JP2001153799A - 定量分析方法及び定量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原子吸光分光光度計において、検量線を利用
した定量分析のダイナミックレンジを拡大する。 【解決手段】 既知濃度の標準試料Ｓ１〜Ｓ５をそれぞ
れ原子化部２に導入し、そのとき光電子増倍管５の検出
信号により算出された吸光度が所定値になるように電圧
印加部６を制御することにより検出感度を調整する。そ
して、濃度と感度との対応関係から検量線を作成し、検
量線メモリ８に格納しておく。未知試料Ｕ１の測定時に
も同様に、吸光度が所定値になるように電圧印加部６を
制御することにより検出感度を調整し、その検出感度を
検量線に照らして濃度を推定する。これによれば、信号
処理部７のアンプのノイズやＡ／Ｄ変換時の量子化ノイ
ズの影響等を受けず、検出感度の可変範囲までダイナミ
ックレンジを拡大することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、既知濃度の成分を
含有する標準試料の分析結果により検量線を作成し、そ
の検量線を利用して未知試料に含まれる成分の濃度を算
出する定量分析を行うための定量分析方法及び定量分析
装置に関し、特に、原子吸光分光光度計に好適な定量分
析方法および定量分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子吸光分光分析では、試料中の測定対
象成分が原子化され、重水素ランプなどから成る光源か
ら発した光がその原子蒸気に照射される。このとき、試
料を構成する原子に特有の波長で吸収を受けるから、そ
の透過光を分光器で波長分散させて、目的とする原子
（又は元素）に特有の波長の光を選択して光検出器（主
として光電子増倍管）に導入する。試料の有無による光
の強度の差を測定することにより、原子化された測定対
象成分による吸光度が得られる。

【０００３】測定対象成分の濃度が未知である試料に対
する定量分析を行う際には、予め濃度が既知である標準
試料を測定した結果に基づいて作成された検量線が利用
される。より詳しく述べると、濃度が複数段階に調製さ
れた複数個の既知濃度Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の標準試料をそ
れぞれ測定して、吸光度Ａ１、Ａ２、Ａ３が得られたと
する。このとき、図３(ａ)に示すように、濃度と吸光度
との関係を示す検量線が作成される。未知濃度の試料を
測定したとき、その測定結果である吸光度Ａｘを検量線
に当てはめて濃度Ｃｘを推定することができる。なお、
原子吸光分光光度計では測定の再現性はあまり良好でな
いから、未知試料の測定に対し時間的に近い時点で標準
試料の測定も実行し、検量線を作成することが好まし
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図３（ｂ）は、上記原
子吸光分光光度計において成分の濃度と光電子増倍管で
得られる検出信号との関係を示す図である。試料の測定
対象成分の濃度が高い場合、原子により強い吸収を受け
るから、光電子増倍管に入射する光の量は少なくなり検
出信号は小さくなる。この検出信号が信号処理系のノイ
ズやＡ／Ｄ変換の際の量子化ノイズに埋もれるほど微弱
になると、吸光度を正確に求めることができず、実質的
に定量分析は行えなくなる。一方、光電子増倍管に入射
する光量が強過ぎると検出信号は飽和してしまうため、
光電子増倍管の検出感度を高くするのにも限界がある。
このような制限のため、従来の原子吸光分光光度計にお
ける定量分析のダイナミックレンジはかなり狭く、実質
的には１桁程度でしかなかった。そのため、同一の検量
線を利用して幅広い濃度範囲の未知試料の定量分析を行
うことは困難であった。

【０００５】本発明はこのような問題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、例えば
原子吸光分光光度計において、定量分析のダイナミック
レンジを拡大することができるような定量分析方法及び
定量分析装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る定量分析方法及び定量分析装置では、
従来のように検出器の出力信号やその出力信号から得ら
れた値を検量線作成の際の指標値とするのではなく、検
出器の出力信号やその出力信号から得られた値が所定値
になるように検出器の感度を調整し、その感度又は感度
に関連した値を検量線作成の際の指標値としている。

【０００７】即ち、本発明に係る定量分析方法は、検出
感度が連続的に可変である検出手段を備えた分析装置に
おける定量分析方法であって、 ａ）それぞれ異なる既知濃度の成分を含む複数の標準試
料を分析装置に導入し、それぞれ前記検出手段の検出値
又はその検出値を基に算出された値が所定値となるよう
に前記検出感度を調整して、該検出感度又はそれに関連
した値を取得する予備測定ステップと、 ｂ）前記複数の標準試料に対して得られた検出感度又は
該検出感度に関連した値に基づいて検量線を作成する検
量線作成ステップと、 ｃ）未知濃度の前記成分を含む未知試料を前記分析装置
に導入し、前記検出手段の検出値又はその検出値を基に
算出された値が前記所定値になるように前記検出感度を
調整し、前記検量線を参照して、該検出感度又はそれに
関連した値から濃度を推定する定量ステップと、を含む
ことを特徴としている。

