JP2001343327A - Chemical analysis device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、化学分析装置に係
り、特に、吸光光度法による化学分析装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical analyzer, and more particularly, to a chemical analyzer based on a spectrophotometric method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】最近、産業活動や人口集中などにより生
じる水圏の汚染が深刻となってきている。このため、水
中に含まれる化学物質をオンラインで計測する必要が増
大している。2. Description of the Related Art In recent years, pollution of the hydrosphere caused by industrial activities and population concentration has become serious. For this reason, there is an increasing need for online measurement of chemical substances contained in water.
【０００３】また、Ｏ−１５７やクリプトスポリジウム
などの有害微生物による水の汚染が問題となり、適切な
水質管理が望まれている。例えば、上水道の場合は、各
家庭に近い水道配管末端において、水道水の残留塩素，
色度，濁度などの水質を毎日検査することが義務づけら
れている。さらに、おいしい水を供給するには、配水さ
れた水道水に含まれる残留塩素の量を適正に制御するこ
とが望ましい。In addition, water contamination by harmful microorganisms such as O-157 and Cryptosporidium has become a problem, and proper water quality management is desired. For example, in the case of water supply, the residual chlorine in tap water,
Daily inspection of water quality such as chromaticity and turbidity is required. Furthermore, in order to supply delicious water, it is desirable to appropriately control the amount of residual chlorine contained in the distributed tap water.
【０００４】これらの水質管理を省力化し自動化するた
め、水質をオンラインで計測する装置が開発されてきて
いる。しかし、計測装置が大型で、設置場所が制限さ
れ、設置工事が大掛かりになるなどの問題があり、計測
装置の普及には、小形化することが必須である。[0004] In order to save labor and automate such water quality management, an apparatus for measuring water quality online has been developed. However, there is a problem that the measuring device is large, the installation place is limited, and the installation work becomes large-scale. For the spread of the measuring device, it is essential to reduce the size.
【０００５】計測装置を小形化するため、特開平06―22
6071号公報に示されているように、微少なノズルを多数
配列した混合室内で試料水と試薬を混合し、外部光源か
らの光を混合室内に導き、混合室を通過した光量を外部
の検出器で捉え、混合室内の試薬の発色による吸光度を
測定し、化学物質の濃度を求めることが考えられてい
る。To reduce the size of the measuring device, Japanese Patent Application Laid-Open No.
As shown in Japanese Patent No. 6071, sample water and reagents are mixed in a mixing chamber in which a number of small nozzles are arranged, light from an external light source is guided into the mixing chamber, and the amount of light passing through the mixing chamber is detected outside. It has been considered that the concentration of a chemical substance is determined by measuring the absorbance of a reagent in a mixing chamber by color development.
【０００６】また、特開平09―243642号公報に示されて
いるように、混合室の下流側に吸光度計測用の検出流路
を設け、検出流路の一端面にプリズムを介してレーザ光
を照射し、その一端面で反射したレーザ光が検出流路を
直進するように配置して、検出流路の他端面で反射した
光をプリズムで外部のファイバに導き、ファイバを通過
した光を光検知器により検知し、吸光度を計測し、化学
物質の濃度を求める方法もある。Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-243642, a detection flow path for measuring absorbance is provided downstream of the mixing chamber, and laser light is applied to one end surface of the detection flow path via a prism. Irradiation, the laser light reflected at one end face is arranged so as to go straight through the detection flow path, the light reflected at the other end face of the detection flow path is guided to an external fiber by a prism, and the light passing through the fiber is converted to light. There is also a method of detecting with a detector, measuring the absorbance, and obtaining the concentration of the chemical substance.
【０００７】水道水の場合、残留塩素は、ＤＰＤ試薬
(ＤＰＤ法)やＯ−トリジン(ＯＴ法)と反応させて、吸光
度を測定する。色度は、水道水そのものの着色状況を測
定するので、試薬を混合せず、吸光度を直接計測する。
濁度は、水道水に含まれる粒子による光の散乱を測定す
る。[0007] In the case of tap water, residual chlorine is determined by the DPD reagent.
(DPD method) or O-tolidine (OT method), and the absorbance is measured. Since the chromaticity measures the coloring state of tap water itself, the absorbance is directly measured without mixing a reagent.
Turbidity measures the scattering of light by particles contained in tap water.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、光の
指向性が非常に良いレーザ光を使用しているため、プリ
ズムなどの光学的調整が難しい。また、小形化するには
半導体レーザを使用するのが望ましいが、半導体レーザ
の発光波長は、限定されており、特に緑から青の光を得
ることが困難であり、対象となる化学物質によっては、
試薬の発色と半導体レーザの発光波長とがマッチしない
場合がある。例えば、残留塩素の測定の場合、ＤＰＤ法
では５５５ｎｍ付近の波長の光源が必要になり、ＯＴ法
では４３７ｎｍ付近の波長の光源が必要になる。In the above prior art, since a laser beam having a very good light directivity is used, optical adjustment of a prism or the like is difficult. Although it is desirable to use a semiconductor laser for miniaturization, the emission wavelength of the semiconductor laser is limited, and it is particularly difficult to obtain green to blue light, and depending on the target chemical substance, ,
In some cases, the color of the reagent does not match the emission wavelength of the semiconductor laser. For example, in the case of measuring residual chlorine, the DPD method requires a light source having a wavelength around 555 nm, and the OT method requires a light source having a wavelength around 437 nm.
【０００９】一方、発散光源を使用する方式の場合、特
開平04−152247号公報は、標準ガスと測定ガスとの赤外
線吸収量の差から測定ガスの濃度を測定する赤外線分析
計として、標準ガスを流す標準セルと測定ガスを流す測
定セルと各セル内に赤外線を放射するマイクロランプと
ガスを透過した赤外線を検出する赤外センサとを含む赤
外線分析計を示している。On the other hand, in the case of a system using a divergent light source, Japanese Patent Application Laid-Open No. 04-152247 discloses a standard gas as an infrared analyzer for measuring the concentration of the measurement gas from the difference in the amount of infrared absorption between the standard gas and the measurement gas. 1 shows an infrared spectrometer including a standard cell through which a gas flows, a measurement cell through which a measurement gas flows, a micro lamp that emits infrared light into each cell, and an infrared sensor that detects infrared light that has passed through the gas.
【００１０】しかし、本来発散光として放射された赤外
線については、測定セル上下の反射面には反射しないで
直進する中心光線を示すのみであり、測定セル上下の反
射面に反射する発散光の様子や多数回反射による発散光
の減衰の程度については、何も検討されていない。ま
た、発散光がいわゆる迷光となって及ぼす悪影響につい
ても配慮がない。However, the infrared light originally radiated as divergent light only indicates a central ray that travels straight without reflecting on the reflection surfaces above and below the measurement cell, and the state of the divergent light reflected on the reflection surfaces above and below the measurement cell. No consideration has been given to the degree of attenuation of divergent light due to multiple reflections. Also, there is no consideration on the adverse effect of the divergent light as so-called stray light.
【００１１】特開平09−218149号公報および特開平10−
170427号公報は、ガラス基板またはシリコン基板に形成
したキャピラリの内面に反射膜を成膜し、検出光を多数
回反射させて、検出流路内で吸光度などの測定に必要な
光路長を確保する構造を示している。JP-A-09-218149 and JP-A-10-218149
No. 170427 discloses that a reflection film is formed on an inner surface of a capillary formed on a glass substrate or a silicon substrate, and the detection light is reflected many times to secure an optical path length necessary for measurement of absorbance or the like in the detection flow path. Shows the structure.
【００１２】これらの場合、当初は鏡面に仕上げられて
高い反射率を示していても、反射率が徐々に低下すると
いう欠点がある。上記の通り、各家庭に近い水道配管末
端においては、手軽に計測できることが重要であるか
ら、吸光度検出素子を定期的に交換することやメンテナ
ンスに多くの時間と労力とを投入することは、期待でき
ない。そこで、例えばアルミニウム反射膜の酸化による
反射率低下を防止するために保護膜を形成してもよいと
されているが、液体の性質によっては、期待される寿命
の間に、保護膜が汚れたり保護膜自体が劣化する場合も
ある。さらに、１回の反射で数％の光量が低下しても、
多数回の反射を繰り返すと、入射光の半分以下の光量に
減光されてしまうという問題があった。[0012] In these cases, there is a disadvantage that the reflectance gradually decreases even if the surface is initially finished to a mirror surface and shows a high reflectance. As mentioned above, it is important to be able to measure easily at the end of the water pipe near each home, so it is expected that regular replacement of the absorbance detection element and that much time and labor will be required for maintenance. Can not. Therefore, for example, a protective film may be formed to prevent a decrease in reflectance due to oxidation of the aluminum reflective film. However, depending on the properties of the liquid, the protective film may become dirty during the expected life. The protective film itself may be deteriorated. Furthermore, even if the amount of light decreases by several percent in one reflection,
When the reflection is repeated many times, there is a problem that the light amount is reduced to less than half of the incident light.
