JP2018179884A - 量子収率算出方法、分光蛍光光度計及び量子収率算出プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】量子収率を精度よく算出できる量子収率算出方法、分光蛍光光度計及び量子収率算出プログラムを提供する。【解決手段】分光蛍光光度計を用いて量子収率を算出する際に、補正処理部は、ブランク測定状態における励起光の光子数である光子数、及び、サンプル測定状態における励起光の光子数である光子数B1に基づいて、ブランク測定状態における蛍光の光子数である光子数A2を補正する処理を行う。そのため、光子数A2を補正して、補正後バックグランド光子数A2´を精度よく算出できる。また、量子収率算出処理部は、ブランク測定状態における励起光の光子数、及び、サンプル測定状態における蛍光の光子数B2に加えて、補正後バックグランド光子数A2´に基づいて、量子収率を算出する。そのため、量子収率を精度よく算出できる。【選択図】図6
Description
本発明は、サンプルが配置される測定位置が内部に形成された積分球内に励起光を入射させ、積分球内から出射する光を検出することによりスペクトルを取得する分光蛍光光度計に関するものである。また、本発明は、当該スペクトルに基づいて、量子収率を算出する量子収率算出方法及び量子収率算出プログラムに関するものである。
従来より、特定の波長成分を持つ光に反応し、目的の機能を達成するような光反応分子の研究が行われている。
光反応分子は、通常、エネルギー的に安定した基底状態となっており、特定の波長成分を持つ励起光が照射されると、その光エネルギーを吸収して励起状態となる。そして、光反応分子は、蛍光又は燐光を発することにより、元の安定した基底状態に戻る。このとき、例えば、照射又は吸収した光の光子数に対する、発した光の光子数の比が量子収率として表される。
このような量子収率は、例えば、積分球が設けられた分光蛍光光度計を用いることにより算出される(例えば、下記特許文献1参照)。
このような量子収率は、例えば、積分球が設けられた分光蛍光光度計を用いることにより算出される(例えば、下記特許文献1参照)。
具体的には、分光蛍光光度計を用いて量子収率を算出する場合には、まず、積分球内の測定位置にサンプルがない状態で積分球内に励起光が入射される。そして、積分球内から出射する光を検出することによりスペクトルが作成される。次いで、積分球内の測定位置にサンプルが設置された状態で、同様にして、スペクトルが作成される。そして、これらのスペクトルに基づいて、サンプルがない状態及びサンプルがある状態の両方で、積分球から出射する光の光子数が算出される。また、これらの光子数に基づいて、量子収率が算出される。
上記した従来の方法において、算出する量子収率の精度が低下するという不具合が生じることがあった。
具体的には、上記した従来の方法において、積分球から出射する光に、積分球の内壁に当たることで発せられる蛍光などのいわゆるバックグランド成分(迷光成分)が含まれることがある。そのため、このバックグランド成分によって、量子収率の精度が低下することがあった。また、バックグランド成分を算出した上で、量子収率を算出する場合であっても、バックグランド成分の算出の精度が低ければ、量子収率の精度が低下してしまう。
具体的には、上記した従来の方法において、積分球から出射する光に、積分球の内壁に当たることで発せられる蛍光などのいわゆるバックグランド成分(迷光成分)が含まれることがある。そのため、このバックグランド成分によって、量子収率の精度が低下することがあった。また、バックグランド成分を算出した上で、量子収率を算出する場合であっても、バックグランド成分の算出の精度が低ければ、量子収率の精度が低下してしまう。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、量子収率を精度よく算出できる量子収率算出方法、分光蛍光光度計及び量子収率算出プログラムを提供することを目的とする。
(1)本発明に係る量子収率算出方法は、サンプルが配置される測定位置が内部に形成された積分球内に励起光を入射させ、前記積分球内から出射する光を検出することにより得られるスペクトルに基づいて、量子収率を算出する。前記量子収率算出方法は、ブランク測定ステップと、サンプル測定ステップと、補正ステップと、量子収率算出ステップとを含む。前記ブランク測定ステップでは、前記測定位置にサンプルがない、あるいは溶媒入りセルや試料蒸着前の基材のみを設置したブランク測定状態で前記積分球内に励起光を入射させることにより得られるスペクトルに基づいて、前記積分球内に入射する励起光の光子数を第1光子数として算出するとともに、励起光の波長域とは異なる特定波長域の光の光子数を第2光子数として算出する。前記サンプル測定ステップでは、前記測定位置にサンプルがあるサンプル測定状態で前記積分球内に励起光を入射させることにより得られるスペクトルに基づいて、サンプルに吸収されなかった励起光の光子数を第3光子数として算出するとともに、前記特定波長域の光の光子数を第4光子数として算出する。前記補正ステップでは、前記第1光子数及び前記第3光子数に基づいて前記第2光子数を補正することにより、第5光子数を算出する。前記量子収率算出ステップでは、前記第1光子数、前記第4光子数及び前記第5光子数に基づいて、量子収率を算出する。
このような方法によれば、補正ステップでは、ブランク測定状態における励起光の光子数である第1光子数、及び、サンプル測定状態における励起光の光子数である第3光子数に基づいて、ブランク測定状態における特定波長域の光の光子数である第2光子数を補正して、第5光子数を算出する。
