JP2708603B2 - 時分解分光測定装置 - Google Patents

時分解分光測定装置

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JP2708603B2 JP2082127A JP8212790A JP2708603B2 JP 2708603 B2 JP2708603 B2 JP 2708603B2 JP 2082127 A JP2082127 A JP 2082127A JP 8212790 A JP8212790 A JP 8212790A JP 2708603 B2 JP2708603 B2 JP 2708603B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、反応が刺激に対して繰り返し同じ応答を示
す測定対象に刺激を周期的に与え、パルス光源を用いた
ラピッドスキャン干渉計により反応状態を測定する時分
解分光測定装置に関する。
〔従来の技術〕
サンプルに電気やレーザその他の手段により周期的に
刺激を与え、その刺激から復帰する過程において、サン
プルの反応状態を測定しようという要求は、例えば液晶
の特性の評価、その他のいろいろな分野にあり、測定方
法として、FT-IR(フーリエ変換赤外分光光度計)を用
いた時分解分光法がある。この方法は、ラピッドスキャ
ン干渉計を用いるものと、ステップスキャン干渉計を用
いるものに分類でき、広い波数域を高いSN比で測定でき
るため、従来から広く利用されている。
FT-IRは、半透鏡と移動鏡と固定鏡からなる干渉計を
用い、移動鏡を移動させてインタフェログラムを得るも
のである。インタフェログラムは、その測定中において
サンプルの透過率等の特性が一定でなければならないと
いう条件があり、サンプルの特性が変わってしまうと、
それをフーリエ変換した場合、本来の情報と違う情報が
出てしまう。また、時分解分光法において、与える刺激
の周期は、反応が終わってしまう時間より一般に長いこ
とが条件である。そして、周期的な刺激を与える場合、
移動鏡の移動と無関係に刺激を与えると、その整合を採
ることが必要になる。そこで、従来は、干渉計の持つ基
準信号に同期して刺激を与えるようにしている。
第4図は時分解分光法の従来例を説明するための図で
ある。
ラビットスキャン干渉計を用いるものでは、上記のよ
うに干渉計の持つ基準信号に同期して刺激を与えるイン
タフェログラムを採ることから、対象の反応周期の長さ
によって、次の3つの場合に分けることができる。
刺激に対する応答が非常に遅い場合 すなわち測定対象の反応又はそれに類する状態の変化
の周期τが第4図(a)に示すように移動鏡のスキャン
時間T(干渉計で得られるインタフェログラム全体を1
回測定する時間)より長い(τ>T)場合 刺激に対する応答が比較的遅い場合 すなわち、測定対象の反応又はそれに類する状態の変
化の周期τが第4図(b)に示すようにインタフェログ
ラムを形成する点群の各点を測定する時間間隔(サンプ
リング間隔)tより長い(t<τ<T)の場合 刺激に対する応答が非常に速い場合 すなわち、第4図(c)に示すようにτ<tの場合 例えば上記の場合には、移動鏡のスキャン時間Tよ
り対象の反応周期τが長いので、第4図(a)に示すよ
うに移動鏡のスキュンを速くすると、与えた刺激の或る
遅れのところでインタフェログラムが取れてしまうの
で、これをフーリエ変換することによって目的とする或
る状態のスペクトルを得ることができる。
しかし、の場合には、反応時間が短くなっているの
で、第4図(b)に示すように複数回のスキャンを行っ
て1回目の干渉計のスキャン、2回目の干渉計のスキャ
ン、……で刺激を与えるタイミングを干渉計の持つ基準
信号の周期tずつずらして測定を行い、各スキャンで同
じ遅延時間のデータ、、……を識別編集してインタ
フェログラムにすることによって或る状態のスペクトル
と取り出すことになる。
そして、の場合には、サンプリング周期tに反応周
期τが入ってしまうので、第4図(c)に示すように干
渉計の基準信号に同期させて繰り返し刺激を与え、一定
の遅延時間Δτで測定を行い、同じ遅延時間のデータを
編集してインタフェログラムにすることによって或る状
態のスペクトルを取り出すことになる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、特に上記の場合には、干渉計の持つ基準信
号との同期が必要であると共に、非常に速い測定が必要
である。例えばサンプリング周期tが100μSで100点の
測定を行おうとすると、1μSの時間で測定を繰り返す
ことになり、移動鏡の1回のスキャンで非常に大要量の
データを取り込み処理しなければならなくなる。しか
も、測定後に各データを識別して同じ遅延時間のデータ
を編集しなければならない。そうすると、FT-IRとして
は、高速のサンプリング機構やデータ編集機能等、従来
備えていない機能を付加しなければならなくなる。
