溶液中物質濃度分析装置および溶液中物質濃度分析方法
【課題】光励起誘起蛍光分析によって、リアルタイムで、広い濃度範囲において分析対象物質濃度を高精度かつ高感度に分析できるようにする。
【解決手段】試料溶液中の分析対象物質の濃度を定量する溶液中物質濃度分析装置は、試料溶液を保持し、分析対象物質から放出される蛍光を透過する少なくとも一つの蛍光透過面が形成された試料溶液セル３を有する。パルスレーザー１は、試料溶液セル３中の分析対象物質を励起する入射パルスレーザー７を入射窓６を介して試料溶液セル３に入射する。入射窓６から入射された透過パルスレーザー光によって励起された分析対象物質から放出されて蛍光透過面を透過する蛍光は、試料溶液セル３の蛍光透過面を覆うように配置された光検出器１６によって検知される。試料溶液セル３と光検出器１６の間には、光学フィルタ１４，１５を配置してもよい。
【解決手段】試料溶液中の分析対象物質の濃度を定量する溶液中物質濃度分析装置は、試料溶液を保持し、分析対象物質から放出される蛍光を透過する少なくとも一つの蛍光透過面が形成された試料溶液セル３を有する。パルスレーザー１は、試料溶液セル３中の分析対象物質を励起する入射パルスレーザー７を入射窓６を介して試料溶液セル３に入射する。入射窓６から入射された透過パルスレーザー光によって励起された分析対象物質から放出されて蛍光透過面を透過する蛍光は、試料溶液セル３の蛍光透過面を覆うように配置された光検出器１６によって検知される。試料溶液セル３と光検出器１６の間には、光学フィルタ１４，１５を配置してもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料溶液中の分析対象物質の濃度を定量する溶液中物質濃度分析装置および溶液中物質濃度分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶液中にウランを溶解させる湿式のウラン廃棄物処理においては、溶液処理プロセスの工程管理のために、ウラン濃度分析が必要である。このため、高濃度から低濃度までの広い濃度範囲の溶液中物質濃度を、リアルタイムで高精度に分析する手法の確立が望まれている。
【０００３】
試料溶液中の物質濃度を定量する方法として、たとえば非特許文献１には誘導結合プラズマ発光分析法（ＩＣＰ発光分析法）が開示されている。この方法を用いた溶液中物質濃度分析では、まず、分析対象のサンプリング試料が高濃度の場合は希釈、低濃度の場合は濃縮などの試料濃度を適正にする前処理を行う。その前処理を経た試料溶液を、オフラインでＩＣＰ発光分析法によって定量する。
【０００４】
しかし、この方法では、前処理工程が必要であるため、サンプリングから分析結果を得るまでに数時間を要し、広濃度範囲において溶液中の分析対象物質濃度をリアルタイム分析することができない。また、分析装置自体が複雑な部品構成をしており、装置寸法が数十ｃｍ〜数ｍ程度の大型であり可搬性に劣る。このように、ウラン廃棄物の化学反応処理工程を高精度で効率よく管理するための濃度モニタリング手法としては不十分である。
【０００５】
非特許文献２に開示されているレーザー励起時間分解誘起蛍光分析法および装置を用いると、実験室レベルでは、溶液中のウラン濃度をリアルタイムで定量できるようになってきている。この方法では、ウラン溶液中のウラニル分子にレーザー光などのパルス光を照射して対象分子を励起し、その励起された分子が基底状態に緩和するときに放出するウラン特有の波長の蛍光を検出することにより、溶液中のウラン濃度を定量する。
【非特許文献１】大道寺英弘、中原武利編、「原子スペクトル測定とその応用」、学会出版センター、１９８９年、p.87-p.91
【非特許文献２】Laurent Couston、外３名、"Speciation of Uranyl Species in Nitric Acid Medium by Time-Resolved Laser-Induced Fluorescence"、Applied Spectroscopy Volume 49, Number 3, １９９５年、p.349-p.353
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザー励起時間分解誘起蛍光分析法は、一般にサンプリング試料中の分析対象物質成分について分離・濃縮・希釈などの前処理をする必要がないため、溶液中の分析対象物質濃度をリアルタイム分析することが可能である。
【０００７】
しかし、従来は、試料溶液の一部から発生する分析対象物質の蛍光を、ある限定された立体角を有する光学系を経由して光検出器によって測定している。しかし、試料濃度を調整しないと、高濃度領域においては溶液中の分析対象物質の自己光吸収効果が生じ、低濃度領域では分析対象物質の蛍光量不足が生じる。このため、高精度でかつ感度の高い蛍光検出が困難である。
【０００８】
また、この分析装置は、その光照射部、蛍光分光部、蛍光検出部が複雑な部品構成であり、これらの部品によって構成される光反応部の装置寸法は、十〜数十ｃｍと大型となり、可搬性や省スペース性に劣る。
【０００９】
そこで、本発明は、光励起誘起蛍光分析によって、リアルタイムで、広い濃度範囲において分析対象物質濃度を高精度かつ高感度に分析できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明は、試料溶液中の分析対象物質の濃度を定量する溶液中物質濃度分析装置において、前記試料溶液を保持し、前記分析対象物質から放出される蛍光を透過する少なくとも一つの蛍光透過面が形成された試料溶液セルと、前記分析対象物質を励起する励起光を、前記試料溶液セルに保持された前記試料溶液に照射する励起光照射手段と、前記蛍光透過面を覆うように配置され、前記励起光によって励起された前記分析対象物質から放出されて前記蛍光透過面を透過する蛍光を検知する光検出器と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、試料溶液中の分析対象物質の濃度を定量する溶液中物質濃度分析方法において、前記分析対象物質を励起する励起光を、前記分析対象物質から放出される蛍光を透過する少なくとも一つの蛍光透過面が形成された試料溶液セルに保持された前記試料溶液に照射する励起光照射工程と、前記蛍光透過面を覆うように配置された光検出器によって、前記励起光によって励起された前記対象物質から放出されて前記蛍光透過面を透過する蛍光を検知する検知工程と、前記検知工程で検知した蛍光量と、その蛍光量と試料溶液中の前記分析対象物質の濃度との関係に基づいて、前記試料溶液中の分析対象物質の濃度を算出する定量工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光励起誘起蛍光分析によって、リアルタイムで、広い濃度範囲において分析対象物質濃度を高精度かつ高感度で分析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る溶液中物質濃度分析装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図および説明における上下左右は便宜的なものであり、ここで示したものには限定されない。また、ギ酸ウラニル溶液を分析対象の溶液試料とし、ギ酸溶液中に含まれるウラン（ウラニルイオン；ＵＯ２２＋）の濃度を定量分析する場合を例として説明するが、分析対象物質および溶液試料はこれに限定されるものではない。
