CN102308199A - 样品分析装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以得到高精度的测定结果的样品分析装置，该样品分析装置包括：样品池部(2)，构成多个池空间(S1)、(S2)；光源部(31)、(32)，向各池空间(S1)、(S2)照射相互不同波长范围的光；多个准直镜(61)、(62)，与各池空间(S1)、(S2)的每一个对应设置，使透射过池空间(S1)、(S2)的透射光成为平行光；衍射光栅(7)，对通过准直镜(61)、(62)成为了平行光的反射光进行分光；聚光镜(9)，对通过衍射光栅(7)分光后的光进行聚光；以及光检测器(10)，对通过聚光镜(9)聚集后的光进行检测。

Description

样品分析装置
技术领域
本发明涉及样品分析装置，该样品分析装置利用通过对样品照射光，并对透射过所述样品的透射光进行分光得到的吸收光谱，来分析样品中的成分浓度。
背景技术
如专利文献1所示，作为所述的样品分析装置，将来自例如卤素灯等光源的光通过聚光透镜进行聚光后向样品池照射，并对通过所述样品池后的透射光通过衍射光栅进行分光后，再通过多通道检测器检测后计算出吸收光谱，来分析样品的成分浓度。
在利用所述样品分析装置测定样品的吸光度的情况下，吸光度的大小在吸光度为1(透射率10％)～吸光度为2(透射率1％)左右时最适于测定。这是因为：吸光度在2以上，则透射光的光量变小，受到测定系统的噪声影响，从而难以进行精度良好的浓度测定，而另一方面，吸光度在1以下时，因所含成分浓度的变化造成的吸光度的变化减小，也难以进行精度良好的浓度测定。
例如，在样品池的池长(cell length)(池内部的光路长)为1mm的情况下，设想一种样品，该样品在波长范围A的照射光下的吸光度为0.1，在波长范围B的照射光下的吸光度为1.0。因为样品的吸光度与样品浓度和光路长成正比(朗伯比尔定律)，在样品池的光路长为10mm的情况下，在波长范围A的照射光下的吸光度为1，在波长范围B的照射光下的吸光度为10。在该情况下，对于以往的样品分析装置，使用光路长10mm的样品池在波长范围A的照射光下进行测定，或者使用光路长1mm的样品池在波长范围B的照射光下进行测定。
在测定多成分样品等复杂的样品的情况下，吸收光谱的波长范围越宽，通常越能够提高测定浓度的精度，因此可以考虑进行使用光路长10mm的样品池在波长范围A的照射光下的测定以及使用光路长1mm的样品池在波长范围B的照射光下的测定这双方的测定。具体而言，在将分光器设计为可以对包含波长范围A和波长范围B的宽范围的波长范围进行测定的基础上，通过机械式的移动机构移动具有两个光路长的样品池。
但是，由于在所述方法中切换样品池需要花费时间，所以存在为了计算出浓度需要耗费时间的问题。此外，因为需要在较宽的波长范围内进行测定，所以在使用多通道检测器的情况下，检测器每1通道的波长范围变宽，波长分辨率变差。
此外，虽然可以考虑在每个对应的波长范围设置样品池和检测器的结构，但会造成零件个数增加，存在导致成本增加的问题。
另外，如专利文献2所示，也有可以通过一个阵列器件(光检测器)检测出两个波长范围的光的装置。具体而言，对应各波长范围分别设置不同的入射口，并且以使针对各波长范围的中心波长在分散元件的衍射角相同的方式设定所述入射口。
但是，所述装置丝毫未考虑所述的光路长与照射光的波长的关系，只不过是在确保期望的波长分辨率的同时扩大测定波长范围的装置。
专利文献1：日本专利公开公报特开2002-82050号
专利文献2：日本专利公开公报特开平8-254464号
发明内容
本发明是为了一举解决所述问题而做出的发明，本发明的主要目的是：可以尽可能地减少零件个数，并且可以对吸收率(透射率)不同的两个以上的波长范围的吸收光谱以适合各个波长范围的池长进行测定，从而可以得到高精度的测定结果。
