(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を内部に有する筒状体と、前記光源からの光を検出する光検出器を内部に有する筒状体とを測定試料中において離間して配置し、少なくとも一方の筒状体を回転させて前記２つの筒状体の対向面間の距離を周期的に拡縮して、その対向面間に介在する測定試料を分析する測光分析計であって、
前記筒状体の回転の位相を検出する位相検出部と、
前記対向面間の距離が最小となるときの位相と前記対向面間の距離が最大となるときの位相との間で、前記光検出器からの光強度信号をサンプリングする複数の位相を変更可能に設定する位相設定部と、
前記位相検出部からの位相検出信号に基づいて、前記位相設定部により設定された複数の位相における光強度信号を受け付ける信号受付部と、
前記信号受付部が受け付けた各位相における光強度信号を比較することにより前記測定対象を分析する比較分析部と、を備えている測光分析計。
【請求項２】
前記信号受付部が、前記位相検出部からの位相検出信号が示す前記筒状体の回転位相と、前記位相設定部が設定した各位相とが同一であるときに、前記回転位相の光強度信号を受け付けるものである請求項１記載の測光分析計。
【請求項３】
前記筒状体が、ステッピングモータにより回転されるものであり、
前記位相検出部が、前記ステッピングモータへのパルス列信号を用いて、前記筒状体の回転の位相を検出する請求項１又は２記載の測光分析計。
【請求項４】
前記位相検出部が、エンコーダからの信号を用いて、前記筒状体の回転の位相を検出する請求項１又は２記載の測光分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、工場排水や河川などに含まれる有機性物質の吸光度等を測定する測光分析計に関し、特に、簡単且つ迅速にセル長を変更することができ、同期回路を用いることなく連続測定ができる測光分析計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  この測光分析計に関して、本出願人は特許文献１に示すように、２つの筒状体を測定試料中に離間させて平行に配置し、少なくとも１つの筒状体を回転させることにより２つの筒状体の対向面間の距離を周期的に可変にして、対向面間に介在する測定試料の吸光度を測定する発明をしている。この発明は、対向面間の距離が最短距離及び最長距離の場合を利用して、それら２点の光強度信号を比較することにより測定試料の吸光度を測定するというものである。【０００３】  しかしながら、このようなものでは対向面間の可変幅、つなわち、最長距離と最短距離との差が一定であることから、測光分析計の測定レンジが一意的に定まってしまい、そのレンジを超えた低濃度から高濃度の測定試料では、濃度によっては充分な測定結果を得ることができないという問題がある。そして、従来は是を解決するために、前記可変幅が物理的に異なる複数種類の装置を用意せざるを得ないのが実情である。
【特許文献１】特開  昭５６−１０２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、物理的な変更を施すことなく無理なく測定レンジを広げて、低濃度の測定試料から高濃度の測定試料まで測定することができる測光分析計を提供することをその主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち本発明に係る測光分析計は、光源を内部に有する筒状体と、前記光源からの光を検出する光検出器を内部に有する筒状体とを測定試料中において離間して配置し、少なくとも一方の筒状体を回転させて前記２つの筒状体の対向面間の距離を周期的に拡縮して、その対向面間に介在する測定試料を分析する測光分析計であって、前記筒状体の回転の位相を検出する位相検出部と、前記対向面間の距離が最小となるときの位相と前記対向面間の距離が最大となるときの位相との間で、前記光検出器からの光強度信号をサンプリングする複数の位相を変更可能に設定する位相設定部と、前記位相検出部からの位相検出信号に基づいて、前記位相設定部により設定された複数の位相における光強度信号を受け付ける信号受付部と、前記信号受付部が受け付けた各位相における光強度信号を比較することにより前記測定対象を分析する比較分析部と、を備えていることを特徴とする。ここで、対向面間の距離が最小となるときの位相と前記対向面間の距離が最大となるときの位相との間とは、対向面間の距離が最小となるときの位相、及び対向面間の距離が最大となるときの位相もその範囲内に含むものとする。