【００１３】本発明の目的は、幅広い波長範囲をカバー
して低価格なＬＥＤやランプなどの発散光光源を使用で
き、光学的調整が容易であり、オンライン自動計測のた
めに期待される寿命の間は実質的にメンテナンスの必要
がない吸光度検出素子を備えた化学分析装置を提供する
ことである。An object of the present invention is to use a low-cost divergent light source such as an LED or a lamp that covers a wide wavelength range, is easy to adjust optically, and has a life expectancy for on-line automatic measurement. In the meantime, it is an object of the present invention to provide a chemical analysis device provided with an absorbance detection element that does not require substantial maintenance.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、検出流路を含むセルと、検出流路の流体
を通過する光束を発生する光源と、流体を通過した光束
の光量を検知する光検出手段とを備え、流体内の化学物
質による着色または化学物質と試薬との反応による着色
の結果生じた流体の吸光度を光検出手段の信号から求
め、求めた吸光度に基づき化学物質を定量する化学分析
装置において、検出流路が、長手方向の両端面および流
路底面とその対向面とを有し、両端面の流路底面に対す
る角度をθ，光の入射角度をφ，検出流路の上端の長さ
をＬ，検出流路の深さをｄ，対向面の窓部の長さをＤ，
セル内での光の反射回数をＭ，自然数をＮとすると、０
≦φ＜θの場合に、 Ｌ＝(Ｍ＋３)ｄcotφ Ｍ＝２Ｎ−１ になるＬとした化学分析装置を提案する。In order to achieve the above object, the present invention provides a cell including a detection channel, a light source for generating a light beam passing through a fluid in the detection channel, and a light source for generating a light beam passing through the fluid. Light detection means for detecting the amount of light, the absorbance of the fluid resulting from the coloring by the chemical substance in the fluid or from the reaction between the chemical substance and the reagent is determined from the signal of the light detection means, and the chemical absorbance is determined based on the determined absorbance. In a chemical analyzer for quantifying a substance, a detection flow path has both end faces in the longitudinal direction, a bottom face of the flow path, and an opposing face, the angle of both end faces with respect to the bottom face of the flow path is θ, the incident angle of light is φ, and L is the length of the upper end of the detection channel, d is the depth of the detection channel, D is the length of the window on the facing surface,
Assuming that the number of light reflections in the cell is M and the natural number is N, 0
In the case of ≦ φ <θ, a chemical analyzer is proposed in which L = (M + 3) dcotφ M = 2N−1.
【００１５】前記化学分析装置においては、 Ｄ≦２ｄcotφ とすることが望ましい。In the above chemical analyzer, it is preferable that D ≦ 2dcotφ.
【００１６】また、Ｍ＝１とし、対向面側の長手方向ほ
ぼ中央に光遮断部を形成することもできる。Further, it is also possible to set M = 1 and to form a light blocking portion substantially at the center in the longitudinal direction on the facing surface side.
【００１７】本発明は、また、検出流路を含むセルと、
検出流路の流体を通過する光束を発生する光源と、流体
を通過した光束の光量を検知する光検出手段とを備え、
流体内の化学物質による着色または化学物質と試薬との
反応による着色の結果生じた流体の吸光度を光検出手段
の信号から求め、求めた吸光度に基づき化学物質を定量
する化学分析装置において、検出流路が、長手方向の両
端面および流路底面とその対向面とを有し、両端面の流
路底面に対する角度をθ，光の入射角度をφ，検出流路
の上端の長さをＬ，検出流路の深さをｄ，対向面の窓部
の長さをＤ，セル内での光の反射回数をＭ，自然数をＮ
とすると、θ＜φ≦π／２の場合に、 Ｌ＝Ｍｄcot｜２θ−φ｜＋ｄcotθ Ｍ＝２Ｎ−１ になるＬとした化学分析装置を提案する。The present invention also provides a cell including a detection channel,
A light source that generates a light flux that passes through the fluid in the detection flow path, and a light detection unit that detects the amount of light flux that has passed through the fluid,
In a chemical analyzer that determines the absorbance of a fluid generated as a result of coloring by a chemical substance in a fluid or coloring by a reaction between a chemical substance and a reagent from a signal of a light detection means, and quantifying the chemical substance based on the determined absorbance, the detection flow rate is determined. The path has both end surfaces in the longitudinal direction, a bottom surface of the flow channel, and an opposing surface thereof. The depth of the detection channel is d, the length of the window on the opposing surface is D, the number of light reflections in the cell is M, and the natural number is N
Then, when θ <φ ≦ π / 2, a chemical analysis apparatus is proposed in which L = Mdcot | 2θ−φ | + dcotθ M = 2N−1.
【００１８】本発明は、さらに、検出流路を含むセル
と、検出流路の流体を通過する光束を発生する光源と、
流体を通過した光束の光量を検知する光検出手段とを備
え、流体内の化学物質による着色または化学物質と試薬
との反応による着色の結果生じた流体の吸光度を光検出
手段の信号から求め、求めた吸光度に基づき化学物質を
定量する化学分析装置において、検出流路が、長手方向
の両端面および流路底面とその対向面とを有し、両端面
の流路底面に対する角度をθ，光の入射角度をφ，検出
流路の上端の長さをＬ，検出流路の深さをｄ，対向面の
窓部の長さをＤ，セル内での光の反射回数をＭ，自然数
をＮとすると、π／２＜φ≦２θの場合に、 Ｌ＝Ｍｄcot｜２θ−φ｜＋ｄcotθ Ｍ＝２Ｎ−１ になるＬとした化学分析装置を提案する。The present invention further provides a cell including a detection channel, a light source for generating a light beam passing through the fluid in the detection channel,
Light detecting means for detecting the amount of light flux passing through the fluid, the absorbance of the fluid resulting from the coloring by the chemical substance in the fluid or the coloring by the reaction between the chemical substance and the reagent is obtained from the signal of the light detecting means, In a chemical analyzer for quantifying a chemical substance based on the obtained absorbance, a detection flow path has both longitudinal end faces, a flow path bottom face, and an opposing face, and the angles of both end faces with respect to the flow path bottom face are θ, Is the incident angle of φ, the length of the upper end of the detection channel is L, the depth of the detection channel is d, the length of the window on the facing surface is D, the number of light reflections in the cell is M, and the natural number is Assuming that N, when π / 2 <φ ≦ 2θ, a chemical analysis apparatus is proposed in which L is L such that L = Mdcot | 2θ−φ | + dcotθ M = 2N−1.
【００１９】前２項の化学分析装置においては、 Ｄ≦ｄsin(φ−θ)／(sinθsinφ) とすれば、好適である。In the chemical analyzer of the preceding two items, it is preferable that D ≦ dsin (φ−θ) / (sinθsinφ).
