(57)【要約】  実施態様が、手持ち式光学測定装置、及び液体試料の光学特性を測定する方法を提供する。いくつかの実施態様の場合、光学測定装置は、浸漬可能なセンサ・ヘッドを有する手持ち式コントローラ・モジュールと、試料カップ及び試料カップを手持ち式コントローラ・モジュールにカップリングする取り付け部材を含むサンプリング部材とを含んでいる。いくつかの実施態様の場合、取り付け部材は、コントローラ・モジュールにヒンジ状にカップリングされた細長い剛性部材であり、ひいては、測定中、輸送中、及び／又は貯蔵中に試料カップによってセンサ・ヘッドを取り囲むための折り畳み構造を提供する。いくつかの実施態様の場合、取り付けられた試料カップは、使用中、及び／又は使用していないときに、浸漬可能なセンサ・ヘッドのための保護シェルを提供する。
2013524206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手持ち式光学測定装置であって、
手持ち式コントローラ・モジュールと、サンプリング部材とを含み、
前記手持ち式コントローラ・モジュールは、
底面を含むハウジングであって、ユーザの手によって保持されるようになっているハウジングと、
該ハウジング内に位置決めされたコントローラであって、光学センサ信号に基づいて水試料の光学特性を計算するようになっているコントローラと、
浸漬可能なセンサ・ヘッドであって、
近位端と遠位端とを含むハウジングであって、該近位端と該遠位端との間に前記センサ・ヘッドの長さ部分が延びており、該センサ・ヘッドは該センサ・ヘッド・ハウジングの近位端で前記コントローラ・モジュール・ハウジングの底面に結合されている、ハウジングと、
前記コントローラにカップリングされた少なくとも一つの光学センサであって、前記センサ・ヘッドが前記水試料中に浸漬されているときに前記水試料の光学特性に基づいて前記光学センサ信号を生成して該光学センサ信号を前記コントローラへ伝送するようになっている少なくとも一つの光学センサとを含む、浸漬可能なセンサ・ヘッドと
を含み、
前記サンプリング部材は、
前記水試料を含有するための試料カップであって、該試料カップが前記センサ・ヘッドの周りに固定されていないときには前記水試料が該試料カップ内に導入されることができ、且つ、前記水試料を含有する該試料カップが前記センサ・ヘッドの周りに固定されているときには該センサ・ヘッドの少なくとも一部が前記水試料内に浸漬されるように、前記センサ・ヘッドの周りに取り外し可能に固定されることができる試料カップと、
取り付け部材であって、前記試料カップが前記センサ・ヘッドの周りに固定されているか否かとは無関係に前記手持ち式コントローラ・モジュールと共に前記試料カップを保持するために、前記試料カップ及び前記手持ち式コントローラ・モジュールにカップリングされている取り付け部材と
を含む、手持ち式光学測定装置。
【請求項２】
前記コントローラ・モジュール・ハウジングがさらに第１端部と第２端部とを含んでおり、該第１端部と該第２端部との間に前記コントローラ・モジュール・ハウジングの長さ部分が延びており、前記センサ・ヘッドは前記コントローラ・モジュール・ハウジングの第１端部に近接して位置決めされており、該コントローラ・モジュール・ハウジングの第２端部は前記ユーザの手によって保持されるようになっている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記取り付け部材が支持部材を含み、前記試料カップ及び前記支持部材は支持面上の定置位置で当該手持ち式光学測定装置に実質的に安定なベースを提供する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記取り付け部材が、前記コントローラ・モジュール・ハウジングにヒンジ状にカップリングされた剛性部材を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記取り付け部材が前記試料カップと一体である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記サンプリング部材がさらに、前記試料カップから前記水試料の一部を受容することができる過剰充填リザーバを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記取り付け部材が前記過剰充填リザーバを含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記サンプリング部材は、前記試料カップが前記センサ・ヘッドの周りに固定されているとき、該センサ・ヘッドの周りに剛性の保護カバーを提供する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
当該光学測定装置は、蛍光光度計、濁度計、及び吸光度計のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記光学センサは光の第１波長範囲に対して感受性を有しており、前記試料カップは前記光の第１波長範囲に対して不透明である、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
手持ち式光学測定装置であって、
コントローラ部分と、
サンプリング部分と、
前記コントローラ部分と前記サンプリング部分とをカップリングするピボットと
を含み、
前記コントローラ部分は、
細長い剛性ハウジングであって、底面と第１端部と第２端部とを含み、該第１端部と該第２端部との間に該コントローラ部分ハウジングの長さ部分が延びている、細長い剛性ハウジングと、
光学センサ信号に基づいて水試料の光学特性を計算するようになっているコントローラと、
浸漬可能なセンサ・ヘッドであって、前記コントローラにカップリングされた少なくとも１つの光学センサと、近位端と遠位端とを含み、該近位端と該遠位端との間に該センサ・ヘッドの長さ部分が延びており、該センサ・ヘッドの近位端は前記コントローラ部分ハウジングの第１端部に近接して該コントローラ部分ハウジングの底面に結合されている、浸漬可能なセンサ・ヘッドと
を含み、
前記サンプリング部分は、
細長い剛性取り付け部材であって、第１端部と第２端部とを含み、該第１端部と該第２端部との間に該取り付け部材の長さ部分が延びており、前記ピボットは該取り付け部材の第２端部を前記コントローラ部分ハウジングの前記第２端部にカップリングしている、細長い剛性取り付け部材と、
前記水試料を受容するための試料カップであって、前記取り付け部材の第１端部にカップリングされており、さらに、該試料カップが前記センサ・ヘッドの周りに固定された状態で、該試料カップ内に含有された前記水試料中に前記センサ・ヘッドが少なくとも部分的に浸漬されるように、該センサ・ヘッドの周りに取り外し可能に固定されることができる試料カップと
を含む、手持ち式光学測定装置。
【請求項１２】
前記ピボットは、前記コントローラ・ハウジングの底面に対してほぼ平行な回転軸線を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記取り付け部材が支持部材を含み、前記試料カップ及び前記支持部材は支持面上の定置位置で当該手持ち式光学測定装置に実質的に安定なベースを提供する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記サンプリング部分がさらに、前記試料カップから前記水試料の一部を受容することができる過剰充填リザーバを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記取り付け部材が前記過剰充填リザーバを含む、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記サンプリング部分は、前記試料カップが前記センサ・ヘッドの周りに固定されているとき、前記センサ・ヘッドの周りに剛性の保護カバーを提供する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
当該光学測定装置は、蛍光光度計、濁度計、及び吸光度計のうちの少なくとも１つである、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
水試料の光学特性を測定する方法であって、
浸漬可能なセンサ・ヘッドを含むコントローラ部分と、
前記センサ・ヘッドの周りに取り外し可能に固定されることができる試料カップと、該試料カップを前記コントローラ部分にカップリングする取り付け部材とを含むサンプリング部分と
を有する手持ち式光学装置を提供するステップと、
前記試料カップを前記センサ・ヘッドの周りから外すステップであって、前記試料カップは前記取り付け部材及び前記コントローラ部分にカップリングされたままである、ステップと、
前記試料カップ内に水試料を導入するステップと、
前記センサ・ヘッドの少なくとも一部が前記水試料中に浸漬されるように、前記試料カップを前記センサ・ヘッドの周りに固定するステップと、
前記センサ・ヘッド及び前記コントローラ部分で前記水試料の光学特性を測定するステップと
