(57)【要約】  【課題】撹拌槽や配管などの空間内にある液体試料の光学分析を簡易な構造で正確に実現することにある。  【解決手段】液体状の試料に光を照射し、前記試料を分析する光学分析装置であって、前記試料を計測する計測部と、前記試料に照射する光を出射する光源部と、前記試料を透過した光を受光する受光部とを備える。前記計測部は、前記試料を流出入するための開口部が設けられた筐体と、前記開口部に接続され前記筐体内部に設けられた収容領域と、前記収容領域内部を移動可能に前記収容領域内部に設けられた可動部と、前記光源部から出射された光を受け付け、前記収容領域内部に照射する照射部と、前記収容領域内部の前記試料を透過した光を集光し、前記受光部に出力する集光部とを備える。【選択図】図１
2018128295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体状の試料に光を照射し、前記試料を分析する光学分析装置であって、
前記試料を計測する計測部と、
前記試料に照射する光を出射する光源部と、
前記試料を透過した光を受光する受光部と
を備え、
前記計測部は、
前記試料を流出入するための開口部が設けられた筐体と、
前記開口部に接続され前記筐体内部に設けられた収容領域と、
前記収容領域内部を移動可能に前記収容領域内部に設けられた可動部と、
前記光源部から出射された光を受け付け、前記収容領域内部に照射する照射部と、
前記収容領域内部の前記試料を透過した光を集光し、前記受光部に出力する集光部とを備える
光学分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光学分析装置であって、
前記可動部は、前記開口部を開ける方向及び閉じる方向に往復移動可能に、前記収容領域内部に設けられている
光学分析装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光学分析装置であって、
前記照射部及び前記集光部の少なくとも一方は、互いの距離を変更できるように移動可能に前記筐体に設けられている
光学分析装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光学分析装置であって、
前記照射部及び前記集光部の少なくとも一方を移動させることによって、前記照射部及び前記集光部の間の光路長を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記試料の濃度、濁度、又は吸光度が第１の所定基準よりも高い場合は、前記光路長が短くなるように制御し、前記試料の濃度、濁度、又は吸光度が第２の所定基準よりも低い場合は、前記光路長が長くなるように制御する
光学分析装置。
【請求項５】
請求項１に記載の光学分析装置であって、
前記開口部を遮断又は開放するためのシャッターを備え、前記シャッターは、前記可動部よりも前記開口部側に設けられている
光学分析装置。
【請求項６】
請求項１に記載の光学分析装置であって、
前記照射部から照射された光を反射させる反射部を備え、前記反射部は、前記収容領域の内壁面に設けられており、
前記照射部及び前記集光部は、前記収容領域の前記内壁面に設けられ、前記反射部と向かい合う位置に配置されている
光学分析装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光学分析装置であって、
前記反射部は、前記照射部及び前記集光部に対する距離を変更できるように移動可能に前記筐体に設けられている
光学分析装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光学分析装置であって、
前記反射部を移動させることによって、前記反射部と前記照射部及び前記集光部との間の光路長を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記試料の濃度、濁度、又は吸光度が第１の所定基準よりも高い場合は、前記光路長が短くなるように制御し、前記試料の濃度、濁度、又は吸光度が第２の所定基準よりも低い場合は、前記光路長が長くなるように制御する
光学分析装置。
【請求項９】
請求項１に記載の光学分析装置であって、
前記計測部は、撹拌槽又は配管の外周壁に装着され、前記開口部は、前記外周壁に設けられた開口部に接続される
光学分析装置。
【請求項１０】
光学分析システムであって、
液体状の試料を撹拌する撹拌槽と、
前記撹拌槽の外周壁に装着され、前記試料を計測する計測部と
を備え、
前記計測部は、
前記外周壁に設けられた第１の開口部に接続され前記試料を流出入するための第２の開口部が設けられた筐体と、
前記第２の開口部に接続され前記筐体内部に設けられた収容領域と、
前記収容領域内部を移動可能に前記収容領域内部に設けられた可動部と、
前記収容領域内部に光を照射する照射部と、
前記収容領域内部の前記試料を透過した光を集光部とを備える
光学分析システム。
【請求項１１】
光学分析システムであって、
液体状の試料を送液する配管と、
前記配管の外周壁に装着され、前記試料を計測する計測部と
を備え、
前記計測部は、
前記外周壁に設けられた第１の開口部に接続され前記試料を流出入するための第２の開口部が設けられた筐体と、
前記第２の開口部に接続され前記筐体内部に設けられた収容領域と、
前記収容領域内部を移動可能に前記収容領域内部に設けられた可動部と、
前記収容領域内部に光を照射する照射部と、
前記収容領域内部の前記試料を透過した光を集光する集光部とを備える
光学分析システム。
【請求項１２】
液体状の試料に光を照射し、前記試料を分析する光学分析方法であって、
前記試料を格納する容器又は配管の外周壁に装着され、前記試料を計測する計測部であって、前記外周壁に設けられた第１の開口部に接続され前記試料を流出入するための第２の開口部が設けられた筐体と、前記第２の開口部に接続され前記筐体内部に設けられた収容領域と、前記収容領域内部を移動可能に前記収容領域内部に設けられた可動部と、前記収容領域内部に光を照射する照射部と、前記収容領域内部の前記試料を透過した光を集光する集光部とを備える計測部を用意し、
前記可動部を第一の方向に移動させることで前記収容領域内部に前記試料を取り込む工程と、
前記照射部により光を照射する工程と、
前記集光部により光を集光する工程と、
前記可動部を第二の方向に移動させることで前記収容領域内部から前記試料を排出する工程と
