(57)【要約】  【解決手段】  液体中の分析物を検出および定量するシステムには、バイアル（８０２）に配置される１またはそれ以上の投与前試薬（８０６）を含むバイアル（８０２）を含む。前記バイアル（８０２）は、分析物（８１０）を含む一定量の液体（８０８）を保持するように構成される。前記１またはそれ以上の投与前試薬は前記一定量の液体（８０８）に溶解し、発色団またはフルオロフォアを有するサンプル溶液を形成する。前記分析物（８１０）および前記１またはそれ以上の投与前試薬は、反応して前記発色団またはフルオロフォアを生じさせる。前記システムは、さらに、前記バイアル（８０２）を保持するように構成されたチャンバー（８２４）を含む検出機器（８０４）を含み、前記検出機器はサンプル溶液中の前記分析物（８１０）を定量するように構成される。  【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中の分析物を検出および定量するシステムであって、前記システムは、
その中に配置された１またはそれ以上の投与前試薬を有するバイアルであって、前記バイアルは分析物を有する一定量の液体を収納および保持するように構成され、前記１またはそれ以上の投与前試薬は前記一定量の液体に溶解されて発色団またはフルオロフォアを有するサンプル溶液を形成し、前記分析物および前記１またはそれ以上の投与前試薬が反応して前記発色団またはフルオロフォアを生じさせる、前記バイアルと、
前記バイアルを保持するように構成されたチャンバーを有する検出機器であって、前記検出機器は前記サンプル溶液中の前記分析物を定量するように構成される、前記検出機器と、
を有するシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記投与前試薬は凍結乾燥固体試薬を有するシステム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、前記分析物の定量は前記サンプル溶液中の前記発色団またはフルオロフォアの定量を有するシステム。
【請求項４】
請求項３記載のシステムにおいて、前記検出機器は、さらに、複数の光源を有し、各光源は前記バイアル中の前記サンプル溶液に光を発光するように構成されるシステム。
【請求項５】
請求項４記載のシステムにおいて、前記検出機器は、さらに、前記複数の光源の少なくとも１つと反対にあるチャンバーに配置された第１の感光検出器を有するシステム。
【請求項６】
請求項５記載のシステムにおいて、前記検出機器は、さらに、複数の光源からの直接光からオフセットされた角度に配置された第２の感光検出器を有するシステム。
【請求項７】
請求項６記載のシステムにおいて、前記複数の光源は固定周波数で変調されるシステム。
【請求項８】
請求項６記載のシステムにおいて、前記第１の感光検出器は、前記複数の光源からの光シグナルを電圧シグナルに変換するように構成された光検出器と、前記電圧シグナルを増幅するように構成された増幅器と、前記電圧シグナルを直流シグナルに変換するように構成された復調器とを有するシステム。
【請求項９】
請求項８記載のシステムにおいて、前記検出機器は、さらに、前記直流シグナルを測定するアナログ・デジタル変換器を有するコントロールシステムを有するシステム。
【請求項１０】
請求項６記載のシステムにおいて、前記第１の感光検出器は前記サンプル溶液を通過する光の透過を検出するシステム。
【請求項１１】
請求項６記載のシステムにおいて、前記第２の感光検出器は前記サンプル溶液からの光の蛍光を検出するシステム。
【請求項１２】
請求項３記載のシステムにおいて、前記検出機器は、さらに、前記サンプル溶液を通過する光シグナルを検出し、かつ前記検出された光シグナルをデジタルシグナルに変換して、前記サンプル溶液中の前記発色団またはフルオロフォアを定量するように構成されるシステム。
【請求項１３】
液体中の分析物を検出および定量する検出機器であって、前記検出機器は、
その中に配置された１またはそれ以上の投与前試薬を有するバイアルを収納および保持するように構成されたチャンバーであって、前記バイアルは分析物を有する一定量の液体を収納および保持するように構成され、前記１またはそれ以上の投与前試薬は前記一定量の液体に溶解されて発色団またはフルオロフォアを有するサンプル溶液を形成し、前記分析物および前記１またはそれ以上の投与前試薬が反応して前記発色団またはフルオロフォアを生じさせる、前記チャンバーと、
複数の光源であって、各光源は前記バイアル中のサンプル溶液に光を発光するように構成される、前記複数の光源と、
前記複数の光源の少なくとも１つと反対にあるチャンバーに配置された第１の感光検出器と、
複数の光源からの直接光からオフセットされた角度に配置された第２の感光検出器と、
を有する検出機器。
【請求項１４】
請求項１３記載の検出機器において、前記第１の感光検出器は、前記複数の光源からの光シグナルを電圧シグナルに変換するように構成された光検出器と、前記電圧シグナルを増幅するように構成された増幅器と、前記電圧シグナルを直流シグナルに変換するように構成された復調器とを有する検出機器。
【請求項１５】
液体中の分析物を検出および定量する方法であって、前記方法は、
分析物を有する一定量の液体を、前記一定量の液体に溶解する１またはそれ以上の投与前試薬を入れたバイアルに挿入し、発色団またはフルオロフォアを有するサンプル溶液を形成することによって、サンプル溶液を形成する工程であって、前記分析物および前記１またはそれ以上の投与前試薬が反応して前記発色団またはフルオロフォアを生じさせる、前記形成する工程と、
前記サンプル溶液中の前記発色団またはフルオロフォアを定量することによって、前記サンプル溶液中の前記分析物を定量する工程と、
を有する方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、前記サンプル溶液中の前記発色団またはフルオロフォアを定量する工程は、複数の光源の反対に配置された第１の感光検出器を用いて前記サンプル溶液を通過する光透過を検出する工程と、前記複数の光源から放出された直接光からオフセットされた第２の感光検出器を用いて前記サンプル溶液からの蛍光発光を検出する工程とを有する方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法であって、さらに、固定周波数で前記光源を変調する工程を有する方法。
【請求項１８】
請求項１６記載の方法であって、さらに、前記検出された光透過を電気シグナルに変換する工程を有する方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、前記検出された光透過を電気シグナルに変換する工程は、前記検出された光透過を電圧シグナルに変換する工程と、前記電圧シグナルを増幅する工程と、前記増幅された電圧シグナルを直流シグナルに変換する工程とを有する方法。
【請求項２０】
請求項１５記載の方法において、前記サンプル溶液中の前記分析物を定量する工程は、前記サンプル溶液の吸光度を検出する工程を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願書類の相互参照
本出願は、２０１５年８月３日に提出された米国仮出願第６２／２００，４８４号明細書（記録整理番号３５３８．２．１ｐ）の利益を請求するものであり、この参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