【００１４】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る第１の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置を模式的に示す斜視図である。
【００１５】
この溶液中物質濃度分析装置２３は、パルスレーザー１および平板状の試料溶液セル３を有している。パルスレーザー１から放出される入射パルスレーザー光７は、入射窓６を介して試料溶液セル３に導入されるようになっている。
【００１６】
一般に二酸化ウランを溶解した酸性溶液中のウラニルイオンは、可視から紫外波長領域（約２００〜約５００ｎｍ）に光吸収波長帯を有している。また、その吸光度は、短波長領域の方が大きい傾向にあることが知られている。このため、パルスレーザー１としては、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波（波長２６６ｎｍ）および第３高調波（波長３５５ｎｍ）、窒素レーザー（波長３７７ｎｍ）などを用いることができる。また、パルス時間幅は、１０ｎｓ程度のものを用いることができる。
【００１７】
一対の光検出器１６は、平板状の試料溶液セル３の両面を覆うように配置され、光検出器１６と試料溶液セルの間には、二対の光学フィルタ１４，１５が配置されて、これらは面接触配置の層状構造を形成している。この層状構造は、一端から、光検出器１６、第２の光学フィルタ１５、第１の光学フィルタ１４、試料溶液セル３、第１の光学フィルタ１４、第２の光学フィルタ１５、光検出器１６の順に並んで配列されている。
【００１８】
試料溶液セル３の、第１の光学フィルタと接する蛍光透過面は、少なくともウラン蛍光波長領域の光が透過するように形成されている。試料溶液セル３の厚さは、たとえば約５ｍｍである。
【００１９】
第１の光学フィルタ１４は、励起光波長領域の光を選択的に低減させる特性を有するものであり、たとえば短波長カットタイプの色ガラスフィルタで厚さが約２ｍｍのものを用いる。第２の光学フィルタ１５は、ウラン蛍光波長領域の光を選択的に透過させる特性を有するものであり、たとえばバンドパスタイプの干渉フィルタで厚さが約３ｍｍのものを用いる。
【００２０】
光検出器１６は、厚さが約２０ｍｍで、面積が１０ｃｍ×１０ｃｍ程度の、小型の光電子増倍管を検出素子として面状に２次元配列した集合体からなるフラットパネルタイプのものである。光検出器１６には、ＣＣＤタイプのエリアセンサ、ＣＭＯＳタイプのエリアセンサなどを用いることもできる。
【００２１】
光検出器１６には、電源１７が接続されている。また、光検出器１６には、信号処理器１８が接続されていて、信号処理器１８にはコンピュータ１９が接続されている。
【００２２】
図２は、第１の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置に用いる試料溶液セルの平断面図である。
【００２３】
試料溶液セル３の内部には、ギ酸ウラニル溶液２を保持する空間が形成されていて、その空間には互いに向かい合う一組の反射ミラー９が取り付けられている。反射ミラー９は、反射コーティングによって形成することができる。また、試料溶液セル３には、入射窓６および出射窓１０が取り付けられている。
【００２４】
また、試料溶液セル３は、試料導入口１２および試料排出口１３を有している。ギ酸ウラニル溶液２などの試料溶液２１は、試料導入口１２を介して一定速度で試料溶液セル３に流入し、この流入した試料溶液２２は、試料排出口１３から排出される。
【００２５】
パルスレーザー１から放出される紫外波長領域の入射パルスレーザー光７は、入射窓６を介して試料溶液セル３に入射する。入射窓６から入射してギ酸ウラニル溶液２中を透過して進む透過パルスレーザー光８は、対向する反射ミラー９で構成される光学機構によって多重反射しながら、多重パスで進行する。透過パルスレーザー光８は、出射窓１０を介して出射パルスレーザー光１１として試料溶液セル３の外部に伝播する。
【００２６】
図３は、第１の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置の一部の立断面図である。
【００２７】
透過パルスレーザー光８は、ギ酸ウラニル溶液２で満たされた試料溶液セル３中のウラニルイオン４に照射される。測定対象物質であるウラニルイオン４は光励起され、その励起イオンが放出する蛍光５は、光検出器１６で検知される。
【００２８】
図１に示す電源１７で動作される光検出器１６からの出力信号は、信号処理器１８によって演算処理されてコンピュータ１９に伝達される。コンピュータ１９は、分析装置起動時に予め作成しておいた信号と濃度の検量線データに基づいて信号から濃度へ換算する定量分析処理を行い、リアルタイムで、試料溶液セル３中の成分の濃度が求められる。
【００２９】
このように、本実施の形態の溶液中物質濃度分析装置を用いると、試料溶液セル３の内部では一定速度でギ酸ウラニル溶液２が置換され、リアルタイムで試料溶液セル３中の成分が濃度計測される。
【００３０】
また、光検出器１６は、試料溶液セル３に対し第１および第２の光学フィルタ１４，１５を直列に挟んで、層状構造で面接触配置されている。このため、薄型の試料溶液セル３の中で、放射状に放出されるウラニルイオン４の蛍光５のほとんどすべてが、試料溶液セル３と層状に配置されている２枚の光検出器１６で検出される。したがって、十分な蛍光量が得られ、高い検出感度が得られる。
【００３１】
また、第１の光学フィルタ１４は、励起光波長領域の光を選択的に低減させる特性を有するため、ウラン蛍光観測を妨害するノイズの原因となる透過パルスレーザー光８の散乱成分を低減する。第２の光学フィルタ１５は、ウラン蛍光波長領域の光を選択的に透過させる特性を有するため、ウラン以外の共存物質が発する蛍光混入成分を除去する。
【００３２】
このように、これらの第１および第２の光学フィルタ１４，１５を用いているため、ウラン蛍光以外のノイズ成分が除去されてＳ／Ｎ比が改善され、検出感度がより一層向上される。
【００３３】
ウラン燃料製作工程で生成した廃棄物を除染した回収廃液の場合は、ギ酸ウラニル溶液２は、数規定のギ酸溶液中に、約１００００ｐｐｍ〜０．０１ｐｐｍ程度の濃度でウランを含有する。高濃度のギ酸ウラニル溶液２の場合には、入射窓６を通過した近傍の領域までで透過パルスレーザー光８は吸収されて減衰してしまう場合がある。
【００３４】
光検出器１６を、試料溶液セル３に対して、ある一定距離離れた位置に配置すると、放射状に放出されるウラニルイオン４の蛍光５の、ある立体角で広がった部分的な成分のみをレンズ系で光検出器１６に集光することになる。このため、十分な蛍光量が得られず、感度が低くなる場合がある。