を含む光学分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学分析装置、光学分析システム、および光学分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来例においては、撹拌槽内の液体試料を撹拌中に分析するには、撹拌槽に接続したバイパスによって撹拌槽から液体試料をサンプリングし、サンプリングした液体試料を光学分析装置などの装置に送液し、分析後の液体試料を撹拌槽外に排液、あるいは他のバイパスを通じて撹拌槽に戻している。バイパスを用いてサンプリングした液体試料を常時分析することで、例えば当該液体試料に含まれる溶質を分析し、分析結果を基に撹拌条件や重合条件を調整することができる。撹拌槽などの密閉空間で液体試料の反応を進める必要がある場合、上述した方法を用いることで、密閉空間を開放せずに液体試料の状態をモニタリングすることができるため、上述の方法は幅広い分野で活用されている。
【０００３】
撹拌槽内の液体試料をバイパスを用いてサンプリングし、分析する方法に関する先行技術例として、特許文献１（特表２０１６−５０６９８９号公報）が挙げられる。特許文献１には「システムは、高速流サンプリングループと、高速流サンプリングループに接続されたエンクロージャと、エンクロージャ内に配置された制御モジュールとを含む。制御モジュールは、サンプルコンディショニングを制御し、ビニル系モノマ中のニトロキシド系重合禁止剤の残存濃度を、実質的にリアルタイムで測定することができる。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１６−５０６９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に記載されている測定方法では、バイパスにより液体試料をサンプリングし、光学分析装置などの装置に送液し、得られた分析結果に基づき重合条件を制御している。しかしながら、この方法を用いて液体試料をモニタリングする場合は、バイパスとそれに付随するポンプを複数箇所に設ける必要があり、撹拌槽の構造が複雑になってしまう。また、この方法では、サンプリングした液体をコンディショニングするための装置を設ける必要があり、システムの構造も複雑になってしまう。
【０００６】
また、液体試料の濃度や濁度は、光を照射する計測箇所において液体試料の流れが安定していないと、正確に光学分析することができない。しかし、バイパスによって液体試料をサンプリング及び送液する方法では、計測箇所において液体試料の状態が安定しない。サンプリングした液体をコンディショニングするための装置を設けることはできるが、システムの構造も複雑になってしまう。さらに、バイパスを介しているために、サンプリング箇所（例えば撹拌槽とバイパスの接合部付近）と計測箇所とで液体試料の状態が異なる場合があり、正確な分析が妨げられることがある。
【０００７】
本発明の目的は、撹拌槽や配管などの空間内にある液体試料の光学分析を簡易な構造で正確に実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下のとおりである。
【０００９】
液体状の試料に光を照射し、前記試料を分析する光学分析装置であって、前記試料を計測する計測部と、前記試料に照射する光を出射する光源部と、前記試料を透過した光を受光する受光部とを備える。前記計測部は、前記試料を流出入するための開口部が設けられた筐体と、前記開口部に接続され前記筐体内部に設けられた収容領域と、前記収容領域内部を移動可能に前記収容領域内部に設けられた可動部と、前記光源部から出射された光を受け付け、前記収容領域内部に照射する照射部と、前記収容領域内部の前記試料を透過した光を集光し、前記受光部に出力する集光部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、撹拌槽などの空間内にある液体試料の光学分析を簡易な構造で正確に実現することができる。
【００１１】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光学分析システムの構成例を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る計測部の構成例を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る計測部の動作例を示す図である。
【図４】光路長の決定に関する実験例の構成を示す図である。
【図５】光路長の決定に関する実験例の結果を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る光学分析システムの構成例及び計測部の動作例を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る計測部の構成例を示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る光学分析システムの構成例及び計測部の動作例を示す図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る光学分析システムの構成例及び計測部の動作例を示す図である。
【図１０】本発明の第５実施形態に係る計測部の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の第５実施形態に係る光学分析システムの構成例及び計測部の動作例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の複数の実施形態について、図面を参照して説明する。各実施形態の構成の説明では、理解のため、互いに直交する３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を用いる。もちろん、各実施形態の構成は、厳密にＸＹＺ軸に一致していなくても、実質的に同じ作用効果を達成できる範囲内の変更は許容される。
【００１４】
各実施形態に係る光学分析システムは、例えば溶質を含む溶液や濁質を含む懸濁液等の液体状の試料を光学分析するための構成を有する。また、その光学分析工程では、分光分析、蛍光分析などの分析により、試料に含まれる溶質や濁質を定量評価することができる。
