JP6629579B2 - 濁度計バイアル及びその濁度計バイアルを備える比濁分析濁度計 - Google Patents

Description

本発明は、透明な試料バイアル内の、例えば飲料水といった流体試料の濁度を測定するための、実験用またはプロセス用の比濁分析濁度計に関する。

比濁分析濁度計は、通常は液体、気体、または、液体と気体の混合物であり得る流体中に浮遊する固体粒子または他の粒子の濃度を決定する。特許文献１は、測定光線が軸方向でバイアル内部に入る際に通過する、透明で平坦な底部入口窓を備えた円筒形の濁度計バイアルを有する比濁分析濁度計を開示している。バイアルの円筒本体の軸方向中間部分は、浮遊する固体粒子によって散乱された光が径方向でバイアル内部から出る際に通過する、透明な出口窓を画定する。円筒形の出口窓は、散乱および収集された光を検出する光センサと光学的に協働する環状の集光手段によって径方向で包囲されている。関連する流体容積内で散乱された光のみによって引き起こされる一次光信号は比較的小さく、そのため、二次信号を引き起こすあらゆる妨害光を、可能であれば回避するべきである。

バイアル本体は、円筒本体に円筒形の光学遮蔽体を備え、その遮蔽体は、底部入口窓と円形出口窓との間で軸方向に配置されている。この遮蔽体は、バイアルの底部入口窓にある粒子層によって拡散された拡散光が集光手段を直接的に照射できないようにする。軸方向において円形出口窓を超えたバイアルの上部には、底部入口窓から来る散乱光が、バイアル本体と周囲雰囲気との間の境界によって、またその境界において全反射されるため、遮蔽体が設けられていない。

バイアル本体は、流体漏れのないバイアル内部を提供するために、濁度計の一部とすることができるバイアルキャップによって閉じられる上部開口を有している。測定光線はバイアルキャップの内壁において下向きに反射され、それによって集光手段および／または光学的濁度センサへと直接的または間接的に方向付けでき、それによって二次信号を生成できる。実験用の濁度計では、バイアルは、通常、液体試料で完全には満たされておらず、そのため、測定光線が液体と空気との境界層において下向きにも反射され得る。

飲料水への適用においては、測定光線の強度は、流体試料中の散乱によって最小限にしか低減されず、そのため、反射された測定光線が一次信号の何十倍も強い二次信号を引き起こす。

実験用の濁度計では、バイアルは測定ごとに交換され、そのため、濁度計のバイアル室から手作業で取り出される。バイアルが硬い面の上に置かれる場合、底部入口窓の外側に硬い面によってかき傷が付く可能性がある。かき傷は、底部入口窓のかき傷を通過する測定光線のうちの強い光学的な断片（fractions）を引き起こし、それによって強い二次信号を引き起こし得る。

実験用の濁度計においては、バイアルが手作業で交換されるため、光学的な断片（fraction）および散乱を引き起こす指紋の付着は回避できない。それによって、指紋は二次信号を引き起こし、濁度測定の結果を歪めてしまう可能性がある。

米国特許第８７２４１０７号明細書

比濁分析濁度計を提供すること、詳細には、二次信号を回避する濁度計バイアルを提供することが、本発明の目的である。

本目的は、請求項１の特徴を備えた比濁分析濁度計と、請求項１１による特徴を備えた円筒形の濁度計バイアルとによって解決される。

請求項１によれば、比濁分析濁度計には、円筒形の濁度計バイアルと、測定光線を発生する測定光源とが設けられる。測定光線は、バイアル本体の平坦な平面の底部入口窓を通じてバイアル内部へと軸方向に方向付けられる。光源は、任意の適切な波長のものとすることができる適切な電磁放射を発生する。濁度計には、流体試料中に浮遊する粒子によって散乱され、測定光線の長手方向の配向に対して概ね直角に散乱される光を、受光および検出するための散乱光検出装置も設けられる。

バイアルは、光検出装置と軸方向に整列される円形の出口窓を備えた透明な円筒本体を備える。バイアルには、円筒本体のうち出口窓の軸方向上方の部分に、円筒形の光学遮蔽体が設けられる。遮蔽体は、出口窓として機能するバイアル本体の非遮蔽部に軸方向で隣接して設けられ得る。遮蔽体は、円形の出口窓の上縁からバイアル本体の上端まで軸方向に延在することができ、それにより、円形の出口窓の上方の上部全体が遮蔽される。

