DE102013005455B4

DE102013005455B4 - Zirkulardichroismus-Spektrometer mit einem Ausrichtungsmechanismus

Info

Publication number: DE102013005455B4
Application number: DE102013005455.9A
Authority: DE
Inventors: Tetsuji Sunami; Jun Koshoubu
Original assignee: Jasco Corp
Current assignee: Jasco Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: DE102013005455A1; US8749780B2; JP2013205275A; US20130258334A1; JP5890719B2

Abstract

Zirkulardichroismus-Spektrometer, umfassend:eine Lichtquelle (10), die auf eine Probe auszustrahlendes Licht emittiert,einen Polarisator (18), der Licht von der Lichtquelle (10) in linear polarisiertes Licht umwandelt,einen photoelastischen Modulator (20), der das linear polarisierte Licht in rechtsgängig zirkular polarisiertes Licht und linksgängig zirkular polarisiertes Licht alternierend und zyklisch umwandelt,einen Probentisch (21), auf welchem die Probe an einer Position angeordnet wird, an welcher das rechtsgängig zirkular polarisierte Licht oder das linksgängig zirkular polarisierte Licht ausgestrahlt wird,eine detektorseitige Fokussierungslinse (22), die Licht sammelt, das durch die Probe auf dem Probentisch (21) übertragen wird,einen Detektor (24), der das durch die detektorseitige Fokussierungslinse (22) gesammelte Licht erfasst,einen Lock-in-Verstärker (38), der ein AC-Signal synchron zu einem Bezugssignal extrahiert, das dieselbe Frequenz wie eine Frequenz einer Spannung aufweist, die an den photoelastischen Modulator (20) angelegt ist,einen Spektrumprozessor (60), der ein Zirkulardichroismus-Spektrum auf der Basis des AC-Signals, das von dem Lock-in-Verstärker (38) erhalten ist, erhält,einen Bezugsprobepositionierer, der eine Bezugsprobe auf dem Probentisch (21) anordnet,einen Fokussierungslinse-Positions- und -Orientierungs-Einstellungsmechanismus (54), der eine Position der detektorseitigen Fokussierungslinse (22) in einer Richtung einer Entfernung zu der Probe und in einer Richtung einer Ebene senkrecht zu dem durch die Probe übertragenen Licht sowie eine Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse (22) einstellt, undeinen Spektrumform-Analysator (64), der eine erste Ableitung des von dem Spektrumprozessor (60) erhaltenen Zirkulardichroismus-Spektrums erhält und eine Form der ersten Ableitung des Zirkulardichroismus-Spektrums analysiert,wobei der Bezugsprobepositionierer ein optisches Enantiomer, welches entweder eine D-Form oder eine L-Form von optischen Enantiomeren darstellt, als eine Bezugsprobe auf dem Probentisch (21) anordnet,wobei der Spektrumprozessor (60) ein Zirkulardichroismus-Spektrum des einen optischen Enantiomers erhält,wobei der Spektrumform-Analysator (64) eine erste Ableitung des Zirkulardichroismus-Spektrums des einen optischen Enantiomers berechnet und die Form der ersten Ableitung des Zirkulardichroismus-Spektrums mit einer Form eines Bezugsspektrums entsprechend dem einen optischen Enantiomer vergleicht,wobei der Fokussierungslinse-Positions- und - Orientierungs-Einstellungsmechanismus (54) die Position und die Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse (22) derart einstellt, dass die erste Ableitung des Zirkulardichroismus-Spektrums des einen optischen Enantiomers mit dem Bezugsspektrum bezogen auf das eine optische Enantiomer übereinstimmt,wobei der Bezugsprobepositionierer auch das andere optische Enantiomer auf dem Probentisch (21) anordnet,wobei der Spektrumprozessor (60) auch ein Zirkulardichroismus-Spektrum des anderen optischen Enantiomers erhält,wobei der Spektrumform-Analysator (64) auch eine erste Ableitung des Zirkulardichroismus-Spektrums des anderen optischen Enantiomers erhält und die Formen der Zirkulardichroismus-Spektren der D- und L-Formen vergleicht,wobei der Fokussierungslinse-Positions- und - Orientierungs-Einstellungsmechanismus (54) auch die Position und die Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse (22) derart einstellt, dass die Zirkulardichroismus-Spektren der D- und L-Formen um eine Wellenzahlachse oder eine Wellenlängenachse symmetrisch sind.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung basiert auf und nimmt die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-075506 (Offenlegungsschrift JP 2013 - 205 275 A ), eingereicht am 29. März 2012, in Anspruch, deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme enthalten ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Zirkulardichroismus-Spektrometer, und insbesondere auf eine Ausrichtung von optischen Positionen von Elementen in einem Zirkulardichroismus-Spektrometer.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Zwei gegebene Moleküle, die aus identischen Atomen bestehen und durch eine identische chemische Formel ausgedrückt sind, können unterschiedliche Stereostrukturen aufweisen, wie etwa Spiegelbilder. Diese Beziehung wird Chiralität genannt, und die Stereostrukturen weisen linksgängige (mit „L“ bezeichnet) und rechtsgängige (mit „D“ bezeichnet) Formen auf. Die L- und D-Formen weisen dasselbe Molekulargewicht und dieselbe Bindungsenergie auf, und ihre physikalischen Eigenschaften, wie etwa Konzentration, Schmelzpunkt, Siedepunkt, Brechungsindex und thermische Leitfähigkeit sind auch gleich. Es ist schwierig, die Stereostrukturen auseinanderzuhalten.
Die L- und D-Formen können jedoch komplett verschiedene biochemische Eigenschaften aufweisen. Aus pharmazeutischer oder biochemischer Sicht ist es notwendig, die absolute Konfiguration der Moleküle zu bestimmen. Die Stereostrukturen werden basierend auf einer optischen Rotation analysiert, welche eine Eigenschaft ist, die viele chirale Moleküle im Allgemeinen aufweisen.