を含む、水試料の光学特性を測定する方法。
【請求項１９】
さらに、前記試料カップ内に水試料を導入するステップの前に、前記コントローラ部分及び前記センサ・ヘッドから離れる方向に前記サンプリング部分を回転させるステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
さらに、前記試料カップから前記水試料を取り除き、前記センサ・ヘッドの周りに保護カバーを提供するように該センサ・ヘッドの周りに前記試料カップを固定するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記光学特性は前記水試料の蛍光光度、濁度、又は吸光度である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記手持ち式光学測定装置は、請求項１１に記載の手持ち式光学測定装置である、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施態様は、概して、液体試料を試験するための光学測定装置に関し、特に、液体試料の１つ以上の光学特性を測定するための浸漬可能なセンサを有する手持ち式光学測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水試料中の種々の物質を含む水質をモニタリングすることは、多くの分野において幅広く用いられるプロセスであり、言うまでもなく、水試料の種々の特徴の維持及び／又は変化に頼るいかなる用途においても重要であり得る。関連用途のいくつかの例は、環境に対する懸念のための天然水源のモニタリング、十分な性能を保証するための産業用水システムのモニタリング、及び水質基準が満たされていることを保証するための都市用水システムのモニタリングを含む。水流を試験し、特徴づけ、且つモニタリングする無数の方法のうち、水試料の光学特性を測定することが、水試料の或る特性を特徴づける重要且つ信頼性の高い方法になってきている。水試料の光学特性を測定するための数多くの方法が利用可能である。
【０００３】
吸光光度法は、水試料中の１つ以上の物質によって吸収される電磁スペクトル範囲に関する情報を提供することができる。分光光度計を使用して、所定の波長（又は波長範囲）の紫外線及び／又は可視光が水試料を通して照射される。分光光度計は、この光のうちのどれほど多くが水試料によって吸収されるかを測定する。次いで水試料を透過する光の強度を測定し、そして、測定された水試料透過に基づいて物質の濃度を計算することによって水試料中の物質の濃度を割り出すことができる。
【０００４】
蛍光分光法が、関心事の試料によって発せられた蛍光を検出することに関わる。これは、光ビーム、通常は紫外線（ＵＶ）を使用することを伴う。光ビームは、試料中の所定の化合物の分子内の電子を励起して、これらがより低いエネルギーの光を発する（すなわち「蛍光を発する」）ようにする。発せられた蛍光を測定するためのいくつかの蛍光光度計がある。蛍光光度計は一般に、励起放射エネルギー源と、励起波長選択器と、試料材料を含有するための試料セルと、発光波長選択器と、信号プロセッサを備えた検出器と、読み出しデバイスとを有している。フィルタ蛍光光度計は、入射光と蛍光とを分離するために光学フィルタを使用する。蛍光分光光度計は、入射光と蛍光とを分離するために回折格子モノクロメータを使用する。
【０００５】
水試料中の化学生成物（例えば洗浄剤）濃度をモニタリングする１つの方法は、試料（及び試料中の生成物）が所定の光波長に当てられたときに発生する生成物の蛍光をモニタリングすることに依存している。例えば生成物又は生成物に添加された蛍光トレーサ中の化合物が、所定の光波長に当てられると蛍光を発することができる。次いで、蛍光光度計を使用して生成物濃度を割り出すことができる。蛍光光度計は、化合物の蛍光を測定し、測定された蛍光に基づいて化学物質濃度を計算する。このような濃度割り出しは、商業的ユーザ（例えばレストラン、ホテル、食品飲料工場、食料品店など）が清浄化生成物又は抗菌生成物を効果的に作用させるためにその生成物の濃度に依存するような清浄化・抗菌作業において、特に重要であり得る。同じことが他の用途、例えばウォーターケア（water care)、害虫駆除、飲料ボトリング作業、及びパッケージング作業などに当てはまる。
【０００６】
濁度の検知は、水中又は懸濁液中の懸濁固形物の相対量を素早く実用的に指示することを可能にする。多くの産業用バス用途及び商業用バス用途では、品質を改善し、成分の消費を最小限にし、且つ廃水排出量を低減するために、濁度及び伝導率検知を利用することができる。濁度センサはしばしば、試料を透過させられた又は試料によって散乱させられた光の量に基づいて懸濁固形物量を割り出す。
【０００７】
水試料の光学特性を測定してモニタリングするその他の方法も利用可能である。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の実施態様は概して、一体的な試料カップと浸漬可能なセンサ・ヘッドとを有する手持ち式光学測定装置であって、浸漬センサ・ヘッドが、このセンサ・ヘッドが水試料中に浸漬されている状態で、カップ内部の水試料の１つ以上の特性を測定することができる、手持ち式光学測定装置の種々の設計に関する。手持ち式装置の実施態様は、有利には自己内蔵型であり、外部装置との連通を必要とすることなしに、水源から分離された水試料を含有し、且つ水試料の特徴をユーザに表示するのを可能にする構成部分を組み込んでいる。
【０００９】
本発明の１つの態様によれば、手持ち式コントローラ・モジュールとサンプリング部材とを含む手持ち式光学測定装置が提供される。コントローラ・モジュールは、ユーザの手によって保持されるように適合（寸法設定されて成形）されており、且つ底面を有するハウジングを含む。光学センサ信号に基づいて水試料の光学特性を計算するために、ハウジング内部にコントローラが位置決めされている。コントローラ・モジュールはまた、近位端と遠位端とを備えたハウジングを有する浸漬可能なセンサ・ヘッドを含んでいる。センサ・ヘッドはセンサ・ヘッド・ハウジングの近位端でコントローラ・モジュール・ハウジングの底面に結合されている。コントローラ・モジュールはさらに、コントローラにカップリングされた少なくとも１つの光学センサを含んでいる。少なくとも１つの光学センサは、センサ・ヘッドが水試料中に浸漬されているときに、水試料の光学特性に基づいて光学センサ信号を生成して、光学センサ信号をコントローラへ伝送することができる。サンプリング部材は概して、試料カップと、試料カップを手持ち式コントローラ・モジュールとともに保持するために試料カップ及び手持ち式コントローラ・モジュールにカップリングされた取り付け部材とを含んでいる。試料カップは、水試料を含有し、且つ、試料カップがセンサ・ヘッドの周りに固定されていないときには水試料を試料カップ内に導入できるように、センサ・ヘッドの周りに取り外し可能に固定されることができる。水試料を含有する試料カップがセンサ・ヘッドの周りに固定されているときには、センサ・ヘッドの少なくとも一部は水試料内に浸漬される。取り付け部材は、試料カップがセンサ・ヘッドの周りに固定されているか否かとは無関係に、手持ち式コントローラ・モジュールと一緒に試料カップを保持することができる。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、コントローラ部分と、サンプリング部分と、コントローラ部分とサンプリング部分とをカップリングするピボットとを有する手持ち式光学測定装置が提供されている。コントローラ部分は、底面と第１端部と第２端部とを有する細長い剛性ハウジングを含んでおり、第１端部と第２端部との間には、コントローラ部分ハウジングの長さ部分が延びている。コントローラ部分はまた、光学センサ信号に基づいて水試料の光学特性を計算するように適合されたコントローラと、コントローラにカップリングされた少なくとも１つの光学センサを有する浸漬可能なセンサ・ヘッドとを含んでいる。光学センサは近位端と遠位端とを含み、近位端と遠位端との間にセンサ・ヘッドの長さ部分が延びており、センサ・ヘッドの近位端はコントローラ部分ハウジングの第１端部に近接してコントローラ部分ハウジングの底面に結合されている。サンプリング部分は、第１端部と第２端部とを有する細長い剛性取り付け部材を含んでおり、第１端部と第２端部との間に取り付け部材の長さ部分が延びている。ピボットは取り付け部材の第２端部をコントローラ部分ハウジングの第２端部にカップリングしており、取り付け部材の第１端部は、水試料を受容するための試料カップにカップリングされている。試料カップは、試料カップがセンサ・ヘッドの周りに固定された状態で、試料カップ内に含有された水試料中にセンサ・ヘッドが少なくとも部分的に浸漬されるように、センサ・ヘッドの周りに取り外し可能に固定されることできる。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、水試料の光学特性を測定する方法が提供されている。この方法は、浸漬可能なセンサ・ヘッドを含むコントローラ部分と、試料カップ及び試料カップをコントローラ部分にカップリングする取り付け部材を含むサンプリング部分とを有する手持ち式光学装置を提供することを含む。試料カップはセンサ・ヘッドの周りに取り外し可能に固定されることができることが好ましい。この方法はまた、試料カップをセンサ・ヘッドの周りから外し、試料カップ内に水試料を導入し、センサ・ヘッドの少なくとも一部が水試料中に浸漬されるように、試料カップをセンサ・ヘッドの周りに固定することを含む。試料カップは好ましくは、これがセンサ・ヘッドの周りに固定されているか否かとは無関係に、取り付け部材及びコントローラ部分にカップリングされたままである。センサ・ヘッドが水試料中に一旦浸漬されると、この方法はまた、センサ・ヘッド及びコントローラ部分で水試料の光学特性を測定することを含む。
