JP2002162294A - 分光光度計 - Google Patents

分光光度計

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JP2002162294A
JP2002162294A JP2000360491A JP2000360491A JP2002162294A JP 2002162294 A JP2002162294 A JP 2002162294A JP 2000360491 A JP2000360491 A JP 2000360491A JP 2000360491 A JP2000360491 A JP 2000360491A JP 2002162294 A JP2002162294 A JP 2002162294A
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voltage
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signal
light
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JP2000360491A
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Kasumi Yokota
佳澄 横田
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Shimadzu Corp
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Shimadzu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光電子増倍管の検出感度を適切に設定し、高
い精度で透過率(又は吸光度)を算出する。 【解決手段】 試料側信号及び参照側信号が得られる周
期単位で、光検出器への印加電圧V1〜V3を示すデー
タと、それに対応して光検出器から得られる信号をデジ
タル値に変換したデータD11〜D46とをメモリに格納し
ておき、それら過去のデータから、次の周期T4におけ
る適切な印加電圧V4を算出する。周期T4の1周期内
では印加電圧V4を維持する。これによれば、1周期期
間内の検出感度が一定になり、しかも、印加電圧は過去
の状態に基づいて推定される適切な値であるため、透過
率等を精度よく計算することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、測定光を光検出器
で検出する、紫外可視分光光度計や蛍光分光光度計など
の分光光度計に関し、更に詳しくは、光電子増倍管な
ど、外部からの印加電圧に応じて検出感度(増幅率)が
変更可能である光検出器を用いた分光光度計に関する。
【0002】
【従来の技術】例えばダブルビーム型の紫外可視分光光
度計では、光源から発した光を分光器に導入して特定波
長の単色光を取り出し、この単色光を回転するセクタ鏡
などにより試料側光束及び参照側光束の2光束に交互に
振り分ける。各光束はそれぞれ試料セル及び参照セルを
通過したあとに1つの光検出器に入射され、そこで光電
変換されて、試料側光束信号s及び参照側光束信号rと
して取り出される。セクタ鏡には、回転に伴って試料側
光束及び参照側光束の一部期間をそれぞれ遮光する遮光
部が設けられており、この個所に対応した光検出器出力
が試料側暗信号z 及び参照側暗信号zとなる。そし
て、試料側光束信号s、参照側光束信号r、試料側暗信
号z及び参照側暗信号zを用い、次式により透過率
が測定結果として求まる。 透過率(%)=〔(s−z)/(r−z)〕×100 …(1)
【0003】このような分光光度計では、光検出器とし
て光電子増倍管が用いられることが多い。光電子増倍管
では、多数段設けられたダイノードに印加する電圧を変
えることにより検出感度(電子の増倍率)を調整するこ
とができる。分光測定において、良好なS/N比を確保
すると共に大きなダイナミックレンジを得るためには、
後段の増幅器やアナログ−デジタル変換器のダイナミッ
クレンジの制限を受けない範囲で、光電子増倍管におい
てできるだけ大きな検出感度を設定することが望まし
い。
【0004】そこで、このような目的を達成するため
に、光検出器(光電子増倍管)の検出出力に応じて該光
