CN104422516A - 分光器所用的波长校准方法以及分光光度计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分光器所用的波长校准方法以及分光光度计。提供一种用于通过将来自发光强度包含预定周期的变化的标准光源的光照射到分光器的衍射光栅上并且测量该衍射光栅所反射的光的强度来进行具有衍射光栅的分光器的波长校准的方法。该方法包括以下步骤：在与包括标准光源所生成的亮线光谱光的峰值波长的范围的各波长相对应的衍射光栅的各转动位置处，在该周期内至少两次测量来自衍射光栅的反射光的强度；基于该转动位置处所获得的所有测量值来确定该转动位置处的强度值(201)；以及将强度值(201)最大的波长确定为亮线光谱光的峰值波长。

Description

分光器所用的波长校准方法以及分光光度计
技术领域
本发明涉及具有衍射光栅的分光器所用的波长校准方法和具有这种波长校准功能的分光光度计。
背景技术
具有衍射光栅的分光器用在诸如分光光度计或色谱仪所用的检测器等的各种装置中(参见专利文献1)。作为常用的分光光度计的一个示例，在图1中示出荧光分光光度计的示意结构(参见专利文献2)。荧光分光光度计100包括光源单元10、激励分光单元20、监视器单元30、试样室40和荧光分光单元50。
光源单元10包括聚光镜12，其中该聚光镜12用于会聚从光源11(例如，氙气灯)所出射的光。聚光镜12所会聚的光经由第一狭缝13行进至激励分光单元20内。
进入激励分光单元20的光被反射镜21反射至第一衍射光栅22并且经由该光栅22在波长方向上分散。经由衍射光栅22发生分散的光的一部分作为激励光穿过第二狭缝23并且进入监视器单元30。激励分光单元20还包括光栅驱动机构24，其中该光栅驱动机构24用于使衍射光栅22绕转动轴22a转动。可以通过经由光栅驱动机构24使衍射光栅22转动来将激励光的波长任意设置在预定波长范围内。
在监视器单元30中，在激励光的路径上配置分束器31，由此将该激励光分离成两个方向。也就是说，该激励光的一部分穿过分束器31，并且在被第一透镜32会聚之后到达试样室40内的试样池41。该激励光的其它部分被分束器31反射并且被第二透镜33会聚，从而最终被控制光检测器34(例如，光电二极管)检测到。
已到达试样池41的激励光使该池41中的试样发出荧光。该荧光的一部分被第三透镜42会聚并且进入荧光分光单元50。
进入荧光分光单元50的荧光的一部分穿过第三狭缝51并且到达第二衍射光栅52，以经由光栅52在波长方向上发生分散。具有特定波长的分散光的成分穿过第四狭缝53，从而最终被荧光检测器54(例如，光电倍增器)检测到。荧光分光单元50还包括光栅驱动机构55，其中该光栅驱动机构55用于使衍射光栅52绕转动轴52a转动。可以通过经由光栅驱动机构55使衍射光栅52转动来将利用荧光检测器54要检测的光的波长任意设置在预定波长范围内。
为了使用这种荧光分光光度计来正确地进行试样的分析，需要将穿过第二狭缝23的激励光的波长和穿过第四狭缝53的检测光的波长这两者分别设置为正确值。为此，需要进行“校准”、即需要进行用于对这些波长值进行校正的任务。
使用生成要用作基准的亮线光谱光的诸如钠灯或水银灯等的标准光源来进行分光器的波长校准(参见专利文献3和4)。在前述的荧光分光光度计的情况下，按照如下进行波长校准。最初，光源单元10被配置成可以将要用作基准的亮线光谱光供给至分光器。例如，这通过利用标准光源替代光源11、或者通过使用镜或相似元件将光路切换至波长校准所用的内置标准光源(在荧光分光光度计具有这种光源的情况下)来实现。随后，在分光器中的衍射光栅(第一衍射光栅22或第二衍射光栅52)在转动中的同时，监视来自控制光检测器34或荧光检测器54的输出，从而确定衍射光的强度最大的衍射光栅(第一衍射光栅22或第二衍射光栅52)的转动位置。然后，使给出最大强度的转动位置与标准光源的波长相关。因而，实现了波长校准。