【００１２】
本発明の実施態様は、次の特徴及び／又は利点のうちの１つ以上を提供することができる。いくつかの実施態様は、測定中及び／又は貯蔵・輸送中に、浸漬可能なディップ・プローブ（dip probe）及び付随する光学素子に対して改善された保護手段を提供する。いくつかの実施態様の場合、使用中及び／又は使用していないときに、取り付けられている試料カップが浸漬可能なセンサ・ヘッドに保護シェルを提供する。いくつかの事例では、手持ち式光学測定装置は、水試料を含有するためのキャビティと、測定中の過剰充填の流出を収容するための別のキャビティとを含む。いくつかの実施態様の場合、保護シェルは、手持ち式光学装置のハウジングに保護シェルを永久的に取り付けて、現場使用における利便性を加えることができる。保護シェルは、延長されたハンドルを提供して、開放水体（open body of water）から水試料を捕えるか又はすくうのをより容易にすることができる。いくつかの実施態様の場合、試料カップの取り付け性によって、付加的な準備ステップ又はハンドリング・ステップなしに、最小限の遅れで、すくわれた試料の測定を行うことが可能になる。
【００１３】
以下の詳細な説明を読むことで、これらの特徴及び利点並びに他の様々な特徴及び利点が明らかになる。
【００１４】
下記図面は、本発明の具体的な実施態様を例示するものであり、従って本発明の範囲を限定するものではない。図面は、原寸に比例してはおらず（特に断りのない限り）、下記詳細な説明における説明と併せて用いられることが意図されている。本発明の実施態様を添付の図面と併せて以下に説明する。同様の符号は同様の要素を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式蛍光光度計の斜視図である。
【図２】図２は、本発明のいくつかの実施態様に基づく励起スペクトル強度及び発光スペクトル強度のプロットである。
【図３】図３は、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式蛍光光度計の分解図である。
【図４】図４は、本発明のいくつかの実施態様に基づく制御ボードの概略図である。
【図５】図５は、本発明のいくつかの実施態様に基づく光源ボードの斜視図である。
【図６】図６は、本発明のいくつかの実施態様に基づく発光検出器ボードの斜視図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明のいくつかの実施態様に基づくセンサ・ヘッドの頂面斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａのセンサ・ヘッドの底部斜視図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、図７Ａのセンサ・ヘッドの斜視断面図である。
【図８】図８は、本発明のいくつかの実施態様に基づく、水試料中の物質濃度を割り出す方法を示すフローチャートである。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明のいくつかの実施態様に基づく、開位置における光学測定装置の斜視図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、閉位置における図９Ａの光学測定装置の斜視図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、閉位置における図９Ａの光学測定装置の側面図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、部分的に開いた位置における図９Ａの光学測定装置の側面図である。
【図９Ｅ】図９Ｅは、本発明のいくつかの実施態様に基づく、過剰充填リザーバを備えた光学測定装置の斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明のいくつかの実施態様に基づく水試料の光学特性を測定するための方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
下記の詳細な説明は本質的に模範例を示すものであり、本発明の範囲、適用性、又は形態を限定することは意図されていない。むしろ、下記説明は、本発明の模範的な実施態様を実施するためのいくつかの実際的な例を提供する。構造、材料、寸法、及び製造プロセスの例が、選択された要素のために提供され、他の全ての要素は本発明の分野における当業者に公知のものを採用する。記載の例の多くが種々様々な好適な代替物を有することは当業者に明らかである。
【００１７】
本発明の実施態様では概して、浸漬可能なセンサ・ヘッドを有する手持ち式光学測定装置と、このような装置の使用方法とが提供される。手持ち式光学測定装置の構成部分が手持ち式構造内に自己内蔵されることは有利であり、このことは種々様々な用途のための好都合なツールを提供する。本発明のいくつかの実施態様の場合、手持ち式蛍光光度計の形態を成す光学測定装置が提供される。本発明のいくつかの実施態様が手持ち式蛍光光度計に関連してここに記載されているが、言うまでもなく、本発明の態様は種々の光学測定装置（例えば濁度計、吸光度計など）において具体化されることができ、本発明はいかなる特定の装置形態にも限定されることはない。
【００１８】
図１は、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式蛍光光度計１００の形態を成す光学測定装置の斜視図である。蛍光光度計１００は一般に、手持ち式コントローラ・モジュール１０４に結合された浸漬可能なセンサ・ヘッド１０２を含んでいる。コントローラ・モジュール１０４はまた、センサの読み値及び計算値をユーザに表示するための電子ディスプレイ１１０と、キーバッド１１２の形態を成す入力インターフェイスとを含んでいる。キーパッド１１２は、ユーザが蛍光光度計１００と対話するのを可能にする（例えば変数の入力、パラメータの設計、メニューアイテムへのアクセスなど）。
【００１９】
いくつかの実施態様によれば、コントローラ・モジュール１０４は一般に細長いハウジング１０６を有している。このハウジングは、蛍光光度計１００を手によって容易に把持又は保持するためにハンドル又は棒状部材と同様の好都合な形態を提供している。センサ・ヘッド１０２は好ましくは水密ハウジングを含んでいる。水密ハウジングは、関心事の液体試料内に部分的又は全体的に浸漬されたときに、センサ・ヘッドが測定及びその他の機能を果たすのを可能にする。従って、いくつかの事例では、センサ・ヘッド１０２は、浸漬可能なディップ・プローブと同様のいくつかの要素及び／又は特徴を有している。例えば、本発明のいくつかの実施態様の場合、浸漬可能なセンサ・ヘッド１０２は米国特許第７，５５０，７４６号明細書及び米国特許出願公開第２００９／０２１２２３６号明細書（それぞれの明細書の内容全体は参照により本明細書中に組み込まれる）に記載されたものと同様の１つ以上の要素及び／又は構成部分を有している。浸漬可能なセンサ・ヘッド１０２の形態は、関心事の試料を含有する光学セルの外部にセンサ及び他の構成部分を位置決めする蛍光光度計及び他の光学機器といくつかの点で対比されることもできる。
【００２０】
いくつかの事例において、センサ・ヘッド１０２は、コントローラ・ハウジング１０６の、ディスプレイ１１０とは反対側の底面１０８に結合（例えば付着又は一体化）され、コントローラ・ハウジングの遠位端１２０に隣接して位置決めされている。典型的には、ユーザはコントローラ・ハウジングの近位端１２２の近くでコントローラ・ハウジング１０６を把持することにより、試料からの測定を行い、ディスプレイ１１０を読み、且つ／又はキーパッド１１２を操作することができる。例えば、センサ・ヘッド１０２を試料中に部分的又は完全に浸した状態で、（現場のリザーバ／容器内、実験室内のビーカー内などの）液体試料の表面の上方にコントローラ・モジュール１０４を保持することによって、ユーザはセンサ・ヘッド１０２を試料中に浸すことができる。いくつかの実施態様において、ユーザは、試料で満たされた試料カップを浸漬可能なセンサ・ヘッド１０２の周りに繋止しつつ、コントローラ・モジュール１０４の第２の端部を把持してもよい。もちろん、コントローラ・モジュール及びセンサ・ヘッドの他の形態が可能であり、本発明は特定の物理的形態に限定されない。
【００２１】