そのため、ブランク測定状態における特定波長域の光の光子数を補正により精度よく算出できる。
そのため、ブランク測定状態における特定波長域の光の光子数を補正により精度よく算出できる。
また、量子収率算出ステップでは、ブランク測定状態における励起光の光子数である第1光子数、及び、サンプル測定状態における特定波長域の光の光子数である第4光子数に加えて、ブランク測定状態における特定波長域の光の光子数である第2光子数を補正した第5光子数に基づいて、量子収率を算出する。
すなわち、量子収率算出ステップでは、補正により精度よく算出した第5光子数を用いて量子収率を算出する。
すなわち、量子収率算出ステップでは、補正により精度よく算出した第5光子数を用いて量子収率を算出する。
このように、上記した方法によれば、ブランク測定状態における特定波長域の光の光子数を補正により精度よく算出し、その光子数を用いて量子収率を算出する。
そのため、量子収率を精度よく算出できる。
そのため、量子収率を精度よく算出できる。
(2)また、前記量子収率算出ステップでは、前記第1光子数、前記第4光子数及び前記第5光子数に基づいて、前記積分球内に入射する励起光の光子数に対する前記サンプルから生じる光の光子数の比を外部量子収率として算出してもよい。
このような方法によれば、外部量子収率を精度よく算出できる。
(3)また、前記量子収率算出ステップでは、前記第1光子数、前記第3光子数、前記第4光子数及び前記第5光子数に基づいて、前記サンプルに吸収された励起光の光子数に対する前記サンプルから生じる光の光子数の比を内部量子収率として算出してもよい。
このような方法によれば、内部量子収率を精度よく算出できる。
(4)また、前記ブランク測定ステップでは、励起光の波長域の透過率が低減された光学フィルタを光路上に設けた状態、及び、前記光学フィルタを光路上に設けない状態で、それぞれ得られるスペクトルに基づいて、前記第2光子数及び前記第1光子数を算出してもよい。前記サンプル測定ステップでは、前記光学フィルタを光路上に設けた状態、及び、前記光学フィルタを光路上に設けない状態で、それぞれ得られるスペクトルに基づいて、前記第4光子数及び前記第3光子数を算出してもよい。
このような方法によれば、第2光子数は、ブランク測定状態であって、光学フィルタが光路上に設けられた状態で得られるスペクトルに基づいて算出される。第4光子数は、サンプル測定状態であって、光学フィルタが光路上に設けられた状態で得られるスペクトルに基づいて算出される。
そのため、第2光子数及び第4光子数のそれぞれを算出する際に、励起光の波長域の光に起因するノイズを排除できる。
その結果、量子収率を一層精度よく算出できる。
そのため、第2光子数及び第4光子数のそれぞれを算出する際に、励起光の波長域の光に起因するノイズを排除できる。
その結果、量子収率を一層精度よく算出できる。
(5)本発明に係る分光蛍光光度計は、サンプルが配置される測定位置が内部に形成された積分球内に励起光を入射させ、前記積分球内から出射する光を検出することによりスペクトルを取得する。前記分光蛍光光度計は、ブランク測定処理部と、サンプル測定処理部と、補正処理部と、量子収率算出処理部とを備える。前記ブランク測定処理部は、前記測定位置にサンプルがないブランク測定状態で前記積分球内に励起光を入射させることにより得られるスペクトルに基づいて、前記積分球内に入射する励起光の光子数を第1光子数として算出するとともに、励起光の波長域とは異なる特定波長域の光の光子数を第2光子数として算出する。前記サンプル測定処理部は、前記測定位置にサンプルがあるサンプル測定状態で前記積分球内に励起光を入射させることにより得られるスペクトルに基づいて、サンプルに吸収されなかった励起光の光子数を第3光子数として算出するとともに、前記特定波長域の光の光子数を第4光子数として算出する。前記補正処理部は、前記第1光子数及び前記第3光子数に基づいて前記第2光子数を補正することにより、第5光子数を算出する。前記量子収率算出処理部は、前記第1光子数、前記第4光子数及び前記第5光子数に基づいて、量子収率を算出する。
(6)また、前記量子収率算出処理部は、前記第1光子数、前記第4光子数及び前記第5光子数に基づいて、前記積分球内に入射する励起光の光子数に対する前記サンプルから生じる光の光子数の比を外部量子収率として算出してもよい。
(7)また、前記量子収率算出処理部は、前記第1光子数、前記第3光子数、前記第4光子数及び前記第5光子数に基づいて、前記サンプルに吸収された励起光の光子数に対する前記サンプルから生じる光の光子数の比を内部量子収率として算出してもよい。
(8)また、前記ブランク測定処理部は、励起光の波長域の透過率が低減された光学フィルタを光路上に設けた状態、及び、前記光学フィルタを光路上に設けない状態で、それぞれ得られるスペクトルに基づいて、前記第2光子数及び前記第1光子数を算出してもよい。前記サンプル測定処理部は、前記光学フィルタを光路上に設けた状態、及び、前記光学フィルタを光路上に設けない状態で、それぞれ得られるスペクトルに基づいて、前記第4光子数及び前記第3光子数を算出してもよい。