【００２０】本発明は、検出流路を含むセルと、検出流
路の流体を通過する光束を発生する光源と、流体を通過
した光束の光量を検知する光検出手段とを備え、流体内
の化学物質による着色または化学物質と試薬との反応に
よる着色の結果生じた流体の吸光度を光検出手段の信号
から求め、求めた吸光度に基づき化学物質を定量する化
学分析装置において、検出流路が、長手方向の両端面お
よび流路底面とその対向面とを有し、両端面の流路底面
に対する角度をθ，光の入射角度をφ，検出流路の上端
の長さをＬ，検出流路の深さをｄ，対向面の窓部の長さ
をＤ，セル内での光の反射回数をＭ，自然数をＮとする
と、２θ＜φ≦π／２＋θの場合に、 Ｌ＝Ｍｄcot｜２θ−φ｜＋ｄcotθ−ｄcotφ Ｍ＝２Ｎ−１ になるＬとした化学分析装置を提案する。The present invention comprises a cell including a detection flow path, a light source for generating a light flux passing through the fluid in the detection flow path, and light detecting means for detecting the amount of light flux passing through the fluid. In a chemical analyzer that determines the absorbance of a fluid resulting from coloring by a chemical substance or coloring by a reaction between a chemical substance and a reagent from a signal of the light detection means, and quantifies the chemical substance based on the determined absorbance, the detection flow path is: It has both end faces in the longitudinal direction, a bottom face of the flow path, and an opposing face. The angle of each end face to the bottom face of the flow path is θ, the incident angle of light is φ, the length of the upper end of the detection flow path is L, and the detection flow path is Is the depth of d, the length of the window portion of the opposing surface is D, the number of light reflections in the cell is M, and the natural number is N. When 2θ <φ ≦ π / 2 + θ, L = Mdcot | 2θ -Φ | + dcotθ-dcotφ We propose a chemical analyzer with L where M = 2N-1.
【００２１】この化学分析装置においては、 Ｄ≦ｄ(cotθ−cotφ) とすることが望ましい。In this chemical analyzer, it is desirable that D ≦ d (cotθ−cotφ).
【００２２】また、φ＝２θとしてもよい。It is also possible to set φ = 2θ.
【００２３】上記いずれの場合も、エッチングした溝を
有するシリコン基板と透明基板とを密着させて検出流路
を形成し、溝底面を流路底面とし、透明基板の内面を対
向面とすることができる。In any of the above cases, the silicon substrate having the etched groove and the transparent substrate are brought into close contact with each other to form a detection channel, the bottom of the groove is used as the bottom of the channel, and the inner surface of the transparent substrate is used as the opposing surface. it can.
【００２４】または、エッチングした溝を有するシリコ
ン基板と他のシリコン基板とを密着させて検出流路を形
成し、溝底面を流路底面とし、他のシリコン基板の内面
を対向面とすることも可能である。Alternatively, a silicon substrate having an etched groove and another silicon substrate may be brought into close contact with each other to form a detection channel, the bottom of the groove may be used as the bottom of the channel, and the inner surface of the other silicon substrate may be used as the opposing surface. It is possible.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】次に、図１〜図８を参照して、本
発明による化学分析装置の実施形態を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, an embodiment of a chemical analyzer according to the present invention will be described with reference to FIGS.
【００２６】図１は、本発明による化学分析装置の水質
モニタ１内の系統構成を示すブロック図である。小形の
水質モニタ１は、水道管１１から、フィルタおよび減圧
弁を含む前処理部１２を介して、水道水９３を取り込
む。水道水９３は、ポンプ２１により、流路ブロック７
４に送られる。流路ブロック７４は、光造形技術などに
より立体的に形成された流路を内蔵する。水道水９３
は、流路ブロック７４内の導入流路７１８からセル７に
入り、セル７内のミキサ７０９に流入する。試薬タンク
９１内の試薬９２は、ポンプ２２により、流路ブロック
７４に送られて、流路ブロック７４内の導入流路７１９
から、セル７のミキサ７０９に流入する。FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration in a water quality monitor 1 of a chemical analyzer according to the present invention. The small water quality monitor 1 takes in tap water 93 from a water pipe 11 via a pre-processing unit 12 including a filter and a pressure reducing valve. Tap water 93 is supplied to the flow path block 7 by the pump 21.
4 The flow path block 74 has a built-in flow path that is three-dimensionally formed by a stereolithography technique or the like. Tap water 93
Enters the cell 7 from the introduction flow path 718 in the flow path block 74 and flows into the mixer 709 in the cell 7. The reagent 92 in the reagent tank 91 is sent to the flow path block 74 by the pump 22, and is introduced into the introduction flow path 719 in the flow path block 74.
, Flows into the mixer 709 of the cell 7.
【００２７】水道水９３は、ミキサ７０９内で試薬９２
と混合し、残留塩素の量に応じて発色する。ミキサ７０
９の下流側の検出流路７０４では、発色した水道水９３
の吸光度を測定する。Tap water 93 is supplied to reagent 92 in mixer 709.
And develop color depending on the amount of residual chlorine. Mixer 70
In the detection flow path 704 on the downstream side of No. 9, the colored tap water 93
The absorbance of is measured.
【００２８】測定後の水道水９３は、流路ブロック７４
の排出流路７５から外部に排出する。測定後の水道水９
３は、化学分析装置内部のここでは図示しない廃液パッ
クに保持してもよい。The tap water 93 after the measurement is supplied to the flow path block 74.
Is discharged to the outside from the discharge flow path 75 of FIG. Tap water 9 after measurement
3 may be held in a waste liquid pack (not shown) inside the chemical analyzer.
【００２９】制御部８は、ポンプの上流側および下流側
にそれぞれ設けたバルブ２１１，バルブ２１２，バルブ
２２１，バルブ２２２を適切なタイミングで交互に開閉
させて、ポンプ２１およびポンプ２２を駆動し、水道水
および試薬を上流側から吸引させ、下流側に吐出させ
て、吸光度を計測し、データを処理し、必要に応じて、
外部回線９にデータを転送する。なお、ポンプ２１およ
びポンプ２２は、シリンジポンプなどの容積型のポンプ
とする。The control unit 8 drives the pump 21 and the pump 22 by alternately opening and closing the valves 211, 212, 221 and 222 provided on the upstream and downstream sides of the pump at appropriate timing, respectively. Tap water and reagents are suctioned from the upstream side and discharged to the downstream side, absorbance is measured, data is processed, and if necessary,
The data is transferred to the external line 9. The pump 21 and the pump 22 are positive displacement pumps such as a syringe pump.
【００３０】[0030]
【実施形態１】図２は、水質モニタ１に設置されるセル
７の実施形態１の詳細構造を示す図である。セル７は、
図２(ａ)および(ｂ)に示すように、シリコン基板７００
の片面に、例えば異方性エッチングにより、台形断面の
屈曲した溝を形成し、表面すなわち溝側の面にガラス板
７０１を接合して、流路７０３，７０４，７０５を構成
し、裏面にガラス板７０２を接合し、補強してある。シ
リコン基板７００の溝とガラス板７０１とで構成される
流路は、屈曲部を境に、上流側から流体の導入流路７０
３，検出流路７０４，排出流路７０５となっている。First Embodiment FIG. 2 is a diagram showing a detailed structure of a first embodiment of a cell 7 installed in a water quality monitor 1. Cell 7
As shown in FIGS. 2A and 2B, a silicon substrate 700
On one surface of the substrate, a bent groove having a trapezoidal cross section is formed by, for example, anisotropic etching, and a glass plate 701 is joined to the surface, that is, the surface on the groove side, to form flow paths 703, 704, and 705, and to form a glass The plate 702 is joined and reinforced. The flow path composed of the groove of the silicon substrate 700 and the glass plate 701 is arranged such that the fluid introduction flow path 70
3, a detection channel 704, and a discharge channel 705.
【００３１】導入流路７０３には、裏面から、例えば異
方性エッチングにより、複数の孔を開けてある。それぞ
れの孔は、上流側から洗浄液孔７０６，基準液孔７０
７，試料液孔７０８，ミキサ７０９となっている。ミキ
サ７０９には、図２(ｃ)に示すように、複数の微小な孔
を配列してある。また、図２(ｄ)に示すように、それぞ
れの孔の上流側ガラス板７０２にも、対応する孔を設け
てある。ガラス板７０２の孔の上流側は、セル７を搭載
した流路ブロック７４の導入流路７１８，７１９などに
接続されている。A plurality of holes are formed in the introduction channel 703 from the back surface by, for example, anisotropic etching. Each hole is provided with a cleaning liquid hole 706 and a reference liquid hole 70 from the upstream side.
7, a sample liquid hole 708 and a mixer 709. As shown in FIG. 2C, a plurality of minute holes are arranged in the mixer 709. Further, as shown in FIG. 2D, corresponding holes are provided in the glass plate 702 on the upstream side of each hole. The upstream side of the hole of the glass plate 702 is connected to the introduction flow paths 718 and 719 of the flow path block 74 in which the cell 7 is mounted.