一般に、手持ち式蛍光光度計１００は最小限でも、関心事の物質（例えば化学溶液、例えば抗菌生成物又は清浄化生成物）を含む試料からの蛍光発光を測定し、試料中の物質の濃度を計算し、且つ割り出された濃度をユーザに表示する。ユーザは次いで任意には、割り出された濃度に基づいて所期の処置を施すことができ、例えば、物質をより多く産業用システムに添加することによって物質濃度を高めることができる。このように、蛍光光度計は手動フィードバック・ループの一部であり得る。濃度が閾値濃度よりも低い又は高いことを蛍光光度計が割り出す場合、ユーザは、その差異を見て、生成物のディスペンシング量をより多く又はより少なくすることによって、生成物のディスペンシング量を適宜に調節することができる。加えて、蛍光光度計は生成物切れアラームの一部として機能することもできる。生成物が切れると、（生成物濃度を反映する）蛍光が所定の閾値レベル未満に低下する。この時点で、センサはディスペンサが生成物切れであることをユーザに警告することができる。信号は視覚的又は聴覚的な信号又は振動信号であり得る。従って、このようなフィードバックは、所期効果（清潔、微生物の低減、潤滑など）を達成するのに十分なクリーナー、抗菌剤、又はその他の組成物が存在することを保証する。
【００２２】
蛍光光度計の基本作業はよく知られているため、様々な詳細は便宜上ここでは省かれる。一般に、蛍光光度計１００は物質の蛍光特性に基づいて、液体試料中の特定物質の濃度を計算する。本明細書中により詳細に説明するように、蛍光光度計１００は光源を含む。光源は、選択された波長範囲内の光を発する。センサ・ヘッド１０２が液体試料中に浸漬されると、光は関心事の物質の粒子に衝突する。光は、物質の特定分子における電子を励起して、電子が別の波長範囲内のより低いエネルギーの光を発する（すなわち蛍光を発する）ようにする。センサ・ヘッド１０２は光学センサ、例えば光検出器を含む。この光学センサは、蛍光発光を検出し、且つ蛍光発光強度を示す相応の電気信号を生成する。蛍光光度計１００は、光学センサとカップリングされたコントローラを含んでいる。コントローラは蛍光発光強度と物質濃度との既知の関係に基づいて物質濃度を計算することができる。
【００２３】
この一般的なプロセスの数多くの変更形及び具体的な詳細が、蛍光光度計に関する本発明の実施態様に対して考えられる。例えば関心事の物質は、蛍光特性を有する所期の化学溶液であってよい。その一例としては、殺生物剤、例えば殺虫生成物及び抗菌生成物、防食生成物、スケール防止生成物、ファウリング防止生成物、殺菌生成物、及び他の清浄化生成物、洗剤、及び添加剤などが挙げられる。便宜上、これらの、そしてその他のこのような物質は代わりに単に「生成物」、「化学溶液」、及び／又は「処理溶液」と呼ばれる。さらに、種々の産業用システム内に使用される冷却水の試料（例えば水試料）における水処理溶液の濃度を割り出すことに関する例が本明細書中に提供されてはいるものの、手持ち式蛍光光度計１００が、水及び他の液体を処理するための数多くの環境内で使用される生成物の濃度を割り出す上で有用であることは言うまでもない。ほんの数例を挙げるならば、手持ち式蛍光光度計１００は、洗濯、自動食器洗浄、手動食器洗浄、サード・シンク(3rd sink)用途、パワーシンク(power sink)用途、自動車の手入れ、現場のクリーニング作業、健康管理用途、硬質面用途などにおける１つ以上の物質の濃度を割り出すのに有用である。
【００２４】
センサ・ヘッド１０２から放射する光の存在下で、多くの生成物が蛍光を発する。なぜならば、生成物を形成する化合物の多くは蛍光特性を有しているからである。例えば、ベンゼン成分を有する化合物又は分子は、１つ以上の置換電子供与基、例えば−ＯＨ、−ＮＨ2、及び−ＯＣＨ3と、蛍光特性を呈する多環式化合物とを取り込むことができる。上記用途で使用される多くの化合物は、これらと同様の化学構造、例えば界面活性剤、潤滑剤、抗菌剤、溶剤、ヒドロトロープ、再付着防止剤、色素、腐食防止剤、及び漂白添加剤を含む。これらの化合物は、食器洗浄用洗剤、濯ぎ剤、洗濯用洗剤、現場クリーニング用クリーナー、抗菌剤、床コーティング剤、食肉、家禽及び魚介の屠体処理剤、農薬、自動車手入れ用組成物、水管理組成物、プール及び温泉のための組成物、無菌パッケージング組成物、及び瓶洗浄組成物などのような生成物中に組み入れられることができる。これらの化合物及び対応する用途のうちのいくつかの例を米国特許第７，５５０，７４６号明細書に見いだすことができる。この内容全体は参照により本明細書中に組み込まれる。
【００２５】
これに加えて、又はこれとは別に、蛍光トレーサ（ここでは「蛍光マーカー」とも呼ばれる）を、自然に蛍光を発する化合物を既に含む又は含まない生成物中に組み入れることができる。トレーサのいくつかの非限定的な例は、ナフタレンジスルホネート（ＮＤＳＡ）、２−ナフタレンスルホン酸、アシッド・イエロー７，１，３，６，８−ピレンテトラスルホン酸ナトリウム塩、及びフルオレセインを含む。いくつかの実施態様の場合、蛍光トレーサは生成物に周知の比率で添加され、ひいては一旦トレーサの濃度が割り出されると、生成物濃度を評価することが可能になる。例えば、いくつかの事例において、蛍光トレーサの濃度は、現在の蛍光信号と、較正手順中に測定された既知のトレーサ濃度からの蛍光信号とを比較することにより割り出すことができる。次いで、蛍光トレーサの既知の公称比率と、測定された蛍光濃度とから化学生成物の濃度を評価することができる。いくつかの事例において、液体試料中の現在の生成物濃度Ｃcを以下の式によって割り出すことができる。
【００２６】
Ｃc＝Ｃm×（Ｃ0／Ｃf）
【００２７】
ここで、Ｃm＝Ｋm×（Ｓx−Ｚ0）である。
【００２８】
ここで、Ｃmは現在の蛍光マーカー濃度であり、Ｋmは勾配補正係数であり、Ｓxは現在の蛍光測定値であり、Ｚ0はゼロシフトであり、Ｃ0は生成物の公称濃度であり、Ｃfは蛍光トレーサの公称濃度である。
【００２９】
図２を参照すると、本発明のいくつかの実施態様に基づく励起スペクトル強度２０２及び発光スペクトル強度２０４のプロット２００が示されている。この例では、紫外線（ＵＶ）発光ダイオード（ＬＥＤ）の形態を成す光源を有する蛍光光度計は、約２８０ｎｍ〜約３１０ｎｍの励起光を、蛍光トレーサが添加された生成物を有する冷却塔水の試料中に発する。添加されたＮＤＳＡはこのＵＶ線を吸収して約３１０ｎｍ〜約４００ｎｍの蛍光を生成する。蛍光光度計の発光検出器は、この発光放射線を検出し、蛍光光度計はＮＤＳＡトレーサの濃度を割り出し、そして最終的には冷却塔水試料中の生成物濃度を割り出す。
【００３０】
図３は、図１に示された手持ち式蛍光光度計と同様の手持ち式蛍光光度計３００の分解図である。蛍光光度計３００は一般に、コントローラ・モジュール部分３０３に結合された浸漬可能なセンサ・ヘッド３０１を含んでいる。コントローラ・モジュール部分３０３は、ハウジングと、ハウジング内部のいくつかの構成部分とを含んでいる。ハウジングは上側部分３０２と下側部分３０４とから形成されていて、コントローラ・ハウジングの下側部分３０４は下側部分の外側の底面３０５を画定している。センサ・ヘッド３０１はセンサ・ヘッド・ハウジング３１６を含んでいる。センサ・ヘッド・ハウジング３１６は、コントローラ・ハウジングの底面３０５に固定的に取り付けられるように形成されている。いくつかの実施態様において、センサ・ヘッド・ハウジング３１６は、コントローラ・ハウジングの１つ以上の部分と一体的に形成されていてよい。
【００３１】
いくつかの実施態様において、コントローラ・モジュール３０３は一般に、センサ・ヘッド３０１から受信された信号に基づいて生成物濃度を割り出すのに必要な構成部分を含む。図３に示されているように、コントローラ・モジュール３０３は制御ボード３０６を含んでいる。制御ボードは、ディスプレイボードケーブル３１２を介してディスプレイボード３０８とカップリングしている。ディスプレイボード３０８は電子ディスプレイ３０９（例えばＬＣＤスクリーン）を含んでいる。電子ディスプレイ３０９は情報をユーザに表示する。コントローラ・モジュール３０３はまた、メンブレン・キーパッド・オーバーレイ（membrane keypad overlay）３１０の形態を成す入力インターフェイスを含んでいる。メンブレン・キーパッド・オーバーレイは、ユーザがコントローラ・モジュール３０３によって種々様々な情報を入力するのを可能にする。コントローラ・モジュール３０３は、ポータブル電源、例えば蛍光光度計３００内の回路に給電するためのバッテリ３１４も含んでいる。
【００３２】