【０００６】  このようなものであれば、対向面間の距離が最小となるときの位相と対向面間の距離が最大となるときの位相との間で、前記光検出器からの光強度信号をサンプリングする位相を変更可能に設定できるので、物理的な変更を施すことなく測定レンジを広げることができ、低濃度の測定試料から高濃度の測定試料まで測定することができる測光分析計を提供することができる。【０００７】  具体的な実施の態様としては、前記筒状体が、ステッピングモータにより回転されるものであり、前記位相検出部が、前記ステッピングモータへのパルス列入力信号を用いて、前記筒状体の回転の位相を検出することが好ましい。【０００８】  このようなものであれば、ステッピングモータを用いているので、インダクションモータのように電源周波数影響を受けず、回転速度を正確にすることができ、測定精度を確保することができる。【０００９】  ステッピングモータの他に、回転数の制御が可能となる他のモータを使用しても良い。【００１０】  その他には、前記位相検出部が、エンコーダからの信号を用いて、前記筒状体の回転の位相を検出するものであることが考えられる。
【発明の効果】
【００１１】
このように本発明によれば、対向面間の距離が最小となるときの位相と対向面間の距離が最大となるときの位相との間で、前記光検出器からの光強度信号をサンプリングする位相を変更可能に設定できるので、物理的な変更を施すことなく測定レンジを広げることができ、低濃度の測定試料から高濃度の測定試料まで測定することができる測光分析計を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】  ＜第１実施形態＞【００１３】  次に、本発明の測光分析計の第１実施形態について図面を参照して説明する。【００１４】  本実施形態に係る測光分析計１は、測定試料（排水）Ｗ中の有機性汚濁物質を測定するためのものであり、図１に示すように、光源２を内部に有する第１筒状体２１と、前記光源２からの光を検出する光検出器３を内部に有する第２筒状体３１と、これら２つの筒状体２１、３１が平行に離間して配置され、測定試料Ｗを収容する分析漕４と、当該分析槽４内で２つの筒状体２１、３１の対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌを周期的に拡縮させる駆動部５と、光検出器３から光強度信号を受け付け、所定の演算を行い測定試料Ｗを分析する情報処理装置６とからなる。【００１５】  各部を説明する。【００１６】  第１筒状体２１及び第２筒状体３１は、測定試料Ｗ中に平行に離間して配置される有底の円筒形状をなすものである。その側周壁は測定波長透過材料により形成され、本実施形態では、透過率の良い石英を用いている。【００１７】  第１筒状体２１内には、その筒状体２１の中心軸から偏心した位置に光源２を設けており、本実施形態では、光源２として低圧水銀放電管を用いている。第２筒状体３１内には、その筒状体３１の中心軸から偏心した位置に２つの光検出器３ａ、３ｂを中心軸に沿って配置しており、本実施形態では、光検出器３ａ、３ｂとしてシリコンフォトダイオードを用いている。【００１８】  そして、それぞれの光検出器３ａ、３ｂを紫外線検出用及び可視光線検出用とするために、光検出器３ａ、３ｂの光源２側前方にはそれぞれ紫外線検出用干渉フィルタ（２５４ｎｍ）７ａ及び可視光線検出用干渉フィルタ（５４６ｎｍ）７ｂを設けている。【００１９】  第１筒状体２１及び第２筒状体３１の外部には、その外周面を洗浄するための洗浄機構を設けている。この洗浄機構は、第１筒状体及び第２筒状体の対向面２１Ａ、３１Ａの反対側の外周面に摺接するワイパ２２、３２と、このワイパ２２、３２を筒状体２１、３１の偏心回転に追従させて往復運動をさせるワイパ取付板２２１、３２１とから構成される。【００２０】  駆動部５は、筒状体２１、３１を回転駆動させるためのモータ５１と、第１筒状体２１の上端部に延設され、光源２の同心軸上にある第１回転軸５２と、第２筒状体３１の上端部に延設され、光検出器３ａ、３ｂの同心軸上にある第２回転軸５３と、モータ５１の回転運動を２つの筒状体２１、３１に伝達して、第１筒状体２１をその中心軸線から偏心した回転軸を中心に偏心回転させ、第２筒状体３１をその中心軸線から偏心した回転軸を中心に偏心回転させるギヤ５４とからなる。