Wenn die optische Rotation analysiert wird, wird rechtsgängig zirkular polarisiertes Licht und linksgängig zirkular polarisiertes Licht auf eine Probe gestrahlt, und der Unterschied bezüglich einer Absorption wird gemessen. Dieser Unterschied bezüglich einer Absorption ist in vielen Fällen sehr klein und steigt lediglich um den Absorptionsspitzenwert der Probe an. Deshalb wird die optische Rotation einer Probe im Allgemeinen um den Absorptionsspitzenwert der Probe analysiert.
Zirkulardichroismus (CD: „circular dichroism“)-Spektrometer, die ultraviolett sichtbare CD-Spektren messen, waren in der Vergangenheit vorherrschend. Nachdem die Technologie weiterentwickelt wurde, wurden Vibrationszirkulardichroismus (VCD: „vibrational circular dichroism“)-Spektrometer, die Infrarot-VCD-Spektren messen, weiter verbreitet. Im Vergleich zu CD-Spektren lassen VCD-Spektren zu, dass mehr Absorber gemäß den Übergängen von molekularen Vibrationszuständen beobachtet werden, und bieten mehr Informationen an.
Das Verfahren zum Messen von VCD-Spektren wird nun beschrieben. Der L-Form-Absorptionsgrad A_L wird gemessen; der D-Form-Absorptionsgrad A_R wird gemessen; und die Differenz ΔA (ΔA = A_L - A_R) bezüglich des Absorptionsgrads wird berechnet. Dann wird die Elliptizität Θ wie folgt erhalten: $tan Θ = Δ A / (A_{L} + A_{R})$
Dann werden molekulare Extinktionskoeffizienten (ε_R, ε_L) wie folgt erhalten: $Θ \cdot 180 / π \cdot 10 \cdot M / c = 3300 (ε_{L} - ε_{R})$
wobei M ein Molekulargewicht darstellt und c eine Konzentration darstellt.
Wenn ε_L - ε_R positiv ist, ist das elliptisch polarisierte Licht rechtsgängig; wenn ε_L - ε_R negativ ist, ist das elliptisch polarisierte Licht linksgängig.
Ein Zirkulardichroismus-Spektrum (CD-Spektrum) kann in dem X-Y-Koordinatensystem geplottet werden, wobei die vertikale Achse ΔA oder ε_L - ε_R der L-Form und die horizontale Achse die Wellenlänge A darstellt. Die auf demselben Graphen geplotteten CD-Spektren der L- und D-Formen weisen symmetrische Formen und unterschiedliche Absolutwerte auf.
Das VCD-Spektrometer verwendet einen photoelastischen Modulator (PEM: „photoelastic modulator“). Der PEM umfasst das an einem ZnSe-Kristall angebrachte piezoelektrische Element. Der ZnSe-Kristall ist durch das piezoelektrische Element verzerrt, an welchem eine Spannung angelegt ist. Demzufolge tritt eine Doppelbrechung in dem ZnSe-Kristall auf. Wenn die angelegte Spannung mit einer vorbestimmten Frequenz variiert, kann das linksgängig zirkular polarisierte Licht und das rechtsgängig zirkular polarisierte Licht alternierend erzeugt werden.
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2004- 0 202 539 A
Patentliteratur 2: JP 2005- 0 043 100 A
Patentliteratur 3: US 2003 / 0 234 937 A1

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der PEM kann Licht in einem gewünschten Wellenlängenbereich in zirkular polarisiertes Licht leicht umwandeln. Wenn sich der Wellenlängenbereich ändert, ändern sich auch die optischen Eigenschaften des zirkular polarisierten Lichts, und eine Neuausrichtung wird demzufolge notwendig. In der Vergangenheit wurde eine vorbestimmte Ausrichtung gemäß der Änderung in optischen Eigenschaften angewendet, und die Elemente des VCD-Spektrometers wurden an denselben Positionen eingestellt.
Nach einem langen Gebrauch könnten die Elemente in dem VCD-Spektrometer variieren. Sogar, falls die Elemente in ihren Werkseinstellungen eingestellt sind, kann der Polarisationsstatus in einigen Fällen nicht wiederhergestellt werden, und erwünschte CD-Spektren können nicht erhalten werden. Sogar, falls beispielsweise identische Zellen verwendet werden, kann die Grundlinie der VCD-Spektren aufgrund der individuellen Variabilität der für eine lange Zeit verwendeten Zellen ungleichmäßig werden. Die individuelle Variabilität der Elemente kann auch zu einem Artefaktspektrum führen, wodurch verhindert wird, dass hochsymmetrische VCD-Spektren gemessen werden.
Demzufolge ist es notwendig, dass das Zirkulardichroismus-Spektrometer einen Ausrichtungsmechanismus aufweist, der die Positionen von Elementen automatisch einstellt, unter Berücksichtigung der individuellen Variabilität der Elemente aufgrund von zeitlich bedingten Änderungen oder anderer Gründe.
Die vorliegende Erfindung wird bereitgestellt, um hochsymmetrische Zirkulardichroismus-Spektren von L- und D-Formen zu messen, indem die individuelle Variabilität der Elemente durch eine geeignete Ausrichtung aufgehoben wird, und um den Einfluss einer ungleichmäßigen Grundlinie zu beseitigen, indem eine Vorverarbeitung durchgeführt wird, die sich von einer Grundlinienkorrektur unterscheidet. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Zirkulardichroismus-Spektrometer bereitzustellen, das einen Ausrichtungsmechanismus aufweist, der dessen Elemente an geeigneten Positionen automatisch einstellt.
Ein Ausrichtungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einem VCD-Spektrometer installiert, um einen Detektor automatisch einzustellen, eine detektorseitige Fokussierungslinse zum Führen des durch die Probe übertragenen Lichts in Richtung des Detektors, und dergleichen.
