JPH06500627A - オプションとして取外し可能な貯留セルを備えた貯留化学センサ - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 オプションとして取外し可能な貯留セルを備えた貯留化学センサ 発明の背景 本発明は一般的には化学センサ、さらに詳しくは貯留センサに関する。本発明は 、測定技術、セルの設計、構造材料、隔膜の選択および応用を実現するものであ る。

さまざまな光の相互作用技術（照明、吸収、反射、屈折、ラマン散乱）によって 作動し、また無限の数の検出化学作用（有機的、無機的、生物有機的、生物無機 的および遺伝的作用）を用いることができる汎用的な現場用センサに対する需要 が存在するが、これは改良された貯留センサの望まれていることを示している。

この要望は、定性分析および定量分析、高分解能、（可逆的および不可逆的の化 学相互作用を伴った）長い活性寿命、およびある特定の種に対するセンサ間の良 好な再現性を実現する機能と対になっているはずである。検出試薬は、液状（液 体もしくは溶媒に溶解した固体もしくは気体）であって、種の透過性隔膜、ウィ ンドウまたはその他の耐漏洩性密封材の内部に保持されている。センサにとって 鍵となるすべての素子は、非常に正確に制御することが望ましい。理想的なこと は、試薬溶液は非常に高い反復性を持つものが作製可能であり、活性容量が正確 に制御可能であり、照明源の強度および検出器の感度が正確に知られており、隔 膜（使用されていれば）の寸法および透過性の許容誤差が良好であることである 。従って、これらすべての特徴および利点を持つことができる設計が必要とされ ている。貯留センナはその用途に応じて、いかなる寸法や形状にもなり得る。１ つの実用的なセンサ設計では、外径が３１で外部長が１０■■の円筒状である。

検出容量は約０．０３ｍ１である。

以前は光ファイバを用いた貯留センナに重点が置かれてきた。これらのセンサは 、水環境のサンプリングに焦点を合わせたものである。初期の光フアイバ水槽セ ンサは、不適切なものであることが証明されている。これら初期のセンサは、Ｈ ｌｒｓｃｈｆｅｌｄの米国特許第４，７５７゜３４３号およびＭｌｌｌｅｒらの 米国特許第４，６６６．６７４号を含むものであり、これらは、毛細管を光ファ イバの端部に同軸的に取り付け、管を閉じるのに気体の泡または隔膜を用いるこ とによって形成された典型的な貯留ＦＯＣ５を示している。この構造体は正確に 組み立てるのが面倒で、制御および使用するのが困難で、均一に再現することが 不可能である。貯留タイプではないが、別のタイプのＦＯＣ８が、Ｐｅｔｅｒｓ ｏｏらの米国特許第４，４７８．８７２号に示されているが、これによると、多 孔性のポリマーのジャケットまたは外筒が、一対のファイバの端部に位置してお り、固体状（微粒子）の支持体上、に蛍光性染料を封入している。ＫＩａｉｎｅ ｒらの米国特許第４．８９２，３８３号では、モジュール設計の改良型水槽ＦＯ ＣＳが提出されている。これは、組み立てが実用的で使用法も複雑ではないが、 光ファイバを使用しているので、応用範囲が限られてしまう。しかし、これらの セル設計は、本発明の背景を成すものである。光ファイバを必要としない、より 汎用的なセンサ設計があれば有利である。さらに、さまざまな化学作用が容易に 交換可能であれば望ましい。

ごく微量な化学的な種を現場で検出して監視する（同定して定量化する）機能は きわめて重要であり、一般的には実行するのが困難である。特殊な応用分野とし ては、環境監視、公害制御、公害改善、探鉱調査および採鉱、プロセス制御、公 衆の保健および安全、臨床医学ならびに産業用の監視がある。改良型の貯留セン サは多様な機能を持ち、これらの応用分野のほとんどにとっては特に望ましい。

地下水、飲料水、海水および大気（空気）の監視は非常に重要である。飲料水の 安全ならびに淡水および海水双方の動植物の生命を支える機能とは、世界の重要 関心事の１つとなっている。これは、すでに認識されている大気汚染問題に加え て、監視および矯正行動の必要性をさらに複雑にしている。監視すべき物質のリ ストが絶えず増大する一方では、臨床評価が続けられるにつれて、ＭＡ　Ｃ（ｍ ａｘｉｍｕｍ　ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ：最大許容 濃度）は絶えず低くなりつつある。これは、分析方法に対する負担が、現在可能 な特定性および感度を急速に上回っていることを意味する。さらに、分析データ に対する責任がより多く要求されるようになるにつれて、計装の複雑さおよび分 析時間がニスカレートしている。これらの要件を、潜在的に危険であるか、毒性 をもっているかまたは発ガン性である無機化合物、有機化合物および生体化合物 が多数にあるという事実、さらにｐＨ，混濁度および腸内バクテリア量のような 補足的要求事項もあるという事実に照らして考えると、関心を持たれている目的 の多くに適用可能な単純なｌ１分析方法の必要性であることが明らかになる。

安全で豊富な地下水を供給することの重要性は、いくら強調してもし過ぎること はない。家庭用水の水質は、農業用の殺虫剤および除草剤の流出による土壌およ び地下水への毒性汚染物の混入、湖および河川への工業排出ならびに固形廃棄物 置き場（埋立地、貯蔵プローブおよび廃棄原子炉）からの浸出によって、多くの 地域で危険にさらされている。急速に薄められる地表の汚染物質と異なって、土 壌および地下水中の化学物質は、地下水および水道水の双方の中で高い濃度のま ま留まることが実際的な監視システムを、できる限り早急に適所に配置すること が極めて重要である。

水源に適切な保護を行なうために、低濃度の汚染物質を現場で検出し定量化する 方法の開発が緊急に必要とされている。これには、無機、有機および生物学的な 種の測定に加え粒子の総数と粒径が含まれる。大衆の健康に加え、家庭給水に対 する大衆の信頼が汚染源を追跡し、大衆を保護する適切な処置を取るために、迅 速な方策が取られるように、反論の予知のない早期警戒システムが必要である。

土質および水質を保証するために、まず汚染物質を同定し、次いで定量化し、そ して必要とあれば改善しなければならない。現在のところ、精巧な最新式の装置 と方法が、診断的な調査および監視の双方の目的で使用されている。循環地域お よび地下水に対して適切に到達するため、井戸を掘ることがときどき必要となる 。

典型的には、ガスクロマトグラフ法ならびに質量分光分析および原子分光分析が 、分析すべき土壌および水を収集するための特殊なポンプおよびサンプラと共に 使用されてきた。残念なことに、現在の技術は、地下水汚染の継続的で広範囲に わたる関しには適していない。井戸の構造材料によるサンプルの汚染サンプルの 完全性の低下（たいていのサンプリング技法によるものであって、その結果デー タは信頼性がなく対処が困難なものとなる）、複雑な装置に対する高い資本投下 、高度に熟練した技師を必要とすることも問題である。正確で多くの数にわたっ て均一な改良型の貯留センナが、満足すべき実用的診断監視システムのための基 礎となるべきである。

海水中の主要な化学成分の現場監視の必要性はますます明確になってきている。

海洋の潮流速に影響を与えるパラメータをよりよく理解するためには、重要な化 学種を、それらが同時に存在している状態で測定し、時系列データを得ることが 必要である。これらの成分は現在のところ、有人潜水艦または遠隔操作艇から操 作される特殊設計の採水器を用いて、現場で水を採取して測定されている。これ らの採水器はチタン製であり、したがって高価で、洗浄や維持に時間がかかる。

採水器は次に水面上に運ばれ、結果を判断するために従来の研究室技法によって 分析される。貯留センサは、既存の計装では達成不可能なこの監視上の要求を満 足させる潜在的な能力を持っている。

現在のところ、水システムに使用される市販のセンサ・システムの数はきわめて 限られており、海水中で使用されるセンナ・システムは事実上１つもない。海水 中の特定の化学的パラメータを直接測定するための現在の方法には、電気化学に 基づいた溶存酸素およびｐＨ用に設置された海水プローブが含まれる。これらの クラーク（Ｃｌａｒｋ　）タイプのプローブは、ガルバの原理またはポーラグラ フの原理に基づいて作動し、応答時間が遅く、再現性が低く、保護膜が化学的お よび生物的に汚損すること、ならびに次のセンサの性能および寿命に対する高塩 分によるその他の影響を含め多くの問題をかかえている。光フアイバ化学センサ はこれらの問題を克服でき、また、低価格でのバッチ生産、消耗性、コンパクト 化、軽量および電磁妨害を受けないといフた多くの利点を持っている。ＦＯＣ５ においては、信号は、電気的にではなく光学的に送信されるが、これは電気的な 雑音の多い船上環境下において長い海底ケーブルを取り扱い、設置する場合に利 点となる。これらの種類の測定に貯水槽ＦＯＣ５を採用することにより、地下水 または海水の監視システムが可能となる。地表水および地下水の酸性度（ｐＨ） は、沼沢地または泥炭層から抽出されるフミン酸および産業汚染によるものであ る。酸性度が過度に高いと腐食を引き起こし、この結果、鉄、鉛、亜鉛などの多 （の好ましくない種が水に入り込み、魚の生存に有害となる。６．０から８．５ のｐＨ値が淡水では許容され望ましい値であり、海水では７，０から９．０の値 である。

水中のヒ素は、重大関心事である。ヒ素を１００１ｇ未満採取した後でもひどい 毒性が存在することがあり、もっと低い採取量でも慢性毒性が発生する。ヒ素は 、ヒ酸塩や亜ヒ酸塩のような地質的な源から水系に進入するが、安全基準を超え てヒ素含有量を増加させるのは工場排出である。ヒ素の場０．１ｐｐｓがＭＡＣ （最大許容濃度）であり、゛事実上存在しない”のが望ましいレベルである。

バクテリア総数は、水の衛生上の質を決めるのに用いられる。腸内バクテリアは 正常状態では、排泄物、土壌および植物中に存在する。排泄物腸内細菌と非排泄 物腸内細菌とを区別することが大切である、というのは、病気を発生させるのは 排泄物種であるからである。１００ミリリツタの水につき１０，０００の腸内細 菌が存在するということは、最近のそして多分危険な汚染事象である。

ベンゼンは最も危険な毒の１つである。それは発ガン物質として知られているだ けではなく、粘膜刺激、！拳および気分変化を引き起こすことがある。ベンゼン 源には、タバコ、自動車燃料、産業処理などがある。その結果が、ガンによる死 亡、呼吸不全、血液病である。

０．００５ｐｐ■というＭＡＣは多分高すぎる値であって、完全に存在しないこ とが望ましい。

水中における血液は、層殺所の近辺では大きな関心事である。血液はさまざまな 病気を伝達し得るだけでなく、水の味を悪くしたり、外観を不愉快なものにする 。

もし海洋流の作用を理解する望みが幾分がでもあれば、二酸化炭素を測定しなけ ればならない。海洋中に溶解した二酸化炭素を現場で測定できるということは、 海洋流の作用を理解するための重要な第一歩である。この機能は、海洋および地 球の天候の研究に携わっている研究者にとっては必要なものである。

塩素は、深刻な肺の炎症および損傷を引き起こすきわめて有害な気体である。長 期にわたって暴露された場合における空気中のＭＡＣは１ｐｐ−であり、１時間 暴露された場合のＭＡＣは４　ｐｐｍである。１０００ｐｐ−の濃度に短時間暴 露しただけで、急速に死亡する。塩素はまた、有機塩化物の光分解の最終生成物 である。

飲料水中におけるクロムは、発ガン源であると思われるので関心を持たれるもの である。クロムは、３＋および６＋の２つの原子価状態で存在する。これらの内 、クロム（６＋）が、とでぬけて危険である。クロムは飲み水に、冷却塔、廃水 プラント、めっき操作および皮なめし産業から浸入する。クロム（６＋）のＭＡ Ｃは、０．０６ｐｐ−であるが、飲み水中にｏ、ｏ５ｐｐ■を超えて存在するこ とは、産業公害の存在することを示している。クロムは完全に存在しないことが 望ましいレベルである。

水中の銅の含有量は、“実質的に存在しない°のが望ましいが、０．１ｐｐ−と いう小量が、植物の成長および身体の新陳代謝に必要である。飲料水中に綱が完 全に存在しないと、栄養学上の貧血が子供に現れることがある。

一方、濃度が０．１ｐｐ−を超えると藻とプランクトンの成長が減退するが、同 時に数種の魚にとっては毒性をもつＯ シアン化物は、その最低のレベルであっても、水生生物に対して毒性をもつ。そ の毒性は、酸素の代謝作用を抑制するシアン化水素酸の発生に起因する。天然水 はシアン化物を含まない。第一にシアン化物は、金属洗浄浴および電気メッキ浴 、ガス−スクライバ−ならびに化学合成のような産業用途で発生する。シアン化 物は若干の採鉱地域では普通の汚染物である。ＭＡＣは０．０１ｐｍ）ｌである が、望ましいレベルは“存在しない”ことである。

ヒドラジンは、皮膚および粘膜に対して強い腐食性の効力をもつ劇薬である。ヒ ドラジンは、ある種の酵素系を破壊することによって新陳代謝を低下させること がある。ヒドラジンのＭＡＣは５　ｐｐｍであるが、望ましい限度は０．５ｐｐ ｍ未満である。

鉄は潜在的な健康障害物ではないが、パイプに湯あかを発生させ、さらに衣服の 錆びによる汚点や流しの錆びによる汚れといった外見上の量適を引き起こす。鉄 はまた、飲料水の味を悪くする。鉄は、自然の鉄鉱床または鉄を含んでいる産業 廃棄物から溶解して水系に浸入する。

水溶性の形態としては鉄（２＋）があり、非水溶性の形態としては鉄（３＋）が ある。許容限度は、鉄（２＋）が０．ｌｐｐｍであり、鉄（３＋）は０．２ｐｐ ｍである。

望ましいレベルは１実質的に存在しない″ことである。

飲料水中の鉛は、鉛バイブおよび鉛で安定化されたプラスチックのパイプのよう な多くの発生源から生じる。

鉛は水生生物に対して毒性を持ち、まｉ１日当り３００マイクログラムより多く を採取すると人骨構造体中に蓄積され°る。多くの場合、存在する鉛の実質的な 濃度は、塩化鉛や炭化鉛の析出によって分からなくなでしまう。

鉛の許容濃度は０．０５ｐｐ■であり、望ましいレベルは、“存在しない゛こと である。

水銀は、吐き気、腹痛、おう吐、下痢および頭痛を引き起こすことがある。水銀 に絶えず接していると、口や歯茎の炎症、腎臓の損傷、産学および人格の変化を 引き起こす。ＭＡＣは０．１ｐｐ■であり、望ましいレベルは“実質的に存在し ない”である。水中に亜硝酸塩を存在するということは、水の変質が最終段階に 達したことを示すものである。硝酸塩が高レベル存在するということは、生物的 廃棄物質が、農薬の流出による固定化または汚染の最終段階にあることを示す。

