JP2004309385A

JP2004309385A - 分光光度計

Info

Publication number: JP2004309385A
Application number: JP2003105487A
Authority: JP
Inventors: Masuyoshi Ishimoto; 潤喜石本
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-04-09
Filing date: 2003-04-09
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】試料の変化が急激な時間帯及び緩慢な時間帯において共に適切に測定することができる分光光度計を提供する。
【解決手段】繰り返し測定開始時からの経過時間に応じて測定時間間隔を変化させる。即ち、試料の変化が急激な時間帯には測定時間間隔を短くし、緩慢な時間帯には測定時間間隔をそれよりも長くする。これにより、試料の急激な変化を短い測定時間間隔で的確に測定することができると共に、緩慢な変化については必要以上に多くのデータを取得することを防ぐことができる。測定時間間隔の制御は、上記のように時間帯により測定時間間隔が変化する時間間隔関数及びそのパラメータを測定者が入力し（ステップＳ１）、この時間間隔関数に基づいて１回毎の測定時間を算出し（ステップＳ５）、この測定時間が経過する度に測定する（ステップＳ９）ことにより行う。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は分光光度計、特に、吸光度等の時間的な変化を得るために繰り返し測定を行う分光光度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分光光度計は、試料溶液等の試料に測定光を照射して透過光又は反射光を検出することにより吸光度等を測定するものである。一般に物質はそれに特有の波長の光を吸収するため、吸光度と波長との関係を表す吸光スペクトルを測定することにより、試料中の成分の種類や量等を測定することができる。
【０００３】
このような分光光度計においては、試料中の物質の化学反応等による時間的な変化をみるために、１つの試料に対して所定の時間間隔毎にデータを取得し、吸光度又は透過率の時間的な変化をみることがよくある。以下では、この時間的な変化を見るための一連の複数回の測定をまとめて１つの「繰り返し測定」と呼ぶ。また、１つの繰り返し測定中に所定の時間間隔毎に行われる測定を単に「測定」と呼ぶ。この繰り返し測定の一例として、特許文献１では、繰り返し測定前に測定者が個々の測定の時間間隔（以下、「測定時間間隔」とする）を入力設定し、繰り返し測定の全体に亘って等しい時間間隔で測定を行っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２２１１６８号公報（［００１２］）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、試料溶液中の物質の反応速度は一定ではなく、時間の経過に伴って変化することが多い。こうした場合、一部の時間帯における試料の急激な変化を捉えるためには、測定時間間隔を短くする必要がある。しかし、上記のような従来の分光光度計では、この短い測定時間間隔が繰り返し測定の全体に亘って適用されるため、測定データの量が膨大になってしまう。そのため、装置のメモリ容量等の制約により、測定時間間隔を短くするためには繰り返し測定を行う時間（全測定時間）を短くせざるを得ない。また、この場合、試料が緩慢な変化をする時間帯において必要以上に多くの測定データを取得するため、メモリ等を無駄に多く使用する。逆に、全測定時間を長く設定する必要がある場合には、メモリ容量等の制約により測定時間間隔を短くすることが困難であり、試料の急激な変化を十分に捉えることができない。