在前述的波长校准方法中，在使衍射光栅以预设的波长分辨率为单位逐渐转动的同时，在各转动位置处检测分光器的衍射光接收器(例如，光电二极管或光电倍增器)处所接收到的光的强度，并且在预定范围的转动位置内确定接收光的强度最大的衍射光栅的转动位置。该方法存在如下问题：如果波长校准所用的标准光源的发光强度改变，则各转动位置处所检测到的接收光的强度改变，这样使得无法正确地确定接收光的强度最大的转动位置，由此无法正确地进行波长校准。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-194812A
专利文献2：日本特开2009-074877A
专利文献3：日本特开2000-074820A
专利文献4：日本特开2002-202189A
发明内容
发明要解决的问题
本发明要解决的问题是提供一种即使波长校准所用的标准光源的发光强度改变、也可以正确地进行波长校准的波长校准方法。
用于解决问题的方案
本发明人已发现，在使用商用电源作为波长校准所用的标准光源的电源的情况下，标准光源的发光强度可能改变，这样妨碍了正确的波长校准。也就是说，假定Ts表示商用AC(交流)电源交替改变的周期(Ts在日本东部为1/50秒并且在日本西部为1/60秒)，则商用电源的瞬时电力水平以等于Ts的1/2的周期T改变(T在日本东部为10ms并且在日本西部为8.3ms)。该变化在利用商用电源进行通电的标准光源的发光强度中表现为周期T的成分。该发现促成了本发明。
根据目的在于解决上述问题的本发明的分光器所用的波长校准方法是一种用于通过将来自发光强度包含预定周期的变化的标准光源的光照射到分光器的衍射光栅上、并且测量所述衍射光栅所反射的光的强度来进行波长校准的方法，所述方法包括以下步骤：
a)在与包括所述标准光源所生成的亮线光谱光的峰值波长的范围的各波长相对应的所述衍射光栅的各转动位置处，在所述周期内至少两次测量来自所述衍射光栅的反射光的强度；
b)基于该转动位置处所获得的所有测量值来确定该转动位置处的强度值；以及
c)将所述强度值最大的波长确定为所述亮线光谱光的峰值波长。
根据目的在于解决上述问题的本发明的一种分光光度计包括：
a)分光器，其具有：衍射光栅，用于接收并衍射来自发光强度包含预定周期的变化的、用于生成已知的亮线光谱光的标准光源的光；以及光栅驱动机构，用于使所述衍射光栅转动；
b)测光器，用于测量来自所述分光器的光的强度；
c)分光控制器，用于控制所述光栅驱动机构，以使所述衍射光栅在包括所述亮线光谱光的峰值波长的范围内以预定波长为单位进行转动；
d)发光强度确定器，用于在所述衍射光栅的各转动位置处利用所述测光器在所述周期内至少两次测量来自所述分光器的光的强度，并且基于该转动位置处所获得的所有测量值来确定该转动位置处的强度值；以及
e)峰值确定器，用于将所述范围内所述强度值最大的波长确定为所述亮线光谱光的峰值波长。
发光强度确定器可以通过求出所有测量值的最高测量值或最低测量值、或者通过计算所有测量值的诸如平均值或中间值等的统计量来确定各转动位置处的强度值。在任何情况下，需要的是基于统一标准在指定范围内的所有转动位置(波长)处确定强度值。
尽管在各预定周期内仅需进行至少两次来自分光器的光的强度的测量，但优选在各周期内进行五次以上的测量，以掌握标准光源的发光强度的详细变化。
发明的效果
在包括使分光器的衍射光栅以波长分辨率为单位转动、并且求出从标准光源生成的并被衍射光栅反射的光的发光强度最大的光栅的转动位置的步骤的波长校准方法中，可以通过在各转动位置处在标准光源的发光强度的各变化周期内至少两次测量来自光栅的反射光的强度、并且基于该转动位置处所获得的所有测量值确定该转动位置处的强度值，来消除标准光源的发光强度的周期变化的影响。
附图说明
图1是示出传统的荧光分光光度计的结构的示意图。