【００１５】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学分析システムの構成例を示す図である。光学分析システム１０は、撹拌槽１１と、光学分析装置１４とを備える。また、光学分析システム１０は、撹拌槽１１及び光学分析装置１４を制御する制御部（図示せず）を備える。
【００１６】
撹拌槽１１は、試料１を収容するとともに撹拌する。撹拌槽１１は、回転軸周りに設けられた１つ以上の撹拌翼１２と、当該回転軸を回転させるモータ等を含む駆動部１３とを備える。
【００１７】
光学分析装置１４は、撹拌槽１１から試料１を取り込んで光学分析し、光学分析した試料１を撹拌槽１１内に戻す。光学分析装置１４は、光源部１４１と、計測部１４２と、受光部１４３と、一対の光伝送部１４４とを備える。
【００１８】
光源部１４１は、計測部１４２に収容された試料１に照射するための光を出射する。光源部１４１から出射された光は、一方の光伝送部１４４を介して計測部１４２に伝送される。光源部１４１は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子を用いて実現することができる。
【００１９】
計測部１４２は、撹拌槽１１の外周壁１１０に装着され、撹拌槽１１から取り込んだ試料１を収容するとともに計測する。計測部１４２は、光源部１４１から出射された光を一方の光伝送部１４４を介して受け付けて、収容した試料１に対して照射するとともに、試料１を透過した光を集光して、他方の光伝送部１４４を介して受光部１４３に出力する。計測部１４２の構造については後に詳述する。
【００２０】
受光部１４３は、計測部１４２に収容された試料１を透過した光、すなわち計測部１４２から出力された光を受光する。受光部１４３は、受光した光の強度を示す電気信号を、制御部に出力する。受光部１４３は、例えば、フォトダイオード等の受光素子用いて実現することができる。
【００２１】
一方の光伝送部１４４は、光源部１４１から計測部１４２へ光を伝送する。他方の光伝送部１４４は、計測部１４２から受光部１４３へ光を伝送する。これらの光伝送部１４４は、例えば、光ファイバにより実現することができる。
【００２２】
制御部は、光学分析システム１０の全体を統合的に制御する。例えば、制御部は、撹拌槽１１の駆動部１３の回転を制御する。また例えば、制御部は、光源部１４１の光のオン及びオフや強度を制御する。また例えば、制御部は、計測部１４２の後述する動作を制御する。また例えば、制御部は、受光部１４３の光の受光を制御する。また例えば、制御部は、受光部１４３から出力される透過光の強度に基づいて、試料１に含まれる成分を分析する処理を実行する。制御部は、例えば、試料１に含まれる成分の濃度、濁度、吸光度などを分析したり、成分の種類を分析したりすることができる。
【００２３】
制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むマイクロコンピュータや、専用ハードウェア回路により実現することができる。制御部は、例えば、撹拌槽１１、光源部１４１、計測部１４２、受光部１４３等の動作を制御する制御回路を含んでもよい。制御部は、光学分析装置１４内に設けられてもよいし、光学分析装置１４外に設けられてもよい。撹拌槽１１を制御する制御部と光学分析装置１４を制御する制御部は別々に設けられてもよい。
【００２４】
図２は、本発明の第１実施形態に係る計測部の構成例を示す図である。図２は、計測部１４２の内部構成が見えるように示している。計測部１４２は、筐体１４２１と、収容領域１４２２（計測領域と呼んでもよい）と、可動部１４２３と、照射部１４２４と、集光部１４２５と、可動部１４２６とを備える。
【００２５】
筐体１４２１は、直方体などの立体で形成される。筐体１４２１は、例えば、合成樹脂、ガラス、金属などの材料で形成される。筐体１４２１の内部には、一対の光伝送部１４４が挿入されるとともに、収容領域１４２２、可動部１４２３、照射部１４２４、集光部１４２５、及び可動部１４２６が設けられている。
【００２６】
収容領域１４２２は、筐体１４２１に形成された穴であり、例えば、直方体状に形成される。すなわち、収容領域１４２２は、筐体１４２１に形成された開口部１４２０（筐体１４２１のＸＺ面上）に接続されている。また、撹拌槽１１の外周壁１１０には開口部が形成されており、開口部１４２０は当該外周壁１１０の開口部に接続されている。従って、収容領域１４２２は、撹拌槽１１の内部と連通しており、試料１は、外周壁１１０の開口部及び開口部１４２０を通じて流出入される。
【００２７】
可動部１４２３は、収容領域１４２２内部を移動可能に収容領域１４２２内部に設けられている。具体的には、可動部１４２３は、収容領域１４２２よりも小さい寸法で形成されており、例えば直方体状に形成され、合成樹脂、ガラス、金属などの材料で形成される。可動部１４２３のＸＺ断面の面積は、可動部１４２３の外周面が収容領域１４２２内周面に当接あるいは近接して摺れるように、収容領域１４２２のＸＺ断面の面積よりも若干小さく設定されるのが望ましい。可動部１４２３は、開口部１４２０を閉じる方向（図２の−Ｙ方向）及び開口部１４２０を開ける方向（図２の＋Ｙ方向）に、収容領域１４２２の内壁面に沿って往復摺動する。可動部１４２３を動作させる機構は、特に限定されないが、例えば、筐体１４２１にＹ軸方向に沿って移動可能に設けた磁石で、可動部１４２３内部に設けた磁石を引き付けることで、可動部１４２３を移動させることができる。可動部１４２３の動作は、制御部によって制御される。開口部１４２０を開けることで、外部から開口部１４２０を介して収容領域１４２２内部に試料１を取り込むことができる。また、開口部１４２０を閉じることで、開口部１４２０を介して収容領域１４２２内部から外部へ試料１を排出することができる。
【００２８】
照射部１４２４は、収容領域１４２２の内壁面の、集光部１４２５と向かい合う位置に設けられている。照射部１４２４は、筐体１４２１に挿入された一方の光伝送部１４４と接続されており、光源部１４１から受け付けた光を、集光部１４２５の方向（図２の＋Ｚ方向）に向けて照射する。照射部１４２４は、例えば、照射レンズを含む光学部材により実現することができる。
【００２９】
集光部１４２５は、収容領域１４２２の内壁面の、照射部１４２４と向かい合う位置に配置されるよう、可動部１４２６に設けられる。集光部１４２５は、筐体１４２１及び可動部１４２６に挿入された他方の光伝送部１４４と接続されており、収容領域１４２２内部からの光を集光し、集光した光を受光部１４３に出力する。集光部１４２５は、例えば、集光レンズを含む光学部材により実現することができる。
