(57)【要約】【課題】特定の物質を、該物質が発する蛍光を用いて測定もしくは検出する際に、標準を規定もしくは設定を容易かつ適切に行うことができる有機物検出装置を提供する。【解決手段】液中もしくは液面に存在する有機物５を検出対象とし、該有機物５に予め定めた波長の励起光４を照射し、該有機物５の発する蛍光８を受光してその蛍光強度を電気信号に変換することにより、該有機物を検出する。前記有機物５の発する蛍光５を検出するための指標として、予め定めた種類および濃度のシクロデキストリン溶液に、前記励起光を照射したことにより、シクロデキストリン溶液から発する蛍光強度を用いている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液中もしくは液面に存在する有機物を検出対象とし、該有機物に予め定めた波長の励起光を照射し、該有機物の発する蛍光を受光してその蛍光強度を電気信号に変換することにより、該有機物を検出する有機物検出装置であって、
前記有機物の発する蛍光を検出するための指標として、予め定めた種類および濃度のシクロデキストリン溶液に、前記励起光を照射したことにより、シクロデキストリン溶液から発する蛍光強度を用いたことを特徴とする有機物検出装置。
【請求項２】
有機物が存在する液が水であり、検出対象の有機物が液体かつ疎水性であることを特徴とする請求項１に記載の有機物検出装置。
【請求項３】
シクロデキストリンがβ―シクロデキストリンであり、励起光が、２２０ｎｍ〜２４０ｎｍに極大を持ち、蛍光検出波長が２９０ｎｍ〜３６０ｎｍの範囲を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の有機物検出装置。
【請求項４】
検出対象の有機物が石油由来の油であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の有機物検出装置。
【請求項５】
液中もしくは液面に存在する有機物を検出対象とし、該有機物に予め定めた波長の励起光を照射し、該有機物の発する蛍光を受光して電気信号に変換することにより、該有機物を検出する有機物検出装置であって、
前記有機物の発する蛍光を検出するための指標として、シクロデキストリンに包接させた検出対象の前記有機物に、前記励起光を照射したことにより、前記有機物から発する蛍光強度を用いたことを特徴とする有機物検出装置。
【請求項６】
液中もしくは液面に存在する有機物を検出対象とし、該有機物に予め定めた波長の励起光を照射し、該有機物の発する蛍光を受光して電気信号に変換することにより、該有機物を検出する有機物検出装置であって、
前記有機物の発する蛍光を検出するための指標として、励起光により発光する蛍光の波長が検出対象の有機物に近似する蛍光物質を、検出対象の有機物の代替物質としてシクロデキストリンに包接させ、前記励起光を照射したことにより、前記代替物質から発する蛍光強度を用いたことを特徴とする有機物検出装置。
【請求項７】
液中もしくは液面に存在する有機物を検出対象とし、該有機物に予め定めた波長の励起光を照射し、該有機物の発する蛍光を受光してその蛍光強度を電気信号に変換することにより、該有機物を検出する有機物検出装置の校正方法であって、
前記検出対象の有機物と、ある波長の励起光に対する蛍光が同等の波長領域でピークを形成する光学特性を備えたシクロデキストリン溶液を標準液として用い、前記波長の励起光を照射したことにより、シクロデキストリン溶液から発する蛍光強度により校正を行うことを特徴とする有機物検出装置の校正方法。
【請求項８】
液中もしくは液面に存在する有機物を検出対象とし、該有機物に予め定めた波長の励起光を照射し、該有機物の発する蛍光を受光して電気信号に変換することにより、該有機物を検出する有機物検出装置の校正方法であって、
前記検出対象の前記有機物をシクロデキストリンに包接させた標準液を用い、この標準液に前記励起光を照射したことにより前記包接された有機物から発する蛍光強度を用いて校正を行うことを特徴とする有機物検出装置の校正方法。
【請求項９】
液中もしくは液面に存在する有機物を検出対象とし、該有機物に予め定めた波長の励起光を照射し、該有機物の発する蛍光を受光して電気信号に変換することにより、該有機物を検出する有機物検出装置の校正方法であって、
