(57)【要約】  UV吸光スペクトロメーターは、筐体、制御器、及びセンサーユニットを有し、センサーユニットは、紫外光源、解析セル内の、あるいは流水又は気体媒体内の解析エリア、及びUV検出器を含むUV波長分離器を有する。200−320 nmの波長レンジ内の紫外光は、光源から放射され、解析エリアを経て波長分離器に至り、制御器は、UV検出器からの出力信号を、波長レンジ内の２つ以上の波長における吸光度値あるいは光学密度に変換し、該吸光度値あるいは光学密度の差分を計算し、化学物質の既知の濃度に対し求められる校正定数、及び該吸光度値又は光学密度の該差分を用いて溶液内の該化学物質の濃度を決定する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体と、制御器と、センサーユニットと、
を有するUV吸光スペクトロメーターであって、
該センサーユニットは、紫外光源、解析セル内の又は流水若しくは気体媒体内の解析エリア、UV検出器を含むUV波長分離器を有し、
200−320 nmの波長レンジ内の紫外光は、前記光源から放射され、前記解析エリアを経て、前記波長分離器に至り、
前記制御器は、前記UV検出器からの出力信号を、前記波長レンジ内の２つ以上の波長における吸光度値又は光学密度に変換し、該吸光度値又は光学密度の差分を計算し、化学物質の既知の濃度に対し求められる校正定数、及び該吸光度値あるいは光学密度の該差分を用いて溶液内の該化学物質の濃度を決定する、UV吸光スペクトロメーター。
【請求項２】
前記化学物質が殺生物剤である、請求項１に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項３】
前記溶液が殺菌溶液であり、前記化学物質がクアットである、請求項１に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項４】
前記紫外光源が、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、又は複数の発光ダイオードである、請求項１に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項５】
前記紫外光源が、およそ254 nmの主線をもつ低圧水銀ランプ、あるいはクリプトンガス放電ランプである、請求項１に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項６】
前記紫外光源の強度を監視するためのその他の紫外検出器を更に有する、請求項１に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項７】
前記解析セルが、サンプルセル、フローセル、又はオープンパス型セルである、請求項１に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項８】
前記筐体が第1のシリンダーと第2のシリンダーを有し、
該第1のシリンダーが、前記UV光源と、前記UV光源により放射された前記光を前記解析エリアに向かい方向付け、焦点を合わせるための第1の光学手段を収容し、
該第２のシリンダーが、前記UV検出器と、前記解析エリアを通過した前記光を前記UV検出器に向かい方向付け、焦点を合わせるための第２の光学手段を収容し、
該第1と第2のシリンダーの軸が平行であると同時に、解析エリア内のパスを伝送する前記光に垂直となるよう設けられる、請求項１に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項９】
前記第1の光学手段が第1のプリズムミラーを有し、前記第２の光学手段が第２のプリズムミラー、２つのレンズ、及び２つのスペーサーを有する、請求項８に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項１０】
濁りを測定するためにその他のUV検出器を更に有し、それは前記筐体内部の前記第1のシリンダーと第2のシリンダーの間、前記解析エリアのすぐ上に位置し、それにより前記解析エリアからの散乱された放射を受光する、請求項８に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項１１】
前記UV波長分離器が、罫線又はホログラフィックの回折格子、可変UV波長線形干渉フィルター、あるいは複数のUV干渉フィルターを更に有する、請求項８に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項１２】
前記UV波長分離器が、入力スリット、球面ミラー、及び前記罫線の回折格子を有する、請求項１１に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項１３】
前記入力スリットが、前記第2のシリンダーの前記軸と対称的に設けられ、
前記UV検出器の受光面が、前記第2のシリンダーの前記軸に垂直に位置し、
前記球面ミラーの中心が、前記第2のシリンダーの前記軸と一直線上となると同時に、前記球面ミラーの底面が、前記第2のシリンダーの前記軸から20°の角度に位置し、
前記回折格子の中心が前記球面ミラーの該中心に対応し、これにより前記回折格子が、異なる波長のUV光を異なる角度で反射し、前記UN検出器上に線形スペクトルを生成する、請求項１２に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項１４】
前記制御器が、電力源、メモリー、ディスプレイ、及びキーパッドを有する制御器ユニット内に含まれる、請求項１に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項１５】
前記UV検出器は、線形検出器アレイであり、前記UV波長分離器は、平面ミラー、非点収差／トロイダルミラー、可変波長光学UVフィルター、一対のUVフィルター取り付け、及び入力ダイヤフラムを有する、請求項１１に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項１６】
前記入力ダイヤフラムが、前記第2のシリンダーの前記軸と対称的に設けられ、
前記線形検出器アレイの受光面が、前記第2のシリンダーの前記軸に垂直に位置し、
前記平面ミラーの中心が、前記第2のシリンダーの前記軸と一直線上となると同時に、前記平面ミラーの底面が、前記第2のシリンダーの前記軸から20°の角度に位置し、
前記非点収差／トロイダルミラーの中心が前記平面ミラーの該中心に対応し、これにより前記平面ミラーが前記入力ダイヤフラムからのUV光を前記非点収差／トロイダルミラーに方向付け、前記非点収差／トロイダルミラーは、円形入力ダイヤフラムからの光を前記線形検出器アレイの感光面上のラインに変換する、請求項１５に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項１７】
前記UV波長分離器が、光学的に不透明な壁、正レンズ、４つの光学フィルター、および４つのUV検出器を有する、請求項８に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項１８】
前記４つの光学フィルターは、45°角度に対し288 nmで最大送信を有する第1の光学フィルター、45°角度に対し296 nmで最大送信を有する第２の光学フィルター、45°角度に対し312.5 nmで最大送信を有する第３の光学フィルター、45°角度に対し365 nmで最大送信を有する第４の光学フィルターを有し、
前記５つのUV検出器は、288 nmにおいてUV強度を測定するための第1のUV検出器、296 nmにおいてUV強度を測定するための第２のUV検出器、312.5 nmにおいてUV強度を測定するための第３のUV検出器、365 nmにおいてUV強度を測定するための第４のUV検出器、254 nmにおいてUV強度を測定するための第５のUV検出器を有する、請求項１７に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項１９】
前記光学フィルターの各々が干渉フィルターであり、狭い周波数バンドを選択するために、複数の反射と干渉を使用するため、２つの準反射コーティング間に置かれた薄く透明なスペーサを有する、請求項１７に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項２０】
前記第1の光学フィルターの中心が、前記第2のシリンダーの前記軸と一直線となると同時に、前記第1の光学フィルターの本体が、前記第2のシリンダーの前記軸から45°の角度に位置し、