液体中の分析物（例えば、廃水中の汚染物質）検出には多数の有用な用途がある。例えば、製造中の汚染物質モニタリングは、水質が製造物に直接影響する場合、および許可への準拠を見るため廃水をモニタリングする場合に重要である。農業では、すでに注入により処分が予定された水を農業水利に適しているかを見るため、容易にモニタリングすることができる。栄養上重要な主要マクロおよびミクロミネラルを迅速に検出およびモニタリングできることで、大規模畜産経営体（Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ  Ａｎｉｍａｌ  Ｆｅｅｄｉｎｇ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ：ＣＡＦＯ）プログラムでは詳細なモニタリングが可能となり、生産を最適化し、廃棄物を最小限とすることができる。水質および廃水管理も、エネルギー生産および抽出に関与する産業および規制機関にとって重要である。
【０００３】
さらに、水圧破砕および横ボール法の革命により、かつては利用できなかったオイルおよびガスが商業的利益を持つようになっている。これらの方法は、大量の水の利用および管理に依存する。水質を迅速および正確に決定できるかが、現代の廃水の流れにおけるボーリング、破砕、および油田処理に重要である。具体的には、水中の構成要素は以下の理由から決定する必要がある。
【０００４】
１．水源の相互汚染が起こらないようにするため、考えられるボーリング領域を囲む天然帯水層内のベースラインの水質は、いかなるボーリング活動を開始する前にも測定し、ボーリングおよび生産プロセス中はモニタリングする必要がある。
【０００５】
２．金属（およびその他の無機イオン）および有機成分は、ボーリングスケジュールを最適化し、メンテナンスおよび機器費用を軽減し、環境基準を満たしつつ、帯水層をボーリングするため、ボーリング泥水の化学組成と適合している必要がある。
【０００６】
３．塩、金属イオン、陰イオン（特にホウ酸塩）および有機物をモニタリングし、破砕操作でのゲル化学組成を最適化する必要がある。（水質が管理されていないために破砕段階が不良であると、井戸の寿命が尽きるまで、何百万ドルもの費用がかかる可能性がある。）
【０００７】
４．地層によっては、オイル１バレルにつき水３〜１１バレルを収集し、この廃水は適切に回収、保存、および処分または最適に再利用する必要がある。（通常地層から産出される）通常の金属、陰イオン、微生物、および有機成分の正確な測定は、廃水の流れを混合し、スケーリングによるメンテナンスを軽減し、油田産生および廃水保存および輸送資産での腐食を予防するために重要である。
【０００８】
５．（特に産生された逆流廃水を利用する場合は）炭水化物の回収を最大限とし、その生成の損害を防ぐため、水成分のモニタリングはＥＯＲ（石油増進回収法）に重要である。
【０００９】
重要な水質モニタリングは、通常、（初期の油田化学開発および環境認定のための）認定検査室での検査および操作および廃水管理のための現地試験を組み合わせて行う。油田の現地化学検査は、通常、当初市政および井戸水の用途用に開発されたキットおよび器具に依存し、以下の問題が生じる。
【００１０】
１．ほとんどのキットは、時間のかかる希釈を要する限られたダイナミックレンジを有し、その結果精度が低下する。
【００１１】
２．多くのキットは滴定により、信頼性のある結果を生み出すために様々な訓練と経験を要する。（定量法を行う技術を身に付けた後も、利用する滴下数の計数法がばらつくため、精度の問題が生じる。）
【００１２】
３．正確な現地外の試験に必要な時間における相互汚染は、淡水源に大きく影響する可能性がある。
【００１３】
４．化学検査キットもかなり時間を消費し、希釈、試験の実施、および定量法間のクリーンアップも（特に分析スピードが破砕段階の失敗を防ぐ可能性がある破砕操作時に）肝心の時間を消費することが多い。
【００１４】
５．飲用水帯水層用に開発された方法は、油田水に認められる干渉を受ける可能性がある（その結果、破砕段階が上手くいかないことによる収入源と問題、水質検査結果が不正確または結果がないことによる構成および油田価値の阻害が起こる）。ｐＨをモニタリングするために開発された方法は、伝導率が非常に低い、または適度に高い場合は不正確になるという問題が起こる。
【００１５】
６．機器を使用する化学検査キットは、専門的なトレーニングと時間のかかる試薬の調製、および適切に機能させるために較正段階を要する。
【００１６】
迅速で感度の高い現地の水質モニタリングも、廃水放出が、農業、市政、および産業流出要件および廃水管理の重要段階における契約上または環境上の制限を満たしていることを確認するために重要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本出願の主題は、当該分野の現状に応じて、特に、現在利用できる技術ではまだ十分に解消されていない、分析物を定量する液体検査の欠点に応じて作成された。
【００１８】
１つの実施形態に従い、液体中の分析物を検出および定量するシステムには、その中に配置された１またはそれ以上の投与前試薬を含むバイアルを含む。前記バイアルは、分析物を含む一定量の液体を保持するように構成される。前記１またはそれ以上の投与前試薬は前記一定量の液体に溶解し、発色団またはフルオロフォアを有するサンプル溶液を形成する。前記分析物および前記１またはそれ以上の投与前試薬は、反応して前記発色団またはフルオロフォアを生じさせる。前記システムは、さらに、前記バイアルを保持するように構成されたチャンバーを含む検出機器を含み、前記検出機器はサンプル溶液中の前記分析物を定量するように構成される。
【００１９】
１つの実施形態に従い、前記投与前試薬には凍結乾燥固体試薬を含む。特定の実装では、前記分析物の定量がサンプル溶液中の前記発色団またはフルオロフォアを定量する工程を含む。
【００２０】
１つの実施形態に従い、前記検出機器は複数の光源を含み、各光源は前記バイアル中のサンプル溶液に発光するように構成されている。
【００２１】
一部の実装では、前記検出機器が、複数光源の少なくとも１つと反対にあるチャンバーに配置された、第１の感光検出器を含む。１つの実施形態に従い、前記第１の感光検出器はサンプル溶液を通る光の透過を検出する。
【００２２】
一部の実装に従い、前記検出機器には、複数の光源からの直接光からオフセットされた角度に配置された、第２の感光検出器を含む。１つの実施形態に従い、前記第２の感光検出器はサンプル溶液からの光の蛍光発光を検出する。
【００２３】
一部の実装では、前記複数の光源がそれぞれ固定周波数で変調される。
【００２４】
１つの実施形態に従い、前記第１の感光検出器には複数の光源からの光シグナルを電圧シグナルに変換するように構成された光検出器、前記電圧シグナルを増幅するように構成された増幅器、および前記電圧シグナルを直流シグナルに変換するように構成された復調器を含む。
【００２５】
一部の実装では、前記検出機器はさらに、前記直流シグナルを測定するアナログ・デジタル変換器を含むコントロールシステムを含む。
【００２６】
一部の実装では、前記検出機器はサンプル溶液を通過する光シグナルを検出し、検出された光シグナルをデジタルシグナルに変換して、前記サンプル溶液中の発色団またはフルオロフォアを定量するように構成されている。
【００２７】
１つの実施形態に従い、液体中の分析物を検出および定量する検出機器には、その中に配置された１またはそれ以上の投与前試薬を含むバイアルを収納および保持するように構成されたチャンバーを含む。前記バイアルは、分析物を含む一定量の液体を収納および保持するように構成され、前記１またはそれ以上の投与前試薬は前記一定量の液体に溶解し、発色団またはフルオロフォアを含むサンプル溶液を形成するように構成されている。前記分析物および前記１またはそれ以上の投与前試薬は、反応して前記発色団またはフルオロフォアを生じさせる。前記機器には複数の光源が含まれ、各光源は前記バイアル中のサンプル溶液に発光するように構成され、第１の感光検出器は前記複数の光源の少なくとも１つと反対にあるチャンバーに配置され、第２の感光検出器は複数の光源からの直接光からオフセットされた角度に配置される。