なお、この実施形態では、第１筒状体２１の回転軸上に光源２を配置し、この光源２を中心に偏心回転させ、第２筒状体の回転軸上に光検出器３ａ、３ｂを配置し、この光検出器３ａ、３ｂを中心に偏心回転させるようにしている。【００２１】  モータ５１を駆動させることにより、図２に示すように、第１筒状体２１及び第２筒状体３１が偏心回転をして、光検出器３ａ、３ｂが検出する光強度信号及び対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離が周期的に変化する。モータ５１は、４８ステップで一回転するステッピングモータである。そして、���テッピングモータ５１の回転位置（位相θ５１）、すなわち第１筒状体２１と第２筒状体３１との対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌと光検出器３ａ、３ｂが受光する光強度信号のサンプリングを同期させる必要があるため原点検出部たるフォトインタラプタ８を第２回転軸５３に設けている。なお、フォトインタラプタ８を第１回転軸５２に設けても良い。【００２２】  情報処理装置６は、ステッピングモータ５１を制御するとともに、光検出器３ａ、３ｂから光強度信号を受け付けて、所定の演算を行い測定試料Ｗを分析するものである。その機器構成は図３に示すように、ＣＰＵ６０１、内部メモリ６０２、入出力インタフェース６０３、ＡＤ変換器６０４等からなる汎用又は専用のコンピュータであり、前記内部メモリ６０２の所定領域に格納してあるプログラムに基づいてＣＰＵ６０１やその周辺機器等が作動することにより、図４に示すように、モータ制御部６１、位相検出部６２、位相設定部６３、信号受付部６４、距離算出部６５、比較分析部６６等として機能する。【００２３】  以下に各部６１〜６６について説明する。【００２４】  モータ制御部６１は、ステッピングモータ５１にパルス列信号を出力することによりステッピングモータ５１を回転させるものである。また、回転誤差が生じないように、原点検出部８から原点検出信号を受け付けステッピングモータ５１の回転位相を制御する。さらに、ステッピングモータ５１に出力するパルス列信号を位相検出部６２にも出力する。【００２５】  位相検出部６２は、第１筒状体２１及び第２筒状体３１の位相θ２１、θ３１を検出するものである。本実施形態では、ステッピングモータ５１の回転により第１筒状体２１及び第２筒状体３１がギヤ５４により連動して回転するので、ステッピングモータ５１の回転の位相θ５１を知ることができれば第１筒状体２１及び第２筒状体３１の回転位相θ２１、θ３１を検出することができる。ゆえに、位相検出部６２は、モータ制御部６１からステッピングモータ５１へのパルス列信号を受け付けて、そのパルス列信号に基づいてステッピングモータ５１の位相θ５１を検出するものである。【００２６】  位相設定部６３は、第１筒状体２１と第２筒状体３１との対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌが最小となるときの位相θ２１、θ３１と対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌが最大となるときの位相θ２１、θ３１との間で、光検出器からの光強度信号をサンプリングする複数の位相、すなわち、複数のサンプリングポイントである位相θＳを変更可能に設定し、その設定信号を信号受付部６４に出力するものである。【００２７】  具体的には、本実施形態では図５に示すように、対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌが最小となるときのステッピングモータ５１の回転位相θ５１と、対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌが最大となるときのステッピングモータ５１の回転位相θ５１との間に複数（図５では２つ）のサンプリングポイントである位相θＳを変更可能に設定するものである。なお、対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌが最小となるときの位相θ５１と前記対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌが最大となるときの位相θ５１との間とは、対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌが最小となるときの位相θ５１、及び対向面２１���、３１Ａ間の距離Ｌが最大となるときの位相θ５１もその範囲内に含むものとする。