硝酸塩はまた、藻の成長を過度にまで高める。亜硝酸塩は、ある種のバクテリア によって硝酸塩に変化するが、硝酸塩／亜硝酸塩の総合濃度のＭＡＣは１０ｐｐ ｍである。これを超えた分量を採取すると、幼児にチアノーゼ（“ブルー・ベイ ビー”）を生じさせる。望ましいレベルは“実質的に存在しない“である。

酸素は、甘木、塩水双方における最も重要な測定物質であるが、これは溶解した 酸素が最良の水質指数であるからである。溶解した酸素（Ｄ　Ｏ）は、海洋環境 におけるいかなる生物を支えるのにも必要であり、従って最も重要な水質パラメ ータである。ＤＯ濃度は、酸素要求料として知られているプロセスによって制御 される。酸素要求材料は、周辺ＤＯレベルの欠乏を結果としでもたらす分解をす るのに酸素を必要とし、これによって海洋生物から酸素を奪う。下水、ヘドロの ような人工廃棄物および他の形態の有機的廃棄物は、酸素要求材料の例である。

これらの廃棄物はまた、栄養物負荷を増大させ、その結果、海洋植物の過度な成 長をもたらすものとして知られている。従って、適切なレベルを与えて海洋生物 を確実に支えるためには、海洋水中に投棄される廃棄物材料の量およびタイプを 制御することが必須である。人工密度の高い河川や海岸地域においては、溶解酸 素のレベルが低いという条件がしばしば発生する。飲み水および産業水は、少な くともＪｐｐ層の酸素を含有するのが望ましいが、一般的にはこの値は水生生物 を支えるためにはより高くなければならない。８〜１５［）■という値が、甘木 、海水双方において適切であるが、大気中においては、飽和酸素が望ましいレベ ルである。

燐酸塩は、過度に存在すると、鋼中の衰退を引き起こすので重要である。燐酸塩 は、側壁に湯あかを形成するので、ボイラや冷却塔中は監視することも必要であ る。

燐酸塩は、農業的流出、生物的廃棄物、腐食制御材料、洗剤および界面活性剤か ら水系に入り込む。ＭＡＣは５０　ｐｐｍである。無機燐酸塩は、殺虫剤および 化学剤中に存在する非常に毒性の強い有機燐酸塩とは区別しなければならない。

これらは酸素阻害剤であり、死を招くことがある。有機燐酸塩のＭＡＣは０．ｌ ｐｐｍであり、望ましいレベルは“完全に存在しない″である。

セレンは人間や動物に対してきわめて強い毒性を持っている。セレンは、肺の炎 症を引き起こし、採取系および神経系を乱す。セレンは発ガン物質であることが 知られている。水中におけるセレンの主たる源は、工場廃棄物およびセレンを賀 入試手鋳る土壌の分解である。

ＭＡＣは０．０１ｐｐｍであり、望ましいレベルは“完全に存在しない”である 。

硫酸塩自身は毒性をもたない。しかし、硫酸塩は、鉛のような非常に毒性の強い 他の化合物の溶解度を増大させる。硫酸塩は、マグネシウム緩下剤および硫酸カ ルシウムを形成して下痢の原因にもなる。硫酸塩のＭＡＣは２５０　ｐｐｍであ り、望ましいレベルは５０　ｐｐｍ未満である。

硫化物はきわめて毒性が強く、特に硫化水素ガスがそうである。このガスを吸い 込むと、数秒以内で呼吸不全から、虚脱、昏睡、死亡となる。硫化物は、シアン 化水素と同じほど毒性が強い。幸いなことに、その不快な臭いは、毒性レベルに 達するはるか以前に検出可能である。

公害という見地からすると、硫化水素は有機物の嫌気性分解の副産物であり、深 刻な汚染を示すものである。

ＭＡＣは０．０１ｐｐｍであり、望ましい量は“完全に存在しない°である。

亜硫酸ガスは呼吸器系統を刺激し、気管支炎や仮死状態を引き起こすことがある 。亜硫酸ガスはまた、結膜炎を引き起こす目刺撤物にもなる。ＭＡＣは１０ｐｐ ■で、望ましいレベルは０．ｌｐｐｍ未満である。

三塩化エチレン（ＴＣＥ）は、害毒性の（毒性のある、発ガン性がある、など） 化合物および有機塩化物の米国環境保護局（ＥＰＡ）のリストの先頭に位置して いるが、このグループは、最も頻繁に見受けられる危険な化合物として上位１０ 位までを独占している。ＴＣＥは、水中で塩化ビニルという発ガン物質を形成す るので、特に関心事となっている。その上、ＭＡＣは０．００５ｐｐ層であり、 “存在しない”が望ましい濃度であるのに、米国では毎年約２千３百万人の人々 が、０．５ｐｐ−から５ｐｐ−のＴＣＥレベルに晒されている。

ＥＰＡは、上記の種およびルストアップされていない他の種を継続的に監視する ことを要求するかまたはそれを要求する法規を制定している。この仕事を完遂す るには、購入および操作が安価であり、さらに中程度に金連を受けた技師に対し ても信頼性のある結果をもたらすような装置の開発が必要である。このように、 監視と０う仕事（定性的な仕事および定量的な仕事）を実行する能力が重要であ る。

環境地域における現場診断監視装置としての属性に加えて、貯留センサは、他の 複数の場所でも適用される。

法令施行地域においては、貯留センサは酒のみドライノくや不正覚醒剤使用者の 現場での評価に使用できる。さらに、覚晟剤や爆発物を捜すのにも使用できる。

さらにまた、スモッグ制限に従っているか否かで、自動車をリアルタイムで監視 することにも使用できる。

医学分野では、貯留センサは血中気体分析（二酸化炭素、酸素およびｐＨ）に使 用される。電解物（カリウム、ナトリウム、カルシウムなど）は、貯留センサで 直接に測定できる。現在では診療所で何時間から何日もかかる診断をリアルタイ ムで実行できるが、これらの中には、腎臓病に対するクレアチニン；心筋梗塞の クレアチン・ホスホキナーゼ；フェニルケトン症のフェニルアラニン／チロシン 比；腸肝性循環を評価するための胆汁酸：および伝染病、ガン、ＡＩＤＳなどを 判断するための適切な抗生物質の測定がある。

めっき槽の組成の制御、回収の経済的可能性を判断するための水中の溶解した希 金属の濃度の制御、化学プロ七スにおける材料の監視および＃都、化学合成の副 産物の回収などのように、リアルタイム分析が多大の利点を提供するさまざまな 産業適用分野がある。

発明の要約 本発明の１つの側面に従えば、貯留化学センサはモジュール型の貯留セル本体と 、セル本体内の検出試薬と、その検出試薬と相互作用を行なうようにセル本体内 に測定対象の種を通すためにセル本体内に形成された種連通手段と、セル本体内 部の照明用にセル本体の一端に配置された光源と、測定対象種の検出試薬との相 互作用によ　゛って発生する効果を検出するためにセル本体の他端に配置された 検出器と、光源と検出器を取付け、配列するためのセルの各端部のアダプタ手段 とを有する。

本発明の別の側面によれば、貯留化学センサは、センサ本体と、センサ本体中に 形成された貯留セル通路と、その貯留セル通路内に取外し可能すべりはめされる 取外し可能な貯留セルと、貯留セル内に光信号を入力するために貯留セル通路の 周囲のセンサ本体中に取り付けられた少なくとも１個の照明源と、貯留セルから の光信号を検出するために貯留セル通路の周りの本体内に取り付けられた少なく とも１個の検出器とを有する。

本発明は汎用の貯留センナ、好ましくは照明、吸収、反射、屈折、ラマン散乱の 技術により使用されることの出初るセンサを提供し得る。本発明はまた種特定ま たは群特定化学作用物質が液体または固体、溶剤中に溶解した液体または固体で あることのできる貯留センサを提供することができる。従ってセンサの設計は組 立て容易であり、また複数のセンサに実質的同一に再生することができる。

本発明は金属ポリマー（プラスチック）、セラミックおよびガラスまたはこれら の組合せから構成されるセンサセル設計を提供することができる。さらに、検出 剤は好ましくは除去可能であり、セルを洗浄し、新しい検出剤をサンプルまたは その周囲を汚染することなく自動的に加えることができる。

本発明は、耐液性の密封材、隔膜、ウィンドウに上り、または閉鎖を必要としな いようにセルを配置することによって、貯留セル内に検出化学作用物質を保持す ることができる。好都合なことには、貯留センサ設計では隔膜を使用し、その性 能は細孔径、分子量、表面電荷、化学組成またはそれらの組合わせによって決定 される。センサは隔膜によって分離された数個の反応室を有し、サンプルが１種 以上の検出試薬と反応可能にすることもできる。

本発明は、貯留センサを貫通式として新しいサンプル物質を連続分析可能とし、 またサンプル調整室を設けて分析前にサンプルを改質することができる。センサ は生物学的に相容性および／または防汚損性のある材料から構成することもでき 、また気体、蒸気および溶存固体を検出し、定量化するための貯留センサを備え ることもできる。

好ましくは、本発明は（１）陽イオン、陰イオンおよび非イオン種などの無機種 を、原子価状態の識別（例えば３価クロムの６価クロムからの、また２価の鉄の ３価の鉄から識別）を含めて、検出し、定量化するため、（２）有機および医薬 用の、化合物、構造体および官能基等の有機種および医薬用製品を、異性体、お よび同族体の識別を含めて、検出し、定量化するため、および（３）臨床関係の 化合物、ヴイールス、バクテリア、抗体および酵素等の生物学的種を同定し、定 量化するための、貯留センサを提供するものである。

本発明は、液体系中の粒子の計数および粒径測定用の貯留センサを提供すること ができる。

本発明には、通常最適の照明用に同筒形状のモジニール型の貫流式セル本体と、 その一端における光源、および他端における検出器を有する貯留セルが含まれて いる。

セル本体は、セル本体中に流入する測定対象種と相互作用を生じる検出試薬で満 たされている。光源は、セル本体の内部を照明し、検出器が対象種の試薬との相 互作用によって生じる効果に応答する。セルの各端部にはアダプタが設けられて おり、光源と検出器とが一線に適正に配列されている。光源と検出器は、用途お よび光源と検出器材料の検出剤と測定対象種とに対する適合性によってセルの両 端を密封するために使用することができる。

ある種の実施態様においては、ウィンドウ、レンズまたはその両者が光源とセル の間および検出器とセルの間に配置される。その他の設計においては、濾光器が 光源とウィンドウの間および検出器とウィンドウの間または両者の間に配置する こともできる。またルミネセンス応答を最適化し、ラマン効果の測定における分 極等のある種の物理的性質を保存することが望まれる場合には、光源に直角に検 出器を配置することも可能である。

セル本体の容積およびセル本体内の光の通過長とは定量分析のためには正確に知 られていなければならない。

この両方のパラメータは特別の用途ごとに最適化されなければならない。サンプ ルはセル壁面に開けられた開口部を通ってセル内に入る。基本的な設計では、測 定対象種を透過可能で、検出剤不透過性の隔膜により、セルに開けられた開口部 を密封される。隔膜保持具が隔膜を所定位置に保持し、また液体漏洩なく取付け るために本体に設けられている。隔膜はセル中に試薬を保持し、また同時にセル 壁の開口部を通して測定対象の化学種を通過せしめる。その結果、サンプルは試 薬と相互作用を受けることができる。光源がその相互作用を照明し、検出器がそ の結果、即ち蛍光、吸収、反射、屈折、光のラマン散乱を見る。レンズ、鏡また はウィンストン錐等の焦点合せ要素および／またはコリメート化要素を、セル内 の一端または両端に容易に配置して、サンプルの照明および信号の収集を最適化 し、その結末感度を向上させることができる。

セルは隔膜を取付ける前にセルの孔から充填することが可能である。若干の実施 例では、隔膜がまず取付けられ、充填孔が１つは注入される検出液用に、また第 ２の孔はセル内の空気を逃がすために設けられる。同様に、セルの自動充填は１ つの孔を通して、また消費した液体または洗浄溶液の除去は別の孔から行なうこ とができる。

蒸気または気体の分析の場合には、検出溶液がこぼれないようにセルが配置され るならば、隔膜を省略することができる。隔膜を省略することは、検出化学作用 物質が低揮発性であって、蒸発が最低に押さえられるときにのみ可能である。分 析は、照明器と検出器との間の光の経路が液体で改善に満たされているときにの み妥当な結果を得ることができる。

本発明はまた、測定対象種を実際の分析前に前処理することのできるセンサ・セ ル設計を含んでいる。前処理は、励起状態、光分解、放射線、酸化、還元および 化学反応の生成を含めることが可能である。これは一般に隔膜の前に貯留センサ への入力部に配置された小室を通る流れを用いて達成される。光源と検出器は、 セルを通る流れの方向に実質的に直交する方向に配置されたセルに接続される。

流れ用小室はそこを通して気体または液体を流し、ポンプで送給し、または吸引 するための流入手段および流出手段を有する。励起源、放射線源および／または 光分解源は前処理用小室に向けることができる。

反応用化学作用物質は、流れているサンプル流中を動かないように金属、ガラス 、セラミックおよびポリマー等の材料から作られた基板に付着せしめることによ って、その小室内に配置することが可能である。流れているサンプルと反応物質 との反応によって生成する生成物は隔膜を通過し、貯留センナ中で検出される。

生成物は貯留セルに流入、通過し、反対側の隔膜または流出口を経て回収容器に 流入するようにもできる。複数の小室を隔膜で分離して直列に重ねる多段セル構 成を用いることも可能である。

本発明はまた、センサ本体に容易に挿入し、もしくはセンサから取外しできる除 去可能なモジュール型貯留セルを有する改良型貯留化学センサに関する。貯留化 学センサは、センサケース、即ちその中に貯留セル通路を形成して含む本体と、 検出試薬を保有し、通路内に合せばめし、取外しまたは挿入容易な交換可能なモ ジニラ型セルとから構成される。１個以上の光源と、１個以上の検出器が、種々 の配向位置に（例えば直線状または直角に）本体内の通路の周囲に取付けらられ 、貯留セルが通路内に配置されたとき、光信号が貯留セル中に入力され、検出器 信号が得られる。サンプルはセンサ本体内のサンプル流通路と連通したセル内に 形成された隔膜を通って、またはその他のセル内に形成された流入手段を通って 、貯留セルに入る。

図面の簡単な説明 付属図面に於て、 図１は基本的な貯留センサを示す。

図２は隔膜を所定位置に設けた基本的な貯留センサを示す。

図３は光源と検出器の前に保護ウィンドウを設けた基本的貯留センサを示す。

図４は照明源の波長を最適化し、検出器の応答を所望の波長に対してのみ最低化 するために保護ウィンドウと濾光器を有する基本貯留センサを示す。

図５は光の投映と捕集を目的に適応させることによって検査するサンプル面積を 最適化するために、保護ウィンドウ、濾光器およびコリメート化レンズとを有す る基本的貯留センサを示す。

