JP7232696B2 - 光分析方法および光分析システム - Google Patents

Description

本発明は、光分析方法および光分析システムに関する。

懸濁した試料に光を照射し、試料を透過した透過光を用いて試料に含まれる成分を分析する手法として、例えば、試料に超音波を照射する光分析法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような光分析法では、超音波を照射する超音波照射部と、試料を挟んで配置される一対の光透過壁部とを備え、この光透過壁部間の距離よりも長い波長の超音波を試料に照射して励振させながら光分析を行う。

上述のような光分析法によれば、試料中に超音波の定在波を形成することができ、超音波の音響放射力により試料中の懸濁物質が節に集められることで腹の部分の透過光強度が高められて試料の光分析を行うことができる。

特開２０１８－９６８９１号公報

しかしながら、上述したような従来の光分析では、試料の密度や温度等によっても音速が変わるため、試料の成分や測定環境によっては定在波の形成が不十分となってしまい、分析に適した透過光強度が得られずに分析精度の低下を引き起こす虞がある。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、試料が濁質を含んでいても、透過光を用いて光分析を精度よく行うことが可能な光分析方法および光分析システムを提供することにある。

上記課題を解決するためになされた発明は、
セル中の濁質を含む試料に光を照射し、この光の透過光を用いて前記試料を光分析する光分析方法であって、
超音波の照射により前記セル中の試料を励振させながら、前記透過光の強度が最大となるように前記超音波の周波数を調整した後、この調整した周波数の超音波を前記試料に照射した状態で光分析することを特徴とする光分析方法、
である。

また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、
セル中の濁質を含む試料に光を照射し、この光の透過光を用いて前記試料を光分析する光分析システムであって、
前記試料を投入するセルと、
前記試料を励振させるために前記試料に所定の周波数の超音波を照射する超音波照射装置と、
前記試料に光を照射する光源とこの光源からの光が前記試料を透過した透過光の強度を測定する受光器とを有する光測定装置と、
前記受光器により測定した透過光の強度に基づき、前記超音波照射装置および前記光測定装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記超音波照射装置にて照射する超音波の周波数を設定し、照射した超音波の周波数が透過光の強度を最大にする周波数であるか否かを判定し、この判定に基づき前記光測定装置に光分析の実行を指示することを特徴とする光分析システム、
である。

なお、本明細書において、「光」とは、可視光、および紫外光（紫外線）、赤外光（赤外線）などの可視光以外の電磁波を含む概念である。「濁質」とは、光を散乱する試料中の要素を意味し、例えば、懸濁液中の固体分散質（懸濁粒子）、乳濁液中の液体分散質、試料中に浮遊する微小な気泡などを指す。

本発明は、試料が濁質を含んでいても、透過光を用いて光分析を精度よく行うことが可能な光分析方法および光分析システムを提供することができる。

本発明の第１の実施形態の光分析方法を説明するための概略図である。 図１Ａの矢印Ａ方向から見たときの概略図である。 第１の実施形態を示す概略的フローチャートである。 透過光強度の周波数依存性の一例を示す概略図である。 超音波照射による透過光強度の経時変化の一例を示す概略図である。 本発明の第２の実施形態の光分析方法を説明するための概略図である。 図５Ａの矢印Ｂ方向から見たときの概略図である。 第２の実施形態を示す概略的フローチャートである。 本発明の第３の実施形態の光分析システムを示す概略的ブロック図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、当該図面に記載の実施形態にのみ限定されるものではない。なお、図１Ａ、図１Ｂ、図５Ａ、図５Ｂ中に示した座標系において、Ｘ方向、Ｙ方向は水平面内の互いに直行する方向、Ｚ方向は鉛直方向をそれぞれ示している。

なお、光分析において、超音波の周波数に対する透過光強度の最大値は、必ずピークのうちの最大値となるため、「透過光強度が最大である」とは「透過光強度が極大かつ最大である」ことを意味する。

