JPH07280724A - 吸光度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外乱光を除去するために計測装置や被験体を
箱内に収納する必要がない被験体の吸光度測定方法を実
現する。 【構成】 光源１よりパルス光を発光し、光源１と光検
出器３の間に被験体２が設置された場合と設置されてい
ない場合について、光源１が発光しているときと発光し
ていないときの光検出器３が受光する光の光強度をそれ
ぞれ測定し、発光の有無による光強度の差より被験体２
を透過した光の光強度と光源１より直接入射した光の光
強度を求め、これより被験体２の吸光度を測定するもの
としたことによって、外乱光の影響をほとんど除去する
ことができるため、被験体２や計測装置１，３を箱内に
収納せずに被験体２の高精度の吸光度測定が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気中に浮遊する微粒
子濃度、例えば煤塵濃度の測定、河川の濁度の測定、細
胞培養液の細胞濃度の測定等に適用される吸光度測定方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の吸光度測定において、外乱光によ
り測定精度が低下する場合には、図７に示すように光源
０１と光検出器０３を外乱光から完全に遮断することが
できる暗黒の箱１０の中に設置して光源０１から一定量
の光を発し、被験体０２を透過した光を光検出器０３で
測定することにより行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の吸光度測定にお
いては、光源より一定量の光を発し、被験体を透過して
検出される光の量と、被験体がないときに検出される光
の量を測定し、その差から被験体の吸光度を測定してい
た。

【０００４】一般に吸光度ａは次式で表わされる。

【０００５】ａ＝ｋlog₁₀(I _O ／Ｉ) ここで、ｋは定数、I _O は被験体がないときに検出され
る光の量、Ｉは被験体を透過して検出される光の量であ
る。

【０００６】この式から明らかなように、光源以外の外
乱光があると感度が低下する。仮に被験体透過後に光の
量が１０％に低下する場合を考えてみる。この場合、外
乱光がないときの吸光度ａ₁ は、次式となる。

【０００７】ａ₁ ＝log₁₀(１００／１０）＝１．００ また、光源の３０％の光の量の外乱光があるときの吸光
度ａ′₁ は次式となる。

【０００８】 ａ′₁ ＝log₁₀ ｛１００／（１０＋３０）｝＝０．４０ 外乱光がある場合に光検出器が０．０１の光の量の差を
検出できるものとすると、吸光度ａ′₂ がａ′₂ ＝０．
３９となる被験体の透過光量ｘ′₁ は、次式で示され
る。

【０００９】ａ′₂ ＝log₁₀ ｛１００／（ｘ′₁ ＋３
０）｝＝０．３９ これを解くと、ｘ′₁ ＝１０．７％となる。

【００１０】外乱光がない場合に０．０１の光の量の差
を検出できるとすると、吸光度ａ₂がａ₂ ＝０．９９と
なる被験体の透過光量ｘ₁ は、次式で示される。

【００１１】ａ₂ ＝log （１００／ｘ₁ ）＝０．９９ これを解くと、ｘ₁ ＝１０．２％となる。

【００１２】この例では、外乱光の存在により、０．２
％であった計測精度が０．７％にまで低下したことにな
る。

【００１３】外乱光がこのように一定レベルであること
は稀で、実際は電球のように外乱光の量は常に変化して
いる。また、電球では光の量は周期的に変化しており、
最大から０の範囲の種々の値をとる。

【００１４】光の量の変化を先に挙げた例にあてはめる
ことができるとすると、被験体がない場合でも吸光度は
１．００から０．４０の範囲で変化することになる。こ
れでは真の被験体の吸光度つまり光透過量は分からな
い。

【００１５】このように、従来の方法では、外乱光があ
ると測定不能となることから、外乱光を排除するため、
図７に示すように光源、被験体及び光検出器を完全に覆
わなければならず、この場合には、箱内にこれらの機器
を収納して測定するための労力を要するばかりでなく、
被験体によっては測定が不可能な場合も生じるという課
題があった。本発明は上記の課題を解決しようとするも
のである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の吸光度測定方法
は、パルス変調されたパルス光を発光する光源とこれを
受光する光検出器の間に被験体を設置した状態で光源が
発光しているときと発光していないときに光検出器が受
光する光の光強度をそれぞれ測定した後、それぞれの光
強度の差より被験体を透過した光の光強度を求め、ま
た、光源と光検出器の間に被験体が設置されていない状
態で光源が発光しているときと発光していないときに光
検出器が受光する光の光強度を測定した後、それぞれの
光強度の差から光源より直接光検出器に入射した光の強
度を求め、その上で上記被験体を透過した光の光強度と
光源より直接光検出器に入射した光の光強度から被験体
の吸光度を測定することを特徴としている。

【００１７】

【作用】上記において、光源と光検出器の間に被験体を
設置している場合及び設置していない場合についての、
光源が発光していないときの光検出器が受光する光の光
強度は、いずれも外乱光の光強度であり、光源が発光し
ているときの光強度は、それぞれ光源が発光し被験体を
透過した光の光強度に外乱光の光強度が加わったもの
と、光源より光検出器に直接入射した光の光強度と外乱
光の光強度が加わったものである。