前記第２の光学フィルターが、前記第1の光学フィルターと平行に位置し、その中心は、前記第1の光学フィルターの該中心に対応し、
前記正レンズの本体が、前記第2のシリンダーの前記軸と垂直に設けられ、その中心は、前記第２の光学フィルターの該中心に対応し、
前記第３の光学フィルターが、前記第２の光学フィルターと垂直に位置し、その中心は、前記第２の光学フィルターの該中心並びに前記正レンズの該中心に対応し、
前記第４の光学フィルターが、前記第３の光学フィルターと平行に位置し、その中心は、前記第３の光学フィルターの該中心に対応し、
前記５つのUV検出器の各々は、各光学フィルターから45°の角度に位置し、その中心は、前記各光学フィルターの該中心に対応する、請求項１８に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項２１】
前記第1と第2の光学手段が、軸外し放物面ミラーを有する、請求項８に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項２２】
更にセンサーコネクターを有し、前記制御器は、壁掛け式制御器ユニットを内に含まれ、前記センサーユニットは、殺菌チャンバ内に浸されるための浸透式センサーユニットであり、該センサーコネクターは、前記制御器ユニットと前記センサーユニットを接続する、請求項１に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項２３】
UV殺菌において前記殺菌チャンバの壁上に位置付けられたUVランプを伴うクオーツスリーブの集合を更に有する、請求項２２に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項２４】
前記UV検出器が、UVフォトダイオード、UV光電子増倍管、CCDアレイ、あるいはフォトダイオードアレイを有するUVアレイ検出器である、請求項１に記載のUV吸光スペクトロメーター。
【請求項２５】
溶液又は流水又は気体媒体内の化学物質濃度を測定するための方法であって、
サンプルチャンバを備えるUVスペクトロメーターを提供し、該近UVスペクトロメーターは、200−320 nmの波長レンジ内の光を放射する紫外光源、UV検出器を有するUV波長分離器、制御器を有し、
前記サンプルチャンバ内部に液体又は気体媒体を提供し、
前記波長内の２つ以上の波長に対する値又は光学密度を測定するために前記UVスペクトロメーターを使用し、
該吸光度値又は光学密度の差分を計算し、前記化学物質の既知の濃度に対し求められる校正定数、及び該吸光度値又は光学密度の該差分を用いて前記サンプルチャンバ内の前記化学物質の濃度を決定するために、前記制御器をプログラミングする、ことを有する方法。
【請求項２６】
前記溶液は殺菌溶液であり、前記化学物質は洗浄剤であり、前記制御器は、方程式
y = 178.16 ・ x − 14.608 ・ x2 + 0.5726 ・ x3 − 0.0081 ・ x4
【表１】
2009520205.tif 000010
x = (最小の位置, nm − 230 nm)
yは該殺菌溶液中に含まれる殺菌剤に対する該洗浄剤の比である
に基づき計算、決定する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記UV光源は水銀ランプであり、前記制御器は、方程式
Cquat = 2852 ・ Z(s)・ ( 1 − 0.042・ Z(s)2 ) 
Z(s) = ( D254(s) − 2.62 ・ D280(s) + 1.62 ・ D296(s) ) 
【表２】
2009520205.tif 000011
ここで、U254(0)、U280(0)、U296(0)は、調整時の波長254 nm、280 nm、及び296 nmにおける紫外信号の強さであり、U254(s)、U280(s)、U296(s)は、測定中の波長254 nm、280 nm、及び296 nmにおける紫外信号の強さである、
に基づき計算、決定する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記UV光源はクリプトンランプ又は重水素ランプであり、前記制御器は、方程式
Cquat = 2450・ ( D259(s) − D275(s) )
ここで、Cquatは化学物質の実際の濃度
【表３】
2009520205.tif 000012
ここで、U259(0)、U275(0)は、調整時の波長259 nm、及び275 nmにおける紫外信号の強さであり、U259(s)、U275(s)は、測定中の波長259 nm、及び275 nmにおける紫外信号の強さである、
に基づき計算、決定する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記液体又は気体媒体の濁度を測定し、前記決定された化学物質濃度に対する濁度の影響を補償することを更に有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記制御器は、方程式
Ccomp = Cmeas − Kt ・ Ut(s) 
Cmeasは、補償されていない出力濃度値
Ut(s)は、濁りチャネル出力
【数１】
2009520205.tif 000013
は補償係数であり、校正溶液が、既知の濁度Tst、及びゼロ濃度の殺菌剤を有する時、Cmeas(Tst)は補償されていない出力濃度値で、Ut(Tst)は校正時の濁りチャネルの出力である、
に基づき補償された濃度値Ccompを計算する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記サンプルチャンバをUV光で殺菌することを更に有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記UV光源の強度を監視することを更に有する、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、液体サンプルを検査するための携帯用吸光スペクトロメーターに関する。詳細には、溶液あるいは流水などの中にある化学物質、特に殺生物剤（biocide）、の検出と監視のための近紫外吸光スペクトロメーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
殺生物剤は、農業、林業、及び蚊駆除などの分野で使用される、異なる種の生物を殺生する能力を持つ、農薬、これは殺菌剤にもなる、除草剤、殺虫剤、殺ダニ剤、又は殺鼠剤などの化学物質である。殺生物剤は、生物の発生と増殖から物質を保護するために、他の物質（典型的には液体）に加えることもできる。例えば、あるタイプのクアット (Quat)は、藻の発生と増殖から水を保護するための殺藻剤としての役目を果たすために、プールの水あるいは工業用水システムに加えられる。塩素は、微生物、藻などを駆除するための一般的な殺生物剤として、廃水処理における最終ステップの１つとして、低濃度で水に加えられる。プール等に次亜塩素酸塩（hypochlorite）溶液を加えることは、水に次亜塩素酸塩と塩素を徐々に放出することである。時々ジクロロとして参照されるナトリウムジクロロ‐s‐トリアジントリオン（sodium dichloro-s-triazinetrione）（二水和物または無水）、及び時々トリクロロとして参照されるトリクロロ‐s‐トリアジントリオン（trichloro-s-triazinetrione）などの化合物は、更に使用が簡単である。これら化合物は、固体の間は安定しており、粉末状、粒状、あるいはタブレットの形式で用いることができる。少量がプール水や工業用用水システムに加えられると、分子の残余から塩素原子が加水分解され、次亜塩素酸塩（HOCI: hypochlorous acid）を形成する。これは、細菌、微生物、藻などを殺生する一般的な殺生物剤として作用する。塩素化ヒダントイン（Chlorinated hydantoin）化合物も、殺生物剤として使用される。
【０００３】