【００３２】流路ブロック７４は、光造形技術により、
または、複数の板を張り合わせて、流路や板間の流路を
つなぐ孔などを形成し、セル７の流路から外部のポンプ
などに接続する流路７１８，７１９を形成してある。セ
ル７と流路ブロック７４の流路とは、図示しないＯリン
グなどを介在させて接続する。The flow path block 74 is formed by a stereolithography technique.
Alternatively, a plurality of plates are attached to form a hole or the like that connects a flow path or a flow path between the plates, and flow paths 718 and 719 that connect the flow path of the cell 7 to an external pump or the like are formed. The cell 7 and the flow path of the flow path block 74 are connected via an O-ring (not shown) or the like.
【００３３】洗浄液孔７０６からは、流路洗浄剤を導入
する。基準液孔７０７は、測定基準となる液を導入し校
正するために設けてある。なお、洗浄液や基準液の導入
路以前の構成は図示を省略する。A flow path cleaning agent is introduced from the cleaning liquid hole 706. The reference liquid hole 707 is provided for introducing and calibrating a liquid serving as a measurement reference. The illustration of the configuration before the introduction path of the cleaning liquid and the reference liquid is omitted.
【００３４】試料液９３と試薬９２とは、セル７の導入
流路７０３内に同時に注入され、ミキサ７０９で合流し
混合する。このとき、図２(ｃ)に示すように、微小なプ
リュームとなった試薬９２が、ミキサ７０９の複数の微
小孔から試料液９３内に噴出するので、拡散により速や
かに混合する。混合液内では、試料液９３内に含まれる
特定成分(例えば残留塩素)が試薬(例えば残留塩素測定
用のＤＰＤ試薬)と反応し、反応生成物を生じて発色す
る。発色量は、特定成分の濃度と相関するため、下流側
の検出流路７０４で、発色量に応じた吸光度を測定す
る。The sample solution 93 and the reagent 92 are simultaneously injected into the introduction channel 703 of the cell 7, and are mixed and mixed by the mixer 709. At this time, as shown in FIG. 2C, the reagent 92 that has become a small plume is ejected into the sample liquid 93 from a plurality of small holes of the mixer 709, so that the reagent 92 is quickly mixed by diffusion. In the mixed solution, a specific component (for example, residual chlorine) contained in the sample solution 93 reacts with a reagent (for example, a DPD reagent for measuring residual chlorine) to generate a reaction product and develop color. Since the coloring amount correlates with the concentration of the specific component, the absorbance according to the coloring amount is measured in the downstream detection channel 704.
【００３５】ガラス板７０１の検出流路７０４側の表面
は、蒸着法，スパッタ法，リフトオフ法などの薄膜形成
法により、金属膜などを形成した反射面７６１となって
いる。なお、金属膜の材料としては、腐食に強く安定な
ＣｒやＡｕが望ましい。The surface of the glass plate 701 on the side of the detection channel 704 is a reflection surface 761 on which a metal film or the like is formed by a thin film forming method such as an evaporation method, a sputtering method, and a lift-off method. In addition, as the material of the metal film, Cr or Au which is stable against corrosion is preferable.
【００３６】検出流路７０４の上流端および下流端に
は、反射膜の無い窓部があり、それぞれの窓部に対向し
て、ＬＥＤなどの光源７６２と光センサ７６３とを設置
してある。At the upstream end and the downstream end of the detection flow path 704, there are windows having no reflective film, and a light source 762 such as an LED and an optical sensor 763 are installed opposite to each window.
【００３７】光源７６２から発した光７６５は、窓部か
ら検出流路７０４に入り、検出流路７０４の流路底面７
６４と反射面７６１との間を通過し、反対側の窓部から
出て光センサ７６３に入り検出される。流路底面７６４
は、シリコン基板であるから、光を透過せず、光の一部
を反射するが、流路底面７６４に反射膜を形成してもよ
いことは、もちろんである。The light 765 emitted from the light source 762 enters the detection channel 704 through the window, and the light is applied to the bottom surface 7 of the detection channel 704.
The light passes through the space between the light receiving surface 64 and the reflection surface 761, exits from the window on the opposite side, enters the optical sensor 763, and is detected. Channel bottom surface 764
Is a silicon substrate and does not transmit light but reflects a part of the light. Of course, a reflective film may be formed on the channel bottom surface 764.
【００３８】本実施形態１によれば、光源から一方の窓
部を介して検出流路７０４に入射した光の一部が、検出
流路７０４に設けた反射膜による反射面７６１と流路底
面７６４とで反射し、他方の窓部から出射し、外部に漏
れない。したがって、光の利用効率が上がる。According to the first embodiment, a part of the light incident on the detection channel 704 from the light source through one window is reflected by the reflection surface 761 of the reflection film provided on the detection channel 704 and the bottom surface of the channel. The light is reflected at 764, exits from the other window, and does not leak outside. Therefore, the light use efficiency increases.
【００３９】検出流路７０４の底面に対する両端面の角
度θおよび光源からの光７６５の入射角度φにより光の
反射光路に４つのパターンが考えられる。なお、本明細
書では、ＬＥＤなどの発散光源の場合、光の強度が最大
となる光軸の反射面に対する入射の角度を光の入射角度
φとする。Four patterns can be considered in the reflected light path of the light depending on the angles θ of both end surfaces with respect to the bottom surface of the detection flow path 704 and the incident angle φ of the light 765 from the light source. In the present specification, in the case of a divergent light source such as an LED, the angle of incidence of the optical axis with respect to the reflection surface at which the light intensity is maximum is defined as the incident angle φ of light.
【００４０】《光の反射光路パターン１ ０≦φ＜θ》
図３は、検出流路内の光の反射光路パターン１を示す図
である。０≦φ＜θの場合、検出流路７０４に入射した
光７６５は、最初に流路底面７６４で反射した後、反射
面７６１で再度反射し、その後は流路底面７６４，反射
面７６１で反射を繰り返し、反対側の窓部に至る。この
とき、検出流路７０４の上端の長さをＬ，検出流路７０
４の深さをｄ，窓部の長さをＤ，セル内での光の反射回
数をＭ，自然数をＮとすると、 Ｌ＝(Ｍ＋３)ｄcotφ Ｍ＝２Ｎ−１ …(１) とすれば、光軸方向の入射光７６５が出射側の流路端面
で反射されて迷光となることがほとんど無く、シリコン
底面で反射した光が出射側で入射側と対称の方向に向か
う。すなわち、ＬＥＤなどの発散光の場合は、入射角度
に幅があるので、一部迷光となるが、光軸方向の入射光
７６５と比較して、その割合が非常に小さい。<< Light reflected light path pattern 10≤φ <θ >>
FIG. 3 is a diagram illustrating a reflected light path pattern 1 of light in the detection channel. In the case of 0 ≦ φ <θ, the light 765 incident on the detection flow path 704 is first reflected on the flow path bottom surface 764, then reflected again on the reflection surface 761, and thereafter reflected on the flow path bottom surface 764 and the reflection surface 761. Repeat until you reach the opposite window. At this time, the length of the upper end of the detection channel 704 is L,
Assuming that the depth of 4 is d, the length of the window is D, the number of light reflections in the cell is M, and the natural number is N, L = (M + 3) dcotφ M = 2N−1 (1) The incident light 765 in the optical axis direction is hardly reflected by the end face of the flow path on the emission side to become stray light, and the light reflected on the silicon bottom surface is directed in a direction symmetrical to the incidence side on the emission side. That is, in the case of divergent light from an LED or the like, since the incident angle has a width, the light is partially stray light, but the ratio is very small as compared with the incident light 765 in the optical axis direction.
【００４１】また、 Ｄ≦２ｄcotφ …(２) とすれば、セルに入射し流路底面で反射した光は、すべ
てセル外に出られる。If D ≦ 2dcotφ (2), all light incident on the cell and reflected on the bottom surface of the flow path is emitted out of the cell.
