JP3206544U

JP3206544U - 分光光度計

Info

Publication number: JP3206544U
Application number: JP2016003295U
Authority: JP
Inventors: 俊典境; 加藤　大二郎; 大二郎加藤; 俊郎木村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2016-09-23
Anticipated expiration: 2026-07-08

Abstract

【課題】予期しない過大光が光電子増倍管へ入射した場合のみに、光電子増倍管に過大な陽極電流が流れ続けることを防止する分光光度計を提供する。【解決手段】試料からの測定光を受光して電子を放出する光電陰極５２と、電子が入射して陽極電流Ｉを出力する陽極５３と、光電陰極５２と陽極５３との間に配置された複数の二次電子増倍電極５４と、光電陰極５２及び二次電子増倍電極５４に接続されたデバイダ回路５５とを有し、光電陰極５２に電圧発生部６０から印加電圧値が印加されることで二次電子増倍電極５４に段階的な電位が形成される光電子増倍管５０を備え、さらに、デバイダ電流を検出するデバイダ電流監視回路５７と、光電陰極５２が過大光を受光したと判定するためのデバイダ電流閾値を記憶する記憶部と、デバイダ電流及びデバイダ電流閾値に基づいて、電圧発生部６０を制御する制御部とを備える。【選択図】図２

Description

本考案は、光電子増倍管で測定光を検出する分光光度計に関する。

試料から放出された蛍光（測定光）に基づいて元素の同定等を行う装置として、蛍光分光光度計が開発されている。図４は、従来の蛍光分光光度計を示す概略構成図である。
蛍光分光光度計１００は、光を透過しない筐体１０と、光源部２０と、試料セル３０と、光検出部１４０と、光検出部１４０に印加電圧値−ＨＶを印加する高電圧発生部１６０と、蛍光分光光度計１００全体を制御するコンピュータ１７０とを備える。

筐体１０の内部には、光源部２０と試料セル３０と光検出部１４０とが所定の位置に配置されている。そして、分析者等が筐体１０の扉（図示略）を開くことにより、分析済みの試料セル３０を新たな試料セル３０に交換することができるようになっている。
試料セル３０は、例えば試料が収容されたキュベットセルである。

光源部２０は、光を出射する光源２１と、分光器２２とを有する。このような光源部２０によれば、光源２１から発せられた光は分光器２２に入射して、分光器２２で所望の波長を有する励起光が取り出される。取り出された励起光は試料セル３０に照射される。そして、試料セル３０から放出された蛍光が光検出部１４０に送られる。

光検出部１４０は、光電子増倍管１５０を備える。図５は、図４に示す光電子増倍管の断面図である。
光電子増倍管１５０は、真空管５１と、光電陰極５２と、陽極５３と、光電陰極５２と陽極５３との間に配置された３個のダイノード（二次電子増倍電極）５４（５４ａ〜５４ｃ）と、光電陰極５２及び３個のダイノード５４ａ〜５４ｃに接続されたデバイダ回路１５５と、陽極５３に接続された出力増幅回路５６とを有する。

デバイダ回路１５５は、第１のデバイダ抵抗５５ａと、第２のデバイダ抵抗５５ｂと、第３のデバイダ抵抗５５ｃと、デバイダ抵抗１５５ｄとを有する。第１のデバイダ抵抗５５ａは、光電陰極５２と第１のダイノード５４ａとを接続するように配置され、第２のデバイダ抵抗５５ｂは、第１のダイノード５４ａと第２のダイノード５４ｂとを接続するように配置され、第３のデバイダ抵抗５５ｃは、第２のダイノード５４ｂと第３のダイノード５４ｃとを接続するように配置され、デバイダ抵抗１５５ｄは、第３のダイノード５４ｃとＧＮＤとを接続するように配置されている。これにより、光電陰極５２に高電圧発生部１６０から印加電圧値−ＨＶが印加されることで、３個のダイノード５４ａ〜５４ｃに段階的な電位が形成されるようになっている。

このような光電子増倍管１５０によれば、蛍光が光電陰極５２に受光されると、光電効果によって光量に応じた数の電子を発生させる。このとき、光電陰極５２に高電圧発生部１６０から印加電圧値−ＨＶが印加されると、３個のダイノード５４ａ〜５４ｃに段階的な電位が形成されることにより電子数を増倍していき、光電陰極５２に受光された光量に比例する大きさの陽極電流Ｉが陽極５３から出力増幅回路５６に出力される。陽極電流Ｉは、出力増幅回路５６により増幅され、一定時間間隔でサンプリングされてデジタル増幅電圧値信号（出力強度信号）Ｖに変換される。