【００２８】  ここでサンプリングポイントである位相θＳとは、後述する信号受付部６４が光検出器３ａ、３ｂから光強度信号を受け付けるときの筒状体２１、３１の回転の位相θ２１、θ３１（本実施形態ではステッピングモータ５１の位相θ５１）である。位相設定部６３は、オペレータからの入力信号に基づいて複数のサンプリングポイントである位相θＳを設定できるようにしても良い。【００２９】  また、他に選択可能な複数のサンプリングポイントである位相θＳについて演算により濃度を求めて、複合的に処理することも可能である。【００３０】  信号受付部６４は、位相検出部６２からの位相検出信号が示すステッピングモータ５１の位相θ５１が、位相設定部６３が設定した各位相θＳと同一であるときに、光検出器３ａ、３ｂから光強度信号を受け付け、その光強度信号を比較分析部６６に出力するものである。【００３１】  距離算出部６５は、位相設定部６３が設定した２つの位相θＳにおける筒状体２１、３１の対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌを、その位相θＳに基づいて算出するものである。【００３２】  比較分析部６６は、信号受付部６４が紫外線検出用の光検出器３ａから受け付けた光強度信号を受信し、さらに距離算出部６５が算出した距離Ｌに基づいて、測定試料Ｗの紫外線吸光度を算出するものである。また、信号受付部６４が可視光線検出用の光検出器３ｂから受け付けた光強度信号を受信し、さらに距離算出部が算出した距離Ｌに基づいて、測定試料Ｗの可視光線吸光度を算出するものである。さらに、算出した紫外線吸光度及び可視光線吸光度を用いて、ＣＯＤ（化学的酸素要求量）を算出するものである。【００３３】  具体的な吸光度の算出方法について以下に説明する。【００３４】  一般に、測定試料Ｗの吸光度、光源２からの発光量及び光検出器３ａ、３ｂの受光量の関係は、【００３５】（数１）
ＬＯＧ［Ｉｏ／Ｉｃ］＝Ａｃ＊Ｃｃ＊Ｌ＝吸光度（Ａｂｓ．）【００３６】  となる。ここで、ＩＯは光源２の発光量であり、その光の吸収が無い場合の受光量を等しい。Ｉｃは光検出器３ａ、３ｂが受光した光量である。ＡＣは対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌの係数であり、対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌが決まれば決定する。ＣＣは測定試料Ｗの吸収物質の濃度である。Ｌは筒状体２１、３１の対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離である。【００３７】  本実施形態に係る測光分析計は、対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌが周期的に変化しているので、ある位相θ５１における状態（サンプリングポイントである位相θＳ）をｎを用いて表すと、【００３８】（数２）
ＬＯＧ［Ｉｏ／Ｉｃ（ｎ）］＝Ａｃ＊Ｃｃ＊Ｌ（ｎ）＝吸光度（Ａｂｓ．）【００３９】  となる。ここで、対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌが変化しても、光源２の強度、測定試料Ｗの濃度及び対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌの係数が変わらないものとする。【００４０】  次に、ｎ＝１の場合と、ｎ＝２の場合のＩｃ（１）、Ｉｃ（２）を測定して、差を取ると、【００４１】（数３）
ＬＯＧＩｃ（２）−ＬＯＧＩｃ（１）＝Ａｃ＊ＣＣ＊（Ｌ（１）−Ｌ（２））【００４２】  となる。この結果によれば、ＩＯの項がなくなり、吸光度が光源２の発光量とは関係が無くなることがわかる。【００４３】  したがって、対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌが例えば１０ｍｍのときの吸光度（ＡＣ＊ＣＣ＊１０）は、【００４４】（数４）