【００４２】《光の反射光路パターン１の変形例 Ｍ＝
１》図４は、検出流路内の光の反射光路パターン１の変
形例を示す図である。図３のパターンにおいて、Ｍ＝１
の場合、セル内に入射した光７６５は、図４に示すよう
に、流路底面７６４で１回反射しただけで出射するた
め、反射膜が不要になる。発散光源の場合は、図４に示
すように、検出流路７０４の中央に光遮断部７６６を設
けると、光源７６２からの直接光や図示しない迷光が光
センサに入らないように遮断できる。φが小さい場合
で、セル７の外部が大気などの屈折率の小さい媒質であ
る場合、光源７６２からの光をガラス板７０１の上面か
ら入射させると、上面でほとんど反射してしまうので、
ガラス板７０１の側面から光を入射させ、他方の側面か
ら出射させることが望ましい。<< Modification of Light Reflecting Optical Path Pattern 1 M =
1 >> FIG. 4 is a diagram showing a modified example of the reflected light path pattern 1 of the light in the detection channel. In the pattern of FIG.
In the case of (1), the light 765 that has entered the cell is emitted only after being reflected once at the flow path bottom surface 764 as shown in FIG. In the case of a divergent light source, as shown in FIG. 4, when a light blocking portion 766 is provided in the center of the detection flow path 704, direct light from the light source 762 and stray light (not shown) can be blocked so as not to enter the optical sensor. When φ is small and the outside of the cell 7 is a medium having a small refractive index such as the atmosphere, if light from the light source 762 is made incident on the upper surface of the glass plate 701, it is almost reflected on the upper surface.
It is desirable that light be incident on the side surface of the glass plate 701 and emitted from the other side surface.
【００４３】光の反射光路パターン１の場合、光源から
の光７６５の入射角度φが側面の角度θよりも小さいの
で、出射側の光の角度が側面の角度の変化によらず一定
となり、側面の角度θのばらつきによる出射光角度のば
らつきが無く、光センサの位置調整が不要になる。In the case of the reflected light path pattern 1, since the incident angle φ of the light 765 from the light source is smaller than the angle θ of the side surface, the angle of the light on the output side is constant regardless of the change of the angle of the side surface. There is no variation in the output light angle due to the variation in the angle θ, and the position adjustment of the optical sensor is not required.
【００４４】また、流路底面で一回反射のみの場合は、
反射膜７６１が不要になり、光遮断部７６６を設ける
と、光源７６２からの直接光や図示しない迷光が光セン
サに入らないように遮断できる。In the case of only one reflection at the bottom of the flow channel,
If the reflection film 761 becomes unnecessary and the light blocking portion 766 is provided, it is possible to block direct light from the light source 762 and stray light (not shown) from entering the optical sensor.
【００４５】《光の反射光路パターン２ θ＜φ≦π／
２》図５は、検出流路内の光の反射光路パターン２を示
す図である。θ＜φ≦π／２の場合、図５に示すよう
に、セル内に入射し最初に側面で反射する光７６５１と
底面で反射する光７６５２に分けられる。最初、側面で
反射した光は、流路底面７６４で反射した後、反射面７
６１で反射する。これを繰り返して出射側の側面で反射
し、外部に至る場合(実線)と、シリコン底面で反射し外
部に至る場合(破線)とがある。また、最初、底面で反射
した光７６５２は、反射面７６１と流路底面７６４とで
反射を繰り返し、外部に出る。この２種の光は、光路長
が異なるので、光センサに同時に入射すれば、一方の光
が信号光になると、他方は迷光になる。<< Light reflected light path pattern 2 θ <φ ≦ π /
2 >> FIG. 5 is a diagram showing a reflected light path pattern 2 of light in the detection channel. In the case of θ <φ ≦ π / 2, as shown in FIG. 5, the light is divided into light 7651 incident on the cell and first reflected on the side surface and light 7652 reflected on the bottom surface. First, the light reflected on the side surface is reflected on the bottom surface 764 of the flow path, and then reflected on the reflection surface 7.
It is reflected at 61. The light is repeatedly reflected on the side surface on the emission side and reaches the outside (solid line), or is reflected on the silicon bottom surface and reaches the outside (dashed line). The light 7652 reflected at the bottom first is repeatedly reflected on the reflection surface 761 and the bottom surface 764 of the flow path, and goes out. Since these two types of light have different optical path lengths, if they simultaneously enter the optical sensor, if one of them becomes signal light, the other becomes stray light.
【００４６】光７６５１をすべて側面で反射させセルか
ら出射させる場合は、 Ｌ＝Ｍｄcot｜２θ−φ｜＋ｄcotθ Ｍ＝２Ｎ−１ …(３) になるＬとする。When all of the light 7651 is reflected from the side surface and emitted from the cell, L = Mdcot | 2θ−φ | + dcotθ M = 2N−1 (3)
【００４７】この光の反射光路パターン２によれば、光
は、出射側の流路底面７６４で反射し、迷光になること
が無く、側面で反射した光は、出射側で入射側と対称の
方向π―φに向かう。なお、ＬＥＤなどの発散光の場合
には、入射角度に幅があるので、一部迷光となるが、光
軸方向の入射光７６５１と比べて、その割合が非常に小
さい。According to the light reflected light path pattern 2, the light is reflected at the flow path bottom surface 764 on the emission side, does not become stray light, and the light reflected on the side face is symmetrical on the emission side with the incident side. Head in the direction π-φ. In the case of divergent light from an LED or the like, since the incident angle has a width, the light is partially stray light, but the ratio is very small as compared with the incident light 7651 in the optical axis direction.
【００４８】また、光７６５１をすべて流路底面で反射
させセルから出射させる場合は、 Ｌ＝(Ｍ＋１)ｄcot｜２θ−φ｜ Ｍ＝２Ｎ−１ …(４) になるＬとする。When all the light 7651 is reflected at the bottom of the flow path and emitted from the cell, L = (M + 1) dcot | 2θ-φ | M = 2N−1 (4)
【００４９】この光の反射光路パターン２によれば、セ
ル内を伝播した光は、出射側流路の側面で反射し迷光と
なることが無く、流路底面７６４で反射した光は、出射
側ではπ―２θ＋φなる角度で出射する。このとき、最
初に流路底面７６４で反射しセル内を反射伝播した光の
出射角度π―φと入射側で最初に側面で反射した光の出
射角度π―２θ＋φとが異なるので、流路底面７６４で
反射した光が光センサに入らないように光センサを設置
し、迷光をカットできる。また、 Ｄ≦ｄsin(φ−θ)／(sinθsinφ) …(５) とすれば、流路底面７６４に入射する光を反射膜７６１
でカットできる。According to the reflected light path pattern 2 of the light, the light that has propagated in the cell is reflected on the side surface of the exit side flow path and does not become stray light. Then, light is emitted at an angle of π−2θ + φ. At this time, since the emission angle π-φ of the light first reflected on the flow channel bottom surface 764 and reflected and propagated in the cell is different from the emission angle π−2θ + φ of the light initially reflected on the side surface on the incident side, the flow channel bottom surface An optical sensor is installed so that light reflected at 764 does not enter the optical sensor, and stray light can be cut. Further, if D ≦ dsin (φ−θ) / (sinθsinφ) (5), light incident on the channel bottom surface 764 is reflected by the reflection film 761.
Can be cut with
【００５０】さらに、光路長の異なる両方の光を別々の
光センサで捉えると、より広い範囲の吸光度を検出でき
る。Further, if both lights having different optical path lengths are captured by different optical sensors, absorbance in a wider range can be detected.
【００５１】《光の反射光路パターン３ π／２＜φ≦
２θ》図６は、検出流路内の光の反射光路パターン３を
示す図である。π／２＜φ≦２θの場合、図６に示すよ
うに、側面に入射した光７６５は、セルに入り出射側に
至る。一方、流路底面７６４に入射した光は、入射側か
ら外部に戻るので、迷光が生じない。さらに、すべてが
側面で反射するように、 Ｌ＝Ｍｄcot｜２θ−φ｜＋ｄcotθ Ｍ＝２Ｎ−１ …(６) になるＬとする。<< Light reflected light path pattern 3 π / 2 <φ ≦
2θ >> FIG. 6 is a diagram showing a reflected light path pattern 3 of light in the detection channel. In the case of π / 2 <φ ≦ 2θ, as shown in FIG. 6, the light 765 incident on the side surface enters the cell and reaches the emission side. On the other hand, the light incident on the flow path bottom surface 764 returns to the outside from the incident side, so that no stray light is generated. Further, L is set such that L = Mdcot | 2θ−φ | + dcotθ M = 2N−1 (6) so that everything is reflected on the side surface.