【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、その目的とするところは、ある試料を繰り返し測定する場合に、試料の変化が急激な時間帯及び緩慢な時間帯において共に適切に測定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、光源から発した光を試料に照射し、透過光又は反射光を繰り返し測定する分光光度計において、該繰り返し測定開始時からの時間の経過に伴って測定の時間間隔を変化させる測定時間制御部を備えることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明による分光光度計では、まず、測定者が繰り返し測定開始時からの経過時間に応じた測定時間間隔又はそれに関連したパラメータを設定する。この設定は、例えば、経過時間の関数として設定することができる。また、この設定は、各繰り返し測定において予想される試料の変化に応じて適宜行えばよい。即ち、測定データの急激な変化が予想される時間帯には測定時間間隔が相対的に短くなるようにし、緩慢な時化が予想される時間帯には測定時間間隔が相対的に長くなるようにする。試料の時間的な変化が未知である場合には、まず従来のように一定時間間隔で予備的な繰り返し測定を行い、その結果に従って、経過時間に応じて設定した測定時間間隔を用いて本測定（繰り返し測定）を行えばよい。
【０００９】
上記測定時間間隔は、経過時間の代わりに、測定回数等に応じて設定してもよい。また、測定時間間隔を設定する代わりに、測定を行う時間（繰り返し測定開始からの経過時間）を設定してもよい。これらのいずれの場合も、繰り返し測定開始時からの時間の経過に伴って測定時間間隔を変化させることができるため、前記の場合との本質的な違いはない。
【００１０】
測定時間制御部は繰り返し測定開始後、上記のように設定された測定時間間隔に従い、測定時間が到来する度に分光光度計の検出器から測定データを取得する。設定された測定時間間隔が短い時間帯では、測定データを短い時間間隔で多数取得し、試料の急激な変化を確実に捉える。一方、測定時間間隔が長い時間帯では、測定データを必要以上に多く取得することはない。
【００１１】
設定する測定時間間隔には、例えば、時間経過と共に測定時間間隔が単調に増加するものを用いることができる。この測定時間間隔の設定は、繰り返し測定開始直後に急激な変化を生じ、その後時間経過と共に反応速度が低下する試料に対して好適に用いることができる。一方、繰り返し測定の開始直後には反応速度が遅く、反応が進むにつれて反応速度が増加する場合もある。このような場合には、時間経過と共に測定時間間隔が単調に減少するようにするとよい。
【００１２】
時間経過と共に測定時間間隔が単調に増加するものの一例として、時間に関する指数関数により測定時間間隔を定義することができる。試料はその反応により指数関数的な時間的変化を示すことがよく見られる。このような時間変化は、例えば酸化還元反応、錯体反応、色素の反応、酵素反応等の擬一次反応に多く見られる。指数関数的に測定時間間隔を増加させることにより、このような時間的変化を適切に捉えることができる。また、前記のように反応が進むにつれて反応速度が増加する場合に、指数関数的に減少する測定時間間隔を用いてもよい。
【００１３】
前記のように繰り返し測定開始直後に測定データが急激に変化する場合、グラフ上に繰り返し測定の結果を表す際に、時間に関する軸（以下、「時間軸」）を線形スケールにすると、繰り返し測定開始直後の急激な変化とその後の緩慢な変化を同一のグラフ上に表示することが難しい。即ち、繰り返し測定終了までの全ての測定データを表示しようとすると急激な変化がグラフ上の狭い領域に押しやられてしまい、急激な変化の領域を拡大して表示すると全ての測定データを表示することができない。それに対し、時間軸を対数スケールにしたグラフ上にこれらの測定データを表すと、測定データの急激な変化をより広い領域に表示しつつ、繰り返し測定の全体を表示することができる。