＜光分析方法＞
当該光分析方法は、セル中の濁質を含む試料に光を照射し、この光の透過光を用いて上記試料を光分析する光分析方法であって、超音波の照射により上記セル中の試料を励振させながら、上記透過光の強度が最大となるように上記超音波の周波数を調整した後、この調整した周波数の超音波を上記試料に照射した状態で光分析することを特徴とする。

［第１の実施形態］
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の第１の実施形態の光分析方法を説明するための概略図である。当該光分析方法Ａ１を実施するための光分析装置１０としては、例えば、図１Ａ、図１Ｂに示すように、概略的に、セル１１と、超音波発振器２１と、超音波照射装置３１と、光測定装置４１とにより構成することができる。

セル１１は、試料ｓを投入する容器である。本実施形態のセル１１はバッチセル１１１である。このバッチセル１１１には図示していない試料の投入口が設けられており、この投入口を介してバッチセル１１１内に試料ｓを投入したり排出する。

セル１１を構成する材料は、光を透過させ易いものが好ましい。また、セル１１を構成する材料は、化学的に安定なもの、機械的強度が高いもの、耐熱性を有するものも好ましい。セル１１を構成する材料としては、例えば、石英ガラス、耐熱ガラス（ホウケイ酸ガラス）、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。

超音波発振器２１は、後述する超音波振動子３１１を駆動するための装置である。この超音波発振器２１は、発生する超音波の周波数を任意の値に変えられる発振器（周波数可変の発振器）である。超音波発振器２１は、発振する超音波の周波数や振幅等を調整したり確認できるように、例えば、オシロスコープ（不図示）に接続することができる。

超音波照射装置３１は、試料ｓを励振させるために試料ｓに所定の周波数の超音波を照射する装置である。この超音波照射装置３１は、超音波振動子３１１と、超音波反射板３１２とを有している。超音波振動子３１１は、超音波発振器２１が生成した所定周波数の電気信号を入力して超音波振動に変換し、この超音波振動（超音波）をセル１１内の試料ｓに向けて照射する。超音波反射板３１２は、セル１１を通過した超音波を超音波振動子３１１に向けて反射する。超音波振動子３１１と超音波反射板３１２とは、水平方向（図１ＡのＹ方向）において、バッチセル１１１を挟むように対向配置されている。

ここで、超音波振動子３１１および／または超音波反射板３１２は、セル１１の外側面に密着するように接着等で固着されていてもよく、セル１１の外側面に密着可能となるように着脱できるよう取り付けてもよい。また、超音波振動子３１１および／または超音波反射板３１２は、セル１１の一部を構成し、試料ｓに直接触れるようにしてもよい（不図示）。

光測定装置４１は、光源４１１と、受光器４１２と、分光光度計（不図示）と、解析装置（不図示）とを有している。光源４１１は、所定の波長の光を発生し、セル１１内の試料ｓに向けて上記光（光ビームｂ）を照射する。受光器４１２は、光源からの光が試料ｓを透過した透過光を受光し、透過光の強度を測定して出力する。光源４１１と受光器４１２とは、上述した超音波振動子３１１と超音波反射板３１２とが対向する方向に直交する水平方向（図１ＢのＸ方向）において、セル１１を挟むように対向配置されている。分光光度計は上記透過光の強度、吸光度、これらのスペクトル等を計測する。解析装置は分光光度計が計測したスペクトル等を用いて試料に含まれる成分やその濃度を算出する。なお、光源４１１および受光器４１２は、それぞれ分光光度計および解析装置に専用のものを用いてもよく、専用ではないレーザ光源、レーザ光用のフォトダイオードなどを用いてもよい。

ここで、超音波の照射による懸濁した試料ｓ中の濁質ｃの凝集とそれによる透明領域の形成について説明する。超音波振動子３１１からセル１１内へ放射された超音波は、セル１１の内壁面または超音波反射板３１２で反射され、超音波発振器２１の周波数を特定の周波数に調整することでセル１１内に定在波が形成される。定在波が形成されると、超音波の音響放射力によって、定在波の節または腹に試料ｓ中の濁質ｃが寄せ集められて凝集し、凝集領域ｓａが周期的に形成される。この際、隣り合う凝集領域ｓａと凝集領域ｓａとの間には、濁質ｃがないあるいは濁質ｃの濃度が低い透明領域ｓｂが形成され、結果として透明領域ｓｂでは透過光強度が増加（光の透過率が増加）する。

