認識することができる。

水質分析計の一実施例を示す概略構成図である。 同実施例の試薬判定動作の一例を示すフローチャートである。 各試薬の吸光度と波長との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る水質分析計の一実施例について、図面を参照しながら説明する。

図１に示されているように、この実施例の水質分析計は主として、シリンジポンプ２、２つのマルチポートバルブ４，６、リアクタ８、測定部１０、及び演算制御装置２０を備えている。

シリンジポンプ２は液の吸引と吐出を行なうものである。シリンジポンプ２の吸引・吐出口は、後述するマルチポートバルブ４の中心ポートに接続されている。シリンジポンプ２のシリンダには撹拌用のポンプ１８が流路を介して接続されており、ポンプ１８によって供給されるエアーによりシリンジポンプ２内において液の撹拌を行なうことができるようになっている。

マルチポートバルブ４は、１つの中心ポートと複数の選択ポートを有し、中心ポートをいずれか１つの選択ポートへ選択的に接続することができる。マルチポートバルブ４の中心ポートにシリンジポンプ２の吸引・吐出口が接続されている。マルチポートバルブ４の１つの選択ポートはマルチポートバルブ６の中心ポートと流路を介して接続されている。マルチポートバルブ４の他の選択ポートはそれぞれ、試薬（１）〜（６）を貯留する試薬容器を接続するためのポートである。

この実施例では、試薬（１）として水酸化ナトリウム溶液、試薬（２）としてペルオキソ二硫酸カリウム溶液、試薬（３）として塩酸溶液、試薬（４）として硫酸溶液、試薬（５）としてモリブデン酸溶液、試薬（６）としてアスコルビン酸溶液を設置するようになっている。各試薬を収容する試薬容器は、試薬を設置するための試薬部を構成している。この水質分析計の動作管理を行なう演算制御装置２０は、マルチポートバルブ４の各選択ポートとそれらの選択ポートに接続されるべき各試薬（１）〜（６）を対応付けて記憶している。

マルチポートバルブ６も、１つの中心ポートと複数の選択ポートを有し、中心ポートをいずれか１つの選択ポートへ選択的に接続するものである。マルチポートバルブ６の１つの選択ポートは流路を介してリアクタ８と接続されており、マルチポートバルブ６の他の１つの選択ポートは流路を介して測定部１０の測定セル１２の入口に接続されている。マルチポートバルブ６の他の選択ポートには、試料水を採取するための採水管のほか、スパン液、希釈液、標準液をそれぞれ貯留する容器に通じる流路が接続されている。

リアクタ８は試料水の酸化処理を行なうためのものであり、紫外線照射ランプ９を有する。試料水の酸化処理とは、酸化剤（例えば、ペルオキソ二硫酸カリウム溶液）の添加された試料水に対して一定の温度条件下（例えば、９５℃）で酸素ガス又は空気を供給しながら紫外線を照射し、試料水中のリン化合物を酸化分解してオルトリン酸を生成する処理である。

測定部１０は、測定セル１２、光源１４、及び光検出素子１６を備えている。測定セル１２の出口はドレインへ通じている。光源１４は、測定波長（例えば２２０ｎｍ）の光を測定セル１２へ向けて発生させるものであり、例えばレーザ素子によって実現される。光検出素子１６は測定セル１２を透過してきた光源１４からの光の強度を検出するためのものであり、例えばフォトダイオードによって実現される。

測定部１０の測定セル１２には、酸化処理済みの試料水や試薬（１）〜（６）のいずれかの試薬が選択的にシリンジポンプ２によって移送される。シリンジポンプ２及びマルチポートバルブ４，６は、試料水や試薬を選択的に測定セル１２へ移送するための送液部を実現するものである。

演算制御装置２０は、水質分析計の動作管理と演算処理を行なうためのものであり、専用のコンピュータ又は汎用のパーソナルコンピュータによって実現されるものである。演算制御装置２０は、試薬吸光度測定部２２、試薬判定部２４、警告部２６、基準値記憶部２８及び測定条件記憶部３０を備えている。試薬吸光度測定部２２、試薬判定部２４及び警告部３０は、演算制御装置２０に設けられているマイクロコンピュータなどの演算素子が所定のプログラムを実行することによって得られる機能であり、基準値記憶部２８及び測定条件記憶部３０は、演算制御装置２０に設けられている記憶装置の一部の領域によって実現される機能である。

この実施例の水質分析計は、試薬（１）〜（６）として設置された試薬が正常か否かを判定してその結果をユーザに告知する機能を備えている。演算制御装置２０の試薬吸光度測定部２２、試薬判定部２４、警告部２６、基準値記憶部２８及び測定条件記憶部３０は、その機能を実現するために設けられている。