コンピュータ１７０は、ＣＰＵ（制御部）１７１やメモリ（記憶部）１７２を備える。また、ＣＰＵ１７１が処理する機能をブロック化して説明すると、メモリ１７２に光検出部１４０からのデジタル増幅電圧値信号Ｖを記憶させる記憶制御部１７１ａと、デジタル増幅電圧値信号Ｖに基づいて試料を分析する分析部７１ｂと、高電圧発生部１６０を制御する電圧制御部１７１ｃとを有する。

ところで、上述した光電子増倍管１５０では、増倍率が高い（印加電圧値−ＨＶが低い）ほど、光電陰極５２に受光された光量に応じた電子数をより大きく増幅した大きさの陽極電流Ｉを出力することができる。しかし、光電子増倍管１５０は出力される陽極電流Ｉの大きさが大きくなるほど劣化度合いが大きくなるという問題がある。
そこで、電圧制御部１７１ｃは、陽極電流Ｉが所定の大きさ以内に収まるように、印加電圧値−ＨＶの印加のＯＮ−ＯＦＦを制御している。

例えば、蛍光分光光度計１００では、閾値Ｖ_ｂをメモリ１７２に予め記憶させておき、電圧制御部１７１ｃは、デジタル増幅電圧値信号Ｖと閾値Ｖ_ｂとを比較して、分析者等が筐体１０の扉を開いた場合のように、デジタル増幅電圧値信号Ｖが閾値Ｖ_ｂを超えると、印加電圧値−ＨＶの印加を停止させている。

また、光電子増倍管１５０の劣化を防止するための対策として、ある時間帯でのデジタル増幅電圧値信号Ｖを、予測されるデジタル増幅電圧値信号Ｖの波形に当てはめることにより、次回に受光される光量を予測し、予測結果がＡＤ変換限界値を超える場合には、光電子増倍管１５０への印加電圧値−ＨＶを上げる方法が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−２５９２１号公報

ところで、蛍光分光光度計１００では、印加電圧値−ＨＶを変更すると光検出部１４０が安定するまでに時間がかかるため、ひどい劣化を引き起こす状態でない限りは、印加電圧値−ＨＶの印加をＯＦＦしたくないという要求がある。
しかしながら、上述したような蛍光分光光度計１００では、外光（過大光）等が入射する場合のように、甚大な劣化を防止するために、印加電圧値−ＨＶの印加をＯＦＦしたい場合と、蛍光（測定光）がＡＤ変換限界値を超えるものの許容できる程度に収まる場合とを区別できなかった。このため、デジタル増幅電圧値信号Ｖが僅か（許容できる程度）に閾値Ｖ_ｂを超えた場合にも、印加電圧値−ＨＶの印加を停止して再度印加電圧値−ＨＶを印加して光検出部１４０が安定するまでの時間待機する必要があった。

出願人は、予期しない外光（過大光）が光電子増倍管へ入射した場合のみに、光電子増倍管に過大な陽極電流Ｉが流れ続けることを防止する分光光度計について検討した。
光電陰極５２に蛍光が受光されると、デバイダ抵抗５５ａ〜５５ｃを流れるデバイダ電流ｉから真空管５１内に電荷が供給されるので、デバイダ電流ｉは減少していく。したがって、光電陰極５２に過大光が受光された場合には、通常時に比べて極端に小さなデバイダ電流ｉがデバイダ抵抗５５ａ〜５５ｃを流れることになる。そこで、試料分析の分解能を大きくするために、出力増幅回路５６により増幅されたデジタル増幅電圧値信号Ｖの変化を観測するのではなく、デバイダ抵抗５５ａ〜５５ｃに流れるデバイダ電流ｉの変化を観測し、使用条件や回路構成等から決まるデバイダ電流閾値ｉ_ｔｈ未満のデバイダ電流ｉが流れたときには、光電子増倍管に対する印加電圧値−ＨＶの印加を中止することを見出した。

すなわち、本考案の分光光度計は、試料からの測定光を受光して電子を放出する光電陰極と、電子が入射して陽極電流を出力する陽極と、前記光電陰極と前記陽極との間に配置された複数の二次電子増倍電極と、前記光電陰極及び前記二次電子増倍電極に接続されたデバイダ回路とを有し、前記光電陰極に印加電圧値が印加されることで前記二次電子増倍電極に段階的な電位が形成される光電子増倍管と、前記光電子増倍管に印加電圧値を印加する電圧発生部とを備える分光光度計であって、デバイダ電流を検出するデバイダ電流監視回路と、前記光電陰極が過大光を受光したと判定するためのデバイダ電流閾値を記憶する記憶部と、前記デバイダ電流及び前記デバイダ電流閾値に基づいて、前記電圧発生部を制御する制御部とを備えるようにしている。
ここで、「記憶部」とは、デバイダ電流閾値を記憶するものであり、メモリだけでなく、デバイダ電流閾値が記憶されて用いられてもよく、ロジックやコンパレータ等によって閾値を判別するものも含むことになる。