図６はルミネセンス測定を最適化するため、または分極化等の物理的情報を保存 するために、光源に直角に検出器を設けた基本貯留センサを示す。

図７は充填口と排出口とを有する基本的な貯留センサを示す。

図８は２枚の隔膜の間に化学作用物質を含むが、１枚の隔膜、もしくは多孔質表 面上に化学作用物質を固定静止せしめめた基本流通貯留センサを示す。

図９は光ファイバ東によって囲繞された照明源を存する基本流通貯留センサを示 す。

図１０は粒子数と粒径を測定するために、電気的に帯電した通路を有する基本流 通貯留センサを示す。

図１１は２個の検出器を有し、その１個の光源と同軸方向に配置され、他の１個 は直角方向に配置された基本貯留センサを示す。

図１２は３個の検出器を有し、その１個が光源と同軸方向に、他の２個は直角方 向に配置された基本貯留センサを示す。

図１３はサンプル調製用の小室を有する基本貯留センサを示す。

図１４は複数型の貯留センサ用の基本設計を示す。

図１５は連続補給式または脈動補給式の貯留センサを示す。

図１６は貯留センサ用の光源／検出器の構成を示す。

図１７ＡおよびＢは貯留センサの積重ね配列を示す。

図１８Ａ、Ｂは、本発明による取外し可能な貯留セルを有する貯留化学センサの 側面および上面の断面図である。

図１９Ａ、Ｂ、Ｃは１個および／または２個の光源および／または検出器の直線 配置での種々の組合せを示す取外し可能なセルを有する貯留化学センサの上面断 面図である。

図２ＯＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄは１個および／または２個の光源および／または検出器の 直角構成での種々の組合せを示す取外し可能なセルを有する貯留化学センサの上 面断面図である。

図２１Ａ、Ｂは線形および直角検出器の両方を備えた取除し可能な貯留セルを有 する貯留化学センサの上面断面図を示す。

図２２Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは光源および検出器と貯留セルの間に各種の光学要素を冑 する取外し可能なセルを備えた貯留化学センサの上面断面図である。

図２３Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは長方形、円形および三角形の断面の種々の貯留セル設計 を示す。

図２４Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは半透過性の隔膜を有する貯留セルを示す。

図２５は取外し可能な貯留セルを備え、セル内に半透過性の隔膜を有する貯留化 学センサの上面断面図を示す。

図２６Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄは取外し可能な貯留セルを備えた貯留化学センサの種々の サンプル入口およびサンプル前処理手段を示す側断面図である。

図２７は標準の実験室用ガラス器具から作製した貯留セルの組立て図である。

好ましい実施例の詳細な説明 図１に示すように、貯槽ｌはモジュール型の貯留センサ本体２から構成されてい る。センサ本体２の横表面は、代表的には円筒状であるがその他の形状であり得 るものであって、液体および気体を通過させることのできる測定対象種連通手段 （例えば以下に詳細に説明する様に、多孔質であるか、孔が形成されている）を 含んでいる。

反応小室３（通路）がセンサ本体２内に形成されて特定種に対する試薬４が満さ れている。照明器（光源）６が、セルの内部に形成され、セルの一端に取付けら れた照明器用アダプタ７内に配置される。アダプタ７はセンサ本体２と耐液密封 を構成し、照明器６を、検出器８と直線上に配置し、検出器８はセンサ本体２内 に形成、取付けられているアダプタ９に取付けられている。検出器のアダプタ９ はセンサ本体２の他端で耐液密封を構成し、また検出器８を照明器６と直線配列 するために用いられる。

センサ本体２は、分析すべき種がセンサに入ることができるようにサンプル開口 部（サンプル孔）５を有する。

貯留センサは、組立てられると、所定の容積を囲んで、典型的にはセンサ本体内 に既知量の液状試薬４を収容する。測定容積は反応小室３の寸法によって決まっ てくる。

目標の化学種がサンプル開口部を通ってセンサ本体２の小室３中に入り、試薬と 相互作用を生じて、効果、例えばルミネサンス、吸収、反射、屈折、ラマン光散 乱を生じ、検出器８によって検出される。貯留センサを操作するために必要な検 出装置と光源は、従来技術に於て公知であり、また図１６に光源／検出器組立品 として図示されている。照明器６は、貯留センサｌに励起または入力光信号を供 給するダイオード、レーザまたはランプであることができる。貯槽センサは、蛍 光センサもしくは吸収センサ、またはその他の任意の反応室３を通って検出器８ に伝送される検出可能な光信号を発生する公知の種類のセンサでよい。組立て済 みセット５３には、照明器に電力を入力し、検出器８を作動し、検出器８からの 信号を処理、記憶、伝送するために必要な構成部品が含まれている。

図１乃至図１２に示した種々の貯留センサの実施例では、すべて図１の簡単な実 施例に用いたと同様のセンサ本体２が使用されている。主な相違点は、種特定化 学作用と所期の用途に各センサを適応せしめる様に他の部品が追加されることに ある。

図１に於て反応室３へ至る測定対象種を形成するサンプル開口部５は単に開放口 であるが、更に実際用のセンサーでは反応室に対象種を通す場合に選択性の更に 大きいことが要求され、また反応室から試薬４の漏洩を防止しなければならない 。図２に示すように、センサ１０はサンプル用開口部５を覆っている半透過性の 隔膜１１を有し、その隔膜１１は保持手段１２、例えばバンドまたはクリップ、 によって所定位置に保持され、耐漏洩性の密封状態を形成する。隔膜１１は測定 対象種と透過するが、検出試薬を透過しない。１側のセンナ本体に多数のサンプ ル開口部を設ける、例えばセルを通る測定対象梗の貫通流を形成せしめるために 相対する軸方向の両面に２側の開口部を、設けることもでき、また横方向の面を 多孔質にしてもよい。隔膜がこれらの膜を被覆して、これらの開口部による選択 的連通手段を構成する。

その他の光学部品を図１と図２の基本セルに、図３〜図５中に示す様に追加する こともできる。図３に示す様に、センサ１３は光源および検出器と反応室との間 に透明な保護ウィンドウ１４を内蔵している。このウィンドウは、試薬または測 定対象種が光源および／または検出器と化学的に相容性のないときに使用するこ とができる。

ウィンドウはまた、以下に詳細に説明する様に気泡を防止する上で重要である。

図４に示す様に、センサ１５はウィンドウ１４と光源および検出器との間に濾光 器１６ａ、ｂを有する。濾光器は広帯域光源から適正な波長を選択するために、 または所望の波長に検出器の応答を制限するために、使用することができる。図 ５に示す様に、センサ１７は更に光源レンズ１８ａと検出器レンズ１８ｂとを、 光源および検出器と反応室との間の光学組立てセット中に含んでいる。レンズは 検出器でのサンプル面積照明と信号の収集を最適化することによってセルの光学 的効率を向上するために使用することができる。これらの構成部品その他を、特 殊な用途や部品特性上の要求に従って各種の組合せで使用する二′とができる。

実施例の図は説明用にすぎず、すべての可能な組合せを包括することを意図した ものではない。即ち光源または検出器側のいずれかの端部に単一の構成部品のみ を、その他の部品なく、使用してもよい。

図１から５に示す実施例において、光源および検出器は、反応室／センサの中実 軸に沿って整合した反応室の反対側の端部にある。ある応用、例えばラーマン現 象や散乱の測定においては、別の整合が好ましい。図６に示すように、センサ１ ９は、以前と同様に、セル本体２の１つの端部に位置している光源６を持ってい る。しかし、検出体８は、セル本体の反対側の端部に取り付けられいるとはいえ 、端部の表面ではなく側面に搭載されているので、反応室の中実軸に実質的に直 角に整合されている。

オプション窓１４、フィルタ１６ａおよび１６ｂならびにレンズ１８ａおよび１ ８ｂも必要に応じて含めてもよい。セル本体２の端部２０は、固体の壁となるか 、またはその替わりに、それを通して測定対象種は反応室に移る領域を増大させ るために、開いたそして追加の半透過性の隔膜で覆ってもよい。それとは別に、 ２つ以上の検出器を用いて、その１つ以上を図６のように位置させ、１つを図１ から５のように位置させてもよい。次に、軸を整合させた検出器を、他の検出器 による測定の際の参照体として使用できる。複数検出器の実施例は、図１１およ び１２を参考にして後で説明する。

隔膜を備えた基本セルが、試薬を除去するために分解し、洗浄し、再充填しそし て元の所に位置させて使用できるとはいえ、セルを分解しまた組み立てる必要性 をなくすことができる。図７に示すように、センサ２１は、セル本体中に形成さ れた充填ボート２２および排水ポート２３を持っている。これらのボートは、ま ったく分解組立をすることなく、使用済み試薬を排水し、洗浄溶液を注ぎ、そし て新しい試薬をセル中に位置させることが可能なように、簡単に開けたり閉じた りしてもよい。センサは前述と同じ設計、例えば隔膜タイプのものである。

試薬溶液は、セル容量を完全に満たす必要はない。図８に示すように、センサ２ ４は、センサの室を横切って間隔を置いた一対の平行な隔膜２５を持っている。

隔膜２５同土間の容量は、検出試薬４で満たされる。充填ボート２２および排水 ボート２３は、隔膜の組立済みセットの１側面上に形成されているので、サンプ ルは、センサの側を通って流すことができる。隔膜２５は、測定対象主に対して は透過性であるが、試薬４に対しては非透過性である。測定対象種はこのように して第１の隔膜を通過して試薬中に移り、次に第２の隔膜を通過して外にでる。

第２の排水ポート２３は、隔膜組立済みセットを通過する材料を除去するために 、このセットから見て反対側上にあるセル本体中に備えられている。インジケー タの材料（試薬４）は、必ずしも液状である必要はない。

一対の隔膜２５は、その上にインジケータ材料が固定され、すなわち貯留セルの 内壁上にコーティングできる単一の隔膜または多孔性のディスクで置き換えるこ とができる。すると、サンプルは、ボート２２を通じて流れ込み、ボート２３を 通じて排出される。

図６のレンズ１８ａの代わりに、他の手段を用いて反応室の照明を改善できる。

図９に示すように、センサ２６は、光を平行なものにする光ファイバ東２７に囲 まれている光源６を持っている。この配置は、基本的には一方向性でないランプ や他の光源の場合に有利である。

以下に説明するセンサ・セルは、さまざまな化学種の存在および／または濃度の 検出に用いられるが、一方セル構成もまた、他のタイプの測定に使用可能である 。図１０に示すように、粒子の数の算出および／または粒子寸法の測定のための センサ２８は、セル本体の軸に沿って整合された光源および検出器を備えた同一 の基本的なセル本体を利用している。センサ２８は、セルを横切って置かれてい る平行に間隔を置いた一対の金属板２９を持っている。板２９は、中心に光学的 に透明な窓３ｏをもっているので、光源から板を通って検出器に至る光通路が存 在する。入口ポート２２および出口ポート２３は、板２９間のセル本体中に形成 されているので、サンプルは板の間のセル本体を通って流してもよい。板２９は 、充電源３１に電気的に接続されている。充電された板は、粒子の分離に用いら れる。

図１１および１２に、貯留センサ内における複数検出器測定を示す。図１１に示 すようにセンサ５４は一対の検出器８ａおよび８ｂを持っているが、その一方は 光源と軸的に整合されており、他方は直角をなしている。窓１４ａおよび１４ｂ 並びにフィルタ１６ａおよび１６ｂのような他の構成部品をも含めてもよい。図 １２に示すように、センサ５５は３つの検出器８ａ、８ｂおよび８Ｃを持ってい るが、その１つは光源に軸的に整合されており、２つは直角をなしている。窓１ ４ａ、１４ｂおよび１４ｅならびにフィルタ１６ａ、１６ｂおよび１６ｃのよう な他の構成部品をも含めてもよい。

図１３に、隣接のサンプル準備室を備えた貯留センサ３２を示す。室３３は、合 理的な値であればいかなる長さでもよい。室３３は、液体、気体および固体のい ずれに対しても使用できる。貯留センサ３２および室３３は、半透過性隔膜３４ に共通の境界面を持っている。隔膜３４は、センサ３２のセル本体３５内に検出 試薬４を保持しているが、その一方では、測定対象の生産物が室３３からセル本 体３５を通過して検出試薬４と相互作用できるようにしている。光源６および検 出器８はセル本体３５内に、典型的には互いに相反する側面上に搭載されている 。セル本体の反対側にある第２の半透明性隔膜３６によって、測定対象種は、本 体３５を横断して逆流して外に出る、すなわちセルを通っての横断が可能となる 。セル本体３５の流出の必要がなければ、隔膜３６を廃止して、固体壁（この中 に光源または検出器が搭載される）で置き換えてもよい。室３３は、直接にはま たは容易には測定できないが、より容易に検出できる生成物を生産するために処 理することができる、測定対象種をサンプルが含んでいる場合に使用される。室 ３３は、最も化学的な反応を扱うように設計されている。サンプルは、サンプル 入口ポート３７から入る。入口チューブ３８によって、サンプルと反応し得る他 の反応性の気体または液体が、望みの生産物を生産できる。照射ポート３９が、 それを通ってサンプルを照射できる開口部となっている。ここで照射されるのは 、紫外線、可視光線、赤外線、極超短波および被励起である。室３３内の光学的 化学薬品床４０が、分析に先だって、サンプルと液体一固体および気体一固体反 応を起こさせるメカニズムとなっている。測定対象種（反応生成物）は、隔膜３ ４を通過し、一方廃棄サンプルは出口ボート４１から除去される。サンプル準備 の効率は、選択された化学反応のタイプ、室３３の長さおよび室３３を通り抜け るサンプルの流速によって制御できる。

複数の室が連続して、そして半透過性隔膜で分離されて配置されている多重貯留 センサが生産可能である。図１４に示すように、多重貯留センサ４２が、境界面 に共通の隔膜４４によって結合されている２つのモジュール化したセル本体２ａ および２ｂから形成されている。隔膜４４から見た各セル本体２ａおよび２ｂの 末端部は、それぞれ隔膜４３および４５によって被覆される。隔膜４３．４４お よび４５は、すべて同じ材料でもよいし異なっていてもよい。隔膜は、セルを通 過しなければならないすべての種に対して透過性でなければならないが、一方セ ルに含まれる試薬に対しては非透過性でなければならない。光源６ａおよび６ｂ ならびに検出器８ａおよび８ｂは、各セル中に位置している。図示されているよ うに、光源／検出器は、種の流れに対して実質的に直角に方向付けされている。

センサは各セルの中に、予め定められた容量の特定の試薬を含める。測定対象種 は、隔膜４３を通過して第１のセルに入り、第１の試薬と反応する、第１の検出 器で検出される効果を発生する。種またはその生成物は次に、隔膜４４を通って 第２のセルに入り、第２の試薬と反応し、別の検出可能効果を生成する。上記の 実施例は多くの変更が可能であり、例えば、２つのセルを用いてもよく、各セル 中に光源と検出器は不必要かも知れないし、隔膜４３および４５以外の異なった 種の連通手段を使用してもよい。

