JP4117714B2 - フーリエ変換型赤外円偏光二色性装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フーリエ変換型赤外円偏光二色性装置に関するもので、特に信号処理系の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
よく知られているように、赤外円偏光二色性法は、紫外・可視領域に吸収を持たない光学活性物質の分子構造を測定する方法として有用な一手段である。さらに、信号強度が弱いことから、フーリエ分光法を用いるようにしている。
【０００３】
そして、係る従来の測定装置の構造の一例を示すと、図１のようになっている。すなわち、光源１から出射した赤外光を、マイケルソン干渉計２を通過させ、得られた干渉光の光路上に偏光子３，ＰＥＭ４，セル５並びに検出器６を配置している。これにより、干渉光は、偏光子３を透過させることにより、直線偏光となり、その直線偏光が、ＰＥＭ４により左右に回転されることにより左回り，右回りの円偏光を交互に発生させる。そして、係る円偏光をセル５内の試料に照射させ、その透過光を検出器６で受光する。検出器６は、受光した光強度に応じた電気信号に変換し出力するようになっている。なお、ＰＥＭ４における変調周波数は、ＰＥＭコントローラ１３により制御されている。
【０００４】
すると、ＣＤ特性を有する物質は、右円偏光と左円偏光の吸光度が異なるので、ＰＥＭ４で所定周波数（例えば、２０ｋＨｚ）で右円偏光と左円偏光とを交互に切り替えると、検出器６の検出出力もその周期で変化する一種の交流信号となる。
【０００５】
そこで、係る検出器６の出力を、プリアンプ７で増幅後、バンドパスフィルタ８，ロックインアンプ９，ローパスフィルタ１０を経てコンピュータ１２に入力するようにしている。すなわち、マイケルソン干渉計２側でも、可動鏡を所定速度で移動させることから、光の強度が所定周波数（例えば、０．１〜２ｋＨｚ程度）で変調されており、ＰＥＭ４における変調周波数と異なる。
【０００６】
従って、バンドパスフィルタ８では、所定の周波数帯域（ＰＥＭ４の変調周波数を含む帯域）の信号のみ通過させ、ロックインアンプ９では、ＰＥＭ４の変調周波数に合わせて、２０ｋＨｚの周波数成分を増幅する。これにより、その強度変化として、マイケルソン干渉計２の強度変調周波数（０．１〜２ｋＨｚ程度）をもつＡＣインターフェログラムが得られる。
【０００７】
よって、係るロックインアンプ９の出力をローパスフィルタ１０を介してコンピュータ１２に入力することにより、そのコンピュータ１２にて係るインターフェログラムをフーリエ変換する。さらに、ロックインアンプ９とローパスフィルタ１０の間には、切り替えスイッチ１１が設けられ、上記ロックインアンプ９の出力と、プリアンプ７の出力の２つを択一的に選択し、ローパスフィルタ１０に導くようになっている。
【０００８】
これにより、切り替えスイッチ１１が、プリアンプ７側に接続されている場合には、赤外吸収スペクトル強度つまり、ＤＣ成分がコンピュータ１２に与えられる。そこで、コンピュータ１２では、上記求めたフーリエ変換とスペクトル強度の比を求めることにより、ＣＤを算出するようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の装置では、以下に示す問題を有している。すなわち、上記した装置を用いて実際に測定をするには、まず、切り替えスイッチ１１をｂ接点にしてプリアンプ７の出力を直接ローパスフィルタ１０に与え、赤外吸収スペクトルを求める。次いで、切り替えスイッチ１１をａ接点にしてマイケルソン干渉計２の可動鏡を移動しながら受光した検出器６の出力を、ロックインアンプ９，ローパスフィルタ１０を通過することにより得られるＡＣインターフェログラム（図２参照）に基づいてフーリエ変換をするが、このフーリエ変換をするには、マイケルソン干渉計２の光路差がゼロになる位置を特定する必要がある。
【００１０】
この光路差ゼロの位置は、図２に示すようにＡＣインターフェログラムの出力は小さいので、ＡＣインターフェログラムの出力をリアルタイムで見ながら特定することはできない。その結果、従来は一旦すべてのＡＣインターフェログラムを取り込んだ後、その形状から中心位置を特定し、それに基づいてフーリエ変換をするようにしている。従って、リアルタイムでの処理ができず、処理が遅れるばかりでなく、取り込み中のスペクトルの様子もモニタできない。
【００１１】
本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記した問題を解決し、ＡＣインターフェログラムを取得している最中に光路差ゼロの位置を検出でき、リアルタイムでフーリエ変換を行い、赤外円偏光二色性を測定することができ、取り込み中のスペクトルの様子をモニタすることができるフーリエ変換型赤外円偏光二色性装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係るフーリエ変換型赤外円偏光二色性装置では、赤外光を出射する光源と、その光源から出射する赤外光を干渉させる干渉計と、その干渉計から出力される干渉光を直線偏光にする偏光手（実施の形態では、「偏光子３」に対応）と、その直線偏光を所定の変調周波数で左右の円偏光に変換するとともに、試料に照射する手段（実施の形態では、「ＰＥＭ４」に対応）と、前記試料を透過した光を受光する検出手段（実施の形態では、「検出器６」に対応）と、その検出手段から出力される受信信号に基づいて信号処理して円二色性を求める信号処理手段とを備えたフーリエ変換型赤外円偏光二色性装置であって、前記信号処理手段は、前記受信信号からＡＣインターフェログラムを抽出する抽出手段（実施の形態では、「プリアンプ７，バンドパスフィルタ８，ロックインアンプ９」等により構成されている）と、その抽出手段で抽出されたＡＣインターフェログラムに基づいてフーリエ変換をするとともに、円二色性を算出する演算手段（実施の形態では、「コンピュータ１２」に対応）と、前記抽出手段でＡＣインターフェログラムを抽出するのと同時に前記受信信号中のＤＣインターフェログラムを監視する監視手段とを備える。そして、その監視中のＤＣインターフェログラムに基づいて前記干渉計の光路差ゼロの位置を特定し、前記ＡＣインターフェログラムを抽出しながら前記演算手段にてフーリエ変換を実行可能に構成した（請求項１）。
【００１３】
干渉計の光路差ゼロの位置ではどの波数も同位相で干渉しているために最大強度を示す。従って、ＤＣインターフェログラムのレベルは、最大となる。よって、係るＤＣインターフェログラムを監視（モニタ）しながらＡＣインターフェログラムを取り込むと、取り込んだＡＣインターフェログラムの光路差ゼロの位置を認識できる。よって、リアルタイムでフーリエ変換を行うことができ、円二色性を算出できる。
【００１４】
そして、好ましくは前記監視手段は、レベル追随型コンパレータであり、そのレベル追随型コンパレータからトリガが出力された際に前記光路差ゼロの位置と特定するように構成することである（請求項２）。係る構成にすると、ＤＣインターフェログラムのレベルが小さくなっても、基準値が自動的に設定され、安定してトリガ信号が得られる。なお、監視手段はこのようにレベル追随型コンパレータにすることなく、例えばＤＣインターフェログラムを直接コンピュータに与え、ソフト処理によりそのピーク値を求めるなど、各種の方式をとることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明に係るフーリエ変換型赤外円偏光二色性装置の好適な一実施の形態を示している。同図に示すように、基本的な構成は従来のものと同様であり、対応する部材は同一符号を示している。
【００１６】
つまり、光学系としては、光源１から出射された赤外光が、マイケルソン干渉計２にて干渉され、その干渉光が偏光子３を透過することにより直線偏光となる。そして、その直線偏光がＰＥＭ４にて、所定の変調周波数ωｍ（本例では、３７ｋＨｚ）で左右の円偏光に変調されてセル５内の試料に照射され、そのセル５の透過光（セル５内の試料で所定の光成分が吸収された光）が、検出器６に受光されるようになっている。
【００１７】
また、前記光学系で受光した光（光強度）は、検出器６で電気信号に変換され、その検出器６に接続された信号処理系で所定の演算処理が行われ、円二色性が求められる。この信号処理系は、入力側にプリアンプ７を備え、検出器６の出力をそのプリアンプ７で増幅する。そして、その増幅した信号をバンドパスフィルタ８（通過周波数帯域：２５〜５０ｋＨｚ）の出力をロックインアンプ９に与え、そこにおいて所定周波数の信号を分離検出し、図４（ｂ）に示すように、ＡＣインターフェログラムを取得する。
【００１８】
さらに、ロックインアンプ９の出力を、ローパスフィルタ８（通過帯域、５ｈＨｚ以下）を介してコンピュータ２０に与えるようになる。さらにまた、本例では、ローパスフィルタ１０とコンピュータ２０の間に切り替えスイッチ１１を設け、ローパスフィルタ１０の出力（ＡＣインターフェログラム）を取得する経路と、プリアンプ７の出力を直接取得する経路とを択一的に選択できるようにしている。上記した各構成は、基本的に従来のものと同様である。
【００１９】
ここで本発明では、プリアンプ７の出力をレベル追随型コンパレータ２１にも与え、そのレベル追随型コンパレータ２１の出力をコンピュータ２０に与えるようにしている。そして、このレベル追随型コンパレータ２１を通る経路は、常時接続されている（切り替えスイッチ１１と別経路）。このレベル追随型コンパレータ２１は、入力値の変動に応じて基準値も変化し、入力値がピークのときにとリガを出力するようになっている。
【００２０】
このように構成すると、コンピュータ２０はＡＣインターフェログラムの取得と同時にレベル追随型コンパレータ２１の出力も取得し、その追随型コンパレータ２１からトリガを受け取ったときに光路差ゼロ位置であると判断し、ＡＣインターフェログラムのフーリエ変換を行う。そして、そのようにして求めたフーリエ変換の演算結果を、あらかじめ求めた赤外吸収スペクトル強度で割ることによりＣＤ値を求めるようになる。なお、このように光路差ゼロをリアルタイムで検出することを除いたＣＤ値を求める演算処理（光路差ゼロ位置を基準にフーリエ変換を求め、赤外吸収スペクトル強度を用いてＣＤ値を算出すること）は、基本的に従来と同様である。
ここで、演算処理の原理を簡単に説明すると、マイケルソン干渉計２から出力される赤外光は、干渉計の光路差Ｘの関数として、下記のように示される。
【００２１】
【数１】