また、反応周期がサンプリング時期より短くなると、
反応終了後、次のサンプリングまで無駄時間が生じ、測
定効率が悪くなるという問題がある。
さらに、上記の例の場合には、干渉計の持つ基準信号
と同期して刺激を与えているが、このような同期をとる
ことが難しく、自然に周期的な刺激が励起されるものの
場合には、上記の方法では測定ができないという問題が
ある。
本発明は、上記の課題を解決するものであって、干渉
計の持つ基準信号とは非同期で対象の反応周期の速いサ
ンプルの測定が可能な時分解分光測定装置を提供するこ
とを目的とする 〔課題を解決するための手段〕 そのために本発明は、ラビットスキャン干渉計によ
り、測定対象に刺激を与えたときの反応状態を時系列ス
ペクトルで得る時分解分光測定装置であって、測定対象
に反応周期より長い周期で刺激を繰り返し与えると共
に、パルス光源により刺激繰り返し周期と同じ周期で刺
激からの遅延時間を制御して光を放射し、検知器出力よ
り刺激を与えてから遅延時間後の測定対象の状態のイン
タフェログラムを取り出しサンプリングしてフーリエ変
換することにより、各遅延時間での測定対象のスペクト
ルを得ることを特徴とするものである。
〔作用〕
本発明の時分解分光測定装置では、測定対象に反応周
期より長い周期で刺激を繰り返し与えると共に、パルス
光源より刺激の繰り返し周期と同じ周期で刺激からの遅
延時間を制御した光を放射するので、検知器出力からロ
ーパスフィルタを通すことにより高調波成分を除去した
測定対象の反応状態のインタフェログラムを取り出すこ
とがきる。そして、これをAD変換器でサンプリングし、
フーリエ変換することにより刺激を与えてから遅延時間
だけ経過した測定対象の反応状態のインタフェログラム
に基づくスペクトルを得ることができる。干渉計の持つ
基準信号と非同期に刺激を与えることができ、パルス光
源の遅延時間を制御して同様の測定を繰り返し行うこと
により、各遅延時間毎の一連の時系列スペクトルを得る
ことができる。
〔実施例〕
以下図面を参照しつつ実施例を説明する。
第1図は本発明に係る時分解分光測定装置の1実施例
構成を示す図、第2図は本発明に係る時分解分光測定装
置の動作を説明するための波形図である。図中、1はパ
ルス光源、2は干渉計、3は試料、4は検知器、5はタ
イマ、6は可変型遅延回路、7は光源用電源、8は刺激
発生器、9はプリアンプ、10はローパスフィルタ、11は
メインアンプ、12はAD変換器、13はCPUを示す。
第1図において、試料3は、反応が刺激に対して繰り
返し同じ応答を示し、第2図(c)に示すように反応周
期τの測定対象であり、反応周期τがインタフェログラ
ムの各点のサンプリング間隔tより短いものである。タ
イマ5は、第2図(b)に示すように第2図(a)に示
す干渉計2の持つ基準信号とは非同期で反応周期τより
長い周期t′のクロック信号を発生するものである。刺
激発生器8は、タイマ5で生成されたクロック信号に基
づいて試料3に第2図(b)に示すようなトリガ(刺
激)を与えるものであり、このトリガは、干渉計2の持
つ基準信号とは非同期となる。可変型遅延回路6は、タ
イマ6のクロック信号から一定時間Δτ′だけ遅延した
トリガを生成するものであり、光源用電源7は、このト
リガにより第2図(d)に示すようなタイミングでパル
ス光源1を駆動するものである。
上記のようにパルス光源1が第2図(d)に示すタイ
ミングで駆動されるため、検知器4には、同図(e)に
示すように櫛状の信号が得られる。つまり、繰り返しの
刺激に対し、その刺激よりある遅延時間でゲートをかけ
刺激に対して一定の遅延時間の信号のみをサンプリング
したのと同じになり、櫛状のインタフェログラムが得ら
れる。ローパスフィルタ10は、この検知器4の出力から
得られる高調波を除去して第2図(f)に示すような包
絡線を得るために用いるものであり、この結果、櫛状の
インタフェログラムは、ローパスフィルタ10により通常
のアナログ信号に変換される。
上記の構成によれば、試料3が変化しないときの検知
器4の出力は、 F(x)=∫B(σ)(1+cos2πσx)dσ(σ;波
数=1/λ) ……(1) となるが、試料3に刺激が与えられると、一定の遅れΔ
τ′でゲートされたときの検知器6の出力は、等間隔に
サンプリングするので、デルタ関数を等間隔にしたコム
関数Шt′を含み、 F′(x)=∫B′(σ,Δτ′)Шt′(t−Δ
τ′)(1+cos2πσx)dσ ……(2) となる。ここで、干渉計の移動鏡の速度をvとすると、
x=2vtであるが、周期的に与える刺激が移動鏡との移
動と非同期であるので位相関係はない。上記(2)式の
(1+cos2πσx)において、cos2πσxのかかってい
る項だけがスペクトルに変換できるので、この項のみを
抜き出すと、その出力は、 F″(x)=Шt′(t−Δτ′)∫B′(σ,Δ
τ′)cos2πσxdσ となる。そこで、この信号をローパスフィルタ10に通し