图2示出以下：(a)表示与衍射光栅的转动位置相对应的波长位置和从标准光源发出的并被衍射光栅反射的光的周期变化强度之间的关系的曲线图；以及(b)标绘出针对与衍射光栅的各转动位置相对应的各波长位置所确定的强度值的曲线图。
图3是示出本发明的荧光分光光度计的结构的示意图。
附图标记说明
1,100…荧光分光光度计
10…光源单元
11…光源
12…聚光镜
13,23,51,53…狭缝
20…激励分光单元
21…反射镜
22,52…衍射光栅
22a,52a…转动轴
24,55…光栅驱动机构
30…监视器单元
31…分束器
32,33,42…透镜
34…控制光检测器
40…试样室
41…试样池
50…荧光分光单元
54…荧光检测器
60…控制室
61…分光控制器
62…发光强度确定器
63…峰值确定器
具体实施方式
以下通过实施例来说明用于执行本发明的一个形态。
参考图2和3来说明本发明的实施例。在图2中，(a)是示出与衍射光栅的转动位置相对应的波长位置和从标准光源发出的并被衍射光栅反射的光的周期变化强度之间的关系的曲线图，并且(b)是标绘出针对与衍射光栅的各转动位置相对应的各波长位置所确定的强度值的曲线图。图3是示出本实施例的荧光分光光度计的结构的示意图。应当注意，除添加有包括分光控制器61、发光强度确定器62和峰值确定器63的控制室60以外，图3所示的本实施例的荧光分光光度计的结构与图1所示的传统荧光分光光度计相同。将不重复说明相同的组件。
在图3所示的本实施例的荧光分光光度计1中，在进行波长校准的情况下，利用作为标准光源的水银灯来替代通常使用的光源11，其中该水银灯生成峰值波长为253.7nm的亮线光谱光。从商用电源经由包括变压器的电源电路向该标准光源供给电力。因此，标准光源的发光强度包含以周期T等于商用AC电源的周期Ts的1/2的正弦波形式周期性地改变的成分。
为了校准的目的，仅需扫描包括标准光源的亮线光谱光的峰值波长(253.7nm)的有限波长范围。在本实施例中，将包括该峰值波长的范围204.0nm～303.4nm设置为波长校准的目标范围。
荧光分光光度计1的分光控制器61控制光栅驱动机构24或55，从而在与上述的波长校准的目标范围相对应的衍射光栅22或52的转动位置的预定范围内，以预设的波长分辨率为单位(α＝0.7nm)来分别使衍射光栅22或52绕转动轴22a或52a逐渐转动。
以下参考图2中的曲线图(a)来说明衍射光栅22或52在与波长A nm相对应的转动位置处的特定情况。在衍射光栅22或52保持处于该转动位置期间，利用测光器、即控制光检测器34或荧光检测器54来测量从水银灯发出的并被衍射光栅22或52反射的光的强度。
在变化周期T(在日本东部为10ms且在日本西部为8.3ms)内，至少进行两次测光器的测量。在本实施例中，如图2的曲线图(a)所示，在各周期T内进行六次测量。为了在各周期T内进行至少两次测量，需要在5ms(或4ms)或者更短的时间段内完成测光器的各测量。测量次数越大，一次测量所用的时间段需要得越短。利用通常的光电检测器，对于一次测量，仅需多达几十μs或几百μs的短的时间段。
在图2的曲线图(a)中，存在六个点，其中这六个点表示通过对从水银灯发出的并被保持在与波长A nm相对应的转动位置处的衍射光栅22或52反射的光的强度进行六次测量所获得的结果。这六个测量结果具有不同的强度值。在图2的曲线图(a)所示的示例中，选择六个测量值的最高测量值作为衍射光栅22或52的当前转动位置处的强度值。发光强度确定器62选择产生了最高强度的第二次测量的结果作为与波长A nm相对应的衍射光栅22或52的转动位置处的强度值201。可选地，代替选择测量值的最高测量值作为衍射光栅22或52的转动位置处的强度值201，发光强度确定器62可以选择测量值中的最低强度或者计算测量值的例如平均值或中间值等的统计量。在任何情况下，需要的是基于统一标准来确定强度值。