図１〜図６に示した開放口または半透膜で被覆した開口以外の測定対象種連通手 段もまた使用することができる、例えば図７〜図９の流入口および流出口である 。図１５に示した様に、連続または脈動補給貯留センサ４６は、前に説明したと 同一の基本セル本体および光源／検出器配置によって、サンプル用開口部および 隔膜１１を各種の開口部との組合せに於て有する構成をとっている。

セル本体内の交差流は側面のサンプル流入口２２および側面のサンプル流出口２ ３によって得られる。試薬４で満された外部貯槽４９が試薬流入口４７Ｊｌに接 続され、また流入口２２がサンプルの流入に使用され、これら２種がセル中で混 合される。流出口２３、もしくは追加の流出口４８が用いられ、セルが流入口２ ２．４７ａを通して連続的に補給されている間に試薬／サンプル混合物が除去さ れる。追加の流入口４７ｂを、必要な時にセルを洗浄するために、洗浄液で満さ れた貯槽５１に接続することもできる。追加の貯槽５２が廃液を捕集するために 開口４８に接続されている。当然、必ずしもすべての開口をすべてのセル設計に 於て必要とするものではない。

流入口および流出口に配置された弁５０により流れを調節またはＭ御する。また 適当なポンプを使用することもできる。脈動流操作を行なうことも可能である。

流入口と流出口がセル本体が互いに反対側面にあるときには（光源と検出器がセ ルの両端面に位置している場合）、流れは光源６／検出器８の軸を事実上横切る 方向にむかう。新しい試薬とサンプルをセルを通して連続的に流すこともできる 。

図１６は、貯留センサと組合せて使用される光源／検出器の組立構成を示す。光 源６はレーザ、ランプまたはダイオードのいずれでもよい。検出器８はセル内で 発生する光信号、またはセル内で起こる反応によって生じる入力光信号の変化を 検出する。蛍光の場合には、励起波長と検出される波長とは異なるが、吸収の場 合には両波長は同一である。検出器からのデータを含む信号は組立構成部５３に よって処理されて測定対象種についての分析情報を供給する。検出器６２は光の 強度を処理するための電気信号に変換する。検出器６２は検出した光信号の波長 に最適応答するように選択される。貯留センサを作動させるために必要な電子部 品は、電源装置６３、買置増幅器６４、基準増幅器６５、フルスケール増幅器６ ６および読出し手段６７から成る。システムの安定度とデータ収集能力を向上す る追加選択装置もまた図１６に示されている。これらは個々に、または集積して 使用することができる。光源６は、その強度を測定して変動に対して自動的に補 正することによって安定化される。

光源の強度は、光源６の近くに光源検出器を配置することによって監視すること ができる。別の場合には、光源の強度は、例えばセル内に多重の検出器があると きには、検出器８によって測定することが可能である。検出器６９からの信号は 、電源装置６３からの光源６への入力電力を制御する電源安定化器６８に供給さ れる。検出器８は、検出器安定化器７０によって安定化されて、増幅器６６にフ ィードバックされる。増幅器６６は検出器８の感度を調節する。温度変化による 悪影響を確実に排除するために、温度補償器７１が温度センサ７２と組合せて使 用される。大抵の場合には、温度変換器（センサ）７２としてサーミスタが使用 される。更に高い感度、または精度が要求されるときには、サーミスタを更に温 度に敏感な圧電結晶に置き換える。読出し装置６７はディジタル表示装置７４で あってもよく、また各種の記録装置７５またはプロッタ７６であってもよい。自 動化した設備にはＡ／Ｄインタフェース、データロガ−７８、コンピュータ７９ 、プロッタ７６、および適当なソフトウェアが含まれている。データはモデム８ ０または遠隔測定用の接続装置を用いてセンサのある遠隔現場から得られる。測 定器関係の故障、変動傾向や緊急用の警報装置８１を備えることもある。

複数の貯留センサを始動し、使用し、内部排除を行なうための多重センサシステ ムを図１７Ａ、Ｂに示す。このシステム５６は複数のセンサｌａ、ｂ、ｃ、ｄ、 ｅを集積配置状態に保持する垂直案内機構５７を有する。１つのセンサがセンサ 位置１ｂに達すると、センサは充填バイ１８３を通って貯槽から試薬を充填する ことによって始動される。案内機構５７はセンサ１ｂを充填パイプ８３と連結せ しめて充填操作を開始する。即ちセンサ１ｂの充填充填口がバイブ８３と連通す る。センサ１ｂの排出口もま貯槽８４に取付けた排出バイブ８５と連通し、空気 は飛散することができ、充填操作中に気泡を生じない。センサが集積部を下方に 連続移動するに従って、充填後のセンサがセンサ１ｃの位置に移動して、光源６ および検出器８との連結位置に達する。センサ１ｃは測定に使用することができ る。測定は、隔膜がサンプルと接触するためのより良い位置に来るように、セン サ１ｃを回転できる構造を選択、設置することによって垂直集積状態で測定する ことができる。（隔膜は充填操作中は上部にあることが好ましい。）別法として 、案内機構５７に図１７ｂに示すように、センサｌｃ（および光源と検出器）を サンプルとの接触を良くするために集積部から水平に平行移動することのできる 平行移動手段５８を設けることもできる。使用後、センサ１ｃは更に集積部を下 方に移動し、洗浄、リサイクルさせてもよく、また新たに取付けたセンサがセン サ１ｃの位置に移動してくるまでの間に排除することもできる。その結果、シス テム５６は貯留センサをサンプル測定用に連続供給することができる。

図１８Ａ、Ｂに示した様に、貯留化学センサ１０１はセンサケース即ち本体１０ ２から成っており、その内部で流通路１０８が形成されており、これに取外し可 能なセルが合せばめされる。光源１０３と検出器１０４はセンサ本体１０２内に 、即ち流通路１０９中に、その中に電気接続線１０７を通した状態で取付けられ 、この接続線により光源と検出器は適当な電源、制御手段および処理手段に接続 される。光源１０３と検出器１０４は、流通路１０８の囲りの所定位置に取付け られており、検出溶液を収容している貯留セル１０５が流通路１０８内に位置し ているときに、光源１０３は光信号を溶液１０６内に発信し、また検出器１０４ は溶液１０６から光信号を受信する。図に示した様に、光源１０３と検出器１０ ４は貯留セル１０５の相対する両側面に一直上に配置されている。しかしその他 の光源／検出器配置を用いることもできる。図１８Ｂに示した様にケース１０２ およびセル１０５は正方形の断面を有するが、その他の形状も使用することがで きる。

化学センサ１０１は、貯留セル１０５の交換を容易にするためにこのようにして 設けられている。検出のための化学現象は、全て貯留セル１０５内において行な われる。同一の寸法でかつ同一形状の全ての貯留セルは、検出のために適正に配 列された光源１０３及び検出器１０４を有するセンサ１０１により実用化するこ とができる。このように、多くの異なる化学的な反応は、僅か１つのセンサを用 い、このセンサの中に夫々が異なる化学的な反応を伴う複数の交換可能な貯留セ ルを用いて、測定することができる。

図１９Ａないし図１９Ｃは、図１８Ａ及び図１８に示された単一光源／単一検出 器以外の他の直線的な光源／検出器の組み合わせを示している。図１９Ａに示さ れるように、センサ１１０はセル体１１１とその中に設けられた貯留セル１１４ とより構成されていてる。一対の光源１１２ａ及び１１２ｂは、前記セル１１４ の一方側に位置しており、単一の検出器１１３がセル１１４の他方側に位置して いる。図１９Ｂに示されるように、センサ１１５はセル体１１６とその中に設け られた貯留セル１１９とより構成されている。単一の光源１１７は、セル１１９ の一方側に位置しており、一対の検出器１１８ａ及び１１８ｂはセル１１９の他 方側に位置している。

図１９Ｃに示されるように、センサ１２０は貯留セル１２２を備えたセンサ本体 １２１より構成されており、セル１２２の一方側に設けられた一対の光源１１２ ａ及び１１ｂと、セル１２２の他方側に設けられた一対の検出器１１８ａ及び１ １８ｂを有している。複数よりなる光源及び検出器は、複数の入力信号（例えば ２つの波長の励起）又は複数の測定出力（例えば２つの異なる応答）のために用 いられている。

上述したような光源と検出器との直線的な配列に加えて、上記光源及び検出器は 図２ＯＡないし図２０Ｄに示されるように、直角方向に配置されていても良い。

例えばラマン（レーザ）または蛍光のような幾つかの手段は、直交的な配列にお いて最もその適用に有利である。図２ＯＡにおいて、センサ１２３はセンサ本体 １２４の中でセル１２７の周囲に直交方向に位置する単一の光源１２５及び単一 の検出器１２７を有している。図２０Ｂにおいて、センサ１２８はセンサ本体１ ２９の中に設けられた一対の光源１２５及び１３０と、この本体内で前記光源１ ２５及び１３０と直交する角度でセル１３１の周囲に設けられた単一の検出器１ ３０とを有している。

図２０Ｃにおいて、センサ１３２はセンサ本体１３３内で、セル１３５の周囲に 設けられた単一の光源１２５と一対の検出器１２６及び１３４とを有している。

図２０Ｄにおいて、センサ１３６はセンサ本体１３７内で一対の光源１２５及び １３０と、この光源１２５及び１３０に直交する角度に設けられた検出器１２６ 及び１３４とを有している。

上述した直線状及び直交方向の光源／検出器の配列は、図２１Ａに示されるよう に組み合わせることができる。

例えば、蛍光作用を利用した測定が直交方向の配列により行われるのに対して、 吸着作用による測定は直線上の配列により行なうことができた。貯留化学センサ １３９はセンサ本体１４０内に、光源１２５と、センサに直角に配置された検出 器１２６と、セル１４１の周囲で前記光源１２５と直線的に配置された検出器１ ４２とを有している。図２１Ｂに示すように、センサ１４３は、センサ１３９に 類似しているものであり、光源１２５と検出器１２６及び１４２と同じ配列を有 しているが、貯留セル１４５が、前記検出器１２６及び１４２に対して適切な光 線を供給するために、ダイクロイックミラー又はビームスプリッタ１４６により 分割されている。ダイクロイックミラー又はビームスプリッタ１４６は、セル１ ４５内に位置しており、これにより検出試薬と化学的に両立しなくてはならない 。これと二者択一的に、貯留セル１４５は、一対の中間にダイクロイックミラー 又はビームスプリッタ１２６を備えた断面が三角形状となった一対の貯留セルに より置き換えることも可能であり、これにより検出溶液と接触しなくとも良い。

他の光学要素は、測定能力を容易又は向上させるために、図２２Ａないし図２２ Ｄに示されるような光源及び／又は検出器の組み合わせの範囲内において利用で きる。

図２２Ａにおいて、センサ本体１４８及び貯留セル１５０を備えたセンサ１４７ は、光源１０３及び貯留セル１５０との間並びに検出器１０４及び貯留セル１５ ０との間にそれぞれ付は加えられたコリメーティング（光線を平行にする）レン ズ１４９及び１４９を有して（する他は単純な直線的な配列となっている。図２ ２Ｂで、センサ本体１５２及び貯留セル１５４を備えたセンサ１５１は単一の光 源１２５及び検出器１２６を備えた単純な直交配列を有しているが、更に光源１ ２５及び貯留セル１５４との間並びに検出器１２６及び貯留セル１５４との間に 、発散（凹）レンズ１５３及び１５３をそれぞれ有している。図２２Ｃにおいて 、センサ１５５はセンサ本体１５６内でセル１５９の周囲に設けられた（図２２ Ａに示されているように）直線上の配列内に、コリメーティング（光線平行化） レンズ１４９を備えた光源と、コリメーティング（光線平行化）レンズ１４９を 備えた検出器１０４との前述の組み合わせを有すると共に、貯留セル１５９と光 源との間及び貯留セル１５９と検出器との間に、それぞれ光源側色フィルタ１５ ７及び検出器側色フィルタ１５８が付加されている。図２２Ｄにおいて、センサ 本体１６１及び貯留セル１６４を備えたセンサ１６０は、図２２Ｂと同様に発散 （凹）レンズ１５３を備えた光源１２５と、発散（凹）レンズ１５３を備えた直 交配列の検出器１２６とに加えて、光源１２５とセル１６４との間の光源側色フ ィルタ１６２と、検出器１２６とセル１６４との間の検出器側色フィルタ１６３ とを備えている。光源、検出器及び他の付加的な光学要素の種々の組み合わせが 、図２２Ａないし図２２Ｄに示されていたが、これらの実施例は単なる例示であ って、可能な限りの他の全ての組み合わせを排除するものではない。これらの構 成要素は、全ての場合において光源及び検出器の両者を共に用いなくとも良く、 異なる光学素子を異なる光源／検出器の配列に組み合わせたものを用いても良い 。発散（凹）レンズは一般に直交配列の光源／検出器の配列に用いられるが、コ リメーティングレンズは通常直線的な光源／検出器の配列の場合に用いられる。

この発明による貯留セルは、種々の幾何学的な形状及び寸法に構成することがで きる。種々の寸法及び形状の全てのセルは、その寸法及び形状のセルに合うよう に設計されたセンサハウジングに適合するであろうし、その中で容易に交換可能 である。上述の図示された実施例は、正方形状の横断面を有するような貯留セル として示した。

図２３Ａ及び図２３Ｂは、異なる幅の矩形状の断面を有する貯留セル１６５及び １６６を示している。セル１６５は相対的に厚い幅を有しているので、定型的な 光が水平方向の何れにおいてもセル内を透過可能である。

セル１６６はより狭い幅を有し、定型的には検出溶液内における光の透過深度が 極めて小さい場合に用いられるであろうので、測定は一般にはセルの幅が短い方 向に沿って行なわれることになろう。幾つかの薄い矩形状のセル１６６は、別々 の複数の化学反応を行なうより厚いセルを形成するために互いに積層することが できる。図２３Ｃは断面形状で円形を有するセル１６７を示しており、図２３Ｄ は断面形状で三角形を有するセル１６８を示している。図２１Ｂに関連して既に 述べているように、一対の三角形状のセル１６８は、２つの三角形状のセルの間 にダイクロイックミラー又はビームスプリッタ１４６を備えた貯留セル１４５を 形成するために用いることができる。

測定対象種は、これらの測定対象種のみを透過させる半透膜を通過して貯留セル 内に供給されるようにしても良いが、そのセル内には検出溶液が封入されている 。膜を含むセルの設計は、図２４Ａないしｖ４２４Ｄに示されている。図２４Ａ において、セル１６９はその一方の側面１７５を備えた膜１７０を有している。

光は定型的にはこの膜を透過することはないであろうから、膜は光学的な測定の 邪魔にならないような横方向の壁の上位置させるべきである。セル１６９におい て、光は直線状に配列された構成における面１７４を介して入射し、対向する面 １７６を介して出射するので、膜１７０は対向する面１７４及び１７６の間の表 面１７５に位置している。

