JP2007093410A - 分光光度計 - Google Patents

Abstract

【課題】
試料光量が対照光量に比較して非常に小さい場合に従来の装置で生じていたデータノイズおよび、デジタルデータの桁落ちに起因する測定精度の低下を改善する。
【解決手段】
対照信号ＲＨと試料信号ＳＨをＳＨ／ＲＨ算出器３２に供給し、対照信号ＲＨと試料信号ＳＨの比を繰り返し測定し、両信号の比ＳＨ／ＲＨがあらかじめ定めた閾値、たとえば１／１００以下になった場合に再測定メッセージ表示器３３からメッセージを表示し、測定者に伝達する。測定者はメッシュフィルタ部３１に光量減衰用のメッシュフィルタを挿入し、ＳＨ／ＲＨが閾値以上になった状態で同期増幅器２０Ｎに対してあらためて測定開始信号Ｐを入力し、再測定を開始させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は排水、湖水などの環境分野における濃度管理や、半導体・光学・電気各分野における材料解析などに使用されるダブルビーム分光光度計に関する。

ダブルビーム分光光度計（以下、分光光度計と略記する）は、光源からの光ビームを、回折格子やプリズムを使用したモノクロメータ部で単波長化した後、２個の光ビームに分割し、一方を液体または気体などの試料を封入した試料セルに、他方を比較用の対照物質を封入した対照セルに導き、それぞれのセルを通過したビームの光量差を測定することによって、光源特性の経時変化などの装置固有の影響を除き、試料固有の光吸収を検出している。光源には目的に応じた波長領域の光が得られるように、たとえば紫外・可視光用には重水素ランプ、可視・近赤外用にはハロゲンランプなどが単独または切り替えて使用されている。たとえば特許文献１に分光光度計の一例が記載されている。

以下、図７によって従来の分光光度計の基本構成の一例と作動を説明する。光源１（前記のように複数の光源を使用することもあるが図示は省略する）からの光はミラー２で反射および集束され、フィルタ３で分光に不必要な波長帯域が除かれた後、スリット４の一方の開口で光ビーム（以下、ビームと記載する）に整形され、ミラー５で反射されて回折格子６で波長分散される。波長分散されたビームは再びミラー５で反射されてスリット４の他方の開口を逆方向に通過する。ビームはさらにミラー７、集光用のレンズ８を介してチョッパ９に入射する。チョッパ９はたとえばチョッパ軸心１０の回りに回転する半円形の円盤で、チョッパ制御器１９からの駆動信号によって高速回転しており、チョッパ９の１回転中の入射光の約１／２をミラー１１方向に反射し、約１／２をミラー１５方向に通過させる。

ミラー１１で反射され、対照物質を封入した対照セル１２を通過した対照ビーム、すなわち対照光量Ｒの対照ビームはミラー１３で反射され検出器１４に入射する。またミラー１５で反射され、試料を封入した試料セル１６を通過した試料ビーム、すなわち試料光量Ｓの試料ビームはミラー１７およびミラー１８で反射され検出器１４に入射する。検出器１４としては光電子増倍管または光電管などが用いられる。

検出器１４からの出力は同期増幅器２０で増幅される。前記出力には対照ビームの出力と試料ビームの出力が含まれているので、チョッパ９の回転と同期した同期信号をチョッパ制御器１９から同期増幅器２０に供給し、対照ビームの出力と試料ビームの出力を分離することによって、同期増幅器２０から、対照光量Ｒのみに対応した対照信号ＲＨと、試料光量Ｓのみに対応した試料信号ＳＨを分離して取り出すことができる。さらに差分増幅器２１によって対照信号ＲＨと試料信号ＳＨの差を差分信号Ｄとして取り出す。差分信号Ｄは試料のみの吸収に対応した信号である。

特開２００１−２２８０８２号公報

従来の分光光度計の構造は以上のとおりであるが、この構造では試料光量Ｓと対照光量Ｒの光量差が大きい場合には精度の高い測定が行えない。すなわち、測定波長帯域全般にわたって吸収の大きな試料では、試料光量Ｓは対照光量Ｒに比較して非常に小さいが、従来の装置ではこの光量差、換言すれば試料光量Ｓと対照光量Ｒの比率、と測定精度の関連について特別な考慮が払われていなかった。光量差の大きな場合にはデジタルデータに桁落ちなどの精度低下が発生している場合が多いが、従来の装置ではこのことに起因する精度低下の有無および低下の程度を測定者に認識させる手段が無かったので、データノイズ（測定データのザラツキ）から定性的にその原因を憶測するほかなく、測定者の判断は恣意的になり、多くの場合は測定者に認識がなされないまま測定条件の変更が行われず、精度の低下したままの測定が行われていた。本発明はこのような問題点を解決する手段を提供することを目的とする。

本発明が第１に提供する分光光度計は、上記課題を解決するために、試料セルを通過した光ビームの光量と対照セルを通過した光ビームの光量の比を測定する手段と、前記光量比があらかじめ定めた閾値以下になったときに閾値以下になったことを測定者に警告する手段を備えたものである。したがって閾値以下になると測定者に警告が行われる。