【００３５】
また、光検出器１６を試料溶液セル３と離れた位置に配置して、レンズ系によって蛍光を集光する場合には、基本的に点光源を像転送して光検出器の入力面に集光させる。このため、蛍光５の発光点が試料溶液セル３中を伝播する透過パルスレーザー光８の経路に沿って領域発光するような場合は、すべての発光点からの蛍光を検出することは困難である。そこで、一般には、試料溶液セルの中心部分の領域発光を光検出器１６の入力面に集光するように、光軸を調整する。このため、高濃度のギ酸ウラニル溶液２の場合は、入射窓６を通過した近傍の領域までで透過パルスレーザー光８は吸収されて減衰してしまい、蛍光の検出は非常に困難である。
【００３６】
しかし、本実施の形態の溶液中物質濃度分析装置では、試料溶液セル３に対して、光検出器１６は層状構造で面接触配置されている。このため、蛍光５のほぼ半球状の立体放出角を光検出器１６から見込むことになり、ウラニルイオン４の蛍光５のほとんどすべてが、２つの光検出器１６で検出される。したがって、試料溶液が高濃度で、入射窓６を通過した近傍の領域までで発光が減衰してしまっていても、分析が可能である。
【００３７】
光検出器１６はフラットパネルタイプの光検出器で、小型の光電子増倍管を検出素子として面状に２次元配列した集合体である。このような光検出器１６は、感度が非常に高い。また、上下２枚の光検出器１６のそれぞれの出力信号を信号処理器１８によって積分演算処理し、さらに２枚の光検出器１６の出力信号を合算処理することにより、高い検出感度が得られる。
【００３８】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明に係る第２の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置に用いる試料溶液セルの平断面図である。図５は、第２の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置の一部の立断面図である。
【００３９】
本実施の形態の溶液中物質濃度分析装置２４に用いる試料溶液セル３は、入射窓６および出射窓１０をそれぞれ２つずつ備えている。また、入射パルスレーザー光７は、分配器３０によって２つの光路に分岐された後に、この入射パルスレーザー光７ａ，７ｂは、２つの入射窓６ａ，６ｂから試料溶液セル３に入射するようになっている。透過パルスレーザー光８は、出射窓１０ａ，１０ｂを介して出射パルスレーザー光１１ａ，１１ｂとして試料溶液セル３の外部に伝播する。なお、分配器３０の代わりに、入射パルスレーザー光７を分岐できるように配置されたミラーを用いてもよい。
【００４０】
また、第１の実施の形態と同様に、試料溶液セル３を挟んで一対の第１の光学フィルタ１４が配置されている。一対の第１の光学フィルタ１４の両側には、一対の第２の光学フィルタ１５および一対の第３の光学フィルタ３１が配置されている。第２の光学フィルタ１５および第３の光学フィルタ３１は、光学的に並列に並んでいる。つまり、光検出器１６が検出する蛍光は、入射パルスレーザー光７ａから発せられた蛍光を第１の光学フィルタ１４および第２の光学フィルタ１５を経由して入射されるものと、入射パルスレーザー光７ｂから発せられた蛍光を第１の光学フィルタ１４および第３の光学フィルタ３１を経由して入射されるものの２種類となる。第２および第３の光学フィルタ１５，３１と光検出器１６とは、層状構造で面接触配置されている。
【００４１】
第３の光学フィルタ３１は、第１の分析対象物質であるウランと共存する、不純物などの第２の分析対象物質の蛍光波長領域の光を選択的に透過させる特性を有するものである。第３の光学フィルタ３１としては、たとえばバンドパスタイプの干渉フィルタで厚さ３ｍｍのものを用いる。
【００４２】
試料溶液セル３の第１の光学フィルタと接する蛍光透過面は、少なくとも第１および第２の分析対象物質から放出される蛍光が透過するように形成されている。
【００４３】
光検出器１６は、小型の光電子増倍管を検出素子として面状に２次元配列した集合体からなるフラットパネルタイプの光検出器で、第２および第３の光学フィルタ１５，３１のそれぞれの領域に対応した２つの検出素子領域毎に信号を出力し、その２つの出力信号を図１に示す信号処理器１８によって別々に演算処理し、コンピュータ１９によって信号から濃度へ換算する定量分析処理を行なう。
【００４４】
第２の光学フィルタ１５に対応する領域では、透過パルスレーザー光８によって励起されたウラニルイオン４から放出される蛍光５は光検出器１６に到達して検出される。一方、第２の光学フィルタ１５に対応する領域では、不純物イオン３３から放出される蛍光５は光検出器１６に到達せず、光検出器１６で検出されない。
【００４５】
また、第３の光学フィルタ３１に対応する領域では、透過パルスレーザー光８によって励起されたウラニルイオン４から放出される蛍光５は光検出器１６に到達せず、光検出器１６で検出されない。一方、第３の光学フィルタ３１に対応する領域では、不純物イオン３３から放出される蛍光５は光検出器１６に到達して検出される。
【００４６】
第２および第３の光学フィルタ１５，３１のそれぞれの領域において、それぞれ光検出器１６で検出した信号を別々に処理することによって、ウランそのものと共存する不純物などの２種類の分析対象物質を、それぞれリアルタイムで定量分析できる。
【００４７】
なお、第１の分析対象物質であるウランの励起に用いた光吸収波長が第２の分析対象物質の励起には有効ではない場合には、別途、第２の分析対象物質の光吸収波長に合わせた励起波長のパルスレーザーを導入するとよい。また、第１の光学フィルタ１４と光検出器１６との間の光学フィルタの数を増やし、分配器３０で入射パルスレーザー光７を３つ以上の光路に分配できるようにすることにより、３種類以上の物質の検出にも適用できる。
【００４８】
［第３の実施の形態］
図６は、本発明に係る第３の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置の一部の立断面図である。
【００４９】
本実施の形態の溶液中物質濃度分析装置は、第１の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置の試料溶液セル３と第１の光学フィルタ１４の間に、一対の第４の光学フィルタ２０を挿入配置したものである。平板状の第４の光学フィルタ２０は、光検出器１６と第１の光学フィルタ１４の間に面接触配置されている。
【００５０】
第４の光学フィルタ２０は、その表面に垂直に入射する蛍光成分のみを選択的に透過させるものであり、ファイバー・オプティック・プレート（ＦＯＰ）を用いることができる。このＦＯＰは、たとえば素線直径６μｍの石英光ファイバーを稠密に束ねた板状の光学素子で、厚さ３ｍｍのものである。
【００５１】