レストランでは、洗浄剤内に、調理用品、銀食器を浸し、洗い、そして、水で洗剤を洗い流す。その後、それら用品は、殺菌溶液に浸され、消毒される。洗浄剤は、洗浄の助けとなる化合物又は化合物の混合体である。そのような物質、特に水と共に使用するために作られたものは様々な特性を持った多様な成分の何れかを含むことができる。 油分を「分解」し、表面を濡らすための界面活性剤、他の成分の特性又は安定性に影響し、又は汚れを破壊するための腐食剤として、pHを変更し物質を磨くための研磨剤、他の成分への「硬水」イオンの影響を弱めるための水「軟化剤」、汚れを浮遊状態のままとしている界面活性剤の他のものとして、汚れた物質を漂白し、分解するための酸化剤（oxidant, oxidizer）、汚れ内のたんぱく質、油脂又は炭水化物を消化するため、あるいは繊維質の成分を変更するための酵素、繊維増白剤、軟化剤など洗浄力と協力するためのその他特性を持つ成分と泡を安定又は弱めるため、洗浄界面活性剤の起泡性を変更する界面活性剤あるいはその他、そして色や香料などである。クアットとしても知られる第４級アンモニウムカチオン（QAC: quaternary ammonium cations）は、殺菌剤として普通に使用されており、アルキル基であるRを持つ化学構造NR4+のプラスに帯電した多原子イオンを持つ。アンモニウムイオンNH4＋自身、そして第１級、第２級、第３級アンモニウムカチオンと異なり、第４級アンモニウムカチオンは、その溶液のpHと無関係に、永久に帯電している。殺菌溶液中のクアットは、残余の合成洗剤との結合により徐々に減っていく。公衆衛生を守るために、殺菌溶液中のクアット濃度に対する法的基準が存在する。公衆衛生当局からの検査官は、レストランが確実に濃度基準に従うよう、使い捨ての検査キット又は試験紙を持ち検査のためレストランを訪れる。もし基準を満たさなければ、レストランは、罰金を科せられるであろう。現在、レストランは、ある回数使用後に、あるいはクアット濃度が基準を下回るまで低下したことを示す定期的な検査の後に、殺菌溶液を処理している。
【０００４】
殺菌溶液のクアット濃度を、自動的そして経済的に検査するための装置と方法が必要である。
【０００５】
従来技術では、クアットの濃度を測定するために、酸塩基滴定（acid-base titration）を適用する。これは、酸と塩基の間で生じる中和反応を利用する。まず第１に、ビュレットを標準溶液で、ピペットをクアット溶液で、円錐形フラスコを蒸留水ですすぐ必要がある。第２に、既知量のクアット溶液をピペットで取り、少量の指示薬（indicator）と共に、円錐形フラスコに入れる。ビュレットのスケール上端まで、既知溶液で満たす。既知溶液は、ビュレットをあふれ出て、円錐形フラスコ内に入る。この段階において、クアット溶液を中和させる、この溶液の量の大まかな推定をする。指示薬が色を変えるまで、溶液をビュレットの外にあふれさせ、そして、ビュレット上の値を記録する。これが最初の滴定濃度で、何らかの計算を用いない。全てのクアットが反応してしまうと、溶液は、酸と塩基の相対的強度に依存したpHを持つ。クアット指示薬は、脱プロトン化体であり、それ故に、負電荷を運ぶ。従って、それはクアット（正イオン）と結びつき、錯体を形成し、pH、パイ（pi）電子の環境、それ故に指示薬の色を変える。そして、全てのクアットが滴定されると、指示薬はもはやクアットと結びつかず、通常のpH〜７溶液にあるそれ本来の色に戻る（紫／青とオレンジ、これはグレーとなる）。
【０００６】
QACの濃度を数値化するために使用されるその他の技術がある。１つの技術は、Eptonにより開発された手順で、非混和性溶媒、通常はクロロホルムと水、の中での染料移動を含む。硫酸ドデシルナトリウムなどの陰イオン界面活性剤が滴定として使用され、染料が色を１つの段階から他に移動させる滴定の最終点を示すため、陰イオン染料、例えばメチレンブルー、が使われる。クロロホルムの使用は、その有毒性のため推奨できず、この技術は、普通に野外アプリケーションで使われるものではない。Eptonにより開発されたオリジナルの方法は以下を参照。
S．Epton、Nature、１６０、７９５（１９４７）S．Epton、Trans、Faraday Soc．、４４、２２６（１９４８）
【０００７】
別の方法は、テトラフェニルホウ酸ナトリウムを用いた直接滴定である。QACは、メチルオレンジの酸の色（赤）を抑制する。テトラフェニルホウ酸ナトリウムの追加は、QACを錯体化し、染料の色を可視化する。ブロモフェノールブルーは同様の反応メカニズムを示し、滴定の最終点において、紫に変わる。
【０００８】
ハロゲン化物測定法も、QAC濃度を測定するために使われる。QACは、塩化物（周期表のハロゲン化物基のメンバー）など負に帯電した対イオンを持つカチオン性分子である。QACに対するハロゲン化物測定技術の１つは、硝酸銀を用いて酸性QAC溶液から塩化物を沈殿させる。硝酸銀の付加の後、サンプルは濾過され、硫酸鉄アンモニウム第2鉄（ボルハルド指示薬）の存在下において、濾液はチオシアン酸アンモニウムで滴定され、最初の出現はピンクとなる。
【０００９】
Metrohm AGは、界面活性剤イオン選択電極（ISE）を用いた方法を表現するイオン解析を専門とする会社である。ISEは、電極膜を作るイオノフォア／可塑剤の注意深い制御を通して、イオン性界面活性剤に対し最適化された液体膜電極である。ISEと基準電極により作り出された電位は、サンプル中のQACの濃度に比例し、次のネルンストの式となる；
E ＝ E´0 ＋ k・log(C）。この式において、kは比例係数で、25°Cにおいて、一価イオンに対する10濃度ごと、理想的には59 mVである。QACの滴定は、滴定剤として硫酸ドデシルナトリウムなどの陰イオン界面活性剤を使うことができる。滴定剤量対ISE電圧のプロットは、滴定の最終点における変局点を与える。
【００１０】
自動的に、経済的に、連続的に、そして高い感度で、クアットの濃度を直接に測定／監視する必要がある。
【００１１】
吸光光度法は、物質が吸光する電磁スペクトルのレンジを使用する。原子吸光光度法において、サンプルは霧化され、特定の周波数の光が、蒸気を通り抜ける。校正の後、ランベルト・ベールの法則により、吸光の量は様々な金属イオンの濃度と関連付けることができる。その方法は、自動化することができ、血液中のナトリウムやカルシウムなどのイオンの濃度を測定するために、広く使われている。その他のタイプの光度法は、サンプルの霧化を必要としない。例えば、紫外／可視（UV／Vis）吸光光度法は、分子含有量を検査するため、ほとんどの場合、液体サンプルとして実施される。赤外（IR）光度法は、構造情報を含む分子情報を測定するため、ほとんどの場合、液体、半液体（ペースト又はグリース）、乾燥状態、あるいは固体サンプルとして実施される。紫外−可視光度法あるいは紫外−可視光度分析（UV／VIS）は、光子の光度法を含む（光度分析）。これは、可視と隣接の近紫外（UV）と近赤外（NIR）レンジでの光を使用する。エネルギー空間のこのレンジ内で、分子は電子遷移を受ける。
【００１２】
紫外スペクトルは、本質的には、紫外領域内での光吸光度対波長のグラフ（あるいはプロット）である。同様に、クアットなど、ある種の材料に対して、消滅係数ε対波長の標準グラフも有効である。そのような標準的なグラフは、効果的に“濃度修正された”もので、濃度とは独立のものである。
【００１３】
測定される変数は、多くの場合光度であるが、例えば、偏光状態も可能である。独立変数は、多くの場合光の波長であり、通常、1メートルの分数として表示される。しかし、時として、波数や電子ボルトなど、光子エネルギーに直接比例する何かの単位として表示され、これは波長と逆数の関係となる。
【００１４】
分子内の価電子が１つのエネルギーレベルからより高いエネルギーレベルに励起されるとき、分子電子遷移が生じる。この遷移に関連したエネルギー変化は、分子の構造に関する情報を提供し、色など多くの分子特性が決まる。電子遷移に含まれるエネルギーと放射の周波数の間の関係は、プランクの法則で与えられる。溶液中の分子の電子遷移は、付加的な深色移動または浅色移動を伴って、溶媒のタイプに強く依存する。
【００１５】
UV光度法で用いられる装置は、UV分光光度計と呼ばれる。吸光の情報を得るために、サンプルは分光光度計内に置かれ、特定の波長（あるいは、波長のレンジ）における紫外はサンプルを通して光る。分光光度計は、どの程度の光がサンプルにより吸収されるかを測定する。特定のサンプル内に入る前の光の強度は、I0で表される。サンプルを通り抜けた後に残る光の強度は、Iで表される。光透過の割合は、（I／I0）であり、通常これはパーセント透過率（%T）として表される。この情報から、サンプルの吸光度は、その波長に対し、あるいは波長のレンジに対する関数として決定される。高度なUV分光光度計は、自動で実行する。しかし、そのようなUV分光光度計は、非常に複雑な構成を持ち、非常に高価で、大抵は大きい（携帯不可）である。
【表１】
2009520205.tif 000002
【００１６】