その際、従来のように等時間間隔で測定を行うと測定開始直後の測定データがまばらに表示されるが、上述のように測定時間間隔を単調に増加させることにより、それよりも密に表示することができる。特に、測定時間間隔を指数関数で定義した場合、測定点を時間軸方向に等間隔とすることができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の分光光度計により、試料の急激な変化を確実に捉えることができ、且つ緩慢な変化の際に必要以上に多くのデータを取得することを防いでメモリの容量を節約することができる。また、こうして得られるデータを時間軸を対数スケールとしたグラフ上にプロットすることにより、繰り返し測定の全体に亘るデータの変化を的確に表示することができる。
【００１５】
【実施例】
本発明に係る分光光度計の一実施例の構成を図１に示す。光源１１は、種々の波長を含む光を発するものであり、例えば重水素ランプやハロゲンランプ等を用いる。光源１１が発する光（測定光）の光路上にレンズ１２を設け、このレンズ１２により光が集束される位置にセルホルダ１３を設ける。セルホルダ１３の内部には試料溶液が貯留されている。また、セルホルダ１３の外壁には、前記の集束された測定光をセル内に導入する窓、及び試料溶液を透過した光（透過光）をセル内から取り出す窓が形成されている。セルホルダ１３を透過した透過光の光路上には、レンズ１４、スリット１５及び回折格子１６が設けられている。回折格子１６により回折された光を受ける位置に、透過光の波長スペクトルを検出するフォトダイオードアレイ１７を設ける。フォトダイオードアレイ１７は、受光素子を直線状に多数並べて配置したものであり、各受光素子が分光された光を所定の波長毎に検出することによりスペクトルを得るものである。フォトダイオードアレイ１７にＡ／Ｄ変換回路１８を接続し、このＡ／Ｄ変換回路１８に制御部２０を接続する。
【００１６】
制御部２０は、ＣＰＵ２１、計時部２２、記憶領域部２３、表示部２４及び操作部２５から成る。計時部２２は繰り返し測定開始時からの経過時間ｔを計測するものであり、例えばタイマＩＣを用いることができる。記憶領域部２３はＲＯＭ・ＲＡＭ・ハードディスクから成る。記憶領域部２３は、測定時間の制御に関するパラメータや関数等を記憶している。なお、記憶領域部２３はこれら測定時間制御に関するもの以外にも、測定に関するプログラムや測定したデータ等を記憶している。表示部２４はディスプレイ、操作部２５はキーボードやマウス等から成る。制御部２０には、必要に応じて更にプリンタなどの外部機器を接続してもよい。
【００１７】
図１の装置において、試料の透過光の波長スペクトルを測定（繰り返し測定中の個々の測定）する際の動作について説明する。光源１１から発せられた測定光は、レンズ１２により集束され、セルホルダ１３の外壁に設けた窓からセル内の試料溶液に照射される。試料溶液内の試料は、それに特有な波長の光を吸収する。透過光はレンズ１４及びスリット１５により回折格子１６の格子面に収束され、回折格子１６により分光される。波長分散光の各波長毎の強度（スペクトル）はフォトダイオードアレイ１７により同時に検出される。検出されたスペクトルの信号はＡ／Ｄ変換回路１８によりデジタル化される。
【００１８】
制御部２０は、測定回数ｎに応じて設定された測定時間間隔に従って、所定の時間毎に、Ａ／Ｄ変換回路１８から前記スペクトルのデータを取得する。以下、本発明の特徴である、制御部２０によるデータ取得及びデータ計算について、図２を用いて説明する。
【００１９】