【００１８】そのため、被験体が設置されている場合と
設置されていない場合について、光源が発光していると
きと発光していないときの光強度の差を求めることによ
り、ほとんど外乱光を含まない被験体を透過した光と光
源より直接光検出器に入射した光の光強度を求めること
ができる。

【００１９】また、パルス変調されたパルス光は、通常
の光源が出力する光よりその光強度が著しく大きいた
め、被験体を透過した光と光源より直接入射した光に外
乱光が含まれている場合にもその影響は低減される。

【００２０】上記の結果、被験体を透過した光の光強度
と光源より直接入射した光の光強度は高い精度で測定で
きるため、これらより求められる被験体の吸光度の測定
精度も大幅に向上する。

【００２１】

【実施例】本発明の一実施例に適用される装置につい
て、図１により説明する。図１に示す本実施例に係る装
置は、パルス光を出力し被験体２に照射する光源１、上
記被験体２が透過したパルス光を入射しその出力信号を
増幅器４に入力する光検出器３、上記増幅器４の出力信
号を上記光源１が発光していないときに通過させる暗電
流ゲート５と発光しているときに通過させる明電流ゲー
ト７、上記暗電流ゲート５と明電流ゲート７にそれぞれ
接続されそれぞれの出力信号を減算器９に入力する暗電
流積分器６と明電流積分器８を備えている。

【００２２】上記装置を用いた吸光度測定方法につい
て、以下に説明する。まず、被験体２を設置した状態
で、光源１から出たパルス光が被験体２を透過して光検
出器３に到達する。光検出器３で検出した光は、電流又
は電圧に変換され増幅器４で増幅される。

【００２３】光源１が発光していないときは暗電流ゲー
ト５がオンになり、図２（ａ）に示す暗電流値の電流が
流れ、暗電流積分器６により暗電流ゲート５がオンの間
の光検出量を示す暗電流値が積分されて暗電流が流れて
いるときの光強度が求められる。

【００２４】光源１が発光しているときには暗電流ゲー
ト５と同一時間明電流ゲート７がオンになり、図２
（ａ）に示す明電流値の電流が流れ、明電流積分器８に
よりこの間の光検出量を示す明電流値が積分されて明電
流が流れているときの光強度が求められる。

【００２５】上記により求められた明電流時の光強度と
暗電流時の光強度は減算器９に入力され、減算器９はそ
の差を演算により求めて被験体２を透過した光の光強度
を出力する。

【００２６】次に、上記被験体２を取り除いた状態で、
光源１が光検出器３に向けてパルス光を出力し、上記と
同様に明電流時の光強度と暗電流時の光強度が求めら
れ、その差から被験体２がない状態での光強度が求めら
れる。

【００２７】上記被験体２を透過した光の光強度Ｉと光
源１から直接光検出器３により受光された光の光強度I
_O は、次式に代入され、被験体２の吸光度ａが求められ
る。

【００２８】ａ＝ｋlog₁₀ （I _O ／Ｉ） こゝで、ｋは定数である。なお、被験体２がある場合と
ない場合の光強度の測定はいずれを先に行ってもよい。

【００２９】本実施例において、光源１をパルス変調し
て発光させたパルス光を用いているのは、この光強度が
図２（ｂ）に示すように一定量の光を発する直流光（直
流電流により光源が発光する光であり、以下ＤＣ光とす
る）に比べて３倍以上大きくなるためであり、光源１が
発光と消灯を繰り返すためであって、この結果、吸光度
測定精度を高めることができるからである。

【００３０】この光源１の光強度が３倍以上となること
の効果について、被験体２を透過した光の量が１０％に
低下する場合を例にとり、以下に説明する。ＤＣ光では
前述の通り、外乱光がない場合の吸光度ａ₁ と３０％の
外乱光がある場合の吸光度ａ′₁ は、それぞれ次式とな
る。

【００３１】ａ₁ ＝log₁₀ （１００／１０）＝１．００ ａ′₁ ＝log₁₀ ｛１００／（１０＋３０）｝＝０．４０ 光源１の光強度が３倍になった場合、外乱光がないとき
の吸光度ａ₃ は次式で示されるため、ＤＣ光と同じであ
る。

【００３２】 ａ₃ ＝log₁₀ （３×１００／３×１０）＝１．００ しかしながら、３０％の外乱光があるときの吸光度ａ′
₃ は、次式となる。

【００３３】ａ′₃ ＝log₁₀ ｛３×１００／（３×１０
＋３０）｝＝０．７ 光検出器３が０．０１の光の量の差を検出できるとする
と、外乱光がある場合、吸光度ａ′₄ がａ′₄ ＝０．６
９となる被験体２の透過光量ｘ′₂ は、次式で示され
る。