このような溶液中物質濃度分析装置では、放射状に放出されるウラニルイオン４の蛍光５のすべてが光検出器１６で検出されることは無く、第４の光学フィルタ２０の素線方向に放出された蛍光成分のみが光検出器１６に到達する。すなわち、試料溶液セル３中で直径が６μｍの微小な領域において透過パルスレーザー光８（図２参照）に沿って生じる蛍光５が、第４の光学フィルタ２０の素線をそれぞれ経由して、光検出器１６の入力面に垂直に伝送される。
【００５２】
入射窓６を通過した透過パルスレーザー光８は、ギ酸ウラニル溶液２中で吸収されて減衰し、透過パルスレーザー光８の軌跡に沿って蛍光５の発光量も減衰していく。そこで、蛍光量を透過パルスレーザー光８の伝播距離の関数として測定する。すなわち、入射窓６の位置を原点として透過パルスレーザー光８の伝播した距離を、たとえば光検出器１６の画素単位で表す。このパルスレーザー光伝播距離を横軸とし、その伝播距離における蛍光５の蛍光量を縦軸としてプロットすると、図７のような蛍光減衰特性曲線が得られる。
【００５３】
この蛍光減衰特性曲線は、Ａ＝ε×Ｃ×Ｌのベールの法則を反映している。なお、ここで、Ａは吸光度、εは吸収係数、Ｃは濃度、Ｌは吸収長である。図１に示すコンピュータ１９によって、ベールの法則に従った蛍光強度減衰特性曲線と濃度の検量線データに基づいて、観測曲線から濃度へ換算する定量評価処理を行うことにより、リアルタイム分析が可能となる。
【００５４】
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置に用いる試料溶液セルの平断面図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置の一部の立断面図である。
【図４】本発明に係る第２の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置に用いる試料溶液セルの平断面図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置の一部の立断面図である。
【図６】本発明に係る第３の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置の一部の立断面図である。
【図７】本発明に係る第３の実施の形態で得られる蛍光減衰特性曲線の例である。
【符号の説明】
【００５６】
１…パルスレーザー、２…ギ酸ウラニル溶液、３…試料溶液セル、４…ウラニルイオン、５…蛍光、６，６ａ，６ｂ…入射窓、７，７ａ，７ｂ…入射パルスレーザー光、８…透過パルスレーザー光、９…反射ミラー、１０，１０ａ，１０ｂ…出射窓、１１，１１ａ，１１ｂ…出射パルスレーザー光、１２…試料導入口、１３…試料排出口、１４…第１の光学フィルタ、１５…第２の光学フィルタ、１６…光検出器、１７…電源、１８…信号処理器、１９…コンピュータ、２０…第４の光学フィルタ、２１，２２…試料溶液、２３，２４…溶液中物質濃度分析装置、３０…分配器、３１…第３の光学フィルタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料溶液中の分析対象物質の濃度を定量する溶液中物質濃度分析装置および溶液中物質濃度分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶液中にウランを溶解させる湿式のウラン廃棄物処理においては、溶液処理プロセスの工程管理のために、ウラン濃度分析が必要である。このため、高濃度から低濃度までの広い濃度範囲の溶液中物質濃度を、リアルタイムで高精度に分析する手法の確立が望まれている。
【０００３】
試料溶液中の物質濃度を定量する方法として、たとえば非特許文献１には誘導結合プラズマ発光分析法（ＩＣＰ発光分析法）が開示されている。この方法を用いた溶液中物質濃度分析では、まず、分析対象のサンプリング試料が高濃度の場合は希釈、低濃度の場合は濃縮などの試料濃度を適正にする前処理を行う。その前処理を経た試料溶液を、オフラインでＩＣＰ発光分析法によって定量する。
【０００４】
しかし、この方法では、前処理工程が必要であるため、サンプリングから分析結果を得るまでに数時間を要し、広濃度範囲において溶液中の分析対象物質濃度をリアルタイム分析することができない。また、分析装置自体が複雑な部品構成をしており、装置寸法が数十ｃｍ〜数ｍ程度の大型であり可搬性に劣る。このように、ウラン廃棄物の化学反応処理工程を高精度で効率よく管理するための濃度モニタリング手法としては不十分である。
【０００５】
非特許文献２に開示されているレーザー励起時間分解誘起蛍光分析法および装置を用いると、実験室レベルでは、溶液中のウラン濃度をリアルタイムで定量できるようになってきている。この方法では、ウラン溶液中のウラニル分子にレーザー光などのパルス光を照射して対象分子を励起し、その励起された分子が基底状態に緩和するときに放出するウラン特有の波長の蛍光を検出することにより、溶液中のウラン濃度を定量する。
【非特許文献１】大道寺英弘、中原武利編、「原子スペクトル測定とその応用」、学会出版センター、１９８９年、p.87-p.91
【非特許文献２】Laurent Couston、外３名、"Speciation of Uranyl Species in Nitric Acid Medium by Time-Resolved Laser-Induced Fluorescence"、Applied Spectroscopy Volume 49, Number 3, １９９５年、p.349-p.353
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザー励起時間分解誘起蛍光分析法は、一般にサンプリング試料中の分析対象物質成分について分離・濃縮・希釈などの前処理をする必要がないため、溶液中の分析対象物質濃度をリアルタイム分析することが可能である。
【０００７】
しかし、従来は、試料溶液の一部から発生する分析対象物質の蛍光を、ある限定された立体角を有する光学系を経由して光検出器によって測定している。しかし、試料濃度を調整しないと、高濃度領域においては溶液中の分析対象物質の自己光吸収効果が生じ、低濃度領域では分析対象物質の蛍光量不足が生じる。このため、高精度でかつ感度の高い蛍光検出が困難である。
【０００８】
また、この分析装置は、その光照射部、蛍光分光部、蛍光検出部が複雑な部品構成であり、これらの部品によって構成される光反応部の装置寸法は、十〜数十ｃｍと大型となり、可搬性や省スペース性に劣る。
【０００９】
