特許 5798178 蛍光光度計を較正する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5798178

(24)【登録日】2015年8月28日

(45)【発行日】2015年10月21日

(54)【発明の名称】蛍光光度計を較正する方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/64 20060101AFI20151001BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/64 Z

【請求項の数】10

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2013-502016(P2013-502016)

(86)(22)【出願日】2011年3月29日

(65)【公表番号】特表2013-524204(P2013-524204A)

(43)【公表日】2013年6月17日

(86)【国際出願番号】IB2011051341

(87)【国際公開番号】WO2011121545

(87)【国際公開日】20111006

【審査請求日】2014年2月25日

(31)【優先権主張番号】12/750,814

(32)【優先日】2010年3月31日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】510250467

【氏名又は名称】エコラボ ユーエスエー インコーポレイティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100180194

【弁理士】

【氏名又は名称】利根 勇基

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100160705

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】ユージン トクトゥーブ

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー ジェイ．オーウェン

(72)【発明者】

【氏名】ソレン ケー．トライゲスタッド

(72)【発明者】

【氏名】アンナ ピリップチェンコ

【審査官】 横井 亜矢子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１５７０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０３０８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５４０３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３１３５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２０１２８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／６２−２１／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蛍光光度計を較正する方法であって、
ａ） 産業用水システムからの水試料中の蛍光マーカーから蛍光信号を測定して、該蛍光信号から前記水試料中の水処理生成物の濃度を割り出すように構成された蛍光光度計を提供するステップであって、前記水処理生成物の公称濃度Ｃ₀が前記蛍光マーカーの公称濃度Ｃ_fに相当する、ステップと、
ｂ） 前記産業用水システムから水試料を取り出すステップと、
ｃ） 前記蛍光光度計で前記水試料から第１蛍光信号Ｓ₁を測定するステップと、
ｄ） ｉ） 約Ｐ×Ｃ₀の濃度の前記水処理生成物と、約Ｐ×Ｃ_fの濃度の前記蛍光マーカーとを含有するスパイク溶液を調製するステップと、
ｉｉ） 約１部の前記スパイク溶液を約Ｎ部の前記水試料に添加するステップと
を含む、第１較正溶液を調製するステップと、
ｅ） 前記蛍光光度計で前記第１較正溶液から第２蛍光信号Ｓ₂を測定するステップと、
ｆ）

【数1】

にほぼ等しい勾配係数Ｋ_mを計算するステップと、
ｇ） ゼロ水試料の試料から第３蛍光信号Ｓ₃を測定するステップと、
ｈ） Ｓ₃に等しいゼロシフトＺ₀を設定するステップと、
ｉ） 前記勾配係数及び前記ゼロシフトを用いて前記蛍光光度計を較正するステップと
を含む、蛍光光度計を較正する方法。

【請求項2】

Ｎが１０〜５００である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

Ｎが９０〜１１０である、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

Ｐ＝Ｎ＋１である、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記水処理生成物が前記蛍光マーカーを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記蛍光マーカーがＮＤＳＡを含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記蛍光光度計を較正することが、Ｋ_m×（Ｓ_x−Ｚ₀）にほぼ等しい現在の蛍光マーカー濃度Ｃ_mを計算することを含み、Ｓ_xが現在の蛍光測定値である、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

さらに、現在の蛍光マーカー濃度Ｃ_mに基づいて前記産業用水システム内の現在の水処理生成物濃度Ｃ_cを計算することを含み、Ｃ_cがＣ_m×（Ｃ₀／Ｃ_f）にほぼ等しい、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

蛍光光度計を較正する方法であって、
ａ） 産業用水システムからの水試料中の蛍光マーカーから蛍光信号を測定して、該蛍光信号から前記水試料中の水処理生成物の濃度を割り出すように構成された蛍光光度計を提供するステップであって、前記水処理生成物の公称濃度Ｃ₀が前記蛍光マーカーの公称濃度Ｃ_fに相当する、ステップと、
ｂ） 前記産業用水システムから水試料を取り出すステップと、
ｃ） 前記蛍光光度計で前記水試料から第１蛍光信号Ｓ₁を測定するステップと、
ｄ） ｉ） 約Ｐ×Ｃ₀の濃度の前記水処理生成物と、約Ｐ×Ｃ_fの濃度の前記蛍光マーカーとを含有するスパイク溶液を調製するステップと、
ｉｉ） 約１部の前記スパイク溶液を約Ｎ部の前記水試料に添加するステップと
を含む、第１較正溶液を調製するステップと、
ｅ） 前記蛍光光度計で前記第１較正溶液から第２蛍光信号Ｓ₂を測定するステップと、
ｆ）