Eine Ausrichtungsprozedur wird im Folgenden beschrieben. Die Fokusposition der detektorseitigen Fokussierungslinse wird zunächst eingestellt (Einstellung der Entfernung zwischen dem Detektor und der detektorseitigen Fokussierungslinse, nachstehend als Positionseinstellung in der Entfernungsrichtung bezeichnet). Die Ausgabestrahlen eines Interferometers werden überwacht, und die Position und die Orientierung eines fixierten Spiegels des Interferometers werden eingestellt. Dann wird die Intensität der Ausgabestrahlen gemessen, um zu überprüfen, dass die Ausgabestrahlen normal sind. Eine Bezugsprobe der D- (rechtsgängig) oder L- (linksgängig) -Form wird auf einem Probentisch angeordnet, und die Fokusposition wird eingestellt durch eine Einstellung der Entfernungsrichtung in jedem Messungswellenlängenbereich. Molekulare Extinktionskoeffizienten (_εR, ε_L) von linksgängig zirkular polarisiertem Licht und rechtsgängig zirkular polarisiertem Licht werden bestimmt, und VCD-Spektren werden erhalten. Die Formen der Spektren der D- und L-Formen werden verglichen. Die detektorseitige Fokussierungslinse wird in der Richtung senkrecht zu dem durch die Probe übertragenen Licht bewegt (Positionseinstellung in planarer Richtung) und die Orientierung wird derart eingestellt (Orientierungseinstellung), dass die Spektren symmetrisch sind.
Die Position und die Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse werden eingestellt, indem eine einzigartige Eigenschaft der VCD-Spektren verwendet wird, nämlich dass die Spektren der D- und L-Formen symmetrisch sind.
Wenn ein Raman-Spektrum gemessen wird, kann der Einfluss externer Faktoren, wie etwa Fluoreszenz, reduziert werden, indem die Grundlinie vor einer Spitzenwerterfassung korrigiert wird. Im Vergleich zu dem Raman-Spektrum weisen die VCD-Spektren eine unregelmäßige Grundlinie auf, und eine ungleichmäßige Grundlinie kann verursachen, dass das Spitzenwertlicht eines VCD-Spektrums einen kleineren Wert als die Grundlinie aufweist. Falls die Grundlinie des VCD-Spektrums korrigiert wird, würden Spitzenwerte in der positiven Richtung und der negativen Richtung auftreten, und sie würden nicht genau erfasst werden. In der vorliegenden Erfindung wird, nachdem das VCD-Spektrum erhalten worden ist, eine erste Ableitung des VCD-Spektrums erhalten, um das VCD-Spektrum zu optimieren, damit es von dem Einfluss der Grundlinie befreit wird.
Es ist ein Zirkulardichroismus-Spektrometer gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 vorgesehen.
In einem anderen Verfahren können Bezugsspektren für die D- und L-Formen separat vorbereitet werden, und die Position und die Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse können derart eingestellt werden, dass die Formen der VCD-Spektren mit den Formen der entsprechenden Bezugsspektren übereinstimmen.
Es ist ein Zirkulardichroismus-Spektrometer gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 2 vorgesehen.
Nachdem die Position oder die Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse eingestellt worden ist, ändert sich auch der optische Pfad. Deshalb ist es wünschenswert, die Orientierung des Detektors zusammen mit der Position oder der Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse einzustellen. Nachdem die Position oder die Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse eingestellt worden ist, ist es empfehlenswert, die Orientierung des Detektors derart einzustellen, dass die Intensität des Detektorsignals maximiert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in dem abhängigen Patentanspruch 3 zu finden.
Wenn die vorstehend beschriebene Operation durchgeführt wird, um die Position und die Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse sowie die Orientierung des Detektors angemessen einzustellen, werden die optischen Positionen der Elemente geändert. Sogar, falls der Winkel (Orientierung) der Übertragungsachse des Polarisators vor dem Beginn einer Ausrichtung eingestellt wird, kann der Polarisationszustand nach der Ausrichtung beeinträchtigt sein. In diesem Fall muss die Orientierung des Polarisators neu eingestellt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in dem abhängigen Patentanspruch 4 zu finden.
Die Einstellung der Orientierung des Polarisators muss nicht auf dem CD-Spektrum wie vorstehend beschrieben basieren, und kann erzielt werden, indem eine A/4-Platte und ein Analysator an geeigneten Positionen angeordnet werden.
Die Einstellungsprozedur wird im Folgenden beschrieben. Die λ/4-Platte und der Analysator sind zwischen der detektorseitigen Fokussierungslinse und dem Detektor angeordnet. Das durch den PEM polarisierte Licht verläuft durch die A/4-Platte. Der Analysator wird gedreht und an einem Winkel derart eingestellt, dass die Intensität des AC-Signals von dem Detektor maximiert wird. Dann wird der Polarisator zu einer Orientierung Θ derart gedreht, dass die Intensität des AC-Signals von dem Detektor maximiert wird.
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Prozedur, in welcher die detektorseitige Fokussierungslinse und der Detektor mit dem Ausrichtungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung eingestellt werden, und dann die Orientierung des Polarisators mit dem herkömmlichen Verfahren eingestellt wird.
Wenn eine FT-IR-Analyse durchgeführt wird, kann ein Interferometer nach der Lichtquelle angeordnet werden, und kann Licht von der Lichtquelle empfangen und Strahlen auf die Probe ausgeben. Mit dem im Voraus ausgerichteten fixierten Spiegel des Interferometers wird durch die Probe übertragenes Licht erfasst, und das erfasste Signal wird dem Lock-in-Verstärker zugeführt. Dann gibt der Lock-in-Verstärker ein AC-Signal aus. Ein VCD-Spektrum kann von dem AC-Signal erhalten werden.
Wenn zusätzlich ein optisches Filter nach dem Interferometer angeordnet ist, kann zu messendes Licht außerhalb des Wellenlängenbereichs eliminiert werden. Dies reduziert eine Interferenz unter Strahlen, wodurch das Interferogramm langsam gedämpft wird. Dies ist wünschenswert, weil eine große Zeitkonstante in dem Lock-in-Verstärker spezifiziert werden kann.
Demzufolge ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung in dem abhängigen Patentanspruch 5 zu finden.