いくつかの実施態様において、浸漬可能なセンサ・ヘッド３０１は、共通の譲受人を持つ米国特許第７，５５０，７４６号明細書及び米国特許出願公開第２００９／０２１２２３６号明細書（それぞれの明細書の内容全体は参照により本明細書中に組み込まれる）に記載されたものと同様の１つ以上の要素及び／又は構成部分を有している。図３に戻ると、いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド３０１はハウジング３１６を含んでいる。このハウジングは光源ボード３２０と発光検出器ボード３２２とを収納している。第１のＯリング３１８が、センサ・ヘッド・ハウジング３１６とコントローラ・ハウジングの下側部分３０４との間にシールを形成する。光源ボード３２０及び発光検出器ボード３２２上の構成部分は黄銅管３２６によって遮蔽されている。黄銅管３２６はそれぞれのボードを実質的に取り囲んでいる。それぞれの管３２６は管の遠位端に切欠きを含んでおり、センサ・ヘッド・ハウジング３１６は、ハウジングを通って延びる窓３３０を含んでいる。これらの切欠き及び窓３３０は、光源ボード３２０上に位置決めされた光源（例えばＬＥＤ）と、発光検出器ボード３２２上に位置決めされた発光検出器（例えば光検出器）とがセンサ・ヘッド・ハウジング３１６の外側の分析領域と連通するのを可能にする。電気ケーブル３２４が光源ボード３２０及び発光検出器ボード３２２を制御ボード３０６にカップリングする。制御ボード３０６は、ボード３０６上のコントローラが光源を制御し且つ発光検出器から戻った信号を受信するのを可能にする。いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド３０１は１つ以上の温度センサも含んでいる。これらの温度センサは水試料の温度を測定することができる。例えば光源ボード３２０及び／又は発光検出器ボード３２２は、センサ・ヘッド・ハウジング３１６内に延びる１つ以上の温度センサを含んでいてもよい。付加的なＯリング３３４とともに、センサ・ハウジング３１６の遠位面内に位置決めされたカバー３３２が、温度センサの周りにシールを形成する。
【００３３】
図４は、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式蛍光光度計のための制御ボード４００の概略図である。制御ボード４００は、プリント回路板４０１上に位置決め（例えばはんだ付け）されて一緒にカップリングされた（接続は図示されていない）数多くの別個の構成部分を含むことができる。図４は、１つの模範的な制御ボード４００の基礎構成部分の単純化された概略図を示しており、当業者には明らかなように、構成部分間の種々の接続及び／又は構成部分に関する細部は変化しうる。制御ボード４００はコントローラ４０２を含んでいる。コントローラ４０２は、発光検出器からの強度信号に基づいて水試料中の生成物濃度を計算する。コントローラ４０２は種々様々な他の機能を提供し得る。これらの機能の一例としては、較正ルーティンを実施すること、入力インターフェイスで入力された指示を受け入れて実行すること、及び／又は蛍光光度計のディスプレイ上の表示のためのデータをフォーマットすることが挙げられる。コントローラ４０２は、任意の好適な形態、例えばソフトウェア駆動型マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、又は固定ハードウェア・デザイン、例えば特定用途向け集積回路などの形態で具体化されることができる。加えて、コントローラ４０２は内蔵メモリを有していてよく、或いは、制御ボードは、コントローラ４０２による実行のための指示を保存するメモリ（図示せず）を有していてよい。
【００３４】
制御ボードは、制御ボード４００を電源、例えば図３に示されたバッテリ３１４に接続するためのコネクタ４１０を備えた電力ケーブルも含んでいる。制御ボード４００はまた、コントローラ給電部４１２と、アナログ給電部４１４と、センサ・ヘッド内の光源に給電するための光源給電部４１６とを含む。いくつかの実施態様の場合、制御ボード４００は、リアルタイム・クロック・バッテリ４１８と、ロックイン増幅器４２０と、基準フォトダイオード増幅器４２２と、ディスプレイボード４２４と光源ボード４０４と発光検出器ボード４０６とのためのコネクタとを含んでいる。いくつかの場合、制御ボード４００は、音響器４２６と、ＵＳＢ又はその他のタイプのデータ・コネクタ４２８と、他のコンピューティング・デバイスと交信するための無線手段４３０と、任意のアナログ出力部４３２及び論理出力部４３４とを有していてもよい。
【００３５】
図５は、本発明のいくつかの実施態様に基づく光源ボード５００の斜視図である。光源ボード５００（図３には符号３２０としても示されている）は一般にプリント回路板５０２を含み、プリント回路板５０２は、前置増幅器５０８と、光源ボード５００を制御ボードにカップリングするためのコネクタ５１０とともに、光源５０４と、基準フォトダイオード５０６とを有するプリント回路板５０２を含んでいる。励起フィルタ５１２が、光源５０４からの光を、光が浸漬可能なセンサ・ヘッドから出る前にフィルタリングすべく、フィルタ・ホルダ５１４によって光源５０４の上に位置決めされる。光源５０４は、考えられ得る種々様々な要素を含むことができる。例えば光源５０４はガス放電ランプ、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（ＬＥＤ）、又は複数のＬＥＤであってよい。加えて、光源５０４は、選択された要素及び所望のスペクトルに応じて、考えられ得る数多くのスペクトルの励起放射線を発することができる。いくつかの実施態様では、光源は波長約２８０ｎｍ〜約３１０ｎｍの光を発することができる紫外ＬＥＤである。
【００３６】
図６は、本発明のいくつかの実施態様に基づく発光検出器ボード６００を示す斜視図である。検出器ボード６００は一般に、プリント回路板６０２上に位置決めされた発光検出器６０４を含む数多くの構成部分を含んでいる。本発明のいくつかの実施態様の場合、発光検出器６０４はＵＶ感光性フォトダイオードを含む。例えば、検出器６０４は、センサ・ヘッドの外側の分析領域から検出された約３１０ｎｍ〜約４００ｎｍの光に基づいて強度信号を生成することができる。検出器ボード６００はまた、前置増幅器６０６と温度センサ６０８とを含んでいる。発光検出器６０４の周りに位置決めされた発光フィルタ・ホルダ６１０が、放射エネルギーをスクリーニングし、所期波長を通過させて検出器６０４に送るための１つ以上のフィルタを支持している。図６に示された実施態様の場合、フィルタは干渉フィルタ６１２とＵＧ−１１ガラス・フィルタ６１４とを含む。いくつかの実施態様の場合、付加的なポリエステル膜フィルタ６１６も発光検出器６０４の前に位置決めされている。いくつかの事例において、ポリエステル膜フィルタ６１６の厚さは約０．５±０．２ｍｍである。いくつかの事例では、光学設計が光学効率の増大をもたらすことができる（例えばボール・レンズ、高発散ビームなどの使用）が、高い効率及びコリメート・ビームに対する高い拒絶値を有する干渉フィルタの性能が犠牲になることもある。このようなポリエステル膜を組み入れると、いくつかの事例では、散乱光レベルを最小化することにより、１００ネフェロメトリック濁度単位（ＮＴＵ）という高い濁度の試料中のＮＤＳＡ蛍光の測定を可能にすることができる。
【００３７】
図７Ａ〜７Ｃは、前述のような手持ち式蛍光光度計のコントローラ・モジュールに取り付けられることができる、本発明のいくつかの実施態様に基づく別々の浸漬可能なセンサ・ヘッド７００を示す種々の図面を示す。図７Ａはセンサ・ヘッド７００の頂面斜視図である。図７Ｂはセンサ・ヘッド７００の底部斜視図である。図７Ｃは図７Ａのセンサ・ヘッド７００の斜視断面図である。センサ・ヘッド７００は、プラスチックから形成されることができ、且つ所望の形状及び特徴を得るように成形且つ／又はミリングされることができる。
【００３８】
一般に、センサ・ヘッド７００は、第１の鉛直方向のキャビティ又はチャンバ７１２を含むハウジング７０２を含んでいる。第１の鉛直方向のキャビティ又はチャンバ７１２は、光源回路ボード（例えば図３の符号３２０又は図５の符号５００の光源ボード）を受容するように形成されている。いくつかの事例において、光源チャンバ７１２は円筒形態を有するように形成されている。円筒形態は、図３に示された円筒形黄銅シールド３２６のための滑り嵌めを提供することができる。いくつかの実施態様の場合、光源チャンバ７１２は、チャンバ７１２の１つの側面に沿って平面状の壁７２６を含む部分円筒形態を有している。図７Ａ〜７Ｃに戻ると、センサ・ヘッド・ハウジング７０２は、光源チャンバ７１２と同様に、発光検出器回路ボード（例えば図３の符号３２２又は図６の符号６００）の発光検出器ボードを受容するための第２の鉛直方向のキャビティ又はチャンバ７１４を含んでいる。いくつかの事例において、光源チャンバ７１２及び発光検出器チャンバ７１４は、センサ・ヘッド７００の長手方向軸線７０８を中心として対称に形成して位置決めされることができるが、このことは全ての実施態様において必要とされるわけではない。
【００３９】