たときに得られる出力を見るため、 Шt′(t−Δτ′) をtでフーリエ変換すると、 となり、同じくコム関数になる。しかも、サンプリング
した間隔の逆数の間隔で出る。したがって、ローパスフ
ィルタ10を通すと、 F″(x)=1/t′∫B′(σ,Δτ′)cos2πσxdσ ……(4) となり、これが出力として得られる。この(4)式を上
記の(1)式と比較すると、F″(x)の式は、刺激を
与えてからΔτ′だけ遅延した時の試料の状態のインタ
フェログラムを得たことを示している。したがって、信
号の持つ波数帯域で決まるサンプリング間隔でAD変換す
ればよい。
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。例えば上記の実施例で
は、タイマで発生したクロック信号を用いて刺激発生器
を制御すると共に、可変型遅延回路で時間Δτ′だけ遅
延させてパルス光源を駆動するように構成したが、パル
ス光源は、刺激よりある時間Δτ′遅延したパルス光を
放射するように構成されればよい。したがって、自己発
振で周期t′のパルス光を放射する光源を用いた場合、
例えばモードロックパルスレーザの場合には、光源をモ
ニタしそれからt′−Δτ′遅延して刺激を出すような
回路を用いてもよい。
また、上記の実施例では、パルス光源を設け、試料に
刺激を与えると共に、ある時間だけ遅延したパルス光源
を設けず、第3図に示すようにラマン励起パルスレーザ
を用いて試料を励起するように構成してもよい。
すなわち、時分解FT−ラマン装置に本発明を適用する
場合には、第3図に示すように第1図に示す光源用電源
に代えてラマン励起パルスレーザ26を用いる。そして、
刺激発生器24から周期t′で刺激を与えると共に、その
同期信号からある時間Δτ′遅延したトリガを可変遅延
回路25で生成し、ラマン励起パルスレーザ26を制御すれ
ばよい。
さらに、上記の実施例では、反応周期τがインタフェ
ログラムの各点のサンプリング間隔tより短いものを測
定対象としたが、一旦、検知器出力からローパスフィル
タを通すことにより高調波成分を除去した測定対象の反
応状態のインタフェログラムを取り出し、それをAD変換
器でサンプリングするので、インタフェログラムの持つ
周波数が特定の領域に偏在する場合などは、サンプリン
グ定理で決まる間隔より粗いサンプリングが可能になる
ため、反応周期τがサンプリング間隔tより長い測定対
象でも同様に適用できる場合があることはいうまでもな
い。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光
源としてパルス光源を用いるので、試料に光を照射する
時間を短くすることができ、応用の対象が広がる。しか
も、刺激を干渉計の持つ基準信号と非同期で与えること
ができるので、刺激に対する制約が少くなる。また、速
い反応には、刺激周波数を上げることができるの、測定
効率の向上を計ることができる。さらには、一般に普及
しているラビットスキャン干渉計を持った装置に可変型
遅延回路等のシステムを加えることにより、データサン
プリング回路やデータ編集ソフト等のFT-IRの持つシス
テムの大幅な変更を必要とせず実施できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る時分解分光測定装置の1実施例構
成を示す図、第2図は本発明に係る時分解分光測定装置
の動作を説明するための波形図、第3図は時分解FT−ラ
マン装置に適用した本発明の他の実施例を示す図、第4
図は時分解分光法の従来例を説明するための図である。 1……パルス光源、2……干渉計、3……試料、4……
検知器、5……タイマ、6……可変型遅延回路、7……
光源用電源、8……刺激発生器、9……プリアンプ、10
……ローパスフィルタ、11……メインアンプ、12……AD
変換器、13……CPU。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ラピッドスキャン干渉計により、測定対象
    に刺激を与えたときの反応状態を時系列スペクトルで得
    る時分解分光測定装置であって、測定対象に反応周期よ
    り長い周期で刺激を繰り返し与えると共に、パルス光源
    により刺激繰り返し周期と同じ周期で刺激からの遅延時
    間を制御して光を放射し、検知器出力より刺激を与えて
    から遅延時間後の測定対象の反応状態のインタフェログ
    ラムを取り出しサンプリングしてフーリエ変換すること
    により、各遅延時間での測定対象のスペクトルを得るこ
    とを特徴とする時分解分光測定装置。
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JPS61176824A (ja) * 1985-02-01 1986-08-08 Jeol Ltd 時分解フ−リエ変換赤外分光測定方法

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