図２４Ｂにおいて、セル１７１は光が横面１７４より入射し直交的に隣接する面 １７５を介して検出されるように構成されているので、膜１７０は対向する面１ ７６に位置している。図２４Ｃのセル１７２は、その対向する面上に一対の膜１ ７０を有する透過セルであり、検出対象種は一方の透過膜を通過して入り込み他 方の透過膜を介してセル外に出ることになる。光はその中に半透膜をそれぞれ有 する面の間の対向する一対の面を介して透過する。図２４０において、セル１７ ３は底面に位置する半透膜を有しており、光学的な測定は横方向の４つの面の何 れかを用いて行なうことができる。これと同様に、半透膜は上面に位置させるこ ともできるし、上面底面の両面に位置させることも可能である。

その表面上に半透過膜１８３を有する取外し可能なモジュール化された貯留セル １８２と一緒に使用する貯留化学センサ１７７が図２５に示しである。貯留セル １８２はセンサ本体１７８の貯留セルの流通路１７９内にはまり込んでいる。光 源１８０および検出器１８１はセルセンサ本体１７８内に位置している。センサ 本体１７８は更に標本フロー流通路１８４を有し、この標本フロー流通路１８４ はセル本体１７８を標本が通過するように、かつ貯留セル１８２の半透過膜１８ ３と接触するように形成されている。ただ１個の膜セルが図示されているが、標 本が複数の膜と接触できるような複数の標本フロー流通路を有するセンサ本体に 、付加膜に設けるようにしても良い。（図１８Ａ、Ｂおよび２５は図示を容易に するため、セルと流通路とのギャップを示す。しかし典型的には、セルは適切な 配置で流通路内にきちんとおさまっており、標本流通路／膜インタフェースで標 本のリークを防ぐ。） 貯留セルはセル内に標本を導入するための他の手段を利用することができる。そ の他の手段は図２６　Ａ　−Ｄ　１．：示すように種々の標本準備手段を含んで いる。図２６Ａに示すように、貯留セル１８５は、光源１８７および検出器１８ ８を含むセンサ本体１８６内に置かれている。

標本人口バイブ１８９は貯留セル１８５内に延び、標本除去バイブ１９０は貯留 セル１８５の外に延びている。

気体棟木に対して、標本人口バイブ１８９は、入力標本が検出溶液１９１を通し て泡立てられるように検出溶液１９１のレベル以下のセル内に延びており、除去 バイブ１９０は標本を除去するために検出溶液１９１には延びていない。連続的 な補給システムでは、標本および検出溶液はセル内を連続的に流れ、除去バイブ １９０は検出溶液に延びている。図２６Ｂにおいて、検出器ａｔ（１９１を含む 貯留セル１９２はその中に載置された光源１８７および検出器１８８とともにセ ンサ本体１８６内に載置される。貯留セル１９２はこのセル１９２の低端の検出 溶液１９１上の標本準備室１９３，１９４を有している。

標本室１９３は検出溶液１９ｉ上のセル１９２内に形成され（又はセル１９２に 取付けられ）でおり、溶解室１９４は標本室１９３上のセル１９２内に形成され （又はセル１９２に取付けられ）でいる。標本室１９３は多孔質板又は１１１９ ５によって検出溶液１９１と分離され、溶解室１９４は多孔質板又は膜１９６に よって標本室と分離されている。運転中、固体標本は標本室１９３内に置かれ、 溶解液は弁１９８によって制御される入口ポートを介して溶解室１９４に導入さ れる。溶解液は多孔質板又は膜１９６を通り、室１９３内で固体標本と相互に作 用する。溶解液は固体標本を溶かすか又は固体標本と反応する。溶解標本又は反 応生成物は多孔質板又は膜１９５を過って検出溶液１９１へ送られる。図２６Ｃ において、貯留セル１９９は、多孔質板又は膜２０１によって検出溶液１９１と 分離されている標本準備室２００を含んでいる。標本は加熱コイルによって取囲 まれている標本準備室２００に置かれ、多孔質板又は膜２０１を介して標本溶液 １９１に浸透する標本生成物（すなわち、標本を蒸発、溶解又は反応するもの） を熱っせられることによって生成する。図２６Ｄの貯留セル２０３は図２６８、 Ｃに示すものと組合せられる。セル２０３は、多孔質板又は膜２０５によって検 出溶液と分離されている標本室２０４、および多孔質板又は膜２０７によって分 離される溶解室２０６を有している。固形状の標本は標本室２０４に置かれ、溶 解液は弁２０９によって制御される部分２０８を介して室２０６に導入される。

溶液は多孔質板又は膜２０７を通って標本室２０４に送られ、取囲んでいる加熱 コイル２１０によって熱っせられる。

予熱された標本は多孔質板又は膜２０５を通って検出溶液１９１に送られる。他 の標本の予備処理（すなわち、励起状態の生成、光分解、放射、酸化、還元又は 化学反応）は標本準備室で実行される。標準的な実験ガラス製でできている取外 し可能な貯留セルの例は、図２７に示されている。セル２１１は試験ヂュ・−ブ （削られたガラス製ジョインをもっている）２１２．真空アダプタ２１３および アダプタ（弁を有している）２１４を接続することによって形成されている。気 体状の標本は、入口２１６を通って入り、その流れは弁２１７によって制御され る。標本は、検出試薬液を含んでいる試験チューブ２１２に延びているチューブ ２１８を通って流れる。

チューブ２１８は、気体状の標本が溶液を介して泡立てられるように、検出溶液 のレベル以下試験チューブ２１２に延びている。標本は、試験チューブ２１２を 通ってチューブ２１８の外側の環状領域に入り込み、真空又は吸込源に取付けら れている出口２２０を過ってセルから引き抜かれる。試験チューブ２１２は前述 したように、センサ本体又はセンサホルダ内に置かれる。チューブ２１８以下の 試験チューブ２１２の低部２１９は、光源および検出器が位置しているまわりの セル２１１の部分である。

本発明によれば、小型化されたモジュラ型貯留センナは容易にかつ安価に製造で き、信頼性が高く、容易に使用でき、一様に再生可能である。センサは小さく、 その長さく光源から検出器までの光路）は０．２５〜１．０であり、貯留槽の内 径は０．１２５〜０．５であって、体積は１０〜２００マイクロリツトルである 。セル本体は好適にはアセタール熱可塑性のポリマー、すなわち、ダーリン（Ｄ ｅｒｌｌｎ）　、又は他のプラスチックポリマ、すなわちＫＥＬ−Ｆからなって おり、水を通さない。金属、セラミック、およびガラスを含む他の物質も又使用 できる。最適な光源および検出器は、もちろん特定の測定法による。好適な光源 は高い光度、高指向性の３０〜４０μＷの光発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、 適切なＬＥＤはシャープから入手できる。好適な検出器はＧａＡｓＰフォトダイ オードであり、適切なフォトダイオードは浜松入手できる。

又、本発明によれば、取外し可能なセルを有する貯留化学センサはが提供され、 このセルは種々の化学作用にセンサの使用を大変容易にする。このセルは最も精 密な測定のために、光学的に平らな表面を有する良好な光学的性質をもっている 。あまり精密でない測定には安価なプラスチック製のセルを用いても良い。標準 実験のキュベツト（ｃｕｖｅｔｔｅｓ）が使用される。セルの内部の寸法は１　 ｅｌＸ　１　ｃｓ＋ｘ　３　ｃｍで壁厚はＩＣ■である。このセルは、寸法が２ ．　５ｃ＊Ｘ　２．　５ｃｗＸ　３ｃｍのホルダに組込まれている。セルはプラ スチック、グラス、水晶、又は他の光学的に透明な材料から作られる適切な光源 はダイオード、レーザ、およびランプを含み、適切な検出器はフォトダイオード である。実際化学作用は本発明および測定技術に用いられている。例えば発光、 吸収、反射、屈折、ラーマンレーザおよび散乱である。本発明に関連する特別な 細部、特別な化学作用、測定技術、光源、検出器およびその動作、膜、および標 本予処理がここで述べられている。

活性なセルのボリュームはくぼみの直径とのその長さに依っている。最適な直径 は、選択された動作パラメータ、すなわちダイナミックレンジ、分析時間、活性 動作期間、化学作用の色、等に基づいて選択される。最小のボリュームは、最小 の実際のセルの穴、および、光源と検出器の間のスペースによって限定される。

このスペースは重大である。というのは光源と検出器間の光路内での泡の形成が 性能を悪化させるためである。検出溶液の表面張力、光源および検出器の前のウ ィンドウ（又は光源および検出器の面）の表面エネルギ、およびウィンドウ間の スペースが最適化されていない場合に泡は形成される。検出液は特定の種に対し て固定されるので、ウィンドウの材料は、光路長をできるだけ短かくする場合に は重要となる。大きなセルのポリニームはセルを適切に照らす能力である基本的 な制限をもって可能となる。この立場では、光源は検出液と相互作用するために 十分強く、光は光路が完全に一様に照らされる、かつ残りの光のすべてが検出器 上に集まるように、光源の光出力をシャープにする必要がある。特別な種の濃度 に対して、セルのボリュームが大きくなればなるほど、認識される光の相互作用 の時間は長くなる。セルポリニーム上に何等の制限がないとはいえ、１０〜２０ ０マイクロリツトルのボリュームが最適な動作範囲として見出された。

所期の適用と互換性があるように薄膜がセル上に接地されることが重要である。

セルの開孔を覆うように薄膜を載置する一般的な方法は、センナの壁の外径に薄 膜を付着させ、リングを保持した状態で薄膜を保持することで、液状で堅い、即 ち、貯留内の液体は外へ出ることができないが、分析されるべき液体および蒸気 は内部へ入ることができるようにする方法である。多くの有機組織では、例えば ＴＣＥ化学では、加水分解を防ぐためにセルから出た水を保持することは重要で ある。薄膜から検知する溶液までの距離は、反応時間を減少させるために最小に 保持しておくべきである。セルの直径がソース／検出器の直径以上である貯留セ ンサ内において、センサの外側の表面上に薄膜を載置することは適切な設計であ る。しかしながら、セルの内径がセンサ直径の合計と比べて小さい場合には、セ ンサの壁に凹部を設けて、薄膜と検知する溶液との間の距離が最小となるように するのが最上である。図１において例示された開孔５は、セル体２の璧の窪んだ 部分に形成されており、即ち、セル体２の外側の表面の直径は、開孔５が形成さ れている場所において切削されており、これによって、セル体２の壁の厚さは最 小化され、図２の薄膜１１はセル体の壁の内部表面に接近することになる。貯留 センサ薄膜の設計は、ガスや蒸気、あるいは薄膜を通過することのできる測定対 象として提供された材料の分解された覆の分析に用いることができる。この溝の 設計は、特に測定すべき溶液の滴が薄膜上に直接配置される個々の試料の分析に 適している。

この薄膜は、貯留センサの多くの公的な実施例の重要な部分を占める。最適な効 果を奏するように、即ち、指示薬が速く反応するために、薄膜は非常に薄くなけ ればならず、また試薬と試料とが接触しなＪすればならない。

次のような幾つかのタスクを同時に行ゎな番すればならない。（ｉ）センサ内で 試薬を検知し続けること、（ｉ　ｉ）種、又は化合物の類、あるいは測定対象物 の類を通過させること、（ｉｉｉ）ポテンシャルの干渉がセンサ内に入るのを防 ぐこと。貯留センサの場合には、従って、薄膜は試料の個々の要素をセンサから 分離することで、信頼性のある定量的かつ定性的な測定を可能にするあらゆる材 料として規定される。この分離は、寸法や分子量、分子の電荷、化学反応、ある いはこれらの組み合わせにより行われる。幾つかの貯留センサは、異なる穴の寸 法を有する薄膜によりなされる寸法分離に基づいている。

これは、液体からガスや蒸気を分離する最も一般的な方法である。一つの溶液、 即ち検知試薬内の成分を第２の溶液である試料内の種から分離することは、透析 薄膜を用いて分子量の大きさにより最も一般的に行われている。

薄膜が作用しないような状況では、（ｉ）目的物が帯電した分子を停止させ、あ るいは通過させるならば、帯電した表面を薄膜上に置く、（ｉ　ｉ）反応性のあ る表面を、関心のある試料を薄膜を通過して運ばれる種へ予測可能に変換する薄 膜上に置く、あるいは（ｉ　ｉ　ｉ）受は入れることのできる種の結果が得られ るように、準備されたチャンバ内の試料を準備すること、を選択できる。

多くの状況では、試料よりも検知する試薬を用いて作用させることが容易である 。用いることのできる最小の穴の寸法や、分子量を持つ薄膜は、第１に試料をセ ンサ内に入れることのできる条件によって決定される。もし試料が検知する試薬 に到達できないならば、相互作用は起きない。このような条件では、検知する試 薬はセンサから離れるであろう。なぜならば、試料よりも小さく、あるいは分子 量が小さいからである。このような問題を解決するために、検知する試薬は、寸 法や分子量を像かさせるために、例えば、不活性ポリマーのような化合物と反応 させるる検知試薬の寸法や分子量に加えるときは、測定対象覆と特に相互作用す る化学的グループをブロックしないようにすることが重要である。同様にして、 寸法や分子量に加えて、例えば電荷や付加的な種の反応グループのような特別な 特性を検知試薬に派生的に持たせることがさらに可能である。

貯留センサを用いて最もいっばんできに用いられる測定方法は、（ｉ）蛍光、（ ｉ　Ｌ）吸収、（ｉ　ｉ　ｉ）化学的ルミネッサンス、（ｉｖ）屈折、（Ｖ）反 射、（ｖｉ）吸収及び蛍光の組み合わせ、及び（ｖｉｉ）屈折及び蛍光の組み合 わせ、である。この本願発明による貯留センサの設計は、仮想上のあらゆる測定 方法及び、仮想的にすべての蛍光及び吸収材を含んだ指標材と共に用いることが できる。

蛍光は、二つの（２）波長システム−１つの波長における励起、及び他の高い波 長における放出における励起である。加えて、多くの化合物が青から紫外線の波 長の範囲において励起される。蛍光センサの一般的なりラスは、蛍光分子を励起 するために用いられる光は、一般に写真の劣化や、分析分子の脱色をもたらす。

これは、与えられたセンサの寿命のために分離する上で衝突する光の強度を制限 することになる。制限された光の強度は、固定された集中度の試料から発生され た蛍光信号を制限する。なぜなら、蛍光強度は励起強度に比例するからである。

従って、最も低い可能性のソース強度を用いることが望ましく、可能な限り蛍光 信号の殆どを収集し、最適にプロセスを進めることは最も重要である。信号の収 集は、光システムの効率に依存する。レンズは、図５に示されるように用いるこ とができる。加えて、ソース／検出器アセンブリ５３における光電気的フィード バック回路と、低雑音部品、特に増幅器を用いることで、サブナノワット内の検 出信号を処理し、はとんどの試料のバート／ピリオンの濃度を検出することが可 能になる。

吸収分光は、単一波長方法である。理想的には、測定は、分析すべき種の最大吸 収と同じ波長においてさなれる。実際には、吸収バンド内における波長は、受光 可能なものよりも大きい。一般に、これは例えば蛍光のような励起プロセスでは ないため、試料の色は安定している。

加えて、吸収測定は紫外線はどエネルギの強（ない光のスペクトラムの可視範囲 内で最もなされる。低いパート、／ピリオンの範囲における集中は、吸収技術を 用い手貯留センナを用いることで検知することができる。