試薬が正常か否かの判定（以下、試薬判定と称する。）は、試料の測定中以外のタイミング、例えばいずれかの試薬の補充や交換を行なった後のタイミングで、ユーザからの要求に応じて又は自動的に実行することができる。試薬判定は、試薬の吸光度を所定の測定条件で測定し、その測定値を同じ測定条件で予め測定された当該試薬の吸光度と比較することによって行なう。

所定の測定条件で予め測定された各試薬の吸光度は、基準値記憶部２８に基準値として記憶されている。所定の測定条件とは、各試薬の測定波長での吸光度の測定値が測定部１０の測定レンジに収まり、かつ各試薬の測定波長での吸光度によって各試薬を互いに識別できるように設定された各試薬の希釈率などである。測定条件記憶部３０は、各試薬の判定を行なう際の各試薬の希釈率に関する情報を記憶している。

装置に設置される試薬の多くは光に対して吸収をもち、かつ互いに異なる吸光度特性をもっている。図３には、試薬（１）として設置されるべき２０％水酸化ナトリウム、試薬（２）として設置されるべき１．５％ペルオキソ二硫酸カリウム、試薬（３）として設置されるべき（１＋１６）塩酸、試薬（５）として設置されるべきモリブデン酸、試薬（６）として設置されるべき２．４％アスコルビン酸をそれぞれ所定の希釈率で希釈した溶液の吸光度特性が示されている。図３のデータからわかるように、例えば２２０ｎｍといった特定の波長で各試薬の吸光度が互いに異なっており、それらの吸光度を基準値とすることでそれぞれの試薬を判別することができる。基準値記憶部２８は、例えば２２０ｎｍなどの特定の波長における各試薬の吸光度をそれぞれの基準値として記憶している。基準値記憶部２８に記憶される基準値は、予め測定された各試薬の吸光度そのものでなくてもよく、吸光度に基づいて定められた範囲であってもよい。

試薬吸光度測定部２２は、試薬判定が実行されると、判定対象となっている試薬をシリンジポンプ２に吸入し、その試薬に測定条件として希釈率が設定されている場合には希釈液による希釈を行なった後で、試薬を測定セル１２へ移送し、測定波長（例えば、２２０ｎｍ）での吸光度の測定を行なう試薬吸光度測定動作を実行するように構成されている。

試薬判定部２４は、試薬吸光度測定動作によって測定された試薬の吸光度を基準値記憶部２８に記憶されている当該試薬の吸光度の基準値と比較し、それらが一致しているか否かを判定するように構成されている。測定値と基準値が一致しているか否かは、例えば、基準値を中央値とする一定の範囲内（例えば基準値±０．１）に測定値が入っているか否かによって判定する。

例えば、試薬（１）について試薬判定を行なう場合、試薬（１）として設置されるべき試薬である２０％水酸化ナトリウムの吸光度を基準値として用い、試薬（１）について実施した吸光度測定の測定値をその基準値と比較することにより行なう。このとき、基準値として用いる２０％水酸化ナトリウムの吸光度は、２０％水酸化ナトリウム試薬を１０倍に希釈して測定されたものであるので、試薬（１）も１０倍の希釈を行なった上で同じ測定波長で吸光度測定を行なう。

測定値が基準値と一致する場合には、試薬（１）として正確に調整された２０％水酸化ナトリウム試薬が設置されていると判断でき、試薬（１）は正常である。他方、測定値と基準値が一致しない場合には、水酸化ナトリウム以外の試薬が試薬（１）として設置されているか、又は所定の濃度（２０％）とは異なる濃度の水酸化ナトリウムが試薬（１）として設置されていると判断でき、試薬（１）は異常である。

警告部２６は、試薬判定部２４によって試薬の吸光度の測定値と基準値とが一致しないと判定されたときに、当該試薬に異常があることをユーザに警告する。ユーザに対する警告は、例えば演算制御装置２０に接続された液晶ディスプレイなどの表示部（図示は省略）に異常のある試薬を表示したり警告音を発したりすることにより行なうことができる。

試薬判定動作の一例について、図１とともに図２のフローチャートを用いて説明する。なお、ここで説明する試薬判定動作は１つの試薬についての動作であり、複数の試薬について判定を行なう場合には、同じ動作が判定対象の試薬のそれぞれについて実施される。