励起光により発光する蛍光の波長が検出対象の有機物に近似する蛍光物質を、検出対象の有機物の代替物質としてシクロデキストリンに包接させた標準液を用い、前記励起光を照射したことにより、前記包接された代替物質から発する蛍光強度を用いて校正を行うことを特徴とする有機物検出装置の校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液中もしくは液面に存在する有機物を検出対象とし、該有機物に予め定めた波長の励起光を照射し、該有機物の発する蛍光を受光してその蛍光強度を電気信号に変換することにより、該有機物を検出する有機物検出装置及びその校正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、被検液中に含まれる有機物を測定もしくは検出する場合、該有機物に予め定めた波長の励起光を照射し、該有機物の発する蛍光を受光してその蛍光強度を電気信号に変換することにより、該有機物を検出する有機物検出装置が用いられる。このような検出装置で用いられる蛍光現象とは、紫外光・可視光を吸収した分子・イオンが電子励起され、後に中間励起状態におち、そこから励起光より長波長の光を放出して基底状態にもどることとされる。すなわち、入射する励起光と異なる波長の蛍光が発せられ、励起光・蛍光の波長が分子により異なることから、各種分光手段を用いることで計測・検出・観察手段として用いることができる。
【０００３】
このような蛍光現象の実際の応用例としては、上述した有機物検出装置がある。すなわち、有機化合物の検出・計測を行う研究用途として、蛍光分光光度計が市販されている。このほか、近年は生物化学用途として、蛍光染色液や蛍光標識プローブを用いた生体分子の顕微鏡観察法などが行われ、用途の広がりを見せている。工業的な連続測定用途としては、蛍光消光式の酸素濃度計などが市販されており、長寿命や高安定性が特長とされる。
【０００４】
ところで、このような蛍光を用いた計測技術や装置においては、定期的な校正が必要とされる。蛍光法の校正には、硫酸キニーネを使用することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２７３１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、硫酸キニーネの溶液は酸性であり、取り扱いに資格や注意が必要であるほか、廃液の処理も必要である。また、工業的な利用において、工場内に設置した装置の校正においては、必ずしも化学に精通し、酸やアルカリの取り扱い長けた人物がいるわけではなく、安全性の確保の点からも、より簡便な手法が望まれる。
【０００６】
また、校正にアクリル蛍光板のような固体を使用することも考えられるが、安定性は確保できるものの、標準液の濃度勾配による測定のリニアリティの確認ができないことが問題となる。また、連続的な計測においては、測定対象を流通させるフローセルを用いるのが一般的であるが、フローセル形状によって、例えば、密閉式フローセルであれば、固体を用いることはできない。
【０００７】
本発明の目的は、特定の物質を、該物質が発する蛍光を用いて測定もしくは検出する際に、標準の規定もしくは設定を容易かつ適切に行うことができる有機物検出装置及びその校正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による有機物検出装置は、液中もしくは液面に存在する有機物を検出対象とし、該有機物に予め定めた波長の励起光を照射し、該有機物の発する蛍光を受光してその蛍光強度を電気信号に変換することにより、該有機物を検出する有機物検出装置であって、前記有機物の発する蛍光を検出するための指標として、予め定めた種類および濃度のシクロデキストリン溶液に、前記励起光を照射したことにより、シクロデキストリン溶液から発する蛍光強度を用いたことを特徴とする。
【０００９】
この場合、有機物が存在する液が水であり、検出対象の有機物が液体かつ疎水性である。
【００１０】
また、シクロデキストリンがβ―シクロデキストリンであり、励起光が、２２０ｎｍ〜２４０ｎｍに極大を持ち、蛍光検出波長が２９０ｎｍ〜３６０ｎｍの範囲を含む。