本発明が第２に提供する分光光度計は、試料セルを通過した光ビームの光量と対照セルを通過した光ビームの光量の比を測定する手段と、前記光量比があらかじめ定めた閾値以下になったときに自動的に対照セルを通過した光ビームの光量を低下させて前記光量比を前記閾値以上に設定する手段を備えたものである。したがって自動的に対照セルを通過した光ビームの光量を低下させて前記光量比があらかじめ定めた閾値以上に設定される。

本発明によれば、データノイズやデジタルデータの桁落ちなどが防止されるので、広い範囲の試料に対して前記光量比に起因するデータ精度の低下を見逃すことがなく、測定者に依存せずに測定精度を改善することができる。

本発明が提供する分光光度計は試料セルと対照セルを通過した光量比を測定する手段と、光量比が閾値以下になったことを測定者に警告する手段と、対照セルを通過する光ビームの光量を低下させる手段を備える点にあり、警告は表示器によるメッセージ表示される。さらに光ビームの光量の比を測定し、光量比が閾値以下になったときに自動的に対照セルを通過した光ビームの光量を低下させて前記光量比をあらかじめ定めた閾値以上に設定する手段を備えるように構成された点に特徴がある。したがってこれら両特徴を備えた分光光度計、具体的には光量比算出器および対照セルの光量を低下させるための制御信号発生器ならびにメッシュフィルタ部を介し光量比の正確な測定が行われる分光光度計である。

以下図示例にしたがって説明する。なお、図１において図７と同一符号の部品の構造および作動は図７と同一である。図１において、光源１からの光はスリット４の一方の開口で光ビームに整形され、回折格子６で波長分散される。波長分散されたビームは光学経路に沿ってチョッパ９に入射する。チョッパ９の１回転中の入射光の約１／２はミラー１１方向に反射し、約１／２はミラー１５方向に通過する。

ミラー１１で反射され、対照物質を封入した対照セル１２を通過した対照ビームは検出器１４に入射する。またミラー１５で反射され、試料を封入した試料セル１６を通過した試料ビームも同じく検出器１４に入射する。対照ビームの光路には光量減衰のためのメッシュフィルタ部３１が挿入されている。

検出器１４からの出力は同期増幅器２０Ｎに入力され、測定者から入力される測定開始信号Ｐによって測定が開始される。前記出力には対照ビームの出力と試料ビームの出力が含まれているが、チョッパ９の回転と同期した同期信号がチョッパ制御器１９から同期増幅器２０Ｎに供給され、対照ビームの出力と試料ビームの出力を分離することができるので、同期増幅器２０Ｎからは対照光量Ｒのみに対応した対照信号ＲＨと、試料光量Ｓのみに対応した試料信号ＳＨを分離して取り出すことができる。さらに差分増幅器２１によって対照信号ＲＨと試料信号ＳＨの差を差分信号Ｄとして取り出す。差分信号Ｄは試料のみの吸収に対応した信号である。

対照信号ＲＨと試料信号ＳＨはＳＨ／ＲＨ算出器３２にも供給され、対照信号ＲＨと試料信号ＳＨの比がチョッパ９の１回転、たとえば１／６０秒毎に繰り返し測定される。両信号の比（以下、ＳＨ／ＲＨと記載する）があらかじめ定めた閾値、たとえば１／１００以下になった場合には、ＳＨ／ＲＨ算出器３２から再測定メッセージ表示器３３に表示信号が出力され、再測定メッセージ表示器３３からメッセージが表示され、測定者に伝達される。測定者は前記メッシュフィルタ部３１に光量減衰用のメッシュフィルタを挿入し、同期増幅器２０Ｎに対してあらためて測定開始信号Ｐを入力し、再測定を開始する。

図２は図１の本発明の実施例の作動の基本的な流れをフローチャートによって示したものである。前記測定開始信号Ｐの入力によって、まず同期増幅器２０Ｎおよび差分増幅器２１のベースラインが自動チェックされ、ベースライン補正が実行される。引き続いて測定が開始され、前記のようにＳＨ／ＲＨ算出器３２によりＳＨ／ＲＨが繰り返して連続測定される。この測定値が前記のＳＨ／ＲＨの繰り返し連続測定のいずれかの区間で、あらかじめ定めた閾値、たとえば１／１００以下になると、再測定メッセージ表示器３３から「メッシュフィルタを入れ、再測定することを勧める」とのメッセージが表示される。測定者は再測定するかどうかをあらためて判断し、再測定を行う場合は図１のメッシュフィルタ部３１にメッシュフィルタを挿入し、あらためて測定開始信号Ｐを入力すると、再度ベースライン補正が実行され、引き続いて再測定が行われる。再測定の必要が無いと判断した場合は試料を交換し、次測定に移る。