化学的ルミネッセンスは、蛍光あるいは吸収よりも種の範囲が広くない。しかし 、幾つかのキー化合物に対しては極めて有益である。化学的ルミネッセンスにお いて、室温反応は、蛍光あるいはリン光を発生するために光を放出しない化学物 において起こる。この技術は、次のような幾つかの方法によりセンサ内で用いら れる。（ｉ）単一の放出を発生する化学物を検知すること、（Ｌ　Ｌ）生物学上 の材料、例えば、バクテリア（生物学的ルミネッセンス）を測定すること、（ｉ 　ｉ　ｉ）励起／放出プロセス上での特定の触媒効果を有する種を分析すること 。

反応が光を発生するので、光源は不要である。

幾つかの状況では、最適な波長で光源を入手することは不可能である。あるいは 、光源が利用できる場合、充分な強度と安定性は得られない。これらの状況にお いて、望ましい波長において放出される蛍光は、測定用の２次的な光源となる。

レーザダイでは、特に、吸収測定には優れた源となる。なぜなら、利得の重なっ た可視スペクトラム領域をカバーするからである。過剰な蛍光体をハ１いること で、拡大された分析回数に渡っても、写真漂白の効果を除去される。蛍光体は、 セル内で固定されることができる。あるいは、（もし、検知溶液と蛍光体が化学 的に互換性がある場合に、）蛍光体は検知溶液内に投入されることができる。

試料に色がないこのような状況では、セル内に固定された蛍光体を用いて屈折を 測定することができる。このような場合には、試料と蛍光体を混合することはで きない。なぜなら、このことは色を加え、吸収と屈折とを区別することを不可能 にするからである。このセンサによる受光された光の強度は、試料の屈折率と共 に変化し、提供された種の量を測定するために用いられる。この技術は、液体、 蒸気、又はガスの試料に用いられることができる。液体試料では、純度が分析対 象である場合にはセンナ内の流体は試料と同じである。もし液体事態が測定され るべき場合には、センサ内に溶剤が投与される。

液体試料の部分が分析対象ならば、センサ内の溶剤は、測定対象の種をセンナ内 で分けるように選択される。蒸気およびガスは、センサ内は直接横切って測定さ れることができ、あるいは測定された溶剤内で分解され分析されることができる 。

貯留センサは原理的には空気中や真水、海水などに含まれる汚染物質や微量種に 対する質的および量的なモニタ装置であって、このタイプの効率的で小型で測定 の簡単なシステムは多くの用途を持っている。これらの適用対象には次のような ものが含まれる。すなわち（ｉ）試験研究用の単純化された蛍光および吸収の分 光計、（ｉｉ）大型光学装置を用いた複雑なデザイン検出器センサが重視される 高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）のための吸収検出器ユニット、（ｉ　 Ｌ　ｉ）注入流および連続流の分析のための流れセンサ、（ｔｖ）生産設備にお けるプロセスの流れ分析のための小型サンプリングヘッド、（Ｖ）生物学的肉汁 内のセンサ集団の決定、および（ｖｉ）医療関係における種のインヴイトロ（生 体外）測定、がそれである。これらの領域においてはそれぞれセンサは、大型の 光学配置にとって最適な部位よりもむしろ分析にとって最適な部位に配置される べき光学的サンプリングセンサを指向している。かくしてセンサに対する接続フ ローチューブは最小化され、他方、デッドスペースを最小化し、分析帯域拡大化 を達成している。

貯留セルは多重検出器と共に用いるのに好適なものである。１対３の検出器は、 もしセルサイズがそれらにとって好ましいと言えるのに十分な大きさのものであ れば、より多く用いられるであろう。最も単純な実施例においては、光源と反対 側（通常、吸収作用、光散乱など）、または光源に直角に（通常、ルミネセンス 、ラマン効果など）して単一の検出器が用いられる。２つの検出器を用いる目的 はサンプル信号および基準信号を得るべく構成され、あるいは２つの異なるサン プル信号を得るべく構成される。１つの適用例においては、サンプル信号が蛍光 であり、また種に特有の試剤溶液が着色されている場合、発光源とは反対側に配 置されている検出器は着色溶液によって吸収された蛍光に対する補正のために用 いられる。他の実施例においては、吸収反作用に等吸収点がある場合、すなわち 曲線のすべてが交差する場合、それは測定器具およびセル構造のための吸収信号 を補正するための基準信号として用いることができる。３つの検出器が用いられ る場合は、１つの基準信号および２つの異なる信号、すなわち２つの異なるスペ クトル波長および基準を見出だすことができる。１つの適用例としての塩素貯留 センサにおいては、サンプル濃度の減少につれて１つの波長ピーク強度が減少す るが、その場合、等吸収点が存在すると共に、サンプル濃度の減少につれて第２ の波長ピーク強度が増加する。３つの検出器が用いられる場合、高精度測定のた めに波長および等吸収点が共にモニタされ、比較される。多重検出器システムに おいてはいずれも、サンプルによる化学的相互作用とは関係なく、測定機器およ びセンサの異常に対する補正のために用いられる基準が存在するというのが大き な利点である。多重検出器の使用というのは多重検出器の使用可能性のみならず 、１つの信号を他との適切なインターフェイスのための回路、たとえば比率回路 や、加算回路、減算回路などを有する電子装置の使用を意味する。

１つの特定タイプの貯留センサはｐＨセンサである。

このｐＨセンサは水素イオン／ヒドロニウムイオン（Ｈ＋ ”／Ｈ３０）透過膜を用いて形成され、貯留センサには膜を通して透過する水素 イオン／ヒドロニウムイオンに反応する試剤溶液が満たされている。センサは光 源からのν信号すなわち励磁信号によって照射され、ｐＨに関連する強度の出力 信号が発生される。

吸収およびルミネセンスのクエンチングは貯留センサやｐＨセンサにとって基本 的なものである。ある種のフェノールレッドやクレゾールレッド、メチルバイオ レット、コンゴレッド、フェノールフタレイン、臭化クレゾールパープルなどの ようなｐＨに感応しやすいいくつかの吸収試薬が、エオシンのようなｐＨに感応 しにくい蛍光体に関連して吸収または蛍光において用いられる。これらの技術の うちのいずれかがｐＨ関数としてカラーを変えるすべての試薬に適用することが できる。試薬濃度は１０　モルであり、他方、エオシンは１０−４モル以上であ る。励磁パワーが光学的分解レベル以下に維持することができならば、１０−’ モルから１０−５モルまでの間にあるフルオレセインやアクリジン、ウンベリフ ェロン、ベータナフトールなどを用いる直接蛍光測定も用いることができる。こ れらの試薬にうちのいずれかの試薬溶液が貯留センサ内に配置される。センサ内 に試薬を保持し、かつ水素イオン／ヒドロニウムイオンを透過させるために、Ｍ ＷＣＯ（分子量カットオフ）１００の透析膜が用いられる。吸収のために試薬エ オシンは４８８ｎｍで励磁され、その放射ピークは５６６ｎｍで現れる。これは 作業にとって理想的な波長範囲である。フェノールレッドはｐＨレンジ６．８な いし８．４をカバーし、同様に、クレゾールレッドは７．２ないし８．８をカバ ーし、メチルバイオレットは０．１ないし１．５を、コンゴレッドは３．０ない し５．２を、フェノールフタレインは８６２ないし１０，０を、臭化クレゾール パープルは５．２ないし６．８をそれぞれカバーする。フルオレセインは蛍光試 薬の一例である。それは４８８ｎｍで励磁され、その放射ピークは５４５ｎｍの ところにある。溶液中では、フルオレセインは４．０ないし６．８の範囲のＤＨ に感応する。この技術は、カラーまたは蛍光を変えるｐＨに感応する試薬すべて に適用可能である。だの特殊タイプの貯留センサはヒ素センサである。このヒ素 センナはヒ素イオン透過膜を用いて構成され、その貯留センサにはヒ素イオンと 反応する試薬溶液が満たされる。ヒ素イオンは膜を通して透過する。このセンサ は光源からの励磁信号によって照射され、その出力信号はヒ素イオン濃度に関連 する強度をもって発生される。

吸収またはルミネセンス・クエンチングは貯留センサヒ素イオンセンサにとって ベースである。モリブデン酸アンモニウムおよび塩化第一スズのいずれか、また はＮ−エチル−８−ヒドロキシテトラヒドロキノリンおよび塩化第二鉄のいずれ かの試薬溶液が使用可能である。ＭＷＣＯ（分子量カットオフ）１００の透析膜 がセンサ内の試薬を保持し、かつヒ素イオンを透過させるために用いられる。モ リブデン酸アンモニウム／塩化第一スズはヒ素イオンによってブルーカラーを与 え、その強度はヒ素濃度に依存する。これは４５０ｎｍでの吸収で測定される。

Ｎ−エチル−８−ヒドロキシテトラヒドロキノリン／塩化第二鉄はヒ素イオンに よってレッドブラウンカラーを与え、それは６００ｎｍでの吸収で検出される。

これらの反応のもたセンサ内に挿入された光学ファイバ上に固定されたエオシン を用いることによって蛍光内で測定されつる。カラーフォーメーシタンによる検 出器内部における蛍光強度のロスはヒ素濃度に関連する。モリブデン酸アンモニ ウム／塩化第一スズおよびＮ−エチル−８−ヒドロキシテトラヒドロキノリン／ 塩化第二鉄の溶液は共に貯蔵寿命に制約がある。これを改善するために独立成分 の溶液は図１４に示すように２セル型の貯留センサに分離される。この構成にお いては、ヒ素溶液は第一にモリブデン酸アンモニウム溶液および反応剤に入れら れる。次いで、生成物たるヒ素モリブデンが第２の膜を通して第２のセンサ内に 透過する。そこに塩化第二鉄が貯留される。これが起こったとき、ブルーカラー が形成される。これはまた第１センサ内のＮ−エチル−８−ヒドロキシテトラヒ ドロキノリンおよび第２のセンサ内の塩化第二鉄部によっても行われうる。他の ヒ素センサはトリウムモリンキレートまたはブチルロジウム／塩化物の蛍光クエ ンチング、またはルミノール−（ＮＨ４）２ＭｏＯ４−ＮＨ４Ｎｏ３混合物の化 学ルミネセンスを用いる。試薬はセンサ内に配置され、ヒ素の合成効果が検出さ れる。

別のタイプの貯留センサはベンゼンセンサである。ベンゼンセンサはベンゼン透 過膜を用いて作成される。この隔膜のベンゼンでの分離能力を損う又は失うこと のないよう注意を払う必要がある。この貯留センサは、ベンゼンよりもはるかに 小さい屈折率を持つベンゼン用の溶媒で満たされる。ベンゼンは隔膜を透過して その溶媒内に収集される。センサは光源からの励起信号によりは発光させられて 、ベンゼン濃度に応じた強度の出力信号が生成される。

ベンゼンは、屈折率及び蛍光性の組み合わせを用いて決定される。センサは、例 えば、エタノール（屈折率１゜３６）やアセトン（屈折率１．３６）等の、溶け やす％Ｓベンゼン（屈折率１．５０）よりも低い屈折率であるコンパウンドで満 たされている。ベンゼンは透過性であり、ベンゼン／溶媒不溶解性薄膜はポリマ ーであり、例えば、高濃度のポリエチレン、高濃度のボプロピレン、ある（１は フッ素と化合したあるいはこれ等の表面がフッ素と化合を形成している。セルの 内部は、ベンゼン不溶解性基板に固定された発蛍光団（ｆ　１ｕｏｒｏｐｈｏｒ ）でコートされている。純粋な溶媒について得られる信号は基準線として使用さ れる。ベンゼンは溶媒中に溶けて溶媒の屈折率を増加させるので、光伝送特性を 変化させる。基準線（純粋な溶媒）測定及びベンゼンを含む溶媒相互間の検出器 における受光光信号の強度における違いはベンゼン濃度に関係する。

リザーバ（ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　）センサの他の特定のタイプ！よ、シアン化合 物センサである。シアン化合物センサｃヨ、シアン化合物透過膜およびシアン化 合物に特有の検出試薬を用いて形成される。シアン化合物は薄膜を透過し、特定 の検出試薬能ねの溶媒に集められる。センサ（よ、光源からの励起信号によって 照射され、強度がシアン化合物濃度に関係する出力信号を発生する。

シアン化合物はルミネセンス（Ｉｕｍｌｎｅｓｃｅｎｃｅ）を用−兎で決定され る。センサはシアン化合物と特定の反応をして２，３ジシアノキノン（ｄｉｃｙ ａｎｏｑｕｔｎｏｎｅ）を形成するｐ−ベンゾキノンで渦たされている。ベンゾ キノン（ｂｅｎｚｏｑｕｏｎｏｎｅ）はＭＷＣＯｌｏｏの薄膜でセンサに保持さ れる。ルミネセンス励起は４５０ｎｒｎであり、エミッション（ｅｓｉｓｓｌｏ ｎ）は５００ｎｒｎである。ベンゾキノンの蛍光性はその光伝送特性を変える。

基準線（Ｐ−ベンゾキノン）測定及び２，３−ジシアノキノンが形成されたこと による蛍光性の増加相互間の検出器における受光光信号の強度における違いはシ アン化合物濃度に関係する。

リザーバセンサの他の特定のタイプはヒドラジン（ｈｙｄｒａｚｉｎｅ　）セン サである。

ヒドラジン（ｈｙｄｒａｚｉｎｅ　）センサは、ヒドラジン透過膜とヒドラジン に特有の検出試薬を用いて形成される。ヒドラジンは薄膜を透過して、特定の検 出状薬種の溶媒に集められる。センサは光源からの励磁信号によって照射され、 強度がヒドラキシン濃度に関係する出力信号を発生する。

ヒドラジンは吸収作用を用いて決定される。センサはヒドラジンと反応して黄色 溶媒を形成する銅を含むネオクブロイン（ｎｅｏｃｕｐｒｏｌｎｅ　）溶媒て満 たされている。より多くのヒドラジンはより暗い溶媒にする。銅を含むネオクブ ロインはＭＷＣＯｌｏｏの薄膜でセンナに保持される。純粋なネオクブロインの ４５０から４５８ｎｍにおける光の吸収作用が基準線として用いられる。ヒドラ ジンがセンサにより入るとより吸収作用が起こる。吸収作用における増加はヒド ラジン濃度に関係する。

オンセンサである。銅センサは、銅イオン透過膜と銅に特有の検出試薬を用いて 構成される。鋼イオンは薄膜を透過して、特定の検出状薬種の溶媒に集められる 。銅センサの一つの実施例において、第２システムの間中サンプルは光源からの 光によって励起されサンプルと反応薬との反応は光りを発生する。強度が同濃度 に関する出力信号が発生する。