(9)本発明に係る量子収率算出プログラムは、サンプルが配置される測定位置が内部に形成された積分球内に励起光を入射させ、前記積分球内から出射する光を検出することにより得られるスペクトルに基づいて量子収率を算出する。前記量子収率算出プログラムは、ブランク測定ステップと、サンプル測定ステップと、補正ステップと、量子収率算出ステップとをコンピュータに実行させる。前記ブランク測定ステップでは、前記測定位置にサンプルがないブランク測定状態で前記積分球内に励起光を入射させることにより得られるスペクトルに基づいて、前記積分球内に入射する励起光の光子数を第1光子数として算出するとともに、励起光の波長域とは異なる特定波長域の光の光子数を第2光子数として算出する。前記サンプル測定ステップでは、前記測定位置にサンプルがあるサンプル測定状態で前記積分球内に励起光を入射させることにより得られるスペクトルに基づいて、サンプルに吸収されなかった励起光の光子数を第3光子数として算出するとともに、前記特定波長域の光の光子数を第4光子数として算出する。前記補正ステップでは、前記第1光子数及び前記第3光子数に基づいて前記第2光子数を補正することにより、第5光子数を算出する。前記量子収率算出ステップでは、前記第1光子数、前記第4光子数及び前記第5光子数に基づいて、量子収率を算出する。
本発明によれば、ブランク測定状態における特定波長域の光の光子数を補正により精度よく算出し、その光子数を用いて量子収率を算出する。そのため、量子収率を精度よく算出できる。
1.分光蛍光光度計の構成
図1は、本発明の第1実施形態に係る分光蛍光光度計1の構成例を示す概略図である。
分光蛍光光度計1は、光源部2と、ミラー3と、回折格子4,5と、積分球6と、検出部7と、スリット8,9,10とを備えている。
光源部2は、例えば、キセノンランプからなる。光源部2は、励起光としての白色光を出射するように構成されている。
ミラー3は、光源部2と間隔を隔てて配置されている。
図1は、本発明の第1実施形態に係る分光蛍光光度計1の構成例を示す概略図である。
分光蛍光光度計1は、光源部2と、ミラー3と、回折格子4,5と、積分球6と、検出部7と、スリット8,9,10とを備えている。
光源部2は、例えば、キセノンランプからなる。光源部2は、励起光としての白色光を出射するように構成されている。
ミラー3は、光源部2と間隔を隔てて配置されている。
回折格子4,5は、凹面回折格子である。回折格子4,5のそれぞれは、積分球6の周囲に配置されており、互いに間隔を隔てて配置されている。回折格子4,5のそれぞれは、回転可能に構成されている。回折格子4,5のそれぞれは、回転することにより、入射する光を分光して任意の波長の光を出射する。
積分球6は、中空状の球形状に形成されている。積分球6には、入射口61と、出射口62とが形成されている。積分球6の入射口61は、回折格子4と間隔を隔てて対向している。積分球6の出射口62は、回折格子5と間隔を隔てて対向している。積分球6内には、測定位置が形成されており、この測定位置にサンプルSが配置される。
検出部7は、回折格子5と間隔を隔てて配置されている。
検出部7は、回折格子5と間隔を隔てて配置されている。
スリット8は、ミラー3と回折格子4との間に配置されている。スリット9は、回折格子4と積分球6との間に配置されている。スリット10は、回折格子5と検出部7との間に配置されている。
分光蛍光光度計1においてスペクトルを取得する場合には、まず、光源部2からミラー3に向けて白色光(励起光)が出射される。光源部2から出射された白色光は、ミラー3で反射され、スリット8を通過した後、回折格子4に入射する。そして、回折格子4により、特定波長の励起光に分光される。当該分光された励起光は、スリット9を通過した後、入射口61を介して積分球6内に入射して、サンプルSを照射する。
サンプルSに励起光が照射されると、励起光の一部がサンプルSの分子に吸収される。そして、サンプルSの分子が、基底状態から、エネルギーレベルの高い励起状態に遷移する。その後、励起状態の分子は、光放射による失活により基底状態に戻る。このとき、サンプルSの分子からは、蛍光が放射される。
そして、積分球6の出射口62からは、蛍光を含む光が出射される。積分球6から出射した光は、回折格子5で分光される。このとき、回折格子5が回転されることにより、波長ごとに分光された光が連続的に検出部7に入射する。検出部7は、波長ごとに分光された光が入射するたびに、光の強度に応じた検出信号を出力する。そして、分光蛍光光度計1では、検出部7からの検出信号に基づいて、スペクトルが作成される。
分光蛍光光度計1では、このようにして取得するスペクトルを用いて量子収率を算出することができる。具体的には、積分球6にサンプルSが設置されない状態と、積分球6にサンプルSが設置された状態(上記の状態)の両方で、上記と同様にして、励起光が積分球6内に入射され、積分球6内から出射する光を検出部7で検出することによりスペクトルが作成される。そして、これらのスペクトルに基づいて、量子収率が算出される。
分光蛍光光度計1では、この量子収率を精度よく算出できるように、以下のような構成及び方法が用いられる。
分光蛍光光度計1では、この量子収率を精度よく算出できるように、以下のような構成及び方法が用いられる。
2.制御部及びその周辺の部材の電気的構成
図2は、分光蛍光光度計1の制御部12及びその周辺の部材の電気的構成を示したブロック図である。
分光蛍光光度計1は、上記した検出部7に加えて、表示部11及び制御部12などを電気的構成として備えている。
表示部11は、例えば、液晶表示器などにより構成される。
図2は、分光蛍光光度計1の制御部12及びその周辺の部材の電気的構成を示したブロック図である。
分光蛍光光度計1は、上記した検出部7に加えて、表示部11及び制御部12などを電気的構成として備えている。
表示部11は、例えば、液晶表示器などにより構成される。