ＡＣ＊ＣＣ＊１０＝１０＊（ＬＯＧＩＣ（２）−ＬＯＧＩＣ（１））／（Ｌ（１）−Ｌ（２））  ・・・（式１）【００４５】  となる。つまり、対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌが１０ｍｍのときの吸光度は、２つのサンプリングポイントである位相θＳにおける対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌと、光検出器３ａ、３ｂの受光強度により測定することができる。【００４６】  次に、本実施形態の測光分析計１の動作について説明する。【００４７】  測定試料Ｗを分析槽に収容して、第１筒状体２１及び第２筒状体３１を測定試料Ｗ中に浸漬させる。【００４８】  そして、ステッピングモータ５１を駆動させることにより、第１筒状体２１と第２筒状体３１を偏心回転させて、対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離を周期的に変化させる。このとき、光検出器３ａ、３ｂが対向面２１Ａ、３１Ａ間に介在する測定試料Ｗを透過した透過光を検出している。ここで、信号受付部６４が光検出器３ａ、３ｂから光強度信号を受け付けるサンプリングポイントである位相θＳは、測定前にオペレータが予め定めたものであるとする。【００４９】  サンプリングポイントである位相θＳにおいて信号受付部６４が光強度信号を受け付けて、比較分析部６６に出力する。信号受付部６４から光強度信号を受け付けた比較分析部は、２つのサンプリングポイントである位相θＳにおける光強度信号及び距離算出部６５が算出した対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌを用いて紫外線吸光度及び可視光線吸光度を算出する。さらに、これら吸光度から測定試料ＷのＣＯＤ（化学的酸素要求量）を算出する。【００５０】  このように構成した本実施形態の測光分析計１によれば、対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌが最小となるときの位相θ５１と対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌが最大となるときの位相θ５１との間で光強度信号をサンプリングする位相θＳを変更可能に設定できるので、物理的な変更を施すことなく安価に測定レンジを広くすることができ、低濃度の測定試料Ｗから高濃度の測定試料Ｗまで測定することができる。【００５１】  また、駆動部５のモータ５１としてステッピングモータを用いているので、角度誤差が小さいので、高い測定精度を確保することができる。【００５２】  ＜第２実施形態＞【００５３】  次に、本発明の測光分析計の第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、前記第１実施形態に対応するものには同一の符号を付している。【００５４】  本実施形態に係る測光分析計１は、前記第１実施形態とは異なり、情報処理装置６の機能構成が異なる。つまり、本実施形態に係る情報処理装置６は、図６に示すように、モータ制御部６１、位相検出部６２、位相設定部６３、信号受付部６４、係数算出部６７、比較分析部６６等として機能する。【００５５】  位相設定部６３は、第１筒状体２１と第２筒状体３１との対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌが最小となるときの位相θ２１、θ３１と対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌが最大となるときの位相θ２１、θ３１との間で、光検出器からの光強度信号をサンプリングする複数のサンプリングポイントである位相θＳを変更可能に設定し、その設定信号を信号受付部６４に出力するとともに、係数算出部６７に出力するものである。【００５６】  係数算出部���７は、位相設定部６３が予め設定した位相θＳにおいて、濃度が既知の測定試料（例えば校正液）Ｗを測定した結果を受信して、その測定結果から対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌを算出し、さらに、２つのサンプリングポイントである位相θＳにおける算出した対向面２１Ａ、３１Ａ間の距離Ｌを用いて前記第１実施形態の（式１）における係数Ｋ（＝１０／（Ｌ（１）−Ｌ（２）））を算出するものである。【００５７】  比較分析部６６は、信号受付部６４が光検出器３ａ、３ｂから受け付けた光強度信号を受信し、さらに係数算出部６７が算出した係数Ｋに基づいて、前記第１実施形態の（式１）により測定試料Ｗの紫外線吸光度、可視光線吸光度及びＣＯＤを算出するものである。