センサ・ヘッド・ハウジング７０２はさらに、ハウジング７０２の外面内に所定の角度を成すアングル状切欠き７５２を含んでいる。いくつかの実施態様の場合、切欠き７５２の角度はほぼ９０度であるが、言うまでもなく本発明は切欠きのための特定の角度に限定されることはない。切欠き７５２は、センサ・ヘッド７００の長手方向軸線で第２壁７５６と交差する第１壁７５４によって仕切られている。第１壁７５４は光源窓７２０を画定する。光源窓７２０は、光源によって発せられた励起エネルギーのための、第１壁７５４を貫通する通路を提供する。第２壁７５６も同様に発光検出器窓７２２を画定し、この発光検出器窓７２２は、蛍光発光がセンサ・ヘッド・ハウジング７０２内部に配置された発光検出器に達するように、第２壁７５６を貫通する通路を提供する。いくつかの実施態様では、光源窓７２０及び／又は発光検出器窓７２２はセンサ・ヘッド・ハウジング７０２を通って延びるチャネルを含んでいる。いくつかの実施態様の場合、窓７２０，７２２は、レンズ、プリズム、又は光源放射線及び／若しくは蛍光発光に対して光学的に透明な他の材料を含んでいる。例えばいくつかの実施態様の場合、それぞれのチャネル内部にはガラス又はサファイアのボール・レンズが位置決めされている。当業者に知られた他の好適な材料を使用してもよい。ボール・レンズは、光源／検出器窓を提供し、さらに、光源／検出器と、センサ・ヘッド７００のハウジング７０２の外側の分析領域７５０との間で光を導くための集束手段も提供する。
【００４０】
図示のように、光源窓７２０及び発光検出器窓７２２を含むアングル状切欠き７５２は、アングル状切欠き及び窓がコントローラ・モジュールの遠位端に面するように、コントローラ・モジュールに対して配向されている。本明細書中にさらに論じるように、アングル状切欠き及び窓はいくつかの実施態様において、異なる方向に配向されていてよい。例えば、いくつかの実施態様において、アングル状切欠き及び窓は、コントローラ・モジュールの近位端に向いている。
【００４１】
いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド７００は近位端７０４と遠位端７０６とを含んでいる。これらの間には、長手方向軸線７０８とセンサ・ヘッド７００の長さ部分とが延びている。図１及び３に示されているように、いくつかの実施態様では、センサ・ヘッド７００は、センサ・ヘッド７００の近位端７０４又はその近くで、コントローラ・モジュール・ハウジングの底面に結合されている。いくつかの事例では、センサ・ヘッド７００はコントローラ・ハウジングにファスナによって固定的に取り付けられている。ファスナは例えばねじ、ボルト及び／若しくはピン、又は接着剤又は溶接（図示せず）を含むことができる。いくつかの実施態様において、センサ・ヘッド７００は４つのねじで固定されている。これらのねじは、センサ・ヘッド７００とコントローラ・モジュールとの間の溝７１０内に位置決めされたＯリングを圧縮する。いくつかの実施態様において、センサ・ヘッド・ハウジング７０２はコントローラ・モジュールと一体的に形成されて、センサ・ヘッドの近位端７０４とコントローラ・モジュールの底面とが継ぎ目なしに移行するようになっていてもよい。
【００４２】
いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド７００はファスナの一部又は全ても含んでいる。ファスナはセンサ・ヘッド７００の周りに試料カップを取り外し可能に固定する。ただ１つの例として、ファスナは、センサ・ヘッド・ハウジング７０２の周りに位置決めされた１つ以上のピン７４０と、試料カップ上の対応スロットとを含んでいてよい。いくつかの実施態様の場合、ピン７４０とスロットとはバヨネット式ファスナを形成する。バヨネット式ファスナは、試料カップをセンサ・ヘッドの周りに固定し、且つ試料カップをセンサ・ヘッド７００の周りに好ましい配向に方向付ける（例えば回転）。他のファスナ（例えばねじ山、対向する加圧要素など）を含むこともできる。
【００４３】
いくつかの実施態様の場合、センサ・ヘッド７００はまた、図３に示されているような、１つ以上の温度センサ・カバーを挿入するための穴７３０を含んでいる。図７Ａ〜７Ｃに戻ると、穴７３０は、ねじ山を有しているか、或いは温度センサ・カバーを受容して固定するように他の形で形成されていてよい。（図７Ａ〜７Ｃには示されていない）温度センサは、現在の水試料温度を検知し、そして対応信号を生成するように適合されている。対応信号は、例えば許容範囲外の温度に起因するエラーに基づいて濃度計算を補正するために使用されることができる。
【００４４】
加えて、センサ・ヘッド７００は好ましくは浸漬可能なセンサ・ヘッドである。浸漬可能なセンサ・ヘッドは、蛍光発光を測定するときにこれが水試料表面よりも下方に部分的又は全体的に浸漬されることを意味する。従って、センサ・ヘッド・ハウジング７０２、すなわちコントローラ・ハウジングへの結合部、及びハウジング７０２内の窓又はその他の潜在的な空所（void）は、浸漬前に事実上シールされる。例えばいくつかの場合、ハウジング７０２は、センサ・ヘッドの近位端７０４に第１のＯリング溝７１０を含み、且つ温度センサ穴７３０の周りに第２のＯリング溝７３２を含んでいる。試料カップを含むいくつかの実施態様において、センサ・ヘッドの近位端７０４の近くでセンサ・ヘッド７００の周囲に第３のＯリング溝７４２を形成することにより、試料カップとセンサ・ヘッド７００との間に実質的に不透過性のシールを提供する。加えて、光源窓７２０及び発光検出器窓７２２はＯリングなどでシールされてもよい。いくつかの実施態様では、光源窓７２０及び発光検出器窓７２２は、窓チャネルとチャネル内部に配置されたボール・レンズとの間の圧力嵌めに基づいてシールされている。
【００４５】
図８は、本発明のいくつかの実施態様に基づく、水試料中の物質の濃度を割り出す方法を示すフローチャートである。一般に、蛍光光度計は生成物内の活性分子の蛍光発光を測定する。蛍光発光は水試料中の実際の生成物濃度に対して比例する。コントローラ・モジュールと、コントローラ・モジュールに結合されたセンサ・ヘッドとを有する手持ち式蛍光光度計を提供した（８０２）後、関心事の生成物を含有する水試料を提供する。センサ・ヘッドを水試料中に浸漬し（８０４）、水試料はセンサの分析領域を占有する。次に第１ＵＶ波長を有する紫外（ＵＶ）励起光を、センサ・ヘッド内の光源によって発生させて、これを水試料及び分析領域内へ導く（８０６）。次いでセンサ・ヘッドが第２ＵＶ波長で試料の蛍光発光を検出して測定する（８０８）。センサ・ヘッドはコントローラを含む（例えば図４の符号４０２）。コントローラが、測定された蛍光発光に基づいて試料中の生成物濃度を計算する（８１０）。第１波長は２８０〜３１０ｎｍであってよい。第２ＵＶ波長は３１０ｎｍ〜４００ｎｍであってよい。センサは第１波長で試料の基準蛍光発光を測定してもよい。センサは、化学物質濃度がゼロであるゼロ溶液の蛍光発光を測定してもよい。この場合、試料中の化学物質濃度は、化学物質を含有する試料の測定された蛍光発光と、ゼロ溶液の測定された蛍光発光との計算された差に基づいて計算されることができる。試料濃度は、較正試料中の既知の生成物濃度に対して割り出された較正定数に基づいて計算されてもよい。
【００４６】
一例として、いくつかの場合、２つのＵＶ検出器からの信号に基づいて試料濃度を評価することができる。基準検出器が、光源によって発生せしめられたＵＣ励起の強度を測定するのに対して、蛍光発光検出器が、生成物によって発せられた蛍光発光の強度を測定する。計算は下記の式を使用する。
【数１】
2013524206.tif 000003
【００４７】
ここで、Ｃｃは試料溶液中の生成物Ｘ（例えば界面活性剤、抗菌剤など）の実際の現在の濃度である。
【００４８】
Ｋxは較正係数である。
【００４９】
【数２】
2013524206.tif 000004
は、試料溶液に対応する発光検出器からの出力信号である。
【００５０】
【数３】
2013524206.tif 000005
は、試料溶液に対応する基準検出器からの出力信号である。
【００５１】
【数４】
2013524206.tif 000006
は、ゼロ溶液（すなわち、生成物濃度がゼロである溶液）に対応する発光検出器からの出力信号である。
【００５２】
【数５】
2013524206.tif 000007
は、ゼロ溶液に対応する基準検出器からの出力信号である。
【数６】
2013524206.tif 000008
【００５３】
ここで、ＣCALIBRは、較正溶液中の生成物の濃度である。
【００５４】
【数７】
2013524206.tif 000009
は、較正溶液に対応する発光検出器からの出力信号である。
【００５５】
【数８】
2013524206.tif 000010
は、較正溶液に対応する基準検出器からの出力信号である。
【００５６】
図４を参照して上述したように、手持ち式蛍光光度計内部のコントローラ４０２は、発光検出器からの強度信号に基づいて試料中の生成物濃度を計算することができる。いくつかの実施態様では、コントローラ４０２は、上記関係を用いて、較正定数、ゼロシフト、及び／又は励起基準信号に基づいて生成物濃度を計算してもよい。コントローラのための動作指示はボード上に又は別個のメモリ内に保存されることができる。この点において、メモリは、プログラム指示を含むコンピュータ可読媒体であってよい。これらのプログラム指示によって、コントローラは、指示に帰する機能のうちのいずれかを提供し、そしてここに記載した方法のうちのいずれかを実施するようになる。コントローラは、発光検出器及び／又は基準検出器から得られた生の蛍光データと、他の関連データとをメモリ内に保存してもよい。コントローラは任意の計算された蛍光値及び／又は濃度データをメモリ内に保存してもよい。
【００５７】