制御部12は、例えば、CPU(Central Processing Unit)を含む構成である。制御部12には、検出部7及び表示部11などが、電気的に接続されている。制御部12は、CPUがプログラムを実行することにより、スペクトル作成処理部121、ブランク測定処理部122、サンプル測定処理部123、補正処理部124及び量子収率算出処理部125などとして機能する。
スペクトル作成処理部121は、検出部7からの検出信号に基づいて、スペクトルを作成する処理を行う。具体的には、スペクトル作成処理部121は、積分球6内の測定位置にサンプルSがない状態(ブランク測定状態)における検出部7からの検出信号に基づいて、スペクトル(ブランクスペクトル)を作成する。また、スペクトル作成処理部121は、積分球6内の測定位置にサンプルがある状態(サンプル測定状態)における検出部7からの検出信号に基づいて、スペクトル(サンプルスペクトル)を作成する処理を行う。
ブランク測定処理部122は、スペクトル作成処理部121が作成したスペクトル(ブランクスペクトル)に基づいて、積分球6内に入射する励起光の光子数(第1光子数)を算出する処理、及び、蛍光(励起光の波長域と異なる特定波長域の光)の光子数(第2光子数)を算出する処理を行う。
サンプル測定処理部123は、スペクトル作成処理部121が作成したスペクトル(サンプルスペクトル)に基づいて、サンプルSに吸収されなかった励起光の光子数(第3光子数)を算出する処理、及び、蛍光(励起光の波長域と異なる特定波長域の光)の光子数(第4光子数)を算出する処理を行う。
補正処理部124は、ブランク測定処理部122が算出した励起光の光子数(第1光子数)、及び、サンプル測定処理部123が算出した励起光の光子数(第3光子数)に基づいて、サンプル測定処理部123が算出した蛍光の光子数(第4光子数)を補正する処理を行う。
量子収率算出処理部125は、ブランク測定処理部122が算出した励起光の光子数(第1光子数)、サンプル測定処理部123が算出した蛍光の光子数(第4光子数)、及び、補正処理部124が補正した後の光子数(第5光子数)に基づいて、量子収率を算出する処理を行う。量子収率算出処理部125は、後述するように、量子収率として、外部量子収率又は内部量子収率を算出する。
3.制御部による制御動作
図3は、制御部12の制御動作の一例を示したフローチャートである。図4は、分光蛍光光度計1で作成されるスペクトルを示した図であって、ブランク測定状態で積分球6内に励起光を入射することで得られるスペクトルを示している。図5は、分光蛍光光度計1で作成されるスペクトルを示した図であって、サンプル測定状態で積分球6内に励起光を入射することで得られるスペクトルを示している。図6は、量子収率を求める際に用いる光子数を説明するための図である。図4〜図6では、横軸が波長を表し、縦軸が光の検出強度を表している。以下では、図3〜図6を用いて、制御部12の制御動作を説明する。
図3は、制御部12の制御動作の一例を示したフローチャートである。図4は、分光蛍光光度計1で作成されるスペクトルを示した図であって、ブランク測定状態で積分球6内に励起光を入射することで得られるスペクトルを示している。図5は、分光蛍光光度計1で作成されるスペクトルを示した図であって、サンプル測定状態で積分球6内に励起光を入射することで得られるスペクトルを示している。図6は、量子収率を求める際に用いる光子数を説明するための図である。図4〜図6では、横軸が波長を表し、縦軸が光の検出強度を表している。以下では、図3〜図6を用いて、制御部12の制御動作を説明する。
分光蛍光光度計1を用いて試料の量子収率を求める場合には、ユーザは、積分球6内にサンプルSを設置しない状態(ブランク測定状態)で、図示しない操作部を操作することにより、分光蛍光光度計1における動作を開始させる。
ユーザによって、動作開始のための入力が操作部で行われると(ステップS101でYES)、光源部2から励起光が出射され、その励起光が積分球6内に入射される。そして、積分球6から出射した光が検出部7で検出される。スペクトル作成処理部121は、ブランク測定状態における検出部7からの検出信号に基づいて、スペクトル(ブランクスペクトル)を作成する(ステップS102)。図4では、スペクトル作成処理部121で作成されるスペクトル(ブランクスペクトル)がAとして示されている。スペクトルAにおいて、励起光は、短波長側に表れ、蛍光は、長波長側に表れている。
そして、ブランク測定処理部122は、スペクトルA(ブランクスペクトルA)から、励起光の光子数A1を算出する(ステップS103)。光子数A1は、励起光の波長域におけるスペクトルAの面積に対応している。光子数A1が、第1光子数の一例である。
また、ブランク測定処理部122は、スペクトルA(ブランクスペクトルA)から、蛍光の光子数A2を算出する(ステップS104:ブランク測定ステップ)。光子数A2は、蛍光の波長域におけるスペクトルAの面積に対応している。光子数A2は、例えば、積分球6の内壁の材質の特性で生じる蛍光成分などであって、いわゆるバックグランド成分(バックグランド光子数)である。光子数A2が、第2光子数の一例である。
その後、ユーザは、積分球6内の測定位置にサンプルSを設置し、再度、操作部を操作することにより、分光蛍光光度計1における動作を開始させる。
その後、ユーザは、積分球6内の測定位置にサンプルSを設置し、再度、操作部を操作することにより、分光蛍光光度計1における動作を開始させる。
