(57)【要約】【課題】  装置の改造を行なわず光路長を変更できるようにする。【解決手段】  本発明の光路長可変型セル２は、互いに平行に配置された透明平板からなる光入射窓１０ａと光出射窓１０ｂをもち被測定液が収容され又は流通するセル本体２ｂと、対をなす平面対１４ａ，１４ｂをもちセル本体２ｂ内に着脱可能に挿入される透明材質の光路長変更ブロック１４とを備えている。その光路長変更ブロック１４が有す平面対１４ａ，１４ｂから、いずれかの厚さの平面対を選択してセル内の光路に挿入することで、光路長を複数段階に変更することができる。本発明の光路長可変型セル２を使用した吸光度測定方法は、測定光の光路Ｘに対してセル本体２ｂを固定し、光路長変更ブロック１４を測定光の光路を横切る方向に移動させることにより複数の光路長での吸光度測定を可能にするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行に配置された透明平板からなる光入射窓と光出射窓をもち、被測定液が収容され又は流通するセル本体と、
対をなす互いに平行な平面をもち、前記セル本体内で測定光の光路上に着脱可能に挿入される透明材質のブロック体であって、前記平面がセル本体を透過する測定光の光路上に位置決めされたときはその平面が前記光入射窓及び光出射窓に平行に配置される光路長変更ブロックと、を備えた光路長可変型セル。
【請求項２】
前記光路長変更ブロックは前記対をなす平面の平面対を２以上もち、それらの平面対は平面間の厚さが互いに異なっており、セル本体内への挿入方向に配置されている請求項１に記載の光路長可変型セル。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光路長可変型セルを使用し、測定光の光路に対して前記セル本体を固定し、前記光路長変更ブロックを測定光の光路を横切る方向に移動させることにより複数の光路長での吸光度測定を可能にした吸光度測定方法。
【請求項４】
紫外領域の波長を含む光を発生する光源光学系、試料水中に前記光源光学系からの測定光を透過させる測定セル、前記測定セルを透過した測定光を受光し検出する受光光学系、及び前記受光光学系の検出信号に基づく吸光度信号から試料水のＣＯＤ値を求める演算処理部を用いてＣＯＤ値を測定する方法において、
前記測定セルとして請求項１又は２に記載の光路長可変型セルを使用し、測定光の光路に対して前記セル本体を固定し、前記光路長変更ブロックを測定光の光路に配置し又は配置しないことにより試料水に応じた光路長で吸光度を測定し、
前記演算処理部において光路長に応じて吸光度をＣＯＤ値に換算するＣＯＤ測定方法。
【請求項５】
紫外領域の波長を含む光を発生する光源光学系、試料水中に前記光源光学系からの測定光を透過させる測定セル、前記測定セルを透過した測定光を受光し検出する受光光学系、及び前記受光光学系の検出信号に基づく吸光度信号から試料水のＣＯＤ値を求める演算処理部を用いてＣＯＤ値を測定する装置において、
前記測定セルとして請求項１又は２に記載の光路長可変型セルを使用し、測定光の光路に対して前記セル本体を固定し、前記光路長変更ブロックを測定光の光路を横切る方向に移動可能に支持し、
前記演算処理部は前記測定セルでの測定時の光路長に応じて吸光度をＣＯＤ値に換算するＣＯＤ値換算部を備えているＣＯＤ測定装置。
【請求項６】
前記光路長変更ブロックを、測定光の光路を横切る方向に移動させる光路長変更機構を備え、
前記演算処理部は、ＣＯＤ値に換算可能な上限吸光度を設定する上限吸光度設定部と、
測定された吸光度と前記上限吸光度測定部で設定された上限吸光度とからその測定された吸光度が前記上限吸光度以下であるか否かを判定する吸光度判定部と、前記吸光度判定部がその測定された吸光度が上限吸光度より大きいと判定したときに光路長が短くなる方向に前記光路長変更ブロックを移動させるように前記光路長変更機構を制御する光路長制御部と、を備え、
前記ＣＯＤ値換算部は測定された吸光度が上限以下となったときの光路長に対応して吸光度をＣＯＤ値に換算するものである請求項５に記載のＣＯＤ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸光度を測定するセル、及びそのセルを用いて吸光度を測定する方法に関する。さらには排水や環境水の紫外線（ＵＶ）吸光度とＣＯＤ（化学的酸素消責量）測定値との相関関係を前提としてＵＶ値をＣＯＤ値に換算するＣＯＤ測定方法及び装置に関する。
ＣＯＤはＢＯＤ（生物学的酸素要求量）を含むものとして扱う。
【背景技術】
【０００２】
日本工業規格（ＪＩＳ）は、水質監視用紫外線吸光度自動計測器を定めており、ＵＶ測定値がＣＯＤと相関付けられて水質総量規制に係る水質汚濁負荷量の演算等に用いられている（非特許文献１参照。）。