Die Elemente des Spektrometers können anfänglich frei von einer individuellen Variabilität sein, sie können sich aber mit der Zeit nach längerer Verwendung ändern. Diese Änderung kann dazu führen, dass die Spektrumgrundlinie ungleichmäßig wird, und kann einen Artefakt-Spitzenwert erzeugen.
Wenn in der vorliegenden Erfindung die Elemente positioniert sind, werden tatsächliche Spektren von Bezugsproben der D- und L-Formen von optischen Enantiomeren überwacht, und die Elemente werden ausgerichtet, während die Formen der Spektren überwacht werden. Da die tatsächlichen Spektren der Bezugsproben für eine Ausrichtung verwendet werden, kann die individuelle Variabilität der Elemente betrachtet werden.
Wenn ein VCD-Spektrum durch FT-IR gemessen wird, fällt Licht in einem breiten Wellenlängenbereich in den PEM ein. Der PEM muss eingestellt werden, um zirkular polarisiertes Licht in einem gewünschten Wellenlängenbereich zu erzeugen.
Die detektorseitige Fokussierungslinse, die durch die Probe übertragenes Licht sammelt, weist eine Farbabweichung auf, und die Fokusentfernung muss gemäß den optischen Eigenschaften in jedem Messwellenlängenbereich eingestellt werden.
Ein für jeden Wellenlängenbereich geeigneter Detektor wird verwendet, um das S/N-Verhältnis zu verbessern. Falls der Detektor ersetzt wird, ist eine Optimierung notwendig. Beispielsweise wird ein MCT-Detektor in einem Bereich von 2000 bis 800 cm^-1 verwendet, und ein InSb-Detektor wird in einem Bereich von 4000 bis 2000 cm^-1 verwendet. Unterschiedliche Detektoren werden in den Bereichen verwendet, die bei 2000 cm^-1 aufgeteilt sind.
Der Ausrichtungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung stellt eine automatische Optimierung für individuelle Detektoren und in individuellen Wellenlängenbereichen bereit, wodurch eine Zweckmäßigkeit erhöht wird.
Ein tatsächlich gemessenes VCD-Spektrum weist eine verzerrte Grundlinie auf. Falls die Grundlinie korrigiert wird, können Spitzenwerte in der negativen Richtung sowie in der positiven Richtung auftreten. Da in der vorliegenden Erfindung eine erste Ableitung des VCD-Spektrums erhalten wird, bevor es überwacht wird, werden die Spitzenwerte optimiert, ohne dass sie durch die Grundlinie beeinträchtigt werden.
Dies macht es weniger wahrscheinlich, dass die VCD-Spektren verzerrt werden, und hochsymmetrische Spektren von D- und L-Formen können erhalten werden.
Der automatische Ausrichtungsmechanismus des herkömmlichen Interferometers kann in Kombination zu der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die Position des fixierten Spiegels des Interferometers wird zunächst durch die herkömmliche Vorrichtung eingestellt, und dann werden die Orientierung Θ des Polarisators, die Position und die Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse und die Orientierung des Detektors mit dem Ausrichtungsmechanismus der vorliegenden Erfindung eingestellt. Wenn eine Messung beginnt, können benötigte Elemente automatisch ausgerichtet werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Infrarot-Zirkulardichroismus-Spektrometers mit einem Ausrichtungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Infrarot-Zirkulardichroismus-Spektrometers mit dem Ausrichtungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt die Konfiguration eines Zirkulardichroismus-Spektrometers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Infrarot-Zirkulardichroismus-Spektrometer umfasst eine Infrarotlichtquelle 10, die Infrarotlicht emittiert, ein Michelson-Interferometer 12, das die Ausgabestrahlen durch die Interferenz von Infrarotlicht erzeugt, eine interferometerseitige Fokussierungslinse 14, die die Strahlen auf eine Position fokussiert, an welcher eine Probe angeordnet ist, ein optisches Filter 16, das Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich durchlässt, einen Polarisator 18, der Strahlen in linear polarisiertes Licht polarisiert, einen photoelastischen Modulator (PEM) 20, der das linear polarisierte Licht in linksgängig zirkular polarisiertes Licht und rechtsgängig zirkular polarisiertes Licht alternierend und zyklisch umwandelt, einen Probentisch 21, auf welchem die Probe angeordnet ist, eine detektorseitige Fokussierungslinse 22, die das durch die Probe übertragene Licht fokussiert, und einen Detektor 24, der das übertragene Licht erfasst.
Falls die Orientierung Θ des Polarisators 18 eingestellt wird, werden eine A/4-Platte und ein Analysator (in der Figur nicht gezeigt) zwischen der detektorseitigen Fokussierungslinse 22 und dem Detektor 24 angeordnet.
Das Intrarot-Zirkulardichroismus-Spektrometer umfasst ferner die folgenden Mechanismen zum Einstellen der Positionen und der Orientierungen der Elemente: Ein Interferometer-XY-Ausrichtungsmechanismus 50 stellt die Position des fixierten Spiegels des Michelson-Interferometers 12 ein; ein Infrarot-Polarisator-Orientierungs-Einstellungsmechanismus 52 stellt den Winkel (Orientierung) Θ der Übertragungsachse des Polarisators 18 ein; ein Fokussierungslinse-Positions- und -Orientierungs-Einstellungsmechanismus 54 stellt die Position der Fokussierungslinse 22 in der Richtung der Entfernung zu dem Detektor 24, die Position der Fokussierungslinse 22 in der Richtung einer Ebene senkrecht zu dem übertragenen Strahl und die Orientierung der Fokussierungslinse 22 ein; und ein Detektorrotationsmechanismus 56 stellt die Orientierung des Detektors 24 gemäß der Fokusposition der Fokussierungslinse ein.
Die Probe kann händisch oder durch einen automatischen Probenmechanismus 58 angeordnet werden. Wenn die Orientierung Θ des Polarisators 18 eingestellt wird, müssen eine A/4-Platte und ein Analysator zwischen der Fokussierungslinse 22 und dem Detektor 24 angeordnet werden. Der Polarisator 18 muss gedreht und derart eingestellt werden, dass die Intensität des CD-Signals maximiert wird.