上述のように、本発明のいくつかの実施態様において、センサ・ヘッドを水試料中に手で降下させることにより、手持ち式蛍光光度計によって蛍光測定値を求めることができる。例えば、ユーザがコントローラ・モジュールを把持して浸漬可能なセンサ・ヘッドを液体試料中に一時的に浸すことで、センサ・ヘッドは試料中に部分的又は完全に浸漬され、水試料はセンサ・ヘッド窓の近くの分析領域を占めるようになる。同様の方法を用いて、本明細書中に前述した本発明の実施態様と同様に構成された（蛍光光度装置に加えて）１つ以上の光学測定装置によって、水試料の他の光学特性を測定することができる。例えば濁度計及び／又は吸光度計は、濁度及び／又は吸光度を測定するセンサ及び光学素子を組み込んだ浸漬可能なセンサとともに上述のものと同様の手持ち式コントローラ・モジュールを含んでいてよい。
【００５８】
ここで図９〜１０に眼を転じると、いくつかの実施態様において、浸漬可能なセンサ・ヘッドの周りに水試料を含有するように試料カップが提供されている。いくつかの実施態様において、測定値を求めるには、約５ｍｌ〜約２０ｍｌの小さな体積の水があれば十分である。このような手持ち式装置は、このように携帯性が極めて高く、水試料源から取り出された状態で、水流中の１つ以上の特性を測定することができる。例えば、いくつかの実施態様では、手持ち式光学装置は、現場又は実験室環境において蛍光発光を測定するために使用されることができる手持ち式蛍光光度計である。
【００５９】
本発明の実施態様はこのように、伝統的なセル・ベースの蛍光光度計（例えば光学的に透明なセル内部に水試料が入れられる）のターゲットとなるものと同様の数多くの用途において有用である。しかしながら、本発明の実施態様は、セル・ベースの装置を凌ぐ数多くの利点を提供する。例えば、セル・ベースの装置は典型的には、セル内部の水の特性を測定するために、セル外部に配置された器具類に頼るのに対して、本明細書中に記載されている手持ち式装置のセンサ・ヘッドは水試料中に浸漬することができる。従って、本明細書中の手持ち式装置は、セル表面の引掻き傷又はファウリング（fouling）に起因する信号劣化のような、光学セルに関連する欠点を回避する。同様に、（例えば、上記蛍光光度計における小さな面積の光源窓及び発光検出器窓の）最小限の清浄化が、光学セルについて通常必要とされる時間がかかる清浄化又は交換と対照を成しうる。加えて、本発明の実施態様では、水試料が浸漬可能なセンサ・ヘッドのすぐ近くにあり、このことがセンサ・ヘッド内部に配置された光学センサと水試料との間の移動距離を劇的に短くすることに部分的に起因して、感度が高められることができる。従って、本発明の実施態様においてもたらされた高められた感度は、極めて低濃度の生成物（例えば数ｐｐｍ）を測定すること並びに／又は色度及び／若しくは濁度が高い水試料内部の生成物の濃度を測定することに有用である。
【００６０】
図９Ａ〜９Ｄは、本発明のいくつかの実施態様に基づく手持ち式光学測定装置９００の種々の図である。光学測定装置９００は概して、浸漬可能なセンサ・ヘッド９０６を組み込んだコントローラ・モジュール９０２と、測定されるべき水試料を含有するための試料カップ９０８を有するサンプリング部材９０４とを含んでいる。いくつかの実施態様では、サンプリング部材９０４は、コントローラ・モジュール９０２に有利にカップリングされ、ひいては、水試料を得て含有する一体的且つ好都合な態様を提供しつつ、さらに使用中及び／又は使用していないときには浸漬可能なセンサ・ヘッド９０６のための保護シェル又は保護カバーを提供する。いくつかの実施態様の場合、試料カップの取り付け性によって、追加的な準備ステップ又はハンドリング・ステップなしに、最小限の遅れですくわれた試料の測定を行うことが可能になる。
【００６１】
図９Ａは、サンプリング部材９０４が開位置にある状態の手持ち式光学測定装置９００の斜視図である。手持ち式コントローラ・モジュール９０２は概して、センサ・ヘッド９０６に結合された底面９３２を有するハウジング９３０を含んでいる。ハウジングは好ましくは、ユーザの手によって保持されるように適合されている。例えば、ハウジングは、棒状体（wand）又はハンドルの形態を有する細長いハウジングであってよい。図９Ｂを参照すると、いくつかの実施態様の場合、ハウジング９３０は、ディスプレイ及び／又は入力インターフェイス例えば（図９Ｂに示されていない）キーパッド、ボタンなどを含んでよい面９８０を有している。図示はしていないが、コントローラ・モジュール９０２は、ハウジング９３０内部に位置決めされたコントローラを含んでいる。コントローラは、センサ・ヘッド内部に配置された少なくとも１つの光学センサから受信された光学センサ信号に基づいて水試料の光学特性を計算するように適合されている。一例として、光学センサは蛍光発光検出器を含むことができ、コントローラは、水試料中の蛍光レベルを示す光学信号を受信し、且つ、本明細書中で上述した蛍光光度計の実施態様において説明したように水試料中の生成物の対応濃度を計算することができる。いくつかの実施態様では、光学センサは更に又は代わりに濁度センサ及び／又は吸光度センサを含んでいてよい。
【００６２】
図９Ａに戻ると、いくつかの実施態様の場合、浸漬可能なセンサ・ヘッド９０６は近位端９４２と遠位端９４０とを含んでおり、近位端９４２と遠位端９４０との間には、センサ・ヘッド９０６の長さ部分が延びている。センサ・ヘッド９０６の近位端９４２は、コントローラ・ハウジングの底面９３２に結合されていて、センサ・ヘッドの遠位端９４０は、ハウジング９３０の底面９３２から離れるように延びている。一例としては、いくつかの事例において、コントローラ・モジュール・ハウジング９３０は遠位端９３６と近位端９３４とを有しており、遠位端９３６と近位端９３４との間にコントローラ・モジュール・ハウジング９３０の長さ部分が延びていて、センサ・ヘッド９０６は遠位端９３６に近接して位置決めされている。コントローラ・モジュール・ハウジングの近位端９３４は、ユーザの手によって保持されるように適合されることができる。
【００６３】
いくつかの実施態様において、サンプリング部材９０４は試料カップ９０８及び取り付け部材９１０の両方を含んでいる。取り付け部材９１０は試料カップ９０８をコントローラ・モジュール９０２にカップリングしている。いくつかの実施態様の場合、取り付け部材９１０は、試料カップをコントローラ・モジュールにカップリングし且つ／又はコントローラ・モジュールと一緒に保持する細長い部材である。例えば取り付け部材９１０は細長い剛性部材であって、第１端部９５２は試料カップ９０８にカップリングされており、第２端部９５０はコントローラ・モジュール９０２にカップリングされている。第１端部９５２と第２端部９５０との間に取り付け部材９１０の長さ部分が延びている。
【００６４】
いくつかの事例において、取り付け部材９１０は試料カップ９０８と一体であり且つコントローラ・モジュール９０２に移動可能にカップリングされているが、異なる実施態様は、コントローラ・モジュール９０２と一体であり且つ／又は試料カップ９０８に取り付けられた取り付け部材を含んでよい。取り付け部材９１０は、種々の態様でコントローラ・モジュール９０２にカップリングされることができる。一例として、いくつかの事例の場合、取り付け部材９１０の第２端部９５０はコントローラ・モジュール部分の近位端９３４においてピボット９２０の周りでヒンジ状にカップリングされている。いくつかの事例では、取り付け部材は、ハウジング・コントローラの底面９３２に対してほぼ平行な回転軸線９２２を中心として旋回してよいが、他の構造も可能である。
【００６５】
試料カップ９０８は、コントローラ・モジュール９０２上の浸漬可能なセンサ・ヘッド９０６によって分析されるべき水試料を含有するように構成されている。図９Ｂ〜９Ｄに眼を移すと、いくつかの実施態様において、試料カップ９０８は、手持ち式装置９００の閉位置においてセンサ・ヘッド９０６を完全に取り囲むことができる。いくつかの事例において、試料カップ９０８はセンサ・ヘッド９０６の周りに取り外し可能に固定されることができる。例えば図９Ａに示されているように、いくつかの実施態様において、試料カップ９０８及びコントローラ・モジュール／センサ・ヘッドは、協働するファスナ（例えばポスト９６０Ａと穴９６０Ｂ及び／又は節部（nub）９６２Ａと試料カップ周縁部９６２Ｂ）を含んでいる。これらのファスナは、センサ・ヘッド９０６の周りに試料カップ９０８を取り外し可能に固定する。当業者に明らかなように、種々様々なファスナが利用可能であり、本発明はいかなる特定のファスナにも限定されない。いくつかの実施態様の場合、試料カップがセンサ・ヘッドの周りに固定され、センサ・ヘッド９０４が試料カップ内部の空気及び水を押し退けるのに伴って、空気が試料カップから逃れる。このことは、試料カップ内部に捕捉されて蛍光測定値に影響を与え得る空気のポケットを低減し又は排除することを助ける。さらに、いくつかの事例において、試料カップ９０８がセンサ・ヘッド９０６の周りに固定されたとき、Ｏリング（図示せず）又はその他のシーリング・メカニズムが、試料カップ９０８内に水試料を含有することを助けることができる。いくつかの実施態様の場合、さらに空気が試料カップから逃れることを可能にするために、試料カップ９０８はシールされない場合がある。図９Ｂ〜９Ｄに戻ると、水試料が試料カップ９０８内に存在すると想定して、センサ・カップがセンサ・ヘッド９０６に被さるように閉鎖するのに伴って、センサ・ヘッドは水試料中に少なくとも部分的に延びることになり、ひいては、試料から光を受容し且つ／又は試料中へ光を透過させるセンサ・ヘッドの少なくとも一部が水試料中に浸漬されることが保証される。