【０００３】
ＣＯＤ測定装置には図６に示されるような吸光光度計が使用される。低圧水銀ランプなどの光源１からの光は、一定の光路長の空間に試料を導く光透過性の測定セル２に照射される。測定セル２を透過した光は干渉フィルタ３を透過し、特定の波長（例えば２５４ｎｍ）が選択され、検出器４で検出される。その後、その検出信号は増幅器５で吸光度に変換され、検量線によりＣＯＤ値に換算される。
【０００４】
しかし、試料水の濃度が高すぎる場合、吸光度とＣＯＤ値との相関によって求められる検量線は直線近似に適さないものになる。また、排水処理施設からの排水が同一であっても、処理原水の性状の変化等により排水自体の性状が変化し、同一光路長のセルを用いた測定では吸光度が大きくなりすぎてしまい、正確に測れないことがある。
このように濃度が極端に異なる試料の場合は、セル長の異なるもの（例えば１ｃｍと５ｃｍ）を用意し、それを手作業で交換して測定を行なっていた。
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｋ０８０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＯＤ測定の対象となる試料は、試料ごとに濃度が大きく異なるので、得られる吸光度を適当な値にするために複数の光路長が必要になる。また、同一試料であっても試料の性状が変化する場合は光路長を変える必要がある。
光路長を変える場合、セル自体の交換やセルの窓材の組み替えなど、測定装置の改造を行なわなければならず操作が煩雑になる。
本発明は、測定装置の改造を行なうことなく、光路長を変更できる光路長可変型セル、それを使用した吸光度測定方法、並びにそれらを使用したＣＯＤ測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の光路長可変型セルは、互いに平行に配置された透明平板からなる光入射窓と光出射窓をもち、被測定液が収容され又は流通するセル本体と、対をなす互いに平行な平面をもち、上記セル本体内に着脱可能に挿入される透明材質の光路長変更ブロックとを備えている。その光路長変更ブロックは、上記平面がセル本体を透過する測定光の光路上に位置決めされたときは、その平面が光入射窓及び光出射窓に対して平行に配置される。
ここで、「透明」とは紫外光に対して透過性をもつことを意味し、材質としては、例えば合成石英を用いることができる。
【０００７】
光路長変更ブロックの好ましい形態として、平面対を２以上もち、それらの平面対は平面間の厚さが互いに異なっており、セル本体内への挿入方向に配置されているものを挙げることができる。その光路長変更ブロックの２以上の平面対から、いずれかの厚さの平面対を選択してセル内の光路に挿入することで、光路長を複数段階に変更することができる。
【０００８】
本発明の光路長可変型セルを使用した吸光度測定方法は、測定光の光路に対してセル本体を固定し、光路長変更ブロックを測定光の光路を横切る方向に移動させることにより複数の光路長での吸光度測定を可能にするものである。
【０００９】
本発明のＣＯＤ測定方法は、紫外領域の波長を含む光を発生する光源光学系、試料水中に前記光源光学系からの測定光を透過させる測定セル、測定セルを透過した測定光を受光し検出する受光光学系、及び受光光学系の検出信号に基づく吸光度信号から試料水のＣＯＤ値を求める演算処理部を用いてＣＯＤ値を測定する方法において、測定セルとして上記の光路長可変型セルを使用し、測定光の光路に対してセル本体を固定し、光路長変更ブロックを測定光の光路に配置し又は配置しないことにより試料水に応じた光路長で吸光度を測定し、演算処理部において光路長に応じて吸光度をＣＯＤ値に換算するものである。
【００１０】
本発明のＣＯＤ測定装置は、紫外領域の波長を含む光を発生する光源光学系、試料水中に光源光学系からの測定光を透過させる測定セル、測定セルを透過した測定光を受光し検出する受光光学系、及び受光光学系の検出信号に基づく吸光度信号から試料水のＣＯＤ値を求める演算処理部を用いてＣＯＤ値を測定する装置において、測定セルとして上記光路長可変型セルを使用し、測定光の光路に対してセル本体を固定し、光路長変更ブロックを測定光の光路を横切る方向に移動可能に支持し、演算処理部は前記測定セルでの測定時の光路長に応じて吸光度をＣＯＤ値に換算するＣＯＤ値換算部を備えているものである。
【００１１】
