JP5280492B2 - モジュール式蛍光光度計、検知方法、管理方法 - Google Patents

Description

本願発明は一般的には、天然または産業用水系内の添加物の存在の有無、または濃度をモニターするための装置および方法に関する。より詳しくは、本願発明は、モジュール式蛍光光度計に関し、該モジュール式蛍光光度計は、天然のまたは産業用水系における、ひとつのまたはそれ以上の蛍光体を感知するのに使用できる。

産業用水系や水文学一般に、蛍光体を使用することが知られている。産業用水系における水のロスを調査するため、不活性蛍光トレーサを使用することが知られている。さらに、循環または使い捨て冷却水系において添加剤や製品濃度を管理するために蛍光トレーサを使用することもまた知られている。（米国特許第4,783,314号参照）
この方法では、ある蛍光トレーサがひとつまたはそれ以上の添加剤と所定の割合にて組み合わされ、その混合物は冷却系の水に添加される。そこで蛍光光度計が蛍光トレーサの存在の有無や濃度を検知するために使用され、添加剤の存在の有無や濃度も検知される。

蛍光光度計は、本質的には、光源、望ましい励起波長範囲を選択する手段、サンプルセル、望ましい発光波長範囲を選択する手段、および検知器を備えた分析機器である。蛍光分光光度計は、望ましい励起、および／または発光波長範囲を選択する手段が回折格子により司られている、特定タイプの蛍光光度計である。回折格子は、光の連続体をそれらの各成分に分散させるようにふるまう。蛍光分光光度計は走査型蛍光分光光度計と、固定型蛍光分光光度計とに小分類される。走査型蛍光分光光度計は、励起源および／または発光に比例して回折格子の配置に基づいて波長スペクトルを操作するために機械的手段を使用する。（これは標準的試験所モデルの蛍光光度計を表す。）一方、固定型蛍光分光光度計においては、回折格子は発光に関して固定されている。発光（蛍光）は、検知器の配列に向けられる。検知器の配列は、通常「ＣＣＤ」といわれる電荷結合素子、またはフォトダイオードたりえる。そして検知器は、適切な波長ユニット内にて校正される。このような商業用装置はオーシャンオプティクス（ドリスディール・アンド・アソシエイツ社４５２４４Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ４４０５５オハイオ州シンシナチ（５１３）８３１−９６２５から入手可能）より入手できる。

このタイプの固定型蛍光分光光度計は、いまだに適切な励起波長選択装置を必要とし、該装置は走査型回折格子またはフィルターでありえる。

現場の状態での使用に最も適している蛍光光度計は、回折格子蛍光分光光度計ではなく、むしろフィルターに基づいた蛍光光度計である。フィルターに基づいた蛍光光度計は選択された波長以外の全てを除くためのフィルターを使用している。最近の入手可能なフィルターに基づいた蛍光光度計のほとんどが、それによって光が透過可能なセルを含むひとつの水路を備えている。

光源および選択的励起フィルターは、光が透過可能なセルおよび励起検知器の一方の側部に配置される。そして発光フィルターは光が透過可能なセルの他方の側部に配置される。基準検知器が任意的に存在していてもよい。蛍光は等方性があり、ほとんどの蛍光光度計は、偽励起光の集光量を最小化するために、光源から９０°の角度で蛍光体から発光された蛍光の全てを検知するからである。

該励起フィルターは選ばれた励起波長範囲の光がフィルターを透過し、セルに進入するのを許容する。オフラインのバッチ試験を実施する際に、天然または産業用水系からの水のサンプルは、光が透過可能なセル中に置かれて保持される。オンライン試験の時には、水のサンプルは光が透過可能なセルを通過するように流れる。光は水のサンプル中に存在する蛍光体により吸収される。そしてその一方で励起光と同一またはそれより長い波長を持つ蛍光を発光する（以下において「蛍光信号」という。）。発光フィルターは、発光検知器と光が透過可能なセルとの間に配置され、蛍光体により射出された光（蛍光体の蛍光信号）のみフィルターを通過させ発光検知器に至るのを許容するように選定される。

現在入手可能なフィルターをベースとした蛍光光度計での制限事項は、ほとんどのそれらが単一の蛍光体試料のみ検知可能である点である。フォトダイオードを使用すると、単一の蛍光体から射出された蛍光信号の通過を許容するように特別に設計された発光フィルターの使用を必要とするからである。

複数の蛍光体試料を検知することは、重要である。というのは、産業用水系に複数の添加剤、化学薬品、または不活性蛍光トレーサを添加することがしばしば要求されるからである。

蛍光光度計が一以上の蛍光信号を測定できる必要があるとするもうひとつの理由は、不活性でない蛍光体から射出されたある蛍光信号は産業用水系の他の成分との相互作用に呼応して変化するように設計されているからである。それゆえ、単一の蛍光体から発せられた異なる種類の蛍光信号を分析するには、現在知られている複数の蛍光光度計を使用する必要がある。

現在知られている複数の蛍光光度計を使用するのは、金がかかりほとんどの場合この問題を解決するには現場的に受け容れることのできない非現実的なものである。他のいくつかのこの問題に対する解決策が以下に記載されている。

一水路−多信号の蛍光光度計が知られている。これらの蛍光光度計は、ひとつの水路に対して１セット以上の光源／フィルター／検知器を備えていて、水の試料中の一以上の蛍光信号を測定することができる。このような一水路−多信号の蛍光光度計のひとつは、個々のフォトダイオードに対向するフォトダイオードの配列を有している。問題は、フォトダイオードの価格が高く、冷却塔やボイラーの水システムなど産業用の環境において使用された場合に壊れやすいということである。それゆえ、多くの産業用水系のオペレーターは、このような劣悪な環境においてこのような高価で壊れやすい装置を採用することに消極的である。その結果、ある環境のもとにおいては、オペレーターはひとつの産業用水系に対して異なる蛍光光度計を複数使用せざるを得なかった。この方法は必要とされる蛍光光度計の大きさ、コスト、嵩などに関して不利である。