【００３０】
可動部１４２６は、集光部１４２５を移動可能に筐体１４２１に設けられている。具体的には、可動部１４２６は、集光部１４２５の裏側（収容領域１４２２と反対側）に設けられており、例えば直方体状に形成され、合成樹脂、ガラス、金属などの材料で形成される。可動部１４２６は、集光部１４２５を照射部１４２４に近づける方向（図２の−Ｚ方向）及び集光部１４２５を照射部１４２４から遠ざける方向（図２の＋Ｚ方向）に移動する。可動部１４２６を動作させる機構は、特に限定されないが、例えば、筐体１４２１にＺ軸方向に沿って移動可能に設けた磁石で、可動部１４２６内部に設けた磁石を引き付けることで、可動部１４２６を移動させることができる。可動部１４２６の動作は、制御部によって制御される。これにより、集光部１４２５と照射部１４２４の距離（光路長）を変化させることができる。すなわち、試料１に含まれる溶質の濃度などの物性値に応じて、制御部により光路長を最適化することができる。
【００３１】
図２（ａ）は、可動部１４２３が開口部１４２０を閉じる位置に配置された状態を示している。図２（ｂ）は、可動部１４２３が＋Ｙ方向に移動して開口部１４２０が開けられた状態を示している。図２（ｃ）は、開口部１４２０が開けられた状態で、光路長が短くなるように可動部１４２６が−Ｚ方向に移動した状態を示している。
【００３２】
図３は、本発明の第１実施形態に係る計測部の動作例を示す図である。図３の下図では、撹拌槽１１の外周壁１１０の一部とそこに装着された計測部１４２とを拡大して示している。
【００３３】
まず、制御部が駆動部１３を制御して回転軸を回転させることで、撹拌槽１１内に収容された試料１を撹拌する。試料１に他の液体等が加えられて混合されてもよい。初期状態では、計測部１４２の開口部１４２０は閉じられている。その後、制御部が可動部１４２３を＋Ｙ方向に摺動させることで、撹拌槽１１内の試料１が、外周壁１１０の開口部及び計測部１４２の開口部１４２０を介して収容領域１４２２内部に吸液される。それから、制御部が光源部１４１から光を出射させる。照射部１４２４から照射された光は、収容領域１４２２に収容された試料１を透過し、集光部１４２５に到達する。集光部１４２５で集光された光は、受光部１４３で受光され、制御部によって光学分析される。それから、制御部が可動部１４２３を−Ｙ方向に摺動させることで、収容領域１４２２内の試料１が、計測部１４２の開口部１４２０及び外周壁１１０の開口部を介して撹拌槽１１へ排液される。
【００３４】
ところで、液体状の試料に含まれる溶質を分光分析する場合、試料は光源と受光部の間に配置され、光源から照射された光は、試料を透過する際に溶質によってその一部が吸収された後に受光部に到達する。吸収される光の量と波長は、溶質によって異なるため、受光部に到達する光を分析することで、試料に含まれる溶質の種類を明らかにすることができる。また、吸収される光の量は、溶質の量に異存するため、光が透過する距離（光路長）を固定することで、試料に含まれる溶質を定量分析することができる。第１実施形態では、照射部１４２４と集光部１４２５間の距離が光路長（図中のＬ）であり、収容領域１４２２内の光路上の試料１に含まれる溶質を分析することができる。
【００３５】
しかし、光路長は、試料の溶質の濃度によって最適な距離に制御する必要がある。例えば、試料が光を散乱する溶質を多く含んだ高濃度状態である場合、光源から照射された光が散乱して受光部まで到達せず、分光分析できなくなってしまう。この場合、光路長を短くし、光路上の溶質の数量を減らすことで、光源から照射された光を受光部まで到達させることができる。
【００３６】
また例えば、試料に含まれる溶質の濃度が高すぎて光を完全に吸収してしまう場合、光路上の試料に吸収される光の量を正確に計測することができなくなる。一方、試料に含まれる溶質の濃度が低すぎる場合は、光路上の試料に吸収される光の量が少なすぎてしまい、正確に定量分析することができなくなる。これらの濃度変化に対しても、光路長を変化させることで定量的に分析することができる。つまり、濃度が高い場合は光路長を短くして試料に吸収される光の量を抑制し、濃度が低い場合は光路長を長くして試料に吸収される光の量を増やすことで、溶質の濃度を定量的に分析することができる。
【００３７】
第１実施形態に係る光学分析装置１４は、計測部１４２内に光路長Ｌを任意に変更することができる機構を備える。すなわち、集光部１４２５が設けられた可動部１４２６がＺ軸方向に沿って移動可能であることにより、光路長Ｌを制御することができる。制御部は、例えばユーザの指示あるいはプログラムの指示に従って、溶質の濃度が高い場合（第１の所定基準よりも高い場合）は可動部１４２６を−Ｚ方向に移動させて光路長Ｌを短くし、溶質の濃度が低い場合（第２の所定基準よりも低い場合）は可動部１４２６を＋Ｚ方向に移動させて光路長Ｌを長くする。これにより、上述したような濃度の変化に応じて定量的に分析することができる。
【００３８】
第１実施形態における、光路長Ｌの制御を含む光学分析処理フローの例を示す。
（１）制御部は、可動部１４２３を＋Ｙ方向に摺動させることにより、試料１を収容領域１４２２内に取り込む。
（２）制御部は、光源部１４１から光を出射させるとともに、受光部１４３に入射される光のスペクトルを取得する。
（３）制御部は、入射光が微弱でスペクトルが取得できない場合（例えばある波長域の光の吸光度が上側閾値（第１の所定基準）を超える場合）は、可動部１４２６を−Ｚ方向に摺動させ、入射光が強すぎてスペクトルが取得できない場合（例えばある波長域の光の吸光度が下側閾値（第２の所定基準）を下回る場合）は、可動部１４２６を＋Ｚ方向に摺動させる。制御部は、適切な光のスペクトルが取得できた場合は、光学分析を行う。
（４）制御部は、可動部１４２６を所定の初期位置（例えば、可動部１４２３の移動を妨げない位置）に戻し、可動部１４２３を−Ｙ方向に摺動させることにより、試料１を収容領域１４２２外に排出する。
【００３９】
図４は、光路長の決定に関する実験例の構成を示す図である。図５は、光路長の決定に関する実験例の結果を示す図である。図４及び図５を参照して、光路長の決定に関する参考的な実験例について説明する。
【００４０】