【００１１】
また、検出対象の有機物が石油由来の油である。
【００１２】
また、本発明の有機物検出装置は、有機物の発する蛍光を検出するための指標として、シクロデキストリンに包接させた検出対象の前記有機物に、前記励起光を照射したことにより、前記有機物から発する蛍光強度を用いてもよい。
【００１３】
また、本発明の有機物検出装置では、有機物の発する蛍光を検出するための指標として、励起光により発光する蛍光の波長が検出対象の有機物に近似する蛍光物質を、検出対象の有機物の代替物質としてシクロデキストリンに包接させ、前記励起光を照射したことにより、前記代替物質から発する蛍光強度を用いてもよい。
【００１４】
本発明の有機物検出装置の校正方法は、検出対象の有機物と、ある波長の励起光に対する蛍光が同等の波長領域でピークを形成する光学特性を備えたシクロデキストリン溶液を標準液として用い、前記波長の励起光を照射したことにより、シクロデキストリン溶液から発する蛍光強度により校正を行うことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の有機物検出装置の校正方法は、検出対象の前記有機物をシクロデキストリンに包接させた標準液を用い、この標準液に前記励起光を照射したことにより前記包接された有機物から発する蛍光強度を用いて校正を行う。
【００１６】
さらに、本発明の有機物検出装置の校正方法は、励起光により発光する蛍光の波長が検出対象の有機物に近似する蛍光物質を、検出対象の有機物の代替物質としてシクロデキストリンに包接させた標準液を用い、前記励起光を照射したことにより、前記包接された代替物質から発する蛍光強度を用いて校正を行う。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、励起光を照射して測定もしくは検出対象の物質から発する蛍光強度により、物質の有無検出又は濃度測定を行うに当り、校正のための標準液に、シクロデキストリンそのものを用いたり、或いはシクロデキストリンに検出対象物質、又は検出対象物質と同等の蛍光特性を有する蛍光物質を包接させたりすることにより、安全で、安定した正確な蛍光測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による有機物検出装置の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１９】
まず、図１によりこの実施の形態の装置構成を説明する。図１は一般的な蛍光の測定に必要な最小の構成を示している。図１において、１は光源であり、この光源１から発せられた光２は、第１の分光手段３により分光され、予め定めた波長の励起光４として取り出される。この励起光４は透明な容器内の測定試料５に照射される。この励起光４の照射により測定試料５からは、その測定資料５に含まれる蛍光成分が発する蛍光と、散乱光を含めた光６が発せられる。この際、光６には、蛍光及び散乱光、さらに角度によっては、励起光の反射光が含まれる。光６は第２の分光手段７により分光され、蛍光８のみが取り出される。取り出された蛍光８は受光器９に受光され、変換器１０により電気信号１１に変換され、出力される。すなわち、変換器１０は、測定試料５が発する蛍光の強度に対応する電気信号１１を出力する。
【００２０】
なお、上記各部は隔離手段１２により、外部から遮光されており、かつ、第１及び第２の分光手段３，７を境として、光源１を含む領域、測定試料５及びその容器を含む領域、受光器９を含む領域に、それぞれ光学的に隔離され、不要な光（迷光と呼ばれる）の侵入を避けるように構成されている。
【００２１】
以上のようにして測定試料５が発する蛍光強度を測定し、その蛍光強度の値から測定試料の濃度の測定や検出を行うのが一般的である。こういった測定を行う際には、装置を校正したり、得られた測定結果を定量評価するための基準となったりする指標が必要である。そのためには予め定められた濃度の試料を含む標準液、標準試料と呼ばれる試料の蛍光を測定し、得られた値を基準点とするのが一般的である。
【００２２】