一水路−多信号の蛍光光度計の特別なタイプのひとつが「細胞と、粒の分析と保存のための改良された多レーザー／多パラメーターフロー細胞計」（ステインカンプ等、Rev.Sci.Instrum.(1991),62(11),2751-64）に記載されている。そこに記載されている蛍光光度計は、高価で壊れやすい部品を要求している。したがってこの蛍光光度計は、現場での使用には現実的ではなくかつ適していない。

これら入手可能なフィルターをベースとした蛍光光度計を使用するにあたっての現実的な難しさは、それらが測定すべきとされたものしか測定することができず、ひとたび光源、検知器、フィルターが設定されると、光の他の波長における蛍光信号の測定を可能とするように蛍光光度計のこれらの部品を変えるのに時間と手間とがかかることである。

現存する蛍光光度計の欠点を検討した結果、要求された蛍光信号が検知できるように、蛍光光度計の操作設定を迅速に変えることができる性能を持った、一つの装置を使用して一以上の蛍光信号を検知することができる改良された蛍光光度計に対する要求があることが分かった。さらにまた、このような単一の蛍光光度計を利用するシステムにおいて一以上の蛍光物質を検知する方法に対する要求があることも判明した。

本願発明の第１の態様は、各ユニットが水の試料がそれを通して流れる光が透過可能なセルを備えた水路と、前記光が透過可能なセルの外部に配置された光源と、該光源と光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な励起フィルターと、該光が透過可能なセルの外部に配置された基準検知器と、該光が透過可能なセルの外部に配置された発光検知器と、前記発光検知器と前記光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な発光フィルターと、を備えた一またはそれ以上のユニットを備えた、モジュール式蛍光光度計であって、該モジュール式蛍光光度計に一以上のユニットが存在する場合には、前記水試料が流れて通過する前記光が透過可能なセルは、前記蛍光光度計内において水の試料が流れて通過するひとつだけの水路しか存在しないように配列される、モジュール式蛍光光度計である。

本願発明の第２の態様は、異なる励起スペクトルにより定義される光に照射された後に各蛍光物質の種が異なる発光スペクトルの光を発光する、水の試料中の一またはそれ以上の蛍光物質の種の存在を検知する方法であって、該方法は、ａ）前記水の試料中の各蛍光物質の種の存在を検知するに十分な数のユニットを有する、本願発明の第１の態様のモジュール式蛍光光度計を提供する工程と、ｂ）蛍光物質を備える水の試料を各光が透過可能なセルを通して移動させる工程と、ｃ）各ユニットのそれぞれの光源によって前記水の試料を照らす工程と、ｄ）各ユニットのそれぞれの発光検知器によって発光スペクトルを検知することにより、各蛍光物質の種を検知する工程と、を備えている。

本願発明の第３の態様は、本願発明の第１の態様にかかるモジュール式蛍光光度計を使用することを含む産業用水系を管理する方法である。そこにおいては、前記モジュール式蛍光光度計は、産業用水系を管理するために、さらに、該モジュール式蛍光光度計および他の分析機器からの入力により提供された測定された蛍光信号を使用することができるようにされた絶縁アナログ入力を有するコントローラーを備えている。

本願明細書全体を通じて下記用語の定義が適用される。
「蛍光物質」とは、基底状態（Ｓ₀）から励起状態（Ｓ₁、Ｓ₂、またはＳ₃）へと昇進され、同時に最低位の電子振動の励起状態（Ｓ₁）へと弛緩する電子となるエネルギー（ｈν）の光量子の吸収によりエネルギーレベルにおいて、吸収時より低いエネルギー「Ｅ」（ｈν）（しかし波長は長い。）の光量子を発生する分子をいう。この関係は下式により示される。
（式） Ｅ（吸収）＞Ｅ（蛍光性）
このエネルギーの発生は、基底状態（Ｓ₀）に戻される分子の電子状態に帰する。全体的なプロセスは、等方性に分配される蛍光光量子発生に帰する。本願発明にかかる蛍光光度計により検知される蛍光物質は、約２００ｎｍから約１２００ｎｍの波長域において励起光を吸収することができ、励起光より長い波長域でそれを発生する。

「不活性」とは、冷却水系中の他のいかなる化学物質、または金属成分、微生物の活動、殺生物剤の濃度、熱的変化若しくは全体的な熱の成分などの他のシステムのパラメーターによっては、不活性の蛍光物質が容易に感知されるレベルであるいは顕著に影響されることはないという事実を言う。「容易に感知されるレベルであるいは顕著に影響されることはない」ということにより意味されるものを定量化するため、この文章は、冷却水系中で通常遭遇する条件のもと、不活性蛍光物質はその蛍光信号において１０％以上の変化を持たないということを意味する。冷却水系中で通常遭遇する条件は、冷却水系に関する当業者により知られている。

「等方性」とは、分子の一部分が点光源として考えられ、励起光がその分子の一部分に向けられている場合に、蛍光が３６０°に等しく発光され、その結果三次元の球を創造する事実を意味する。蛍光が等方的に分配されるので、実際には蛍光信号の集合は、励起（光量子）源に起因する集合された光量子（光）を最小化するように、励起（光量子）源に関し９０°の角度でおきる。これは光の分散を最小化する助けとなる。