接着，光栅驱动机构24或55使衍射光栅22或52转动至与波长(A+α)nm相对应的转动位置。然后，在使光栅保持于该位置期间，使用测光器、即控制光检测器34或荧光检测器54来再次测量从水银灯发出的并被衍射光栅22或52反射的光的强度。在图2的曲线图(a)中还标绘出该位置处所进行的六次测量的结果。与A nm的情况相同，发光强度确定器62选择产生了六个测量值的最高测量值的第二次测量的结果作为与波长A+αnm相对应的衍射光栅22或52的转动位置处的强度值201。
通过在波长校准所用的目标范围内重复进行用于测量来自分光器的光的强度并确定衍射光栅22或52的各转动位置处的强度值201的处理，如图2的曲线图(b)所示，获得了标绘出针对与衍射光栅22或52的各转动位置相对应的各波长位置所确定的强度值201的曲线图。
在图2的曲线图(b)中所标绘的衍射光栅22或52的各转动位置处所获得的强度值201中，存在获得了最大强度值的点202。用于确定强度值最大的波长的峰值确定器63确定与该点202相对应的波长，并且确定为该波长与用作标准光源的水银灯所生成的亮线光谱光的峰值波长253.7nm相对应。然后，使与该波长相对应的衍射光栅22或52的转动位置与用作标准光源的水银灯所生成的亮线光谱光的峰值波长253.7nm相关，并且基于该关系来进行荧光分光光度计1的校准。
在本实施例中，使用生成峰值波长为253.7nm的亮线光谱光的水银灯作为标准光源。本发明不限于该示例；可以使用诸如钠灯等的能够生成具有特定峰值波长的亮线光谱光的任何类型的光源。此外，代替临时将标准光源置入荧光分光光度计1内以替代光源11，可以提供内置有波长校准所用的标准光源的荧光分光光度计，以使得可以通过使用镜或相似元件将光路切换至波长校准所用的标准光源侧来进行校准。
本发明不仅可应用于前面所述的标准光源的发光强度以周期T等于商用AC电源的周期Ts的1/2的正弦波形式周期性地改变的情况；本发明还可应用于发光强度以三角形或矩形波的形式周期性地改变的情况、或者标准光源的发光强度由于除商用电源的使用以外的某些原因而周期性地改变的情况。通过在衍射光栅的各转动位置处在标准光源的变化周期内至少两次测量来自衍射光栅的反射光、并且根据统一标准基于所有测量值来确定衍射光栅的转动位置处的强度值，可以消除标准光源的发光强度的周期变化的影响并且可以正确地确定使标准光源的发光强度最大的波长。

Claims (4)

1.一种用于通过将来自发光强度包含预定周期的变化的标准光源的光照射到分光器的衍射光栅上、并且测量所述衍射光栅所反射的光的强度来进行波长校准的方法，所述方法包括以下步骤：
a)在与包括所述标准光源所生成的亮线光谱光的峰值波长的范围的各波长相对应的所述衍射光栅的各转动位置处，在所述周期内至少两次测量来自所述衍射光栅的反射光的强度；
b)基于该转动位置处所获得的所有测量值来确定该转动位置处的强度值；以及
c)将所述强度值最大的波长确定为所述亮线光谱光的峰值波长。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述强度值是所有测量值的最高测量值。
3.一种分光光度计，包括：
a)分光器，其具有：衍射光栅，用于接收并衍射来自发光强度包含预定周期的变化的、用于生成已知的亮线光谱光的标准光源的光；以及光栅驱动机构，用于使所述衍射光栅转动；
b)测光器，用于测量来自所述分光器的光的强度；
c)分光控制器，用于控制所述光栅驱动机构，以使所述衍射光栅在包括所述亮线光谱光的峰值波长的范围内以预定波长为单位进行转动；
d)发光强度确定器，用于在所述衍射光栅的各转动位置处利用所述测光器在所述周期内至少两次测量来自所述分光器的光的强度，并且基于该转动位置处所获得的所有测量值来确定该转动位置处的强度值；以及
e)峰值确定器，用于将所述范围内所述强度值最大的波长确定为所述亮线光谱光的峰值波长。
4.根据权利要求3所述的分光光度计，所述强度值是所有测量值的最高测量值。
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