【数2】

にほぼ等しい勾配係数Ｋ_mを計算するステップと、
ｇ） ｉ） 約Ｑ％の酸を含有する酸溶液を調製するステップと、
ｉｉ） 約１部の前記酸溶液を約Ｍ部の前記水試料に添加するステップと
を含む、第２較正溶液を調製するステップと、
ｈ） 前記蛍光光度計で前記第２較正溶液から第３蛍光信号Ｓ₃を測定するステップと、
ｉ）

【数3】

にほぼ等しいゼロシフトＺ₀を計算するステップと、
ｊ） 前記勾配係数及び前記ゼロシフトを使用して前記蛍光光度計を較正するステップと
を含む、蛍光光度計を較正する方法。

【請求項10】

Ｎが１０〜５００である、請求項９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、液体試料中の１つ以上の物質の濃度を割り出してモニタリングするための蛍光センサ及び蛍光光度計に関し、特に、このような蛍光センサ及び蛍光光度計の較正に関する。

【背景技術】

【0002】

清浄化作業及び抗菌作業において、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）は、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を頼りにする。清浄化生成物又は抗菌生成物を（濃度の問題に起因して）効果的に作用させることに失敗すると、商業的ユーザはその生成物の品質が低いと感じることがある。末端消費者は、商業的ユーザが提供するサービスが劣っていると感じることもある。加えて、政府の規制官庁及び健康機関によって商業的ユーザが調査・制裁を受ける場合もある。従って、生成物濃度が指定の濃度範囲内にあるかどうかを割り出すことができるシステムが必要である。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。

【0003】

生成物の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）が所定の光波長に曝されると発生する生成物の蛍光をモニタリングすることを頼りにする。例えば生成物中の化合物、又は生成物に添加された蛍光トレーサが所定の光波長に曝されると、蛍光を発し得る。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て、測定された蛍光に基づいて化学物質濃度を計算する。

【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】

蛍光光度計の測定精度、最終的には計算された濃度の精度は、現場の種々様々なファクタを考慮に入れる蛍光光度計の能力に左右される。従って、多くの蛍光光度計は、蛍光を測定する前に較正されることによって、水特性、例えば、もし考慮に入れられなければ蛍光測定値に著しい影響を及ぼすおそれのあるバックグラウンド蛍光を補正する。加えて、水特性はしばしば経時的に且つ場所の変化とともに変化し、現場で正確な蛍光測定値を得る上で更なる困難を招く。

【発明の概要】

【0006】

本発明のいくつかの実施態様では、蛍光光度計を較正するための１つ以上の方法が提供される。いくつかの事例では、１つ以上の較正方法が、場所特有の水特性を考慮に入れ、ひいては現場内の特定の場所に対応して蛍光光度計を較正する。

【0007】

いくつかの実施態様では、蛍光光度計の較正方法は、産業用水システムからの水試料中の蛍光マーカーから蛍光信号を測定するように構成された蛍光光度計を提供することを含む。蛍光光度計はさらに、蛍光信号から水試料中の水処理生成物の濃度を割り出すように構成されている。水処理生成物の公称濃度Ｃ₀が水試料中の蛍光マーカーの公称濃度Ｃ_fに相当する。この方法はさらに、産業用水システムから水試料を取り出すことと、水試料から勾配係数Ｋ_mを割出し且つ水試料又はゼロ水溶液からゼロシフトＺ₀を割り出すこととを含む。

【0008】

本発明の１態様によれば、較正方法はさらに、蛍光光度計で水試料から第１蛍光信号Ｓ₁を測定することと、第１較正溶液を調製することとを含む。第１較正溶液は、約Ｐ×Ｃ₀の濃度の水処理生成物と約Ｐ×Ｃ_fの濃度の蛍光マーカーとを含有するスパイク溶液を調製することと、約１部のスパイク溶液を約Ｎ部の水試料に添加することとによって調製される。次いで、蛍光光度計で第１較正溶液から第２蛍光信号Ｓ₂を測定し、勾配係数Ｋ_mは、

【数1】

にほぼ等しいものとして計算される。この方法はさらに、ゼロ水溶液の試料から第３蛍光信号Ｓ₃を測定することと、Ｓ₃に等しいゼロシフトＺ₀を設定することとを含む。次いで、勾配係数及びゼロシフトを用いて蛍光光度計を較正する。

【0009】

本発明の別の態様によれば、蛍光光度計を較正する方法はまた、蛍光光度計で水試料から第１蛍光信号Ｓ₁を測定することと、第１較正溶液を調製することとを含む。第１較正溶液は、約Ｐ×Ｃ₀の濃度の水処理生成物と約Ｐ×Ｃ_fの濃度の蛍光マーカーとを含有するスパイク溶液を調製することと、約１部のスパイク溶液を約Ｎ部の水試料に添加することとによって調製される。次いで、第１較正溶液から第２蛍光信号Ｓ₂を蛍光光度計で測定し、勾配係数Ｋ_mは、