サンプルは液体又はガス状とすることができるが、しばしばキュベットと呼ばれる透明のセルが、分光光度計内に液体サンプルを保持するために用いられる。そのとき、サンプルを通るパス長Ｌは、光が通り抜けるセルの幅となる。簡潔な（経済的な）分光光度計は、円筒形試験管の様な形状をしたキュベットを使用するが、より高度なものは、一般に幅1 cmの長方形キュベットを使用する。単なる可視の分光法では、普通のガラスキュベットが使われるが、紫外分光法では、クオーツなどUV透過材料から作られた特別なキュベットが要求される。
【００１７】
ＵＶ吸光分光法は、殺菌溶液内のクアット濃度を直接に測定／監視することには適用されたことがない。
【発明の開示】
【００１８】
本発明の目的は、抗菌、洗濯、潤滑、あるいは殺虫剤の溶液内の化学物質の実際の濃度を測定することである。
【００１９】
本発明の別の目的は、殺菌溶液中の抗菌剤、界面活性剤、潤滑油、あるいは殺虫剤の実際の濃度を測定することである。
【００２０】
本発明の更なる目的は、溶液中の洗浄剤と抗菌剤の実際の濃度を測定することである。
【００２１】
本発明目的は、また、上記測定を、直接的に、自動的に、経済的に、連続的に、そして高い感度を持って実行するための装置を提供することである。
【００２２】
本発明のその他の目的と利点は、以下の詳細な記述から理解される。
本発明における前記の、そして追加される機能と特徴は、添付される図を参照に検討された以下の詳細な説明から、より明らかとなるであろう。図中で、類似した参照の数字は、類似した要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
自動的に、連続的に、そして高い感度で、クアットの濃度を直接的に測定／監視するために、本発明は、近紫外（380−200 nm波長）上でクアットの吸光特性を測定するためのスペクトロメーターを使用する。紫外（UV）放射は、近UV（380−200 nm波長）と極UV又は真空UV（200−10 nm）に分けられる。人間の健康と環境へのUV放射の影響を考慮すると、UV波長のレンジは、UVA（380−315 nm）、長波又は「ブラックライト」とも呼ばれる、UVB（315−280 nm）、中波とも呼ばれる、UVC（＜ 280 nm）、短波又は「殺菌」とも呼ばれる、に多くの場合分けられる。本発明の近UVスペクトロメーターの設計は、クアットなどの対象となる分子の固有／特別な近UVスペクトルを測定することを可能にする。
【００２４】
図１は、本発明の紫外スペクトロメーターの実施例のブロックダイアグラムを示す。紫外スペクトロメーター１０００（60 mm×35 mm×180 mmの容量）は、制御器１、及び、ランプ用電源７Aを伴う紫外光源７、解析セル９、UV波長選択器１０を有するセンサーユニットを備える。紫外光源７は、検査用溶液、例えば殺菌溶液、を含むセルを通して光を放射する。紫外光源７は、水銀ランプ、重水素ランプ、金属蒸気ランプ（metal vapor lamp）などのガス放電ランプ、あるいは、200 nmから320 nmまでの波長レンジ内の光を放射する単一又は複数の発光ダイオードとすることができる。望ましくは、紫外光源７は、およそ254 nmの主線をもつ低圧水銀ランプ（モデルSCD70-9025-01、BHK. Inc.、カリフォルニア州Claremont）、あるいは、クリプトンガス放電ランプのようなUVランプ（Part No. 002405-002、Hile Controls、フロリダ州）である。発光ダイオード（モデルUV LED-255、Photon Systems, Inc.、カリフォルニア州Covina）は、光源として使用できる。オプションとして、紫外光源７の強度を監視するために、追加の紫外検出器７Bが使われる。
【００２５】
解析セル９は、サンプルセル、フロー（flow）セル、あるいはオープンパスセルとすることができる。紫外（UV）選択器１０は、UVアレイ検出器１０−１と光学焦点手段８を有する。光学焦点手段は、罫線の又はホログラフィックの回折格子、あるいは可変波長線形干渉フィルター又は幾つかの干渉フィルターを有する。制御器１は、制御器ユニット内に含まれ、UVアレイ検出器１０−１からの出力信号を、200 nmから320 nmのレンジ内の２つ以上の波長に対する吸光度値あるいは光学密度に変換する。殺菌溶液中の抗菌剤又は洗浄剤の実際の濃度は、およそ200 nmからおよそ320 nmまでの２つ以上の波長に対する吸光度値の差分を計算することにより得られる。制御器ユニットは、さらに電源２、メモリー３、ディスプレイ４、キーパッド５、及びオプションの通信手段６を有する。電源２は、電池、電源変圧器（wall transformer）からの直流（DC）、あるいは、例えば、9V、400 mAの交流とすることができる。UVアレイ検出器１０−１は、UVフォトダイオード、UV光電子増倍管（photomultiplier）、CCDアレイ、又はフォトダイオードアレイを有する。
【００２６】
【表２】
2009520205.tif 000003
【００２７】
図４は、220 nmから245 nmまでのレンジ内で、吸光の最小の位置を用いて得られた、サンプル中の洗浄剤のパーセントを示す。図４における校正曲線の数学公式は以下である。
y = 178.16 ・ x − 14.608 ・ x2 + 0.5726 ・ x3 − 0.0081 ・ x4
【表３】
2009520205.tif 000004
x = (最小の位置, nm − 230 nm)
【００２８】
図４における％は、濃度の％というより、％で示される殺菌剤に対する洗浄剤の比である。例えば、洗浄剤1 ppmと殺菌剤100 ppmは、比率としては1%となる。その他の例では、洗浄剤2 ppmと殺菌剤200 ppmは、比率としては1%であり、同じ位置の最小吸光となる。
【００２９】
本発明は、以下のステップを有する方法で、抗菌、洗浄、潤滑、あるいは殺虫溶液内の化学物質の実際の濃度を測定する。（１）サンプルチャンバ（chamber）を持つ紫外スペクトロメーターを備える。紫外スペクトロメーターは、殺菌溶液の入ったセルを通り抜けるおよそ200nmからおよそ320 nmの波長を持つ光を放射する紫外光源、サンプルチャンバ、検出器を備えた紫外分散システム、UV検出器からの出力信号をおよそ200 nmからおよそ320 nmまでの２つ以上の波長に対する吸光値あるいは光学密度に変換するための制御器を有する。（２）化学物質を含む液体又はガス状媒体を備える。化学物質は、所望の抗菌、洗浄、殺虫、あるいは潤滑の作用を生成するための１つ以上の物質（agent）である。（３）およそ200 nmからおよそ320 nmまでの２つ以上の波長に対する吸光スペクトルを測定するために紫外スペクトロメーターを使用する。（４）およそ200 nmからおよそ320 nmまでの２つ以上の波長に対する吸光値、即ち光学密度の差分を計算するために制御器をプログラムする。（５）およそ200 nmからおよそ320 nmまでの２つ以上の波長に対する吸光値の計算された差分、及び物質の既知の濃度において得られた校正定数を用いて、溶液中の抗菌、界面活性、殺虫、あるいは潤滑の物質の実際の濃度を決定する。例えば、水銀ランプを使用するとき、サンプル濃度Cquatは、以下の式に基づき、値を求めることができる。
Cquat = 2852 ・ Z(s)・ ( 1 − 0.042・ Z(s)2 ) 
Z(s) = ( D254(s) − 2.62 ・ D280(s) + 1.62 ・ D296(s) ) 
【表４】
2009520205.tif 000005
【００３０】
U254(0)、U280(0)、及びU296(0)は、ゼロ調整（zeroing）時の波長254 nm、280 nm、及び296 nmにおける紫外信号の強さである。そして、U254(s)、U280(s)、及びU296(s)は、サンプル溶液測定中の波長254 nm、280 nm、及び296 nmにおける紫外信号の強さである。
【００３１】
クリプトンランプ、あるいは重水素ランプに対しては、最適の方程式は以下で示される。
Cquat = 2450・ ( D259(s) − D275(s) )
【００３２】
ここで、Cquatは化学物質の実際の濃度で、
【数１】
2009520205.tif 000006
は波長259 nmでの光学密度、
【数２】
2009520205.tif 000007