上述の定在波は、下記式（１）で表される関係が成立するときに形成される。
Ｌ＝（ｖ／（２×ｆ））×ｎ （１）
式（１）中、Ｌは超音波振動子３１１と超音波反射板３１２との距離、ｖは音速、ｆは超音波の周波数、ｎは自然数をそれぞれ示す。

上記式（１）において、音速ｖは試料の温度や密度に依存する。このため、音速ｖが変わると、定在波の形成状態（定在波の存否や周期）が変わり、セルの同一位置を通過する透過光の強度が変化する。距離Ｌは、セル１１の構造や、超音波振動子３１１と超音波反射板３１２との距離に依存するため、頻繁に変更することは難しい。そこで、容易に変更可能な超音波の周波数を調整することで、透過光の強度が最大になる最適な周波数を探索し、この最適な周波数の超音波を試料に照射しながら光分析を行うことで、成分や濃度の分析精度向上が期待される。

次に、光分析方法の一実施形態について説明する。この光分析方法において、透過光の強度が最大となるように超音波の周波数を調整する工程は、超音波の照射を開始してから所定時間後の透過光の強度を測定するステップと、照射した超音波の周波数が、透過光の強度を最大にする周波数であるか否かを判定するステップと、透過光の強度が最大でない場合、超音波の照射を止めて上記試料ｓ中の濁質ｃを再分散させるか、また未測定の試料ｓに入れ替えるステップと、を含んでいることが好ましい。

図２は、第１の実施形態を示す概略的フローチャートである。当該光分析方法Ａ１は、図２に示すように、後述するステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５の順で順次実行し、ステップＳ１０８まで進んだ後にはステップＳ１０３から再度実行する。

当該光分析方法Ａ１において、超音波の照射によりセル中の試料を励振させながら、透過光の強度が最大となるように超音波の周波数を調整する工程では、まず、バッチセル１１１に分析を行う試料ｓを投入する（ステップＳ１０１）。次いで、超音波発振器２１の周波数の初期値を設定（ステップＳ１０２）した後、試料ｓに超音波の照射を開始する（ステップＳ１０３）。

上記周波数の初期値は、特に限定されないが、最適な周波数を効率よく探索する観点から、超音波振動子３１１の共振周波数（超音波振動子３１１の固有振動数）またはこの近傍の周波数であることが好ましい。例えば、図３は、透過光強度の周波数依存性の一例を示す概略図である。図３は、粒径３μｍのポリスチレン粒子で懸濁させた水溶液（粒子濃度約５×１０^８個／ｍＬ）を試料とし、種々の周波数の超音波を照射しながら光源４１１として６３３ｎｍのレーザ光、および受光器４１２としてフォトダイオード式レーザパワーメータを用いて測定した透過光強度を示している。また、図３には、超音波振動子に流れる電流を合わせて示している。この例では、２．０７ＭＨｚ付近に透過光強度が最大となる周波数があり、２．０３ＭＨｚ付近に超音波振動子３１１の共振周波数（電流のピークから求めた超音波振動子の共振周波数）があることが分かる。このように、透過光強度が最大となる周波数と共振周波数とは比較的近いため、ステップＳ１０２において設定される周波数の初期値は、例えば、共振周波数またはこの近傍の周波数としてもよい。なお、過去の同様の条件下での最適な周波数が既知である場合は、周波数の初期値は、上記既知の周波数またはこの近傍の周波数としてもよい。

