JP2004037192A

JP2004037192A - フォトダイオードアレイ分光分析装置

Info

Publication number: JP2004037192A
Application number: JP2002193317A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kawana; 川名　修一
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2002-07-02
Filing date: 2002-07-02
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】フォトダイオードアレイ分光分析装置において暗電流の実測値に基づいてフォトダイオードアレイの劣化程度を判定する。
【解決手段】フォトダイオードアレイ２１の暗電流Ｉｔと温度Ｔとを同時に測定し、予め設定された暗電流の許容値Ｉａに実測された温度値Ｔに基づく所定の補正演算を施して補正許容値Ｉｐを算出し、この補正許容値Ｉｐと実測された暗電流値Ｉｔとを比較することによりフォトダイオードアレイ２１の劣化程度を判定するようにした。このように構成したことにより、暗電流の実測値から劣化の程度を判定するに際して温度の影響を排除できるので、より正確な判定が可能となり、フォトダイオードアレイ２１の無駄な交換を防止し、以て分析装置の運転コストの上昇を抑えることができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体クロマトグラフ用の検出器としても好適なフォトダイオードアレイ分光分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトダイオードアレイは、多数のフォトダイオード素子を配列した半導体光検出器であって、分光された測定光をこれに照射することにより測定波長域内の各波長ごとの受光量を一斉に検出することができるものである。
【０００３】
図２はフォトダイオードアレイを用いた分光分析装置の従来の構成の一例を示す。大きく分けると、光源１１、シャッター１２、サンプルセル１３、集光ミラー１４、グレーティング１５から成る分光光学系１０と、フォトダイオードアレイ２１、信号処理部２３から成る信号検出部２０、及びコンピュータで構成される信号解析部３０で構成される。
【０００４】
このように構成された装置により、分光分析は以下のように行われる。
先ず、分光光学系１０において、光源１１から出射される白色光がサンプルセル１３中の試料を透過し、集光ミラー１４で反射集光されグレーティング１５で各波長に分けられる（分光される）。ここで、サンプルセル１３は、試料液体を貯留する容器、または試料を含む液体が流通するように構成されたフローセルのどちらでもよい。サンプルセル１３を集光ミラー１４とグレーティング１５の間に配置するようにした図２とは少し異なる構成例もあるが、本発明の説明上は特に違いはない。
【０００５】
次に、信号検出部２０においては、分光された測定光の照射を受けるように配置されたフォトダイオードアレイ２１から各波長ごとの光量値を表す信号が一斉に出力される。信号処理部２３は、この信号に増幅するなどの処理をした後さらにＡＤ変換して後段の信号解析部３０に送る。
信号解析部３０は最近ではコンピュータで構成されるのが普通であって、各波長ごとの検出信号に所要の解析処理を施した後、これらを統合して吸光度スペクトルとして出力する等のデータ処理を行う。これらの処理は予め設定されたプログラムに従ってソフトウェア上で実行される。
【０００６】
フォトダイオードアレイ２１には光が照射されない状態でも若干の出力（暗電流）がある。暗電流は分光分析における直線性を損なうので、分析に先立ってシャッター１２を光路中に挿入し（シャッター１２を閉じ）て光を遮断し、その状態でのフォトダイオードアレイ２１の出力値、即ち暗電流値を測定しておき、信号解析部３０での解析過程でこれを除去するようにしている。
【０００７】
また、暗電流は温度によって変化するので、温度ドリフトの原因ともなる。一般にフォトダイオードの暗電流の温度依存性は次式で表されることが知られている。