「ｎｍ」は、ナノメーターを示し、１０^-9メーターのことである。

本願発明は、同一の水の試料から１〜１６の区分けされた蛍光を検知することができる堅牢かつ製造が安価にでき、コンパクトなモジュール式蛍光光度計を提供する、先行技術に対する改良を提供するものである。これらのモジュール式蛍光光度計は一またはそれ以上のユニットを有し、これら各ユニットは、水の試料がそれを通して流れる光が透過可能なセルを備えた水路と、前記光が透過可能なセルの外部に配置された光源と、該光源と光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な励起フィルターと、該光が透過可能なセルの外部に配置された基準検知器と、該光が透過可能なセルの外部に配置された発光検知器と、前記発光検知器と前記光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な発光フィルターと、を備えた一またはそれ以上のユニットを備え、該モジュール式蛍光光度計に一以上のユニットが存在する場合には、前記水試料が流れて通過する前記光が透過可能なセルは、前記蛍光光度計内において水の試料が流れて通過するひとつだけの水路しか存在しないように配列されている。

以下の説明において、部材の番号は、同一の部材を識別するために利用される。モジュール式蛍光光度計の一ユニットについて説明する。モジュール式蛍光光度計は、コントローラー１４に接続されているプリント回路基板のアッセンブリ１２を含む。プリント回路基板のアッセンブリ１２は、本体１８を収容する開口部１６を含んでいる。本体１８は光が透過可能なセル２２を収容するための水路２０を含む。水の試料は水路２０を通って光が透過可能なセル２２に流れ込む。

プリント回路基板（ＰＣＢ）アッセンブリは、プリント回路基板および蛍光光度計の技術に関する通常の知識を有するものにより作製可能である。この装置に有用なプリント回路基板アッセンブリは該蛍光光度計の部品の作動を許容するように作製されなければならない。それは励起源の駆動装置と、電流から電圧への変換と光検知器からの信号の増幅を司る増幅器とを含む。信号を処理し、信号の大きさを通信する回路もまたＰＣＢにとり欠くことのできないものである。温度測定のための追加的回路としてトランジスタおよび／またはフロースイッチが含まれてもよい。

第１実施形態では、本体１８は、４つの側部開口２４を含み、該側部開口２４は、同一平面上にあり光源２６、基準検知器２８、および２つの発光検知器３０を収容するために、互いに９０°の方向に向けられている。ただ一つの発光検知器３０が必要とされるので、他の実施形態にかかるモジュール式蛍光光度計ユニット１０Ｊも可能である。第２実施形態では、この構造は一つの発光検知器３０と任意的部品例えば温度センサー３２などを含む。

光源２６は、発光ダイオードであることが望ましく、その各々の側部開口２４の内側に嵌めあわされるブッシュ３４内に収容されることができる。励起フィルターは任意でこの構造に含まれる。励起フィルター３６は光源２６と光が透過可能なセル２２との間に配置される。ブッシュ３４は、固定ねじ３８により所定位置に配置される。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、日亜化学（米国、１７５５４、ペンシルバニア州マウントビル、ヘンプランドロード、３７７５、（７１７）２８５−２３２３）から商業的に入手可能である。

もし、光源の励起光スペクトルと蛍光体の発光スペクトルとの間に、スペクトルのオーバーラップがないように、光源２６のスペクトル範囲が十分に狭い、あるいは単色光である、または蛍光体ストークスシフトが十分に大きいならば、励起フィルター３６はあってもなくてもよい。単色発光源はレーザーであってもよい。レーザーは日亜化学から商業的に入手可能である。

基準検知器２８は、光が透過可能なセル２８の外部に配置されている。望ましくは、基準検知器２８は、前記光源２６の直接反対側に配列されるとよい。第２のブッシュ４０は、基準検知器２８を側部開口２４の内部であって光が透過可能なセル２２の近傍に保持するのに使用される。第２の固定ねじ３８Ａは第２のブッシュ４０を所定位置に保持する。発光検知器３０は、光源２６、および基準検知器２８と同一平面内に配置される。望ましくは発光検知器３０は、光源２６および基準検知器２８に関し、２〜１７９°の角度に配置されるとよい。望ましくは、発光検知器３０は、光源２６および基準検知器２８に関し、約９０°の角度で配置されるとよい。該検知器３０は、側部開口２４の内部に第３のブッシュ４２によって保持固定される。光学フィルター４４は、各検知器３０および光が透過可能なセル２２の間に配置される。第３の固定ねじ３８Ｂが第３のブッシュ４２を所定位置に保持する。

基準検知器および発光検知器は浜松ホトニクス（０８８０７、ニュージャージー州、ブリッジウオーター、フットヒルロード３６０、（８００）５２４−０５０４）から商業的に入手可能なフォトダイオードであることが望ましい。

２つの検知器の構造（第１実施形態）に対して、単一の検知器３０が採用されてもよい（第２実施形態）。第２実施形態のように単一の検知器３０が採用される場合には、残りの側部開口２４は、使用されずにいてもよいし、温度センサー３２や他の部品を収容するようにしてもよい。第２実施形態では、第４のブッシュ４６が温度センサー３２を側部開口２４の内部の所定位置に保持するために使用されている。第４の固定ねじ３８Ｃが第４のブッシュ４６を所定位置に保持固定するために使用されている。

第１実施形態および第２実施形態において、締結装置４８、ワッシャーＡ５０、およびインサート５２がプリント配線基板アッセンブリ１２を本体１８に固定するために使用される。望ましい実施形態において、締結装置４８はねじであり、基準検知器２８と発光検知器３０とはフォトダイオードである。温度センサー３２は、商業的に入手可能ないかなる温度センサーであってよい。望ましくは温度センサー３２はトランジスタである。トランジスタはディジ−キーコーポレーション（５６７０１−０６７７、ミネソタ州、シーフリバーフォールズ、ブルックスアベニューサウス７０１、（８００）３４４−４５３９）商業的に入手可能である。