【数2】

にほぼ等しいものとして計算される。この方法はさらに、第２較正溶液を調製することによってゼロシフトを割り出すことを含む。第２較正溶液は、約Ｑ％の酸を含有する酸溶液を調製することと、約１部の酸溶液を約Ｍ部の水試料に添加することとによって調製される。次いで蛍光光度計で第２較正溶液から第３蛍光信号Ｓ₃を測定する。ゼロシフトＺ₀は

【数3】

にほぼ等しいものとして計算され、その後、蛍光光度計は、勾配係数及びゼロシフトを用いて較正される。

【0010】

本発明の別の態様によれば、蛍光光度計を較正する方法は、蛍光光度計で水試料から第１蛍光信号Ｓ₁を測定することを含む。約１００×Ｃ₀の濃度の水処理生成物と約１００×Ｃ_fの濃度の蛍光マーカーとを含有するスパイク溶液を調製することと、約１部のスパイク溶液を約９９部の水試料に添加することとによって第１較正溶液を調製する。次いで、蛍光光度計で第１較正溶液から第２蛍光信号Ｓ₂を測定し、勾配係数Ｋ_mは、Ｃ_f／（Ｓ₂−Ｓ₁×０．９９）にほぼ等しいものとして計算される。この方法はさらに、第２較正溶液を調製することによってゼロシフトを割り出すことを含む。第２較正溶液は、約５％〜約３０％の酸を含有する酸溶液を調製することと、約１部の酸溶液を約９部の第１較正溶液に添加することとによって調製される。次いで第２較正溶液から第３蛍光信号Ｓ₃を測定し、ゼロシフトＺ₀は、Ｓ₂−（Ｓ₃×１．１）にほぼ等しいものとして計算される。この方法はさらに、勾配係数及びゼロシフトを用いて蛍光光度計を較正することを含む。

【0011】

本発明の別の態様によれば、蛍光光度計を較正する方法は、蛍光光度計で水試料から第１蛍光信号Ｓ₁を測定することと、約１００×Ｃ₀の濃度の水処理生成物と約１００×Ｃ_fの濃度の蛍光マーカーとを含有する第１スパイク溶液を調製することと約１部のスパイク溶液を約９９部の水試料に添加することとによって第１較正溶液を調製することとを含む。次いで、蛍光光度計で第１較正溶液から第２蛍光信号Ｓ₂を測定する。この方法はまた、約５％〜約３０％の酸を含有する酸溶液を調製することと、約１部の酸溶液を約９部の水試料に添加することとによって第２較正溶液を調製することを含む。第２較正溶液から第３蛍光信号Ｓ₃を測定する。この方法はまた、約１００×Ｃ₀の濃度の水処理生成物と約１００×Ｃ_fの濃度の蛍光マーカーとを含有する第２スパイク溶液を調製することと約１部のスパイク溶液を約９９部の第２較正溶液に添加することとによって第３較正溶液を調製することを含む。蛍光光度計で第３較正溶液から第４蛍光信号Ｓ₄を測定する。いくつかの事例において、勾配係数Ｋ_mは、Ｃ_f／（Ｓ₂−Ｓ₁×０．９９）にほぼ等しいものとして計算される。いくつかの事例において、ゼロシフトＺ₀は

【数4】

にほぼ等しいものとして計算される。ここで、Ｂ_zは約０．００５〜約０．０５のバックグラウンド補正係数である。この方法はさらに、勾配係数及びゼロシフトを用いて蛍光光度計を較正することを含む。

【0012】

本発明のいくつかの実施態様は、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では、現場での蛍光光度計の較正の精度を改善する較正手順が提供される。いくつかの実施態様は、特定の時点における水システムの現場の特性を考慮に入れることによって蛍光光度計の較正を改善する。いくつかの実施態様は、１つ以上の水特性、例えばバックグラウンド蛍光、散乱、吸収、濁り、色、及び蛍光測定値に影響を及ぼし得るその他のファクタを考慮に入れる。いくつかの事例では、較正方法は±２％の平均較正精度を提供する。いくつかの事例では最大較正誤差は１０％未満である。

【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を示す斜視図である。

【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を示すプロットである。

【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9】図９は、本発明のいくつかの実施態様に基づく予想蛍光測定値に及ぼす現場の水特性の影響を示すプロットである。