は波長275 nmでの光学密度、U259(0)、U275(0)は、ゼロ調整時の波長259 nmと275 nmにおける紫外信号の強さ、U259(s)、U275(s)は、サンプル溶液測定時の波長259 nmと275 nmにおける紫外信号の強さである。その他の波長のセット、例えば、260 nmと264 nmは、幾つかの実施例内で用いられる。２又は３の波長の方程式は、説明のためのみに示される。クリプトンランプ、重水素ランプ、あるいはその他の広帯域UV光源に関する実施例は、およそ220 nmからおよそ320 nmまでのUVレンジ内の吸光データに対し使用できる。クアットの吸光において、220 nmから270 nmまでのレンジ内での吸光は、明白なピークを示す（図２）。およそ270 nmからおよそ320 nmまでのレンジでは、測定結果から背景の評価値を取り去ることにより、背景線の位置を評価することを可能とし、これによりクアット測定から、濁り又はその他の要素の影響を除去する。
【００３３】
図５は、本発明の携帯用紫外スペクトロメーター１０００の第1の実施例の斜視図を示す。紫外スペクトロメーター１０００は、筐体１１、ディスプレイ１３を伴う蓋１２、ディスプレイはスペクトロメーター状態、最終測定の結果、及び現在選択されている校正を示す、「START」ボタン１４、「ZERO」ボタン１５、ＵＶビーム用の出力ウィンドー１６、及び解析エリア１７を有する。「START」ボタン１４は、新規測定を行うことを、それぞれ新たに進めるために押される。「START」ボタン１４を押し続けることで、紫外スペクトロメーター１０００の電源が切れる。「ZERO」ボタン１５は、校正を変えるために押される。紫外スペクトロメーター１０００は、メモリー内に幾つかの異なる校正を持ち、その各々は、クアットを包含する特定の製品に対するＵＶ吸光を測定することを含む。例えば、２つの製品Oasis 144とOasis 146は、異なる配合と異なる濃度の成分を持つ。紫外スペクトロメーター１０００は、260 nmと264 nmでのＵＶ信号を測定するためにプログラムされ、濃度を計算するために同一の方程式を使用する。
【数３】
2009520205.tif 000008
、ここでU260(s)、U264(s)は測定時のＵＶ信号、U260(0)、U264(0)はゼロ調整時のＵＶ信号である。Aiは、メモリー内に格納されている校正定数である。Oasis 144においては、Ai = A144 = 1794、Oasis 146においては、Ai = A146 = 4500である。「ZERO」ボタン１５を押し続けると、紫外スペクトロメーター１０００のゼロ調整を開始する。ゼロ調整において、紫外スペクトロメーター１０００は、測定のため水中に挿入し、そして設計されたスペクトロメーターレンジ内の全ての波長に対し紫外信号の強さの初期レベルをメモリー内に記録する。
【００３４】
図６は、本発明の紫外スペクトロメーター１０００の別の斜視図を示し、解析エリア１７を超えて出力ウィンドー１６からのUVビームを受信するためのUVビーム用の入力ウィンドー１８、電池交換手順のための修理用ネジ１９、工場校正時の蓋解放手順のための安全用ネジ２０を示す。
【００３５】
図７は、本発明の紫外スペクトロメーター１０００の断面図を示す。筐体１１内に、プリント基板２１、３つのAA電池２２、電池保持体２３、プリント基板２１内にはんだ付けされた電池接点２４、第1のシリンダー２５、第２のシリンダー２６、及びUV波長選択器３４がある。図８はプリント基板２１の第２シリンダー側を示し、図9はプリント基板２１の第１シリンダー側を示す。
【００３６】
第１シリンダー２５は、第1のプリズムミラー（prismatic mirror）２７及びUV源７を収容する。第1のプリズムミラー２７は、２つの端面を持つ管状形である。１つの側面では、端面は、シリンダー軸に対し法線をなす。他の端面（斜辺側）は、45度傾いている。これは研磨され、アルミニウムで塗装される。第1のプリズムミラー２７は、その斜辺側を上にする。第１シリンダー２５は、第１シリンダー２５をシールド５４に接続する接地線５３を介して、光源７へ電力を供給するための電力源５２から遮断される。シールドは、場所５４において接地のためにはんだ付けされる。電力源５２（図１０）は、光源７へ電力を供給するため、金属製シールド５２−１（図９）内に収納される。図９は、また、ディスプレイ１３をプリント基板２１に接続するためのディスプレイコネクタ４９、制御器チップ５０、及びメモリーチップ５１を示し、両者ともプリント基板２１にはんだ付けされる。図８−９で示されるように、第１シリンダー２５は、一対のシリンダーホルダー３１に収まり、これはシリンダーホルダーネジ３２でプリント基板２１に取り付けられる。ネジ穴３３は、プリント基板２１にネジ３２を取り付けるために設けられる。
【００３７】
第２シリンダー２６は、第２のプリズムミラー５７（第１のプリズムミラー２７と同一の形状）、レンズ２８−１、２８−２、第1のスペーサ２９（外径8 mm、内径7 mm、長さ18 mmのシリンダーチューブ）、及び第２のスペーサ３０（外径8 mm、内径7 mm、長さ5 mmのシリンダーチューブ）を収容する。レンズ２８−１、第1のスペーサ２９、レンズ２８−２、第２のスペーサ３０は、第２のシリンダー２６の軸に沿って、順に並ぶ。図８−９に示されるように、第２のシリンダー２６は、別の対のシリンダーホルダー３１に収まり、これは別のシリンダーホルダーネジ３２でプリント基板２１に取り付けられる。第２のシリンダー２６は、これを覆うスペクトロメーターカバー４８及び波長調整ネジ４０により、スペクトロメーターフレーム３５に結合される。図８は、また、電池保持体２３、プリント基板２１に電池２２を接続するための３つの電池接点２４を示す。
【００３８】
ＵＶ波長選択器３４は、入力スリット３６、球面ミラー３７（14 mm×14 mmの外形）、回折格子３８（12.7 mm×12.7 mmの外形、Edmund Optics, Inc.、ニュージャージー州Barrington、により製造されたモデルNT43-750）、及び検出器アレイ３９（128エレメントを有する、10.3 mm×15.3 mmの外形、Melexis Microelectronics System、ニューハンプシャー州Concord、により製造されたモデルMLX90255-BAR）を有する。入力スリット３６は、第２のシリンダー２６の軸に対称的に設けられる。検出器アレイ３９の受信面は、第２のシリンダー２６の軸に対し垂直に置かれる。球面ミラー３７の中心は、第２のシリンダー２６の軸と一直線上になる。一方、その底辺は、第２のシリンダー２６の軸から20°の角度に位置する。回折格子３８の中心は球面ミラー３７の中心に対応し、回折格子３８は、検出器アレイ３９上に線形スペクトルを生成するために、異なる波長のＵＶ光を異なる角度で反射する。検出器アレイ３９上に、220 nmから360 nmまでのＵＶ波長を位置付けるために、検出器アレイ３９の中心は、回折格子３８の中心に対応する。ＵＶ光は、光源５８から放射し、レンズ２８−３により焦点を合わされ、第1のプリズムミラー２７により反射され、そして出力ウィンドー１６、解析エリア１７、入力ウィンドー１８を通り、第２のプリズムミラー５７で反射され、第1のスペーサ３０、レンズ２８−１、第2のスペーサ２９、レンズ２８−２を通り、ＵＶ波長選択器３４に入る。ＵＶ波長選択器３４内で、ＵＶ光は、2−5 mm長、0.05 mm幅の入力スリット３６を通り、球面ミラー３７により反射され、回折格子３８に至り、検出器アレイ３９方向に回折される。外側から調整ネジ４０を調整することにより、回折格子３８の角度位置が変更される。回折格子３８の小さな回転は、検出器アレイ３９上のＵＶ波長の位置を変更し、検出器アレイ３９による読み込みに影響する。レンズ２８−１とレンズ２８−２は異なる形状である。レンズ２８−１は入力スリット２６上に光源の像を生成し、レンズ２８−２はミラー３７上にレンズ２８−１の像を生成する。
【００３９】
図７は、蓋１２のゴム製ガスケット（gasket）４１も示し、これは筐体１１のカバー板４２にきちんと適合し、蓋１２内で電池と接点ばねの間の接触を確実なものとする。ディスプレイ１３は、ディスプレイ板４３、３つの電池ばね接点６１、２つの押しボタン４４（それぞれ、「START」ボタン１４と「ZERO」ボタン１５からの押圧を受けるためのもの）、LCDスクリーン４５、ディスプレイウィンドー４６、及び保護板４７を有する。
【００４０】