即，本发明的样品分析装置，其特征在于，利用通过对样品照射光而得到的吸收光谱来分析样品的成分浓度，所述样品分析装置包括：样品池部，构成具有相互不同池长的多个池空间；光源部，向各所述池空间照射相互不同波长范围的光；多个准直镜，与各所述池空间的每一个对应设置，使透射过所述池空间的透射光成为平行光；衍射光栅，对通过所述准直镜成为了平行光的反射光进行分光；聚光镜，对通过所述衍射光栅分光后的光进行聚光；以及光检测器，对通过所述聚光镜聚集后的光进行检测，其中，以使从各准直镜朝向所述衍射光栅的反射光的入射角度相互不同的方式设置所述多个准直镜。
按照所述的样品分析装置，由于向池长不同的多个池空间照射不同波长范围的光，所以通过对吸光度(吸收率)不同的两个以上的波长范围的样品的吸收光谱以适合各个波长范围的光路长进行测定，可以得到高精度的测定结果。此外，共用衍射光栅、聚光镜和光检测器，因此可以尽量减少零件个数。另外，对应每个池空间设置有准直镜，所以通过调节准直镜的位置，可以改变通过光检测器检测的波长范围，可以容易地检测符合测定对象的波长范围。
特别是为了使用样品的吸收大的波长范围和样品的吸收小的波长范围双方来测定样品的吸光度，从而高精度地测定样品浓度，本发明还提供一种样品分析装置，利用通过对样品照射光而得到的吸收光谱来分析样品的成分浓度，所述样品分析装置包括：样品池部，具有收容样品的第一池空间以及池长比所述第一池空间短的第二池空间；第一光源，对所述第一池空间照射样品的吸收小的波长范围的光；第二光源，对所述第二池空间照射样品的吸收大的波长范围的光；第一准直镜，与所述第一池空间对应设置，使来自所述第一池空间的透射光成为平行光；第二准直镜，与所述第二池空间对应设置，使来自所述第二池空间的透射光成为平行光；衍射光栅，对通过所述第一准直镜和所述第二准直镜成为了平行光的反射光进行分光；聚光镜，对通过所述衍射光栅分光后的光进行聚光；以及光检测器，对通过所述聚光镜聚集后的光进行检测，其中，使从所述第一准直镜朝向所述衍射光栅的反射光的入射角度与从所述第二准直镜朝向所述衍射光栅的反射光的入射角度相互不同。
为了利用一个样品池部简单地构成第一池空间和第二池空间，并且削减零件个数，优选的是，所述样品池部形成为断面大体为长方形的具有透光性的筒状，由在长边方向上相对的侧壁构成所述第一池空间，由在短边方向上相对的侧壁构成所述第二池空间。
另外，优选的是，代替所述第一光源和所述第二光源，使用光学透镜将来自一个光源的光分成两个光束，并向所述第一池空间和所述第二池空间照射各光束。
按照如上所述结构的本发明，可以尽可能地减少零件个数，并且可以对吸收率(透射率)不同的两个以上的波长范围的吸收光谱以适合各个波长范围的池长进行测定，从而可以得到高精度的测定结果。
附图说明
图1是示意表示本实施方式的样品分析装置的结构图。
图2是表示针对衍射光栅的反射光的入射角度和衍射角度的示意图。
图3是示意表示变形实施方式的样品分析装置的结构图。
图4是表示样品池部的变形例的图。
图5是示意表示变形实施方式的样品分析装置的结构图。
附图标记说明
100…样品分析装置
2…样品池部
S1…第一池空间
S2…第二池空间
31…第一光源
32…第二光源
61…第一准直镜
62…第二准直镜
7…衍射光栅
9…聚光镜
10…光检测器
α1，α2…入射角度
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的样品分析装置100进行说明。另外，图1是示意表示本实施方式样品分析装置100的结构图，图2是针对衍射光栅7的反射光的入射角度α1、α2和衍射角度β的示意图。
<1.装置结构>
如图1所示，本实施方式的样品分析装置100包括：样品池部2，用来收容样品；第一光源31和第二光源32，向所述样品池部2照射规定波长范围的光；第一准直镜61和第二准直镜62，使透射过样品池部2的透射光成为平行光；衍射光栅7，对通过所述第一准直镜61、第二准直镜62成为了平行光的反射光进行分光；聚光镜9，对通过所述衍射光栅7分光后的衍射光进行聚光；以及光检测器10，对通过所述聚光镜9聚集后的光进行检测。
