JP3135763U

JP3135763U - 分光光度計

Info

Publication number: JP3135763U
Application number: JP2007005463U
Authority: JP
Inventors: 杉岡　幹生
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2017-07-17

Abstract

【課題】迷光量による誤差発生の危険を自動的に警告する分光光度計を提供する。
【解決手段】誤差が大きくなる危険のある吸光度の閾値を設定し、これを記憶させるための閾値記憶器７が設けられており、検査工程などで得られている分光光度計の分光器の迷光量から想定される閾値をこれに設定する。比較器８は測光部５で測定された吸光度値と、閾値記憶器７の記憶した閾値を比較して、測定値が閾値を超えた時には、信号を警報発生器９に出力する。比較器８からの信号を受けた警報発生器９は、表示部６に警報を送る。警報を受けた表示部は、画面あるいは記録紙上に、警告を表示する。
【選択図】図１

Description

本考案は、種々の試料の定性・定量分析に用いられる分光光度計、特に試料による光吸収を測定して分析を行う吸光分光光度計に関する。

吸光分光光度計は、紫外、可視、あるいは赤外領域の光を試料に照射し、その試料が吸収する波長とその吸収量を測定して、試料の定性・定量分析を行うものであり、一般的には、図４の（ａ）に示す構造を有している。

光源１からの白色光のうち特定の波長の単色光が分光器２の出口に抽出される。この単色光は、図示されていないセクタミラーなどで試料３を照射する光束と、試料３をバイパスする光束に時分割的に分けられる。試料３を透過または反射した光と、試料をバイパスした光が交互に検出器４に入射する。

検出器４は、両方の光束の光強度に比例した大きさの電気信号を測光部５に出力する。測光部５はこの電気信号から試料３の吸光度を計算する。分光器２の波長を走査して試料３の吸収スペクトルがＣＲＴあるいはレコーダーのような表示部６に表示あるいは記録される。

図４（ａ）に示したような分光器２から外部に射出する光は、分光器の回折格子の回転角度によって定まる波長を中心とする単色光であることが理想であるが、実際の分光器では、回折格子の溝の不規則性や表面粗さ等の影響によって、回折角以外の方向に反射・散乱される光や、使用されるミラーやレンズによって散乱や多重反射される光が、設定波長の光に混入して出口から射出することがしばしばある。このように不必要に混入する設定波長以外の光を一般に迷光と称する。

実際の分光器について迷光量を測定することは、その分光器の性能を評価するために重要である。その内部に使用されるレンズ、ミラー、回折格子等の光学素子および分光器筐体内壁などの影響を全て含んだ迷光量を溶液フィルタを用いて測定する方法が日本工業規格に規定されている（非特許文献１参照）。また、これに準ずる方法として、より取り扱いの容易な固体フィルタを用いて迷光量を測定する方法も広く使用されている。

分光器の分解能をより良くし、迷光を最小限に抑えるための種々の方法が工夫されている。図４の（ｂ）に示すような、第１分光器２１と第２分光器２２をシリースに配置させるダブルモノクローメーター方式もそのひとつであり、高級な分光光度計にしばしば採用されている（例えば、特許文献１、２参照）。図４（ｂ）の例では、光源１からの白色光を第１分光器２１によって粗く単色化し、これを第２分光器２２によってさらに純度の高い単色光とした後試料３に照射し検出器４にて検出する。検出器以降の測光部５と表示部６の働きは、図４（ａ）の場合と同一である。
特開２００５−０２４４０３号公報特開平８−１３６３４４号公報日本工業規格（ＪＩＳ）Ｋ０１１５（２００４）吸光光度分析通則

市販されている分光光度計の迷光量は、上述の非特許文献１記載の方法あるいはそれに準ずる方法によって測定され、一般的に仕様書などに表示されている。しかしながら、その迷光量が吸光度の測定の正確度に及ぼす影響は、あまりユーザーに知られていない。図５は迷光量と吸光度の測定誤差との関係を例示する図で、横軸は、迷光がない理想的な分光器で測定して得られる吸光度（真の吸光度）であり、縦軸は、迷光のある分光器で得られる吸光度の測定値（見かけの吸光度）である。