【００２８】
一部の実装では、前記第１の感光検出器には複数の光源からの光シグナルを電圧シグナルに変換するように構成された光検出器、前記電圧シグナルを増幅するように構成された増幅器、および前記電圧シグナルを直流シグナルに変換するように構成された復調器を含む。
【００２９】
１つの実施形態に従い、液体中の分析物を検出および定量する方法には、分析物を含む一定量の液体を、前記一定量の前記液体に溶解する１またはそれ以上の投与前試薬とともにバイアルに挿入し、発色団またはフルオロフォアを含むサンプル液を形成することで、サンプル溶液を形成する工程を含む。前記分析物および前記１またはそれ以上の投与前試薬は、反応して前記発色団またはフルオロフォアを生じさせる。前記方法には、前記サンプル溶液中の前記発色団またはフルオロフォアを定量することで、前記サンプル溶液中の前記分析物を定量する工程を含む。
【００３０】
一部の実装では、前記サンプル溶液中の発色団またはフルオロフォアの定量が、複数の光源の反対に配置された第１の感光検出器により前記サンプル溶液を通る光透過を検出する工程、および前記複数の光源からの直接発光からオフセットされて配置された第２の感光検出器により前記サンプル溶液からの蛍光発光を検出する工程を含む。
【００３１】
１つの実施形態に従い、前記方法には固定周波数で前記光源を変調する工程を含む。
【００３２】
一部の実施形態に従い、前記方法には前記検出された光透過を電気シグナルに変換する工程を含む。一部の実装では、前記検出された光透過の電気シグナルへの変換が、前記検出された光透過を電圧シグナルに変換する工程、前記電圧シグナルを増幅する工程、および前記増幅された電圧シグナルを直流シグナルに変換する工程を含む。
【００３３】
一部の実施形態に従い、前記サンプル溶液中の分析物の定量には、前記サンプル溶液の吸光度を検出する工程を含む。
【００３４】
本開示の主題について説明された特徴、構造、利点、および／または特徴は、１またはそれ以上の実施形態および／または実装のいかなる適切な方法でも併用することができる。以下の説明では、多数の具体的詳細が提供され、本開示の主題の実施形態について十分な理解を与える。関連分野の当業者は、本開示の主題は、特定実施形態または実装の具体的特徴、詳細、コンポーネント、材料および／または方法の１またはそれ以上を用いずに実行できることを認識するだろう。他の事例では、追加の特徴および利点が、すべての実施形態または実装に存在しない特定の実施形態および／または実装で認識されることがある。さらに、一部の事例では、本開示の前記主題の態様を曖昧にすることを避けるため、周知の構造、材料、または操作は詳細に図示または説明されない。本発明の前記主題の特徴および利点は、以下の説明および添付の請求項からさらに十分に明らかとなり、または以下に示されるとおり、前記主題の実施により習得される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
本開示の主題の利点を理解しやすくするため、前記主題のより詳しい説明が、添付の図で図示される具体的実施形態を参照して与えられる。これらの図が本開示の主題の典型的実施形態のみを表し、したがって、その範囲を限定するものとは考えられないことは理解され、以下の添付の図を用いて前記主題はさらに具体的かつ詳細に説明される：
【図１】図１は、１つの実施形態に従い、水を検査する方法のフローチャート図である。
【図２Ａ】図２Ａは、１つの実施形態に従い、検査される水を一定量含むバイアルの透視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、１つの実施形態に従う図２Ａのバイアルの横断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、１つの実施形態に従うスぺクトロメーター機器の透視図である。
【図３】図３は、１つの実施形態に従うスぺクトロメーター機器の操作に関する回路図である。
【図４】図４は、１つの実施形態に従い、様々なサイズのラテックスミクロスフェアについて、廃水中の固体の関数として吸光度（波長７７０ｎｍ）を示した図である。
【図５Ａ】図５Ａは、１つの実施形態に従い、様々な濃度のイオンについて波長の関数として吸光度を示した図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、１つの実施形態に従い、様々な波長についてイオン濃度の関数として吸光度を示した図である。
【図６Ａ】図６Ａは、１つの実施形態に従い、様々な量の硫酸塩について波長の関数として吸光度を示した図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、１つの実施形態に従い、様々な波長について硫酸塩濃度の関数として吸光度を示した図である。
【図７Ａ】図７Ａは、１つの実施形態に従い、様々な量の塩化物について波長の関数として蛍光強度を示した図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、塩化物濃度の関数として、純水対水＋塩化物の蛍光発光の比を示した図である。
【図８】図８は、液体中の分析物を検出および定量するシステムに関する実施形態の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本開示の主題は、水および他の液体の検査手順に関する当該分野の現状に応じて作成された。したがって、本開示の主題は、先行技術の欠点の多くまたはすべてまたは一部を克服する、水および他の液体の汚染物質を試験する装置、システム、および方法を提供するために作成された。
【００３７】
本明細書全体の特徴、利点、または同等の言語の参照は、本開示の主題により認められる特徴および利点が前記主題の単一の実施形態に入る（はずである）ことを意味しない。むしろ、前記特徴および利点を参照した言語は、実施形態と関連して説明された具体的特徴、利点、または特徴が、本開示の主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味するものと理解される。したがって、前記特徴および利点に関する議論、および同様の言語は、本明細書の中で同じ実施形態を指す可能性はあるが、必ずしもこれを指すわけではない。
【００３８】
さらに、本開示の主題の説明された特徴、構造、利点、および／または特徴は、１またはそれ以上の実施形態および／または実装のいかなる適切な方法でも併用することができる。以下の説明では、多数の具体的詳細が提供され、本開示の主題の実施形態について十分な理解を与える。関連分野の当業者は、本開示の主題は、特定実施形態または実装の具体的特徴、詳細、コンポーネント、材料および／または方法の１またはそれ以上を用いずに実行できることを認識するだろう。他の事例では、追加の特徴および利点が、すべての実施形態または実装に存在しない特定の実施形態および／または実装で認識されることがある。さらに、一部の事例では、本開示の前記主題の態様を曖昧にすることを避けるため、周知の構造、材料、または操作は詳細に図示または説明されない。本発明の前記主題の特徴および利点は、以下の説明および添付の請求項からさらに十分に明らかとなり、または以下に示されるとおり、前記主題の実施により習得される。
【００３９】