まず、繰り返し測定開始前に、測定者は操作部２５より、使用する時間間隔関数並びにそのパラメータ、及び測定終了条件パラメータを入力する（ステップＳ１）。ここで、時間間隔関数は、予め登録された複数の関数から選択することができる。また、登録されたもの以外の関数を入力して使用することもできる。時間間隔パラメータは、時間間隔関数の係数や指数などのパラメータである。測定終了条件パラメータは、全測定時間ｔ_Ｍあるいは全測定回数ｎ_Ｍ等から成る。時間ｔ_Ｍが経過後あるいはｎ_Ｍ回目の測定が終了する等の条件を満たしたときに繰り返し測定を終了する。併せて、測定者は操作部２５よりデータ計算の条件や表示部２４の表示モード等のパラメータを入力する。これらのパラメータは記憶領域部２３に記憶される。また、測定時間間隔の関数は予め記憶領域部２３に記憶させておく。
【００２０】
ここでは、一例として、時間間隔関数に指数関数を用いる例を示す。時間間隔パラメータとして初期値ｔ_０と指数αを用いる。ｎ回目の測定における繰り返し測定開始時からの経過時間ｔ_ｎを
ｔ_ｎ＝ｔ_０・ｅｘｐ（α・ｎ） …（１）
（α＞０）と定義する。ｎ回目の測定とｎ−１回目の測定の時間間隔Δｔ_ｎ（時間間隔関数）は、
Δｔ_ｎ＝ｔ_０・｛ｅｘｐ（α・ｎ）−ｅｘｐ（α・（ｎ−１））｝ …（２）
となる。このΔｔ_ｎは、時間経過と共に単調に増加する関数である。なお、以下では経過時間ｔ_ｎを用いて測定時間間隔の制御を行うが、時間間隔関数Δｔ_ｎを用いても同様の測定時間間隔の制御を行うことができることは明らかである。
【００２１】
測定者が操作部２５より繰り返し測定の開始を指示する（ステップＳ２）と、分光光度計は繰り返し測定を開始する（ステップＳ３）。まず、ＣＰＵ２１は計時部２２に経過時間ｔの計測を開始するように指示すると共に、測定回数ｎを初期化して０にする（ステップＳ４）。ＣＰＵ２１は記憶領域部２３から測定時間の関数である式（１）と時間間隔パラメータを読み出し、式（１）より、１回目の測定時間ｔ_ｎ＝ｔ_１をｔ_０ｅｘｐ（α）と算出する（ステップＳ５）。ここで、ＣＰＵ２１はキーボード等から繰り返し測定の中止の指示がなされているかを確認する（ステップＳ６）。この指示があれば繰り返し測定を中止し、指示がなければ繰り返し測定を継続する。
【００２２】
ＣＰＵ２１は計時部２２から経過時間ｔを取得する（ステップＳ７）。ＣＰＵ２１は、この経過時間ｔとステップＳ５で計算した測定時間ｔ_１を比較する（ステップＳ８）。経過時間ｔが測定時間ｔ_１よりも小さい場合、ＣＰＵ２１は経過時間ｔが未だ１回目の測定時間には達していないと判断し、ステップＳ６に戻る。従って、経過時間ｔがｔ_１に達するまでステップＳ６〜Ｓ８の処理が繰り返される。経過時間ｔがｔ_１よりも大きい場合、ＣＰＵ２１での処理はステップＳ９に移る。
【００２３】
ステップＳ９では、ＣＰＵ２１はＡ／Ｄ変換回路１８から前記スペクトルの信号（測定データｄ_ｎ＝ｄ_１）を取得する。この測定データは、実際の測定時間ｔ_ｎ’＝ｔ_１’及び測定回数ｎ＝１と関連付けて記憶領域部２３に記憶する。なお、ステップＳ８の処理のタイミングにより、実際の測定時間ｔ_ｎ’と測定時間ｔ_ｎは厳密には一致しないため、ここではｔ_ｎ’とｔ_ｎを区別する。この測定データｄ_１に対してステップＳ１０において所定のデータ処理を行い、表示部２４のディスプレイ上にグラフとして表示する。このデータ処理後の値は、記憶領域部２３に記憶してもよいが、記憶領域部２３には記憶せずに、後にデータを表示させる際にも処理前のデータから処理後のデータを算出するようにしてもよい。
【００２４】
これにより、１回目の測定が終了する。ＣＰＵ２１は測定回数ｎを１だけ増加させ、この新しいｎの値を記憶領域部２３に記憶させる（ステップＳ１１）。ＣＰＵ２１は計時部２２から経過時間ｔを取得して、経過時間ｔが全測定時間ｔ_Ｍを越えているかどうかをみる（ステップＳ１２）。ｔ＜ｔ_Ｍ、即ち未だ経過時間ｔが全測定時間ｔ_Ｍを経過していない場合には、ステップＳ５に戻り、次回（２回目）の測定時間ｔ_２を計算する。以下、経過時間ｔが全測定時間ｔ_Ｍを経過するまで、ステップＳ５〜Ｓ１２を繰り返し実行する。そして、経過時間ｔが全測定時間ｔ_Ｍを経過したとき、ステップＳ１２においてｔ＞ｔ_Ｍの条件を満たし、繰り返し測定が終了する。
【００２５】