ユーザによって、動作開始のための入力が操作部で行われると(ステップS105でYES)、光源部2から励起光が出射され、その励起光が積分球6内に入射される。そして、積分球6から出射した光が検出部7で検出される。スペクトル作成処理部121は、サンプル測定状態における検出部7からの検出信号に基づいて、スペクトル(サンプルスペクトル)を作成する(ステップS106)。図5では、スペクトル作成処理部121で作成されるスペクトル(サンプルスペクトル)がBとして示されている。スペクトルBにおいて、励起光は、短波長側に表れ、蛍光は、長波長側に表れている。
そして、サンプル測定処理部123は、スペクトルB(ブランクスペクトルB)から、励起光の光子数B1を算出する(ステップS107)。光子数B1は、励起光の波長域におけるスペクトルBの面積に対応している。光子数B1は、サンプルSに吸収されなかった励起光の光子数である。光子数B1が、第3光子数の一例である。
また、サンプル測定処理部123は、スペクトルB(ブランクスペクトルB)から、蛍光の光子数B2を算出する(ステップS108:サンプル測定ステップ)。光子数B2は、蛍光の波長域におけるスペクトルBの面積に対応している。光子数B2は、サンプルSから発せられる蛍光と、バックグランド成分の蛍光とを含んでいる。光子数B2が、第4光子数の一例である。
そして、補正処理部124は、光子数A1及び光子数B1に基づいて、光子数A2を補正する処理を行う(ステップS109:補正ステップ)。具体的には、補正処理部124は、下記式(1)に従って、光子数A2を補正する。
A2´=(B1/A1)×A2 ・・・(1)
A2´=(B1/A1)×A2 ・・・(1)
上記式(1)は、ブランク測定状態での励起光の光子数A1に対する、サンプル測定状態での励起光の光子数B1の比(B1/A1)を算出し、その比を、ブランク測定状態でのバックグランド成分(バックグランド光子数)である光子数A2に積算することで、光子数A2を補正することを表している。A2´は、A2を補正した後の光子数(補正後バックグランド光子数)であって、第5光子数の一例である。
このように、補正処理部124は、ブランク測定状態での励起光の光子数A1(照射光子数)に対する、サンプル測定状態でサンプルSに吸収されずに積分球6の内壁等に当たる励起光の光子数B1の割合を算出し、その割合に対応するように、光子数A2を補正する処理を行っている。
また、量子収率算出処理部125は、光子数A1、光子数B2及び光子数A2´に基づいて、量子収率を算出する(ステップS110:量子収率算出ステップ)。このとき、量子収率算出処理部125は、量子収率として、外部量子収率又は内部量子収率を算出する。具体的には、量子収率算出処理部125は、外部量子収率を算出する場合には、下記式(2)に従って、量子収率を算出する処理を行う。
Y1=(B2−A2´)/A1 ・・・(2)
Y1=(B2−A2´)/A1 ・・・(2)
上記式(2)において、Y1は、外部量子収率を表している。上記式(2)は、サンプル測定状態における蛍光の光子数B2から補正後バックグランド光子数A2´を減算した値、すなわち、サンプルSのみから発せられた蛍光の光子数(B2−A2´)を算出し、ブランク測定状態での励起光の光子数A1(積分球6内に入射する励起光の光子数A1)に対する当該光子数(B2−A2´)の比を、外部量子収率(Y1)として算出することを表している。図6では、サンプルSのみから生じた蛍光光子数(B2−A2´)、及び、補正後バックグランド光子数A2´を表す部分が、それぞれ斜線で示されている。
また、量子収率算出処理部125は、内部量子収率を算出する場合には、下記式(3)に従って、量子収率を算出する処理を行う。このとき、量子収率算出処理部125は、光子数A1、光子数B2及び光子数A2´に加えて、光子数B1に基づいて、内部量子収率を算出する。
Y2=(B2−A2´)/(A1−B1) ・・・(3)
Y2=(B2−A2´)/(A1−B1) ・・・(3)
上記式(3)において、Y2は、内部量子収率を表している。上記式(3)は、サンプル測定状態における蛍光の光子数B2から補正後バックグランド光子数A2´を減算した値、すなわち、サンプルSのみから発せられた光子数(B2−A2´)を算出し、サンプルSに吸収された励起光の光子数(A1−B1)に対する当該光子数(B2−A2´)の比を、内部量子収率(Y2)として算出することを表している。図6では、サンプルSに吸収された励起光の光子数(A1−B1)を表す部分が斜線で示されている。
そして、量子収率算出処理部125で算出された量子収率(外部量子収率又は内部量子収率)は、表示部11に表示される。
そして、量子収率算出処理部125で算出された量子収率(外部量子収率又は内部量子収率)は、表示部11に表示される。
4.作用効果
(1)本実施形態によれば、分光蛍光光度計1を用いて量子収率を算出する際に、補正処理部124は、ブランク測定状態における励起光の光子数である光子数A1(第1光子数)、及び、サンプル測定状態においてサンプルSに吸収されなかった励起光の光子数である光子数B1(第3光子数)に基づいて、ブランク測定状態における蛍光の光子数である光子数A2(第2光子数)を補正する処理を行う(ステップS109:補正ステップ)。
(1)本実施形態によれば、分光蛍光光度計1を用いて量子収率を算出する際に、補正処理部124は、ブランク測定状態における励起光の光子数である光子数A1(第1光子数)、及び、サンプル測定状態においてサンプルSに吸収されなかった励起光の光子数である光子数B1(第3光子数)に基づいて、ブランク測定状態における蛍光の光子数である光子数A2(第2光子数)を補正する処理を行う(ステップS109:補正ステップ)。
具体的には、補正処理部124は、ブランク測定状態での励起光の光子数A1(照射光子数)に対する、サンプル測定状態でサンプルSに吸収されずに積分球6の内壁等に当たる励起光の光子数B1の割合を算出し、その割合に対応するように、ブランク測定状態でのバックグランド成分(バックグランド光子数)である光子数A2を補正する処理を行う。