このような蛍光測定における標準液としては、前述のように、硫酸キニーネ溶液が最もよく用いられている。このほか、フルオレセインナトリウム溶液やローダミンＢ溶液が用いられる。これは、安定した蛍光特性を持つことがその理由であるが、反面、ｐＨが低いことや、廃液の処理が必要である。したがって、これらを標準液として用いることは、種々問題が生じる。
【００２３】
ここで、最も基本的な指標の求め方としては、検出対象と同じ物質を標準試料として用いることである。すなわち、予め濃度がわかっている資料を標準試料とし、その時の蛍光強度を測定して、濃度と蛍光強度との関係を求めておき、以後、同一物質について蛍光強度を測定することにより、前記関係を指標としてその物質の濃度を求めることが行われている。
【００２４】
標準液（標準試料）として用いるためには安定した蛍光特性を有することが重要であるが、検出対象の物質が、水に溶けにくい疎水性であるなど、安定した蛍光特性を持たない場合も多く、測定対象の物質を標準液として用いることができない場合が多い。
【００２５】
そこで、本発明では標準液としてシクロデキストリンを用いることを提案する。先ず、シクロデキストリンについて説明する。
【００２６】
シクロデキストリンは、グルコースがα−１，４グリコシド結合により環状に結合した化合物である。すなわち、周知のように、グルコースはC6H12O6で表わされ、炭素原子５個と酸素原子１個が環状になった構造をとる。このグルコースの１番目の炭素原子と、他のグルコースの４番目の炭素原子とをα結合することにより、複数のグルコースを環状に結合したものがシクロデキストリンである。この環に含まれるグルコースの数が6個のものがα―シクロデキストリンであり、以下７個、８個、９個と増えるごとに、β―シクロデキストリン、γ―シクロデキストリン、δ―シクロデキストリンと名づけられている。
【００２７】
特徴としては、α、β、γの各シクロデキストリンは、天然に存在するオリゴ糖であり、食品添加物として使用されるなど、人体に対して安全である。また、環の外周が親水性であり、内周が疎水性であること、水に対して易溶性であることなどが挙げられる。用途としては、環の内部に疎水性物質の分子を入り込ませ（包接と呼ばれる）、疎水性物質の水溶性・分散性を向上させる目的に使用されている。具体的には、近年、抗酸化物質とされるα−リポ酸をγ―シクロデキストリンに包接させることで、溶解性を高め、飲料への効率的な配合に成功した例がある。
【００２８】
ここで、光学的な特徴の一例として、β―シクロデキストリンの蛍光スペクトルを図２に示す。図２では、０．１％のβ―シクロデキストリン水溶液の蛍光スペクトルを市販の蛍光分光光度計を用いて測定したもので、励起波長に対する蛍光波長での蛍光強度を３次元表示している。励起光波長が２３０ｎｍ前後において、領域Ａ及びＢで示す、蛍光波長２９０−３１０ｎｍ、３２０−３６０ｎｍ前後の、二つのピークが見られる。図３は、上記０．１％のβ―シクロデキストリン水溶液について、励起光の波長を２３０ｎｍとした場合の蛍光波長と蛍光強度との関係を２次元で表している。図３から明らかなように、前記図２で示したように、２９０−３１０ｎｍ、３２０−３６０ｎｍの二つのピークＡ，Ｂが見られる。
【００２９】
本発明では、以上のような特徴を持つシクロデキストリンの溶液を、蛍光測定の標準液に使用することとした。その結果、従来よりも安全性の高い測定が行える。また、測定操作に伴う溶液の安全性はもちろんのこと、廃液は稀釈放流でき簡便であるという効果を得られる。
【００３０】
例えば、検出対象が水中又は水の表面に存在する有機物であり、かつ、その有機物が疎水性であるとする。この場合、検出対象の有機物は疎水性であることから水溶性が低く、液中に均一に分散させることが難しい。したがって、安定した蛍光特性が得られないので、この測定対象の有機物そのものを標準液として、装置を構成することができない。このような測定対象として、水中に懸濁した灯油を例にとって説明する。
【００３１】
灯油は単一化合物ではなく、内容物の組成や比率が一定しない混合物である。このような試料を測定する場合には、予め、測定対象である灯油を用いて校正を行うことが望ましい。しかし、灯油は数mg/L程度でも水中では微小球となり、溶解しない。また、均一に分散させることも難しい。よって、蛍光法による灯油の測定のためには、灯油自体を用いた標準液の設定が困難である。