以上のように、本考案の分光光度計によれば、予期しない過大光が光電子増倍管へ入射した場合に、光電子増倍管の深刻な劣化を防止することができる。

（他の課題を解決するための手段及び効果）
また、上記の考案では、前記陽極電流を増幅して出力強度信号を出力する出力増幅回路と、前記出力強度信号に基づいて、前記試料を分析する分析部とを備えるようにしている。
本考案の分光光度計によれば、陽極電流Ｉが出力増幅回路を介して取得されるため、試料分析の分解能を大きくすることができる。

そして、判定のための電流値が出力増幅回路を介さず取得されるため、通常電流値よりもかなり小さな電流値を電流閾値として設定することが可能となり、陽極電流Ｉが通常陽極電流値を多少上回った程度の変化では、印加電圧値−ＨＶの印加を中止（ＯＦＦ）しなくても済むようになる。

さらに、上記の考案では、前記試料が収容される試料セルと、前記試料セルに光を出射する光源部とを備えるようにしている。

本考案の一実施形態に係る蛍光分光光度計を示す概略構成図。図１に示す光電子増倍管の断面図。デジタル電圧値信号ｖ_４の時間変化の一例を示すグラフ。従来の蛍光分光光度計を示す概略構成図。図４に示す光電子増倍管の断面図。

以下、本考案の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本考案は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本考案の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれる。

本考案に係る分光光度計の一実施形態として、蛍光分光光度計を例にして図１にその概略構成図を示す。また、図２は、図１に示す光電子増倍管の断面図である。なお、上述した蛍光分光光度計１００と同様のものについては、同じ符号を付すことにより説明を省略する。
蛍光分光光度計１は、光を透過しない筐体１０と、光源部２０と、試料セル３０と、光電子増倍管５０を備える光検出部４０と、光検出部４０に印加電圧値−ＨＶを印加する高電圧発生部６０と、蛍光分光光度計１全体を制御するコンピュータ７０とを備える。

光電子増倍管５０は、真空管５１と、光電陰極５２と、陽極５３と、光電陰極５２と陽極５３との間に配置された３個のダイノード（二次電子増倍電極）５４（５４ａ〜５４ｃ）と、光電陰極５２及び３個のダイノード５４ａ〜５４ｃに接続されたデバイダ回路５５と、陽極５３に接続された出力増幅回路５６と、デバイダ回路５５に接続されたデバイダ電流監視回路５７とを有する。

デバイダ回路５５は、第１のデバイダ抵抗５５ａと、第２のデバイダ抵抗５５ｂと、第３のデバイダ抵抗５５ｃと、デバイダ抵抗５５ｄ、５５ｅとを有する。第１のデバイダ抵抗５５ａは、光電陰極５２と第１のダイノード５４ａとを接続するように配置され、第２のデバイダ抵抗５５ｂは、第１のダイノード５４ａと第２のダイノード５４ｂとを接続するように配置され、第３のデバイダ抵抗５５ｃは、第２のダイノード５４ｂと第３のダイノード５４ｃとを接続するように配置され、デバイダ抵抗５５ｄ、５５ｅは、第３のダイノード５４ｃとＧＮＤとを接続するように配置されている。これにより、光電陰極５２に高電圧発生部６０から印加電圧値−ＨＶが印加されることで、３個のダイノード５４ａ〜５４ｃに段階的な電位が形成されるようになっている。

デバイダ電流監視回路５７は、デバイダ抵抗５５ｄとデバイダ抵抗５５ｅとの間に接続されている。これにより、第３のデバイダ抵抗５５ｃを流れた第３のデバイダ電流ｉ_３のうち、第３のダイノード５４ｃから真空管５１内に供給されなかった電荷（第４のデバイダ電流ｉ_４）がデバイダ電流監視回路５７に流れるようになっている。

このような光電子増倍管５０によれば、蛍光が光電陰極５２に受光されると、光電効果によって光量に応じた数の電子を発生させる。このとき、光電陰極５２に高電圧発生部６０から印加電圧値−ＨＶが印加されると、３個のダイノード５４ａ〜５４ｃに段階的な電位が形成されて、第１のデバイダ抵抗５５ａを流れる第１のデバイダ電流ｉ_１や、第２のデバイダ抵抗５５ｂを流れる第２のデバイダ電流ｉ_２や、第３のデバイダ抵抗５５ｃを流れる第３のデバイダ電流ｉ_３から真空管５１内に電荷が供給されることで、電子数を増倍していき、光電陰極５２に受光された光量に比例する大きさの陽極電流Ｉが陽極５３から出力増幅回路５６に出力される。一方、真空管５１内に供給されなかった電荷に対応する大きさの第４のデバイダ電流ｉ_４は、デバイダ電流監視回路５７に出力される。