【００３４】ａ′₄ ＝log₁₀ ｛３×１００／（３×ｘ′
₂ ＋３０）｝＝０．６９ これを解くと、ｘ′₂ ＝１０．４％となる。即ち、ＤＣ
光では０．７％であった精度が、パルス変調による光強
度の増大で０．４％にまで向上することになる。

【００３５】次に、パルス変調により光源１が発光と消
灯を繰り返すことの効果について、以下に説明する。図
１に示す暗電流ゲート５と明電流ゲート８は光源１のパ
ルス変調に同調させて開閉し、光源１が消灯していると
きに検出される光の量を暗電流積分器６が一定時間積分
して求め、光源１が発光しているときに検出される光の
量を明電流積分器８が消灯時と同一時間積分して求め
る。

【００３６】消灯時に検出される光は全て外乱光であ
り、発光時に検出される光は外乱光、及び光源１が発光
し被験体２を透過した光である。従って、減算器９が発
光時の積分値から消灯時の積分値を差し引くことによ
り、光源が発光し被験体２が透過した光の量が求められ
る。外乱光が一定であればこれが真の透過光量となる。

【００３７】外乱光が変動している場合でも、その変動
が無視できるほどの高周波でパルス変調すれば、誤差は
無視することができる。

【００３８】本実施例の測定方法については、その性能
確認のため蛍光灯の発する光を外乱光とした試験を行っ
ており、以下にその結果について説明する。蛍光灯は５
０HZまたは６０HZで点滅するため、その１００倍を越え
る１０．０００HZという高周波で光源をパルス変調させ
たところ、蛍光灯の点灯した室内での測定値と、光を遮
断した箱の中での測定値との間でその差が１％以下であ
り、本実施例の方法により測定した場合、外乱光を無視
することができることを確認した。

【００３９】図３は、光源として中心波長６６０ｎｍ及
び９５０ｎｍの発光ダイオードを使用し、直径１．１９
μｍのラテックス球を水に懸濁し、この液を内側の厚さ
４ｍｍの容器に入れて測定した場合の測定結果を示して
いる。図３から判るように、球密度が１０⁷ 個／ｍｌ以
上であれば吸光度との間に非常に良い相関関係があっ
た。

【００４０】図４，図５，及び図６は、それぞれ直径１
１．９μｍのラテックス球、微生物の一種である枯草
菌、動物細胞の一種であるＲＡ３−６Ｂ２を懸濁した場
合の測定結果を示している。これらの図から判るよう
に、真球に近い顆粒だけでなく生物試料についても良好
な測定結果が得られた。

【００４１】

【発明の効果】本発明の吸光度測定方法は、光源よりパ
ルス光を発光し、光源と光検出器の間に被験体が設置さ
れた場合と設置されていない場合について、光源が発光
しているときと発光していないときの光検出器が受光す
る光の光強度をそれぞれ測定し、発光の有無による光強
度の差より被験体を透過した光の光強度と光源より直接
入射した光の光強度を求め、これより被験体の吸光度を
測定するものとしたことによって、外乱光の影響をほと
んど除去することができるため、被験体や計測装置を箱
内に収納せずに被験体の高精度の吸光度測定が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の方法に係る装置の説明図で
ある。

【図２】上記一実施例に係る作用説明図で、（ａ）は暗
電流値と明電流値の説明図、（ｂ）はパルス光の説明図
である。

【図３】上記一実施例の方法による直径１．１９μｍの
ラテックス球（球密度１０⁷ 〜１０⁹ 個／ｍｌで水に懸
濁した場合）の測定結果の説明図である。

【図４】上記一実施例の方法による直径１１．９μｍの
ラテックス球（球密度１０⁵ 〜１０⁸ 個／ｍｌで水に懸
濁した場合）の測定結果の説明図である。

【図５】上記一実施例の方法による枯草菌の測定結果の
説明図である。

【図６】上記一実施例の方法による浮遊性動物細胞の測
定結果の説明図である。

【図７】従来の方法を示す概念図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 被験体 ３ 光検出器 ４ 増幅器 ５ 暗電流ゲート ６ 暗電流積分器 ７ 明電流ゲート ８ 明電流積分器 ９ 減算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 根岸 成昭 神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三 菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 御所園 利美 神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三 菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 上村 一秀 神戸市兵庫区小松通五丁目１番16号 株式 会社新菱ハイテック内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス変調されたパルス光を発光する光
   源とこれを受光する光検出器の間に被験体を設置した状
   態で光源が発光しているときと発光していないときに光
   検出器が受光する光の光強度をそれぞれ測定した後、そ
   れぞれの光強度の差より被験体を透過した光の光強度を
   求め、また、光源と光検出器の間に被験体が設置されて
   いない状態で光源が発光しているときと発光していない
   ときに光検出器が受光する光の光強度を測定した後、そ
   れぞれの光強度の差から光源より直接光検出器に入射し
   た光の強度を求め、その上で上記被験体を透過した光の
   光強度と光源より直接光検出器に入射した光の光強度か
   ら被験体の吸光度を測定することを特徴とする吸光度測
   定方法。