【００５２】この光の反射光路パターン３によれば、側
面反射の光のみがセル内を伝播するので、迷光が無くな
り、側面で反射した光が、出射側で入射側と対称の方向
に向かう。また、 Ｄ≦ｄsin(φ−θ)／(sinθsinφ) …(７) とすれば、流路底面７６４に入射する光を反射膜７６１
でカットできる。According to the reflected light path pattern 3 of the light, only the light reflected on the side surface propagates in the cell, so that stray light is eliminated, and the light reflected on the side surface is directed in a direction symmetrical on the output side with respect to the incident side. If D ≦ dsin (φ−θ) / (sinθsinφ) (7), the light incident on the flow channel bottom surface 764 is reflected by the reflection film 761.
Can be cut with
【００５３】《光の反射光路パターン４ ２θ＜φ≦π
／２＋θ》図７は、検出流路内の光の反射光路パターン
４を示す図である。２θ＜φ≦π／２＋θの場合、図７
に示すように、側面に入射した光７６５１は、セルに入
り出射側に至るが、一部、側面の上部に入射した光７６
５２は、セル内に入射せず外部に戻る。一方、流路底面
７６４に入射した光は、入射側から外部に戻るため迷光
が生じない。さらに、出射側でセルを伝播した光がすべ
て側面で反射するように、 Ｌ＝Ｍｄcot｜２θ−φ｜＋ｄcotθ−ｄcotφ Ｍ＝２Ｎ−１ …(８) になるＬとする。<< Light reflected light path pattern 4 2θ <φ ≦ π
/ 2 + θ >> FIG. 7 is a diagram showing a reflected light path pattern 4 of light in the detection channel. FIG. 7 when 2θ <φ ≦ π / 2 + θ
As shown in the figure, the light 7651 incident on the side surface enters the cell and reaches the emission side, but partially the light 7651 incident on the upper part of the side surface.
52 returns to the outside without entering the cell. On the other hand, the light that has entered the channel bottom surface 764 returns to the outside from the incident side, so that no stray light is generated. L = Mdcot | 2θ−φ | + dcotθ−dcotφ M = 2N−1 (8) so that all the light that has propagated through the cell on the output side is reflected on the side surface.
【００５４】この光の反射光路パターン４によれば、側
面の上部に入射した光は、セル内を伝播しないので、側
面上部に滞留しやすい泡により散乱される光の影響を受
けにくくなる。また、 Ｄ≦ｄ(cotθ−cotφ) …(９) とすれば、流路底面７６４に入射する光を反射膜７６１
でカットできる。According to the reflected light path pattern 4, since the light incident on the upper part of the side does not propagate in the cell, it is less affected by the light scattered by the bubbles which easily stay on the upper part of the side. Further, if D ≦ d (cotθ−cotφ) (9), the light incident on the channel bottom surface 764 is reflected by the reflection film 761.
Can be cut with
【００５５】試薬パックの容積制限，コスト低減，環境
負荷低減のため、試薬の使用量は、少ないほどよい。試
薬使用量は、検出流路７０４の体積に比例して増加す
る。吸光度を測定する場合、一定以上の光路長が必要に
なるので、流路の深さはできるだけ浅くすることが望ま
しい。しかし、流路深さを浅くすると、光源７６２から
の光が発散し、流路底面７６４と反射面７６１との間を
反射する光が増加し、反射回数も増加する。セル内面で
は、光の吸収や散乱があるために、反射回数が増加する
に伴い、セル内を通過できる光量が減少する。反射回数
Ｍは、Ｌを一定とすると、前述の各角度範囲で、０≦φ
＜θの場合、数式１から、 Ｍ＝｛(Ｌtanφ)／ｄ｝−３ …(１０) θ＜φ≦２θの場合、数式３，数式６から、 Ｍ＝｛(Ｌ−ｄcotθ)／ｄ｝tan｜２θ−φ｜ …(１１) ２θ＜φ≦π／２＋θの場合、数式８から、 Ｍ＝｛(Ｌ−２ｄcotθ＋ｄcotφ)／ｄ｝ ×tan｜２θ−φ｜ …(１２) と表すことができる。In order to limit the volume of the reagent pack, reduce the cost, and reduce the environmental load, the smaller the amount of the reagent used, the better. The amount of reagent used increases in proportion to the volume of the detection channel 704. When measuring the absorbance, an optical path length of a certain length or more is required. Therefore, it is desirable to make the depth of the flow path as shallow as possible. However, when the depth of the flow path is reduced, light from the light source 762 diverges, light reflected between the flow path bottom surface 764 and the reflection surface 761 increases, and the number of reflections also increases. Since light is absorbed and scattered on the inner surface of the cell, the amount of light that can pass through the cell decreases as the number of reflections increases. Assuming that L is constant, the number of reflections M is 0 ≦ φ in each angle range described above.
<Θ, from equation 1, M = {(Ltanφ) / d｝ −3 (10) If θ <φ ≦ 2θ, from equation 3 and equation 6, M = {(L−dcotθ) / d} tan | 2θ−φ | (11) In the case of 2θ <φ ≦ π / 2 + θ, from Expression 8, it can be expressed as M = {(L−2dcotθ + dcotφ) / d} × tan | 2θ−φ | (12) it can.
【００５６】《光の反射光路パターン４の変形例 φ＝
２θ》θ＜φ≦π／２＋θの場合、φ＝２θとすると反
射回数Ｍ＝０となる。この光の反射光路パターン４の変
形例によれば、セルに入射した光は、側面で反射した
後、流路底面７６４および反射面７６１で反射すること
なく、出射側の側面で反射してセル外部に出るので、光
の利用効率が上がる。発散光源の場合も、光軸の角度を
φ＝２θとすると、セル内面で反射する光の量を少なく
できるので、光の利用効率が上がる。<< Modified Example of Light Reflecting Optical Path Pattern 4 φ =
2θ >> When θ <φ ≦ π / 2 + θ, if φ = 2θ, the number of reflections M = 0. According to the modified example of the reflected light path pattern 4 of the light, the light incident on the cell is reflected on the side surface, and then reflected on the side surface on the emission side without being reflected on the channel bottom surface 764 and the reflection surface 761. Since it goes outside, the light use efficiency increases. Also in the case of the divergent light source, if the angle of the optical axis is φ = 2θ, the amount of light reflected on the inner surface of the cell can be reduced, and the light use efficiency increases.
【００５７】[0057]
【実施形態２】図８は、水質モニタ１に設置されるセル
７の実施形態２の詳細構造を示す図である。上記実施形
態の反射膜７６１は、薄膜プロセスにより作成されるの
で、通常、厚さが数マイクロメートル以下となる。した
がって、腐食性の液体などが流れる場合は、反射膜７６
１が欠損するおそれがある。Second Embodiment FIG. 8 is a diagram showing a detailed structure of a second embodiment of the cell 7 installed in the water quality monitor 1. Since the reflection film 761 of the above embodiment is formed by a thin film process, the thickness is usually several micrometers or less. Therefore, when a corrosive liquid or the like flows, the reflective film 76
1 may be lost.
【００５８】そこで、図８に示すように、シリコン基板
７００と裏側のガラス板７０２との間に、検出流路用の
シリコン基板７１０を設ける。図８(ｄ)に示すように、
ガラス板７０２およびシリコン基板７１０には、洗浄液
孔７０６，基準液孔７０７，試料液孔７０８，ミキサ７
０９に対応する孔を設ける。Therefore, as shown in FIG. 8, a silicon substrate 710 for a detection channel is provided between the silicon substrate 700 and the glass plate 702 on the back side. As shown in FIG.
The glass plate 702 and the silicon substrate 710 have cleaning liquid holes 706, reference liquid holes 707, sample liquid holes 708,
09 is provided.