銅を含むイオンは、蛍光性、あるいは化学ルミネセンスを用いて決定される。一 つのシステムでは、センサは、特に銅に反応する２、２゛−ビピリジルケトン（ ｄｉｐｙｒｆｄｙｌｋｅｔｏｎ）ヒドラゾン（ｈｙｄｒａｚｏｎｅ　）溶媒で満 たされている。２，２″−ビピリジルケトン　ヒドラゾン溶媒はＭＷＣＯｌｏｏ の薄膜でセンサに保持される。２，２−−ビピリジルケトン　ヒドラゾンの蛍光 性は直接的に銅イオン濃度に関係する方法で銅によって抑えられる。他のアプロ ーチでは、センサは、ルモクペロン（Ｉｕｍｏｃｕｐｆｅｒｒｏｎ　）溶媒で満 たされている。この溶媒はＭＷＣＯＩｏｏの薄膜でセンサに保持される。銅は特 にルモクベロンの化学ルミネセンスに触媒作用を及ぼす。自己拡散光の強度は銅 濃度に直接的に関係する。こ−の化学ルミネセンスの反応の利点はその感度にあ り、＜１ｐｐｂである。

他の独特のタイプの貯槽センサとしてトリクロルチエチレン（ＴＣＥ）センサが ある。このＴＣＥセンサはＴＣＥ透過性薄膜の使用により形成される。この薄膜 はＴＣＥ内においてそのＴＣＥ分離特性を崩壊あるいは損失させないように配慮 されなければならない。貯槽センサはＴＣＥに対する溶剤により満たされており 、この溶Ｍの屈折率はＴＣＥより充分小さいものである。ＴＣＥはその薄膜を透 過し、その溶剤の中に集められる。センサは光源からの励起信号により照らされ 、その出力信号は強さがＴＣＥ濃度に関連したものとなる。

ＴＣＥは屈折率と螢光性との組合わせの使用により測定される。センサはＴＣＥ 　（屈折率１．４８）よりも低い屈折率を有する混合液により満たされる。この 混合液としては例えばエタノール（屈折率１．３６）または７−七トン（屈折率 １．３６）がある。ＴＣＥ透過性、ＴＣＥ／透過性不溶性薄膜はシリコン重合体 である。これらが選択される理由は、分析の詳細特性を加えるために塩素処理さ れた炭化水素を選択的に通過させることにある。

セルの内部はＴＣＥ不溶性マトリクス内に固定された発蛍光団により覆われる。

その純粋な溶剤に対して得られる信号は基準ラインとして使用される。ＴＣＥは その溶剤内で分解されてゆくため、その溶剤の屈折率がその光伝達特性を変更さ せるように増加する。基準ライン（純粋溶剤）　ｉｌｌ定とＴＣＥを含有する溶 剤との間で受信される光信号の強度の相違はＴＣＥ濃度に関連するものとなる。

他の独特のタイプの貯槽センサとして水銀イオンセンサがある。この水銀センサ は、水銀センサ透過性薄膜と、水銀に対し固有の感知試薬とにより形成される。

水銀イオンはその薄膜を透過し、上記した種類の特性を有する感試薬からなる溶 液内に集められる。この水銀センサにおいて、試料は光源からの光により励磁さ れ、強度が水銀濃度に関連した出力信号が発生される。

水銀イオンは“重金属°の蛍光性の打ち消しを使用することにより測定される。

一つのシステムにおいて、センサは、２．２−−ジピリジルケトンヒドラゾン溶 液は水銀に対して明確に反応する。２．２′−ジピリジルケトンヒドラゾン溶液 はＭＷＣＯ５００からなる薄膜を有するセンサ内に収容される。２，２′−ジピ リジルケトンヒドラゾン溶液の蛍光性は水銀イオン濃度に正比例した状態で水銀 によって打ち消される。多くの金属が２゜２″−ジピリジルケトンヒドラゾン溶 液の蛍光性を打ち消すため、その詳細な特性は励起状態と放射波長との厳密な選 択により獲得される。螢光性強度の低下は水銀濃度に正比例するようになる。他 の水銀反応性を持つ試薬はインドール−３−プロピオン酸である。これもＭＷＣ Ｏ５００かうなる薄膜を有するセンサ内に保持される。

光放射性の強度が水銀イオン濃度と等価になるようにインドール−３−プロピオ ン酸の蛍光性を予想通りに打ち消す。

別のタイプの貯留センサは、鉄（２＋）センサである。

この鉄（２＋）センサは鉄（２＋）透過膜と鉄（２＋）専用の検出試薬とを用い る。鉄（２＋）は隔膜を透過し、そして専用検出試薬の溶液内に収集される。鉄 （２＋）センサにおいて、光は光源からサンプルに入り、サンプルと作用し、そ して鉄（２＋）の濃度に応じた強度を持つ出力信号が発生する。

鉄（２＋）は吸収作用を利用して測定される。センサは鉄（２＋）に専ら反応す る。フＩＣＩジン（ｆｅｒｒｏｚｌｎｅ　）溶液を用いる。これは鉄（３＋）に は反応しない。フェロジンは溶液中で非常に淡い黄色を呈す。これは、鉄（２＋ ）の異なる濃度に触れると種々の濃さの紫色に変化する。フェロジンは、ＭＷＣ Ｏｌｏｏ又は５００のいずれかの隔膜によってセンサ内に保持される。フェロジ ンは、予測できょうに久方光を吸収するので、光損失つまり吸収光のパーセント が鉄（２＋）の濃度決定に利用できる。鉄（２＋）濃度が低ｐｐｍ又はＰＰｂの ときは、光強度は鉄（２＋）濃度に対しリニアになる。

別のタイプの貯留センサはクロム（６＋）センサである。クロム（６＋）は、試 薬として、ビス（２，４，６トリクロロフエニル）オキサレート−Ｈ２０２−ペ リレン又は酸性化したジフェニルカルバジドを用いた吸収測定により検出される 。クロム（６＋）はまた、ロフィン−ＫＯＨ−Ｈ２０２混合物の化学ルミネセン スによっても検出できる。

別のタイプの貯留センサはアルコールセンサで、これは特に法執行官にとって宵 月である。アルコールは、貯留セル内の試薬として酸性化バニリンを用いた吸収 作用により検出できる。バニリンはアルコールの存在下で赤色に変色し、そのた め、赤色組成の強度から存在するアルコールの量が測定される。アルコールはま た、貯留セル内の試薬として、アルコール・デヒドロゲナーゼと水酸化亜鉛との 混合物を用いた蛍光現象によっても検出できる。アルコールは可逆性酸化を通じ てＮＡＤ＋をＮＡＤＨに変換し、その結果の蛍光強度から存在するアルコール量 が測定される。

別のタイプの貯留センサはアルデヒドのセンサである。

アルデヒドはＰ−ニトロフェニル・ヒドラゾンを試薬として用いた蛍光現象によ り検出できる。

別のタイプの貯留センサは塩素のセンナである。塩素はコンゴーレッドを試薬に 用いた吸収作用又は蛍光物を試薬に用いた蛍光現象により検出できる。塩素ガス 検出のための基本的センサに加えて、図１３に示すように、隔膜室と組合せて貯 留セルを使用して有機塩素の検出ができる。有機塩素は隔膜室内で光分解されて 、塩素を生成し、その塩素は隔膜を透過して検出のための貯留セルに入る。

他のタイプの貯留センサはオゾンセンサである。オゾンはジヒドロアクリドンを 試薬に用いた蛍光現象によって検出でき、このジヒドロアクリドンはオゾンと反 応してアクリダイン・オレンジを生成し、このアクリダイン・オレンジは光源に よって励起されると蛍光を発する。

オゾンはまた、インジゴブルーを試薬に用いた吸収現象によっても貯留セル内で 検出することができる。インジゴブルーはオゾンの存在下で青色から無色へと変 わる。

他のタイプの貯留センサはセレンセンサである。セレンは、２，３−ジアミノナ フタレン又は３．３′ジアミノベンジジンまたはジチゾンを試薬として用いた貯 留セルでの蛍光消失により検出できる。発光源によって生成された試薬の蛍光は セレンの存在下で消失する。

別のタイプの貯留センサは銀センサである。銀は、２゜３ナフソトリアゾール又 は１，１ｏフエナントロリン／エオシンの混合物を試薬として用いた貯留セルで の蛍光消失により測定できる。

他のタイプの貯留センサは金センサである。金は、ブチルローダミンＢ／のロラ イド混合物又は５−水酸化一２−水酸化メチル−１，４−ピロンを試薬として用 いた蛍光消失により測定できる。

もう一つの特定形式の貯留センサは、カルシウムーセンサである。カルシウムは 、Ｎ−（４−メチルウンベリフェロン−８−メチル）−１，１０−ジアゾ−１８ −クラウン−６の蛍光により検出されかつ定量化される。

もう一つの特定形式の貯留センサは、硫黄センサである。硫黄は、試薬としての マラカイトグリーンを用いる吸収により検出されかつ定量化される。硫黄は、そ の色を緑から無色に変えながら、マラカイトグリーンをロイコマラカイトグリー ンに変換する。この色変化は、吸収測定により検出される。

もう一つの特定形式の貯留センサは、硫酸塩センサである。硫酸塩は、試薬とし ての赤トリン・バリウム混合物を用いる貯留セル中に吸収されることにより検出 される。試薬は、硫酸塩の存在下で赤から黄色に変わる。

もう一つの特定形式の貯留センサは、心臓病の検診に用いられるクレアチン・ホ スホ・キナーゼ・センサである。ＭＭおよびＢＢモノクロナール抗体ならびにＭ Ｂポリクロナール抗体は、例えばフルオレセインまたはローダミンＢのような蛍 光物で標識付けされ、試薬溶液としてまたはセル内で不動化されたものとして貯 留セル内に置かれる。クレアチン・ホスホキナーゼが存在するとき、競争検定が 生じて蛍光原料をもたらす。競争検定では、標識付けされた抗原はインジケータ として用いられる抗体に付着される。標識付けされない抗原（検出されるべき種 ）は、抗体上の標識付けされた抗原を変位させ、標識付けされない抗原の存在量 の測定値である蛍光原料を生じる。

抗体を用いる貯留センナは、種々の抗原を検出するのに用いられ、特定の抗原に 対する抗体は、試薬溶液としてまたはセル内で不動化されて貯留セル内に置かれ る。

例えば、コカイン、カフェイン、クロルデン、メタトン、モルヒネ、肝炎（Ａ型 およびＢ型）、（種々の形式の）ヘルペスおよび（種々の形式の）インフルエン ザに対する抗体は、貯留セル内において使用できる。癌は、公知の癌インジケー タに対する抗体を用いて検出できる。

貯留センサは、酵素によって構成することもできる。

３α−ヒドロキシステロイドφ脱水素酵素は、すべての胆汁酸に用いることがで き、選択されたヒドロキシステロイド・脱水素酵素は、特定の胆汁酸に用いるこ とができる。ピルベート脱水酵素はピルベートに用いられ、アルデヒド脱水酵素 はアルデヒドに用いられ、コレステロール脱水素酵素はコレステロールに用いら れる。酵素検定では、貯留センサ、とくに多重貯留設計のものは、組み合わせ検 定の使用だけでなく助酵素検定の使用にも適する。

本発明の上記実施例は、すべての可能性のある貯留センサの使用を排除するもの ではない。本発明によれば、何等かの公知の蛍光体または吸収体、または貯留セ ンサ中で行い得る他の公知の検出機構を用いて、いろいろな特定の種に対する異 なる貯留センサを設計することができる。図示の実験例では、測定対象種を選択 的に送出するのに半透過膜を用いる実施例を参照して説明したが、前に説明した 膜を用いない他の実施例も使用できる。これら他の実施例は同じ試薬および同じ 測定技術を用いる。

特許請求の範囲でのみ限定される本発明の範囲を逸脱することなく上記実施例の 変更および修正を行うことができる。

ＦＩＧ、　７　ＦＩＧ、　８ ＦＩＧ、　１１　ＦＩＧ・１２ ＦＩＧ、１７Ａ ＦＩＧ、　１７Ｂ ＦＩＧ、　１８Ａ ＦＩＧ、　１８Ｂ ＦＩＧ、　１９Ｃ ＦＩＧ、　２２Ａ　ＦＩＧ、　２２Ｂ 手　続　補　正　書　（方式） 平成　５年　９月ユｚ　１

Claims (67)