Die optischen Elemente in dem Zirkulardichroismus-Spektrometer weisen die folgende Beziehung mit den Einstellungsmechanismen auf.

(1) Der Fokussierungslinse-Positions- und -Orientierungs-Einstellungsmechanismus 54 stellt die Entfernung zwischen der detektorseitigen Fokussierungslinse 22 und dem Detektor 24 ein, und stellt die Fokusposition der Fokussierungslinse 22 auf den Detektor 24 ein, um das durch die Probe übertragene Licht zu erfassen.
(2) Der Interferometer-XY-Ausrichtungsmechanismus 50 stellt die Position des fixierten Spiegels des Michelson-Interferometers 12 ein, damit die zentrale Burst-Position der Strahlen angemessen ist.
(3) Die A/4-Platte und der Analysator (in der Figur nicht gezeigt) sind zwischen der Fokussierungslinse 22 und dem Detektor 24 angeordnet. Der Infrarot-Polarisator-Orientierungs-Einstellungsmechanismus 52 dreht den Polarisator 18 zu einer Orientierung Θ, bei welcher das CD-Signal maximiert wird. Polarisiertes Licht von dem PEM 20 wird dementsprechend eingestellt.
(4) Getrennte Bezugsproben der D- und L-Formen werden verwendet. Die Position und die Orientierung der Fokussierungslinse 22 und die Orientierung des Detektors 24 werden eingestellt, damit die VCD-Spektren der D- und L-Formen symmetrisch sind.

Bezugsproben der D- und L-Formen werden auf dem Probentisch 21 nacheinander angeordnet. Linksgängig zirkular polarisiertes Licht und rechtsgängig zirkular polarisiertes Licht werden auf die Probe gerichtet. Der Fokussierungslinse-Positions- und -Orientierungs-Einstellungsmechanismus 54 stellt die Position und die Orientierung der Fokussierungslinse 22 ein, und dann stellt der Detektorrotationsmechanismus 56 die Orientierung des Detektors ein, so dass die Formen der VCD-Spektren der D- und L-Formen symmetrisch werden.
(5) Nachdem die Position und die Orientierung der Fokussierungslinse 22 und die Orientierung des Detektors 24 eingestellt worden sind, kann polarisiertes Licht von dem PEM 20 beeinträchtigt werden.
Um den Zustand einer Symmetrie der VCD-Spektren zwischen optischen Enantiomeren zu verbessern, wird die Orientierung Θ des Polarisators 18, welche bereits vorstehend in (3) eingestellt worden ist, erneut eingestellt.
Die Orientierung des Polarisators kann unter Verwendung der λ/4-Platte und des Analysators eingestellt werden. Die A/4-Platte und der Analysator (in der Figur nicht gezeigt) sind zwischen der Fokussierungslinse 22 und dem Detektor 24 angeordnet, und die Orientierung Θ des Polarisators 18 wird erneut eingestellt. Die Intensität des CD-Signals wird überwacht, und die Orientierung des Analysators wird eingestellt, um die Intensität des CD-Signals zu maximieren. Dann überwacht der Detektor 24 die Intensität des CD-Signals, während der Infrarot-Polarisator-Orientierungs-Einstellungsmechanismus 52 den Polarisator 18 dreht. Der Infrarot-Polarisator-Orientierungs-Einstellungsmechanismus 52 stellt die Orientierung Θ des Polarisators 18 fein ein, so dass die Intensität des CD-Signals maximiert wird.
Eine Konfiguration, die ein CD-Signal aus dem Signal des Detektors extrahiert, umfasst ein elektrisches Filter 40, das Signale entfernt, welche die Frequenz einer an den PEM 20 angelegten Spannung nicht aufweisen, eine PEM-Steuerung 36, die ein Bezugssignal mit derselben Frequenz wie die Frequenz der an den PEM 20 angelegten Spannung aufweist, einen Lock-in-Verstärker 38, der ein Signal entsprechend der Frequenz der an den PEM 20 angelegten Spannung als ein AC-Signal (Interferogramm) extrahiert, eine Datenverarbeitungsschaltung 34, die das AC-Signal erhält und auch ein Infrarotabsorptionsspektrum als ein DC-Signal erhält, und einen Vorverstärker 42, der das Signal von dem Detektor 24 verstärkt.
Eine Konfiguration, welche die Elemente steuert, umfasst einen Steuerungs-PC 30, der eine automatische Ausrichtung der Elemente durchführt, und eine Steuerungs-I/O 32, welche die Position des fixierten Spiegels des Michelson-Interferometers 12, die Position und die Orientierung der Fokussierungslinse 22 und die Orientierung des Detektors 24 steuert.
Ein von dem Detektor 24 ausgegebenes Signal wird durch den Vorverstärker 42 verstärkt. Ein Signal, entsprechend der Frequenz der an den PEM 20 angelegten Spannung, wird durch das elektrische Filter 40 extrahiert und die anderen Signale werden eliminiert. Das elektrische Filter 40 wird bereitgestellt, um nicht benötigte Signale im Voraus zu eliminieren, und um zu verhindern, dass eine Signalsättigung in dem Lock-in-Verstärker auftritt.
Die PEM-Steuerung 36 erzeugt das Bezugssignal, das dieselbe Frequenz wie die Frequenz der an den PEM 20 angelegten Spannung aufweist. Wenn das Detektorsignal und das Bezugssignal in den Lock-in-Verstärker eingegeben werden, stellt der Steuerungs-PC 30 die Phase des Bezugssignals auf die Phase des Detektorsignals ein, während das von dem Lock-in-Verstärker 38 zugeführte AC-Signal überwacht wird. Ein Spektrumprozessor 60 erhält ein VCD-Spektrum von dem AC-Signal und dem DC-Signal und bewirkt, dass der Monitor des Steuerungs-PCs 30 das VCD-Spektrum anzeigt.