図10Aは、本発明の紫外スペクトロメーター１０００の別の断面図を示す。図10Aは、電池交換処理における修理用ネジ１９、工場校正時に蓋１２を外すための安全ネジ２０、UVランプ５８からの光を集め、解析エリア１７内にその焦点を当てるためのレンズ２８−３、第3のスペーサ５５（直径8 mm、長さ18 mmのシリンダーチューブ）、第4のスペーサ５６（直径8 mm、長さ13 mmのシリンダーチューブ）、UVランプ５８、プリント基板２１にUV分散システム３４を取り付けるための取り付けネジ５９、及びディスプレイケーブル６０を示す。UVランプ５８は、ガス放電UV水銀ランプ、重水素ランプ（モデルno. DTM 6/10、Heraeus Noblelight LLC、ジョージア州Duluth）、あるいはパルスキセノンランプとすることができる。
【００４１】
図10Bは、本発明の紫外スペクトロメーター１０００の別の実施例の断面図を示す。シールドされた電力源５２とUVランプ５８の代わりに、UV LED-255が使用される。これは、第1のシリンダー５５−２内部に固定された第3のスペーサ２５−２内に置かれる。UV LEDは、各測定の間の5‐10秒のみ動作し、そして、その寿命を増加させるために切られる。UV光源として、UV LEDは、低電圧で動作し、0.2ワットより少ない消費で、信号対ノイズ比を改善する高周波数変調を許容するため、ガス放電ＵＶ水銀ランプより便利である。
【００４２】
図11Aは、本発明の紫外スペクトロメーター１０００の上面図である。ディスプレイ１３は、「Oasis 146 155 ppm」を示している。蓋１２上には、「MEASURE」と「START」が、「START」ボタン１４の上、下側に印刷されており、「CALIBR」と「ZERO」が、「ZERO」ボタン１５の上、下側に印刷されている。修理用ネジ１９を外すと、蓋１２内部の一対の保護板固定部材６４が、筐体１１のカバー板４２上の対応する対のカバー板スライド溝６３に沿って滑り移動でき、図11Bに示されるように、電池２２を交換するために、蓋１２は、ずらし開けることができる。安全ネジ２０を外すことにより、蓋１２内部の保護板固定部材６４は、筐体１１のカバー板４２上のカバー板スライド溝６３から外れ出て、図11Cに示されるように、蓋１２は筐体１１から完全に外すことができる。安全ネジ２０は、工場での修理における公認されたアクセスのみを認めるため、工場組み立て後、ソフトシリコン合成物で覆われる。ディスプレイケーブル６０は、蓋の解放間も接続されたままである。図11Cは、筐体１１にカバー板４２を固定するための一対のカバー板ネジ６２、及びディスプレイケーブル６０がそこを通り、収納するためのカバー板４２上の開口も示す。
【００４３】
図12Aは、ディスプレイケーブル６０、電池ばね接点６１、一対の保護板固定部材６４、保護板４７に対する取り付けネジ６６、修理用ネジ１９に対するネジ穴６７、ディスプレイケーブル６０用の開口６８、及び電池ばね接点６１用の開口６９を有する蓋１２の内部を示す。図12Bは、保護板４７の斜視図を示す。図12Cは、ディスプレイ板４３、瞬時押しボタン４４、LCDスクリーン４５、ディスプレイケーブル６０、及び図９内のプリント基板２１上のコネクター４９と接続されるケーブルコネクター７０を有するディスプレイ板４３の上面からの斜視図を示す。図12Dは、ディスプレイ板４３のその他の側面を示す。
【００４４】
図13は、散乱測定用の更なる検出器を備えた、本発明の携帯用紫外スペクトロメーター１０００の第2の実施例を示す。図13A‐Bは、筐体１１内部で、第1のシリンダー２５と第2のシリンダー２６の間に位置する散乱測定用の第2のUV検出器７１を示す。UV検出器７１は、UV送信パス上の出力ウィンドー１６と入力ウィンドー１８の間にある解析エリア１７のちょうど上部に位置する第3のウィンドー７２の上部に設置され、それ故に解析エリア１７からの散乱放射を受け取る。本実施例は、サンプル溶液の濁度を検査し、殺菌剤検出結果における濁度の影響を補償する。補償された濃度値Ccompは、次の方程式から計算できる。
Ccomp = Cmeas − Kt ・ Ut(s) 
【００４５】
Cmeasは、補償されていない出力濃度値である。Ut(s)は、未知のサンプルの測定時、濁りチャネルの出力（UV検出器７１からの増幅された信号）である。
【００４６】
【数４】
2009520205.tif 000009
は、補償係数であり、校正溶液が、Tstの濁度、ゼロ濃度の殺菌剤を持つ時、Cmeas(Tst)は補償されていない出力濃度値、Ut(Tst)は校正時の濁りチャネルの出力である。通常、殺菌溶液の濁度は、10 NTUを超えない。補償係数Ktは、1 NTUから10 NTUまでの濁度を持つ標準濁度溶液を用いて、各スペクトロメーターにおいて、個々に求められるべきである。
【００４７】
記載される実施例は、濁りの影響を補償することを可能とし、また、過度の汚染のため、そして高レベルの濁度と関連付けられ、殺菌溶液を廃棄すべき時点を設定することを可能とする。濁度測定において、一般的に世界的に採用されている２つの標準仕様がある。国際的標準ISO 7027（Water quality − Determination of Turbidity, International Standard, Third Edition, 1999-12-15）とUSEPA 180.1（Nephelometric Method 2130 B, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 1989）である。両方法は、入射光のパスに90°で散乱される光の強度を測定する。例えば、濁度を検査するための1つの方法が、米国特許第6, 836, 332号に記載されており、これは参照することにより本文に組み込まれる。
【００４８】
図14は、本発明の携帯用紫外スペクトロメーター１０００の第3の実施例を示し、UV分離システム３４内に線形可変波長UV フィルタ７６（10 mm×50 mmの容量、model no. LVF-UV-HL (230-500 nm)、Ocean Optics, Inc.、フロリダ州Dunedin）を適用する。この実施例は、図7内の入力スリット３６、球面ミラー３７、回折格子３８、及び検出器アレイ３９を、平面ミラー７４、非点収差ミラー（トロイダルミラー）７５、可変波長光学UVフィルター７６、一対のUVフィルター取り付け７７、線形検出器アレイ７８、及び入力ダイヤフラム７９に置換する。２つのUVフィルター取り付け７７は、プリント基板２１上に可変波長光学UVフィルター７６を取り付ける。入力ダイヤフラム７９は、第2のシリンダー２６の軸に対し対称となる。線形検出器アレイ７８の受信面は、第2のシリンダー２６の軸に対し垂直に位置する。平面ミラー７４の中心は、第2のシリンダー２６の軸と一直線となり、一方その底辺は、第2のシリンダー２６の軸から20°の角度で位置する。非点収差／トロイダルミラー７５の中心は、平面ミラー７４の中心に対応し、これにより平面ミラー７４が入力ダイヤフラム７９からのＵＶ光を非点収差／トロイダルミラー７５まで導く。これは、円形入力ダイヤフラムからの光を線形検出器アレイ７８の感光面上のラインに変換する。線形検出器アレイ７８の中心は、非点収差／トロイダルミラー７５の中心に対応し、これによりUV光は線形可変波長UVフィルター７６を通り抜け、線形検出器アレイ７８に到達する。可変波長光学UVフィルター７６は、230 nmから320 nmまでの波長レンジ、及び20 nmに近いバンドパスを持つ。
【００４９】
図７に示される実施例のように、UV光は、光源７から放射され、レンズ２８−３により焦点が合わされ、第1のプリズムミラー２７で反射され、そして出力ウィンドー１６、解析エリア１７、入力ウィンドー１８を通過し、第２のプリズムミラー５７で反射され、第1のスペーサ３０、レンズ２８−１、第２のスペーサ２９、レンズ２８−２を通過し、UV波長選択器３４に入る。UV波長選択器３４内部では、UV光は、開口3 mmの直径の入力ダイヤフラム７９を通り、平面ミラー７４（14 mm×14 mmの容量）により反射され、非点収差／トロイダルミラー７５（25 mm×14 mmの容量のドーナツ形状で、プリント基板に平行な面内でほぼ70 mmの湾曲半径と垂直面内でほぼ23 mmの湾曲半径）に至り、可変波長光学UVフィルター７６と線形検出器アレイ７８（図７内の検出器アレイ３９と同一）に向かう。外側から調整ネジ４０を調整することにより、非点収差／トロイダルミラー７５の位置が変わり、線形検出器アレイ７８の表面上にUV光の焦点を当てることに影響する。
【００５０】