样品池部2具有收容样品的第一池空间S1以及池长(光路长)与所述第一池空间S1不同的第二池空间S2。在本实施方式中，样品分析装置100包括：第一样品池21，构成第一池空间S1；以及第二样品池22，构成第二池空间S2。更具体而言，第二池空间S2的池长比第一池空间S1的池长短。即，第一样品池21的内壁面间的距离(池长)W1和第二样品池22的内壁面间的距离(池长)W2的关系为：W1＞W2。
第一光源31是例如卤素灯等连续光谱光源，第一光源31与第一池空间S1(第一样品池21)对应设置，对收容在第一池空间S1内的样品照射光。此外，第一光源31照射收容在第一池空间S1内的样品的吸收小的波长范围的光。从第一光源31射出的光，通过聚光透镜41被聚集并向第一池空间S1照射。
第二光源32是例如卤素灯等连续光谱光源，第二光源32与第二池空间S2(第二样品池22)对应设置，对收容在第二池空间S2内的样品照射光。此外，第二光源32照射收容在第二池空间S2内的样品的吸收大的波长范围的光。从第二光源32射出的光，通过聚光透镜42被聚集并向第二池空间S2照射。在此，从第一光源31射出的光的波长范围与从第二光源32射出的光的波长范围不同。此外，所谓波长范围不同是指相互的波长范围不重叠的不同的波长范围，此外也指波长范围部分重叠的不同的波长范围，此外还指一方的波长范围包含另一方的波长范围的不同的波长范围。
在第一光源31和第一样品池21之间以及第二光源32和第二样品池22之间，设置有切换机构5，该切换机构5用于进行切换使得仅使来自第一光源31的光或来自第二光源32的光中的一方选择性地向第一样品池21或第二样品池22照射。使用机械快门等构成所述切换机构5，并通过未图示的控制部控制所述切换机构5。
第一准直镜61是与第一池空间S1(第一样品池21)对应设置的凹面镜，将通过第一池空间S1后的来自第一光源31的光(透射光)反射成平行光。
第二准直镜62是与第二池空间S2(第二样品池22)对应设置的凹面镜，将通过第二池空间S2后的来自第二光源32的光(透射光)反射成平行光。
衍射光栅7将通过第一准直镜61和第二准直镜62作为平行光被反射的反射光按照波长进行分光。
在所述结构中，进一步将多个第一准直镜61、第二准直镜62设置为：使得由第一准直镜61、第二准直镜62反射的射向衍射光栅7的反射光的入射角度相互不同。
即，如图2所示，使从第一准直镜61朝向衍射光栅7的反射光的入射角度α1与从第二准直镜62朝向衍射光栅7的反射光的入射角度α2相互不同。更详细而言，使入射角度α1＞入射角度α2。此外，使从第一准直镜61入射的反射光的衍射角度β与从第二准直镜62入射的反射光的衍射角度β大体相同。
另外，在第一样品池21与第一准直镜61之间以及第二样品池22与第二准直镜62之间，设置有用于消除杂散光的狭缝81、82。具体而言，在透射光的焦点位置附近，以仅使在该焦点位置聚集的透射光通过的方式设置狭缝81、82。
聚光镜9由凹面镜构成，聚光镜9用于将通过衍射光栅7分光后的大体全部的光聚集到光检测器10的光检测面上。
光检测器10是多通道检测器，对由作为凹面镜的聚光镜9反射、聚集的光在每个波长进行检测。另外，光检测器10与计算部13连接，由所述光检测器10得到的光强度信号经过放大器11、AD转换器12输入到计算部13(由CPU等构成)。所述计算部13将所述光强度信号转换为吸收光谱，并且根据所述吸收光谱计算出样品的多成分的浓度值。此外，计算部13上连接有显示部14，显示部14用于显示通过所述计算部13求出的多成分的浓度值。
<2.本实施方式的效果>