そこで、本発明は、光励起誘起蛍光分析によって、リアルタイムで、広い濃度範囲において分析対象物質濃度を高精度かつ高感度に分析できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明は、試料溶液中の分析対象物質の濃度を定量する溶液中物質濃度分析装置において、前記試料溶液を保持し、前記分析対象物質から放出される蛍光を透過する少なくとも一つの蛍光透過面が形成された試料溶液セルと、前記分析対象物質を励起する励起光を、前記試料溶液セルに保持された前記試料溶液に照射する励起光照射手段と、前記蛍光透過面を覆うように配置され、前記励起光によって励起された前記分析対象物質から放出されて前記蛍光透過面を透過する蛍光を検知する光検出器と、を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、試料溶液中の分析対象物質の濃度を定量する溶液中物質濃度分析方法において、前記分析対象物質を励起する励起光を、前記分析対象物質から放出される蛍光を透過する少なくとも一つの蛍光透過面が形成された試料溶液セルに保持された前記試料溶液に照射する励起光照射工程と、前記蛍光透過面を覆うように配置された光検出器によって、前記励起光によって励起された前記対象物質から放出されて前記蛍光透過面を透過する蛍光を検知する検知工程と、前記検知工程で検知した蛍光量と、その蛍光量と試料溶液中の前記分析対象物質の濃度との関係に基づいて、前記試料溶液中の分析対象物質の濃度を算出する定量工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光励起誘起蛍光分析によって、リアルタイムで、広い濃度範囲において分析対象物質濃度を高精度かつ高感度で分析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る溶液中物質濃度分析装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図および説明における上下左右は便宜的なものであり、ここで示したものには限定されない。また、ギ酸ウラニル溶液を分析対象の溶液試料とし、ギ酸溶液中に含まれるウラン（ウラニルイオン；ＵＯ２２＋）の濃度を定量分析する場合を例として説明するが、分析対象物質および溶液試料はこれに限定されるものではない。
【００１４】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る第１の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置を模式的に示す斜視図である。
【００１５】
この溶液中物質濃度分析装置２３は、パルスレーザー１および平板状の試料溶液セル３を有している。パルスレーザー１から放出される入射パルスレーザー光７は、入射窓６を介して試料溶液セル３に導入されるようになっている。
【００１６】
一般に二酸化ウランを溶解した酸性溶液中のウラニルイオンは、可視から紫外波長領域（約２００〜約５００ｎｍ）に光吸収波長帯を有している。また、その吸光度は、短波長領域の方が大きい傾向にあることが知られている。このため、パルスレーザー１としては、たとえばＮｄ：ＹＡＧレーザーの第４高調波（波長２６６ｎｍ）および第３高調波（波長３５５ｎｍ）、窒素レーザー（波長３７７ｎｍ）などを用いることができる。また、パルス時間幅は、１０ｎｓ程度のものを用いることができる。
【００１７】
一対の光検出器１６は、平板状の試料溶液セル３の両面を覆うように配置され、光検出器１６と試料溶液セルの間には、二対の光学フィルタ１４，１５が配置されて、これらは面接触配置の層状構造を形成している。この層状構造は、一端から、光検出器１６、第２の光学フィルタ１５、第１の光学フィルタ１４、試料溶液セル３、第１の光学フィルタ１４、第２の光学フィルタ１５、光検出器１６の順に並んで配列されている。
【００１８】
試料溶液セル３の、第１の光学フィルタと接する蛍光透過面は、少なくともウラン蛍光波長領域の光が透過するように形成されている。試料溶液セル３の厚さは、たとえば約５ｍｍである。
【００１９】
第１の光学フィルタ１４は、励起光波長領域の光を選択的に低減させる特性を有するものであり、たとえば短波長カットタイプの色ガラスフィルタで厚さが約２ｍｍのものを用いる。第２の光学フィルタ１５は、ウラン蛍光波長領域の光を選択的に透過させる特性を有するものであり、たとえばバンドパスタイプの干渉フィルタで厚さが約３ｍｍのものを用いる。
【００２０】
光検出器１６は、厚さが約２０ｍｍで、面積が１０ｃｍ×１０ｃｍ程度の、小型の光電子増倍管を検出素子として面状に２次元配列した集合体からなるフラットパネルタイプのものである。光検出器１６には、ＣＣＤタイプのエリアセンサ、ＣＭＯＳタイプのエリアセンサなどを用いることもできる。
【００２１】
光検出器１６には、電源１７が接続されている。また、光検出器１６には、信号処理器１８が接続されていて、信号処理器１８にはコンピュータ１９が接続されている。
【００２２】
図２は、第１の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置に用いる試料溶液セルの平断面図である。
【００２３】
試料溶液セル３の内部には、ギ酸ウラニル溶液２を保持する空間が形成されていて、その空間には互いに向かい合う一組の反射ミラー９が取り付けられている。反射ミラー９は、反射コーティングによって形成することができる。また、試料溶液セル３には、入射窓６および出射窓１０が取り付けられている。
【００２４】
また、試料溶液セル３は、試料導入口１２および試料排出口１３を有している。ギ酸ウラニル溶液２などの試料溶液２１は、試料導入口１２を介して一定速度で試料溶液セル３に流入し、この流入した試料溶液２２は、試料排出口１３から排出される。
【００２５】
パルスレーザー１から放出される紫外波長領域の入射パルスレーザー光７は、入射窓６を介して試料溶液セル３に入射する。入射窓６から入射してギ酸ウラニル溶液２中を透過して進む透過パルスレーザー光８は、対向する反射ミラー９で構成される光学機構によって多重反射しながら、多重パスで進行する。透過パルスレーザー光８は、出射窓１０を介して出射パルスレーザー光１１として試料溶液セル３の外部に伝播する。
【００２６】
図３は、第１の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置の一部の立断面図である。
【００２７】
透過パルスレーザー光８は、ギ酸ウラニル溶液２で満たされた試料溶液セル３中のウラニルイオン４に照射される。測定対象物質であるウラニルイオン４は光励起され、その励起イオンが放出する蛍光５は、光検出器１６で検知される。
【００２８】
図１に示す電源１７で動作される光検出器１６からの出力信号は、信号処理器１８によって演算処理されてコンピュータ１９に伝達される。コンピュータ１９は、分析装置起動時に予め作成しておいた信号と濃度の検量線データに基づいて信号から濃度へ換算する定量分析処理を行い、リアルタイムで、試料溶液セル３中の成分の濃度が求められる。
【００２９】
このように、本実施の形態の溶液中物質濃度分析装置を用いると、試料溶液セル３の内部では一定速度でギ酸ウラニル溶液２が置換され、リアルタイムで試料溶液セル３中の成分が濃度計測される。
【００３０】
また、光検出器１６は、試料溶液セル３に対し第１および第２の光学フィルタ１４，１５を直列に挟んで、層状構造で面接触配置されている。このため、薄型の試料溶液セル３の中で、放射状に放出されるウラニルイオン４の蛍光５のほとんどすべてが、試料溶液セル３と層状に配置されている２枚の光検出器１６で検出される。したがって、十分な蛍光量が得られ、高い検出感度が得られる。