４つのユニットがある、本願発明に沿って作成されたモジュール式蛍光光度計について説明する。第１および第２実施形態において、モジュール式蛍光光度計ユニット１０は、１から１６の異なる蛍光種から一度にまたは同時にどこからでも検知可能なモジュール式蛍光光度計６０を形成するために、他のユニットの上に積み重ねられる。１６の異なる蛍光種の制限事項は、約２００ｎｍから約１２００ｎｍの励起波長および発光波長を備えたスペクトルが、現実には、本願発明にかかる蛍光光度計を使用して検知することのできる１６に分離されたセグメントの最大値にのみ分類されることができるという事実に基づくということである。

第１のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ａ、第２のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ｂ、第３のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ｃ、および第４のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ｄはそれぞれの上部に積み重ねられている。第１のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ａ、第２のモジュール式蛍光光度計１０ｂ、第３のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ｃ、および第４のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ｄは全て２つの発光検知器３０を備え、各発光検知器３０は、光学フィルター４４の背後に配置されている。各光学フィルター４４は、異なる最大波長を有する異なる種類の光のスペクトルを、光学フィルター４０を通して発光検知器３０への通過を許容することができる。したがってモジュール式蛍光光度計６０は８つの異なる蛍光物質を検知することが可能である。

このようにして、特別な構成を採用することによって、１から８までの異なる蛍光物質のどこからでも検知可能である。例えば、同一のモジュール式蛍光光度計により二つの蛍光物質を測定するときは、各蛍光物質の励起スペクトルが類似していることが要求される。もちろん、モジュール式蛍光光度計６０が検知する蛍光物質の種の数を増やすために、追加的なモジュール式蛍光光度計ユニット１０がモジュール式蛍光光度計６０に追加されてもよい。

蛍光光度計ユニットは、適切な締結具により、コントローラー１４に据え付けられる。ガスケットがモジュール式蛍光光度計６０とコントローラー１４との間に配置される。

コントローラー１４は、テクノバ（６００３１、イリノイ州、ガーニー、セントポールアベニュー１４８６、（８４７）６６２−６２６０））から入手できる。

モジュール式蛍光光度計６０は、さらにコントローラー１４に、コントローラー１４が各モジュール式蛍光光度計ユニット１０と電子的に通信可能にできる通信ケーブルにより連結されている。適切な通信プロトコルは、モジュール式蛍光光度計を操作するために選定されなければならない。適した標準通信プロトコルは、ＲＳ−２３２、Ｉ２Ｃ、ＣＡＮ、ＴＣＰ／ＩＰおよび標準ＲＳ−４８５ シリアル通信プロトコルを含むがこれらに限定されることはない。好ましい通信プロトコルは標準ＲＳ−４８５ シリアル通信プロトコルである。モジュール式蛍光光度計６０とコントローラー１４との間にワイアレス通信プロトコルを使用することもできる。このようなワイアレス通信プロトコルのひとつとしてブルートゥースが挙げられる。

モジュール式蛍光光度計６０に含まれるモジュール式蛍光光度計ユニット１０の数にかかわらず、各モジュール式蛍光光度計ユニット１０は通信ケーブルを使用して直列に結ばれる。この通信ケーブルはプリント回路基板１２に、接続ポート１１２において接続される。４つのモジュール式蛍光光度計ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを含む、構造をとることができる。各モジュール式蛍光光度計ユニット１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは一本の通信ケーブルで直列に接続される。該通信ケーブルは第１の接続ポート１１２ａ、第２の接続ポート１１２ｂ、第３の接続ポート１１２ｃ、および、第４の接続ポート１１２ｄに取り付けられる。通信ケーブルの端末は、前述したごとくコントローラー１４への入力のひとつである。モジュール式蛍光光度計６０に関して考えられた例のすべてについて、各モジュール式蛍光光度計ユニット１２をコントローラー１４に接続するために使用されている通信ケーブルは、現存する各モジュール式蛍光光度計ユニットに対応するコネクターおよび通信ケーブルをコントローラー１４に連結する追加的なコネクターを備えている。モジュール式蛍光光度計６０が４つのモジュール式蛍光光度計ユニット１２で構成される好ましい構成において、通信ケーブル（図示せず。）は５つのコネクターを有するであろう。

第１のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ａ、第２のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ｂ、第３のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ｃ、および第４のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ｄは、上部ハウジング５４と下部ハウジング５６との間に狭持される。光が透過可能なセル２２は、上部ハウジング５４および下部ハウジング５６おのおのに交差する。モジュール式蛍光光度計６０の各種電気部品を保護するために、一次シールが符号６２に、二次シールが符号６４にて示されている。一次シール６２と二次シール６４とは、ガスケット６６により所定位置に保持されている。Ｏ−リング６８が、保持器５８と上部ハウジング５４との間をシールするために使用されている。

水路２０Ａから水路２０Ｂは、モジュール式蛍光光度計６０全体を通じて頂部から底部まで通っている。上部水路２０Ａは、上部ハウジング５４を横切っている。下部水路２０Ｂはまた、下部ハウジング５６を横切っている。

光が透過可能なセル２２はモジュール式蛍光光度計ユニット毎に存在する。

アダプター板７０が近傍のモジュール式蛍光光度計ユニット１０ａおよび１０ｂ，１０ｂおよび１０ｃ，ならびに１０ｃおよび１０ｄの間に配置されている。符号７２のシールが、プリント回路基板と上部ハウジング５４、下部ハウジング５６、またはアダプター板７０それぞれとの間をシールするために、第１プリント回路基板１２ａ、第２プリント回路基板１２ｂ、第３プリント回路基板１２ｃ、および第４プリント回路基板１２ｄ、の各側部に置かれている。チェックバルブ７４が清掃および／または校正液の導入を許容するために用いられている。