本発明が第２に提供する実施例は、ＳＨ／ＲＨがあらかじめ定めた閾値以下になったときに自動的に対照セル１２を通過した光ビームの光量を低下させてＳＨ／ＲＨをあらかじめ定めた閾値以上に自動的に設定する手段を備える。図３は前記の自動的に設定する手段の一例を示している。すなわち、前記ＳＨ／ＲＨがあらかじめ定めた閾値以下になったときに、自動的に図１に示すＳＨ／ＲＨ算出器３２からの信号が図３の制御信号発生器Ｔに供給され、制御信号発生器Ｔからパルスモータにモータ駆動信号が出力される。パルスモータの回転力はラック、ピニオンを介して吸収係数の異なる数種類のメッシュフィルタを保持したメッシュフィルタ部３１に伝達され、メッシュフィルタ部３１が上方に移動して次のメッシュフィルタと交換され、対照セル１２を通過する光量を一段階低下させる。この状態で再度ＳＨ／ＲＨが測定され、閾値との比較の結果、さらに光量低下が必要な場合は再度ＳＨ／ＲＨ算出器３２からの信号が制御信号発生器Ｔに供給され、ＳＨ／ＲＨが閾値を越えるまで上記の作動が繰り返される。ＳＨ／ＲＨが閾値を越えた段階でＳＨ／ＲＨ算出器３２から測定開始用の信号（図示せず）が出力され、測定が開始される。

図４から６には、自動的に設定する手段の他の例が示されている。図４は回転円盤形状のメッシュフィルタ部３１に吸収係数の異なる数種類のメッシュフィルタを取り付けた構造である。ＳＨ／ＲＨ算出器３２からの信号が制御信号発生器Ｔに供給されてパルスモータにモータ駆動信号が出力され、メッシュフィルタ部３１が回転し次のメッシュフィルタに交換され、光量が一段階低下する。本実施例のその後の作動は実施例２に類似であるので詳細説明は省略する。図５は楔形状のメッシュフィルタを使用した例を示している。パルスモータはＳＨ／ＲＨが閾値を越えるまで自動的かつ連続的にメッシュフィルタ部３１を上昇させ、連続的に光量を低下させる。この連続的な制御においては、一度閾値を越えた後にＳＨ／ＲＨが閾値前後で微細に自然変化した場合の不安定を避けるため、閾値を越えた段階でパルスモータはさらに定められた時間回転し、その後停止するように制御信号発生器Ｔを作動させる。図６はたとえば真空蒸着や光学的撮影などで作成された吸収係数が連続的に変化するリボン状のメッシュフィルタ膜を使用した例である。本実施例の作動は図５において説明した実施例に類似であるので詳細説明は省略する。

さらに、上記の各閾値を可変にして測定者が閾値を設定できるような構造や、再測定メッセージ表示器３３にＳＨ／ＲＨの値を表示させたり、警告音や警告光を伴う表示をしたりする構造も考えられる。本発明はこれらをすべて包含する。

本発明は排水、湖水などの環境分野における濃度管理や、半導体・光学・電気各分野における材料解析などに使用されるダブルビーム分光光度計に適用することができる。

本発明の実施例の構成を示す図である。 本発明の実施例のシーケンスを示す図である。 本発明の実施例のメッシュフィルタ部の構造の一例である。 本発明の実施例のメッシュフィルタ部の構造の一例である。 本発明の実施例のメッシュフィルタ部の構造の一例である。 本発明の実施例のメッシュフィルタ部の構造の一例である。 従来の分光光度計の構成を示す図である。

符号の説明

１ 光源
２ ミラー
３ フィルタ
４ スリット
５ ミラー
６ 回折格子
７ ミラー
８ レンズ
９ チョッパ
１０ チョッパ軸心
１１ ミラー
１２ 対照セル
１３ ミラー
１４ 検出器
１５ ミラー
１６ 試料セル
１７ ミラー
１８ ミラー
１９ チョッパ制御器
２０同期増幅器
２０Ｎ同期増幅器
２１ 差分増幅器
３１ メッシュフィルタ部
３２ ＳＨ／ＲＨ算出器
３３再測定メッセージ表示器
Ｄ 差分信号
Ｐ 測定開始信号
Ｒ 対照光量
ＲＨ 対照信号
Ｓ 試料光量
ＳＨ 試料信号
Ｔ 制御信号発生器

Claims (2)

1. 試料セルを通過した光ビームと対照セルを通過した光ビームの光量差を検出する手段を備えたダブルビーム式の分光光度計であって、試料セルを通過した光ビームの光量と対照セルを通過した光ビームの光量の比を測定する手段と、前記光量比があらかじめ定めた閾値以下になったときに測定者に警告する手段を備えたことを特徴とする分光光度計。
2. 試料セルを通過した光ビームと対照セルを通過した光ビームの光量差を検出する手段を備えたダブルビーム式の分光光度計であって、試料セルを通過した光ビームの光量と対照セルを通過した光ビームの光量の比を測定する手段と、前記光量比があらかじめ定めた閾値以下になったときに自動的に対照セルを通過した光ビームの光量を低下させて前記光量比を前記閾値以上に設定する手段を備えたことを特徴とする分光光度計。

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