パラメータとして迷光量％（分光器の出力光強度のうち、設定波長光以外の迷光強度を％で表したもの）を示している。本図に示すように、迷光量０％の理想的な分光器では測定値は角度４５゜の直線上に乗る。しかし、実際に迷光が存在する分光器では、吸光度が大きくなるにしたがって測定値は４５゜の直線から下方へ湾曲・乖離し、さらに真の吸光度が増加しても測定値は、分光器の迷光量によって定まる一定値で飽和し、それ以上に上昇することはない。また、迷光量が大きくなるにしたがって、測定値が４５゜の直線から乖離し始める吸光度が小さくなり、同時に飽和吸光度の値も小さくなる。例えば、図５に示すように、迷光量０．１％の分光器では、吸光度２．０未満で４５゜の直線からの乖離が始まり、吸光度が大きくなるにしたがってこの乖離の幅(測定誤差)は大きくなる。そして、測定値は吸光度３．０で飽和してしまう。

図５の迷光量０．１％のカーブにおいて真の吸光度と測定値との差を真の吸光度で除した値(相対誤差)を計算し、これと測定値との関係をプロットしたグラフを図６に示す。このグラフに示すように、迷光量０．１％の分光器による測定では、吸光度約１．０の測定値は約０．４％の誤差を含む。また、吸光度２．０の測定値は約２．０％の誤差を、吸光度２．５の測定値は７％以上の誤差を含むことがわかる。換言すれば、このグラフで示すように、迷光量０．１％の分光器による測定値の相対誤差を例えば５．０％以下に抑えるためには、測定値の吸光度は約２．４以下の範囲に限定しなければならない。

図５および図６は、分光器の出力に含まれる迷光が試料によって全く吸収されない極端なケースを仮定して求めた計算値を示したものであり、実際の試料の測定においては、試料の吸収によって迷光量も減少するため、測定誤差は図５および図６に示した値より一般に小さくなる。しかし、そのような場合でも吸光度が大きくなると無視できない測定誤差が生ずる。明らかな誤差が現れる例を図７に示す。

これは、過マンガン酸カリウム溶液の吸収スペクトルを異なった迷光量を持つＡとＢの２種の分光光度計で測定し、両者を重ねて記録したものである。Ａの迷光量は、０．０００３％、Ｂの迷光量は０．０１５％である。グラフに示すように、吸光度が小さい範囲では双方のスペクトル曲線はほぼ一致しているが、吸光度３．０を超す２つのピークでは、明らかにＢの分光光度計は迷光が大きいため吸光度がＡの分光光度計の吸光度よりマイナス方向に乖離している。

上述のような迷光による測定誤差は、分光光度計を使用する側に充分具体的には知られておらず、分光光度計のメーカーの説明書にも充分には説明されていないことが多い。さらに、従来の分光光度計では、迷光によって上記のような誤差が生じている場合にも、装置が警告を発して、ユーザーの注意を喚起する方策は採られていなかった。このため、誤った測定結果を真値と誤信しているケースがあったと思われる。本考案は、この問題点を解決して、迷光による誤差を最小限に抑えられる分光光度計を提供するものである。

本考案は、迷光による誤差を回避することを目的としており、光源の光から分光器によって抽出された単色光を試料中に透過させ、試料からの出力光を検出器によって検出し、前記単色光波長における試料の吸光度を測定する分光光度計において、吸光度の閾値を記憶する閾値記憶器を備えるとともに、測定された吸光度と記憶された閾値を比較し、測定吸光度が記憶された閾値を超えた時、超えた旨を告示する信号を発生する手段を備えたことを特徴とする。

分光光度計の持つ迷光量をオペレータが知らない場合でも、誤差が大きくなる可能性のある吸光度に測定値が上昇した時は、分光光度計がその危険をわかりやすく表示する。それによって、試料を希釈するか、より光路長の短い試料セルを使うなどの対策がとれる。

あらかじめ装置の迷光量から、誤差がある値以上になる吸光度を想定して閾値を決め、測定値がこれを超えたら警報を出すのが最良の形態である。

図１に本考案の１実施例を示す。光源１は、紫外域では重水素放電管、可視／近赤外域ではタングステン・ハロゲンランプを切り替えて光路に挿入し、これからの白色光を分光器２に導入する。分光器２からの単色光は、図示されていないセクタミラーなどで試料３を照射する光束と、試料３をバイパスする光束に時分割的に分けられる。試料３を透過または反射した光と、試料をバイパスした光が交互に検出器４に入射する。

誤差が大きくなる危険のある吸光度の閾値を設定し、これを記憶させるための閾値記憶器７が設けられており、検査工程などで得られている分光光度計の分光器の迷光量から想定される閾値をこれに設定する。閾値は分光光度計の型式によって決まる値を常に記憶させておくこともできる。例えば、分光光度計の分光器の迷光量が０．１％であることが既知である場合、この分光光度計の測定値が内包する相対誤差は、最悪の場合図６のカーブに示した値となる。相対誤差を例えば２％に抑えた分光光度計では、図６に示すように測定値は吸光度約２．０以下でなくてはならない。