検出器への印加電圧を制御しその検出感度を調整する、
というフィードバック制御が従来より採用されている。
具体的には、光検出器で得られる参照側光束信号が一定
となるように、試料側光束信号と参照側光束信号との和
が一定となるように、或いは、試料側光束信号と参照側
光束信号とのいずれか大きいほうの信号が一定となるよ
うに、光検出器への印加電圧を変化させるという制御が
知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
分光光度計では、上述したようなフィードバック制御が
常に機能しているため、次のような問題が生じる。すな
わち、例えば測定中に光源光量が変動すると、これに応
じて光検出器への印加電圧が速やかに変化される。この
ような変化はセクタ鏡の回転とは無関係に行われるか
ら、光検出器での検出感度が、上記(1)式で透過率を算
出するための試料側光束信号sと参照側光束信号rとを
取得する際で互いに相違するということが起こり得る。
光電子増倍管では、検出感度は印加電圧の6〜10乗に
比例するため、たとえ僅かな印加電圧の変化であっても
精密な測定にとって無視できないものとなる。
【0006】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その主たる目的は、測定中の一時
的な光源光量の変動や光検出器の出力信号の急激な変動
の影響を受けずに、高い精度で吸光度や透過率などを算
出することができる分光光度計を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、光源と、分光器と、検出感度が外
部からの印加電圧に応じて変更可能である光検出器とを
有し、該光検出器で得られた信号を基に、所定周期毎に
吸光度又はこれに相当する値を算出する分光光度計にお
いて、 a)前記光検出器に電圧を印加する電圧発生手段と、 b)過去に前記光検出器に印加された電圧と、それに応じ
て該光検出器で得られた信号とを対応付けて記憶してお
く記憶手段と、 c)該記憶手段の記憶内容に基づいて、1乃至複数の前記
周期単位で前記印加電圧を変更すべく前記電圧発生手段
を制御する電圧制御手段と、を備えたことを特徴として
いる。
【0008】
【発明の実施の形態、及び効果】この発明に係る分光光
度計では、或る時点で光検出器の信号が変化したとき、
その変化に応じて光検出器への印加電圧が直ちに変更さ
れるのではなく、早くとも次の周期の始めから印加電圧
が変更される。そして、電圧制御手段は、少なくともそ
の周期中は同一の印加電圧が保持されるように電圧発生
手段を制御する。なお、ここでいう所定周期とは、例え
ばダブルビーム方式の場合には、吸光度や透過率を計算
するために必要な試料側信号と参照側信号とが揃う最小
の時間単位である。
【0009】本発明に係る分光光度計によれば、少なく
とも1周期期間の測定の間には光検出器への印加電圧が
変化しないため、光検出器での検出感度が一定に維持さ
れる。したがって、例えばダブルビーム方式の場合に
は、試料側信号と参照側信号との測定条件が同一とな
り、これらを基に算出される吸光度や透過率などの値の
精度を高めることができる。
【0010】また、上記電圧制御手段は、デジタル的に
演算を行って印加電圧に対応する値を算出する演算手段
と、その演算結果をアナログ信号に変換するデジタル−
アナログ変換手段とを含み、そのアナログ値を上記電圧
発生手段に与える構成とすることができる。
【0011】この構成によれば、1周期の期間内で、電
圧発生手段に対して一定の電圧値を与えることができる
ので、例えばコンデンサなどを利用して電圧を保持する
場合に比較して、印加電圧の安定性を高めることがで
き、光検出器の動作条件が安定する。これにより、一
層、高い精度で測定を行うことができる。更にまた、よ
り複雑な印加電圧の制御が行えるので、ダイナミックレ
ンジを一層大きくしたりS/N比を一層改善したりする
ことができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明に係る分光光度計の一実施例で
あるダブルビーム型分光光度計について、図面を参照し
て説明する。図1は本実施例の分光光度計の光路構成
図、図2は本分光光度計の信号処理部の要部の構成図で
ある。
【0013】図1において、光源1から発した光は分光
器2に入射され、ここで所望の波長を有する単色光が取