【図10】図１０は、本発明のいくつかの実施態様に基づく蛍光光度計を較正する方法を示すフローチャートである。

【図11】図１１は、本発明のいくつかの実施態様に基づく蛍光光度計を較正する方法を示すフローチャートである。

【図12A】図１２Ａは、本発明のいくつかの実施態様に基づく第２較正溶液を調製する方法を示すフローチャートである。

【図12B】図１２Ｂは、本発明のいくつかの実施態様に基づく第２較正溶液を調製する方法を示すフローチャートである。

【図13A】図１３Ａは、図１１の方法に基づく仮想蛍光測定値を示すプロットである。

【図13B】図１３Ｂは、図１２Ａ及び１２Ｂの方法に基づく仮想蛍光測定値を示すプロットである。

【図14】図１４は、本発明のいくつかの実施態様に基づく蛍光光度計の較正方法を示すフローチャートである。

【図15】図１５は、図１４の方法に基づく仮想蛍光測定値を示すプロットである。

【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】

本発明の実施態様は、概して、１つ以上のタイプの蛍光光度計を較正する多数の方法を提供する。いくつかの実施態様の場合、１つ以上の異なる現場位置における水処理生成物の濃度の現場測定値を較正することができるので有利である。それぞれの場所で、特定の測定時間における蛍光測定値に影響を及ぼす場所特有のファクタを補正するように、蛍光光度計を較正することができる。本明細書中のいくつかの実施態様が手持ち式蛍光光度計を較正することに関して記載されているが、言うまでもなく、本発明の実施態様は特定タイプの蛍光光度計の較正に限定されるものではなく、種々様々な蛍光光度計タイプを較正するのに有用であり得る。

【0018】

図１は、本発明のいくつかの実施態様に従って較正され得る手持ち式蛍光光度計１００の形態を成す光学測定装置を示す斜視図である。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「処理溶液」などと呼ばれる。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）における水処理生成物又は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(3^rd 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Ｃ_cを以下の式によって割り出すことができる。

【0026】

Ｃ_c＝Ｃ_m×（Ｃ₀／Ｃ_f）

【0027】

ここで、Ｃ_m＝Ｋ_m×（Ｓ_x−Ｚ₀）である。

【0028】

ここで、Ｃ_mは現在の蛍光マーカー濃度であり、Ｋ_mは勾配補正係数であり、Ｓ_x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、そしてＣ_f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ヤのボール・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5】

【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】

Ｋ_xは較正係数である。

【0049】

【数6】

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7】

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8】

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9】

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10】

【0053】

ここで、Ｃ_CALIBRは、較正溶液中の生成物の濃度である。

【0054】

【数11】

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12】

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】

上記のように、本発明のいくつかの実施態様において、蛍光光度計は水試料から蛍光発光を測定して生成物濃度の較正された計算値を提供する。この較正された計算値は、蛍光測定値に影響を及ぼし得る試料水の１つ以上の特性を考慮する。図９は、本発明のいくつかの実施態様に基づく、予想蛍光測定値に及ぼす現場の水特性のいくつかの影響を示すプロット９００である。プロット９００は概ね、生じ得る蛍光光度読み値を任意単位（例えば蛍光、濃度などの点で）で水試料中の蛍光トレーサＮＤＳＡ濃度に対しておおまかに示している。初期測定値９０２が連続測定値に対する基準点を提供する。いくつかの実施態様の場合、水試料の体積は、蛍光光度計で蛍光光度を読むために必要な最小体積よりも少なくとも２倍以上大きい。

【0058】

いくつかの事例において、初期測定値９０２は、（図９の破断された濃度の軸線で示されるように）蛍光トレーサの実際の濃度に関する限定された情報を提供し、生成物トレーサ濃度と蛍光光度計読み値との関係をさらに特徴づけるために、付加的な較正が必要である。較正された計算値は、１つ以上の較正ファクタ、例えば較正定数（例えば較正勾配係数）、ゼロシフト及び／又は励起基準信号に部分的に基づいていてよい。例えば、いくつかの事例において、現在の蛍光マーカー濃度Ｃ_mは、Ｋ_m×（Ｓ_x−Ｚ₀）にほぼ等しい。ここで、Ｓ_xは現在の蛍光測定値であり、Ｋ_mは較正勾配補正係数であり、Ｚ₀はゼロシフトである。いくつかの事例において、次いで、現在の生成物濃度Ｃ_cをＣ_m×（Ｃ₀／Ｃ_f）にほぼ等しいものとして割り出すことができる。ここで、Ｃ₀は公称生成物濃度であり、Ｃ_fは公称蛍光トレーサ濃度である。本発明のいくつかの実施態様の場合、公称ＮＤＳＡ濃度は約０．１ｐｐｍ〜約３ｐｐｍである。いくつかの実施態様の場合、公称ＮＤＳＡ濃度は約０．５ｐｐｍである。

【0059】

いくつかの事例の場合、蛍光光度計読み値に対する蛍光マーカー（及び生成物）の濃度の較正関係を、ゼロシフト及び較正勾配の観点から説明することができる。ゼロシフトを使用することにより、バックグラウンド蛍光によってもたらされる影響に対して読み値を補正し、基本的には測定されたバックグラウンド蛍光を差し引くので、読み値はトレーサ／生成物によって発せられた蛍光だけに相当する。較正勾配は、試料内部のトレーサの濃度における所与の増大について予想されうる、蛍光光度計の読み値における予想される増大を示す。