次いで、超音波の照射を開始してから所定時間後の透過光の強度を測定する（ステップＳ１０４）。上記所定時間とは、透過光の強度が安定したと見なせる時間（以降の変化を無視できると見なせる時間）を意味する。例えば、図４は、超音波照射による透過光強度の経時変化の一例を示す概略図である。図４は、粒径３μｍのポリスチレン粒子で懸濁させた水溶液（粒子濃度約５×１０^８個／ｍＬ）を試料ｓとし、周波数２．０７ＭＨｚの超音波を照射しかつ光源４１１として６３３ｎｍのレーザ光、および受光器４１２としてフォトダイオード式レーザパワーメータを用いて測定した透過光強度変化の一例を示している。透過光強度は超音波照射を開始した後に急激に増加し、開始から安定したと見なせるまで数分を要している。このため、透過光の強度が安定したと見なすことが可能な所定時間後の透過光の強度を測定することが好ましい。これにより、探索する周波数における透過光強度をより正確に測定することができる。なお、透過光強度の安定に時間を要するのは、超音波の音響放射力によって生じる濁質ｃの移動に時間がかかるためであると考えられる。

次いで、照射した超音波の周波数が、透過光の強度を最大にする周波数であるか否かを判定し（ステップＳ１０５）、この最大値の測定時に用いた周波数を「透過光の強度を最大にする周波数」（以下、この周波数を「最適周波数」ともいう）に決定する。

透過光強度が最大値であるか否かの判定は、例えば、定在波が形成される場合の関係式（式（１）参照）を用い、透過光強度が極大値となる周波数が（ｖ／（２×Ｌ））×ｎの値の近傍にあるか否かで、その極大値が最大値であるか否かを判定することができる。但し、ｖ、Ｌおよびｎは、式（１）と同義である。なお、極大値は、例えば、周波数を低周波数から高周波数に向かって変化させた場合、透過光強度が上昇から下降に転じるのを観測することで見つけることができる。

ステップＳ１０５にて照射した超音波の周波数が、透過光の強度を最大にする周波数であると判定された場合、超音波発振器２１の周波数を最適周波数に調整した後、この調整した周波数の超音波を試料ｓに照射した状態で光分析する工程を行って（ステップＳ１０９）光分析を終了する。光分析は、試料ｓの透過光を利用して測定する分析方法であれば特に限定されず、公知の方法を用いて分析することができる。光分析としては、例えば、紫外分光分析（ＵＶ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、可視分光分析（Ｖｉｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、近赤外分光分析（Ｎｅａｒ ＩｎｆｒａＲｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、中赤外分光分析（Ｍｉｄ ＩｎｆｒａＲｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）、赤外分光分析（ＩｎｆｒａＲｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）等が挙げられる。

一方、透過光の強度が最大でないと判定された場合、超音波の照射を止めて（ステップＳ１０６）試料ｓ中の濁質ｃを再分散させるか、または未測定の試料ｓに入れ替える（ステップＳ１０７）。試料ｓを再分散させる場合、濁質ｃの再分散は、例えば、マグネットスターラ、撹拌棒、撹拌翼などの器具（不図示）を用いた試料ｓの攪拌；セル１１の揺動、試料ｓの吸い上げと吐き出しの繰返し、気泡の吹き込み、超音波の音響放射力を用いた試料ｓの攪拌等により行われる。これにより、超音波の照射を停止した後においても残存する濁質ｃの凝集を再分散させて試料ｓを初期状態に戻すことができる。他方、試料ｓを入れ替える場合、例えば、超音波照射済みの試料ｓをセル１１の排出口から排出すると共に、未測定の試料ｓを投入口を介してセル１１に投入する。

次いで、超音波発振器２１の周波数を再設定（ステップＳ１０８）した後、上述したステップＳ１０３から再度繰り返すことで引き続き透過光強度を最大にする周波数を探索する。再設定する周波数としては、例えば、直前に測定した周波数から所定量ずらした周波数とすることができる。

このように、当該光分析方法Ａ１は、上記構成であるので、透過光の強度を最大にする周波数の超音波を用いて光分析を行うことができ、たとえ試料ｓが濁質ｃを含んでいても、透過光を用いて試料ｓの光分析を精度よく行うことができる。また、当該分析方法Ａ１は、セル１１がバッチセル１１１であるので、大掛かりな装置を必要とせず、簡易に光分析を行うことができる。