測定光線が、液体表面によって、または、バイアルキャップの表面によって、バイアル内部へと下向きに反射される場合、反射された光線は、バイアルの遮蔽された上部においてバイアルを出ることができず、その結果、反射された光線が光検出装置の何れかの部分を直接的に照射する可能性を排除することができる。バイアル本体の下部では、反射された光線が、鋭角の反射角のため全反射され、それによって、反射された光線が入口窓へと下向きに方向付けられ、そこを通ってバイアルを出る。円形出口窓の上方におけるバイアル本体の上部に光学遮蔽体を設けることは、特に飲料水への適用において有用である。なぜなら、測定光線が濁度に起因して弱まることが非常に僅かとなり、反射された測定光線がなおも高い強度を有することができるからである。

好ましくは、遮蔽体の近位（proximal）遮蔽側に、光吸収構造が設けられる。光吸収構造は、衝突する測定光線のエネルギーの大部分を吸収し、その結果、それによって弱められた反射された測定光線は、バイアルを通ってさらに下向きに伝播するとき、著しく低下した強度を有することになる。

本発明の好ましい実施形態によれば、遮蔽体は、透明なバイアル本体の外側に取り付けられる遮蔽体シートによって設けられる。遮蔽体シートは、透明なバイアル本体の外面に接着され得る。遮蔽体シートによって、使用者は、円形の出口窓および底部入口窓における指紋の付着が回避されるように、遮蔽領域においてバイアル本体に触れるよう動機付けられる。遮蔽体シートには、バイアルには遮蔽部においてのみ触れるべきであることを使用者に明示するために、筆記情報または絵文字を印刷することができる。

本発明の好ましい実施形態によれば、遮蔽体は、バイアル本体の周囲の少なくとも２７０°にわたって設けられるが、制御窓が非遮蔽領域によって画定されるように、バイアル本体の周囲の全体にわたっては設けられない。透明なバイアル本体の外側における遮蔽体シートの場合、遮蔽体シートの周方向の縁部同士が重なり合うことができず、それによって、バイアルの測定光線との非平行な位置合わせを引き起こし得る局所的な径方向の隆起を作り出し得ないことが保証されるように、遮蔽体シートの周囲はバイアルの円筒本体の外側周囲より数ミリメートル小さい。

制御窓は、特に実験用途において、バイアル内の試料液の液位を視覚的に制御することを可能にする。バイアル内の試料液の正しい液位は、測定光検出デバイスを直接的に照射し得る境界層における測定光線の反射を防止するために、試料液の液位が鉛直方向で低すぎないこと、および、円形出口窓に近すぎないことを確実にするために重要である。

好ましくは、遮蔽体は、バイアル本体の鉛直方向の長さの少なくとも上方３分の１に設けられる。

本発明の別の態様によれば、光入口窓は、１つまたは複数の軸方向離間手段によって取り囲まれる。軸方向離間手段は、例えば、入口窓をバイアルが置かれている面から鉛直方向に離間した状態に維持する３つ以上の小さな鉛直方向の足ノブによって画定され得る。軸方向離間手段は、硬い、または、硬い粒子で覆われている可能性のある地面に、バイアル本体が鉛直方向に置かれるとき、入口窓にかき傷が付くことを防止する。概して、本発明のこの態様は、光学遮蔽体を備えるバイアル本体に限定されず、光学遮蔽体のないバイアル本体に提供されてもよい。

好ましくは、軸方向離間手段は、入口窓、円形膨出部、および地面によって包囲される空間が実質的に閉じられるように、入口窓を取り囲む円形膨出部によって設けられる。鉛直方向に配向されたバイアルが水平面に置かれるとき、それによって入口窓は周囲の埃や粉末などから保護される。

バイアルには、バイアル本体の上部に開口が設けられている。本発明の別の態様によれば、バイアル開口は、バイアルの円筒本体から径方向外向きに突出するフランジリングを画定する円形フランジによって、取り囲まれる。円形フランジは、バイアルキャップを固定するための、または、濁度計のバイアル室内のバイアルを閉じ、固定するための、固定構造として機能する。

好ましくは、バイアルフランジの軸方向の厚さは、バイアルの円筒本体の径方向の厚さより大きい。通常、バイアル本体はガラスから作られ、管材料から形成される。そのため、技術水準のバイアルのフランジは、通常、軸方向において、バイアルの円筒本体の径方向の厚さより厚くない。実験用の濁度計では、バイアル本体は、円形固定フランジを濁度計の対応する部分に対して軸方向で締め付ける締付リングによって、濁度計側のバイアル保持体に固定される。