り出される。この単色光は反射鏡3によりセクタ鏡4に
送られ、セクタ鏡4により試料側光束Sと参照側光束R
の2光束に分割される。また、セクタ鏡4には光の遮蔽
部が設けられており、試料側光束S及び参照側光束Rの
発生期間と交互に遮光期間が発生するようにしている。
試料側光束Sは反射鏡5を経て試料セル6に照射され、
試料セル6を通過した光は反射鏡9、11を経て光電子
増倍管である光検出器12の受光面に送られる。他方、
参照側光束Rは反射鏡7を経て参照セル8に照射され、
参照セル8を通過した光は反射鏡10を経て光検出器1
2の受光面に送られる。
【0014】図2において、光検出器12の出力信号は
増幅器13により増幅されたあと、アナログ−デジタル
(A/D)変換器14により一定時間間隔でサンプリン
グされてデジタル電圧値に変換される。このデジタルデ
ータはデータバス15を介してメモリ17に格納され
る。インデクス信号発生部20は、所定速度で回転駆動
されるセクタ鏡4の回転に同期して、1回転に1パルス
のインデクス信号IDXを発生する。例えば、このセク
タ鏡4の回転周期は電源周波数に同期した周波数とさ
れ、50Hz又は60Hz、或いはその2倍又は1/2
といった周波数が採用される。CPU16は、インデク
ス信号IDXを受けてメモリ17の書込みアドレスを制
御すると共に、メモリ17の読出しアドレスを制御して
所望のデータを読み出し、そのデータを用いて各種演算
処理を実行する。高電圧発生部22は、D/A変換器2
1を介してCPU16から与えられる指示信号に基づい
て、光検出器12に高電圧を印加する。光検出器12の
検出感度はこの印加電圧により定まる。
【0015】図3及び図4は本分光光度計の動作を説明
するための図であり、図3はセクタ鏡4の1回転期間
(これを1周期(T)とする)のタイミング図、図4は
複数周期期間に亘る動作説明図である。
【0016】図3(b)、(c)に示すように、1周期
Tの期間中、光検出器12は、試料側光束Sの遮光期間
に対応する試料側暗信号、試料側光束Sの入射期間に対
応する試料側光束信号、参照側光束Rの遮光期間に対応
する参照側暗信号、及び、参照側光束Rの入射期間に対
応する参照側光束信号を順次出力する。図3(d)に示
すように、A/D変換器14でのサンプリング周期は周
期Tに比べて遙かに短い。そのため、図3(e)に示す
ように、A/D変換器14の出力データ(以下「検出値
データ」という)は、1周期T期間における上記各信号
に対してそれぞれ多数(本例では6個ずつ)得られるこ
とになる。例えばこのような測定時に光源1の光量が一
時的に変動すると、図3(c)中に点線で示したように
検出出力が変動する。
【0017】従来の分光光度計では、このような検出出
力の変動を受けて光検出器12への印加電圧が変化する
ため、光検出器12の検出感度が変わってしまう。これ
に対し、本実施例の分光光度計では、次のようにして光
検出器12への印加電圧を制御している。すなわち、本
分光光度計では、基本的に、CPU16が光検出器12
への印加電圧の値を決定し、しかも、その印加電圧は上
記1周期T期間中は一定であるように、換言すれば周期
T単位でのみ変更されるように制御される。
【0018】本実施例では、1周期T期間中に、図3
(e)に示すD11〜D16、D21〜D26、D31〜D36、D
41〜D46なる検出値データがメモリ17に格納される
(図4(d)参照)。ここで、D11〜D16、D21〜D2
6、D31〜D36、及びD41〜D46は、各周期毎に、試料
側暗信号z、試料側光束信号s、参照側暗信号z
参照側光束信号rにそれぞれ対応する検出値データであ
る。更にメモリ17には、その周期毎の印加電圧の値
(例えば周期T1ではV1、周期T2ではV2)又はこ
れに相当する値がデータとして格納される(以下、これ
を「印加電圧値データ」という)。
【0019】CPU16は時間的に次の周期において光
検出器12に印加すべき電圧を、上述の如くメモリ17
に格納されている検出値データ及び印加電圧値データに
基づいて算出する。例えば、図4に示す周期T3が終了
した時点では、周期T1〜T3なる3周期分の検出値デ
ータ及び印加電圧値データを用いて、周期T4の印加電
圧V4を決定する。すなわち、これら検出値データ及び
印加電圧値データをメモリ17から読み出してきて、所
定の演算アルゴリズムに従って最適な印加電圧値を算出