そのため、光子数A2を補正することで、補正後バックグランド光子数A2´を精度よく算出できる。
そのため、光子数A2を補正することで、補正後バックグランド光子数A2´を精度よく算出できる。
また、量子収率算出処理部125は、ブランク測定状態における励起光の光子数A1(第1光子数)、及び、サンプル測定状態における蛍光の光子数B2(第4光子数)に加えて、補正後バックグランド光子数A2´(第5光子数)に基づいて、量子収率を算出する(ステップS110:量子収率算出ステップ)。
すなわち、量子収率算出処理部125は、補正により精度よく算出した補正後バックグランド光子数A2´(第5光子数)を用いて量子収率を算出する。
そのため、量子収率を精度よく算出できる。
すなわち、量子収率算出処理部125は、補正により精度よく算出した補正後バックグランド光子数A2´(第5光子数)を用いて量子収率を算出する。
そのため、量子収率を精度よく算出できる。
(2)また、本実施形態によれば、量子収率算出処理部125は、光子数A1、光子数B2及び光子数A2´に基づいて、外部量子収率を算出する。具体的には、量子収率算出処理部125は、ブランク測定状態での励起光の光子数A1(積分球6内に入射する励起光の光子数)に対する、サンプルSのみから発せられた光子数(B2−A2´)の比(割合)を、外部量子収率(Y1)として算出する(式(2))。
そのため、分光蛍光光度計1を用いて、外部量子収率(Y1)を精度よく算出できる。
(3)また、本実施系形態によれば、量子収率算出処理部125は、光子数A1、光子数B2、光子数A2´及び光子数B1に基づいて、内部量子収率を算出する。具体的には、量子収率算出処理部125は、サンプルSのみから発せられた光子数(B2−A2´)を算出し、サンプルSに吸収された励起光の光子数(A1−B1)に対する当該光子数(B2−A2´)の比(割合)を、内部量子収率(Y2)として算出する(式(3))。
そのため、分光蛍光光度計1を用いて、内部量子収率(Y2)を精度よく算出できる。
5.第2実施形態
以下では、図7〜図9Bを用いて本発明の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の構成については、上記と同様の符号を用いることにより説明を省略する。
図7は、本発明の第2実施形態に係る分光蛍光光度計1の構成例を示す概略図である。
以下では、図7〜図9Bを用いて本発明の第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の構成については、上記と同様の符号を用いることにより説明を省略する。
図7は、本発明の第2実施形態に係る分光蛍光光度計1の構成例を示す概略図である。
(1)光学フィルタの構成
第2実施形態では、分光蛍光光度計1において、適宜光学フィルタ70が設けられ、この状態で、光源部2から励起光が照射される。
光学フィルタ70は、適宜、積分球6の出射口62を塞ぐように、光路上に設けられる。
図8は、光学フィルタ70の透過率を示したグラフである。
第2実施形態では、分光蛍光光度計1において、適宜光学フィルタ70が設けられ、この状態で、光源部2から励起光が照射される。
光学フィルタ70は、適宜、積分球6の出射口62を塞ぐように、光路上に設けられる。
図8は、光学フィルタ70の透過率を示したグラフである。
光学フィルタ70は、対応する光の波長によって透過率が異なるように構成されている。具体的には、光学フィルタ70は、励起光の波長域である短波長側の透過率が低くなり(低減され)、蛍光の波長域である長波長側の透過率が高くなるように構成されたフィルタ(ハイパスフィルタ)である。これにより、分光蛍光光度計1において、光学フィルタ70が設置された状態では、積分球6から出射する光のうち、励起光の成分は、光学フィルタ70によって遮断され、蛍光の成分は、光学フィルタ70を透過して、検出部7で検出されることとなる。
(2)制御部による制御動作
第2実施形態では、分光蛍光光度計1を用いて量子収率を算出する際に、適宜、光学フィルタ70が設置され、また、設置された光学フィルタ70が取り外される。
第2実施形態では、分光蛍光光度計1を用いて量子収率を算出する際に、適宜、光学フィルタ70が設置され、また、設置された光学フィルタ70が取り外される。
具体的には、第2実施形態では、励起光の光子数を算出する際には、光学フィルタ70が設置されず、蛍光の光子数を算出する際に、光学フィルタ70が設置される。なお、分光蛍光光度計1における動作が開始される際には、光学フィルタ70は、設置されていない。
第2実施形態では、ステップ103の処理が行われた後に、分光蛍光光度計1において光学フィルタ70が設けられる。そして、この状態で、光源部2から励起光が出射され、その励起光が積分球6内に入射される。また、積分球6から出射した光が検出部7で検出される。スペクトル作成処理部121は、ブランク測定状態であって、光学フィルタ70が設けられた状態における、検出部7からの検出信号に基づいて、スペクトル(図示せず)を作成する。
ブランク測定処理部122は、ステップS104において、このスペクトルから、蛍光の光子数A2を算出する(ブランク測定ステップ)。これにより、励起光の波長域の光に起因するノイズを排除した上で、光子数A2を算出できる。
その後、分光蛍光光度計1から光学フィルタ70が取り外され、ステップS105〜S107の処理が行われる。