Wenn die Position und die Orientierung der Fokussierungslinse 22, die Orientierung des Detektors 24 und die Orientierung Θ des Polarisators 18 eingestellt werden, wird ein Befehl von dem Steuerungs-PC 30 über die Steuerungs-I/O 32 an die Einstellungsmechanismen der Elemente gesendet.
Der Steuerungs-PC 30 umfasst den Spektrumprozessor 60, einen Probenwartemechanismus 62 und einen Spektrumformanalysator 64.

(1) Der Spektrumprozessor 60 empfängt das AC-Signal und das DC-Signal, die durch den Detektor 24 erhalten sind, und erzeugt ein VCD-Spektrum.
(2) Der Probenwartemechanismus 62 hält den Betrieb zeitweilig an, nachdem die Messung beendet ist, bis die nächste Bezugsprobe auf dem Probentisch angeordnet ist. Jedes Mal wird eine Bezugsprobe der D-Form oder L-Form von optischen Enantiomeren auf dem Probentisch angeordnet, und sie wird verwendet, um ein VCD-Spektrum zu messen.
(3) Nachdem die Bezugsprobe der D-Form oder L-Form auf dem Probentisch angeordnet worden ist, misst der Spektrumformanalysator 64 das VCD-Spektrum. Die Form des VCD-Spektrums der Bezugsprobe wird mit der Form des entsprechenden Bezugsspektrums verglichen. Falls die Spektren unterschiedliche Formen aufweisen, gibt der Steuerungs-PC 30 über die Steuerungs-I/O 32 einen Befehl aus, um die Positionen der Elemente einzustellen. Wenn insbesondere der Befehl den Fokussierungslinse-Positions- und -Orientierungs-Einstellungsmechanismus 54 über die Steuerungs-I/O 32 erreicht, wird die Position und die Orientierung der Fokussierungslinse 22 eingestellt; und, wenn der Befehl den Detektorrotationsmechanismus 56 erreicht, wird die Orientierung des Detektors 24 eingestellt.

2 zeigt ein Flussdiagramm, das die Einstellung von optischen Positionen von Elementen in dem Spektrometer gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
Die Fokusposition der Fokussierungslinse 22 wird zuerst eingestellt. Eine Probe ist auf dem Probentisch 21 nicht angeordnet und der Energiewert wird überwacht, während die Entfernung zwischen der detektorseitigen Fokussierungslinse 22 und dem Detektor 24 variiert wird. Die Fokusposition der Fokussierungslinse 22 wird derart eingestellt, dass ein angemessener Energiewert des Detektors erhalten wird (Schritte S10, S12, S14).
Dann wird der fixierte Spiegel des Michelson-Interferometers 12 ausgerichtet, um die Ausgabestrahlen einzustellen. Der Michelson-Interferometer 12 wird aktiviert, um seine Ausgabestrahlen auf die leere Probe (SB) zu richten, und der durch die Probe übertragene Strahl wird überwacht. Der Interferometer-XY-Ausrichtungsmechanismus 50 stellt die Position des fixierten Spiegels automatisch ein, um die zentrale Burst-Position der Ausgabestrahlen auf eine geeignete Position zu richten (Schritte S16, S18).
Eine Einstellung der Fokusposition der Fokussierungslinse 22 und eine Einstellung der Position des fixierten Spiegels des Michelson-Interferometers 12 werden wiederholt, bis die Energiewertbedingungen der Bestimmungen in den Schritten S12 und S18 erfüllt sind.
Dann wird eine A/4-Platte und ein Analysator (in der Figur nicht gezeigt) zwischen der Fokussierungslinse 22 und dem Detektor 24 angeordnet (Schritt S20). Der PEM 20 wird aktiviert, während auf dem Probentisch 21 keine Probe angeordnet ist, und die Intensität des übertragenen Strahls wird überwacht, während der Polarisator 18 gedreht wird (Schritt S24). Die Orientierung Θ des Polarisators 18 wird eingestellt, um die Intensität des übertragenen Strahls zu maximieren (Schritt S26). Demzufolge wird die Orientierung des Polarisators 18 auf 45° eingestellt.
Die Position und die Orientierung der Fokussierungslinse 22 und die Orientierung des Detektors 24 werden danach eingestellt. Eine Bezugsprobe der D-Form wird auf dem Probentisch 21 angeordnet (Schritt S28) und das VCD-Spektrum wird gemessen (Schritt S30). Bei der VCD-Spektrummessung wird die Ausrichtung der Fokussierungslinse 22 in jedem Messungswellenlängenbereich optimiert.
Dann wird eine erste Ableitung des VCD-Spektrums erhalten und mit dem Bezugsspektrum verglichen, und die Form wird beurteilt (Schritt S32). Falls die erste Ableitung (in der Figur nicht gezeigt) des VCD-Spektrums im Voraus erhalten wird, wird eine ungleichmäßige Grundlinie nicht bewirken, dass Spitzenwerte in der negativen Richtung auftreten, und eine geeignete Optimierung kann durchgeführt werden. Selbstverständlich wird ein entsprechendes Bezugsspektrum verwendet.
Falls sich die Form des VCD-Spektrums von der Form des Bezugsspektrums unterscheidet, werden die Position der Fokussierungslinse 22 in der planaren Richtung und die Orientierung der Fokussierungslinse 22 eingestellt, und die Orientierung des Detektors 24 wird eingestellt (Schritt S34). Dann wird eine erste Ableitung des VCD-Spektrums erneut erhalten und mit dem Bezugsspektrum verglichen, und die Form wird beurteilt (Schritt S32). Diese Schritte werden wiederholt, bis die Bedingung in Schritt S32 erfüllt ist.