同様に、本明細書の中で「１つの実施形態」、「実施形態」または同様の言語は、実施形態と関連して言及された具体的特徴、利点、または特徴が、本開示の主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書の中で「１つの実施形態」、「実施形態」または同様の言語の表現は、本明細書の中ですべて同じ実施形態を指す可能性があるが、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すわけではない。同様に、「実装」の用語の使用は、本開示の主題の１またはそれ以上の実施形態と関連して説明される具体的特徴、構造、または特徴を有する実装を意味するが、そうでなければ実装が１またはそれ以上の実施形態と関連していることを示す特別の関連性はない。
【００４０】
本発明の様々な実施形態により、水サンプルの分析物を非常に少ない工程で迅速に検査することができ、トレーニングの必要性はほとんどなく、反応性が高く不安定な液体試薬は必要ない。前記分析物の検出は、固体または凍結乾燥試薬と前記サンプルを含む投与前バイアルの再溶解により開始される発色または蛍光発光試験により達成され、検出された分析物は、前記分析物との反応により生成した吸収または蛍光発色団を使用することで、検出された光シグナルを電気シグナルに変換することができる検出機器により定量されるとおり、定量される。一部の実施形態では、分析物が前投与されたバイアルに提供された試薬と反応し、前記前投与されたバイアルによって、どの分析物が検出および定量されるかが決まる。本発明の別の実施形態では、比較チャートと比べてヒト眼を使用し、前記サンプル中の発色団を定量する。本発明のさらに別の実施形態では、前記試験バイアルの写真画像を利用し、既知の発色との比較により前記サンプル中の発色団（すなわち、前記分析物）を定量する。一部の実施形態では、乾燥した投与前バイアルの利益を利用する。
【００４１】
図１は、本発明の実施形態を実施するために必要な工程およびプロセスを図示した図１００を示す。工程１では、分析物を含む特定量のサンプルを用い、問題となる分析物の検出および定量に特異的な乾燥化学物質を含むサンプルバイアルを再溶解する。前記サンプルバイアルを混合し、工程２で前記乾燥試薬を完全に溶解する。工程３では、前記再溶解したバイアルを、透過光、散乱光、および蛍光発光の量を測定することができる検出機器の光チャンバー８２４（図８参照）に配置する。各光源について、前記光の周波数は変調されており、前記サンプルバイアルを透過する。一部の実施形態では、透過光線強度の検出は、前記サンプルバイアルの反対側にある各光源の経路に直接置いた光検出器により行う。一部の実施形態では、前記散乱光および蛍光発光の検出は、サンプルバイアルに対して直角に置いた光検出器により行う。増幅とその後のアナログ・デジタル変換および復調では、検出されたシグナルをデジタルシグナルに変換し、これを問題の分析物の定量に利用する。前記混合サンプルの再溶解、混合、および配置は１サンプルにつき１回のみ必要であるが、各透過光および散乱光シグナルの周波数変調、増幅、および復調は、使用する光源それぞれで必要である。
【００４２】
図２Ａおよび２Ｂは、さらに、サンプルに入る光源（１）、透過光（２）、およびサンプルバイアルに対する蛍光発光および散乱光（３）の機械的関係を示す（側面図および上面図）。一部の実施形態は、様々な波長の複数光源の使用について教示し、透過光の検出用光チャンバーの反対にある光検出器（例えば、光検出器２２０参照）および散乱光および蛍光発光シグナルの検出用透過光検出器と直角にある追加の光検出器（例えば、光検出器２２２参照）に向けられる。図２Ｃに図示された実施形態は、複数レーザー光源２０２、２０４、２０６を異なる角度に向け、前記光源の反対にある単一の光検出器の放射面に当てることができる機械アセンブリを示し、蛍光発光および散乱の検出に使用される追加光検出器用の開口部２０８を見ることができる。本発明の実施形態では、すべての光源を反対にある単一の検出器に向けることで、各光源が別に変調されている限り、２つの光検出器のみで透過および蛍光発光および散乱を検出することができる。
【００４３】
図３は、感光検出器を使用することで、周波数を変調した光がどのように電気シグナルに変換されるかを示した回路図であり、そのシグナルは増幅され、その後復調されて、アナログ・デジタル変換器により測定されるＤＣシグナルを生じる。一部の実施形態では、復調は増幅器内のロックとして構成された平衡復調器により行われる。
【００４４】
図４は、ラテックスミクロスフェアの量およびサイズが様々な水（●０．２０２μｍ、?０．５４８μｍ、およびΔ１．０５３μｍ）において、７７０ｎｍの吸光度を示す。これは、散乱による吸収量が水圧破砕の逆流廃水に通常みられる様々な粒子サイズについて予測可能であることを示している。
【００４５】
図５Ａは、様々な濃度のイオンについて波長の関数として吸光度を示した図である。図５Ｂは、様々な波長についてイオン濃度の関数として吸光度を示した図である。
【００４６】
図５Ａおよび５Ｂは、様々なイオン量で１，１０−フェナントロリン反応の吸収スペクトル（Ａ）を示している。（サンプル中のイオン量が増加するにつれ、生成した発色団の吸光度も上昇する。）本発明の実施形態において、４６０ｎｍ（●）および５２５ｎｍ（?）、および７７０ｎｍ（Δ）の透過による吸光度計算値に対するサンプル中の総イオン効果を示す。４６０および５２５ｎｍの吸光度計算値は、どの程度発色団が存在するかを決定するために有用であり、７７０ｎｍで計算された吸光度は発色団に対して非感受性であるが、前記サンプルの散乱から計算された４６０および５２５ｎｍの吸光度での寄与を予測するために利用できる。
【００４７】
図６Ａは、様々な硫酸塩量について波長の関数として吸光度を示した図である。図６Ｂは、様々な波長について硫酸塩濃度の関数として吸光度を示した図である。
【００４８】
図６Ａおよび６Ｂは、様々な量の硫酸塩を用い、バリウム反応の吸収スペクトル（Ａ）を示している。（サンプル中の硫酸塩量が増加するにつれ、生成した固体の散乱による吸光度も上昇する。）本発明の実施形態において、６６０ｎｍ（?）および５２５ｎｍ（Δ）の透過による吸光度計算値に対するサンプル中の硫酸塩効果を示す。
【００４９】
図７Ａは、様々な塩化物量について波長の関数として蛍光強度を示した図である。図７Ｂは、塩化物濃度の関数として、純水対水＋塩化物の蛍光発光の比を示した図である。
【００５０】
図７Ａおよび７Ｂは、緩衝キニンと様々な量の塩化物との相互作用の吸収スペクトル（Ａ）を示している。（サンプル中の塩化物量が増加するにつれ、蛍光発光はクエンチされる。）Ｂは、紫外線による励起（●）により純水（Ｆ０）から前記サンプル（Ｆ）で計算された蛍光発光の比に対する前記サンプル中の塩化物の効果を示している。
【００５１】
本発明の実施形態は、方法、システム、および装置について説明している。図８を参照すると、前記システムおよび／または装置を構成し、溶液中の分析物８１０または液体８０８の検出および定量を目的とし、発色または蛍光発光が変化する試薬８０６との反応または試薬８０６の回収により、前記方法の実施形態を実施することができ、この発色または蛍光発光の変化は、その後、前記分析物８１０の濃度を決定するために利用することができる。この方法は実行可能であり、検出および定量が必要となるすべての試薬８０６が、前記サンプル（例えば、液体８０８）を用いて再溶解される場合に急速に溶解するように、反応バイアル８０２で前投与および乾燥される。前投与反応バイアル８０２の産生成功には、発色団の化学的性質が前記サンプル中に存在する可能性がある物質と適合する必要があり、緩衝塩、溶解性でんぷん、前記反応の化学的性質に干渉しない他の有機化合物、非反応性無機塩、またはその混合物であろうと、充てん剤が必要となることもある。一部の実施形態では、前記反応の化学的性質が互いに適合しない場合、前記分析物８１０との反応前に、これらの適合しない試薬を別のバイアルで凍結してから凍結乾燥するか、または同じバイアルで物理的に離して保管してから、別に凍結乾燥する必要がある。
【００５２】