【００３２】
このように測定もしくは検出対象自身を用いた標準液の設定が困難である場合、代替物質にとして、水溶性であるシクロデキストリンを用いることで、容易に標準液を作成することができる。しかも安全であり、使用後は下水に放流可能である。
【００３３】
例えば、β―シクロデキストリン溶液を用い、励起光の波長を２２０ｎｍ−２４０ｎｍとし、蛍光波長２９０ｎｍ―３６０ｎｍの範囲を含む測定波長領域とすると、より効果的に指標として用いることができるようになる。これは、図２及び図３で示したβ―シクロデキストリンの光学特性が裏づけである。すなわち、図４は、灯油を水中に懸濁させた際の励起光２３０ｎｍでの蛍光スペクトルを示しており、２９０ｎｍと３４０ｎｍとにピークを持ち、β―シクロデキストリンと同等の光学特性を有する。
【００３４】
このように、β―シクロデキストリンと同じ蛍光波長にピークを有する灯油に対しては、水溶性で安定した蛍光特性を有するβ―シクロデキストリンを代替の標準液として用いることができる。もちろん、この場合は、予め基準濃度に対するシクロデキストリンの蛍光強度と灯油の蛍光強度物との相関関係を採っておき、シクロデキストリンで測定した基準となる蛍光強度を、灯油の蛍光強度に換算して校正する。
【００３５】
以上のことから、水溶性で安定した蛍光特性を有するβ―シクロデキストリンを、灯油を測定もしくは検出対象とした場合の標準液として用い、校正することができるので、正確な灯油の濃度測定もしくは検出を行うことができる。また、取扱が容易であり、安全性が向上すると共に、廃液処理に当っても周囲環境に悪影響を与えることはない。
【００３６】
なお、測定対象は灯油に限定されるものではなく、石油由来の油であれば、効果的に指標として用いることができる。例えば、図５はＡ重油を水中に懸濁させた際の励起光２３０ｎｍでの蛍光スペクトルを示し、図６は軽油を水中に懸濁させた際の励起光２３０ｎｍでの蛍光スペクトルを示す。Ａ重油は３４０ｎｍの蛍光波長にピークを持ち、軽油も３４０ｎｍにピークを持つ。よって、これら石油由来の油を測定対象とした場合には、β―シクロデキストリンの蛍光発光領域と重なり、効果的な指標となる。
【００３７】
これらの油は工業的によく使用されるものであり、排水への混入事例も多い。そこで、上述の校正法を用いることで、蛍光法による油混入検出装置を安全かつ簡単に校正することができる。
【００３８】
図７は、上述した工場排水への灯油や重油等の油分混入を検出する装置のように、工業的に使用する専用連続計器の構成例を示している。このような装置では、送液手段１４を用いて灯油が懸濁した水（検出対象）を水路１５よりサンプリングし、フローセル１３を用いて連続的に流通させる。このような構成により、水中に懸濁した灯油の有無を検出、もしくは濃度の測定、を連続的に行うことができる。
【００３９】
次に、図８で示す実施の形態を説明する。この実施の形態は、シクロデキストリンの包接能力を用いたものである。図８で示す工業的に使用する専用連続計器では、測定対象の有機物がアミノ酸やビタミン、コエンザイムＱなどに代表される、生体由来物質であるものとし、その製造工程におけるプロダクト量をモニタリングする装置について説明する。
【００４０】
これら生体由来の物質は、その構造の複雑さ、不斉炭素の多さにより化学合成が難しいこと、それに食品への利用への安全性を考慮することなどから、植物、藻類等の天然物から抽出したり、酵母、微細藻類などに代表される微生物に生産させる工程を経ることが多い。ここでは反応槽１６内において発酵処理により生産される該生体由来物質を、送液手段１４により反応槽１６から一部サンプリングし、フローセル１３に送液することで、蛍光法による連続的な検出もしくは測定を行うものである。なお、必要に応じて反応槽への送液途中にｐＨ調製手段や稀釈手段などを加えても良い。
【００４１】
この場合も、生体由来物質の検出もしくは測定に先立って装置の校正を行うが、その標準液として、測定対象の物質が水に難溶性である場合は、そのままでは標準液としては用いることができない。そこで、シクロデキストリンの包接能力を利用し、水への溶解性を向上させることにより測定対象そのものを標準液として用いるようにした。