【００６６】
従って、試料カップ９０８は、センサ・ヘッド９０６の周りに固定されているときには、センサ・ヘッド９０６のための保護容器を提供することもできる。いくつかの実施態様の場合、試料カップ９０８は剛性プラスチックから形成されている。剛性プラスチックは、センサ・ヘッド９０６のための耐久性のある頑丈な保護シェル又は保護カバーを提供する。当業者に知られた、同様の特性を有するその他の材料も考えられる。
【００６７】
上述のように、浸漬可能なセンサ・ヘッド９０６は、液体試料中の蛍光、濁度、及び／又は吸光度を測定するのに有用な光学センサを含む種々様々な光学センサのうちの１つ以上を含むことができる。多くの事例では、センサ・ヘッドは、異なる光学特性の測定を容易にするために特定の波長を有する光を発する光源を含んでもよい。光学センサは、センサの形態に応じて、１つ以上の光波長範囲に対して感受性を有していてよい。いくつかの実施態様の場合、試料カップ９０８は、光学センサがそれに対して感受性を有する光波長に対して不透明である材料を含む。いくつかの実施態様では、試料カップ材料は、センサ・ヘッド内部の光源によって生成される光波長に対して不透明である。一例として、いくつかの実施態様において、試料カップ９０８は上述の蛍光光度計の実施態様にとって有用な約２８０ｎｍ〜約３２０ｎｍの範囲内及び約３００ｎｍ〜約４２０ｎｍの範囲内のＵＶ放射線に対して不透明であってよい。いくつかの実施態様では、透明なポリカーボネートを使用して、周囲光から保護し且つ水試料レベルの視覚的制御を可能にすることができる。
【００６８】
図９Ｃ及び９Ｄを参照すると、いくつかの事例において、試料カップ９０８と取り付け部材９１０とは合体することにより、支持面（図示せず）上の光学装置９００のためにほぼ安定なベースを形成する。例えば試料カップ９０８の底部は支持面上の第１の足場を提供することができ、取り付け部材９１０は、その第２端部９５２で支持部材９７０を含んでいて、第２の足場を提供することができる。いくつかの事例では、試料カップ９０８及び／又は支持部材９７０の形状は、ほぼ平らな足場を提供するように構成されていてよく、これにより、取り付け部材９１０及び／又はコントローラ・モジュール・ハウジング９３０は支持面に対してほぼ平行になる。しかしながら、いくつかの実施態様の場合、試料カップ及び／又は支持部材は、コントローラ・モジュールが支持面に対して所定の角度を有するように構成されていてよい。このような構造は、コントローラ・モジュール面９８０上のディスプレイを見ることを助けることができる。
【００６９】
いくつかの実施態様において、センサ・ヘッドが試料カップ９０８内に挿入されたとき、過剰充填出口又は開口が過剰試料水のための試料カップ９０８からの通路を提供する。いくつかの実施態様の場合、過剰充填出口を有利には、センサ光学素子を有するセンサ・ヘッド９０６の一部の視線から外れるように配置することにより、迷光が過剰充填開口を通って試料カップ９０８に入ることから生じる測定値に対する潜在的な影響を最小限に抑える。いくつかの実施態様において、光学測定装置９００はさらに、過剰充填開口にカップリングされた過剰充填リザーバ又は過剰充填キャビティを含んでいる。過剰充填リザーバ又は過剰充填キャビティは試料カップ９０８からの水試料の一部を受容することができる。例えば過剰充填リザーバは、試料カップ９０８にカップリングされた別個のチャンバ又は僅かに大きい試料カップの一部であってよい。いくつかの実施態様の場合、取り付け部材９１０は、取り付け部材９１０の第１端部９５２に隣接する過剰充填開口を有する過剰充填リザーバを含んでいてよい。図９Ｅは、本発明のいくつかの実施態様に基づく、試料カップ９０８と過剰充填リザーバ９８２とを接続する過剰充填出口９７８を有する光学測定装置９００の一例を示している。
【００７０】
図１０は、本発明のいくつかの実施態様に基づく、水試料の光学特性を測定する方法１０００を示すフローチャートである。第１ステップ１００２では、測定を行うために手持ち式光学測定装置を提供する。この装置は好ましくは、センサ・ヘッドを備えたコントローラ部分と、試料カップを有するサンプリング部分とを含んでいる。いくつかの実施態様の場合、装置は本明細書中に記載された手持ち式光学測定装置のうちの１つを含むが、本発明の特徴を有するいかなる装置も使用されることができる。例えば光学測定装置は、水試料の１つ以上の異なる光学特性、例えば水試料の蛍光、濁度、又は吸光度を測定するように適合されることができる。他の光学特性も考えられる。
【００７１】
第２ステップ１００４において、この方法は、手持ち式光学測定装置のセンサ・ヘッドの周りから試料カップを外すことを含む。次いで、試料カップを十分な体積の水試料で満たし（１００６）、センサ・ヘッドの周りにこれを戻して固定する（１００８）。いくつかの実施態様は、ユーザが水試料を得るためにカップを容易に使用することを可能にする。例えば、ユーザは、試料カップ９０８を外し、これをセンサ・ヘッド９０６から離れる方向に動かし、次いで水試料をカップ内に注ぎ込むことができる。いくつかの実施態様では、ユーザは、カップ９０８を使用して、より大きいリザーバ又は容器から水試料をすくうことができる。例えば、ユーザは、最初に、取り付け部材９１０をコントローラ・モジュール９０２から引き離すことによって装置を開くことができる。次いで、ユーザは取り付け部材及び／又はコントローラ部分を掴むことによって水をすくうことができる。いくつかの実施態様では、取り付け部材は、コントローラ部分９０２に対して１８０度の方向に回転させることができ、そしてユーザはコントローラ部分９０２を把持することによって、試料を得る時に装置の長さを延長させることができる。このため、取り付け部材は延長ハンドルを提供することができ、このことは、開放水体から水試料を捕え又はすくうことをより容易にする。
【００７２】
試料カップがセンサ・ヘッドの周りに完全に固定された状態で、センサ・ヘッドは水試料中に少なくとも部分的に浸漬されている。いくつかの実施態様では、試料カップは好ましくは、センサ・ヘッドの周りから外されている間も、センサ・ヘッドの周りに固定されている間も、一貫して装置のコントローラ部分にカップリングされたままである。センサ・ヘッドの周りに試料カップが固定されると、この方法はまた、センサ・ヘッド及びコントローラ部分で水試料の光学特性を測定する（１０１０）ことを含む。
【００７３】
いくつかの実施態様において、この方法はさらに、水試料を試料カップ内に導入する前に、サンプリング部分をコントローラ部分及びセンサ・ヘッドから離れる方向に回転させることを含む。例えば、図９Ｄを参照すると、装置が開いて試料カップ９０８がアクセス可能になるまで、試料部分９０４をコントローラ・モジュール９０２から離れる方向に回転させることができる。図９Ａは、開いた形態の一例を示している。水試料から光学特性を測定した後、試料カップを外して開くことにより、試料カップから水試料を廃棄することができる。次いで、試料カップをセンサ・ヘッドの周りに再び固定することによって、センサ・ヘッドの周りに保護カバーを提供することができる。
【００７４】
このように本発明の実施態様が開示された。開示された実施態様を参照しながらかなり詳細に本発明を説明してきたが、開示された実施態様は一例として提示されたに過ぎず、本発明の他の実施態様も可能である。当業者には明らかなように、本発明の思想及び添付の特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の変更、適応、及び改変を加えることができる。
【図１】
2013524206.tif 000011
【図２】
2013524206.tif 000012
【図３】
2013524206.tif 000013
【図４】
2013524206.tif 000014
【図５】
2013524206.tif 000015
【図６】
2013524206.tif 000016
【図７Ａ】
2013524206.tif 000017
【図７Ｂ】
2013524206.tif 000018
【図７Ｃ】
2013524206.tif 000019
【図８】
2013524206.tif 000020
【図９Ａ】
2013524206.tif 000021
【図９Ｂ】
2013524206.tif 000022
【図９Ｃ】
2013524206.tif 000023
【図９Ｄ】
2013524206.tif 000024
【図９Ｅ】
2013524206.tif 000025
【図１０】
2013524206.tif 000026
【国際調査報告】
2013524206.tif 000027
2013524206.tif 000028