［第２の実施形態］
図５Ａおよび図５Ｂは、本発明の第２の実施形態の光分析方法を説明するための概略図である。当該光分析方法Ａ２を実施するための光分析装置２０としては、例えば、図５Ａ、図５Ｂに示すように、概略的に、セル１１と、ポンプ２２と、超音波発振器２１と、超音波照射装置３１と、光測定装置４１とにより構成することができる。なお、セル１１およびポンプ２２以外の構成は、第１の実施形態の光分析装置１０と同様の構成であるので、同一部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

セル１１は、試料ｓを投入する容器である。本実施形態のセル１１はフローセル１１２である。このフローセル１１２は、底面部に試料ｓの投入口１１２ａ、天面部に試料ｓの排出口１１２ｂが設けられており、例えば、気泡等が滞留しないように、投入口１１２ａからフローセル１１２内に投入された試料ｓが上昇して排出口１１２ｂから排出できるように構成することができる。

ポンプ２２は、フローセル１１２を通過するように試料ｓを流通させる。ポンプ２２としては、試料ｓを適性に流通させることができ、かつ試料ｓを汚染させなければ特に限定されない。ポンプ２２としては、例えば、チューブポンプ、ペリスタリティックポンプ、シリンジポンプ、ダイアフラムポンプ等を採用することができる。ポンプ２２の配置としては、投入口１１２ａ側（図５Ａおよび図５Ｂ参照）でもよく、排出口１１２ｂ側（不図示）でもよい。

次に、当該光分析方法Ａ２について、図６を参照して説明する。当該光分析方法Ａ２は、図６に示すように、ステップＳ２０１およびステップＳ２０７を有している点で、第１の実施形態と異なっている。なお、ステップＳ１０２～ステップＳ１０６、およびステップＳ１０８は、第１の実施形態の構成と同様であるので、同一ステップには同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

当該光分析方法Ａ２では、ステップＳ２０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５の順で順次実行し、ステップＳ１０８まで進んだ後にはステップＳ１０３から再度実行する。

ステップＳ２０１では、フローセル１１２に分析を行う試料ｓを投入する。本実施形態では、ポンプ２２を用い、投入口１１２ａを介して試料ｓをフローセル１１２内に投入すると共に、排出口１１２ｂを介して試料ｓをフローセル１１２から排出する。なお、試料ｓの流量は、光分析が可能な範囲で適宜設定することができる。

ステップＳ１０２では、超音波発振器２１の周波数の初期値を設定する。ステップＳ１０３では、試料ｓに超音波の照射を開始する。ステップＳ１０４では、超音波の照射を開始してから所定時間後の透過光の強度を測定する。

ステップＳ１０５では、照射した超音波の周波数が、透過光の強度を最大にする周波数であるか否かを判定する。ステップＳ１０５において透過光の強度が最大であると判定された場合、超音波発振器２１の周波数を最適周波数に調整した後、この調整した周波数の超音波を試料ｓに照射した状態で光分析する工程を行って（ステップＳ１０９）光分析を終了する。一方、透過光の強度が最大でないと判定された場合、以下のステップＳ１０６を実行する。

ステップＳ１０６では、超音波の照射を止める。ステップＳ２０７では、試料ｓ中の濁質ｃを再分散させるか、または未測定の試料に入れ替える。試料ｓを再分散させる場合、濁質ｃの再分散は、例えば、試料ｓを攪拌するか、またはフローセル１１２中の試料ｓの流速を、透過光の強度を測定する際のフローセル１１２中の試料ｓの流速よりも高めることで行われる。上記攪拌は、第１の実施形態における攪拌と同様の操作により行うことができる。一方、試料ｓの流速を高める操作は、具体的には、例えば、図示していない環流用の配管を介し、ポンプ２２により試料ｓの流量を高めた状態で、排出口１１２ｂから排出した試料ｓを再度投入口１１２ａからフローセル１１２内に投入（環流）することで行うことができる。試料ｓを入れ替える場合、例えば、超音波照射済みの試料ｓをフローセル１１２の排出口１１２ｂから排出して貯留タンク（不図示）に貯留すると共に、未測定の試料を投入口１１２ａを介してフローセル１１２に投入する。ステップＳ１０８では、超音波発振器２１の周波数を再設定する。