その後、分光蛍光光度計1から光学フィルタ70が取り外され、ステップS105〜S107の処理が行われる。
次いで、分光蛍光光度計1において光学フィルタ70が設けられる。そして、この状態で、光源部2から励起光が出射され、その励起光が積分球6内に入射される。また、積分球6から出射した光が検出部7で検出される。スペクトル作成処理部121は、サンプル測定状態であって、光学フィルタ70が設けられた状態における、検出部7からの検出信号に基づいて、スペクトル(図示せず)を作成する。
サンプル測定処理部123は、ステップS108において、このスペクトルから、蛍光の光子B2を算出する(サンプル測定ステップ)。これにより、励起光の波長域の光に起因するノイズを排除した上で、光子数B2を算出できる。
そして、補正処理部124は、ステップS109において、第1実施形態と同様にして、光子数A2を補正した補正後バックグランド光子数A2´を算出する。
そして、補正処理部124は、ステップS109において、第1実施形態と同様にして、光子数A2を補正した補正後バックグランド光子数A2´を算出する。
また、量子収率算出処理部125は、ステップS110において、量子収率を算出する際に、蛍光の光子数を光学フィルタ70の透過率で除算する処理を行う。
具体的には、蛍光の光子数は、光学フィルタ70を透過することにより、透過率に対応して低減している。そのため、量子収率算出処理部125は、外部量子収率を算出する際には、上記式(2)において、(B2−A2´)を光学フィルタ70の透過率で除算する。同様に、量子収率算出処理部125は、内部量子収率を算出する際には、上記式(3)において、(B2−A2´)を光学フィルタ70の透過率で除算する。
これにより、蛍光の光子数を正確に算出できる。そして、その蛍光の光子数を用いることで、量子収率を精度よく算出できる。
具体的には、蛍光の光子数は、光学フィルタ70を透過することにより、透過率に対応して低減している。そのため、量子収率算出処理部125は、外部量子収率を算出する際には、上記式(2)において、(B2−A2´)を光学フィルタ70の透過率で除算する。同様に、量子収率算出処理部125は、内部量子収率を算出する際には、上記式(3)において、(B2−A2´)を光学フィルタ70の透過率で除算する。
これにより、蛍光の光子数を正確に算出できる。そして、その蛍光の光子数を用いることで、量子収率を精度よく算出できる。
(3)作用効果
第2実施形態によれば、ブランク測定処理部122は、ブランク測定状態であって、光学フィルタ70が光路上に設置された状態で得られるスペクトルに基づいて、光子数A2(第2光子数)を算出する(ブランク測定ステップ)。また、サンプル測定処理部123は、サンプル測定状態であって、光学フィルタ70が光路上に設けられた状態で得られるスペクトルに基づいて、光子数B2(第4光子数)を算出する。
第2実施形態によれば、ブランク測定処理部122は、ブランク測定状態であって、光学フィルタ70が光路上に設置された状態で得られるスペクトルに基づいて、光子数A2(第2光子数)を算出する(ブランク測定ステップ)。また、サンプル測定処理部123は、サンプル測定状態であって、光学フィルタ70が光路上に設けられた状態で得られるスペクトルに基づいて、光子数B2(第4光子数)を算出する。
そのため、ブランク測定処理部122が光子数A2(第2光子数)を算出する際、及び、サンプル測定処理部123が光子数B2(第4光子数)を算出する際のそれぞれで、励起光の波長域の光に起因するノイズを排除できる。
その結果、量子収率を一層精度よく算出できる。
その結果、量子収率を一層精度よく算出できる。
6.変形例
以上の実施形態では、分光蛍光光度計1を用いて量子収率を算出するとして説明した。しかし、分光蛍光光度計1に代えて、燐光を検出する分光蛍光光度計を用いて量子収率を算出することも可能である。この場合には、量子収率を算出する際には、燐光の光子数が、蛍光の光子数と同様に用いられる。
以上の実施形態では、分光蛍光光度計1を用いて量子収率を算出するとして説明した。しかし、分光蛍光光度計1に代えて、燐光を検出する分光蛍光光度計を用いて量子収率を算出することも可能である。この場合には、量子収率を算出する際には、燐光の光子数が、蛍光の光子数と同様に用いられる。
また、以上の実施形態では、量子収率算出プログラムが組み込まれた分光蛍光光度計1について説明したが、量子収率算出プログラムを提供することも可能である。この場合、上記プログラムは、記憶媒体に記憶された状態で提供されるような構成であってもよいし、プログラム自体が提供されるような構成であってもよい。
1 分光蛍光光度計
6 積分球
12 制御部
70 光学フィルタ
122 ブランク測定処理部
123 サンプル測定処理部
124 補正処理部
125 量子収率算出処理部
A,B スペクトル
A1,A2,B1,B2 光子数
6 積分球
12 制御部
70 光学フィルタ
122 ブランク測定処理部
123 サンプル測定処理部
124 補正処理部
125 量子収率算出処理部
A,B スペクトル
A1,A2,B1,B2 光子数
Claims (9)
- サンプルが配置される測定位置が内部に形成された積分球内に励起光を入射させ、前記積分球内から出射する光を検出することにより得られるスペクトルに基づいて、量子収率を算出する量子収率算出方法であって、
前記測定位置にサンプルがないブランク測定状態で前記積分球内に励起光を入射させることにより得られるスペクトルに基づいて、前記積分球内に入射する励起光の光子数を第1光子数として算出するとともに、励起光の波長域とは異なる特定波長域の光の光子数を第2光子数として算出するブランク測定ステップと、