【００５９】ミキサ７０９から下流側に流れた試料液
は、シリコン基板７００から貫通孔７１１を介して、シ
リコン基板７１０側の検出流路７０４に入る。さらに、
試料液は、検出流路７０４の下流側の貫通孔７１２を介
して、シリコン基板７１０からシリコン基板７００側に
至り、排出孔７１４からセル７外部に排出される。排出
孔７１４は、他の孔と同様に、シリコン基板７００か
ら、シリコン基板７１０とガラス板７０２とを貫通し、
流路ブロック７４内の図示しない排出用流路に通じてい
る。検出流路７０４の上面は、シリコン基板７００によ
り覆われている。検出流路７０４の上流端および下流端
は、貫通孔７１１と貫通孔７１２があるので、それぞれ
の貫通孔に対向してＬＥＤなどの光源７６２と光センサ
７６３を設置する。光源７６２で発した光は、貫通孔か
ら検出流路７０４に入り、検出流路７０４の流路底面７
６４とシリコン基板の裏面７６７との間を直進しまたは
反射しながら通過し、反対側の貫通孔から出て、光セン
サ７６３に至り検出される。The sample liquid flowing downstream from the mixer 709 enters the detection channel 704 on the silicon substrate 710 side from the silicon substrate 700 via the through-hole 711. further,
The sample liquid reaches the silicon substrate 700 side from the silicon substrate 710 through the through-hole 712 on the downstream side of the detection channel 704, and is discharged to the outside of the cell 7 from the discharge hole 714. The discharge hole 714 penetrates the silicon substrate 710 and the glass plate 702 from the silicon substrate 700 like the other holes.
It communicates with a discharge passage (not shown) in the passage block 74. The upper surface of the detection channel 704 is covered with the silicon substrate 700. Since the upstream end and the downstream end of the detection flow path 704 have the through-holes 711 and 712, a light source 762 such as an LED and an optical sensor 763 are installed to face the respective through-holes. The light emitted from the light source 762 enters the detection channel 704 through the through-hole, and the channel bottom surface 7 of the detection channel 704
The light passes through the space 64 and the back surface 767 of the silicon substrate while traveling straight or reflected, exits from the through hole on the opposite side, reaches the optical sensor 763, and is detected.
【００６０】本実施形態２によれば、シリコン基板７０
０自体が反射面となるので、反射面の厚さを任意に厚く
でき、腐食やはがれがなく、長期間の使用が可能にな
る。According to the second embodiment, the silicon substrate 70
Since 0 itself is a reflection surface, the thickness of the reflection surface can be arbitrarily increased, and there is no corrosion or peeling, and long-term use is possible.
【００６１】[0061]
【発明の効果】本発明の反射光路パターンによれば、光
源から検出流路に入射した光の一部が、検出流路の流路
底面のみで反射しまたは流路底面と流路上面との間でよ
り少ない回数だけ反射し、検出流路から出射し、外部に
設けた光センサに確実に到達するので、光束が発散する
ＬＥＤやランプなどの安価で発光波長範囲が広い光源の
場合でも、光学的調整が容易で、迷光が少なく、光の利
用効率が高い化学分析装置が得られる。According to the reflected light path pattern of the present invention, a part of the light incident on the detection flow path from the light source is reflected only on the flow path bottom surface of the detection flow path or the light is reflected between the flow path bottom surface and the flow path upper surface. The light is reflected only a small number of times between the light sources, exits from the detection flow path, and reliably reaches an externally provided optical sensor. It is possible to obtain a chemical analyzer that is easily adjusted optically, has little stray light, and has high light use efficiency.
【図１】本発明による化学分析装置の水質モニタ１内の
系統構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration in a water quality monitor 1 of a chemical analyzer according to the present invention.
【図２】水質モニタ１に設置されるセル７の実施形態１
の詳細構造を示す図である。FIG. 2 is a first embodiment of a cell 7 installed in the water quality monitor 1;
FIG. 3 is a diagram showing a detailed structure of the first embodiment.
【図３】検出流路内の光の反射光路パターン１を示す図
である。FIG. 3 is a diagram showing a reflected light path pattern 1 of light in a detection channel.
【図４】検出流路内の光の反射光路パターン１の変形例
を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a modified example of a reflected light path pattern 1 of light in a detection channel.
【図５】検出流路内の光の反射光路パターン２を示す図
である。FIG. 5 is a diagram showing a reflected light path pattern 2 of light in a detection channel.
【図６】検出流路内の光の反射光路パターン３を示す図
である。FIG. 6 is a diagram showing a reflected light path pattern 3 of light in a detection channel.
【図７】検出流路内の光の反射光路パターン４を示す図
である。FIG. 7 is a diagram showing a reflected light path pattern 4 of light in a detection flow path.
【図８】水質モニタ１に設置されるセル７の実施形態２
の詳細構造を示す図である。FIG. 8 is a second embodiment of the cell 7 installed in the water quality monitor 1;
FIG. 3 is a diagram showing a detailed structure of the first embodiment.
【符号の説明】 １ 水質モニタ ７ セル ８ 制御部 ９ 外部回線 １１ 水道管 １２ 前処理部 ７４ 流路ブロック ７５ 流出流路 ９１ 試薬タンク ９２ 試薬 ９３ 水道水 ２１ ポンプ ２２ ポンプ ２１１ バルブ ２１２ バルブ ２２１ バルブ ２２２ バルブ ７００ シリコン基板 ７０１ ガラス基板 ７０２ ガラス基板 ７０３ 導入流路 ７０４ 検出流路 ７０５ 排出流路 ７０６ 洗浄液孔 ７０７ 基準液孔 ７０８ 試料液孔 ７０９ ミキサ ７１０ シリコン基板 ７１１ 貫通孔 ７１２ 貫通孔 ７１８ 導入流路 ７１９ 導入流路 ７６１ 反射膜 ７６２ 光源 ７６３ 光検出手段 ７６４ 流路底面 ７６５ 光 ７６６ 光遮断部 ７６７ シリコン基板裏面 ７６５１ 光 ７６５２ 光[Description of Signs] 1 Water quality monitor 7 Cell 8 Control section 9 External line 11 Water pipe 12 Pretreatment section 74 Flow path block 75 Outflow flow path 91 Reagent tank 92 Reagent 93 Tap water 21 Pump 22 Pump 211 Valve 212 Valve 221 Valve 222 Valve 700 Silicon substrate 701 Glass substrate 702 Glass substrate 703 Introductory flow path 704 Detection flow path 705 Drain flow path 706 Cleaning liquid hole 707 Reference liquid hole 708 Sample liquid hole 709 Mixer 710 Silicon substrate 711 Through-hole 712 Through-hole 718 Introducing channel 719 Introduction Flow path 761 Reflective film 762 Light source 763 Light detection means 764 Flow path bottom surface 765 Light 766 Light blocking section 767 Silicon substrate back surface 7651 light 7652 Light
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 勝利 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 庄司 康則 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 Ｆターム(参考） 2G054 AA02 AB10 CE01 EA04 FA08 FB04 GB01 2G057 AA01 AB06 AC01 BA05 BB01 BB08 DA03 DA06 DA15 DC01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Katsutoshi Yamada 882-mo, Oita-shi, Hitachinaka-shi, Ibaraki Prefecture Within the measuring instruments group of Hitachi, Ltd. 2G054 AA02 AB10 CE01 EA04 FA08 FB04 GB01 2G057 AA01 AB06 AC01 BA05 BB01 BB08 DA03 DA06 DA15 DC01
Claims (11)
流体を通過する光束を発生する光源と、流体を通過した
光束の光量を検知する光検出手段とを備え、前記流体内
の化学物質による着色または前記化学物質と試薬との反
応による着色の結果生じた前記流体の吸光度を前記光検
出手段の信号から求め、求めた吸光度に基づき前記化学
物質を定量する化学分析装置において、 前記検出流路が、長手方向の両端面および流路底面とそ
の対向面とを有し、 前記両端面の前記流路底面に対する角度をθ，光の入射
角度をφ，前記検出流路の上端の長さをＬ，前記検出流
路の深さをｄ，前記対向面の窓部の長さをＤ，前記セル
内での光の反射回数をＭ，自然数をＮとすると、０≦φ
＜θの場合に、 Ｌ＝(Ｍ＋３)ｄcotφ Ｍ＝２Ｎ−１ になるＬとしたことを特徴とする化学分析装置。A cell including a detection flow path, a light source that generates a light flux passing through the fluid in the detection flow path, and a light detection unit that detects a light amount of the light flux passing through the fluid; In a chemical analyzer for determining the absorbance of the fluid obtained as a result of coloring by a chemical substance or coloring by a reaction between the chemical substance and a reagent from the signal of the light detection means, and quantifying the chemical substance based on the determined absorbance, The detection flow path has both end faces in the longitudinal direction, a bottom face of the flow path, and an opposing face thereof. The angle of the both end faces with respect to the bottom face of the flow path is θ, the incident angle of light is φ, and the upper end of the detection flow path is Assuming that the length is L, the depth of the detection channel is d, the length of the window on the facing surface is D, the number of light reflections in the cell is M, and a natural number is N, 0 ≦ φ
In the case of <θ, the chemical analysis apparatus is set to L such that L = (M + 3) dcotφM = 2N−1.