モジュール式蛍光光度計６０は複数のねじ式締結器７６により一体に保持されている。雌ねじ部材８０は、上部ハウジング５４に対向して保持器５８を固定するために使用される。ねじが形成された植え込みボルト７８がモジュール式蛍光光度計６０をコントローラー１４に固定するために使用されている。

上部水路２０Ａは第一Ｏ-リング８４により保持器５８内にシールされたフローセル８２を通過している。ボール８６がフローセル８４内に配置されている。好ましくはボール８４は、ニッケルがコートされた真ちゅう製であることが好ましい。第二Ｏ-リング８８は、雌ねじ部材８０と保持器５８の下面との間のシールを有効なものとするために使用される。符号９０で示されるワッシャーＢは、ねじ締結器７６と上部ハウジング５４との間に配置される。ねじ締結器７６はねじインサート９２に連結される。

モジュール式蛍光光度計６０の構成は、種々の方法および形態により達成される。好ましい他の構成では、フローセル８２およびボール８６は、もし蛍光光度計が逆にされた場合に、蛍光光度計を液が適切に流れることを許容しない。しかし、モジュール式蛍光光度計が完全に逆にされた、或いは０〜３６０°のいずれかの角度に傾けられたとすると、それでもそれは機能し、重力に対して独立であるフローバルブレギュレーターを提供する。このようなフローセルレギュレーターは当業者に公知である。

本願発明の管理システムを説明する。前述したとおり、モジュール式蛍光光度計はコントローラー１４に接続されている。コントローラー１４からの出力信号９４は次には複数の装置に接続されていてもよい。その装置は、冷却システムをコントロールするポンプや電動弁を含んでいてもよい。さらに、プロセス水流１２２は、例えば、プロセス水のｐｈ、全不溶解固体量、電気伝導度、酸化還元電位などの追加の情報をコントローラー１４に与えるために９６ａ，９６ｂ，９６ｃで示されている複数の点においてサンプル取りされてもよい。モジュール式蛍光光度計６０により与えられる情報に追加してこの情報はコントローラー１４により産業用水系をコントロールするのに使用される。

コントローラー１４の設備には絶縁多重アナログ入力が存在する。これらの入力は、４−２０ｍＡ接続を介してそれらの信号の大きさに情報を与える。前記信号は、アナログ入力により読み取られ、産業用水系の管理の追加的レベルを与えるために、コントローラー１４のコントロールロジック中で使用される。好ましい実施形態においては、コントローラー１４は２０個の不連続なアナログ入力を有している。

前の文章でも触れたように、コントローラーは４−２０ｍＡ通信線を介して入手可能な処理信号の能力を備えている。これらの信号は蛍光光度計から来るものでなくともよく、他の分析装置から発せられるものでもよい。それゆえ、コントローラーは、系のファクターを測定する分析機器からの信号を処理する能力を備えている。系のファクターは以下のものを含むがこれらに限定されるものではない。
ｐｈ、電気伝導度、酸化還元電位（ＯＲＰ）、試料の化学指標、例えば、カルシウム、マグネシウム、硬度、鉄分、銅、塩素、硫酸塩、マンガン、アルミニウム、シリカ、アルカリ分、アンモニア、分散ポリマー、亜鉛、モリブデン、燐酸塩、濃縮非有機燐酸塩、フォスフォネート、及びトリアゾールなどの追加的化学指標、総懸濁個体、プロセス漏洩、自由残渣及び総オキシダント、ハロゲン、塩素、水温、系内における各所の系側温度、水側／系側の液体流量、流速、液圧及び水側と系側との差圧、化学物質含有量、使用量、化学物質ポンピング量、排出量、補給水量、腐食モニター、及び汚染、堆積物モニター、微生物インジケーター、および水中の光吸収性物質。

アナログ入力に追加して、コントローラーは蛍光光度計以外の他の機器をコントロールできるように十分な数のアナログ出力を備えている。かくして、コントローラーは産業用水系全体の管理を行う能力を備えている。

第２のコントローラー９８は、プロセス水に加えられる添加化学物質の量を管理するのに任意で使用される。第２のコントローラー９８は、使用される場合には、コントローラー１４にもまた接続される。好ましくは第２のコントローラー９８は、不活性ＴＲＡＳＡＲシステムを管理する。その不活性ＴＲＡＳＡＲシステムは、ナルコケミカルカンパニー（６０５６３イリノイ州、ナパービル、ワンナルコセンター、（６３０）３０５−１０００）から商業的に入手可能である。

したがって、本願発明は、モジュール式蛍光光度計を使用して、産業用水系内の複数の蛍光物質の存在を検知し、モニターする手段を提供する。

本願請求項の蛍光光度計により検知されることができる蛍光物質の記載に関して、本願請求項のモジュール式蛍光光度計により検知されることができるためには、蛍光物質は約２００ｎｍから約１２００ｎｍの波長の光を吸収し、それより僅かに長い波長の光を射出することができることを要することをしるしておくことが必要である。望ましくは、蛍光物質は、約３５０ｎｍから約８００ｎｍの波長の光を吸収する。

各モジュール式蛍光光度計ユニット１０は、かさばらず、製造するに安価で、かつ頑丈である。各モジュール式蛍光光度計ユニット１０を製造するに当たり、発光検知器３０は望ましくはフォトダイオードであり、光源２６は好ましくは発光ダイオードであり、基準検知器２８もまた好ましくはフォトダイオードである。１から１６のモジュール式蛍光光度計ユニット１０のどこからでも積み上げることが可能である。第１実施形態および第２実施形態のように、各蛍光光度計１０は、１または２の光学検知器３０を含んでもよい。