【００５８】  次に、本実施形態の測光分析計１の動作について説明する。【００５９】  まず、分析槽４に濃度が既知の測定試料（例えば校正液）Ｗを収容して、第１筒状体２１及び第２筒状体を測定試料Ｗ中に浸漬させる。そして、前記第１実施形態と同様に、位相設定部６３が予め設定した位相θＳにおいて吸光度の測定を行う。その測定結果に基づいて係数算出部６７が係数Ｋを算出する。【００６０】  その後、分析槽４から校正液Ｗを取り除き、濃度が未知の測定試料Ｗを収容して、第１筒状体２１及び第２筒状体を測定試料Ｗ中に浸漬させる。【００６１】  そして、前記第１実施形態と同様にして、信号受付部６４がサンプリングポイントである位相θＳにおいて光強度信号を受け付けて、比較分析部６６に出力する。比較分析部６６は、２つのサンプリング位相θＳにおける光強度信号及び係数算出部６７が算出した係数Ｋを用いて紫外線吸光度及び可視光線吸光度を算出する。さらに、これら吸光度から測定試料ＷのＣＯＤ（化学的酸素要求量）を算出する。【００６２】  このように構成した本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様に、物理的な変更を施すことなく安価に測定レンジを広くすることができ、低濃度の測定試料Ｗから高濃度の測定試料Ｗまで測定することができる。【００６３】  なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。【００６４】  例えば、前記実施形態では、駆動部のモータにはステッピングモータを用いたが、ステッピングモータ以外のモータ、例えばＡＣモータを用いても良い。この場合には、エンコーダを用いてＡＣモータの回転位相を検出する。【００６５】  また、他のモータであっても位相との関係がわかるものであれば使用することができる。【００６６】  また、ステッピングモータへのパルス列信号を用いて位相を検出したが、それぞれの筒状体の位相を個別に検出するようにしても良い。【００６７】  さらに、前記実施形態では、第１筒状体及び第２筒状体を偏心回転させることにより対向面間の距離を周期的に変化させるようにしているが、一方の筒状体を偏心回転させ、他方の筒状体を固定させて、対向面間の距離を周期的に変化させるようにしても良い。【００６８】  その上、前記実施形態の筒状体は円筒形状であるが、楕円筒形状等であっても良い。【００６９】  加えて、前記実施形態では、光検出器を紫外線検出用及び可視光線検出用の２つ用いたが、１つの光検出器を用いて紫外線及び可視光線を検出するようにしても良い。この場合には、紫���線検出用干渉フィルタと可視光線検出用干渉フィルタとを交互に切り換えることにより紫外線及び可視光線を検出する。【００７０】  その他、前述した各実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記各実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る測光分析計の概略構成図。
【図２】同実施形態における筒状体の偏心回転及びそのときの光強度信号及び対向面間の距離の変化を示す図。
【図３】同実施形態における情報処理装置の機器構成図。
【図４】同実施形態における情報処理装置の機能構成図。
【図５】同実施形態におけるサンプリングポイントである位相の設定範囲を示す図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る測光分析計の情報処理装置の機能構成図。
【符号の説明】
【００７２】１・・・測光分析計
２・・・光源
３・・・光検出器
２１、３１・・・筒状体（第１筒状体、第２筒状体）
Ｗ・・・測定試料
２１Ａ、３１Ａ・・・対向面
Ｌ・・・対向面間の距離
６２・・・位相検出部
θ・・・位相
θＳ・・・サンプリングポイントである位相
６３・・・位相設定部
６４・・・信号受付部
６６・・・比較分析部
５１・・・ステッピングモータ
【図１】
0004627022.tif 000002
【図２】
0004627022.tif 000003
【図３】
0004627022.tif 000004
【図４】
0004627022.tif 000005
【図５】
0004627022.tif 000006
【図６】
0004627022.tif 000007