得られた発色団またはフルオロフォアの定量は、前記バイアル８０２中の透過量および前記再溶解サンプル（例えば、サンプル溶液）からの蛍光発光を測定することができる装置を用いて行う。装置（例えば、検出機器８０４）には、（機械的に少なくとも２つの光検出器８１２の放射面に向けたＬＡＳＥＲダイオードまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて最適に実行される）２またはそれ以上の光源８２２を含み、これらの光検出器８１２の少なくとも１つは様々な光源の前記サンプルの透過を測定する向きとし、少なくとももう一方の光検出器８１２は機械的に蛍光および散乱を測定するために十分大きな角度で向ける必要がある。（各光源からのサンプルによる吸光度は、前記分析物なしで溶液により再溶解したサンプルバイアルと比較して計算することができる。）
【００５３】
本発明の実施形態では、前記光源８２２は固定周波数および電力レベルで変調され、その後透過、散乱、および蛍光発光した光量はシグナルを増幅する感光検出器８１２を使用して電気シグナルに変換され、復調されて、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）で測定される直流（ＤＣ）シグナルを生じ、前記ＤＣシグナルの復調は、増幅器のロックとして構成された平衡復調器により行われる。最終的に、最初の溶液に含まれる前記分析物の濃度は、得られた発色団またはフルオロフォアから検出および復調されたシグナルへの寄与により計算し、ここから散乱の寄与を引いた。開示される実施形態のさらなる詳細を以下に示す。
【００５４】
サンプル中の各分析物の検出および定量は、発色団、フルオロフォア、またはその両方により生じさせる、前記サンプル中の分析物と前記サンプルバイアル中の乾燥試薬との反応によって行われ、そのような発色団またはフルオロフォアの量は問題の分析物の量により決定される。前記発色団またはフルオロフォアの定量を用い、前記サンプル中の分析物の量を定量する。
【００５５】
前記分析物との反応により生成した吸収または蛍光発色団の定量は、検出された光シグナルを電気シグナルに変換することができる検出装置により行うことができる。前記検出装置は、（前記試験バイアルを用いて試験された純水サンプルに予想される結果を比較することで、透過の測定とこの測定から吸収へのその後の変換により、）吸収および蛍光発光をいずれも検出することができる。そのような装置は、再現性のある方法で前記サンプルバイアルに光を送る機械的および光学コンポーネント、および前記サンプルから透過光、散乱光、または蛍光発光を検出することができる電子機器により構成される。このような機能は３つのサブシステムである光源、検出器、およびコントロールシステムを使用することで達成される。
【００５６】
本発明の実施形態では、光が発光ダイオードまたはダイオードレーザーなどの固体状態の光源８２２により生成される。ノイズおよび周辺光の影響を軽減するため、光源８２２は固定周波数で変調する。温度による光源効果の変化を補正するため、光学フィードバックシステムを用い、光源出力をモニタリングし、必要に応じて駆動電流を調節することができる。前記光源からの光は、前記サンプルを介して透過を測定する感光検出器８１２に向かう。第２の検出器８１２は一定角度で前記サンプルの方を向き、散乱および蛍光発光を測定する。前記システムの検出器部分は、光検出器８１４、可変利得アンプ８１６、および復調器８１８の３段階から成る。光検出器の段階は、光を電圧シグナルに変換する。このシグナルは可変利得の段階で増幅される。この段階の利得は、前記システムのダイナミックレンジを拡張し、前記システムが測定することができるサンプルの範囲を最大限とするように調整可能である。増幅後、前記シグナルを復調してＤＣシグナルを生成し、これを前記コントロールシステムのアナログ・デジタル変換器で測定する。前記シグナルの復調は、増幅器内のロックとして構成された平衡復調器により行われる。この設計では、非常に狭いバンド幅が可能である。バンド幅を狭めることで、バンド幅の平方根に比例する熱雑音の効果が大きく低下した。これにより、固定周波数光源からの干渉をより大きく排除することができる。
【００５７】
変調された光源を使用することでも、周辺光からの干渉が大きく減少する。前記システムの電子機器は、内蔵されたマイクロコントローラーによりコントロールされる。前記システムは「独立」モードまたは「遠隔」モードの２種類のモードで実行することができ、ユーザーは電子インターフェースにより接続したコンピュータデバイスにより、機器と交流する。「独立」モードでは、前記コントロールシステムがユーザーによる測定パラメータの入力、透過、散乱、および蛍光発光測定の収集、収集されたデータの解析、前記ユーザーへの結果の表示を行う。「遠隔」モードでは、本システムは接続されたコンピュータデバイスからのコマンドを受信、透過、散乱、および蛍光発光測定を収集し、収集されたデータを接続コンピュータデバイスに戻す。
【００５８】
本発明は多数の工程を省くように設計されており、検査室では化学モニタリング作業を行う必要があったが、実施形態はさらにオート・フィード・ユニットと連動して行うことができることは、当業者が理解する。前投与された試験バイアルの配置、移動、および位置合わせを自動化することで、モニタリングプロセス中の有人工程をすべて省くことができるはずである。
【００５９】
透過光および蛍光発光の透過および蛍光発光の検出において周波数変調を利用することで、装置に関連した背景雑音を排除できることは、当業者が理解する。電子回路の設計による方法、または透過または蛍光励起に使用される周波数変調光からの（定数を０に設定した）生検出シグナルのフーリエ変換の現実部分に対する数理解を用いることで、前記ユーザーは装置の電子機器から生じる検出シグナル部分を排除することができる。（蛍光発光については、周波数の変調を蛍光を発する種の励起状態での蛍光寿命よりも大幅に遅くする必要がある。）これにより、検出されたシグナルは、化学的定量法での発色団の生成および前記サンプルに既に存在する微視的材料による散乱により生じた、前記サンプル中の化学種の吸収により生じる透過の減少から成る。前記透過光は吸光度＝ｌｏｇ（Ｔｏ／Ｔ）の式を用いて吸光度に変換することができ、式中、Ｔｏは定量法に使用した純水に見られる透過であり、Ｔは前記サンプルを使用した場合に得られる透過である。散乱粒子のサイズが既知であるまたは推定することができれば、特に前記サンプルの吸光度を低エネルギー（高波長）値で収集することができる場合、透過の吸光度への変換により、散乱光からのシグナルの寄与を計算することができる。検出装置および散乱からのシグナルの一部を計上することで、本発明を実行する者は、前記定量法において前記発色団またはフルオロフォアの所定の値を使用することで、各サンプルについてサンプルブランクを使用する必要がなくなり、それに伴う費用と追加サンプルの操作がなくなる。
【００６０】
本発明の実施形態では、発色団の検出に用いられる多数の光の波長検出および計算を利用することは有用であり、この発色団は特定の分析物に対する迅速な化学的定量法で得られ、前記波長は紫外から近赤外の範囲である。これらの数種類の波長の検出には、少なくとも３つの主な利点がある：（１）前記装置を広範な化学的定量法に使用することができ、それぞれが様々な波長の光エネルギーで検出可能である、（２）近赤外光を検出することで、ユーザーは前記サンプル中に存在するミネラルまたは微生物からの散乱を相殺することができる、（３）複数の波長を検出することで多変量解析を利用することができ、前記サンプルを用いて行われた定量法での分析物の正確な濃度をより精度よく決定することができる。さらに、（ニューラル・ネットワークなどの）様々なアルゴリズムを利用し、これらの複数の波長を用いて化学的定量法時の分析物の検出および定量の精度を上昇させることができる。