蛍光光度計の装置は、励起および発光の装置に関してはフィルターの装置に関するものと同様に、螢光強度測定法の技術分野の通常の知識を持つものであればその能力の範囲で作製可能である。

本件請求項にかかるモジュール式蛍光光度計は、産業用水系内に使用される水、自然水、を含むどのような水系からの水に対しても使用することができる。

産業用水系は、以下の水系を含むがこれらに限定されるものではない。
冷却タワー水系（開放循環系、閉鎖系、及び使い捨て系を含む。）；油井、縦穴構造、地熱井戸及び他の石油関係の用途；ボイラーとボイラー水系；ミネラル洗浄、ベネファクションを含むミネラルプロセス用水；抄紙機の温浸器、洗浄機、漂白プラント、白水系；パルプ産業における黒液蒸発機；ガス集塵機及びエアウオッシャー；金属産業における連続鋳造設備；空調及び冷凍設備；産業用及び石油プロセス水；殺菌水などの間接冷却及び加熱水；水再生及び清浄化システム；メンブランろ過水システム；肉、野菜、ビート大根、甜菜糖、穀類、家禽、果物、及び大豆などの食品処理の流れ；清浄機と廃棄物処理システム、液−個相の用途、地域汚水処理及び産業用または地域水システム： 本願発明の第３の態様は、モジュール式蛍光光度計を使用する、産業用水系の管理方法である。該モジュール式蛍光光度計は、さらにコントローラーを含み、該コントローラーは、産業用水系を管理するために、該コントローラーがモジュール式蛍光光度計及び他のアナログ入力からの測定された蛍光物質信号を使用することができるように、絶縁されたアナログ入力を含む。

本件請求項にかかる蛍光光度計及びコントローラーは、「冷却水系管理のための管理マトリクスの使用」と題された米国特許出願０９／５６２、３９７（２０００年５月１日出願、現在係属中）に記載され、クレームされている冷却水系を管理する機能を備えている（本件特許出願はその全体が参照用に本願に取り込まれる。）。

本件請求項にかかる蛍光光度計及びコントローラーは、「ボイラー管理のための管理マトリクスの使用」と題された米国特許出願０９／５６３、０８５（２０００年５月１日に出願され、２０００年１２月に米国特許出願０９／７３７、２５７として際出願され、現在係属中）に記載され、クレームされているボイラーを管理する機能を有するものである（本件特許出願はその全体が参照用に本願に取り込まれる。）。

上述した方法に加えて、本件請求項にかかるモジュール式蛍光光度計は、１９９９年１２月３０日に出願された米国特許出願０９／４７５、５８５の「産業用水系中の付着植物性微生物活動の測定と管理」に記載されクレームされている方法を実行するのに実用上有用である（本件特許出願はその全体が参照用に本願に取り込まれる。）。米国特許出願０９／４７５、５８５に記載されクレームされた方法を実行するために本件請求項にかかるモジュール式蛍光光度計を使用するとき、反応した蛍光染料と未反応の蛍光染料からの蛍光信号を同時に検知するため、使用されるモジュール式蛍光光度計ユニットそれぞれに２つの発光検知器を備えるべきである。あるいは、ひとつのモジュール式蛍光光度計ユニットが未反応の蛍光染料を検知し、他の一つが反応した蛍光染料を検知できるように、少なくとも２つのモジュール式蛍光光度計ユニットを使用すべきである。

下記実施例は、本願発明を説明するためのものであり、当業者に本発明を使用できるように教示するものである。本実施例は本願の保護範囲についていかなる限定をも意図するものではない。

（実施例１）
小規模の産業用冷却システムの操業を再現するため、標準的な実験パイロット冷却タワー（ＰＣＴ）を作製した。典型的な冷却水処理剤試料を含んだ添加剤が処方された。この処方は、５０重量％の水と、４重量％のホスホノブタントリカルボキシル酸（ナトリウム塩）、３．５重量％のヒドロキシエチリデンジホスホリック酸（カリウム塩）、３重量％のアクリレート／アクリルアミドポリマー、３重量％のトリルトリアゾール（ナトリウム塩）、０．１重量％のピレンテトラスルホン酸（ナトリウム塩）、及び０．０５重量％のフルオレセインとの組み合わせである。この溶液は５０％の水酸化ナトリウムによってｐｈ１３に調製され、それ以上の処理無しで使用された。実験パイロット冷却タワー（ＰＣＴ）は、補給源として米国イリノイ州シカゴの水道水で運転され、濃度サイクルは４サイクルを保持するようにセットされた。

この実施例に使用されたモジュール式蛍光光度計は２つのモジュール式蛍光光度計ユニットとひとつのコントローラーとを備えていた。第一のモジュール式蛍光光度計ユニットは、１０ｍＡ電流で、３６５ｎｍ中心の発光をする発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用して構成されている。光学フィルター４４は、４０５ｎｍにおいて蛍光発光を選択するために使用された。それは次いで発光検知器により検知された。また、第一のモジュール式蛍光光度計ユニットは温度センサーと基準検知器とで構成された。

第２のモジュール式蛍光光度計ユニットは、４５０ｎｍ中心の発光を持つ発光ダイオードにより構成された。第２のモジュール式蛍光光度計ユニットは、５１５ｎｍにおいて蛍光発光を選択するための光学フィルターを使用した。それは次いで、発光検知器３０により検知された。第２のモジュール式蛍光光度計ユニットもまた発光検知器を備えていた。