【0060】

図９に戻ると、ＮＤＳＡの濃度が、矢印９０４によって示されるように、初期測定値９０２から高められると、次の測定値９０６が予想曲線９１０に沿った読み値に相当することが予想される。予想曲線９１０は、既知のトレーサ濃度の増大に対応する既知の蛍光読み値の増大に基づいている。例えば、蛍光読み値の増大はしばしば、ゼロ試料中のトレーサ濃度を既知量だけ増大させた後、ゼロ試料の蛍光を測定することによって、濃度増分に関して割り出される。しかしながら、図９に関して発明者は、意外にも、現場の試料中のトレーサ濃度を既知量だけ増大させた後、次の測定値９０８が、ゼロ試料による較正中に予想し得るものとは異なる曲線９１２に沿った異なる読み値をもたらすことを発見した。特定の理論に縛られることなしに発明者は、この差異が、実際の水試料中の吸収度、散乱、色、及び濁りなどによって引き起こされるトレーサ蛍光に対する影響によってもたらされるものと考える。本発明のいくつかの実施態様では、バックグラウンド蛍光の影響に加えてトレーサの蛍光に及ぼされる実際の水試料の光学特性の影響も考慮に入れる蛍光光度計較正方法が提供される。このように、実際の較正曲線９１２は、実際の勾配及びゼロオフセットを用いて割り出すことができる。ゼロオフセットは、曲線と読み値の軸線との交点に相当し、濃度の軸線からオフセットしている。

【0061】

いくつかの実施態様において、実際の較正曲線９１２の勾配は、被験産業用水システムからの水試料と、試料に添加される既知量の蛍光トレーサとを有する較正溶液を形成することによって割り出されることができる。図１０に関して、いくつかの実施態様において、蛍光光度計を較正するための方法１０００は、較正勾配と較正オフセットとを割り出すステップを含む。方法１０００は、蛍光光度計、例えば上記のもののうちの１つ又は別のものを提供すること（１００２）と、水試料を取り出すこと（１００４）と、水試料から第１蛍光信号Ｓ₁を測定し（１００６）、ひいては将来の測定のためのベースライン又は基準点を提供することとを含む。第１較正溶液を調製する（１００８）ことによって、実際の較正勾配を割り出すのを助け、そして第１較正溶液から第２蛍光信号Ｓ₂を測定する（１０１０）。次いで、第１信号Ｓ₁及び第２信号Ｓ₂に基づいて較正勾配係数を割り出すことができる（１０１２）。

【0062】

いくつかの事例において、第１較正溶液は、水試料の一部において蛍光トレーサ濃度を既知量だけ高くすることにより調製される。例えばいくつかの実施態様では、第１較正溶液の調製は、水試料中の公称生成物濃度Ｃ₀の約Ｐ倍の濃度で水処理生成物を含有するスパイク溶液を調製することを含む。いくつかの事例では、水処理生成物はまた、水試料中のトレーサの公称濃度Ｃ_fの約Ｐ倍の濃度で蛍光マーカーを含む。いくつかの実施態様では、約Ｎ部の水試料に対して約１部のスパイク溶液の比率でスパイク溶液を水試料で混合することにより第１較正溶液を作成する。第１較正溶液から第２信号Ｓ₂を測定した後、第１信号Ｓ₁及び第２信号Ｓ₂に基づいて較正勾配係数Ｋ_mを割り出す。いくつかの実施態様では、スパイク溶液は、濃度Ｐ×Ｃ_fの蛍光トレーサを含有し、且つ約１：Ｎの比で水試料と混合され、勾配係数Ｋ_mは

【数13】

にほぼ等しいものとして計算される。

【0063】

言うまでもなく、第１較正溶液について様々な混合比が可能である。いくつかの実施態様では、Ｎは約１０〜約５００であり、一方、いくつかの事例ではＮは約９０〜約１１０である。いくつかの事例ではＮは約５〜約４０である。いくつかの実施態様ではＮは９９である。いくつかの実施態様ではＰ＝Ｎ＋１である。いくつかの実施態様ではＰは、Ｐ＝Ｎ＋１であり且つＮが９９である場合のように１００である。もちろん、Ｎ及びＰの他の値も可能であり、本発明はここに記載された範囲及び／又は例に限定されるものではない。