【００６１】
また、本発明の実施形態では、前記化学的定量法に凍結乾燥試薬を利用することができることは、当業者が理解するであろう。そのような実施形態では、高温で分解しやすい、または現場で通常遭遇する低温で凍結しやすい液体試薬の使用を避けることができる。凍結乾燥試薬を使用することで、前記定量法の長期間、および溶解試薬を利用する定量法にとって有害となる条件下での保存が可能となる。
【００６２】
凍結乾燥または固体試薬を使用することで、前記定量法を行う必要があるすべての試薬を１つのバイアルに入れることができ、これは、様々な試薬が互いに時間をかけてゆっくりと反応する、または分析物がないと有害な作用を生じる場合に特に有用である。前記試薬を急速に、または低温で混合および凍結乾燥することで、時に、これらの副反応が定量法の性能に及ぼす影響を最小限にすることができる。多くの場合、適合しない試薬は個別に凍結し、凍結乾燥前の反応を防ぐか、バイアルの異なる領域に凍結乾燥し、液体状態での接触およびそれによる反応を防ぐことが好ましい。この本発明の実施により、前記定量法を液体状態で前記サンプルにより再溶解した場合に必要な試薬をすべて存在させることができ、これにより前記定量法を行うために必要な工程数を、単純に前記試薬と前記サンプルを再溶解、混合し、吸光度または蛍光発光検出装置により前記濃度を決定するという工程まで削減することができる。本発明の実施形態の実施により、滴定による定量法を行うために必要な工程数が大幅に減少し、必要な試薬を含む既知量の標準化試薬を終点に達するまで加えることで、前記分析物の濃度が加えた滴定剤の量から計算されるが、定量法を実施するために前記滴定に伴う追加段階が必要になる。
【００６３】
本発明の実施形態では、発色または蛍光定量法で使用される化学試薬は、試水の種類と適合するように選択される。例えば、多くの地層からの逆流および水圧破砕操作により回収される生成した地層水は、アルカリ土類金属が多い可能性があり、特定の定量法のｐＨが高い条件では、スケール沈殿物が生成する可能性がある。したがって、前記定量法の化学コンポーネントと沈殿物を形成する可能性がある化学種との間で発生する有害な反応を考慮する、または前記定量法で生成する発色団またはフルオロフォアに干渉する領域で吸収または蛍光発光する天然化学種を含めることが好ましい。したがって、本発明の実施形態では、定量法に使用する化学種は試水に存在する可能性がある種と適合するように選択される。
【００６４】
低用量のサンプルについては、前記定量法を実施するために必要な試薬量が通常かなり少ない。少量の有機および無機材料を凍結乾燥する場合、バイアル表面に密着または結晶化することが多く、磁気抵抗を示して急速に溶解するため、前記定量法を行うために必要な時間と労力が増す。したがって、他の材料を前記定量法混合物に加え、前記試薬を前記材料と同時に乾燥した場合に、いずれも急速に溶解し、前記バイアルに密着するか、結晶化しないようにすることが好ましい。従来の発色定量法では、大量の溶液に少量のサンプルを追加し、ｐＨと伝導率を慎重にコントロールし、分析物の量が発色団の量から正確に計算できるようにする。
【００６５】
本発明の実施形態では、前記サンプルのｐＨおよび伝導率をコントロールするために十分な緩衝剤を提供することが必要であり、この緩衝剤は急速な再溶解を確実にするため、前記試薬と同時乾燥される材料として使用できることが多い。ただし、前記定量法の試薬および前記サンプル内のコンポーネントと適合する緩衝剤を選択することが重要である。さらに、可溶性セルロース繊維または塩をこの目的で使用することができる。定量法と相互作用しないアラビノガラクタンなどの高分子量セルロース繊維は、凍結乾燥を難しくする混合物凝固点の過度の低下を起こさずに追加することができるため、この目的で有用である。代わりに、（前記溶液のｐＨを変化させない）塩化カリウムなどの塩をこの目的でも使用し、（これが望ましい場合は）最終試験溶液のイオン強度を上昇させることができる。本発明の実施形態では、解析化学物質との同時乾燥に使用される充てん剤の選択が、前記サンプルに対して必要な緩衝能力および前記充てん剤と前記定量法との化学的適合性に基づく。
【００６６】
水中および廃水中のカルシウムの検出は、スケールの可能性、潅漑の適切性（ナトリウム性）を決定する目的で有用であり、添加物の種類および濃度の決定は（他の用途の中でも）油田で使用するために必要となる。本発明で実施されるカルシウムの検出および定量に利用することができる、比色および蛍光化学的性質は多数あり、望みのカルシウム濃度の検出範囲、ｐＨ、および干渉イオンまたは他の化学的性質の有無によりこれらの方法が選択されることは当業者が理解するものである。
【００６７】
これらの化学的方法の例は、クロロホスホナゾまたはアルセナゾ色素の使用であり、前記サンプル中のカルシウムが色素と反応して発色団を生じ、前記カルシウムの濃度は生成した前記発色団の濃度から決定することができる。前記サンプルの予想される緩衝能力を克服するため、十分な緩衝化学物質を提供することによる前記ｐＨのコントールにより、中性以上のｐＨ値でアルカリ土類金属をすべて検出し、マグネシウム（２番目に多いアルカリ土類金属）は低ｐＨ値ではこれらの発色団と複合体を形成しない。バリウム、ストロンチウム、およびラジウムの相対濃度は天然サンプル中のカルシウムと比較して非常に少ないため、それぞれのカルシウムシグナルへの寄与は無視できる。カルセインおよびクロロテトラサイクリンなどのフルオロフォアを利用し、それぞれ約８および７のｐＨ値で紫外励起によりカルシウムを検出することができる。硬度（炭酸カルシウム１リットルあたりのミリグラム数で測定した総アルカリ土類金属）の検出および定量は、カルシウム、マグネシウム、バリウム、ストロンチウム、およびラジウムがすべて検出されるｐＨで適切な化学的性質によりカルシウムを検出することにより達成される。
【００６８】
水中および廃水中のホウ素検出は、（水の他の用途への適合性と共に）化学的ゲル形成の破砕に干渉する可能性を決定する目的で有用である。本発明で実施されるホウ素の検出および定量に利用することができる、比色および蛍光化学的性質は多数あり、望みのホウ素濃度の検出範囲、ｐＨ、および干渉イオンまたは他の化学的性質の有無によりこれらの方法が選択される。これらの化学的方法の例は、アゾメチン−Ｈ、塩化アンモニウム、およびアスコルビン酸の使用であり、前記サンプル中のホウ素が前記試薬と反応して発色団を生じ、前記ホウ素の濃度は生成した前記発色団の濃度から決定することができる。ｐＨは、予想される前記サンプルの緩衝能力を克服するため、十分な２−（Ｎ−モルホリノ）エタンスルホン酸（およびそのナトリウム塩）を加えることでコントロールされる。２，３−ＤＮＨＳなどのフルオロフォアを利用し、紫外励起によりホウ素を検出することができる。
【００６９】
水中および廃水中のｐＨ検出は、水の他の産業、放流、および農業用途への適合性と共に、化学的ゲル形成の破砕に干渉する可能性を決定する目的で有用である。従来の電気化学的モニタリングは無機塩のみを含む希釈溶液で最適化されているため、前記サンプルの電導度が著しく低い、または適度に高い場合は、特にｐＨモニタリングが困難である。本発明により実施可能なｐＨの決定に利用することができる、比色および蛍光化学的性質があり、望みのｐＨ決定範囲、ｐＨ、および干渉材料または他の化学的性質の有無によりこれらの方法が選択される。これらの化学的方法の例は、中和された万能指示薬および塩（塩化カリウム）の使用であり、前記ｐＨは相対発色量の多変量解析により決定される。塩分のｐＫａ変化に対する効果は塩濃度が高いほど低くなるため、塩化カリウムを追加し、指示薬塩のｐＫａの予想変化を克服する。エオシンイエローおよびエオシンブルーなどｐＨの蛍光指示薬は低ｐＨ値で利用できる。