２つのモジュール式蛍光光度計ユニットは、蒸留水をゼロポイント、１００ｐｐｍの化学物質添加剤処方によるものを上方のポイントとして、二点ルーティンを使用して校正された。コントローラーは各モジュール式蛍光光度計ユニットの蛍光性を独立して測定するためのソフトウエアにより構成された。コントローラーはまた、第一のモジュール式蛍光光度計により測定されたものとしての、測定されたピレンテトラスルホン酸（ナトリウム塩）の蛍光信号に基づいて５０±１ｐｐｍの管理値によりＰＣＴへの化学製品の添加を管理できるように、十分な数のアナログ入力／出力を有した。化学製品のレベルは、モジュール式蛍光光度計コントローラーにより化学物質供給ポンプが電気的にコントロールされたオン／オフ方式により管理された。もし、測定された蛍光信号が４９ｐｐｍより落ち込んだ場合、化学物質供給ポンプは運転開始され、レベルが５１ｐｐｍになるまで継続され、そして運転終了する。

また、モジュール式蛍光光度計コントローラーはＰＣＴのブローダウンポンプをコントロールするよう構成された。コントローラーは、もし二つの蛍光性信号の差が１５％を超えるとブローダウンポンプの運転を開始し、１５％を下回ると運転停止する。系のブローダウンの間、ＰＣＴ内の水のレベルは補給源としてのシカゴ水道水（新水）を使用して維持された。それゆえ、系はブローダウンポンプを介してブローダウンされ、新水が加えられたので、系内の蛍光物質の存在の全体的な濃度は予想通り減少した。補給水としての新水の添加により、冷却水が希釈されたためである。この減少により、化学製品を５０±１ｐｐｍに保持するため、化学品（ピレンテトラスルホン酸（ナトリウム塩））の供給が開始された。このサイクルは適正な管理レベルに達するまで継続された。

ＰＣＴの管理について説明する。モジュール式蛍光光度計を使用することにより、コントローラー５０は第一のモジュール式蛍光光度計ユニットの信号と第２のモジュール式蛍光光度計ユニットの信号とを信号の差１５％（信号２は信号１の８５％であった。）に管理することができた。Ａ点以前にこれは冷却水系の条件であった。Ａ点では、１ｍｌの１００ｐｐｍ漂白剤が系に添加された。この添加は第２のモジュール式蛍光光度計ユニットにより測定される蛍光信号を枯渇させた。この時点では蛍光信号の差異は１５％以上にならざるを得ず、系のブローダウンポンプが運転された。系がブローダウンされ、化学品のオンライン供給管理が５０±１ｐｐｍ管理に保持され、一方で新たに化学物質が系に添加された。Ｂ点においては、系は望ましい管理レベルに再構築された。その時点では、ＰＣＴシステムは蛍光信号に関し１５％差を保持するよう運転された。

上記実施形態にさまざまな修正や変形を加えることが可能なことは当業者にとり自明なことであろう。このような修正や変形は本願発明の精神から乖離することなく、付随する有利な点を損なうことなく行うことができる。それゆえそのような修正や変形は本件請求項に含まれるものである。

Claims (17)