Nachdem die Bedingung in Schritt S32 erfüllt worden ist, wird eine Bezugsprobe der L-Form auf dem Probentisch 21 angeordnet (Schritt S36). Das VCD-Spektrum der L-Form wird auf dieselbe Art und Weise gemessen (Schritt S38). Die Spektren der L- und D-Formen werden verglichen, um zu prüfen, ob sie symmetrisch sind (Schritt S40). Falls sie nicht symmetrisch sind, werden die Position der Fokussierungslinse 22 in der planaren Richtung und die Orientierung der Fokussierungslinse 22 eingestellt, und die Orientierung des Detektors 24 wird eingestellt (Schritt S42). Dann wird das VCD-Spektrum erneut gemessen. Diese Schritte werden wiederholt, bis die Bedingung in Schritt S40 erfüllt ist.
Anstelle der vorstehenden Einstellung des Detektors 24 (Schritt S34 und S42) wird bevorzugt, dass der Detektorrotationsmechanismus 56 den Detektor 24 dreht und die Orientierung des Detektors 24 derart einstellt, dass die Intensität des Detektorsignals maximiert wird, nachdem die Position und die Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse 22 eingestellt worden sind.
Anstelle eines Überprüfens der Symmetrie der VCD-Spektren können Bezugsspektren der D- und L-Formen vorbereitet werden, und die Fokussierungslinse 22 und der Detektor 24 können ausgerichtet werden, so dass die Formen der tatsächlichen Spektren mit den Formen der entsprechenden Bezugsspektren übereinstimmen.
Nachdem die Position und die Orientierung der Fokussierungslinse 22 und die Orientierung des Detektors 24 durch die vorstehend beschriebenen Schritte geändert worden sind, unterscheidet sich die gegenwärtige optische Ausrichtung von der am Ende von Schritt S24. Falls die Elemente in diesem Zustand verwendet werden, könnte der PEM 20 elliptisch polarisiertes Licht erzeugen. Deshalb muss die Orientierung Θ des Polarisators 18 erneut eingestellt werden.
Die Schritte zum erneuten Einstellen der Orientierung Θ des Polarisators 18 werden im Folgenden beschrieben. Das VCD-Spektrum der L-Form wird überwacht, während der Polarisator 18 gedreht wird (Schritt S44). Es wird bestimmt, ob das VCD-Spektrum zu dem VCD-Spektrum der D-Form symmetrisch ist (Schritt S46). Die Orientierung Θ des Polarisators 18 wird eingestellt, um den Zustand der Symmetrie zu verbessern (Schritt S48).
Wenn die Bedingung in Schritt S46 erfüllt ist, wird die Ausrichtung der Elemente beendet.
Indem der automatische Ausrichtungsmechanismus des herkömmlichen Interferometers in Kombination zu den Ausrichtungsmechanismen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, können die Elemente des Zirkulardichroismus-Spektrometers ausgerichtet werden.
Da die Ausrichtungsmechanismen der vorliegenden Erfindung die Eigenschaft verwenden, dass die VCD-Spektren von optischen Enantiomeren symmetrisch sind, können die Fokussierungslinse, der Detektor und andere Elemente automatisch ausgerichtet werden, während eine individuelle Variabilität berücksichtigt wird, die durch eine altersbedingte Verschlechterung der Elemente verursacht wird.
Bezugszeichenliste

10: Lichtquelle
12: Michelson-Interferometer
14: Interferometerseitige Fokussierungslinse
16: Optisches Filter
18: Polarisator
20: PEM
21: Probentisch
22: Detektorseitige Fokussierungslinse
24: Detektor
30: Steuerungs-PC
32: Steuerungs-I/O
34: Datenverarbeitungsschaltung
36: PEM-Steuerung
38: Lock-in-Verstärker
40: Elektrisches Filter (z.B. Hochpassfilter)
42: Vorverstärker
50: Interferometer-XY-Ausrichtungsmechanismus
52: Infrarot-Polarisator-Orientierungs-Einstellungsmechanismus
54: Fokussierungslinse-Positions- und -Orientierungs-Einstellungsmechanismus
56: Detektorrotationsmechanismus

Claims

Zirkulardichroismus-Spektrometer, umfassend: eine Lichtquelle (10), die auf eine Probe auszustrahlendes Licht emittiert, einen Polarisator (18), der Licht von der Lichtquelle (10) in linear polarisiertes Licht umwandelt, einen photoelastischen Modulator (20), der das linear polarisierte Licht in rechtsgängig zirkular polarisiertes Licht und linksgängig zirkular polarisiertes Licht alternierend und zyklisch umwandelt, einen Probentisch (21), auf welchem die Probe an einer Position angeordnet wird, an welcher das rechtsgängig zirkular polarisierte Licht oder das linksgängig zirkular polarisierte Licht ausgestrahlt wird, eine detektorseitige Fokussierungslinse (22), die Licht sammelt, das durch die Probe auf dem Probentisch (21) übertragen wird, einen Detektor (24), der das durch die detektorseitige Fokussierungslinse (22) gesammelte Licht erfasst, einen Lock-in-Verstärker (38), der ein AC-Signal synchron zu einem Bezugssignal extrahiert, das dieselbe Frequenz wie eine Frequenz einer Spannung aufweist, die an den photoelastischen Modulator (20) angelegt ist, einen Spektrumprozessor (60), der ein Zirkulardichroismus-Spektrum auf der Basis des AC-Signals, das von dem Lock-in-Verstärker (38) erhalten ist, erhält, einen Bezugsprobepositionierer, der eine Bezugsprobe auf dem Probentisch (21) anordnet, einen Fokussierungslinse-Positions- und -Orientierungs-Einstellungsmechanismus (54), der eine Position der detektorseitigen Fokussierungslinse (22) in einer Richtung einer Entfernung zu der Probe und in einer Richtung einer Ebene senkrecht zu dem durch die Probe übertragenen Licht sowie eine Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse (22) einstellt, und einen Spektrumform-Analysator (64), der eine erste Ableitung des von dem Spektrumprozessor (60) erhaltenen Zirkulardichroismus-Spektrums erhält und eine Form der ersten Ableitung des Zirkulardichroismus-Spektrums analysiert, wobei der Bezugsprobepositionierer ein optisches Enantiomer, welches entweder eine D-Form oder eine L-Form von optischen Enantiomeren darstellt, als eine Bezugsprobe auf dem Probentisch (21) anordnet, wobei der Spektrumprozessor (60) ein Zirkulardichroismus-Spektrum des einen optischen Enantiomers erhält, wobei der Spektrumform-Analysator (64) eine erste Ableitung des Zirkulardichroismus-Spektrums des einen optischen Enantiomers berechnet und die Form der ersten Ableitung des Zirkulardichroismus-Spektrums mit einer Form eines Bezugsspektrums entsprechend dem einen optischen Enantiomer vergleicht, wobei der Fokussierungslinse-Positions- und - Orientierungs-Einstellungsmechanismus (54) die Position und die Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse (22) derart einstellt, dass die erste Ableitung des Zirkulardichroismus-Spektrums des einen optischen Enantiomers mit dem Bezugsspektrum bezogen auf das eine optische Enantiomer übereinstimmt, wobei der Bezugsprobepositionierer auch das andere optische Enantiomer auf dem Probentisch (21) anordnet, wobei der Spektrumprozessor (60) auch ein Zirkulardichroismus-Spektrum des anderen optischen Enantiomers erhält, wobei der Spektrumform-Analysator (64) auch eine erste Ableitung des Zirkulardichroismus-Spektrums des anderen optischen Enantiomers erhält und die Formen der Zirkulardichroismus-Spektren der D- und L-Formen vergleicht, wobei der Fokussierungslinse-Positions- und - Orientierungs-Einstellungsmechanismus (54) auch die Position und die Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse (22) derart einstellt, dass die Zirkulardichroismus-Spektren der D- und L-Formen um eine Wellenzahlachse oder eine Wellenlängenachse symmetrisch sind.