図15は、携帯用紫外スペクトロメーター１０００の第3の実施例を示す。この実施例は、図14内の平面ミラー７４、非点収差ミラー（トロイダルミラー）７５、可変波長光学UVフィルター７６、一対のUVフィルター取り付け７７、及び線形検出器アレイ７８を、光学的に不透明な壁８１、正レンズ８２、４つの光学フィルター（直径12.7 mm、Lambda Research Optics, Inc.製、カリフォルニア州Costa Mesa）、及び５つのUV検出器（直径9.1 mm、モデル no. PDU-C105-Q、Photonic Detector Inc.製、カリフォルニア州Camarillo）で置き換える。４つの光学フィルターは、45°角度に対し288 nmで最大送信を備える第1の光学フィルター８３、45°角度に対し296 nmで最大送信を備える第２の光学フィルター８５、45°角度に対し312.5 nmで最大送信を備える第３の光学フィルター８７、45°角度に対し365 nmで最大送信を備える第４の光学フィルター８９を有する。各光学フィルターは、複数の反射と干渉を用い、狭い周波数バンドを選択するために、２つの準反射コーティング間に位置する薄く透明なスペーサを有する干渉フィルターとすることができる。５つのUV検出器は、288 nmにおいてUV強度を測定するための第1のUV検出器８４、296 nmにおいてUV強度を測定するための第２のUV検出器８６、312.5 nmにおいてUV強度を測定するための第３のUV検出器８８、365 nmにおいてUV強度を測定するための第４のUV検出器９０、254 nmにおいてUV強度を測定するための第５のUV検出器９１を有する。
【００５１】
第1の光学フィルター８３の中心は、第2のシリンダー２６の軸と一直線になり、一方、第1の光学フィルター８３の本体は、第2のシリンダー２６の軸から45°の角度に位置する。第2の光学フィルター８５は、第1の光学フィルター８３と平行に位置し、その中心は第1の光学フィルター８３の中心に対応する。正レンズ８２の本体は、第2のシリンダー２６の軸に垂直となるよう設けられ、その中心は第2の光学フィルター８５の中心に対応する。第３の光学フィルター８７は、第2の光学フィルター８５と垂直となるよう位置し、その中心は正レンズ８２の中心と同様に第2の光学フィルター８５の中心に対応する。第４の光学フィルター８９は、第３の光学フィルター８７と平行となるよう位置し、その中心は第３の光学フィルター８７の中心に対応する。４つの光学フィルターと正レンズ８２は、相対的な位置を保持するために不透明な壁８１により支持される。５つのUV検出器は、各光学フィルターから45°の角度に位置し、その中心は各光学フィルターの中心に対応する。
【００５２】
UV波長選択器８０内部では、UV光は、図14に示される入力ダイヤフラム７９を通過し、一部は第1の光学フィルター８３を通過し、第1のUV検出器８４に至り、一部は第２の光学フィルター８５に反射される。UV光は、第２の光学フィルター８５に到達し、一部はそこを通過して第2のUV検出器８６に至り、一部は第３の光学フィルター８７に反射される。第２の光学フィルター８５により反射されたUV光は、検出器９１に焦点が合わせられるために、正レンズ８２を通過する。UV光は、第３の光学フィルター８７に到達し、一部はそこを通過して第３のUV検出器８８に至り、一部は第４の光学フィルター８９に反射される。UV光は、第４の光学フィルター８９に到達し、一部はそこを通過して第４のUV検出器９０に至り、一部は第５の光学フィルター９１に反射される。光学検出器からの出力信号は、光源内の均一でない強度分布のため、フォトダイオードごとに異なる。各光源は、特定の検出器からの信号のレベルに従い、様々な増幅を有する個々のプリアンプを持つ。光学検出器は、市販のフォトダイオードとすることができる。
【００５３】
図15の実施例は、図14の実施例より多くの要素を有するが、フォトダイオードは線形検出器アレイ７８より安価であるので、コストは少ない。加えて、フォトダイオードと光学フィルターは、図14内の要素に比べ、より簡単に互いに関して方向を合わせることができる。しかし、フォトダイオードと光学フィルターは、特定のサンプル溶液のみに対し、互いに方向付けされる。図15の実施例は、図７及び14の実施例のような、その他のサンプル溶液に適用することができない。解析すべき別の要素に対しては、フィルターの特定のセットが取り付けられる。フォトダイオードと光学フィルターを用いた変異（variant）に対する総合的な正確性と感度は、図14内に示される実施例より5から10倍高くなり、センサーはより低い強度のUV源で動作できる。これが可能であるのは、入力ダイヤフラム７９ならびに光学検出器８４、８６、８８、９０、９１の感度エリアを数mm2とすることがでるためである。ここで、入力スリット３６と検出器アレイ３９又は７８の個々の１つの要素は、通常0.5 mm2より小さい。
【００５４】
図16は、本発明の携帯用紫外スペクトロメーター１０００の第4の実施例を示し、第1と第2のシリンダー２５、２６内での焦点手段として軸外し放物面ミラーを適用する。この実施例は、図７の第1と第2のプリズムミラー２７、５７を第1の放物面ミラー９２と第２の放物面ミラー９３でそれぞれ置き換え、図７の入力ウィンドー１６と出力ウィンドー１８を第1の平面ウィンドー９４と第２の平面ウィンドー９５でそれぞれ置き換える。３つの正レンズ２８−１、２８−２、２８−３（図７、図10、及び図14で示される）と、スペーサ３０、２９、５５、５６（図７と図10で示される）は、本実施例内では必要としない。これにより、本実施例の生産においては光学と機械系を安価にできる。軸外し放物面ミラー９２と９３は、シリンダー２５と２６内に外れないように接着できるので、本実施例は組み立てがより容易である。第2の放物面ミラー９３を伴うシリンダー２６は、最大信号が得られるまで回転することができ、そしてシリンダーホルダー３１により固定できるので、その調節は簡単である。
【００５５】
図17Aは、本発明の二体型の紫外スペクトロメーター２０００の斜視図を示す。二体型の実施例は、壁掛け式の制御器ユニット９９と浸透式センサーユニット１０７を有する。壁掛け式の制御器ユニット９９は、ディスプレイ１００、「START」ボタン１００、および「ZERO」ボタン１０２を有する。この機能は、図11に示される携帯用モデルのものと同等である。壁掛け式の制御器ユニット９９は、さらに電力コネクター１０３、RS-232コネクター１０４、センサーコネクター１０５、及びセンサーユニット１０７と接続されるセンサーケーブル１０６を有する。入力ウィンドー１６と出力ウィンドー１７を伴う図7に記載の携帯用モデルと異なり、センサーユニット１０７は入力ウィンドー１８のみを持ち、一方、UV光源は、図17Bに示されるように殺菌チャンバ１０９内の殺菌溶液１１０内に浸される。図17Bは、化学殺菌とUV殺菌を組み合わせている殺菌システムを示す。この実施例では、UV光は、殺菌溶液１１０内の洗浄剤の残りを検査するために使用されるだけでなく、殺菌溶液１１０内のバクテリアなどの微生物を殺生するためにも使用される。システム２０００内では、殺菌チャンバ１０９の壁上の位置し、UVランプを伴うクオーツスリーブの集合１１１が、UV光を供給する。解析エリア１１４を維持するため、最上部ランプと入力ウィンドー１０８の間に、10 mm−30 mmの距離１１５をとる。殺菌チャンバ１０９は、危険なUV放射からユーザーを保護するために、蓋１１３を有する。蓋１１３は、ケーブル１０６とアクチュエーター１１２のための密封された開口を有する。アクチュエーター１１２は、蓋１１３を開けることなしに、測定中に解析エリア１１４内部及びエリア外で、ゼロ調整チャンバ１３９が安全に回転することを可能とする。UVランプ１１１は、高レベルのUV放射を生成し、このため十分な保護なしでは使用できない。
【００５６】
UVエネルギーは、外側の細胞膜を貫通し、細胞体を通過し、そのDNAを破壊し、再生を阻止する。UV処理は、科学的に水を変えない。エネルギーを除き何も追加されない。滅菌された微生物は、水から除去されない。UV消毒は、水中の分解された有機物、無機物、あるいは粒子を除去しない。紫外放射による不活性化の度合いは、水に加えられるUV放射量に直接関連する。UV光強度と被爆時間の積である被爆量は、平方センチメートル当たりのマイクロワット秒（μws/cm2）で測定される。殆どのUV設備は、1年の連続作業後、30,000μws/cm2を超える被爆量を供給するよう設計される。幾つかの有機体（殆どのかび、原生動物、及びランブル鞭毛虫とクリプトスポリジウムの嚢胞）には、より高い被爆を必要とするため、UVはそれらを効果的に殺菌しないことに注意する。
【００５７】