本実験例では、計測部１４２を模擬するため、光路長の異なる複数の石英セル容器を作製した。また、各石英セル容器に試料を収容するとともに、それぞれの両側に光源部と受光部を配置して、試料を透過する光を計測し、光学分析を行った。
【００４１】
具体的には、各石英セル容器は、透明なガラス材で直方体の箱状に形成し、内壁の対向するＸＺ面間の距離（光路長Ｌに相当する）が１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ、及び１０ｍｍの４個を用意した。各石英セル容器のＹ軸方向の両側には、光源部及び受光部を配置した。光源部より照射された光は、石英セル容器をＹ軸方向に透過し、受光部に到達する。各石英セル容器に収容する試料には、色素濃度の異なる２種類の溶液を用いた。第１の溶液は、色素（ローダミンＢ）を溶解させた超純水であり、色素濃度が０．７μｍｏｌ／Ｌである。第２の溶液は、色素（ローダミンＢ）を溶解させた超純水であり、色素濃度が０．２ｍｍｏｌ／Ｌである。
【００４２】
本実験例では、上述の第１の溶液を各石英セル容器に収容し、それぞれの容器（すなわち光路長）で第１の溶液に吸収される光子数を計測した。また、上述の第２の溶液を各石英セル容器に収容し、それぞれの容器（すなわち光路長）で第２の溶液に吸収される光子数を計測した。図５（ａ）は、色素濃度０．７μｍｏｌ／Ｌの場合の分析結果のグラフを示しており、図５（ｂ）は、色素濃度０．２ｍｍｏｌ／Ｌの場合の分析結果のグラフを示している。それぞれのグラフは、縦軸が吸収される光子数（ａ.ｕ．）を示し、横軸が光路長Ｌ（ｍｍ）を示す。これらのグラフから、溶液に吸収される光子数の光路長依存性を評価することができる。
【００４３】
図５（ａ）に見られるように、光路長が１ｍｍの場合は吸収される光子数が０になってしまい、計測できないことが分かる。このことから、色素濃度が０．７μｍｏｌ／Ｌ以下の溶液に含まれる色素濃度を計測する場合、光路長を１ｍｍより大きく設定する必要があると考えられる。また、図５（ｂ）に見られるように、光路長が２ｍｍ以上になると吸収される光子数が全てほぼ同じになってしまい、正確に計測できないことが分かる。このことから、色素濃度が０．２ｍｍｏｌ／Ｌ以上の溶液に含まれる色素濃度を計測する場合、光路長を２ｍｍ未満に設定する必要があると考えられる。
【００４４】
以上の実験例から、分光分析で溶質の量を計測する場合、ターゲットとなる溶液の濃度に応じて最適の光路長を選択する必要があることが分かる。
【００４５】
以上、本発明の第１実施形態について説明した。第１実施形態によれば、撹拌槽などの空間内にある液体試料の光学分析を簡易な構造で正確に実現することができる。例えば、第１実施形態によれば、撹拌槽にバイパスやポンプなどの複雑な機構を設ける必要がないので、簡易な構造で光学分析を行うことができる。また例えば、第１実施形態によれば、液体試料を収容領域内部に取り込むため、液体試料の状態を安定させて、光学分析の正確性を向上することができる。また例えば、第１実施形態によれば、バイパスを介さずに、撹拌槽から任意のタイミングでかつ短時間で試料を計測部に取り込むことができるので、光学分析の効率及び精度が向上する。また例えば、第１実施形態によれば、計測部に取り込んだ試料を透過させる光の光路長を適切に変更することができるので、光学分析の効率及び精度が向上する。
【００４６】
［第２実施形態］
第２実施形態に係る光学分析システムでは、計測部１４２が配管に装着される点が第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４７】
図６は、本発明の第２実施形態に係る光学分析システムの構成例及び計測部の動作例を示す図である。光学分析システム１０は、撹拌槽１１の替わりに配管２１を備える。配管２１は、例えば、ある処理システムから他の処理システムに試料１を送液するための流路である。
【００４８】
計測部１４２は、配管２１の外周壁２１０に装着され、配管２１から取り込んだ試料１を収容する。具体的には、配管２１の外周壁２１０には開口部が形成されており、開口部１４２０は当該外周壁２１０の開口部に接続されている。従って、収容領域１４２２は、配管２１の内部と連通しており、試料１は、外周壁２１０の開口部及び開口部１４２０を通じて流出入される。
【００４９】
図６の下図では、配管２１の外周壁２１０の一部とそこに装着された計測部１４２とを拡大して示している。配管２１内では試料１が流れている。初期状態では、計測部１４２の開口部１４２０は閉じられている。その後、制御部が可動部１４２３を−Ｚ方向に摺動させることで、配管２１内の試料１が、外周壁２１０の開口部及び計測部１４２の開口部１４２０を介して収容領域１４２２内部に吸液される。それから、制御部が光源部１４１から光を出射させる。照射部１４２４から照射された光は、収容領域１４２２に収容された試料１を透過し、集光部１４２５に到達する。集光部１４２５で集光された光は、受光部１４３で受光され、制御部によって光学分析される。可動部１４２６及び集光部１４２５は、制御部によってＹ軸方向に沿って移動可能である。それから、制御部が可動部１４２３を＋Ｚ方向に摺動させることで、収容領域１４２２内の試料１が、計測部１４２の開口部１４２０及び外周壁２１０の開口部を介して配管２１へ排液される。
【００５０】
第２実施形態における、光路長Ｌの制御を含む光学分析処理フローの例を示す。
（１）制御部は、可動部１４２３を−Ｚ方向に摺動させることにより、試料１を収容領域１４２２内に取り込む。
（２）制御部は、光源部１４１から光を出射させるとともに、受光部１４３に入射される光のスペクトルを取得する。
（３）制御部は、入射光が微弱でスペクトルが取得できない場合は、可動部１４２６を−Ｙ方向に摺動させ、入射光が強すぎてスペクトルが取得できない場合は、可動部１４２６を＋Ｙ方向に摺動させる。制御部は、適切な光のスペクトルが取得できた場合は、光学分析を行う。
（４）制御部は、可動部１４２６を所定の初期位置に戻し、可動部１４２３を＋Ｚ方向に摺動させることにより、試料１を収容領域１４２２外に排出する。
【００５１】