する。この印加電圧値の算出方法としては、従来利用さ
れている方法を含めて各種方法を採ることができる。
【0020】具体的な算出方法の一例としては、過去3
周期の各周期毎に、試料側光束信号sに対応する検出値
データD21〜D26の平均値、及び参照側光束信号rに対
応する検出値データD41〜D46の平均値を計算し、その
両者の加算値の過去の3周期期間の変化率を算出する。
そして、その変化率と各平均値とから次の周期T4の加
算値を推定し、その推定値と印加電圧値データとから次
の周期T4に最適な印加電圧を算出する。
【0021】CPU16はこのようにして算出した印加
電圧値V4を指示するためのデータをD/A変換器21
に出力し、D/A変換器21はこれをアナログ信号に変
換して高電圧発生部22へと送る。高電圧発生部22の
このアナログ信号値に応じた高電圧を発生し、光検出器
12へと印加する。CPU16は周期T4の1周期期間
中、印加電圧値V4を保持する。したがって、光検出器
12への印加電圧は周期T4の1周期期間中、一定に維
持される。そして、周期T4が終了すると、CPU16
は、周期T2〜T4なる3周期分の検出値データ及び印
加電圧値データを用いて、次なる周期T5(図4では現
れていない)の印加電圧V5を決定し、その印加電圧値
V5がD/A変換器21に出力された時点で始めて光検
出器12への印加電圧は変更される。
【0022】また、CPU16は、メモリ17に格納さ
れた検出値データを用い、周期T毎に(1)式に基づいて
透過率(又は吸光度)を算出する。例えば、各周期毎
に、試料側暗信号zに対応する検出値データD11〜D
16、試料側光束信号sに対応する検出値データD21〜D
26、参照側暗信号zに対応する検出値データD31〜D
36、参照側光束信号rに対応する検出値データD41〜D
46について、それぞれの平均値を計算し、これを(1)式
に適用して透過率を求めることができる。それら検出値
データは同一の電圧を印加された光検出器12で取得さ
れたものであるから、これを基に算出される透過率や吸
光度は高い精度を有する。また、各周期毎に適切な検出
感度が設定されるので、ダイナミックレンジも大きくな
る。
【0023】なお、上記実施例は単に一例であって、本
発明の趣旨に沿った範囲で適宜変形や修正を行えること
は明らかである。
【0024】また、本発明は、ダブルビーム型の分光光
度計に適用するのみならず、チョッパやシャッタ等によ
り光を周期的に通過・遮断して光検出器に導入する構成
を有する蛍光分光光度計などにも適用できることは当然
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例であるダブルビーム型分光
光度計の光路構成図。
【図2】 本実施例の分光光度計の信号処理部の要部の
構成図。
【図3】 本実施例の分光光度計においてセクタ鏡の1
回転期間のタイミング図。
【図4】 本実施例の分光光度計において複数周期期間
に亘る動作説明図。
【符号の説明】
1…光源 2…分光器 4…セクタ鏡 6…試料セル 8…参照セル 11…A/D変換器 12…光検出器(光電子増倍管) 13…増幅器 14…アナログ−デジタル(A/D)変換器 15…データバス 16…CPU 17…メモリ 20…インデクス信号発生部 21…D/A変換器 22…高電圧発生部 R…参照側光束 S…試料側光束

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、分光器と、検出感度が外部から
    の印加電圧に応じて変更可能である光検出器とを有し、
    該光検出器で得られた信号を基に、所定周期毎に吸光度
    又はこれに相当する値を算出する分光光度計において、 a)前記光検出器に電圧を印加する電圧発生手段と、 b)過去に前記光検出器に印加された電圧と、それに応じ
    て該光検出器で得られた信号とを対応付けて記憶してお
    く記憶手段と、 c)該記憶手段の記憶内容に基づいて、1乃至複数の前記
    周期単位で前記印加電圧を変更すべく前記電圧発生手段
    を制御する電圧制御手段と、 を備えることを特徴とする分光光度計。
JP2000360491A 2000-11-28 2000-11-28 分光光度計 Pending JP2002162294A (ja)

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