陽極電流Ｉは、出力増幅回路５６により増幅され、一定時間間隔でサンプリングされてデジタル増幅電圧値信号（出力強度信号）Ｖに変換される。一方、第４のデバイダ電流ｉ_４は、デバイダ電流監視回路５７より一定時間間隔でサンプリングされてデジタル電圧値信号ｖ_４に変換される。図３は、デジタル電圧値信号ｖ_４の時間変化の一例を示すグラフである。

コンピュータ７０は、ＣＰＵ（制御部）７１やメモリ（記憶部）７２を備える。また、ＣＰＵ７１が処理する機能をブロック化して説明すると、メモリ７２に光検出部４０からのデジタル増幅電圧値信号Ｖ及びデジタル電圧値信号ｖ_４を記憶させる記憶制御部７１ａと、デジタル増幅電圧値信号Ｖに基づいて試料を分析する分析部７１ｂと、高電圧発生部６０を制御する電圧制御部７１ｃとを有する。

さらに、メモリ７２には、光電陰極５２が過大光を受光したと判定するための限界閾値ｖ_４ｔｈ（デバイダ電流閾値ｉ_ｔｈ）が予め記憶されている。限界閾値ｖ_４ｔｈとしては、例えば、通常時の第４のデバイダ電流ｉ_４の大きさを示すデジタル電圧値信号（約−３．０Ｖ）の２／１５程度の大きさを示すデジタル電圧値信号（約−０．４Ｖ）等が挙げられる。

電圧制御部７１ｃは、印加電圧値−ＨＶを決定するとともに、デジタル電圧値信号ｖ_４と限界閾値ｖ_４ｔｈとに基づいて印加電圧値−ＨＶの印加を中止する制御を行う。例えば、電圧制御部７１ｃは、デジタル電圧値信号ｖ_４が限界閾値ｖ_４ｔｈ未満であるときには、光電子増倍管５０への印加電圧値−ＨＶの印加を中止する。つまり、通常時に比べて極端に小さなデバイダ電流ｉ_４が流れていると判定して、過大な陽極電流Ｉが流れ続けることを防止する。

以上のように、本考案に係る構成を有した蛍光分光光度計１によれば、予期しない過大光が光電子増倍管５０へ入射した場合に、光電子増倍管５０の深刻な劣化を防止することができる。このとき、過大光を受光したと判定するための第４のデバイダ電流ｉ_４が出力増幅回路５６を介さず取得され、一方、陽極電流Ｉは出力増幅回路５６を介して取得されるため、試料分析の分解能を大きくすることができる。

＜他の実施形態＞
（１）上述した蛍光分光光度計１において、デジタル電圧値信号ｖ_４に基づいて印加電圧値−ＨＶの印加を中止する制御を行う構成を示したが、これに代えて、第４のデバイダ電流ｉ_４に基づいて印加電圧値−ＨＶの印加を中止する制御を行う構成としてもよく、また、デバイダ電流ｉ_１、ｉ_２、ｉ_３に基づいて印加電圧値−ＨＶの印加を中止する制御を行う構成としてもよい。

（２）上述した蛍光分光光度計１において、電子増倍管５０は３個のダイノード５４（５４ａ〜５４ｃ）を有する構成を示したが、これに代えて、４個以上や３個未満のダイノードを有する光電子増倍管を備える構成としてもよい。

１蛍光分光光度計（分光光度計）
５０光電子増倍管
５２光電陰極
５３陽極
５４ダイノード（二次電子増倍電極）
５５デバイダ回路
５７デバイダ電流監視回路
６０高電圧発生部（電圧発生部）
７１ＣＰＵ（制御部）
７２メモリ（記憶部）

Claims

試料からの測定光を受光して電子を放出する光電陰極と、電子が入射して陽極電流を出力する陽極と、前記光電陰極と前記陽極との間に配置された複数の二次電子増倍電極と、前記光電陰極及び前記二次電子増倍電極に接続されたデバイダ回路とを有し、前記光電陰極に印加電圧値が印加されることで前記二次電子増倍電極に段階的な電位が形成される光電子増倍管と、
前記光電子増倍管に印加電圧値を印加する電圧発生部とを備える分光光度計であって、
デバイダ電流を検出するデバイダ電流監視回路と、
前記光電陰極が過大光を受光したと判定するためのデバイダ電流閾値を記憶する記憶部と、
前記デバイダ電流及び前記デバイダ電流閾値に基づいて、前記電圧発生部を制御する制御部とを備えることを特徴とする分光光度計。
前記陽極電流を増幅して出力強度信号を出力する出力増幅回路と、
前記出力強度信号に基づいて、前記試料を分析する分析部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の分光光度計。
前記試料が収容される試料セルと、
前記試料セルに光を出射する光源部とを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分光光度計。