上記ＣＯＤ測定装置の好ましい形態として、光路長変更ブロックを、測定光の光路を横切る方向に移動させる光路長変更機構を備え、演算処理部は、ＣＯＤ値に換算可能な上限吸光度を設定する上限吸光度設定部と、測定した吸光度と上限吸光度設定部で設定された上限吸光度とからその測定した吸光度が上限吸光度以下であるか否かを判定する吸光度判定部と、吸光度判定部がその測定された吸光度が上限吸光度より大きいと判定したときに光路長が短くなる方向に光路長変更ブロックを移動させるように光路長変更機構を制御する光路長制御部とを備え、ＣＯＤ値換算部は測定された吸光度が上限以下となったときの光路長に対応して吸光度をＣＯＤ値に換算するようにすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の光路長可変型セルは、本体内に光路長変更ブロックを着脱するだけで光路長を変更することができるので、これまで装置の改造が必要であった光路長を、セル全体の改造をすることなく変更することができる。
光路長変更ブロックが互いに厚さの異なる２以上の平面対をもっている場合は、複数段階の光路長で測定することができるようになり、広い濃度範囲の試料に対応することができる。
【００１３】
ＣＯＤ値を測定する装置において、この光路長可変型セルを使用することにより、広い濃度範囲の試料中のＣＯＤを測定することができる。
また、演算処理部が上限吸光度を設定しておき、測定吸光度がそれを越えたときに光路長を変更するようにすれば、光路長変更を自動化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明する。
図１は一実施例の光路長可変型セル２を一使用状態で示した断面図である。
セル２は、互いに平行で対をなす光透過性の光入射窓１０ａと光出射窓１０ｂをもつセル本体２ｂを備えている。セル本体２ｂはその下底部に試料導入穴１６、上部にはセル本体２ｂの光出射窓１０ｂよりも上方に設けられた試料排出穴１７を備え、上部のセル蓋２ａにはベアリング１２により支持棒１１を摺動可能に支持している。
セル本体２ｂ内において、支持棒１１の下端には透明材質の光路長変更ブロック１４を備え、光路長変更ブロック１４は平面対間の厚さの異なる２つの平面対１４ａ及び１４ｂを備えている。平面対１４ａ，１４ｂがセル本体を透過する測定光の光路上に位置決めされたときは、それらの平面は光入射窓１０ａ及び光出射窓１０ｂに平行に配置される。支持棒１１の上端はセル蓋２ａを貫通して光路長変更機構であるブロック移動用モータ１５により駆動されるように結合されている。
【００１５】
光源を含む光源光学系１と検出器を含む受光光学系４を結ぶ光路Ｘは固定されており、その光路Ｘが光入射窓１０ａから光出射窓１０ｂを透過するように、セル本体２ｂが固定される。また、支持棒１１と光路長変更ブロック１４は、モータ１５によって、平面対１４ａ又は１４ｂが光路Ｘを横切る方向に移動させられる。
【００１６】
セル２において、光入射窓１０ａの内側から光出射窓１０ｂの内側間の光路長は２５ｍｍであり、光路長変更ブロック１４の厚さは平面対１４ａで１５ｍｍ、平面対１４ｂで１９ｍｍである。光入射窓１０ａ、光出射窓１０ｂ、及び光路長変更ブロック１４の材質としては、紫外線を透過する合成石英を用いるのが好ましい。
受光光学系４の検出器は演算処理部２３に接続され、演算処理部２３は受光光学系４の検出信号に基づく吸光度信号から試料水のＣＯＤ値を求める。演算処理部２３はモータ１５に接続され、モータ１５を制御することで光路長変更ブロック１４を垂直方向に移動させて光路長を変更する。
試料は試料導入穴１６からセル２内部に導入され、試料排出穴１７から排出される。
【００１７】
図１に示す状態においては、光路長変更ブロック１４は光路から外れており、光路長は光入射窓１０ａの内側から光出射窓１０ｂの内側間の距離で決まる２５ｍｍである。
図２はセル２において光路長を１段階短くした状態での断面図である。モータ１５を制御して支持棒１１をセル２の垂直下方に移動させ、平面対１４ａを光路Ｘ上に位置決めする。
【００１８】
図２に示す状態においては、光入射窓１０ａの内側から光出射窓１０ｂの内側間（２５ｍｍ）に、厚さ１５ｍｍの平面対１４ａを挿入したことで、測定光が試料を透過する光路長は（２５ｍｍ−１５ｍｍ）の１０ｍｍとなる。このとき、光入射窓１０ａと光路長変更ブロック１４の幅は５ｍｍ、光出射窓１０ｂと光路長変更ブロック１４の幅も５ｍｍとなるように光路長変更ブロック１４がセルの光路長の中央に配置されている。
【００１９】
図３は光路長可変型セル２において、光路長をさらに１段階短くした状態の断面図である。モータ１５を制御して支持棒１１をセル２の下方に移動させ、平面対１４ｂを光路Ｘ上に位置決めする。
図３に示す状態においては、光入射窓１０ａの内側から光出射窓１０ｂの内側間（２５ｍｍ）に、厚さ１９ｍｍの平面対１４ｂを挿入したことで、光路長は（２５ｍｍ−１９ｍｍ）の６ｍｍとなる。このとき、光入射窓１０ａと光路長変更ブロック１４の幅は３ｍｍ、光出射窓１０ｂと光路長変更ブロック１４の幅も３ｍｍとなるようにブロック１４がセルの光路長の中央に配置されている。