このように、当該光分析方法Ａ２は、上記構成であるので、透過光の強度を最大にする周波数の超音波を用いて光分析を行うことができ、たとえ試料ｓが濁質ｃを含んでいても、透過光を用いて試料ｓの光分析を精度よく行うことができる。また、当該分析方法Ａ２は、セル１１がフローセル１１２であるので、リアルタイムで連続して光分析を行うことができる。

＜光分析システム＞
本開示の光分析システムは、セル中の濁質を含む試料に光を照射し、この光の透過光を用いて上記試料を光分析する光分析システムであって、上記試料を投入するセルと、上記試料を励振させるために上記試料に所定の周波数の超音波を照射する超音波照射装置と、上記試料に光を照射する光源とこの光源からの光が上記試料を透過した透過光の強度を測定する受光器とを有する光測定装置と、上記受光器により測定した透過光の強度に基づき、上記超音波照射装置および上記光測定装置を制御する制御装置と、を備え、上記制御装置は、上記超音波照射装置にて照射する超音波の周波数を設定し、照射した超音波の周波数が透過光の強度を最大にする周波数であるか否かを判定し、この判定に基づき上記光測定装置に光分析の実行を指示することを特徴とする。

［第３の実施形態］
図７は、本発明の第３の実施形態の光分析システムを示す概略的ブロック図である。当該光分析システムＢ１は、図７に示すように、概略的に、セル１１と、超音波発振器２１と、超音波照射装置３１と、光測定装置４１と、制御装置５１とにより構成されている。セル１１、超音波発振器２１、超音波照射装置３１、および光測定装置４１は、＜光分析方法＞の項で説明した光分析装置の構成と同様であるので、同一部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

セル１１は、試料ｓを投入する容器である。当該光分析システムＢ１に用いられるセル１１は、本発明の効果を損なわない限り特に限定されないが、バッチセル１１１またはフローセル１１２であることが好ましい。セル１１がバッチセル１１１である場合、大掛かりな装置を必要とせず簡易に光分析を行うことができる。他方、セル１１がフローセル１１２である場合、リアルタイムで連続して光分析を行うことができる。本実施形態では、セル１１としてバッチセル１１１が例示されている。

超音波発振器２１は、超音波振動子３１１を駆動するための装置である。超音波照射装置３１は、試料ｓを励振させるために試料ｓに所定の周波数の超音波を照射する装置である。この超音波照射装置３１は、超音波振動子３１１と、超音波反射板３１２とを有している。光測定装置４１は、光源４１１と、受光器４１２と、分光光度計４１３と、解析装置４１４とを有している。光源４１１は、試料ｓに光を照射する。受光器４１２は、光源４１１からの光が試料ｓを透過した透過光の強度を測定する。なお、光源４１１および受光器４１２は、分光光度計４１３のものを利用してもよいし、図示したように分光光度計４１３とは別に設置してもよい。

制御装置５１は、受光器４１２により測定した透過光の強度に基づき、超音波照射装置３１および光測定装置４１を制御する。この制御装置５１は、超音波照射装置３１にて照射する超音波の周波数を設定し、照射した超音波の周波数が透過光の強度を最大にする周波数であるか否かを判定し、この判定に基づき光測定装置４１に光分析の実行を指示する。