て、 Ｄ≦２ｄcotφ としたことを特徴とする化学分析装置。2. The chemical analyzer according to claim 1, wherein D ≦ 2 dcotφ.
において、 Ｍ＝１とし、 前記対向面側の長手方向ほぼ中央に光遮断部を形成した
ことを特徴とする化学分析装置。3. The chemical analyzer according to claim 1, wherein M = 1, and a light blocking portion is formed substantially at a center in a longitudinal direction of the opposed surface.
流体を通過する光束を発生する光源と、流体を通過した
光束の光量を検知する光検出手段とを備え、前記流体内
の化学物質による着色または前記化学物質と試薬との反
応による着色の結果生じた前記流体の吸光度を前記光検
出手段の信号から求め、求めた吸光度に基づき前記化学
物質を定量する化学分析装置において、 前記検出流路が、長手方向の両端面および流路底面とそ
の対向面とを有し、 前記両端面の前記流路底面に対する角度をθ，光の入射
角度をφ，前記検出流路の上端の長さをＬ，前記検出流
路の深さをｄ，前記対向面の窓部の長さをＤ，前記セル
内での光の反射回数をＭ，自然数をＮとすると、θ＜φ
≦π／２の場合に、 Ｌ＝Ｍｄcot｜２θ−φ｜＋ｄcotθ Ｍ＝２Ｎ−１ になるＬとしたことを特徴とする化学分析装置。4. A cell including a detection flow path, a light source for generating a light flux passing through the fluid in the detection flow path, and light detecting means for detecting a light amount of the light flux passing through the fluid, wherein In a chemical analyzer for determining the absorbance of the fluid obtained as a result of coloring by a chemical substance or coloring by a reaction between the chemical substance and a reagent from the signal of the light detection means, and quantifying the chemical substance based on the determined absorbance, The detection flow path has both end faces in the longitudinal direction, a bottom face of the flow path, and an opposing face thereof. The angle of the both end faces with respect to the bottom face of the flow path is θ, the incident angle of light is φ, and the upper end of the detection flow path is Assuming that L is the length, d is the depth of the detection channel, D is the length of the window on the facing surface, M is the number of light reflections in the cell, and N is a natural number, θ <φ
In the case of ≦ π / 2, L = Mdcot | 2θ−φ | + dcotθ M = 2N−1.
流体を通過する光束を発生する光源と、流体を通過した
光束の光量を検知する光検出手段とを備え、前記流体内
の化学物質による着色または前記化学物質と試薬との反
応による着色の結果生じた前記流体の吸光度を前記光検
出手段の信号から求め、求めた吸光度に基づき前記化学
物質を定量する化学分析装置において、 前記検出流路が、長手方向の両端面および流路底面とそ
の対向面とを有し、 前記両端面の前記流路底面に対する角度をθ，光の入射
角度をφ，前記検出流路の上端の長さをＬ，前記検出流
路の深さをｄ，前記対向面の窓部の長さをＤ，前記セル
内での光の反射回数をＭ，自然数をＮとすると、π／２
＜φ≦２θの場合に、 Ｌ＝Ｍｄcot｜２θ−φ｜＋ｄcotθ Ｍ＝２Ｎ−１ になるＬとしたことを特徴とする化学分析装置。5. A cell including a detection flow path, a light source for generating a light flux passing through the fluid in the detection flow path, and light detecting means for detecting a light amount of the light flux passing through the fluid. In a chemical analyzer for determining the absorbance of the fluid obtained as a result of coloring by a chemical substance or coloring by a reaction between the chemical substance and a reagent from the signal of the light detection means, and quantifying the chemical substance based on the determined absorbance, The detection flow path has both end faces in the longitudinal direction, a bottom face of the flow path, and an opposing face thereof. The angle of the both end faces with respect to the bottom face of the flow path is θ, the incident angle of light is φ, and the upper end of the detection flow path is Assuming that the length is L, the depth of the detection channel is d, the length of the window on the facing surface is D, the number of times of light reflection in the cell is M, and a natural number is N, π / 2
L = Mdcot | 2θ−φ | + dcotθ M = 2N−1 in the case of <φ ≦ 2θ.
において、 Ｄ≦ｄsin(φ−θ)／(sinθsinφ) としたことを特徴とする化学分析装置。6. The chemical analyzer according to claim 4, wherein D ≦ dsin (φ−θ) / (sinθsinφ).
流体を通過する光束を発生する光源と、流体を通過した
光束の光量を検知する光検出手段とを備え、前記流体内
の化学物質による着色または前記化学物質と試薬との反
応による着色の結果生じた前記流体の吸光度を前記光検
出手段の信号から求め、求めた吸光度に基づき前記化学
物質を定量する化学分析装置において、 前記検出流路が、長手方向の両端面および流路底面とそ
の対向面とを有し、 前記両端面の前記流路底面に対する角度をθ，光の入射
角度をφ，前記検出流路の上端の長さをＬ，前記検出流
路の深さをｄ，前記対向面の窓部の長さをＤ，前記セル
内での光の反射回数をＭ，自然数をＮとすると、２θ＜
φ≦π／２＋θの場合に、 Ｌ＝Ｍｄcot｜２θ−φ｜＋ｄcotθ−ｄcotφ Ｍ＝２Ｎ−１ になるＬとしたことを特徴とする化学分析装置。7. A cell including a detection flow path, a light source for generating a light flux passing through the fluid in the detection flow path, and light detecting means for detecting the amount of light flux passing through the fluid, wherein In a chemical analyzer for determining the absorbance of the fluid obtained as a result of coloring by a chemical substance or coloring by a reaction between the chemical substance and a reagent from the signal of the light detection means, and quantifying the chemical substance based on the determined absorbance, The detection flow path has both end faces in the longitudinal direction, a bottom face of the flow path, and an opposing face thereof. The angle of the both end faces with respect to the bottom face of the flow path is θ, the incident angle of light is φ, and the upper end of the detection flow path is Assuming that L is the length, d is the depth of the detection channel, D is the length of the window on the facing surface, M is the number of light reflections in the cell, and N is a natural number, 2θ <
L = Mdcot | 2θ−φ | + dcotθ−dcotφ where φ ≦ π / 2 + θ.
て、 Ｄ≦ｄ(cotθ−cotφ) としたことを特徴とする化学分析装置。8. The chemical analyzer according to claim 7, wherein D ≦ d (cotθ−cotφ).
において、 φ＝２θ としたことを特徴とする化学分析装置。9. The chemical analyzer according to claim 7, wherein φ = 2θ.
載の化学分析装置において、 エッチングした溝を有するシリコン基板と透明基板とを
密着させて前記検出流路を形成し、 前記溝底面を前記流路底面とし、前記透明基板の内面を
前記対向面としたことを特徴とする化学分析装置。10. The chemical analyzer according to claim 1, wherein the silicon substrate having the etched groove and the transparent substrate are brought into close contact with each other to form the detection channel, and the bottom surface of the groove is formed. The chemical analyzer according to claim 1, wherein the bottom surface of the flow passage is used, and the inner surface of the transparent substrate is used as the facing surface.
載の化学分析装置において、 エッチングした溝を有するシリコン基板と他のシリコン
基板とを密着させて前記検出流路を形成し、 前記溝底面を前記流路底面とし、前記他のシリコン基板
の内面を前記対向面としたことを特徴とする化学分析装
置。11. The chemical analyzer according to claim 1, wherein the silicon substrate having the etched groove and another silicon substrate are brought into close contact with each other to form the detection channel, and the groove is formed. A chemical analyzer, wherein a bottom surface is defined as the flow channel bottom surface, and an inner surface of the another silicon substrate is defined as the opposed surface.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP7414665B2 (en) | 2020-08-19 | 2024-01-16 | 株式会社東芝 | gas analyzer |
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2000
- 2000-06-02 JP JP2000165258A patent/JP2001343327A/en active Pending
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