按照如上所述构成的本实施方式的样品分析装置100，由于向池长不同的多个池空间照射不同波长范围的光，所以通过对吸光度(吸收率)不同的两个以上的波长范围的样品的吸收光谱以分别适合各个波长范围的光路长进行测定，可以得到高精度的测定结果。具体而言，向光路长小的第一池空间照射样品的吸收小的波长范围的光，向光路长大的第二池空间照射样品的吸收大的波长范围的光，因此可以高精度地测定样品的成分浓度。此外，因为共用衍射光栅7、聚光镜9和光检测器10，所以能够尽可能地减少零件个数。另外，由于与每个第一池空间S1、第二池空间S2分别对应设置第一准直镜61、第二准直镜62，所以通过调节第一准直镜61、第二准直镜62的位置，可以改变由光检测器10检测的波长范围，可以容易地对符合测定对象的波长范围进行检测。
<3.其他的变形实施方式>
此外，本发明不限于所述实施方式。
例如，所述实施方式的样品池部2是分别单独设置两个种类的样品池从而构成两个种类的池空间，另外如图3所示，样品池部2也可以形成为断面大体为长方形的具有透光性的筒状，由在长边方向上相对的侧壁构成第一池空间S1，并且由在短边方向上相对的侧壁构成第二池空间S2。此时设置为：使第一光源31向短边方向的侧壁照射光，并且使第二光源32向长边方向的侧壁照射光。由此，通过一个样品池就可以构成第一池空间S1和第二池空间S2，所以可以使装置结构简单并可以减少零件个数。
如图4所示，在样品池部2由一个样品池构成的情况下，也可以由具有宽幅部和窄幅部的样品池来构成第一池空间S1和第二池空间S2。
另外，在所述实施方式中，通过设置第一光源和第二光源来构成光源部，此外，如图5所示，也可以设置一个光源3作为光源部，使用光学透镜(图5中的准直透镜40和聚光透镜41、42)将来自所述光源3的光分成两个光束部，并对第一池空间S1和第二池空间S2照射各光束。
此外，也可以适当组合所述实施方式及变形实施方式的一部分或全部，不言而喻，本发明不限于所述实施方式，在不脱离本发明技术思想的范围内可以进行各种变形。
工业实用性
按照本发明，可以尽可能地减少零件个数，并且可以对吸收率(透射率)不同的两个以上波长范围的吸收光谱以适合各个波长范围的池长进行测定，从而可以得到高精度的测定结果。

Claims (4)

1.一种样品分析装置，利用通过对样品照射光而得到的吸收光谱来分析样品的成分浓度，所述样品分析装置的特征在于包括：
样品池部，构成具有相互不同池长的多个池空间；
光源部，向各所述池空间照射相互不同波长范围的光；
多个准直镜，与各所述池空间的每一个对应设置，使透射过所述池空间的透射光成为平行光；
衍射光栅，对通过所述准直镜成为了平行光的反射光进行分光；
聚光镜，对通过所述衍射光栅分光后的光进行聚光；以及
光检测器，对通过所述聚光镜聚集后的光进行检测，其中，
以使从各准直镜朝向所述衍射光栅的反射光的入射角度相互不同的方式设置所述多个准直镜。
2.一种样品分析装置，利用通过对样品照射光而得到的吸收光谱来分析样品的成分浓度，所述样品分析装置的特征在于包括：
样品池部，具有收容样品的第一池空间以及池长比所述第一池空间短的第二池空间；
第一光源，对所述第一池空间照射样品的吸收小的波长范围的光；
第二光源，对所述第二池空间照射样品的吸收大的波长范围的光；
第一准直镜，与所述第一池空间对应设置，使来自所述第一池空间的透射光成为平行光；
第二准直镜，与所述第二池空间对应设置，使来自所述第二池空间的透射光成为平行光；
衍射光栅，对通过所述第一准直镜和所述第二准直镜成为了平行光的反射光进行分光；
聚光镜，对通过所述衍射光栅分光后的光进行聚光；以及
光检测器，对通过所述聚光镜聚集后的光进行检测，其中，
使从所述第一准直镜朝向所述衍射光栅的反射光的入射角度与从所述第二准直镜朝向所述衍射光栅的反射光的入射角度相互不同。
3.根据权利要求2所述的样品分析装置，其特征在于，所述样品池部形成为断面大体为长方形的具有透光性的筒状，由在长边方向上相对的侧壁构成所述第一池空间，由在短边方向上相对的侧壁构成所述第二池空间。
4.根据权利要求2所述的样品分析装置，其特征在于，代替所述第一光源和所述第二光源，使用光学透镜将来自一个光源的光分成两个光束，并向所述第一池空间和所述第二池空间照射各光束。
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