制御装置５１は、具体的には、例えば、図示していないパーソナルコンピュータ、ディスプレイ、データ記憶装置、信号入出力装置等から構成される。この制御装置５１は、受光器４１２、超音波発振器２１、および光測定装置４１に接続されている。パーソナルコンピュータは、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、メモリ等を有し、各種演算を実行する。ディスプレイは、パーソナルコンピュータの入出力情報等を表示する。データ記憶装置は、パーソナルコンピュータが実行するソフトウェア、超音波照射装置３１や光測定装置４１などに関する情報（例えば、超音波振動子３１１の共振周波数、過去に求めた透過光強度が最大となる超音波の周波数など）等を格納する。信号入出力装置は、受光器４１２等からの信号を入力したり、超音波発振器２１、光測定装置４１等へ信号を出力したりする。

上述した周波数の設定において、初期値の設定および再設定は、受光器４１２から取得した透過光強度の信号を用い、例えば、＜光分析方法＞の項におけるステップＳ１０２およびＳ１０８にて説明した設定手法と同様の手法を用いて行うことができる。この際、周波数の初期値は、例えば、上記データ記憶装置に格納された超音波振動子３１１の共振周波数や、過去に求めた透過光強度が最大となる超音波の周波数などを用いて設定してもよい。設定された周波数に関する信号は、超音波発振器２１に出力される。

上述した判定は、例えば、＜光分析方法＞の項におけるステップＳ１０５にて説明した設定手法と同様の手法を用いて行うことができる。

上述した光分析の実行の指示は、制御装置５１が、照射した超音波の周波数が透過光の強度を最大にする周波数であると判定した場合、光測定装置４１に対して光分析を開始させる信号を出力することで行われる。

次に、当該光分析システムＢ１の使用方法について説明する。ここでは、セル１１がバッチセル１１１であるものを例示する。まず、分析する試料ｓをバッチセル１１１に投入する。次いで、制御装置５１が超音波発振器２１の周波数の初期値（例えば、超音波振動子３１１の共振周波数と同じ周波数）を設定した後、超音波発振器２１にて発振した電気信号を用いて超音波照射装置３１が試料ｓに超音波の照射を開始する。次いで、受光器４１２が超音波の照射を開始してから所定時間後の透過光の強度を測定した後、制御装置５１は、受光器４１２が測定した透過光強度を用い、照射した超音波の周波数が透過光の強度を最大にする周波数であるか否かを判定する。

この際、制御装置５１は、透過光強度が最大であると判定した場合、最適周波数を決定すると共に光測定装置４１に対して光分析の実行を指示する。次いで、光測定装置４１は、試料ｓの光分析を実行する。なお、最適周波数が決定された場合、制御装置５１は、ディスプレイ上に「透過光強度が最大になる周波数の測定完了」、「光分析開始可」などのような表示を出してもよい。

一方、制御装置５１は、透過光強度が最大ではないと判定した場合、超音波発振器２１の発振を停止させると共に、攪拌装置（不図示）にバッチセル１１１内の試料ｓを攪拌する指示を出す。これにより試料ｓが攪拌されて濁質ｃが超音波照射前の状態に再分散される。次いで、制御装置５１は周波数の再設定を行い、超音波発振器２１にて発振した電気信号を用いて超音波照射装置３１が試料ｓに超音波の照射を再開する。なお、最適周波数が未決定の場合、制御装置５１は、光測定装置４１に対して光分析の実行を保留にする。この場合、制御装置５１は、ディスプレイ上に「透過光強度が最大になる周波数の測定中」、「光分析開始不可」などのような表示を出してもよい。

このように、当該光分析システムＢ１は、上記構成であるので、透過光の強度を最大にする周波数の超音波を用いて光分析を行うことができ、たとえ試料ｓが濁質ｃを含んでいても、上記透過光を用いて試料ｓの光分析を精度よく行うことができる。

なお、本発明は、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、上述した実施形態では、試料ｓに超音波の照射を開始してから所定時間後の透過光の強度を測定するステップを含む光分析方法を示したが、透過光強度の単位時間あたりの変化率と、安定となった後の透過光強度の強度との間に相関がある場合は、上記変化率に基づき最適周波数を決定してもよい。