1. ２〜１６個のモジュール式蛍光光度計ユニットを備えたモジュール式蛍光光度計であって、各モジュール式蛍光光度計ユニットは、
   ａ）水の試料がそれを通して流れ、光が透過可能なセルと、
   ｂ）前記光が透過可能なセルの外部に配置された光源と、
   ｃ）前記光源と前記光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な励起フィルターと、
   ｄ）前記光が透過可能なセルの外部に配置された基準検知器と、
   ｅ）前記光が透過可能なセルの外部に配置され、前記光源および前記基準検知器と同一平面上に位置するように配置された発光検知器と、
   ｆ）前記発光検知器と光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な発光フィルターと、
   を具備し、
   前記水が流れ通る前記光が透過可能なセルは、水の試料が流れるただひとつの水路が前記蛍光光度計内に存在するように配列されており、複数の前記モジュール式蛍光光度計ユニットが順次積み上げられており、
   各モジュール式蛍光光度計ユニットは、前記セルを収容するとともに、同一平面上に位置する複数の側部開口を有する本体と、前記本体に固定され信号処理回路を含む回路基板と、を有し、
   前記光源、前記基準検知器、前記発光検知器は、それぞれ別の前記側部開口内に配置され、前記励起フィルターは前記光源と同一の前記開口部内、前記発光フィルターは前記発光検知器と同一の前記側部開口内に配置されているモジュール式蛍光光度計。
2. 前記光源は発光ダイオードである請求項１に記載されたモジュール式蛍光光度計。
3. 前記基準検知器及び前記発光検知器はいずれもフォトダイオードであり、前記発光検知器は前記光源及び前記基準検知器に対し９０°の角度で配置されている請求項１に記載のモジュール式蛍光光度計。
4. 前記基準検知器は、前記光源に直接対向して配置されている請求項１に記載のモジュール式蛍光光度計。
5. さらに、コントローラーを備え、
   前記コントローラーは、産業用水系の管理をするために、該コントローラーが該モジュール式蛍光光度計により与えられ、及び他のアナログ入力される測定蛍光信号を使用することができるように複数の絶縁されたアナログ入力、を備えている請求項１に記載のモジュール式蛍光光度計。
6. 前記産業用水系は、冷却水系である請求項５に記載のモジュール式蛍光光度計。
7. 前記発光検知器は、前記光源および前記基準検知器に対し、２度から１７９度の位置に配置されている請求項１に記載のモジュール式蛍光光度計。
8. 前記基準検知器は、前記光源に直接に対向して配置されている請求項１に記載のモジュール式蛍光光度計。
9. 異なる励起スペクトルにより定義される光に照射された後に各蛍光物質の種が異なる発光スペクトルの光を発光する、水の試料中の一またはそれ以上の蛍光物質の種の存在を、検知する検知方法であって、
   該方法は、
   ａ）前記水の資料中の各蛍光物質の種の存在を検知するに十分な数のモジュール式蛍光光度計ユニットを有する、モジュール式蛍光光度計を提供する工程であって、
   前記モジュール式蛍光光度計は、２〜１６個のモジュール式蛍光光度計ユニットを備え、各モジュール式蛍光光度計ユニットは、
   （ｉ）水の試料が流れて通る光が透過可能なセルと、
   （ｉｉ）前記光が透過可能なセルの外部に配置された光源と、
   （ｉｉｉ）前記光源と前記光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な励起フィルターと、
   （ｉｖ）前記光が透過可能なセルの外部に配置された基準検知器と、
   （ｖ）前記光が透過可能なセルの外部に配置され、前記光源および前記基準検知器と同一平面上に位置するように配置された発光検知器と、
   （ｖｉ）前記発光検知器と光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な発光フィルターと、
   を具備し、
   前記水が流れ通る前記光が透過可能なセルは、水の試料が流れるただひとつの水路が前記蛍光光度計内に存在するように配列されており、複数の前記モジュール式蛍光光度計ユニットは順次積み上げられて構成されており、
   各モジュール式蛍光光度計ユニットは、前記セルを収容するとともに、同一平面上に位置する複数の側部開口を有する本体と、前記本体に固定され信号処理回路を含む回路基板と、を有し、
   前記光源、前記基準検知器、前記発光検知器は、それぞれ別の前記側部開口内に配置され、前記励起フィルターは前記光源と同一の前記開口部内、前記発光フィルターは前記発光検知器と同一の前記側部開口内に配置されている工程と、
   ｂ）蛍光物質を含む水の試料を、それぞれの光が透過可能なセルに通過させる工程と、
   ｃ）各ユニットのそれぞれの光源によって前記水の試料を照らす工程と、
   ｄ）各ユニットのそれぞれの発光検知器によって発光スペクトルを検知することにより、各蛍光物質の種を検知する工程と、
   を含む、検知方法。
10. 前記基準検知器は前記光源に対して直接に対向して配置され、前記発光検知器は前記光源及び前記基準検知器に対し９０°の角度で配置されている請求項９に記載の検知方法。
11. さらに、コントローラーを備え、
    前記コントローラーは、産業用水系の管理をするために、該コントローラーが該モジュール式蛍光光度計により与えられ、及び他の分析装置からの入力される測定蛍光信号を使用することができるように絶縁アナログ入力及び出力、を備えている請求項９に記載の検知方法。
12. 前記産業用水系は冷却水系である請求項１１に記載の検知方法。
13. 一またはそれ以上の蛍光物質の種を含む産業用水系の水を管理する方法であって、前記蛍光物質のそれぞれの種は、励起スペクトルにより規定される光を照射した後に異なる発光スペクトルの光を発し、
    この方法は、
    ａ）２〜１６個のモジュール式蛍光光度計ユニットを順次積み上げて構成されたモジュール式蛍光光度計を用いるとともに、各モジュール式蛍光光度計ユニットは、
    （ｉ）水の試料がそれを通して流れる光が透過可能なセルと、
    （ｉｉ）前記光が透過可能なセルの外部に配置された光源と、
    （ｉｉｉ）前記光源と前記光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な励起フィルターと、
    （ｖｉ）該光が透過可能なセルの外部に配置された基準検知器と、
    （ｖ）該光が透過可能なセルの外部に配置され、前記光源および前記基準検知器と同一平面上に位置するように配置された発光検知器と、
    （ｖｉ）前記発光検知器と光が透過可能なセルとの間に配置された任意に選択可能な発光フィルターと、
    を備え、
    前記水の試料が流れて通過する前記光が透過可能なセルは、前記蛍光光度計内において水の試料が流れて通過するひとつだけの水路しか存在しないように配列されるとともに、 複数の前記モジュール式蛍光光度計ユニットが順次積み上げられて、
    各モジュール式蛍光光度計ユニットは、前記セルを収容するとともに、同一平面上に位置する複数の側部開口を有する本体と、前記本体に固定され信号処理回路を含む回路基板と、を有し、
    前記光源、前記基準検知器、前記発光検知器は、それぞれ別の前記側部開口内に配置され、前記励起フィルターは前記光源と同一の前記開口部内、前記発光フィルターは前記発光検知器と同一の前記側部開口内に配置されており、
    前記モジュール式蛍光光度計はコントローラーであって、産業用水系の管理をするために、該コントローラーが該モジュール式蛍光光度計により与えられ、および他の測定機器から入力される測定蛍光信号を使用することができるように複数の絶縁アナログ入力を備える、コントローラーをさらに備え、
    当該管理方法は、
    ｂ）蛍光物質を含む水の試料を、それぞれの光が透過可能なセルに通過させる工程と、
    ｃ）各ユニットのそれぞれの光源によって前記水の試料を照らす工程と、
    ｄ）各ユニットのそれぞれの発光検知器によって発光スペクトルを検知することにより、各蛍光物質の種を検知する工程と、
    ｅ）産業用水系を管理するためにモジュール式蛍光光度計から与えられ、及び他の分析機器から入力される測定蛍光信号を使用する工程と、
    を含む管理方法。
14. 前記産業用水系は冷却水系である請求項１３に記載された管理方法。
15. 前記回路基板は、通信ケーブルが接続される接続ポートをそれぞれ有している請求項１〜８のいずれか１つに記載のモジュール式蛍光光度計。
16. 前記回路基板は、通信ケーブルが接続される接続ポートをそれぞれ有している請求項９〜１２のいずれか１つに記載の検知方法。
17. 前記回路基板は、通信ケーブルが接続される接続ポートをそれぞれ有している請求項１３〜１４のいずれか１つに記載の管理方法。