【００７０】
水中および廃水中のアルカリ度の定量は、他の産業、放流、および農業用途への適合性と共に、ランゲリア指数（スケーリングおよび腐食の可能性決定に有用）を決定する目的で有用である。これは、既知量のサンプルをｐＨ４．２に緩衝化した既知量の弱酸に加えることで行われ、ｐＨの決定に使用可能な同じ発色または蛍光化学的性質を利用し、得られたｐＨを決定することができるため、予め求めてあった検量線から総アルカリ度（水酸化物および重炭酸塩）を計算することができる。本発明の実施形態では、クエン酸がこの定量法では最も有用なｐＨ範囲で緩衝するために使用されるが、弱酸およびその使用濃度は、望みの総アルカリ度決定範囲、ｐＨ、および干渉材料または他の化学物質の有無により選択する必要がある。これらの化学的方法の例は、万能指示薬および塩（塩化カリウム）の使用であり、前記ｐＨは相対発色量の多変量解析により決定される。異なる量の弱酸を使用し、総アルカリ度の範囲が大きいまたは小さい定量法を行うことができる。
【００７１】
水中および廃水中の塩化物の決定は、廃水中に最も多い塩が塩化ナトリウムであるため、溶解した総固体量を推定する目的で有用である。本発明で実施される塩化物の検出および定量に利用することができる、比色および蛍光化学的性質は多数あり、望みの塩化物濃度の検出範囲、ｐＨ、および干渉イオンまたは他の化学的性質の有無によりこれらの方法が選択される。これらの化学的方法の例は硫酸キニーネの使用であり、前記サンプル中の塩化物が前記キニーネからの蛍光発光をクエンチし、前記塩化物（および他の稀なハロゲン化物）の濃度は、紫外光で励起した場合の純水溶液と比較したクエンチ度から決定することができる。前記ｐＨは、予想される前記サンプルの緩衝能力を克服するため、十分なスルファミン酸およびクエン酸ナトリウムを加えることでコントロールされる。
【００７２】
水中および廃水中の銅の定量は、農業の目的でこの微量栄養素を定量し、その有無を殺菌活性に対して確認する目的で有用である。本発明で実施される銅の検出および定量に利用することができる、比色および蛍光化学的性質は多数あり、望みの銅濃度の検出範囲、ｐＨ、および干渉イオンまたは他の化学的性質の有無によりこれらの方法が選択される。これらの化学的方法の例はカルセインの使用であり、前記サンプル中の銅が前記カルセインからの蛍光発光をクエンチし、前記銅濃度は、紫外光で励起した場合の純水溶液と比較したクエンチ度から決定することができる。前記ｐＨは、予想される前記サンプルの緩衝能力を克服するため、十分なクエン酸およびクエン酸ナトリウムを加えることでコントロールされる。
【００７３】
水中および廃水中の六価クロムの検出は、放流または治療法の有効性への適合性を決定する目的で有用である。本発明で実施される六価クロムの検出および定量に利用することができる、比色および蛍光化学的性質は多数あり、望みの六価クロム濃度の検出範囲、ｐＨ、および干渉イオンまたは他の化学的性質の有無によりこれらの方法が選択される。これらの化学的方法の例は、１，５−ジフェニルカルバジドの使用であり、前記サンプル中の六価クロムが試薬と反応して発色団を生じ、前記六価クロムの濃度は生成した前記発色団の濃度から決定することができる。ｐＨは、予想される前記サンプルの緩衝能力を克服するため、十分な緩衝スルファミン酸を加えることでコントロールされる。
【００７４】
水中および廃水中の鉄検出は、化学的ゲル形成の破砕に干渉する可能性、スケールの形成傾向を決定する目的で、また他の産業および農業用途での水に有用である。本発明で実施される鉄の検出および定量に利用することができる、比色および蛍光化学的性質は多数あり、望みの鉄濃度の検出範囲、ｐＨ、および干渉イオンまたは他の化学的性質の有無によりこれらの方法が選択される。これらの化学的方法の例は、５−スルホサリチル酸または１，１０−フェナントロリンの使用であり、前記サンプル中の鉄が前記試薬と反応して発色団を生じ、前記鉄の濃度は前記発色団の濃度から決定することができる。二価、三価、または総イオンの種形成はｐＨにより決定され、ｐＨは予想される前記サンプルの緩衝能力を克服するため、十分な緩衝クエン酸（およびそのナトリウム塩）を加えることでコントロールできる。
【００７５】
水中および廃水中の硫酸塩検出は、水の放流および農業用途への適合性と共に、バライトおよび他のアルカリ土類金属のスケールが形成する可能性を決定する目的で有用である。本発明で実施される硫酸塩の検出および定量に利用することができる、比色および蛍光化学的性質は多数あり、望みのホウ素濃度の検出範囲、ｐＨ、および干渉イオンまたは他の化学的性質の有無によりこれらの方法が選択される。これらの化学的方法の例は、酸性水酸化バリウムまたはビオルル酸バリウムの使用であり、前記サンプル中の硫酸塩が前記試薬と反応して光を吸収および散乱する沈殿物または発色団を生じ、前記硫酸塩の濃度は生成した沈殿物または発色団の濃度から決定することができる。ｐＨは、予想される前記サンプルの緩衝能力を克服するため、十分な無水マレイン酸およびクエン酸ナトリウムを加えることでコントロールされる。
【００７６】
水中および廃水中の硫化物の検出は、スケール形成、腐食傾向、および水の放流および他の用途への適合性を決定する目的で有用である。本発明で実施される硫化物の検出および定量に利用することができる、比色および蛍光化学的性質は多数あり、望みの硫化物濃度の検出範囲、ｐＨ、および干渉イオンまたは他の化学的性質の有無によりこれらの方法が選択される。これらの化学的方法の例は、緩衝化６，６′−ジニトロ−３，３′−ジチオジ安息香酸の使用であり、前記サンプル中の硫化物が前記試薬と反応して発色団を生じ、前記硫化物の濃度は前記発色団の濃度から決定することができる。代わりに、前記硫化物は塩化鉄存在下、Ｎ，Ｎ−ジメチル−ｐ−フェニレンジアミンと反応し、発色団を生成することができ、スルファミン酸によりバッファリングすると、前記硫化物の定量に使用できるメチレンブルーが生成する。
【００７７】
水中および廃水中の混和揮発性または半揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）の検出は、化学的ゲル形成の破砕および水の他の用途および放流への適合性に干渉する可能性を決定する目的で有用である。本発明で実施されるＶＯＣｓの検出および定量に利用することができる、比色および蛍光化学的性質は多数あり、望みのＶＯＣｓ濃度の検出範囲、ｐＨ、および干渉イオンまたは他の化学的性質の有無によりこれらの方法が選択される。これらの化学的方法の例は、Ｎ，Ｎ−Ｄジメチルインドアニリンなどの緩衝ソルバトクロミック色素の使用であり、前記サンプル中のＶＯＣ（アセトン、アルコールなど）が前記試薬と結合して発色団を生じ、前記ＶＯＣの濃度は前記発色団の濃度から決定することができる。ｐＨは、予想される前記サンプルの緩衝能力を克服するため、十分な緩衝塩を加えることでコントロールされる。
【００７８】
水中および廃水中で生存可能な微生物の検出は、微生物性腐食可能性、洪水、および他の強化油田回収操作、また水の他の用途および放流への適合性を決定する目的で有用である。本発明で実施される微生物濃度の検出および推定に利用することができる、比色および蛍光化学的性質は多数あり、望みの微生物含有量の検出範囲、ｐＨ、および干渉イオンまたは他の化学的性質の有無によりこれらの方法が選択される。これらの化学的方法の例は、レスリンなど緩衝代謝色素前駆体の使用であり、緑色光で励起した場合に前記サンプル中の代謝活性（および、それにより前記色素前駆体を代謝することができる生存可能な微生物）が発色団を生成し、正しい温度および適切な時間でインキュベートすれば、前記微生物の濃度は生成した前記発色団の濃度から決定することができる。ｐＨは、予想される前記サンプルの緩衝能力を克服するため、十分な緩衝塩を加えることでコントロールされ、他の必要な栄養素は反応混合物に追加することができる。微生物種同定の望みの特異性レベルは、対象の界、属、種類、種、または亜種のみにより代謝される発色前駆体を選択することで導入可能であることは、当業者が理解する。