干渉計の可動鏡の移動速度をｖｃｍ／ｓｅｃとすると、Ｘ＝２ｖｔであるので、波数νの光は、４πνｖのフーリエ周波数で強度変調される。
【００２２】
よって、光学活性試料を通過した後の光は、次式で与えられる。
Ｉ（Ｘ）＝（ＤＣ）＋（ＡＣ）
但し
【数２】

偏光変調されていない光路差Ｘに依存する（ＤＣ）の第２項は、通常の吸収スペクトル測定のインターフェログラムである。また、偏光変調された（ＡＣ）の第２項（ｓｉｎωｍｆｃｏｓ２πＸν）に依存する信号は、フーリエ周波数４πνｖ，および円偏光変調周波数ωｍで２重に変調されている。この信号を周波数ωｍに同期したロックインアンプで同期整流することにより、次式が得られる。
【００２３】
【数３】

ここで、Ｇ１およびＧ２は、信号処理系のゲインであり、２重変調された信号から上記した式（３）のインターフェログラムＩＡＣ（Ｘ）をロックインアンプにより分離検出するためには、干渉計の可動鏡の駆動速度ｖｃｍ／ｓｅｃは、
４πνｖ＜＜ωｍ
になるように調整する。
【００２４】
そして、ＩＤＣ（Ｘ）およびＩＡＣ（Ｘ）のインターフェログラム（図４参照）をフーリエ変換し、その比をとるとＣＤ強度を得ることができる。
【００２５】
このとき、ＡＣ分のインターフェログラムは、光路差ゼロの位置で最大強度が出てこないが、ＤＣ分については、光路差ゼロの位置ではどの波数も同位相で干渉しているために最大強度を示す。従って、ＤＣインターフェログラムをモニタしながらＡＣを取り込むと、取り込んだＡＣインターフェログラムの光路差ゼロの位置を認識できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るフーリエ変換型赤外円偏光二色性装置では、ＤＣインターフェログラムを監視しながらＡＣインターフェログラムを取得することができるので、そのＤＣインターフェログラムのピークから干渉計の光路差ゼロの位置を特定できる。よって、ＡＣインターフェログラムを取得している最中に光路差ゼロの位置を検出でき、リアルタイムでフーリエ変換を行い、赤外円偏光二色性を測定することができる。従って、取り込み中のスペクトルの様子をモニタすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例を示す図である。
【図２】従来の測定原理を説明する図である。
【図３】本発明に係るフーリエ変換型赤外円偏光二色性装置の好適な位置実施の形態を示すブロック図である。
【図４】作用を説明する図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ マイケルソン干渉計
３ 偏光子
４ ＰＥＭ
５ セル
６ 検出器
７ プリアンプ
８ バンドパスフィルタ
９ ロックインアンプ
１０ ローパスフィルタ
１１ 切り替えスイッチ
１３ ＰＥＭコントローラ
２０ コンピュータ
２１ レベル追随型コンパレータ

Claims (2)

1. 赤外光を出射する光源と、その光源から出射する赤外光を干渉させる干渉計と、その干渉計から出力される干渉光を直線偏光にする偏光手段と、その直線偏光を所定の変調周波数で左右の円偏光に変換するとともに、試料に照射する手段と、前記試料を透過した光を受光する検出手段と、その検出手段から出力される受信信号に基づいて信号処理して円二色性を求める信号処理手段とを備えたフーリエ変換型赤外円偏光二色性装置であって、
   前記信号処理手段は、前記受信信号からＡＣインターフェログラムを抽出する抽出手段と、その抽出手段で抽出されたＡＣインターフェログラムに基づいてフーリエ変換をするとともに、円二色性を算出する演算手段と、前記抽出手段でＡＣインターフェログラムを抽出するのと同時に前記受信信号中のＤＣインターフェログラムを監視する監視手段とを備え、
   その監視中のＤＣインターフェログラムに基づいて前記干渉計の光路差ゼロの位置を特定し、前記ＡＣインターフェログラムを抽出しながら前記演算手段にてフーリエ変換を実行可能としたことを特徴とするフーリエ変換型赤外円偏光二色性装置。
2. 前記監視手段は、レベル追随型コンパレータであり、
   そのレベル追随型コンパレータからトリガが出力された際に前記光路差ゼロの位置と特定するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のフーリエ変換型赤外円偏光二色性装置。

Images