【0064】

図１０に戻ると、較正勾配係数Ｋ_mを計算すること（１０１２）に加えて、いくつかの事例では、この方法１０００は、生成物によって発せられるあらゆる蛍光が除かれた水試料中のバックグラウンド蛍光量を表す較正曲線のゼロシフトＺ₀を割り出すことも含む。いくつかの実施態様の場合、ゼロシフトは、水処理生成物及び／又は蛍光マーカーの濃度がゼロであるゼロ水試料から割り出される。例えば、いくつかの事例において、ゼロ水試料は蒸留水又は水道水であってよい。いくつかの事例では、ゼロ水試料は、蛍光測定が行われる現場で取得された水道水であってよい。いくつかの事例では、ゼロ水試料は水源から取得されてよい。この水は通常、産業用水システム内で使用するためのキャリアとして生成物と混合される。

【0065】

ゼロ水試料の調製（１０１４）後、方法１０００は、ゼロ水試料から第３蛍光信号Ｓ₃を測定すること（１０１６）と、第３蛍光信号Ｓ₃に等しいゼロシフトを設定すること（１０１８）とを含む。次いで、蛍光光度計を勾配係数Ｋ_m及びゼロシフトＺ₀を用いて較正すること（１０２０）ができる。例えば、いくつかの実施態様の場合、本明細書中に前述したような、Ｃ_m＝Ｋ_m×（Ｓ_x−Ｚ₀）及びＣ_c＝Ｃ_m×（Ｃ₀／Ｃ_f）の関係に従って、水試料中の生成物Ｃｃの現在の濃度を割り出すことができる。

【0066】

図１１は、本発明のいくつかの実施態様に基づく、別の蛍光光度計較正方法１１００を示すフローチャートである。この方法１１００は、図１０の方法１０００におけるものと共通するいくつかのステップを含んでいる。例えば方法１１００は、蛍光光度計を提供すること（１１０２）と、水試料を取り出すこと（１１０４）と、水試料から第１蛍光信号Ｓ₁を測定すること（１１０６）とを含む。次いで、第１較正溶液を調製し（１１０８）、第１較正溶液から第２蛍光測定値Ｓ₂を測定し（１１１０）、Ｓ₁及びＳ₂に基づいて較正勾配係数を計算することができる。いくつかの実施態様では、第１較正溶液は、図１０に関連して説明したのと同様に調製されうるが、このことが必要というわけではない。

【0067】

図１１に示された方法１１００はさらに、第２較正溶液を調製することと（１１１４）、第２較正溶液から第３蛍光信号Ｓ₃を測定すること（１１１６）と、Ｓ₁及びＳ₂に基づいてゼロシフトを計算すること（１１１８）とを含む。いくつかの実施態様において、第２較正溶液は、産業用水システムから抽出された水試料の一部から調製され、このため、ゼロシフトは、ゼロ水試料ではなく、産業用水システム中の実際の水に基づいて計算されることができる。従って、こうして取得された勾配係数及びゼロシフトを用いて蛍光光度計を較正すること（１１２０）により、特有の現場環境における水の光学特性をより正確に考慮することができる。

【0068】

図１２Ａ及び１２Ｂは、本発明のいくつかの実施態様に基づいて、図１１に示された方法１１００において使用される第２較正溶液を調製する（１１１４）２つの方法を示すフローチャートである。図１２Ａ及び１２Ｂに示されているように、いくつかの実施態様の場合、第２較正溶液は、予め捕集された水試料の一部を使用して、又は較正勾配係数Ｋ_mを割り出すために最初に使用された第１較正溶液の一部を使用して調製されることができる。もちろん、第２較正溶液の他の調製方法も可能である。

【0069】

図１２Ａを参照すると、いくつかの実施態様の場合、第２較正溶液の調製方法１２１４Ａは、酸溶液を調製すること（１２０２）と、酸溶液と水試料の一部とを混合すること（１２０４）とを含む。いくつかの実施態様において、酸溶液は塩酸を含むが、本発明は特定の酸の使用に限定されるものではない。いくつかの実施態様において、約Ｍ部の水試料に約１部の酸溶液を添加すること（１２０４）により第２較正溶液を形成し、第３蛍光信号Ｓ₃を測定し（図１１の符号１１１６）、ゼロシフトＺ₀を、

【数14】

にほぼ等しいものとして計算する（図１１の符号１１１８）。いくつかの実施態様によれば、Ｍは約９〜約２１である。いくつかの事例では、

【数15】

であり、一方、いくつかの実施態様ではＱ＝Ｍ＋１である。もちろん、Ｍ及びＱの他の値も可能であり、本発明は本明細書に記載された範囲及び／又は例に限定されるものではない。

【0070】

図１２Ｂは、水試料から予め調製された第１較正溶液（例えば図１１の符号１１０８）に基づいて第２較正溶液を調製する方法１２１４Ｂを示している。方法１２１４Ｂは、酸溶液を調製すること（１２２２）と、酸溶液と第１較正溶液の一部とを混合すること（１２２４）とを含む。いくつかの事例では、酸溶液は約５％〜約３０％の酸を含有している。いくつかの実施態様において、酸溶液は塩酸を含む。いくつかの事例において、酸溶液は約１０％の塩酸の濃度を有している。