【００３１】
また、第１の光学フィルタ１４は、励起光波長領域の光を選択的に低減させる特性を有するため、ウラン蛍光観測を妨害するノイズの原因となる透過パルスレーザー光８の散乱成分を低減する。第２の光学フィルタ１５は、ウラン蛍光波長領域の光を選択的に透過させる特性を有するため、ウラン以外の共存物質が発する蛍光混入成分を除去する。
【００３２】
このように、これらの第１および第２の光学フィルタ１４，１５を用いているため、ウラン蛍光以外のノイズ成分が除去されてＳ／Ｎ比が改善され、検出感度がより一層向上される。
【００３３】
ウラン燃料製作工程で生成した廃棄物を除染した回収廃液の場合は、ギ酸ウラニル溶液２は、数規定のギ酸溶液中に、約１００００ｐｐｍ〜０．０１ｐｐｍ程度の濃度でウランを含有する。高濃度のギ酸ウラニル溶液２の場合には、入射窓６を通過した近傍の領域までで透過パルスレーザー光８は吸収されて減衰してしまう場合がある。
【００３４】
光検出器１６を、試料溶液セル３に対して、ある一定距離離れた位置に配置すると、放射状に放出されるウラニルイオン４の蛍光５の、ある立体角で広がった部分的な成分のみをレンズ系で光検出器１６に集光することになる。このため、十分な蛍光量が得られず、感度が低くなる場合がある。
【００３５】
また、光検出器１６を試料溶液セル３と離れた位置に配置して、レンズ系によって蛍光を集光する場合には、基本的に点光源を像転送して光検出器の入力面に集光させる。このため、蛍光５の発光点が試料溶液セル３中を伝播する透過パルスレーザー光８の経路に沿って領域発光するような場合は、すべての発光点からの蛍光を検出することは困難である。そこで、一般には、試料溶液セルの中心部分の領域発光を光検出器１６の入力面に集光するように、光軸を調整する。このため、高濃度のギ酸ウラニル溶液２の場合は、入射窓６を通過した近傍の領域までで透過パルスレーザー光８は吸収されて減衰してしまい、蛍光の検出は非常に困難である。
【００３６】
しかし、本実施の形態の溶液中物質濃度分析装置では、試料溶液セル３に対して、光検出器１６は層状構造で面接触配置されている。このため、蛍光５のほぼ半球状の立体放出角を光検出器１６から見込むことになり、ウラニルイオン４の蛍光５のほとんどすべてが、２つの光検出器１６で検出される。したがって、試料溶液が高濃度で、入射窓６を通過した近傍の領域までで発光が減衰してしまっていても、分析が可能である。
【００３７】
光検出器１６はフラットパネルタイプの光検出器で、小型の光電子増倍管を検出素子として面状に２次元配列した集合体である。このような光検出器１６は、感度が非常に高い。また、上下２枚の光検出器１６のそれぞれの出力信号を信号処理器１８によって積分演算処理し、さらに２枚の光検出器１６の出力信号を合算処理することにより、高い検出感度が得られる。
【００３８】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明に係る第２の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置に用いる試料溶液セルの平断面図である。図５は、第２の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置の一部の立断面図である。
【００３９】
本実施の形態の溶液中物質濃度分析装置２４に用いる試料溶液セル３は、入射窓６および出射窓１０をそれぞれ２つずつ備えている。また、入射パルスレーザー光７は、分配器３０によって２つの光路に分岐された後に、この入射パルスレーザー光７ａ，７ｂは、２つの入射窓６ａ，６ｂから試料溶液セル３に入射するようになっている。透過パルスレーザー光８は、出射窓１０ａ，１０ｂを介して出射パルスレーザー光１１ａ，１１ｂとして試料溶液セル３の外部に伝播する。なお、分配器３０の代わりに、入射パルスレーザー光７を分岐できるように配置されたミラーを用いてもよい。
【００４０】
また、第１の実施の形態と同様に、試料溶液セル３を挟んで一対の第１の光学フィルタ１４が配置されている。一対の第１の光学フィルタ１４の両側には、一対の第２の光学フィルタ１５および一対の第３の光学フィルタ３１が配置されている。第２の光学フィルタ１５および第３の光学フィルタ３１は、光学的に並列に並んでいる。つまり、光検出器１６が検出する蛍光は、入射パルスレーザー光７ａから発せられた蛍光を第１の光学フィルタ１４および第２の光学フィルタ１５を経由して入射されるものと、入射パルスレーザー光７ｂから発せられた蛍光を第１の光学フィルタ１４および第３の光学フィルタ３１を経由して入射されるものの２種類となる。第２および第３の光学フィルタ１５，３１と光検出器１６とは、層状構造で面接触配置されている。
【００４１】
第３の光学フィルタ３１は、第１の分析対象物質であるウランと共存する、不純物などの第２の分析対象物質の蛍光波長領域の光を選択的に透過させる特性を有するものである。第３の光学フィルタ３１としては、たとえばバンドパスタイプの干渉フィルタで厚さ３ｍｍのものを用いる。
【００４２】
試料溶液セル３の第１の光学フィルタと接する蛍光透過面は、少なくとも第１および第２の分析対象物質から放出される蛍光が透過するように形成されている。
【００４３】
光検出器１６は、小型の光電子増倍管を検出素子として面状に２次元配列した集合体からなるフラットパネルタイプの光検出器で、第２および第３の光学フィルタ１５，３１のそれぞれの領域に対応した２つの検出素子領域毎に信号を出力し、その２つの出力信号を図１に示す信号処理器１８によって別々に演算処理し、コンピュータ１９によって信号から濃度へ換算する定量分析処理を行なう。
【００４４】
第２の光学フィルタ１５に対応する領域では、透過パルスレーザー光８によって励起されたウラニルイオン４から放出される蛍光５は光検出器１６に到達して検出される。一方、第２の光学フィルタ１５に対応する領域では、不純物イオン３３から放出される蛍光５は光検出器１６に到達せず、光検出器１６で検出されない。
【００４５】
また、第３の光学フィルタ３１に対応する領域では、透過パルスレーザー光８によって励起されたウラニルイオン４から放出される蛍光５は光検出器１６に到達せず、光検出器１６で検出されない。一方、第３の光学フィルタ３１に対応する領域では、不純物イオン３３から放出される蛍光５は光検出器１６に到達して検出される。
【００４６】
第２および第３の光学フィルタ１５，３１のそれぞれの領域において、それぞれ光検出器１６で検出した信号を別々に処理することによって、ウランそのものと共存する不純物などの２種類の分析対象物質を、それぞれリアルタイムで定量分析できる。
【００４７】
なお、第１の分析対象物質であるウランの励起に用いた光吸収波長が第２の分析対象物質の励起には有効ではない場合には、別途、第２の分析対象物質の光吸収波長に合わせた励起波長のパルスレーザーを導入するとよい。また、第１の光学フィルタ１４と光検出器１６との間の光学フィルタの数を増やし、分配器３０で入射パルスレーザー光７を３つ以上の光路に分配できるようにすることにより、３種類以上の物質の検出にも適用できる。