Ｉ＝Ｉｓ×Ｋ＾（Ｔ−Ｔｓ）……………………………………（１）
ここで、Ｉ、Ｔはそれぞれ暗電流と温度の値、Ｉｓは基準温度Ｔｓにおける暗電流の値、Ｋはフォトダイオードを構成する物質によって定まる定数である。
【０００８】
このような暗電流の温度依存性に起因するドリフトを排除するため、フォトダイオードアレイ２１に隣接して温度センサ（図１に示す２２と同様のもの）を設け、これによって測定した温度値を用いて、分析に先立って実測された暗電流値を上記の（１）式に従って補正するように構成したフォトダイオードアレイ分光分析装置も提唱されている（特開平０８−１２２２４６）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
フォトダイオードアレイは光の照射を受けて次第に劣化し感度が低下するので、或る程度まで劣化の進んだフォトダイオードアレイは新品と交換しなければならない。このため従来は、装置の電源スイッチや光源の点灯に連動するタイムカウンタを設けて、フォトダイオードアレイの使用時間を積算し、その積算値が所定値に達したら交換するようにしていた。しかし、フォトダイオードアレイの寿命には個体差もあり、また照射光の強度や波長によっても劣化の程度は異なるので、このように使用時間に基づいて一律に劣化判定をすると、まだ劣化の進んでいないフォトダイオードアレイまでも無駄に交換してしまうことがあり、徒らに運転コストを上昇させる結果となっていた。
【００１０】
また、予想外にフォトダイオードアレイの劣化が速く進み、設定された交換時期よりも早く感度低下等の劣化現象が現れた場合、その原因がフォトダイオードアレイにあるのか、それとも光源光度の低下等、他の原因によるものかを究明するのに手間取ることもあった。
上記のような問題点を解消するために、フォトダイオードアレイの劣化を簡単に知るための手段が求められているのが現状である。
【００１１】
暗電流はフォトダイオードアレイの劣化と共に増加することが知られているので、これをフォトダイオードアレイの劣化程度を知るのに利用することも試みられた。しかし、前述したように暗電流は温度依存性が高いので、単に実測した暗電流の値を以て劣化程度を判定することは誤差が大きく実用に適さなかった。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、暗電流の実測値に基づいてより正確にフォトダイオードアレイの劣化を知り得るように構成したフォトダイオードアレイ分光分析装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明装置では上記課題を解決するために、フォトダイオードアレイの暗電流と温度とを同時に測定し、予め設定された暗電流の許容値に実測された温度値に基づく所定の補正演算を施して補正許容値を算出し、この補正許容値と実測された暗電流値とを比較することによりフォトダイオードアレイの劣化程度を判定するようにした。
【００１４】
このように構成したことにより、暗電流の実測値から劣化の程度を判定するに際して温度の影響を排除できるので、より正確な判定が可能となり、フォトダイオードアレイの無駄な交換を防止し、以て分析装置の運転コストの上昇を抑えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１に示す。同図において図２の従来例と同一のものには同一符号を付すことにより再度の説明を省く。
本実施形態では、フォトダイオードアレイ２１に隣接して温度センサ２２が設けられ、これによりフォトダイオードアレイ２１の温度が測定され、その温度信号が信号解析部３０に送られるように構成される。
【００１６】
信号解析部３０はコンピュータで構成され、その内部での処理は殆どソフトウェア上で行われるものであるから、図示するデータ処理手段３１、暗電流温度測定手段３２、温度補正手段３３、比較判定手段３４の各ブロックは信号の処理過程を示すものとし、必ずしも各ブロックに対応するハードウェアが存在するものではない。
【００１７】
本実施形態において、分光分析を行う過程は特に新しいものではない。即ち、光源１１から出て試料を透過した光が分光され、これを受けたフォトダイオードアレイ２１から各波長ごとの光量信号Ｉλが信号解析部３０に送られ、データ処理手段３１を経て吸光度スペクトルとして出力される。分析に先立って分析上の妨害信号である暗電流Ｉｔを測定しておき、データ処理の過程でこれを削除することも前述の通りである。