前記測定位置にサンプルがあるサンプル測定状態で前記積分球内に励起光を入射させることにより得られるスペクトルに基づいて、サンプルに吸収されなかった励起光の光子数を第3光子数として算出するとともに、前記特定波長域の光の光子数を第4光子数として算出するサンプル測定ステップと、
前記第1光子数及び前記第3光子数に基づいて前記第2光子数を補正することにより、第5光子数を算出する補正ステップと、
前記第1光子数、前記第4光子数及び前記第5光子数に基づいて、量子収率を算出する量子収率算出ステップとを含むことを特徴とする量子収率算出方法。 - 前記量子収率算出ステップでは、前記第1光子数、前記第4光子数及び前記第5光子数に基づいて、前記積分球内に入射する励起光の光子数に対する前記サンプルから生じる光の光子数の比を外部量子収率として算出することを特徴とする請求項1に記載の量子収率算出方法。
- 前記量子収率算出ステップでは、前記第1光子数、前記第3光子数、前記第4光子数及び前記第5光子数に基づいて、前記サンプルに吸収された励起光の光子数に対する前記サンプルから生じる光の光子数の比を内部量子収率として算出することを特徴とする請求項1に記載の量子収率算出方法。
- 前記ブランク測定ステップでは、励起光の波長域の透過率が低減された光学フィルタを光路上に設けた状態、及び、前記光学フィルタを光路上に設けない状態で、それぞれ得られるスペクトルに基づいて、前記第2光子数及び前記第1光子数を算出し、
前記サンプル測定ステップでは、前記光学フィルタを光路上に設けた状態、及び、前記光学フィルタを光路上に設けない状態で、それぞれ得られるスペクトルに基づいて、前記第4光子数及び前記第3光子数を算出することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の量子収率算出方法。 - サンプルが配置される測定位置が内部に形成された積分球内に励起光を入射させ、前記積分球内から出射する光を検出することによりスペクトルを取得する分光蛍光光度計であって、
前記測定位置にサンプルがないブランク測定状態で前記積分球内に励起光を入射させることにより得られるスペクトルに基づいて、前記積分球内に入射する励起光の光子数を第1光子数として算出するとともに、励起光の波長域とは異なる特定波長域の光の光子数を第2光子数として算出するブランク測定処理部と、
前記測定位置にサンプルがあるサンプル測定状態で前記積分球内に励起光を入射させることにより得られるスペクトルに基づいて、サンプルに吸収されなかった励起光の光子数を第3光子数として算出するとともに、前記特定波長域の光の光子数を第4光子数として算出するサンプル測定処理部と、
前記第1光子数及び前記第3光子数に基づいて前記第2光子数を補正することにより、第5光子数を算出する補正処理部と、
前記第1光子数、前記第4光子数及び前記第5光子数に基づいて、量子収率を算出する量子収率算出処理部とを備えることを特徴とする分光蛍光光度計。 - 前記量子収率算出処理部は、前記第1光子数、前記第4光子数及び前記第5光子数に基づいて、前記積分球内に入射する励起光の光子数に対する前記サンプルから生じる光の光子数の比を外部量子収率として算出することを特徴とする請求項5に記載の分光蛍光光度計。
- 前記量子収率算出処理部は、前記第1光子数、前記第3光子数、前記第4光子数及び前記第5光子数に基づいて、前記サンプルに吸収された励起光の光子数に対する前記サンプルから生じる光の光子数の比を内部量子収率として算出することを特徴とする請求項5に記載の分光蛍光光度計。
- 前記ブランク測定処理部は、励起光の波長域の透過率が低減された光学フィルタを光路上に設けた状態、及び、前記光学フィルタを光路上に設けない状態で、それぞれ得られるスペクトルに基づいて、前記第2光子数及び前記第1光子数を算出し、
前記サンプル測定処理部は、前記光学フィルタを光路上に設けた状態、及び、前記光学フィルタを光路上に設けない状態で、それぞれ得られるスペクトルに基づいて、前記第4光子数及び前記第3光子数を算出することを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載の分光蛍光光度計。 - サンプルが配置される測定位置が内部に形成された積分球内に励起光を入射させ、前記積分球内から出射する光を検出することにより得られるスペクトルに基づいて量子収率を算出する量子収率算出プログラムであって、
前記測定位置にサンプルがないブランク測定状態で前記積分球内に励起光を入射させることにより得られるスペクトルに基づいて、前記積分球内に入射する励起光の光子数を第1光子数として算出するとともに、励起光の波長域とは異なる特定波長域の光の光子数を第2光子数として算出するブランク測定ステップと、
前記測定位置にサンプルがあるサンプル測定状態で前記積分球内に励起光を入射させることにより得られるスペクトルに基づいて、サンプルに吸収されなかった励起光の光子数を第3光子数として算出するとともに、前記特定波長域の光の光子数を第4光子数として算出するサンプル測定ステップと、
前記第1光子数及び前記第3光子数に基づいて前記第2光子数を補正することにより、第5光子数を算出する補正ステップと、
前記第1光子数、前記第4光子数及び前記第5光子数に基づいて、量子収率を算出する量子収率算出ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とする量子収率算出プログラム。
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