【００４８】
［第３の実施の形態］
図６は、本発明に係る第３の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置の一部の立断面図である。
【００４９】
本実施の形態の溶液中物質濃度分析装置は、第１の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置の試料溶液セル３と第１の光学フィルタ１４の間に、一対の第４の光学フィルタ２０を挿入配置したものである。平板状の第４の光学フィルタ２０は、光検出器１６と第１の光学フィルタ１４の間に面接触配置されている。
【００５０】
第４の光学フィルタ２０は、その表面に垂直に入射する蛍光成分のみを選択的に透過させるものであり、ファイバー・オプティック・プレート（ＦＯＰ）を用いることができる。このＦＯＰは、たとえば素線直径６μｍの石英光ファイバーを稠密に束ねた板状の光学素子で、厚さ３ｍｍのものである。
【００５１】
このような溶液中物質濃度分析装置では、放射状に放出されるウラニルイオン４の蛍光５のすべてが光検出器１６で検出されることは無く、第４の光学フィルタ２０の素線方向に放出された蛍光成分のみが光検出器１６に到達する。すなわち、試料溶液セル３中で直径が６μｍの微小な領域において透過パルスレーザー光８（図２参照）に沿って生じる蛍光５が、第４の光学フィルタ２０の素線をそれぞれ経由して、光検出器１６の入力面に垂直に伝送される。
【００５２】
入射窓６を通過した透過パルスレーザー光８は、ギ酸ウラニル溶液２中で吸収されて減衰し、透過パルスレーザー光８の軌跡に沿って蛍光５の発光量も減衰していく。そこで、蛍光量を透過パルスレーザー光８の伝播距離の関数として測定する。すなわち、入射窓６の位置を原点として透過パルスレーザー光８の伝播した距離を、たとえば光検出器１６の画素単位で表す。このパルスレーザー光伝播距離を横軸とし、その伝播距離における蛍光５の蛍光量を縦軸としてプロットすると、図７のような蛍光減衰特性曲線が得られる。
【００５３】
この蛍光減衰特性曲線は、Ａ＝ε×Ｃ×Ｌのベールの法則を反映している。なお、ここで、Ａは吸光度、εは吸収係数、Ｃは濃度、Ｌは吸収長である。図１に示すコンピュータ１９によって、ベールの法則に従った蛍光強度減衰特性曲線と濃度の検量線データに基づいて、観測曲線から濃度へ換算する定量評価処理を行うことにより、リアルタイム分析が可能となる。
【００５４】
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置に用いる試料溶液セルの平断面図である。
【図３】本発明に係る第１の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置の一部の立断面図である。
【図４】本発明に係る第２の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置に用いる試料溶液セルの平断面図である。
【図５】本発明に係る第２の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置の一部の立断面図である。
【図６】本発明に係る第３の実施の形態の溶液中物質濃度分析装置の一部の立断面図である。
【図７】本発明に係る第３の実施の形態で得られる蛍光減衰特性曲線の例である。
【符号の説明】
【００５６】
１…パルスレーザー、２…ギ酸ウラニル溶液、３…試料溶液セル、４…ウラニルイオン、５…蛍光、６，６ａ，６ｂ…入射窓、７，７ａ，７ｂ…入射パルスレーザー光、８…透過パルスレーザー光、９…反射ミラー、１０，１０ａ，１０ｂ…出射窓、１１，１１ａ，１１ｂ…出射パルスレーザー光、１２…試料導入口、１３…試料排出口、１４…第１の光学フィルタ、１５…第２の光学フィルタ、１６…光検出器、１７…電源、１８…信号処理器、１９…コンピュータ、２０…第４の光学フィルタ、２１，２２…試料溶液、２３，２４…溶液中物質濃度分析装置、３０…分配器、３１…第３の光学フィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料溶液中の分析対象物質の濃度を定量する溶液中物質濃度分析装置において、
前記試料溶液を保持し、前記分析対象物質から放出される蛍光を透過する少なくとも１つの蛍光透過面が形成された試料溶液セルと、
前記分析対象物質を励起する励起光を、前記試料溶液セルに保持された前記試料溶液に照射する励起光照射手段と、
前記蛍光透過面を覆うように配置され、前記励起光によって励起された前記分析対象物質から放出されて前記蛍光透過面を透過する蛍光を検知する光検出器と、
を有することを特徴とする溶液中物質濃度分析装置。
【請求項２】
前記試料溶液セルは平行に広がる２つの前記蛍光透過面を備え、それらの蛍光透過面をそれぞれ覆うように前記試料溶液セルを挟んで両側に２つの前記光検出器が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項３】
前記蛍光透過面と前記光検出器との間に、前記蛍光透過面を覆うように広がる光学フィルタを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項４】
前記光学フィルタは、前記励起光の波長領域の光を選択的に低減させるものであることを特徴とする請求項３に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項５】
前記光学フィルタは、前記分析対象物質が放出する蛍光を選択的に透過させるものであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項６】
前記光学フィルタは、前記対向面に垂直に入射する蛍光成分のみを選択的に透過させるものであることを特徴とする請求項３ないし請求項５に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項７】
前記光学フィルタは、前記蛍光透過面と前記蛍光入射面との間に直列に配置された複数のフィルタを備えていることを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項８】
前記光学フィルタは、前記蛍光透過面と前記蛍光入射面との間に並列に配置された複数のフィルタを備えていることを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれか１項に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項９】
前記光検出器は、複数の検出素子の集合体であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項１０】