以上、本発明の第２実施形態について説明した。第２実施形態によれば、配管内を送液されている液体試料の光学分析を簡易な構造で正確に実現することができる。例えば、第２実施形態によれば、配管にバイパスやポンプなどの複雑な機構を設ける必要がないので、簡易な構造で光学分析を行うことができる。また例えば、第２実施形態によれば、液体試料を収容領域内部に取り込むため、液体試料の状態を安定させて、光学分析の正確性を向上することができる。また例えば、第２実施形態によれば、バイパスを介さずに、配管から任意のタイミングでかつ短時間で試料を計測部に取り込むことができるので、光学分析の効率及び精度が向上する。また例えば、第２実施形態によれば、計測部に取り込んだ試料を透過させる光の光路長を適切に変更することができるので、光学分析の効率及び精度が向上する。
【００５２】
［第３実施形態］
第３実施形態に係る光学分析システムでは、計測部１４２はさらにシャッターを備える。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５３】
図７は、本発明の第３実施形態に係る計測部の構成例を示す図である。計測部１４２は、シャッター１４２７を備える。シャッター１４２７は、収容領域１４２２の入口（すなわち、開口部１４２０）を遮断可能に筐体１４２１に設けられている。図７の例では、シャッター１４２７は、例えば、板状の部材であり、合成樹脂、ガラス、金属などの材料で形成される。シャッター１４２７は、可動部１４２６及び集光部１４２５の動作を妨げないように、開口部１４２０の近傍に設けられている。シャッター１４２７は、開口部１４２０を開閉できるようにＺ軸方向に沿って移動する。シャッター１４２７を動作させる機構は、特に限定されないが、例えば、筐体１４２１にＺ軸方向に沿って移動可能に設けた磁石で、シャッター１４２７内部に設けた磁石を引き付けることで、シャッター１４２７を移動させることができる。シャッター１４２７の動作は、制御部によって制御される。
【００５４】
図７（ａ）は、可動部１４２３が開口部１４２０を閉じる位置に配置され、かつ、シャッター１４２７が開口部１４２０を開放している状態を示している。図７（ｂ）は、可動部１４２３が＋Ｙ方向に移動して開口部１４２０が開けられ、かつ、シャッター１４２７が開口部１４２０を開放している状態を示している。図７（ｃ）は、開口部１４２０が可動部１４２３により開けられた状態で、シャッター１４２７が開口部１４２０を遮断した状態を示している。
【００５５】
図８は、本発明の第３実施形態に係る光学分析システムの構成例及び計測部の動作例を示す図である。図８の下図では、撹拌槽１１の外周壁１１０の一部とそこに装着された計測部１４２とを拡大して示している。
【００５６】
まず、制御部が駆動部１３を制御して回転軸を回転させることで、撹拌槽１１内に収容された試料１を撹拌する。試料１に他の液体等が加えられて混合されてもよい。初期状態では、計測部１４２の開口部１４２０は、シャッター１４２７により遮断されておらず、可動部１４２３によって閉じられている。その後、制御部が可動部１４２３を＋Ｙ方向に摺動させることで、撹拌槽１１内の試料１が、外周壁１１０の開口部及び計測部１４２の開口部１４２０を介して収容領域１４２２内部に吸液される。それから、制御部がシャッター１４２７を−Ｚ方向に移動させることで、開口部１４２０を遮断し、収容領域１４２２内の試料１を外部から隔離する。それから、制御部が光源部１４１から光を出射させる。照射部１４２４から照射された光は、収容領域１４２２に収容された試料１を透過し、集光部１４２５に到達する。集光部１４２５で集光された光は、受光部１４３で受光され、制御部によって光学分析される。それから、制御部がシャッター１４２７を＋Ｚ方向に移動させることで、開口部１４２０を開放する。それから、制御部が可動部１４２３を−Ｙ方向に摺動させることで、収容領域１４２２内の試料１が、計測部１４２の開口部１４２０及び外周壁１１０の開口部を介して撹拌槽１１へ排液される。
【００５７】
第３実施形態における、光路長Ｌの制御を含む光学分析処理フローの例を示す。
（１）制御部は、可動部１４２３を＋Ｙ方向に摺動させることにより、試料１を収容領域１４２２内に取り込む。
（２）制御部は、シャッター１４２７を−Ｚ方向に移動させることにより、開口部１４２０を遮断し、収容領域１４２２と撹拌槽１１を隔離する。
（３）制御部は、光源部１４１から光を出射させるとともに、受光部１４３に入射される光のスペクトルを取得する。
（４）制御部は、入射光が微弱でスペクトルが取得できない場合は、可動部１４２６を−Ｚ方向に摺動させ、入射光が強すぎてスペクトルが取得できない場合は、可動部１４２６を＋Ｚ方向に摺動させる。制御部は、適切な光のスペクトルが取得できた場合は、光学分析を行う。
（５）制御部は、シャッター１４２７を＋Ｚ方向に移動させることにより、開口部１４２０を開放する。
（６）制御部は、可動部１４２６を所定の初期位置に戻し、可動部１４２３を−Ｙ方向に摺動させることにより、試料１を収容領域１４２２外に排出する。
【００５８】
以上、本発明の第３実施形態について説明した。第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第３実施形態によれば、シャッター１４２７によって収容領域１４２２と撹拌槽１１が隔離されるので、収容領域１４２２内の試料１に対する外部からの影響（撹拌による流れの影響）を防ぐことができる。これにより、光路上の試料１の動きが低減されるので、より正確に光学分析を行うことができる。なお、第１実施形態においても試料１が収容領域１４２２内に収容されるので、光路上の試料１の動きが低減されるが、第３実施形態ではさらにこの動きを低減することができる。
【００５９】
［第４実施形態］
第４実施形態に係る光学分析システムでは、シャッター１４２７を備える計測部１４２が配管に装着される点が第３実施形態と異なる。以下、第３実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６０】
図９は、本発明の第４実施形態に係る光学分析システムの構成例及び計測部の動作例を示す図である。光学分析システム１０は、撹拌槽１１の替わりに配管２１を備える。配管２１は、例えば、ある処理システムから他の処理システムに試料１を送液するための流路である。
【００６１】
計測部１４２は、配管２１の外周壁２１０に装着され、配管２１から取り込んだ試料１を収容する。具体的には、配管２１の外周壁２１０には開口部が形成されており、開口部１４２０は開口部に接続されている。従って、収容領域１４２２は、配管２１の内部と連通している。
【００６２】