【００７９】
本開示に概要が述べられた原則は、水以外の液体に適用可能であることも、当業者が理解する。例えば、分析物を液相に可溶化する固体サンプルの抽出溶液を利用することができ、または、問題の分析物の検出に利用される発色団またはフルオロフォアが前記サンプルと同じ吸収または蛍光発光を示さない場合は、尿などの他の液体を同じ方法で解析することができる。同じ方法により有機液体を解析することもでき、有機溶液を用いる場合は、前記バイアルが前記溶液と適合し、前記有機液体は前記発色団が利用されるエネルギー領域で多少光を透過し、問題の分析物の検出に利用される前記発色団またはフルオロフォアは前記有機液体と同様の吸収または蛍光発光を示さないことが必要である。
【００８０】
まとめると、本開示は、発色および／または蛍光発光が変化する試薬（単数または複数）との反応により、溶液中の分析物を検出および定量するシステム、装置、および方法に関する。前記分析物の濃度は、発色または蛍光発光の変化量に関連する可能性がある。
【００８１】
前記試薬および投与前バイアルについて：
【００８２】
前記反応を完了するために必要なすべての試薬は、前記液体サンプル追加時に急速に溶解する投与前凍結乾燥固体として提供してもよい。
【００８３】
前記凍結乾燥試薬には、前記サンプルの干渉能力を超え、前記反応の規定のｐＨ範囲となる十分な緩衝剤を含んでもよい。
【００８４】
凍結乾燥試薬は、（必要であれば）前記試薬が結晶化しないように、または前記反応が行われる前記バイアルの壁と強く結合し過ぎないように、化学定量法に干渉しない充てん剤を含む。
【００８５】
前記充てん剤は、前記反応と干渉しない非反応性塩、緩衝物質、炭水化物または他の有機物質、凝固点の低下が望ましくない場合は可溶性の高分子量でんぷん、または前記分析物の検出化学特性に干渉しない塩、緩衝物質、可溶性でんぷん、および他の有機物質の混合物であってもよい。
【００８６】
前記分析物と反応する前に互いに化学的に干渉しない場合は、前記試薬を凍結乾燥前に前記反応バイアルに別々に凍結する、または物理的に別に保存し、別に凍結乾燥することができる；
【００８７】
発色または蛍光定量法で使用される凍結乾燥試薬は、試水の種類と適合するように選択される；
【００８８】
前記発色団またはフルオロフォアの検出および定量を目的とした分光機器について：
【００８９】
透過および蛍光発光励振源に使用される光源は、発光ダイオード、レーザーダイオード、または他のタイプの光源とすることができる。
【００９０】
透過励振源に使用される光源には、前記発色団の有無に感度が高い波長で発光する少なくとも１つの光源を含む。
【００９１】
蛍光励振源に使用される光源には、検出に使用されるフルオロフォアを励起する少なくとも１つの光源を含む。
【００９２】
透過または蛍光励振源に使用される光源には、前記サンプルからの散乱量を決定するために有用な波長で発光する少なくとも１つの光源を含む。
【００９３】
透過に使用される光源は、その光線がフォトダイオードに直接あたる前に前記サンプルを透過するように物理的に取り付けてもよい。
【００９４】
蛍光発光に使用される光源は、前記検出用フォトダイオードが透過シグナルを最小限とする角度となるように機械的に取り付けてもよい。
【００９５】
前記光源は固定周波数および所定のコントロールされた電力レベルで変調してもよい。
【００９６】
前記透過光、散乱光、および蛍光発光は、シグナルを増幅してから、続いて変調し、アナログ・デジタル変換器で測定されるＤＣシグナルを生成する感光検出器を使用して電気シグナルに変換してもよく、変調は増幅器内のロックとして構成される平衡復調器により行う。
【００９７】
前記溶液に含まれる前記分析物の濃度は、得られた発色団またはフルオロフォアから検出および復調されたシグナルへの寄与により計算し、ここから散乱の寄与を引いた。
【００９８】
上記の説明では、「上」、「下」、「上方」、「下方」、「水平」、「垂直」、「左」、「右」などの特定の用語が使用される。これらの用語は適宜使用され、相対的関係を扱う場合に説明を明白にする。ただし、これらの用語は絶対的関係、位置、および／または方向を意味することは意図していない。例えば、物体について、「上方」面はその物体を単純に逆さまにすることで「下方」面となる可能性がある。それでも、その物体はまだ同じ物体である。さらに、「含む」、「有する」、「保持する」、およびその変化形は、そうでないことが明示されていない限り、「これに限定されるものではないが、〜を含む」を意味する。列挙された項目リストは、そうでないことが明示されていない限り、前記項目のいずれかまたはすべてが相互排他的および／または相互包括的である。「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」の用語もそうでないことが明示されていない限り、「１またはそれ以上」を指す。
【００９９】
さらに、１つの要素が別の要素と「結合する」本明細書の事例は、直接および間接的結合を含むことができる。直接結合は結合した１つの要素として定義可能であり、別の要素と一部接触する可能性がある。間接的結合は互いに直接接触しない２つの要素の結合と定義することができるが、前記結合要素間に１またはそれ以上の追加要素を有する。さらに、本明細書に用いるとおり、１つの要素から別の要素への固定には、直接固定および間接固定を含むことができる。さらに、本明細書に用いるとおり、「隣接する」は必ずしも接触を示さない。例えば、１つの要素は別の要素と接触せずに隣接することができる。
【０１００】
本明細書に用いるとおり、「〜の少なくとも１つ」は、項目リストに使われる場合、前記項目リストの１またはそれ以上の異なる組み合わせが使用され、前記リストの項目１つのみが必要であることを意味する。前記項目は、特定の物体、物、または分類であってもよい。つまり、「〜の少なくとも１つ」は、前記リストから項目の組み合わせまたは項目数を使用することができるが、前記リストの項目すべてが必要なわけではない。例えば、「項目Ａ、項目Ｂ、および項目Ｃの少なくとも１つ」は、項目Ａ；項目Ａおよび項目Ｂ；項目Ｂ；項目Ａ、項目Ｂ、および項目Ｃ；または項目Ｂおよび項目Ｃを意味する。場合によっては、「項目Ａ、項目Ｂ、および項目Ｃの少なくとも１つ」は、例えば、これに限定されるものではないが、項目Ａを２個、項目Ｂを１個、および項目Ｃを１０個；項目Ｂを４個および項目Ｃを７個；または他の適切な組み合わせを意味する。
【０１０１】
そうでないことが示されていない限り、「第１」、「第２」などの用語は、本明細書においては、単に表示として使用されており、これらの用語が指す項目に順序、位置、または階層要件を課すことは意図しない。さらに、例えば「第２の」項目などの参照は、例えば「第１の」またはそれより少ない数の項目、および／または、例えば、「第３の」またはそれより多い数の項目を必要としない、または除外しない。
【０１０２】
本開示の主題は、その精神または重要な特徴から離れることなく、他の特定の形態で実施することができる。説明された実施形態は、あらゆる点で説明的および制限的と考えられる。したがって、本開示の範囲は、前述の説明よりも添付の請求項によって示される。前記請求項の意味および等価性の範囲に入るすべての変更がその範囲に含まれる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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