Zirkulardichroismus-Spektrometer, umfassend: eine Lichtquelle (10), die auf eine Probe auszustrahlendes Licht emittiert, einen Polarisator (18), der Licht von der Lichtquelle (10) in linear polarisiertes Licht umwandelt, einen photoelastischen Modulator (20), der das linear polarisierte Licht in rechtsgängig zirkular polarisiertes Licht und linksgängig zirkular polarisiertes Licht alternierend und zyklisch umwandelt, einen Probentisch (21), auf welchem die Probe an einer Position angeordnet wird, an welcher das rechtsgängig zirkular polarisierte Licht oder das linksgängig zirkular polarisierte Licht ausgestrahlt wird, eine detektorseitige Fokussierungslinse (22), die Licht sammelt, das durch die Probe auf dem Probentisch (21) übertragen wird, einen Detektor (24), der das durch die detektorseitige Fokussierungslinse (22) gesammelte Licht erfasst, einen Lock-in-Verstärker (38), der ein AC-Signal synchron zu einem Bezugssignal extrahiert, das dieselbe Frequenz wie eine Frequenz einer Spannung aufweist, die an den photoelastischen Modulator (20) angelegt ist, einen Spektrumprozessor (60), der ein Zirkulardichroismus-Spektrum auf der Basis des AC-Signals, das von dem Lock-in-Verstärker (38) erhalten ist, erhält, einen Bezugsprobepositionierer, der eine Bezugsprobe auf dem Probentisch (21) anordnet, einen Fokussierungslinse-Positions- und -Orientierungs-Einstellungsmechanismus (54), der eine Position der detektorseitigen Fokussierungslinse (22) in einer Richtung einer Entfernung zu der Probe und in einer Richtung einer Ebene senkrecht zu dem durch die Probe übertragenen Licht sowie eine Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse (22) einstellt, und einen Spektrumform-Analysator (64), der eine erste Ableitung des von dem Spektrumprozessor (60) erhaltenen Zirkulardichroismus-Spektrums erhält und eine Form der ersten Ableitung des Zirkulardichroismus-Spektrums analysiert, wobei der Bezugsprobepositionierer eine D-Form und eine L-Form von optischen Enantiomeren der Reihe nach als Bezugsproben auf dem Probentisch (21) anordnet, wobei der Spektrumprozessor (60) die Zirkulardichroismus-Spektren der D- und L-Formen erhält, wobei der Spektrumform-Analysator (64) eine erste Ableitung der Zirkulardichroismus-Spektren der D- und L-Formen separat erhält und ihre Formen mit den Formen der entsprechenden Bezugsspektren vergleicht, wobei der Fokussierungslinse-Positions- und - Orientierungs-Einstellungsmechanismus (54) die Position und die Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse (22) derart einstellt, dass die erste Ableitung der Zirkulardichroismus-Spektren mit den entsprechenden Bezugsspektren übereinstimmen.
Zirkulardichroismus-Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, ferner mit einem Detektorrotationsmechanismus (56), welcher eine Orientierung des Detektors (24) durch Drehen des Detektors (24) einstellt, wobei der Detektorrotationsmechanismus (56) den Detektor (24) dreht und die Orientierung des Detektors (24) derart einstellt, dass die Intensität des Detektorsignals maximiert wird, nachdem die Position und die Orientierung der detektorseitigen Fokussierungslinse (22) eingestellt worden sind.
Zirkulardichroismus-Spektrometer nach Anspruch 3, ferner mit einem Polarisatorrotationsmechanismus (52), der eine Orientierung des Polarisators (18) einstellt, wobei der Polarisatorrotationsmechanismus (52) die Orientierung Θ des Polarisators (18) ändert, um die Form der ersten Ableitung des Zirkulardichroismus-Spektrums der Bezugsprobe einzustellen, nachdem die Orientierung des Detektors (24) eingestellt worden ist.
Zirkulardichroismus-Spektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: ein Interferometer (12), das Strahlen ausgibt, und das zwischen der Lichtquelle (10) und dem Polarisator (18) angeordnet ist, und ein optisches Filter (16), das zirkular polarisiertes Licht in einem gewünschten Wellenlängenbereich durchlässt, und das zwischen dem Interferometer (12) und dem Polarisator (18) angeordnet ist.