【００１８】
本発明になるフォトダイオードアレイ２１の劣化判定は以下の手順で行われる。
（１）初めに、或る基準温度Ｔｓ（例えば２０°Ｃ）における暗電流の許容値Ｉａを設定し、基準温度Ｔｓと共に信号解析部３０のコンピュータに入力し記憶させておく。
許容値Ｉａは、フォトダイオードアレイ２１の製品規格などを参照して適宜定めることができるが、新品時のフォトダイオードアレイ２１について暗電流を実測し、その値に適当な倍数を乗じて設定してもよい。この場合、実測時の温度をＴｓとする。
（２）暗電流温度測定手段３２によりシャッター１２を閉じて暗電流Ｉｔを測定し、同時にそのときの温度Ｔの値も取り込む。なお、シャッター１２を閉じる操作は手動の場合もあり得る。
（３）温度補正手段３３においてこの温度値Ｔを用いて設定済みの暗電流の許容値Ｉａに下式の演算を施して補正し、補正許容値Ｉｐを得る。
Ｉｐ＝Ｉａ×Ｋ＾（Ｔ−Ｔｓ）…………………………………（２）
ここでＫは前記（１）式におけるＫと同じ物質定数であり、これも予め入力しておくものとする。
（２）式は（１）式と同じ形であるが、これは上記の補正演算が予め設定した許容値Ｉａを暗電流の温度による変化分だけシフトさせる演算だからである。
（４）比較判定手段３４において補正許容値Ｉｐを実測された暗電流値Ｉｔと比較し、その結果　Ｉｔ＜Ｉｐならばフォトダイオードアレイ２１は劣化していない、Ｉｔ≧Ｉｐならば劣化していると判定し、後者の場合はフォトダイオードアレイ２１を交換するように促す信号（例えば、ランプ点灯）を出力する。
【００１９】
上記は、フォトダイオードアレイ２１が劣化しているか否か、二者択一的に判定する方法であるが、比較判定手段３４において補正許容値Ｉｐに対する実測された暗電流値Ｉｔの比率を算出するように構成すれば、劣化の程度を知ることが可能となり、交換時期を予測しやすくなる。この場合、判定出力は数字、またはグラフの形でコンピュータ上に表示される。
【００２０】
なお、上記は本発明の一実施形態について説明したものであって、本発明をこれに限定するものではない。また、本発明は、一般の分光分析装置ばかりでなく、液体クロマトグラフ用の分光検出器にも適用することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明は、実測された暗電流値からフォトダイオードアレイの劣化を判定するに際して、同時にフォトダイオードアレイの温度を測定し、この温度値を用いて判定基準となる暗電流の許容値に対して温度補正を施すように構成したので、温度依存性の高い暗電流値に基づいて劣化判定を行ってもより正確な判定が可能となり、その結果、無駄にフォトダイオードアレイを交換する可能性が減少し、運転コストの低減につながる。また、フォトダイオードアレイに早期に劣化が発生した場合でも、速やかにこれを発見して交換することができるので、装置の運転管理上の効果も大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】従来の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…分光光学系
１１…光源
１２…シャッター
１３…サンプルセル
１４…集光ミラー
１５…グレーティング
２０…信号検出部
２１…フォトダイオードアレイ
２２…温度センサ
３０…信号解析部

Claims

分光光学系により分光された測定光の各波長ごとの光量をフォトダイオードアレイにより測定する分光分析装置であって、測定光の光路を遮断して前記フォトダイオードアレイの暗電流測定を可能にする手段を有すると共に前記フォトダイオードアレイの温度を測定する温度センサを備えたものにおいて、前記フォトダイオードアレイの暗電流と温度とを同時に測定する手段と、予め設定された暗電流の許容値に前記測定された温度値に基づいて所定の補正演算を施して補正許容値を得る手段と、前記測定された暗電流値と前記補正許容値を比較することにより前記フォトダイオードアレイの劣化程度を判定する手段を設けたことを特徴とするフォトダイオードアレイ分光分析装置。