【0071】

図１２Ｂに戻って、いくつかの実施態様の場合、約１部の酸溶液を約９部の第１較正溶液に添加すること（１２２４）により第２較正溶液を作成する。次いで第３蛍光信号Ｓ₃を測定し（例えば図１１の符号１１１６）、ゼロシフトＺ₀をＳ₂−（Ｓ₃×１．１）にほぼ等しいものとして計算すること（例えば図１１の符号１１１８）ができる。もちろん酸濃度及び酸溶液と第１較正溶液との比に対応する他の値も可能であり、本発明は、本明細書に記載された範囲及び／又は例に限定されるものではない。一旦ゼロシフトＺ₀を割り出したら、蛍光光度計は、前述のようにゼロシフトＺ₀及び／又は較正勾配係数Ｋ_mを使用して較正されることができる。

【0072】

図１３Ａは、図１１及び図１２Ａの較正方法を行いながら測られた一連の仮想蛍光測定値を示すプロット１３００Ａである。水試料を取り出した後、水試料の第１蛍光信号Ｓ₁１３０２を蛍光光度計で測定する。次いで第１較正溶液及び第２較正溶液を調製し、連続した測定値を測ることにより、較正勾配係数Ｋ_m及びゼロシフトＺ₀を割り出す。図１１及び１２Ａに示されているように、いくつかの実施態様の場合、水試料の一部から直接的に第１較正溶液及び第２較正溶液のそれぞれを調製することができ、調製順序は変化してもよい。図１３Ａに示されているように、ＮＤＳＡ濃度を高くしたスパイク溶液を調製することによって、ＮＤＳＡ濃度を高くすることができる（矢印１３０４によって示される）。次いで、これを使用して水試料の一部を「スパイク」し、第１較正溶液を作成する。第１較正溶液から第２蛍光測定値Ｓ₂１３０６を測り、第１測定値Ｓ₁１３０２及び第２測定値Ｓ₂１３０６を使用して較正勾配係数Ｋ_mを割り出すことにより曲線１３０８を特徴づける。例えば、いくつかの事例では、勾配係数Ｋ_mを

【数16】

にほぼ等しいものとして計算する。

【0073】

引き続き図１３Ａを参照すると、次いで酸溶液を水試料の一部に添加することによってバックグラウンド蛍光を低減又は排除し（矢印１３１０によって示す）、ひいては第２の較正溶液を作成することができる。次いで第２較正溶液から第３蛍光測定値Ｓ₃１３１２を測定することができ、次いで第１測定値Ｓ₁１３０２及び第３測定値Ｓ₃１３１２を使用して、バックグラウンド蛍光の影響を補正するのに必要とされるゼロシフト１３１６を割り出すことができる。例えば、ゼロシフトＺ₀は、いくつかの事例において、

【数17】

にほぼ等しいものとして計算することができる。次いで、較正勾配係数Ｋ_m及びゼロシフトＺ₀を使用して将来の蛍光光度計の読み値を較正することができる。

【0074】

図１３Ｂは、図１１及び図１２Ｂの較正方法を行いながら測られた一連の仮想蛍光測定値を示すプロット１３００Ｂである。水試料を取り出した後、蛍光光度計で水試料の第１蛍光信号Ｓ₁１３５２を測定する。次いで第１較正溶液及び第２較正溶液を調製し、連続した測定値を測ることにより較正勾配係数Ｋ_m及びゼロシフトＺ₀を割り出す。図１１及び１２Ｂに示されているように、いくつかの実施態様の場合、水試料の一部から直接的に第１較正溶液を調製することができ、第１較正溶液の一部から第２較正溶液を調製する。図１３Ｂに示されているように、ＮＤＳＡ濃度を高くしたスパイク溶液を調製することによってＮＤＳＡ濃度を高くすることができる（矢印１３５４によって示される）。次いで、これを使用して水試料の一部を「スパイク」し、第１較正溶液を作成する。第１較正溶液から第２蛍光測定値Ｓ₂１３５６を測り、第１測定値Ｓ₁１３５２及び第２測定値Ｓ₂１３５６を使用して較正勾配係数Ｋ_mを割り出すことにより曲線１３５８を特徴づける。例えば、いくつかの事例では、勾配係数Ｋ_mをＣ_f／（Ｓ₂−Ｓ₁×０．９９）にほぼ等しいものとして計算する。