前記検出素子は、それぞれの検出素子が検出した光に対応する出力信号をそれぞれ出力するものであることを特徴とする請求項９に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項１１】
前記試料溶液セルは、その内部に保持する前記試料溶液中を前記励起光が多重パスで透過する光学機構を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項１２】
前記試料溶液セルは、その内部に前記試料溶液を導入する試料導入口および、その外部に前記試料溶液を排出する試料排出口を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項１３】
前記光検出器から出力される出力信号と、その出力信号と前記試料溶液中の前記分析対象物質の濃度との関係に基づいて、前記試料溶液中の前記分析対象物質の濃度を算出するコンピューターを有することを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項１４】
試料溶液中の分析対象物質の濃度を定量する溶液中物質濃度分析方法において、
前記分析対象物質を励起する励起光を、前記分析対象物質から放出される蛍光を透過する少なくとも一つの蛍光透過面が形成された試料溶液セルに保持された前記試料溶液に照射する励起光照射工程と、
前記蛍光透過面を覆うように配置された光検出器によって、前記励起光によって励起された前記対象物質から放出されて前記蛍光透過面を透過する蛍光を検知する検知工程と、
前記検知工程で検知した蛍光量と、その蛍光量と試料溶液中の前記分析対象物質の濃度との関係に基づいて、前記試料溶液中の分析対象物質の濃度を算出する定量工程と、
を有することを特徴とする溶液中物質濃度分析方法。
【請求項１】
試料溶液中の分析対象物質の濃度を定量する溶液中物質濃度分析装置において、
前記試料溶液を保持し、前記分析対象物質から放出される蛍光を透過する少なくとも１つの蛍光透過面が形成された試料溶液セルと、
前記分析対象物質を励起する励起光を、前記試料溶液セルに保持された前記試料溶液に照射する励起光照射手段と、
前記蛍光透過面を覆うように配置され、前記励起光によって励起された前記分析対象物質から放出されて前記蛍光透過面を透過する蛍光を検知する光検出器と、
を有することを特徴とする溶液中物質濃度分析装置。
【請求項２】
前記試料溶液セルは平行に広がる２つの前記蛍光透過面を備え、それらの蛍光透過面をそれぞれ覆うように前記試料溶液セルを挟んで両側に２つの前記光検出器が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項３】
前記蛍光透過面と前記光検出器との間に、前記蛍光透過面を覆うように広がる光学フィルタを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項４】
前記光学フィルタは、前記励起光の波長領域の光を選択的に低減させるものであることを特徴とする請求項３に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項５】
前記光学フィルタは、前記分析対象物質が放出する蛍光を選択的に透過させるものであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項６】
前記光学フィルタは、前記対向面に垂直に入射する蛍光成分のみを選択的に透過させるものであることを特徴とする請求項３ないし請求項５に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項７】
前記光学フィルタは、前記蛍光透過面と前記蛍光入射面との間に直列に配置された複数のフィルタを備えていることを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項８】
前記光学フィルタは、前記蛍光透過面と前記蛍光入射面との間に並列に配置された複数のフィルタを備えていることを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれか１項に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項９】
前記光検出器は、複数の検出素子の集合体であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項１０】
前記検出素子は、それぞれの検出素子が検出した光に対応する出力信号をそれぞれ出力するものであることを特徴とする請求項９に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項１１】
前記試料溶液セルは、その内部に保持する前記試料溶液中を前記励起光が多重パスで透過する光学機構を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項１２】
前記試料溶液セルは、その内部に前記試料溶液を導入する試料導入口および、その外部に前記試料溶液を排出する試料排出口を備えていることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項１３】
前記光検出器から出力される出力信号と、その出力信号と前記試料溶液中の前記分析対象物質の濃度との関係に基づいて、前記試料溶液中の前記分析対象物質の濃度を算出するコンピューターを有することを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の溶液中物質濃度分析装置。
【請求項１４】
試料溶液中の分析対象物質の濃度を定量する溶液中物質濃度分析方法において、
前記分析対象物質を励起する励起光を、前記分析対象物質から放出される蛍光を透過する少なくとも一つの蛍光透過面が形成された試料溶液セルに保持された前記試料溶液に照射する励起光照射工程と、
前記蛍光透過面を覆うように配置された光検出器によって、前記励起光によって励起された前記対象物質から放出されて前記蛍光透過面を透過する蛍光を検知する検知工程と、
前記検知工程で検知した蛍光量と、その蛍光量と試料溶液中の前記分析対象物質の濃度との関係に基づいて、前記試料溶液中の分析対象物質の濃度を算出する定量工程と、
を有することを特徴とする溶液中物質濃度分析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−３２６３１（Ｐ２００８−３２６３１Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０８３３７（Ｐ２００６−２０８３３７）
【出願日】平成１８年７月３１日（２００６．７．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月３１日（２００６．７．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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