円形締付フランジの厚さは、フランジの軸方向厚さを大幅に増大でき、ほぼ２倍にできるように、フランジエリアでバイアル本体の材料を二重に折り畳むことによって増大されてもよい。それに応じて、締め付け力は、濁度計へのバイアル本体の液密な固定が、円形固定フランジの破損の危険性なく実現され得るように、増加され得る。

本発明の好ましい実施形態によれば、入口窓の材料は、バイアルの円筒本体の材料と異なる。いずれの材料も、それぞれのバイアルの部分の機械的要件および物理的要件と完全に合致するように選択され得る。入口窓の窓本体と透明な円筒本体とは、それぞれの縁部において一体的に溶着され得る。

本発明の一実施形態が、添付の図面を参照して説明される。

バイアルが濁度計のバイアル室に固定された状態での比濁分析濁度計の概略図である。 図１の濁度計のバイアルの側面図である。 図２のバイアルの長手方向断面を示す図である。 図３のバイアルの入口窓の拡大図である。 図３のバイアルの円形フランジの拡大図である。 図２のバイアルの斜視図である。

図１は、好ましくは液体試料２７である流体試料２７における濁度を決定するための比濁分析濁度計１００を概略的に示している。この濁度計１００は実験用の濁度計であり、そのため、バイアル１０が濁度測定ごとに変更される。濁度計１００には、円筒形の濁度計バイアル１０と、測定光源４０と、散乱光検出装置４２とが設けられている。濁度計バイアル１０は、鉛直方向に配向されているが、一般に、他の方向付けで配向されてもよい。すべての空間的な用語は、図１に示されているような鉛直方向の配向を参照している。

測定光源４０は、任意の適切な種類の電磁放射の光線とすることができる測定光線４１を発生する。測定光線４１は、バイアル１０の入口窓１６を通ってバイアル内部へと軸方向に入る。測定光線４１は、試料２７中に分散されている固体粒子によって散乱され、散乱された光は、環状の散乱光検出装置４２によって検出される。散乱光検出装置４２は、環状の光学的反射デバイスと、測定光源４０によって生成される電磁放射を感知可能な光センサとから成ることができる。

バイアル１０は、ガラスから作られた透明の円筒本体１４と、バイアル１０の底壁を画定する入口窓本体１５と、上部バイアル開口１３の周りの円形フランジ１８とを備えるバイアル本体１２によって、画定される。入口窓本体１５は入口窓１６を画定し、バイアルの円筒本体１４のガラスと異なるガラスから作られている。円筒形バイアル１０は、測定光線４１と同軸で一直線になっている長手方向のバイアル軸線１１を有する。

バイアル１０は、鉛直方向で見たとき、図２に示されるように、３つの鉛直部分２３、２０、２１、すなわち、底部分２３と、出口窓２０と、上部分２１とに分割されている。バイアルの上部分２１には、円筒形の光学遮蔽体３０が設けられている。円形出口窓２０は、散乱光に対して透明であり、散乱光検出装置４２と軸方向で位置合わせされている。底部分２３は遮蔽されていないが、概して同様に遮蔽され得る。

バイアルの上部分２１にある遮蔽体３０は、透明なバイアル本体１２の外側面に接着によって取り付けられる遮蔽体シート３２によって設けられている。遮蔽体シート３２の内面には、測定光線４１の反射から生じる衝突光の大部分を吸収する黒色の光吸収構造３４が設けられている。図２で最もよく見ることができるように、遮蔽体シート３２は、バイアル本体１２の全周にわたっては設けられていないが、約３５０°にわたって設けられており、そのため、遮蔽体シート３２の周方向の縁部の間には、制御窓３８が開いたままになっている。制御窓３８によって、バイアル１０内の液体試料２７の充填高さを、バイアル外側から横方向に視覚的に監視することができる。遮蔽体シート３２には、印刷された情報３６が設けられていてもよい。

図４で最もよく見ることができるように、入口窓本体１５は、入口窓１６を取り囲む円形膨出部１７によって画定される軸方向離間手段１９によって、かき傷から保護されている。入口窓本体１５の外面５５は、０．４ｍｍから１．５ｍｍの鉛直方向の離間手段の延在長さＸ１６と同一の軸方向距離だけ、水平な地面５６から鉛直方向にずらされている。