【０００８】また、本発明に係る定量分析装置は、上記
定量分析方法を具現化した装置であって、 ａ）検出感度が連続的に可変である検出手段と、 ｂ）それぞれ異なる既知濃度の成分を含む複数の標準試
料を導入し、それぞれ前記光検出手段の検出値又はその
検出値を基に算出された値が所定値になるように前記検
出感度を調整し、該検出感度又はそれに関連した値を取
得する予備測定手段と、 ｃ）前記複数の標準試料に対して得られる検出感度又は
それに関連した値に基づいて検量線を作成し、これを保
持しておく検量線作成手段と、 ｄ）未知濃度の前記成分を含む試料を導入し、前記光検
出手段の検出値又はその検出値を基に算出された値が前
記所定値になるように前記検出感度を調整し、前記検量
線を参照して、該検出感度又はそれに関連した値から濃
度を推定する定量手段と、を備えることを特徴としてい
る。

【０００９】なお、本発明の定量分析装置を原子吸光分
光光度計に適用した場合、上記検出手段は例えば光電子
増倍管等の光検出手段であって、光電子増倍管である場
合には、検出感度は印加電圧によって変化させることが
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の定量分析方法及び
定量分析装置を適用した分析装置の一実施形態として、
原子吸光分光光度計を例に挙げて説明する。

【００１１】図１は、本実施形態による原子吸光分光光
度計の構成図である。本原子吸光分光光度計において、
原子化部２では、バーナにより形成されるフレーム中に
試料選択部（例えばオートサンプラ）３で選択された試
料溶液が導入・噴霧され、これにより該試料溶液中の測
定対象成分が原子化される。光源１からの光は上記原子
化部２に照射され、原子化された測定対象成分の原子蒸
気中を通過する。原子蒸気を通過した光は分光器４で分
光され、測定対象成分に対応する特定波長の光が取り出
される。この特定波長の光は光電子増倍管５に導入さ
れ、入射した光量に応じた検出信号が取り出されて信号
処理部７に入力される。信号処理部７は電流増幅器、Ａ
／Ｄ変換器、ＣＰＵ、メモリ等を含んでおり、検出信号
をデジタル信号に変換したあと所定の演算処理を行うこ
とにより定量分析を実行する。

【００１２】光電子増倍管５は複数段のダイノードを含
んで構成され、入射した光電子をダイノードに接触させ
て二次電子を放出させ、その二次電子を次段のダイノー
ドに導入するというように電子を次々に増倍させ、最終
的に増倍させた電子を陽極で検出する。電圧印加部６か
らダイノードに印加される電圧に応じて電子の増倍率が
変化するから、この光電子増倍管５の検出感度はこの印
加電圧に依存したものとなる。

【００１３】制御部９はＣＰＵ、メモリ等から構成され
ており、メモリに記憶された所定のプログラムに基づい
てＣＰＵが動作し、光源１、原子化部２、試料選択部
３、分光器４、電圧印加部６を制御すると共に、信号処
理部７との間で信号を受け渡すことにより、後述のよう
な分析を実行する。制御部９に付設されている操作部１
０を通して、操作者は分析に関する指示を行うことがで
き、また、表示部１１を通して分析結果などを視認する
ことができるようになっている。なお、信号処理部７の
演算部と制御部９とは、例えば同一のパーソナルコンピ
ュータを用いて具現化することができる。

【００１４】上記原子吸光分光光度計による分析動作の
一例を説明する。操作者により、試料選択部３には、そ
れぞれ相違する既知濃度の測定対象成分を含む５種類の
標準試料Ｓ１〜Ｓ５と、未知濃度の該測定対象成分を含
む複数の未知試料Ｕ１…がセットされるものとする。な
お、標準試料Ｓ１〜Ｓ５の各成分濃度はそれぞれＣ１〜
Ｃ５であるとする。

【００１５】分析動作が開始されると、制御部９はまず
検量線作成のための動作を実行する。即ち、制御部９
は、試料選択部３により標準試料Ｓ１を選択し、原子化
部２に導入してフレーム中に噴霧させる。上述したよう
に光源１から発した光は原子蒸気中を通過し、分光器４
を介して特定波長の光が光電子増倍管５に到達する。信
号処理部７はこの検出信号より吸光度を算出し、制御部
９へと送出する。制御部９は、この吸光度が予め定めら
れた値になるように電圧印加部６を制御する。つまり、
印加電圧と検出感度とは対応付けられているから、印加
電圧を変化させることにより光電子増倍管５の検出感度
を変化させ、吸光度が所定値になるようにする。そして
制御部９は、吸光度が所定値になったときの検出感度を
取得して、その感度値Ｐ１を一旦記憶する。

【００１６】次に、濃度の相違する標準試料Ｓ２を選択
して原子化部２に導入し、このとき光電子増倍管５の検
出信号により求まる吸光度が上記所定値になるように電
圧印加部６を制御して検出感度を調整し、その感度値Ｐ
２を取得して記憶する。更に、濃度の相違する標準試料
Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５についてもそれぞれ同様の測定を行
い、感度値Ｐ３〜Ｐ５を取得する。