また、上述した実施形態では、一回の光分析で一度のみ最適周波数に調整する光分析方法を示したが、光分析中に試料の温度や密度などが変化する場合は、透過光強度が最大になる周波数が分析中に変化する可能性があるため、光分析の開始前だけではなく、光分析を開始してから所定時間経過後または一定時間間隔で、透過光強度が最大になる最適周波数を設定し直し、この再設定した最適周波数の超音波を試料に照射して光分析を継続するようにしてもよい。また、光分析システムは、制御装置が所定時間経過後または一定時間間隔で透過光強度が最大になる最適周波数を設定し直すように制御してもよい。

また、上述した実施形態では、最適周波数であることが判定された場合に、光分析に移行する光分析方法（図２および図６のステップS１０５、S１０９参照）を示したが、広範な周波数全体に亘って透過光強度を測定した後、最適周波数を決定し、光分析に移行してもよい。

また、上述した実施形態では、周波数の初期値を共振周波数またはこの近傍の周波数とする光分析方法を示したが、超音波振動子の共振周波数に関わりなく、超音波発振器における周波数の初期値を設定してもよい。

本発明は、化学品、医薬品、食品、環境試料などを対象とした、濁質を含む懸濁状および乳濁状の試料の光分析に好適に適用することができる。

ｓ 試料
ｃ 濁質
Ｂ１ 光分析システム
１０、２０ 光分析装置
１１ セル
１１１ バッチセル
１１２ フローセル
３１ 超音波照射装置
４１ 光測定装置
４１１ 光源
４１２ 受光器
５１ 制御装置

Claims (5)

1. セル中の濁質を含む試料に光を照射し、この光の透過光を用いて前記試料を光分析する光分析方法であって、
   超音波の照射により前記セル中の試料を励振させながら、前記透過光の強度が最大となるように前記超音波の周波数を調整した後、この調整した周波数の超音波を前記試料に照射した状態で光分析し、
   前記透過光の強度が最大となるように前記超音波の周波数を調整する工程は、
   前記超音波の照射を開始してから所定時間後の前記透過光の強度を測定するステップと、
   照射した前記超音波の周波数が、前記透過光の強度を最大にする周波数であるか否かを判定するステップと、
   前記透過光の強度が最大でない場合、前記超音波の照射を止めて前記試料中の濁質を再分散させるか、または未測定の試料に入れ替えるステップと、を含んでいることを特徴とする光分析方法。
2. 請求項１に記載の光分析方法において、
   セルがバッチセルであり、濁質の再分散が試料を攪拌することで行われる光分析方法。
3. 請求項１に記載の光分析方法において、
   セルがフローセルであり、濁質の再分散が、試料を攪拌するか、またはセル中の試料の流速を、透過光の強度を測定する際の前記セル中の試料の流速よりも高めることで行われる光分析方法。
4. セル中の濁質を含む試料に光を照射し、この光の透過光を用いて前記試料を光分析する光分析システムであって、
   前記試料を投入するセルと、
   前記試料を励振させるために前記試料に所定の周波数の超音波を照射する超音波照射装置と、
   前記試料に光を照射する光源とこの光源からの光が前記試料を透過した透過光の強度を測定する受光器とを有する光測定装置と、
   前記受光器により測定した透過光の強度に基づき、前記超音波照射装置および前記光測定装置を制御する制御装置と、
   前記セル内の試料を攪拌する攪拌装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記超音波照射装置にて照射する超音波の周波数を設定し、照射した超音波の周波数が透過光の強度を最大にする周波数であるか否かを、前記超音波の照射を開始してから所定時間後の前記透過光の強度を測定することにより判定し、この判定に基づき前記光測定装置に光分析の実行を指示するものであり、
   前記透過光の強度が最大でないと判定した場合、前記制御装置は、前記超音波の照射を止める指示を出すと共に、前記攪拌装置に、攪拌により前記試料中の濁質を再分散させる指示を出すことを特徴とする光分析システム。
5. 請求項４に記載の光分析システムにおいて、
   セルがバッチセルまたはフローセルである光分析システム。

Images