【特許請求の範囲】
1. １．貯留型の化学センサであって、 モジュール型の貯留セル本体と、 前記セル本体内の検出試薬と、 前記検出試薬と相互作用するために測定対象種をセル本体中に流入せしめる目的 でセル本体内に形成された測定対象種連通手段と、 セル本体の内部を照明するためにセル本体の一端に配置された光源と、 測定対象種と検出試薬との相互作用によって生じる効果を検出するためにセル本 体の反対側の端部に配置された検出器と、 光源および検出器を取付け配列するためのセルの各端部のアダプタ手段とを 有するセンサ。
2. ２．請求項１記載のセンサであって、検出試薬が貯留セル本体を充す溶液である ことを特徴とするセンサ。
3. ３．請求項１記載のセンサであって、光源と検出器がセルの軸に沿って配列され ていることを特徴とするセンサ。
4. ４．請求項１記載のセンサであって、光源に対して実質上直角の方向に検出器を 配列することを特徴とするセンサ。
5. ５．請求項２記載のセンサであって、さらにセル本体に取付けられ、セルの軸方 向と実質上直角に配列された少なくとも１個の追加の検出器を有するセンサ。
6. ６．請求項２記載のセンサであって、さらにセル本体と、光源および検出器の少 なくとも１つとの間に透明な保護ウィンドウを有するセンサ。
7. ７．請求項６記載のセンサにおいて、ウィンドウが気泡の形成を防止するために 試薬溶液の表面張力に適合する表面エネルギーを有するセンサ。
8. ８．請求項１記載のセンサであって、さらにセル本体と、光源および検出器の１ つとの間に色フィルタを有するセンサ。
9. ９．請求項１記載のセンサであって、さらにセル本体と、光源および検出器の少 くとも１つとの間に焦点用もしくはコリメート用レンズを有するセンサ。
10. １０．請求項１記載のセンサにおいて、測定対象種連通手段が、セル本体の側面 上の流通口と、前記流通口を遮断する測定対象種透過性で検出試案不透通性の隔 膜と、流通口を遮断して所定位置に隔膜を保持するための隔膜保持手段とを有す るセンサ。
11. １１．請求項１記載のセンサにおいて、測定対象種連通手段が開放口を有するセ ンサ。
12. １２．請求項１記載のセンサにおいて、測定対象種連通手段が、サンプルをセル 本体を流通せしめるための側面のサンプル導入口と反対側面の流出口とを有し、 さらにセル本体中の試薬を補給するための側面の検出試薬導入口を有するセンサ 。
13. １３．請求項１２記載のセンサであって、さらに流れを調節もしくは制御するた めに流入口と流出口内に配置されたバルブを有するセンサ。
14. １４．請求項１０記載のセンサであって、モジュール型セル本体に隣接し、サン プル調整室とセル本体との間の界面として半透膜を有するサンプル調整室を含む センサ。
15. １５．請求項１４記載のセンサにおいて、サンプル調整室がサンプルを通過せし めるための流入口と流出口およびサンプル調整室内のサンプルに放射線を照射す るための照射口とを有するセンサ。
16. １６．請求項１４記載のセンサであって、サンプル調整室内のサンプルの化学反 応を生じるために前記室内に化学薬品床を有するセンサ。
17. １７．請求項１０記載のセンサであって、セル本体に側面の検出試案導入口と側 面の検出試薬流出口とを形成して成るセンサ。
18. １８．請求項１記載のセンサにおいて、モジュール型セル本体が隣接セル本体区 画を有し、さらに隣接セル本体の小室を形成するために隣接セル本体区画間に取 付けられた半透過性の隔膜を有するセンサ。
19. １９．請求項１８記載のセンサにおいて、検出試薬がさらに第１の試薬を１つの セル本体小室中に、また第２の試薬を第２のセル本体小室中に有し、第１の試薬 が測定対象種と反応性であって反応生成物を生成し、また第２の試薬が反応生成 物と反応性であり、また隔膜が反応生成物に対し透過性であり、また第１および 第２の試薬に対し不透過性であるセンサ。
20. ２０．請求項１９記載のセンサにおいて、光源と検出器が第２の小室に配置され ることを特徴とするセンサ。
21. ２１．請求項１９記載のセンサにおいて、測定対象種連通手段が第１の小室で形 成されることを特徴とするセンサ。
22. ２２．請求項１記載のセンサにおいて、セル本体を横切って、間隔を置いて配置 された１対の隔膜を有するセンサ。
23. ２３．請求項１記載のセンサにおいて、検出試薬がセル本体内で不動化されたセ ンサ。
24. ２４．請求項１記載のセンサにおいて、モジュール型のセル本体が約１０μ１か ら約２００μ１の容積を有するセンサ。
25. ２５．請求項１記載のセンサにおいて、光源がダイオード、レーザおよびランプ から選択されるセンサ。
26. ２６．請求項１記載のセンサにおいて、光源が発光ダイオードであるセンサ。
27. ２７．請求項１記載のセンサにおいて、光源が光ファイバ束で囲繞されたランプ であるセンサ。
28. ２８．請求項１記載のセンサにおいて、光源がフォトダイオードであるセンサ。
29. ２９．請求項１記載のセンサにおいて、セル本体が熱可塑性ポリマーであるセン サ。
30. ３０．請求項１記載のセンサにおいて、セル本体が熱可塑性アセタールポリマー であるセンサ。
31. ３１．請求項１記載のセンサにおいて、検出試薬が下記から成る群から選択され るセンサ。 （ａ）フェノールレッド、クレゾールレッド、メチルバイオレット、コンゴーレ ッド、フェノールフタレインおよびプロモクレゾールバープル；ｐＨに敏感な吸 光染料、 （ｂ）エオシンとの組合せに於ける（ａ）の試薬、（ｃ）フルオレシン、アクリ ジン、ウンベリフェロンおよびベータナフト−ル、 （ｄ）トリウム−モリンキレート、ルミノール−（ＮＨ４）２ＭＯ２−ＮＨ４Ｎ Ｏ３混合物、モリブデン酸アンモニウム／塩化第一錫混合物、およびＮ−エチル −８−ヒドロキシテトラヒドロキノリン／塩化第二鉄混合物、 （ｅ）ベンゼンよりも屈折率の低いベンゼン用溶媒、（ｆ）Ｐ−ベンゾキノン、 （ｇ）ネオクプリン第二銅、 （ｈ）２，２′−ジピリジルケトンヒドラゾン溶液およびルンポクブフェロン溶 液、 （ｉ）ＴＣＥよりも屈折率の低いトリクロロエチレン（ＴＣＥ）の溶媒、 （ｊ）２，２′−ジピリジルケトンヒドラゾン溶液およびインドール−３−プロ ピオン酸、（ｋ）フェロジン、 （ｌ）ビス（２，４，６トリクロロフェル）蓚酸塩−Ｈ２Ｏ２−ペリレン、酸性 ジフエニルカルバジツド、およびロフィン／ＫＯＨ／Ｈ２Ｏ混合物、（ｍ）２， ３−ジアミノナフタレン、３．３′−ジアミノベンチジン、およびディチゾン、 （ｎ）２，３ナフタトリアゾールおよび１，１０フェナントロリン／エオシン混 合物、 （ｏ）ブチルローダミンＢ／塩化物混合物および５−ヒドロキシ−２−ヒドキシ −２−ヒドロキシメチル−１，４−ビロン、 （ｐ）Ｎ−（４−メチルウンベリフェロン−８−メチル）−１，１０−ジアゾ− １８クラウン−６、（ｑ）ｐ−ニトロフェニルヒドラジン、（ｒ）ベンチジンお よびテトラメチルジアミノトリフェニルメタン、 （ｓ）酸性ヴァニリンおよびアルコール脱水素酵素／水酸化亜鉛混合物、 （ｔ）ジヒドロアタリダンおよびインジゴブルー、（ｕ）マラカイトグリーン、 （ｖ）レッドトリン−バリウム錯体、 （ｗ）ＭＭおよびＢＢモノクロナール抗体、および蛍光性化合物で標議付けした ＭＢポリクロナール抗体、（ｘ）コカイン、カフェイン、クロルデン、メタドン 、モルフィネ、肝炎およびインフルエンザに特異性の抗体、 （ｙ）３α−ヒドロキシステロイド脱水素酵素、ピルビン酸脱水素酵素、アルデ ヒド脱水素酵素、およびコレステロール脱水素酵素から選択された酵素。
32. ３２．ｐＨを測定するための請求項１０記載のセンサにおいて、隔膜が水素イオ ン／オキソニウムイオン透過性の隔膜であって、検出試薬がｐＨに敏感な吸光染 料とｐＨに敏感な蛍光染料から選択されるセンサ。
33. ３３．請求項３２記載のセンサにおいて、吸光染料がフェノールレッド、クレゾ ールレッド、メチルバイオレットコンゴーレッド、フェノールフタレインおよび ブロモクレゾールパープルから選択されるセンサ。
34. ３４．請求項３２記載のセンサにおいて、吸光染料がｐＨに敏感な発蛍光団との 組合せで使用されるセンサ。
35. ３５．請求項３４記載のセンサにおいて、発蛍光団がエオシンであるセンサ。
36. ３６．請求項３２記載のセンサにおいて、蛍光染料がフルオレセイン、アクリジ ン、ウンベリフェロンおよびベータナフト−ルから選択されるセンサ。
37. ３７．請求項１０記載のヒ素用のセンサにおいて、隔膜がヒ素イオン透過性の隔 膜であって、検出溶液がトリウム−モリンキレート、ルミノール−（ＮＨ４）２ Ｍ０Ｏ４−ＮＨ４ＮＯ３混合物、モリブデン酸アンモニウム／塩化鉄混合物、お よびＮ−エチル−８−ヒドロキシテトラヒドロキノリン／塩化第２鉄混合物から 選択される、センサ。
38. ３８．請求項１９記載のヒ素用のセンサにおいて、第１の試薬がモリブデン酸ア ンモニウムであり、また第２の試案が塩化第一錫であるセンサ。
39. ３９．請求項１９記載のヒ素用のセンサにおいて、第１の試薬がＮ−エチル−８ −ヒドロキシテトラヒドロキノリンであり、また第２の試薬が塩化第二鉄である センサ。
40. ４０．請求項１０記載のベンゼン用のセンサにおいて、隔膜が高密度ポリエチレ ン、高密度ポリプロピレン、およびそれらのふつ素化した形態であり、また検出 試薬がベンゼンよりも低い屈折率を持ったベンゼン用溶媒であるセンサ。
41. ４１．請求項１０記載のシアン化物用のセンサにおいて、隔膜がシアン化物透過 性の隔膜であり、検出試薬がｐ−ベンゾキノンであるセンサ。
42. ４２．請求項１０記載のヒドラジン用のセンサにおいて、隔膜がヒドラジン透過 性の隔膜であり、検出試薬がネオクプリン第二銅溶液であるセンサ。
43. ４３．請求項１０記載の第二銅イオン用のセンサにおいて、隔膜が第二銅イオン 透過性の隔膜であり、検出試薬が２，２′−ジピリジルケトンヒドラゾン溶液お よびルンポクベロン溶液であるセンサ。
44. ４４．請求項１０記載のトリクロロエチレン（ＴＣＥ）用のセンサにおいて、隔 膜がＴＣＥ透過性のシリコーンポリマーであり、検出試薬がＴＣＥよりも低い屈 折率を持つＴＣＥ用の溶媒であるセンサ。
45. ４５．請求項４４記載のセンサにおいて、溶媒がエタノールまたはアセトンであ るセンサ。
46. ４６．請求項１０記載の第二水銀イオン用のセンサにおいて、隔膜が第二水銀イ オン透過性の隔膜であり、検出溶液が２，２′−ジピリジルケトンヒドラゾン溶 液およびインドール−３−プロピオン酸から選択されるセンサ。
47. ４７．請求項１０記載の鉄（２＋）用のセンサにおいて、隔膜が鉄（２＋）透過 性の隔膜であり、検出試薬がフェロジン溶液であるセンサ。
48. ４８．請求項１０記載のクロム用のセンサにおいて、隔膜がクロム透過性の隔膜 であり、検出試薬がシュウ酸ビス（２，４，６トリクロロフェニル）−Ｈ２０− ｐｅｒ−５ｙｌｅｎｅ、酸性ジフェニルカルバジド、およびロフィン／ＫＯＨ／ Ｈ２Ｏ２混合物から選択されるセンサ。
49. ４９．請求項１０記載のセレン用のセンサにおいて、隔膜がセレン透過性の隔膜 であり、検出試薬が２，３−ジアミノナフタレン、３，３′−ジアミノベンジジ ン、およびジチアジンとから選はれるセンサ。
50. ５０．請求項１０記載の銀用のセンサにおいて、隔膜が銀透過性の隔膜であり、 検出試薬が２，３ナフトトリアゾールおよび１，１０フェナントロリン／エオシ ン混合物とから選択されるセンサ。
51. ５１．請求項１０記載の金用のセンサにおいて、隔膜が金透過注の隔膜であり、 検出試薬がブチルローダミンＢ／塩化物混合物と５−ヒドロキシ−２−ヒドロキ シメチル−１，４−ピロンとから選択されるセンサ。
52. ５２．請求項１０記載のカルシウム用のセンサにおいて、隔膜がカルシウム透過 性の隔膜であって、検出試薬がＮ−（４−メチルウンベリフェロン−８−メチル ）−１，１０−ジアゾ−１８−クラウン−６であるセンサ。
53. ５３．請求項１０記載の塩素用のセンサにおいて、隔膜が塩素透過性の隔膜であ り、検出試薬がコンゴーレッドおよびフルオレセインから選択されるセンサ。
54. ５４．請求項１０記載のアルデヒド用のセンサにおいて、隔膜がアルデヒド透過 性の隔膜であり、検出試薬がｐ−ニトロフェニルヒドラジンであるセンサ。
55. ５５．請求項１０記載の血液用のセンサにおいて、隔膜が血液透過性の隔膜であ り、検出試薬がベンジジンおよびテトラメチルシアミノトリフェニルメタンから 選択されるセンサ。
56. ５６．請求項１０記載のアルコール用のセンサにおいて、隔膜がアルコール透過 性の隔膜であり、検出試薬が酸性バニリンおよびアルコール脱水素酵素／水酸化 亜鉛混合物から選択されるセンサ。
57. ５７．請求項１０記載のオゾン用センサにおいて、隔膜がオゾン透過性の隔膜で あり、検出試薬がジヒドロアタリタンおよびインジゴブルーから選択されるセン サ。
58. ５８．請求項１０記載の硫化物用のセンサにおいて、隔膜が硫化物透過性の隔膜 であり、検出試薬がマラカイトグリーンであるセンサ。
59. ５９．請求項１０記載の硫酸塩用のセンサにおいて、隔膜が硫酸塩透過性の隔膜 であり、検出試薬がレッドトリン／バリウム錯体であるセンサ。
60. ６０．請求項１０記載のクレアチンホスホキナーゼ用のセンサにおいて、隔膜が クレアチンホスホキナーゼ透過用の隔膜であり、検出試薬がＭＭ，ＢＢモノクロ ーン抗体とＭＢポリクローン抗体との混合物であるセンサ。
61. ６１．多重貯留化学センサであって、互いに隣接して配置され、その中を貫流す る流路を限定する第１および第２の貯留セル本体と、 第１および第２のセル本体の間の界面にあって流通路と交差する第１の半透膜と 、 各セル本体内の検出試薬と、 第１および第２のセル本体内に形成された測定対象種連通手段と、 前記セル本体の少なくとも１つに取付けられた光源と、前記セル本体の少なくと も１つに取付けられた検出器とを、 有するセンサ。
62. ６２．請求項６１記載のセンサにおいて、前記測定対象種連通手段がセル本体の 境界面から第１および第２のセル本体の反対側にあり、流通路の両端を覆ってい る第２および第３の半透膜を有するセンサ。
63. ６３．連続補給式または脈動補給式の貯留化学センサであって、 貯留セル本体と、 セル本体内の試薬流入手段と、 セル本体内のサンプル流出手段と、 セル本体の内部を照明するためにセル本体の一端に配置された光源と、 サンプル中の測定対象種の、セル本体内の検出試薬との相互作用によって生じる 効果を検出するために、光源からセル本体の反対側の端部に配置された検出器と を有するセンサ。
64. ６４．粒子の数を計数し、粒径を測定するための貯留センサであって、 貯留セル本体と、 間隔を置いてセル本体と交差して平行に配置された１対の金属板と、 前記金属板内に形成された光学的に透明なウインドウと、 前記金属板間でセル本体を通るサンプル流を生じる様にセル本体内に形成された 連通手段と、セル本体の一端に取付けられた光源とを、有し、光源、検出器およ びウィンドウによりその中を通る光学路を限定するセンサ。
65. ６５．請求項６４記載のセンサであって、更に金属板に接続された荷電手段を有 するセンサ。
66. ６６．複数の貯留センサを始動し、使用し、廃棄操作を行なうための装置であっ て、 複数の貯留センサを下方に移動可能に垂直に積重ねて保持するための垂直案内手 段と、 垂直案内手段内の第１の位置にある貯留センサを充填するための充填手段と、 垂直案内手段内の第２の位置に配置された光源と検出器であって、第２の位置に 於ける貯留センサから検出信号を生成するための光源と検出器とを有し、全貯留 センサを、充填、サンプリングおよび廃棄操作を行なうために連繞位置にある貯 留センサの積重ねを下方に移動せしめるセンサ。
67. ６７．貯留式化学センサであって、 センサ本体と、 センサ本体内に形成された貯留セル流通路と、センサ本体内の貯留セル流通路内 に取外し可能に合わせばめされた取外し可能なセル流通路と、貯留セルに光信号 を入力するためにセンサ本体に貯留セルの囲りに於て取付けられた少なくとも１ 個の照明源と、 貯留セルからの光信号を検出するためにセンサ本体に貯留セル流通路の囲りに於 て取付けられた少なくとも１個の検出器とを、 有するセンサ。