図17Cは、センサーユニット１０７の断面図を示す。センサーユニット１０７は、センサー筐体１１６、センサー蓋１１７、UVビーム用入力ウィンドー１０８、張力緩和１２０、センサーケーブル１０６、エポキシフィッター１２２、O字リング１２３、ネジ１２４、ゴム栓１２５、センサープリント基板１２６、UV波長分離システム１２７、波長調整ネジ１３２、取り付けネジ用のネジ穴１３３を有する。UV波長分離システム１２７は、図7のUV波長分離システム３４と同等であり、入力スリット１２８、角度視界を制限するための光学ダイアフラム１２９、ホログラフィック回折格子１３０、平面ミラー１３１、及び検出器アレイ１３４を有する。UVランプ１３７を伴うクオーツスリーブ１３６は、解析エリア１１４を保護するため、入力ウィンドー１０８の下に位置される。
【００５８】
図17Dは、ゼロ水（zero water）で周期的にゼロ調整手順を受けるシステム２００を示す。周期的ゼロ調整手順は、各洗浄手順の後、実行される。ゼロ調整チャンバ１３９は、チューブ１５２を通して、まず水で満たされ、ゼロ調整チャンバ栓１４１で栓をされ、そしてゼロ調整チャンバ１３９は、取り付け金具１５３で固定されるが、回転の実現性は提供される。ゼロ調整手順の間、チャンバは、クオーツスリーブ１３６とセンサーユニット１０７の間の位置で、アクチュエーター１１２と共に回転できる。ゼロ調整チャンバ１３９は、クオーツスリーブ１３６とセンサーユニット１０７の間の実際の容量にその容量を調整するために、柔軟な壁を有する。ゼロ調整チャンバ１３９は、直径10 mmから25 mmまでの一対の光学ウィンドー１４０を有する。UVランプ１３７からのUV光は、ゼロ水を通過し、入力スリット１２８に至る。全波長に対して信号が測定され、測定中に光学密度を計算するために、メモリー内に蓄積される。そして、ゼロ調整チャンバ１３９は、解析エリア１１４の外で回転される。
【００５９】
紫外スペクトロメーターは、外部からデータを送信及び受信でき、遠隔で制御できる。紫外スペクトロメーターは、混合、投剤、あるいは表面上又は空気中への界面活性、抗菌、殺虫又は潤滑の物質の放出を制御するためのツールまたは塗布器（applicator）デバイスに取り付けることができる。
【００６０】
本発明は、準備のため、化学物質の混合、投剤又は塗布を制御するために使用でき、溶液内、表面上、又は空気中に洗浄、抗菌、潤滑、又は殺虫の成分を投剤する。
【００６１】
本発明は、表面活性剤、抗菌剤、殺虫剤、または潤滑剤の測定された濃度（あるいは、その欠落）に基づき、混合器、投剤器、又は塗布器の動作を遮断あるいは終了させるために使用できる。
【００６２】
本発明は、前記物質がプロセス内に存在する、あるいはプロセスから除外されたを決定するため、洗浄、抗菌、殺虫、又は潤滑プロセスを監視するために使用できる。
【００６３】
本発明は、混合、製造、梱包、輸送（トラック、船、飛行機、車）、及び安全のための保管場所において、洗浄、抗菌、殺虫、又は潤滑の化学物質、合成物、及び製品を測定あるいは監視するために使用できる。
【００６４】
本発明は、冷却塔、用水路、冷却器、パルプと紙加工、オイル掘削を含むが限定されない処理水及び冷却水内の界面活性又は抗菌の化学物質を測定あるいは監視するために使用できる。
【００６５】
本発明は、車と船の洗浄、食物と飲料の処理過程、洗濯、物品洗浄、表面洗浄、third-sink殺菌、飛行機トイレ処理、無菌包装を含むが限定されないものからの排出水及び廃水中の界面活性又は抗菌の化学物質を監視するために使用できる。
【００６６】
本発明は、地方自治体の水処理と水供給、水道管、瓶詰め水、歯科用管(dental line)を含むが限定されない飲料水中の界面活性又は抗菌の化学物質を測定あるいは監視するために使用できる。
【００６７】
本発明は、規制又は準拠の目的のため、液体又はガス状段階内の抗菌化学物質を測定あるいは監視するために使用できる。
【００６８】
本発明は、洗浄、抗菌、殺虫、又は潤滑成分内の材料の適合性、あるいは梱包材との材質適合性を評価あるいは監視するために使用できる。
【００６９】
本発明は、製品外表示としてのプロセスにある界面活性、抗菌、殺虫、または潤滑の化学物質の濃度を測定あるいは監視するために使用できる。
【００７０】
本発明は、界面活性剤又は抗菌剤の濃度の変化を測定あるいは監視することにより、洗浄あるいは抗菌処理を監視するために使用できる。
【００７１】
本発明は、湖、貯水池、川と小川、プール、スパ、泉、レクレーション用の水を含むが限定されない、流水又は静止水域の中の界面活性、抗菌、殺虫、又は潤滑の化学物質の濃度を測定あるいは監視するために使用できる。
【００７２】
本発明は、乳製品処理、透析治療、排水処理、泥水処理、水浄化、ガスの浄化と分離において使用されるものを含むが限定されない液体及びガス段階分離と浄化で使用される濾過膜の洗浄及び抗菌処理中に、界面活性又は抗菌の化学物質を測定あるいは監視するために使用できる。
【００７３】
本発明は、食物、食物接触面、及び非食物接触面上の抗菌化学物質の使用を測定あるいは監視するために使用できる。
【００７４】
本発明は、表面への潤滑剤の使用を測定あるいは監視するために使用できる。
【００７５】
本発明は、無菌梱包における界面活性又は抗菌の化学物質の使用を測定あるいは監視するために使用できる。
【００７６】
本発明の動作の原理、推奨される実施例とモードは、上記明細書に記述されている。しかし、本発明、これは保護されることを目的とする、は、開示された特定の実施例に限定されない。ここで記述した実施例は、限定的なものというより、説明用である。本発明の精神から逸脱することなしに、変形と変更が他者により実施される、そして同等物が使用されるかもしれない。従って、請求項内で定義される本発明の精神と範囲の内に収まる全てのそのような変形、変更及び同等物は、包含されることを明確に表す。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の紫外スペクトロメーターの実施例のブロックダイアグラムを示す。
【図２】殺菌溶液（洗浄剤の汚染なし）における吸光スペクトルの例を示す。
【図３】異なる濃度の洗浄剤を含む、同一濃度の殺菌溶液における吸光のスペクトル変動（230 nm波長で最小位置のシフト）を示す。
【図４】220 nmから245 nmのレンジにおいて吸光の最小位置を使い得られた、サンプル中の洗浄剤のパーセントを示す。
【図５】本発明の携帯用紫外スペクトロメーターの第１の実施例の斜視図を示す。
【図６】本発明の紫外スペクトロメーターの別の斜視図を示す。
【図７】本発明の紫外スペクトロメーターの断面図を示す。
【図８】本発明の紫外スペクトロメーター内のプリント基板の第２のシリンダー側を示す。
【図９】本発明の紫外スペクトロメーター内のプリント基板の第１のシリンダー側を示す。
【図１０Ａ】UVランプを持つ本発明の紫外スペクトロメーターの別の断面図を示す。
【図１０Ｂ】UV LEDを持つ本発明の紫外スペクトロメーターの別の断面図を示す。
【図１１Ａ】本発明の紫外スペクトロメーターの上面図を示す。
【図１１Ｂ】紫外スペクトロメーター内の電池を交換するために開けられ移動された蓋を示す。
【図１１Ｃ】紫外スペクトロメーターの本体から外された蓋を示す。
【図１２Ａ】紫外スペクトロメーターの蓋の内部を示す。
【図１２Ｂ】紫外スペクトロメーターの保護板の斜視図を示す。
【図１２Ｃ】紫外スペクトロメーターのディスプレイボードの斜視図を示す。
【図１２Ｄ】紫外スペクトロメーターのディスプレイボードのその他の側を示す。
【図１３】本発明の携帯用紫外スペクトロメーターの第２の実施例を示す。
【図１４】本発明の携帯用紫外スペクトロメーターの第３の実施例を示し、紫外スペクトロメーターのUV分離システム内に可変波長UVフィルターを適用する。
【図１５】本発明の携帯用紫外スペクトロメーターの第３の実施例を示し、紫外スペクトロメーターのUV波長分離システム内に４つの要素のUVフィルターを適用する。
【図１６】本発明の携帯用紫外スペクトロメーターの第４の実施例を示し、紫外スペクトロメーターの第１と第２のシリンダー内に焦点手段としての軸外し放物面ミラーを適用する。
【図１７Ａ】本発明の２体型の紫外スペクトロメーター２０００の斜視図を示す。
【図１７Ｂ】UV殺菌と化学殺菌と結合した殺菌システムを示す。
【図１７Ｃ】センサーユニット１０７の断面図を示す。
【図１７Ｄ】水なしで、周期的な調整処置を受けるシステム２００を示す。周期的な調整処置は、各洗浄処置の後、実行される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【国際調査報告】
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