本実施例では測定時間ｔ_ｎを式（１）の指数関数としているため、表示部２４のディスプレイ上にグラフを表示する際に、時間に関する軸を対数スケールにすれば、グラフ上のデータが時間軸に関して等間隔となるため、測定時間全体のデータの変化を的確に表すことができる。
【００２６】
吸光度等の時間的な変化は、典型的には、繰り返し測定開始後の時間経過と共に指数関数的に変化する。この場合の測定データの時間的な変化と測定タイミング（データ取得タイミング）との関係の一例を図３に示す。黒丸印は従来のように等時間間隔で測定を行う場合を、白丸印は測定時間ｔ_ｎを式（１）の指数関数で定義して測定を行う場合を示す。繰り返し測定終了までの全測定回数ｎ_Ｍは、黒丸・白丸のいずれの場合も同数（ｎ_Ｍ＝２５）である。
【００２７】
等時間間隔で測定を行うと、繰り返し測定開始直後（領域３１）にはデータが急激に変化するため、この変化を捉えるには測定時間間隔が長すぎ、データ数が不十分である。また、ある程度時間が経過した領域３２においてはデータの変化が緩慢であり、隣接データ間ではほとんどデータの変化がないため、必要以上に多くのデータを取得しているといえる。
【００２８】
それに対して、測定時間間隔を指数関数で定義すれば、図３に白丸印で示すように、領域３１では短い時間間隔で、領域３２ではそれよりも長い時間間隔で測定する。従って、領域３１においては十分なデータ数により急激な変化を的確に捉えることができる。また、領域３２においては必要以上に多くのデータを取得することはない。
【００２９】
上記実施例は、以下のように変形することができる。まず、上記の例では測定時間間隔関数を指数関数としたが、それに限らず様々な関数を用いることができる。例えば、測定毎に測定時間間隔が一定値βずつ増加する関数（Δｔ_ｎ＝ｔ_０＋β・ｎ）等がある。これは、時間経過と共に測定時間間隔が単調増加する関数である。また、測定時間間隔が１回毎に変化するのではなく、所定の測定回数又は所定の測定時間毎に変化するものであってもよい。試料によっては、測定時間間隔が単調に増加又は減少するものに限らず、時間の経過により測定時間間隔が増加・減少のいずれもとるものでもよい。
【００３０】
また、上記の例では時間間隔関数や各種パラメータを１回の繰り返し測定毎に入力しているが、測定者が更新しない限り同じものを使い続けるようにしてもよい。これにより、同種の複数のサンプルに対して繰り返し測定を連続して行う場合等において、これらの条件を入力する手間が省ける。
【００３１】
上記の例では、計時部２２として専用のタイマＩＣを設ける例を示したが、例えばＯＳが提供する定期割り込みを利用したもの等を用いて計時部を構成してもよい。
【００３２】
更に、光学系の構成においては、紫外光・可視光・近赤外光・赤外光のいずれの波長域用の光源についても用いることができる。また、図１にはシングルビーム方式の光学系を示したが、ダブルビーム方式のものにも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分光光度計の一実施例の概略構成図。
【図２】本実施例における分光光度計の動作のフローチャート。
【図３】測定データの時間的な変化と測定タイミングとの関係の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
１１…光源
１２、１４…レンズ
１３…セルホルダ
１５…スリット
１６…回折格子
１７…フォトダイオードアレイ
１８…Ａ／Ｄ変換回路
２０…制御部
２１…ＣＰＵ
２２…計時部
２３…記憶領域部
２４…表示部
２５…操作部

Claims

光源から発した光を試料に照射し、透過光又は反射光を繰り返し測定する分光光度計において、該繰り返し測定開始時からの時間の経過に伴って測定の時間間隔を変化させる測定時間制御部を備えることを特徴とする分光光度計。
前記時間間隔が繰り返し測定開始時からの時間の経過に伴って単調に増加又は減少するものであることを特徴とする請求項１に記載の分光光度計。