【0075】

引き続き図１３Ｂを参照すると、次いで第１較正溶液の一部に酸溶液を添加することによってバックグラウンド蛍光を低減又は排除し（矢印１３１０によって示される）、ひいては第２の較正溶液を作成することができる。次いで第２較正溶液から第３蛍光測定値Ｓ₃１３１２を測定することができ、次いで第１測定値Ｓ₁１３０２及び第３測定値Ｓ₃１３１２を使用して、バックグラウンド蛍光の影響を補正するのに必要とされるゼロシフト１３１６を割り出すことができる。例えば、ゼロシフトＺ₀は、いくつかの事例において、Ｓ₂−（Ｓ₃×１．１）にほぼ等しいものとして計算されることができる。次いで、較正勾配係数Ｋ_m及びゼロシフトＺ₀を使用して将来の蛍光光度計の読み値を較正することができる。

【0076】

本発明のいくつかの実施態様によれば、蛍光光度計の較正方法は少なくとも３つの点を利用して、特に従来の２点較正のスキームと比較して較正精度を高めるので有利である。例えば上述のように、或る特定の実施態様は少なくとも２つの測定点を利用して、較正曲線の勾配を特徴づける。最初の２つの測定点のうちの一方と一緒に第３の点を用いることにより、較正曲線のゼロオフセットを割り出すことができる。

【0077】

図１４及び１５を参照すると、本発明のいくつかの実施態様が、４点較正方法１４００を提供する。図１４は、方法１４００を示すフローチャートであり、一方、図１５は、図１４の較正方法を行いながら測られた仮想蛍光測定値を示すプロットである。方法１４００は、蛍光光度計、例えば本明細書中に記載されたもののうちの１つ、又は蛍光マーカーからの蛍光信号を測定して水試料中の生成物濃度を割り出すように形成された別のものを提供すること（１４０２）を含む。水試料を取り出した（１４０４）後、蛍光光度計を使用して水試料の第１蛍光信号Ｓ₁１５０２を測定する（１４０６）。第１較正溶液を調製すること（１４０８）により、試料水中のＮＤＳＡ濃度を高める（矢印１５０４によって示される）。いくつかの実施態様の場合、約１００×Ｃ₀の濃度の生成物と約１００×Ｃ_fの濃度の蛍光マーカーとを有する第１スパイク溶液を水試料の一部と合体させることによって第１較正溶液を調製する。いくつかの事例において、約１部の第１スパイク溶液を約９９部の水試料に添加することにより第１較正溶液を調製する。図１４及び１５に示されているように、いくつかの事例において、第１較正溶液から第２蛍光信号Ｓ₂１５０６を測定する。いくつかの実施態様において、曲線１５０８を特徴づける勾配係数Ｋ_mをＣ_f／（Ｓ₂−Ｓ₁×０．９９）にほぼ等しいものとして計算するが、他の変更形も可能である。

【0078】

いくつかの実施態様の場合、水試料中のバックグラウンド蛍光を低減又は排除する（矢印１５１０によって示される）ために、酸溶液を水試料の一部に添加することにより第２の較正溶液を調製する（１４１４）。例えば、いくつかの事例の場合、先ず約５％〜約３０％の酸を含有する酸溶液を調製し、次いで約１部の酸溶液を約９部の水試料に添加することにより第２較正溶液を調製することができる。第２較正溶液から第３蛍光信号Ｓ₃１５１２を測定する（１４１６）。

【0079】

いくつかの事例において、約１００×Ｃ₀の濃度の生成物と約１００×Ｃ_fの濃度の蛍光マーカーとを含有する第２スパイク溶液を第２較正溶液の一部と合体させることにより第３較正溶液を調製する（１４１８）。いくつかの事例において、約１部のスパイク溶液を約９９部の第２較正溶液に添加することによって第３較正溶液を調製する。いくつかの実施態様の場合、第２スパイク溶液は第１スパイク溶液と同じである。第３較正溶液を調製した（１４１８）後、第３較正溶液から第４蛍光信号Ｓ₄１５１６を測定する。いくつかの実施態様の場合、次いで、４つの蛍光測定値及びバックグラウンド補正係数Ｂ_zに基づいてゼロシフトＺ₀１５２０を計算することができる。いくつかの実施態様の場合、ゼロシフトＺ₀は、

【数18】

にほぼ等しいものとして計算される（１４２２）。

【0080】

図１５に示されているように、いくつかの事例では、較正曲線１５０８の勾配は較正曲線１５１８とは僅かに異なる勾配を有している。このことは、第３較正溶液を調製して第４蛍光測定値Ｓ₄１５１６を測定する前のバックグラウンド蛍光の消失１５１０に少なくとも部分的に起因するものと考えられる。従って、４点較正方法１４００は、従来の較正方法よりも高精度の改善された較正方法を提供することができる。例えば上述のように、ゼロシフトは、４つの全ての信号測定値Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４に基づいている。いくつかの実施態様の場合、ゼロシフトはバックグラウンド補正係数にも基づいている。いくつかの事例では、Ｂ_zは約０．００５〜約０．０５である。いくつかの実施態様の場合、Ｂ_zは約０．０１３５である。

【0081】

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】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図13A】

【図13B】

【図14】

【図15】