【００４２】
例えば、測定対象が水に難溶性のアミノ酸やその誘導体およびそれらを含むペプチドなどである場合、特にトリプトファン、チロシンやヒスチジンのように分子内に芳香環等の蛍光を発する構造を持つものに関し、予め該シクロデキストリンに包接した該アミノ酸を用いることで、溶解性を向上させ、測定対象そのものを標準液として用いる。この場合、測定対象の光学特性（例えば、トリプトファン：励起光２９５ｎｍにおける蛍光強度のピーク波長は３４０ｎｍ。チロシン：励起光２５０ｎｍにおける蛍光強度のピーク波長は３００ｎｍ。）は、シクロデキストリンと異なるため、シクロデキストリンの光学特性が、測定対象の基準測定値に影響を与えることはない。
【００４３】
このように、シクロデキストリンに包接した測定対象を標準液として装置の校正を行った後、反応槽１６内の反応液そのものの一部を送液手段１４によりサンプリングし、フローセル１３に流すことにより、測定対象の製造工程におけるプロダクト量のモニタリングを、安定かつ正確に行うことができる。
【００４４】
また、該生体由来物質がすぐに酸化されてしまうなど安定性に問題がある場合、そのままでは該生体由来物質そのものを標準液として用いることは困難である。しかし、予めシクロデキストリンに包接することで、化合物としての安定性もしくは寿命を高めることができ、このことからも測定対象そのものを標準液として用いることができるようになる。
【００４５】
また、生体由来物質が稀少糖や一部ビタミン類、新規医薬品用途化合物などであり、貴重・稀少もしくは高価である場合や、すぐに酸化されてしまうなど安定性に問題がある場合には、該生体由来物質そのものを標準液として用いることは困難である。このため、図８で示した励起光４により受光器９が受光可能な波長領域の蛍光８を発する代替物質を用いて標準液を作成することが考えられる。しかし、同一の励起波長域および蛍光波長域を持つ物質を探索することは非常に手間のかかる作業であり、しかも標準液作成のために水溶性のよい化合物を探索するとなると、非常に選択肢が狭くなる。
【００４６】
そこで、シクロデキストリンにより、予め蛍光波長領域の明らかな疎水性の蛍光物質を包接するようにすれば、標準液に用いる物質の選択肢が広がり、標準液の設定に必要な労力を軽減できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る有機物検出装置の一実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明に用いるクロデキストリンの光学特性の一例を３次元表示した図である。
【図３】本発明に用いるクロデキストリンの光学特性の一例を２次元表示した図である。
【図４】本発明における測定もしくは検出対象物質の一例である灯油に関する光学特性例を示す図である。
【図５】本発明における測定もしくは検出対象物質の一例であるＡ重油に関する光学特性例を示す図である。
【図６】本発明における測定もしくは検出対象物質の一例である軽油に関する光学特性例を示す図である。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す構成図である。
【図８】本発明のさらに他の実施の形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    光源
３    第１の分光手段
４    励起光
５    測定対象
７    第２の分光手段
８    蛍光
９    受光器
１３    フローセル
１４    送液手段
【図１】
2008196890.tif 000003
【図２】
2008196890.tif 000004
【図３】
2008196890.tif 000005
【図４】
2008196890.tif 000006
【図５】
2008196890.tif 000007
【図６】
2008196890.tif 000008
【図７】
2008196890.tif 000009
【図８】
2008196890.tif 000010