【００１７】次に、上述のようにして得られた５個の濃
度と感度値との組（Ｃｎ，Ｐｎ）（ここでｎ＝１〜５）
から、最小二乗法などの所定の統計的アルゴリズムを用
いて近似曲線を算出し、これを検量線として信号処理部
７の検量線メモリ８に記憶させる。図２はこの検量線の
一例である。

【００１８】引き続いて、制御部９は試料選択部３によ
り未知試料Ｕ１を選択して原子化部２に導入し、フレー
ム中に噴霧させる。光源１から発した光はその原子蒸気
中を通過し、分光器４を介して特定波長の光が光電子増
倍管５に到達する。信号処理部７はこの検出信号より吸
光度を算出し、制御部９へと送出する。制御部９は、こ
の吸光度が上記所定値になるように電圧印加部６を制御
する。そして、そのときに取得した検出感度を信号処理
部７へと送る。このとき例えば検出感度がＰｘであった
とする。信号処理部７は、この感度値Ｐｘを検量線メモ
リ８に格納されている図２に示した検量線に照らして、
濃度Ｃｘを求める。このようにして、未知試料Ｕ１に含
まれる測定対象成分の濃度Ｃｘを推定することができ
る。

【００１９】検出感度の可変範囲はその光電子増倍管の
特性によるが、上述したような従来の光電子増倍管の検
出信号をそのまま利用した場合に比較して、濃度の定量
範囲は大幅に拡大される。従って、上述のような一本の
検量線でもって幅広い範囲の濃度を定量することができ
る。

【００２０】上記説明では、検出感度と濃度との関係で
検量線を作成したが、光電子増倍管５への印加電圧と濃
度との関係としても同様である。

【００２１】また、本発明に係る定量分析方法は原子吸
光分光光度計のみならず、検出感度を実質上連続的に可
変することができるような検出器を用いた分析装置一般
に対して適用することができる。原子吸光分光光度計で
は上記理由により標準試料の測定と未知試料の測定とは
連続して実行されることが多いが、再現性が良好な分析
装置では、極端な場合には、その分析装置の工場出荷時
点で標準試料を測定した結果に基づいて作成された検量
線を、その後ずっと利用することができる。

【００２２】

【発明の効果】このように本発明に係る定量分析方法及
び定量分析装置によれば、定量分析のダイナミックレン
ジを拡大することができるので、同一成分に対してその
含有濃度の範囲に応じて複数の検量線を用意する必要が
なく、一本又は少数本の検量線でもって幅広い濃度範囲
をカバーすることができる。このため、分析時間の短縮
化など、分析の効率化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例である原子吸光分光光度計
の構成図。

【図２】 本実施例の原子吸光分光光度計において作成
される検量線の一例。

【図３】 従来の原子吸光分光光度計における検量線の
一例を示す図（ａ）及び濃度と検出出力との関係の一例
を示す図（ｂ）。

【符号の説明】

１…光源 ２…原子化部 ３…試料選択部 ４…分光器 ５…光電子増倍管 ６…電圧印加部 ７…信号処理部 ８…検量線メモリ ９…制御部 １０…操作部 １１…表示部 Ｓ１〜Ｓ５…標準試料 Ｕ１…未知試料

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出感度が連続的に可変である検出手段
   を備えた分析装置における定量分析方法であって、 ａ）それぞれ異なる既知濃度の成分を含む複数の標準試
   料を分析装置に導入し、それぞれ前記検出手段の検出値
   又はその検出値を基に算出された値が所定値となるよう
   に前記検出感度を調整して、該検出感度又はそれに関連
   した値を取得する予備測定ステップと、 ｂ）前記複数の標準試料に対して得られた検出感度又は
   該検出感度に関連した 値に基づいて検量線を作成する検量線作成ステップと、 ｃ）未知濃度の前記成分を含む未知試料を前記分析装置
   に導入し、前記検出手段の検出値又はその検出値を基に
   算出された値が前記所定値になるように前記検出感度を
   調整し、前記検量線を参照して、該検出感度又はそれに
   関連した値から濃度を推定する定量ステップと、 を含むことを特徴とする定量分析方法。
2. 【請求項２】 ａ）検出感度が連続的に可変である検出
   手段と、 ｂ）それぞれ異なる既知濃度の成分を含む複数の標準試
   料を導入し、それぞれ前記光検出手段の検出値又はその
   検出値を基に算出された値が所定値になるように前記検
   出感度を調整し、該検出感度又はそれに関連した値を取
   得する予備測定手段と、 ｃ）前記複数の標準試料に対して得られる検出感度又は
   それに関連した値に基づいて検量線を作成し、これを保
   持しておく検量線作成手段と、 ｄ）未知濃度の前記成分を含む試料を導入し、前記光検
   出手段の検出値又はその検出値を基に算出された値が前
   記所定値になるように前記検出感度を調整し、前記検量
   線を参照して、該検出感度又はそれに関連した値から濃
   度を推定する定量手段と、 を備えることを特徴とする定量分析装置。