したがってこのケースでは、閾値記憶装置７には閾値２．０が設定される。相対誤差が５％まで許容される場合は、図６から測定値は吸光度約２．４まで許容できる。よってこの場合の閾値は２．４に設定される。また、迷光量が紫外域と可視域では異なる場合には、閾値を波長域によって自動的に選択されるよう様にすることも可能である。さらには、閾値をオペレータが測定時に目的に応じて自由な値を入力できるようにしてもよい。

比較器８は測光部５で測定された吸光度値と、閾値記憶器７の記憶した閾値を比較して、測定値が閾値を超えた時、告示信号が出力される。例えば警報発生器９から警報が出力される。比較器８からの信号を受けた警報発生器９は、表示部６に警報を送り、警報を受けた表示部は、画面あるいは記録紙上に、警告を表示する。

警告の形式は、警報ランプの点灯、警告メッセージの表示／印刷、警報音の発信、またこれらの併用など種々の形式を取ることができる。また同時に、表示／印刷されるスペクトルカーブの上で、吸光度が閾値を超えた部分の線の種類を変えたり、線色を変えたりすることも可能である。閾値として例えば吸光度２．５を記憶させた場合のスペクトルの記録の一例を図２に示す。この例においては、吸光度が閾値２．５を超えた範囲ではスペクトルは点線で記録され、この範囲における測定値が迷光による大きな誤差を含んで可能性があることを警告している。

また、図１に示した測光部５、表示部６、閾値記憶器７、比較器８、警報発生器９の機能を全て纏めてＰＣに代替させ、上に述べた機能をＰＣのソフトウェアで動作させることも可能である。

本考案の他の実施例として、上記の構成と機能を有する分光光度計を、多数の試料を自動的に分光光度計に搬送し測定するオートサンプルチェンジャーと、試料を自動的に希釈する自動希釈装置を組み合わせた自動分析システムを構成することも可能である。この場合のシステムの動作の一例を図３のフローチャートに示す。スタート後システムを構成する分光光度計の閾値記憶器（図１の７）に閾値Ｐが設定される（ステップ１）。オートサンプルチェンジャーから試料が測定部に送られ（ステップ２）、試料の吸収スペクトルが測定される（ステップ３）。吸収スペクトルの一部の波長領域で測定値が閾値Ｐを超えている個所があるか否かがチェックされる（ステップ４）。

閾値Ｐを超える範囲がある場合（Ｙｅｓの場合）には自動希釈装置によって試料の希釈が行われ（ステップ５）、ステップ２以下の手順で再測定が行われる。そのような波長領域がない場合には、この試料の測定は完了する。この試料が最後の試料か否かが判別され（ステップ６）未測定の試料があれば、オートサンプルチェンジャーは次の試料に移動（ステップ７）し、上述のステップ２以下の手順で新試料の測定が行われる。ステップ６において、最後の試料と判定された場合は、システムの動作は完了する。このようにして多数の試料の測定を最小限の測定誤差で実行することができる。

本考案は、種々の試料の定性・定量分析に用いられる分光光度計、特に試料による光吸収を測定して分析を行う吸光分光光度計に利用可能である。

本考案による分光光度計の一実施例の概念図である。本考案の警報表示の一例である。本考案の他の実施例における動作のフローチャートである。従来技術による分光光度計の概念図である。迷光量による見かけの吸光度と真の吸光度の関係を示すグラフである。迷光量０．１％の時の測定値と相対誤差の関係を示すグラフである。過マンガン酸カリウムの吸収スペクトルの迷光量による差異を示す図である。

符号の説明

１光源
２分光器
３試料
４検出器
５測光部
６表示部
７閾値記憶器
８比較器
９警報発生器
２１第１分光器
２２第２分光器
Ｐ閾値

Claims

光源の光から分光器によって抽出された単色光を試料中に透過させ、試料からの出力光を検出器によって検出し、前記単色光波長における試料の吸光度を測定する分光光度計において、吸光度の閾値を記憶する閾値記憶器を備えるとともに、測定された吸光度と記憶された閾値を比較し、測定吸光度が記憶された閾値を超えた時、超えた旨を告示する信号を発生する手段を備えたことを特徴とする分光光度計。