図５で最もよく見ることができるように、円形フランジ１８は、バイアルの円筒本体１４の径方向の厚さＸ１４の約１７０％である軸方向の厚さＸ１８を有している。

図１で見ることができるように、バイアル１０は、ネジ付き固定部５２に固定され、それによってバイアルキャップまたはバイアルカバーを画定するネジ付き締付リング５０によって、濁度計１００のバイアル室内に固定されている。固定部５２は、バイアル内部の水平な上部壁２６を画定する。

測定光源４０によって生成される光線４１は、入口窓１６を通ってバイアル内部へと軸方向に入る。光線４１は、液体試料２７中に分散されている粒子によって散乱される。液体試料２７が飲料水である場合、光線の強度の非常に小さな部分だけが散乱される。出口窓２０を通って水平にバイアル１０を出る散乱された光は、散乱光検出装置４２によって受光される。残りの測定光線４１は、液体表面２４および上部壁２６において反射され、そのため、光線の強度の比較的大きな部分が下向きに反射される。バイアル１０の上部分２１にある遮蔽体３０は、反射された測定光線が散乱光検出装置４２を直接的に照射することを防止する。

１０ バイアル
１２ バイアル本体
１３ バイアル開口
１４ 円筒本体
１５ 入口窓本体
１６ 入口窓
１７ 円形膨出部
１９ 軸方向離間手段
２０ 出口窓
３０ 光学遮蔽体
３２ 遮蔽体シート
３４ 光吸収構造
３８ 制御窓
１００ 比濁分析濁度計

Claims (11)

1. 円筒形の濁度計バイアル（１０）であって、前記バイアル（１０）が、
   透明で平坦な底部入口窓（１６）、および、円形出口窓（２０）を備えた透明な円筒本体（１４）を備える透明なバイアル本体（１２）と、
   前記円筒本体（１４）の軸方向長さの一部にわたり、前記出口窓（２０）として機能する非遮蔽円筒部分に軸方向で隣接して、前記円筒本体（１４）に設けられ、前記バイアル（１０）の外側から内側を光学的に遮断する円筒形の光学遮蔽体（３０）と
   を備え、
   前記光学遮蔽体（３０）が、前記円筒本体（１４）のうち前記出口窓（２０）の軸方向上方の部分に設けられる、濁度計バイアル（１０）。
2. 前記光学遮蔽体（３０）の近位遮蔽側に、光吸収構造（３４）が設けられる、請求項１に記載の濁度計バイアル（１０）。
3. 前記光学遮蔽体（３０）が、前記透明なバイアル本体（１２）の外側に取り付けられる遮蔽体シート（３２）によって設けられる、請求項１または２に記載の濁度計バイアル（１０）。
4. 前記光学遮蔽体（３０）が、前記バイアル本体（１２）の周囲の少なくとも２７０°にわたって設けられ、制御窓（３８）が非遮蔽領域によって画定されるように、前記バイアル本体（１２）の全周にわたっては設けられない、請求項１から３のいずれか１項に記載の濁度計バイアル（１０）。
5. 前記光学遮蔽体（３０）が、前記バイアル本体（１２）の少なくとも上方の３分の１に設けられる、請求項１から４のいずれか１項に記載の濁度計バイアル（１０）。
6. 前記入口窓（１６）が、１つまたは複数の軸方向離間手段（１９）によって取り囲まれる、請求項１から５のいずれか１項に記載の濁度計バイアル（１０）。
7. 前記離間手段（１９）が、前記入口窓（１６）を取り囲む円形膨出部（１７）によって設けられる、請求項１から６のいずれか１項に記載の濁度計バイアル（１０）。
8. 前記バイアル（１０）に、前記バイアル本体（１２）の上部において開口（１３）が設けられ、前記開口（１３）が円形フランジ（１８）によって取り囲まれる、請求項１から７のいずれか１項に記載の濁度計バイアル（１０）。
9. 前記フランジ（１８）の軸方向の厚さ（Ｘ１８）が、前記バイアルの円筒本体（１４）の径方向の厚さ（Ｘ１４）より大きい、請求項８に記載の濁度計バイアル（１０）。
10. 前記入口窓（１６）の窓本体（１５）の材料が前記バイアルの円筒本体（１４）の材料と異なる、請求項１から９のいずれか１項に記載の濁度計バイアル（１０）。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の前記濁度計バイアル（１０）と、
    前記平坦な底部入口窓（１６）を通って前記濁度計バイアル（１０）内部へと軸方向に入る光線（４１）を生成する測定光源（４０）と、
    試料（２７）中に分散されている粒子によって前記光線（４１）が散乱された散乱光を検出する散乱光検出装置（４２）と、を備える、
    比濁分析濁度計（１００）。
    
    

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