図９の下図では、配管２１の外周壁２１０の一部とそこに装着された計測部１４２とを拡大して示している。配管２１内では試料１が流れている。初期状態では、計測部１４２の開口部１４２０は、シャッター１４２７により遮断されておらず、可動部１４２３によって閉じられている。その後、制御部が可動部１４２３を−Ｚ方向に摺動させることで、配管２１内の試料１が、外周壁２１０の開口部及び計測部１４２の開口部１４２０を介して収容領域１４２２内部に吸液される。それから、制御部がシャッター１４２７を−Ｙ方向に移動させることで、開口部１４２０を遮断し、収容領域１４２２内の試料１を外部から隔離する。それから、制御部が光源部１４１から光を出射させる。照射部１４２４から照射された光は、収容領域１４２２に収容された試料１を透過し、集光部１４２５に到達する。集光部１４２５で集光された光は、受光部１４３で受光され、制御部によって光学分析される。可動部１４２６及び集光部１４２５は、制御部によってＹ軸方向に沿って移動可能である。それから、制御部がシャッター１４２７を＋Ｙ方向に移動させることで、開口部１４２０を開放する。それから、制御部が可動部１４２３を＋Ｚ方向に摺動させることで、収容領域１４２２内の試料１が、計測部１４２の開口部１４２０及び外周壁２１０の開口部を介して配管２１へ排液される。
【００６３】
第４実施形態における、光路長Ｌの制御を含む光学分析処理フローの例を示す。
（１）制御部は、可動部１４２３を−Ｚ方向に摺動させることにより、試料１を収容領域１４２２内に取り込む。
（２）制御部は、シャッター１４２７を−Ｙ方向に移動させることにより、開口部１４２０を遮断し、収容領域１４２２と配管２１を隔離する。
（３）制御部は、光源部１４１から光を出射させるとともに、受光部１４３に入射される光のスペクトルを取得する。
（４）制御部は、入射光が微弱でスペクトルが取得できない場合は、可動部１４２６を−Ｙ方向に摺動させ、入射光が強すぎてスペクトルが取得できない場合は、可動部１４２６を＋Ｙ方向に摺動させる。制御部は、適切な光のスペクトルが取得できた場合は、光学分析を行う。
（５）制御部は、シャッター１４２７を＋Ｙ方向に移動させることにより、開口部１４２０を開放する。
（６）制御部は、可動部１４２６を所定の初期位置に戻し、可動部１４２３を＋Ｚ方向に摺動させることにより、試料１を収容領域１４２２外に排出する。
【００６４】
以上、本発明の第４実施形態について説明した。第４実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第４実施形態によれば、シャッター１４２７で収容領域１４２２と配管２１が隔離されるので、収容領域１４２２内の試料１に対する外部からの影響（配管内の送液による流れの影響）を防ぐことができる。これにより、光路上の試料１の動きが低減されるので、より正確に光学分析を行うことができる。なお、第２実施形態においても試料１が収容領域１４２２内に収容されるので、光路上の試料１の動きが低減されるが、第４実施形態ではさらにこの動きを低減することができる。
【００６５】
［第５実施形態］
第５実施形態に係る光学分析システムでは、計測部１４２の照射部１４２４及び集光部１４２５の配置が第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６６】
図１０は、本発明の第５実施形態に係る計測部の構成例を示す図である。計測部１４２は、反射部１４２８を備え、可動部１４２６の替わりに可動部１４２９を備える。筐体１４２１の内部には、一対の光伝送部１４４が挿入されるとともに、収容領域１４２２、可動部１４２３、照射部１４２４、集光部１４２５、反射部１４２８、及び可動部１４２９が設けられている。
【００６７】
照射部１４２４及び集光部１４２５は、収容領域１４２２の内壁面の同一面に設けられている。照射部１４２４は、筐体１４２１に挿入された一方の光伝送部１４４と接続されており、光源部１４１から受け付けた光を、反射部１４２８の方向（図１０の＋Ｚ方向）に向けて照射する。集光部１４２５は、筐体１４２１に挿入された他方の光伝送部１４４と接続されており、反射部１４２８から反射された光を含む収容領域１４２２内部からの光を集光し、集光した光を受光部１４３に出力する。照射部１４２４及び集光部１４２５は、例えばそれぞれ別の光ファイバに接続されてもよいし、マルチコア光ファイバの異なるコアに接続されるように構成してもよい。
【００６８】
反射部１４２８は、収容領域１４２２の内壁面の、照射部１４２４及び集光部１４２５と向かい合う位置に配置されるよう、可動部１４２９に設けられる。反射部１４２８は、照射部１４２４から照射された光を、集光部１４２５の方へ反射させる。反射部１４２８は、例えば、ミラー等の反射板により実現することができる。
【００６９】
可動部１４２９は、反射部１４２８を移動可能に筐体１４２１に設けられている。具体的には、可動部１４２９は、反射部１４２８の裏側（収容領域１４２２と反対側）に設けられており、例えば直方体状に形成され、合成樹脂、ガラス、金属などの材料で形成される。可動部１４２９は、反射部１４２８を照射部１４２４及び集光部１４２５に近づける方向（図１０の−Ｚ方向）と反射部１４２８を照射部１４２４及び集光部１４２５から遠ざける方向（図１０の＋Ｚ方向）に移動する。可動部１４２９を動作させる機構は、特に限定されないが、例えば、筐体１４２１にＺ軸方向に沿って移動可能に設けた磁石で、可動部１４２９内部に設けた磁石を引き付けることで、可動部１４２９を移動させることができる。可動部１４２９の動作は、制御部によって制御される。これにより、反射部１４２８と照射部１４２４及び集光部１４２５との距離（光路長の半分）を変化させることができる。すなわち、試料１に含まれる溶質の濃度などの物性値に応じて、制御部により光路長を最適化することができる。なお、この距離の２倍が光路長に相当する。
【００７０】
図１０（ａ）は、可動部１４２３が開口部１４２０を閉じる位置に配置されている状態を示している。図１０（ｂ）は、可動部１４２３が＋Ｙ方向に移動して開口部１４２０が開けられた状態を示している。図１０（ｃ）は、開口部１４２０が開けられた状態で、光路長が短くなるように可動部１４２９が−Ｚ方向に移動した状態を示している。
【００７１】
図１１は、本発明の第５実施に係る計測部の動作例を示す図である。図１１の下図では、撹拌槽１１の外周壁１１０の一部とそこに装着された計測部１４２とを拡大して示している。
【００７２】