試薬判定が実行されると、試薬吸光度測定部２２は、判定対象の試薬を収容した試薬容器にシリンジポンプ２が接続されるようにマルチポートバルブ４，６を切り替え、シリンジポンプ２内に判定対象の試薬を所定量だけ吸入する（ステップＳ１）。さらに、試薬吸光度測定部２２は、希釈液を貯留した容器にシリンジポンプ２が接続されるようにマルチポートバルブ４，６を切り替え、シリンジポンプ２内の試薬が所定の希釈率で希釈されるようにシリンジポンプ２内に所定量の希釈液を吸入し（ステップＳ２）、ポンプ１８によってシリンジポンプ２内にエアーを供給することにより試薬を希釈する。なお、判定対象の試薬の測定条件に希釈率が設定されていない（希釈率が１倍）場合には、ステップ２は実施されない。

試薬吸光度測定部２２はさらに、測定セル１２にシリンジポンプ２が接続されるようにマルチポートバルブ４，６を切り替え、シリンジポンプ２から測定セル１２へ試薬を移送し（ステップＳ３）、測定部１０において所定の測定波長での吸光度を測定する（ステップＳ４）。

判定対象の試薬の吸光度が測定された後、試薬判定部２４は、当該試薬として設置されるべき試薬についての吸光度の基準値を吸光度記憶部２８から読み出し、測定値と基準値とを比較する（ステップＳ５）。比較の結果、測定値と基準値が一致した場合、試薬判定部２４は、当該試薬を正常と判定し（ステップＳ６、Ｓ７）、当該試薬の判定を終了する。他方、測定値と基準値が一致しなかった場合、試薬判定部２４は、当該試薬を異常と判定する（ステップＳ６、Ｓ８）。試薬が異常と判定された場合（ステップＳ８）、警告部２６はユーザに対し警告を発する（ステップＳ９）。

このように、この実施例の水質分析計は、所望のタイミングで試薬の判定を行ない、設置されている試薬に異常があるときには、試薬の異常をユーザに対して告知する機能を有する。これにより、ユーザは試料の測定を実施する前の段階で、試薬の調整不良や試薬容器の接続ミスといった試薬の異常を認識することができ、迅速に対処することができる。

２ シリンジポンプ
４，６ マルチポートバルブ
８ リアクタ
９ 紫外線ランプ
１０ 測定部
１２ 測定セル
１４ 光源
１６ 光検出素子
１８ ポンプ
２０ 演算制御装置
２２ 試薬吸光度測定部
２４ 試薬判定部
２６ 警告部
２８ 基準値記憶部
３０ 測定条件記憶部

Claims (4)

1. 測定セルを有し、前記測定セル内に収容された試料水の吸光度を測定するための測定部と、
   試薬を設置するための試薬部と、
   液の吸入と吐出を行なうシリンジポンプ、及び前記シリンジポンプの接続先を選択的に切り替えるためのマルチポートバルブを有し、試料水又は前記試薬部に設置された試薬を吸入した前記シリンジポンプを前記測定部の前記測定セルへ接続するように前記マルチポートバルブを切り替えることによって、前記シリンジポンプで吸入した前記試料水又は前記試薬を前記シリンジポンプから前記測定セルへ移送するように構成された送液部と、
   前記試薬部に設置されるべき試薬について所定の測定条件で予め測定された吸光度を基準値として記憶する基準値記憶部と、
   前記測定部及び前記送液部の動作を制御し、試料の測定とは無関係なタイミングで、前記試薬部に設置されている試薬を前記送液部によって前記測定セルへ移送して前記所定の測定条件で当該試薬の吸光度を測定する試薬吸光度測定動作を実行するように構成された試薬吸光度測定部と、
   前記試薬吸光度測定動作で得られた測定値を前記基準値記憶部に記憶された前記基準値と一致するか否かを判定するように構成された試薬判定部と、を備えた水質分析計。
2. 前記試薬部は複数の試薬を設置するように構成されており、
   前記基準値記憶部は、前記試薬部に設置されるべき複数の試薬のそれぞれについて所定の測定条件で予め測定された吸光度をそれぞれの試薬の基準値として記憶しており、
   前記試薬判定部は、前記試薬吸光度測定動作により得られた複数の試薬のそれぞれの測定値をそれぞれの前記基準値と一致するか否かを判定するように構成されている、請求項１に記載の水質分析計。
3. 希釈液を貯留する希釈液貯留部を備え、
   前記送液部は前記希釈液貯留部に貯留された希釈液も選択的に前記測定セルへ移送するように構成されており、
   前記所定の測定条件は、前記測定部により測定される特定の波長に対する各試薬の吸光度によって各試薬を判別することができるように設定された試薬ごとの希釈率を含む、請求項２に記載の水質分析計。
4. 前記試薬判定部により前記測定値と前記基準値とが一致しないと判定されたときに、ユーザに対して警告を発するように構成された警告部をさらに備えている、請求項１に記載の水質分析計。
   

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