【００２０】
このように、本実施例では、平面対の厚さが１５ｍｍ、１９ｍｍである光路長変更ブロック１４を測定光の光路を横切る方向に配置することで、装置を改造せずに試料を透過する光路長を２５ｍｍ、１０ｍｍ、６ｍｍの３種類に変更することができる。
光入射窓１０ａ，１０ｂ及び平面対により変更できる光路長の数は、上記に限定されるものではない。例えば、光路長を２段階、又は４段階以上にしてもよい。
【００２１】
図４は演算処理部２３及び演算処理部２３に含まれるＣＯＤ値換算部２８の機能を示したブロック図である。
演算処理部２３は、ＣＯＤ値に変換可能な吸光度の上限を設定する上限吸光度設定部２４、受光光学系４によって検出された吸光度が上限吸光度設定部２４で設定された上限以下であるかどうかを判定する吸光度判定部２６、吸光度が上限より大きい場合に光路長を１段階短く変更して吸光度を小さくする光路長制御部２２、及びＣＯＤ値換算部２８によって構成されている。光路長制御部２２は、モータ１５を含む光路長変更機構１５ａを制御する。
図１の状態で吸光度が設定値以下の場合は光路長を変更しないで、ＣＯＤ値換算部２８でＣＯＤ値を算出する。
【００２２】
ＣＯＤ値換算部２８は、検量線設定部３４とＣＯＤ値算出部３６を備えている。検量線設定部３４は、入力されたＣＯＤの手分析値に基づいて光路長ごとの検量線データを保持している。ＣＯＤ値算出部３６は、光路長制御部２２で決められた光路長を基にして検量線設定部３４から検量線を呼び出し、受光光学系４の検出部で求められた吸光度からＣＯＤ値を算出する。
検量線設定部３４は、１つの検量線データに対し光路長制御部２２によって決められる光路長に対応するように検量線データを変換するものであってもよく、又は、ユーザーが異なる光路長ごとに手分析値を入力した検量線データを保持するものでもよい。
ＣＯＤ値算出部３６によって決められたＣＯＤ値は表示部３０に表示される。
【００２３】
図５を参照してＣＯＤ値を算出する手順を説明する。
（１）上限吸光度設定部２４にＣＯＤ値への換算が許容できる吸光度の上限を設定する。
（２）光路長を図１に示した状態に設定し、採水を開始する。
（３）検出部４で吸光度を測定する。
（４）測定した吸光度が上で設定した上限吸光度以下か否かを判定し、上限吸光度より大きい場合は光路長を図２で示す状態のように光路長を一段階短く変更し、再び吸光度を測定する。
（５）測定した吸光度がまだ上限より大きいときは、図３で示すようにさらに光路長を一段階短く設定し、再び吸光度を測定する。
（６）吸光度が上限吸光度以下になったところで、吸光度をＣＯＤ値に換算してＣＯＤ値を算出する。
（７）得られた結果をモニター等に表示して、一試料の分析が終了する。
【００２４】
実施例はフローセルに適用したものであるが、本発明は試料を流通させないで収容するセルにも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明は、排水や環境水の紫外線吸光度を測定してＣＯＤ値を求めるオンライン分析計などのＣＯＤ測定用分析計として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】一実施例のセルを示す一使用状態での断面図である。
【図２】同実施例で光路長を一段短くした状態での断面図である。
【図３】同実施例で光路長をさらに短くした状態での断面図である。
【図４】同実施例の演算処理部及びＣＯＤ値換算部の機能を示すブロック図である。
【図５】同実施例において、ＣＯＤ換算式を決定する手順を示すフローチャートである。
【図６】ＣＯＤ測定装置として用いることのできる従来の吸光光度計の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００２７】
１      光源光学系
２      セル
２ａ    セル蓋
２ｂ    セル本体
４      受光光学系
１０ａ    光入射窓
１０ｂ    光出射窓
１１      支持棒
１２      ベアリング
１４      光路長変更ブロック
１４ａ，１４ｂ      平面対
１５      ブロック移動用モータ
１５ａ    光路長変更機構
１６      試料導入口
１７      試料排出口
２２      光路長制御部
２３      演算処理部
２４      上限吸光度設定部
２６      吸光度判定部
２８      ＣＯＤ値換算部
【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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