まず、制御部が駆動部１３を制御して回転軸を回転させることで、撹拌槽１１内に収容された試料１を撹拌する。試料１に他の液体等が加えられて混合されてもよい。初期状態では、計測部１４２の開口部１４２０は閉じられている。その後、制御部が可動部１４２３を＋Ｙ方向に摺動させることで、撹拌槽１１内の試料１が、外周壁１１０の開口部及び計測部１４２の開口部１４２０を介して収容領域１４２２内部に吸液される。それから、制御部が光源部１４１から光を出射させる。照射部１４２４から照射された光は、収容領域１４２２に収容された試料１を透過し、反射部１４２８で反射され、集光部１４２５に到達する。集光部１４２５で集光された光は、受光部１４３で受光され、制御部によって光学分析される。それから、制御部が可動部１４２３を−Ｙ方向に摺動させることで、収容領域１４２２内の試料１が、計測部１４２の開口部１４２０及び外周壁１１０の開口部を介して撹拌槽１１へ排液される。
【００７３】
第５実施形態における、光路長Ｌの制御を含む光学分析処理フローの例を示す。
（１）制御部は、可動部１４２３を＋Ｙ方向に摺動させることにより、試料１を収容領域１４２２内に取り込む。
（２）制御部は、光源部１４１から光を出射させるとともに、受光部１４３に入射される光のスペクトルを取得する。
（３）制御部は、入射光が微弱でスペクトルが取得できない場合は、可動部１４２９を−Ｚ方向に摺動させ、入射光が強すぎてスペクトルが取得できない場合は、可動部１４２９を＋Ｚ方向に摺動させる。制御部は、適切な光のスペクトルが取得できた場合は、光学分析を行う。
（４）制御部は、可動部１４２９を所定の初期位置に戻し、可動部１４２３を−Ｙ方向に摺動させることにより、試料１を収容領域１４２２外に排出する。
【００７４】
以上、本発明の第５実施形態について説明した。第５実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第５実施形態によれば、照射部１４２４と集光部１４２５を同一面に配置することができるため、構造を単純化することができる。また、第１実施形態と異なり、光伝送部１４４の一端が可動部１４２９に挿入されていないので、光伝送部１４４が移動することがなくなり、設計を単純化するとともに、光伝送部１４４の曲げ動作の繰り返しによる損傷を防ぐことができる。
【００７５】
なお、第６実施形態では、第５実施形態の計測部１４２は、撹拌槽１１に替えて第２実施形態で説明したような配管２１に装着するようにしてもよい。
【００７６】
以上、本発明を複数の実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。また、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した各実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明が、必ずしも説明した全ての構成要素を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を、他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に、他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００７７】
具体例としては、第３実施形態及び第４実施形態のシャッター１４２７は、第５実施形態及び第６実施形態の計測部１４２に設けられてもよい。
【００７８】
他の具体例としては、第１〜第４実施形態の計測部１４２において、集光部１４２５を収容領域１４２２の内壁面に固定して設け、可動部１４２６を照射部１４２４の裏側に設けるようにしてもよい。すなわち、可動部１４２６は、照射部１４２４を移動可能（光路長を変更可能）に筐体１４２１に設けられる。なお、集光部１４２５と照射部１４２４の裏側にそれぞれ可動部を設けてもよい。
【００７９】
さらに他の具体例としては、第５実施形態及び第６実施形態の計測部１４２において、反射部１４２８を収容領域１４２２の内壁面に固定して設け、可動部１４２９を照射部１４２４及び集光部１４２５の裏側に設けるようにしてもよい。すなわち、可動部１４２９は、照射部１４２４及び集光部１４２５を移動可能（光路長を変更可能）に筐体１４２１に設けられる。なお、反射部１４２８と照射部１４２４及び集光部１４２５の裏側にそれぞれ可動部を設けてもよい。
【００８０】
さらに他の具体例としては、各実施形態の光学分析装置１４は、光源部１４１、計測部１４２、受光部１４３、及び一対の光伝送部１４４を複数組備え、各計測部１４２は撹拌槽１１あるいは配管２１の外周壁の異なる位置に装着されてもよい。なお、各計測部１４２に接続される光伝送部１４に対して、光源部１４１及び受光部１４３を共通に１つ設ける構成としてもよい。このようにすれば、光学分析装置１４は、撹拌槽１１あるいは配管２１内の複数箇所で試料１を計測部１４２内に取り込んで光学分析することができる。
【００８１】
なお、本発明は、溶液の光学分析に限らず、懸濁液や乳濁液等の液体や、さらには流体の光学分析にも適用することができる。制御部は、例えば懸濁液や乳濁液等の濁度や流体の濃度に応じて光路長を最適化すればよい。また、本発明は、撹拌槽や配管だけでなく、光学分析対象の液体や流体を格納する容器全般に適用することができる。
【００８２】
また、本発明は、光学分析システムや光学分析装置だけでなく、撹拌槽、撹拌装置、撹拌システム、配管、配管装置、配管システム、光学分析方法等の様々な態様で提供することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１…試料、１０…光学分析システム、１１…撹拌槽、１２…撹拌翼、１３…駆動部、１４…光学分析装置、２１…配管、１１０…外周壁、１４１…光源部、１４２…計測部、１４３…受光部、１４４…光伝送部、２１０…外周壁、１４２０…開口部、１４２１…筐体、１４２２…収容領域、１４２３…可動部、１４２４…照射部、１４２５…集光部、１４２６…可動部、１４２７…シャッター、１４２８…反射部、１４２９…可動部、Ｌ…光路長
【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１０】
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【図１１】
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