JP4117905B2 - 較正手段 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、光学システムの波長較正手段と、その較正手段を有する前記システムの自己診断に関する。
【０００２】
【発明の背景】
分光光度計システムの先行技術では、しばしば重水素ランプが光源として使用される。このランプの利点は、連続して見事に輝き、２，３の顕著に区別できる波長ピークを持つことである。しかしながら、重水素ランプの光の強度は比較的低い。液体クロマトグラフィ・システムにおいては、妥当な検出をするには、小型のフロー・セルで高い強度の光を必要とする。ファイバー・オプティクスなどから成る光学システムにおいても、重水素ランプが放出するよりもより多くの光を必要とする。このようなシステムの波長較正は、１つのピークの位置捜査をすることにより行われる。このために波長スケールの短い波側と長い波側それぞれにおいて正確度の問題を生ずることが避けられない。選択された波長が再現可能なことも極めて重要である。較正で達成可能な再現性は、少なくとも±２ｎｍでなければならない。
【０００３】
米国特許第５，２１２，５３７号は、２つのシャープな強度ピークを持つ、タングステンフィラメント式水銀蒸気ランプの連続光源を用いた、モノクロメータと分光光度計の較正手段に関する。このピーク位置は、前記ピークの半分の高さにおける幅を測定することにより特定され、この幅の中間をそのピーク位置としている。この技術は、例えばキセノンランプなどのフラッシュランプでは、そのピークがばらつくために使用できない。
【０００４】
米国特許第５，２６８，７３７号は、分光光度計の較正に関する。連続した光源として、重水素ランプとタングステンランプが使われている。基準点はゼロ次の光を用いて設定している。これは透過に対して光ファイバと共に使用することは不可能である。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の目的は、先行技術システムの前記欠点に対処した、改善された分光光度計システムのための較正手段を提供するものである。
【０００６】
この目的は請求項１に示す手段で実現される。
【０００７】
請求項で示されたこの手段の利点は、この手段で使用されるフラッシュランプの強い明るさによりこのシステムに導入される光の量が増加し、重要な全ての波長領域での較正の正確度が確保されることにある。
【０００８】
好ましい実施例は、従属請求項に示されている。
【０００９】
【本発明の好ましい実施態様の詳細説明】
図１は、一般表示２で示す、紫外−可視検出システムの概要を表しており、本発明の較正手段が実施されている。
【００１０】
このシステムは、図２に示すような典型的な発光スペクトルを持つキセノンフラッシュランプ４を光源としている。好ましい実施例では、このランプ中の電極間距離は約１．５mmである。これは非常に強い明るさのフラッシュを生む。このシステムは更にレンズ６を含み、前記光は入り口スリット８に焦点が合わされた後、凹面状の収差矯正された軸支式ホログラフィ格子１０に向かい、光はここで回折される。この格子は、本件の適用には１２００ライン／mmが好ましいが、当業者は特定の使用目的に合わせて選択が可能である。一定の狭いバンド幅での波長（本発明の目的から原則的に単色光）が選択できるよう、格子で回折された光が当る場所に光ファイバ１２が設置され、その波長の光を検出システムへと導く。前記格子１０を軸支点Pを中心に回転させる事により、約１９０nmから７００nmまでの任意の波長の選択が可能である。格子１０の回転は、マイクロメータ・スクリュー２２を操作するステップモータ２０（図３参照）で実現される。そのスクリュー２２上を長手方向に移動するナット部２３に突出部２５が設けられ、これが前記格子１０に固定され先端にボール２７を持つロッドまたはアーム部２４を移動させる。この機構は、マイクロメータスクリュー２２のリニアな変位が、光ファイバ１２に当たる光ビームの波長のリニアな変位となるように設計されている。スクリュー２２の長手方向の軸は、入り口スリット１８の位置、軸支点P、および光ファイバの端末点１３で形成される角度の二等分線Bに対して垂直となることが重要である。これは当業者によく知られた通常の技術解決手段であって、この発明の一部ではないのでこれ以上言及しない。
【００１１】
光源がフラッシュランプであるため、前記ファイバー内に送られた光は参照検出装置１４に向かう参照ビームＲと、試料検出装置１６に向かう検出もしくは試料ビームＳとに分解されねばならない。この参照検出装置に当たる参照ビームRの光の強度をＩ₀とし、試料検出装置に当たる光の強度をＩとする。この試料ビームはフロー・セル１８などのセルに入るが、試料の方はクロマトグラフィのコラム（図示せず）からこのセル内を通り抜け、抽出物質の断片を回収するための回収システム（図示せず）に至る。試料ビームはその後前記試料検出装置１６に行き当たるが、この検出装置１６はフロー・セル１８内の試料の存在を透過強度Iの変化として検出し、この変化は吸収度Ａとなる。吸収度はよく知られた下式により定義される。

吸収度Ａは次式の通り、濃度Ｃと前記セル中の通路長さｌに比例する。
Ａ＝εｌＣ
ここにεはモル吸収度係数である。
【００１２】
次に図２には、キセノンランプのスペクトルを示す。放電の間に高い電流が流れた時の連続的スペクトルであり、約２００ｎｍの非常に幅の広いピークとは別に、２，３の特徴あるピークがあり、これが較正目的に使用される。つまり２２９．６ｎｍのピークが１つの較正の波長として、５４１．９ｎｍのピークが他の較正の波長として使用される。これらのピークは前記格子の１次スペクトル内にある。制御目的のためには第３のピーク、即ち２２９．６ｎｍに相当する２次スペクトルのピーク、つまり１次スペクトルにおける４５９．２ｎｍ、が使用される。
【００１３】
次に、較正の手順を説明する。
【００１４】
第１のステップは、マイクロメータスクリュー２２をその両端末の間で移動させることである。前記両端末部は、マイクロメータスクリュー上に設けられた機械的「旗」２６の有・無を検出する光学検出装置により感知される。この第１走査は、マイクロメータを馴染ませること、および油を分配して潤滑する目的で行われる。同時にいかなる障害でもこれにより把握され、もし障害があればその事実、即ち較正が不可能である旨を操作員に表示する。
【００１５】
次に約１００から３５２ｎｍの間の波長領域が走査され、ステップモータの３ステップに相当する各１ｎｍ毎に１つの値が検出され、データ配列に蓄積される。これらの内の最高値が特定され、最大ピークと呼称される。その測定は以下のように行われる：１００ｎｍに相当するステップまで進んだ後（即ち、端末からのステップ数は、前述した旗により特定される。このステップ数は概略経験により知られ、予めセットされる）、ステップモータは、検出システムがキセノンランプからの５回のフラッシュを検出するのに充分な時間だけ停止する。前記ランプは１００Ｈｚの頻度で連続してフラッシュするので、５回のフラッシュのためには前記ステップモータは次へ進む前に５０ｍｓの間停止する必要がある。前記５回のフラッシュの強度は加算され、そして１つの入力としてデータ配列に蓄積される。もちろん検出するフラッシュの数は５回でなくてもよいが、バラツキに対する有効な平均値を得るために、良好な折衷案として５回が選択された。
【００１６】
前記５回の強度の値を検出した後、ステップモータは１ｎｍに相当する３ステップを数マイクロ秒で進み、その後システムが５回の新たな強度の値を検出できるよう再び停止し、同様にそれが加算されてデータ配列に蓄積される。これが１００から３５２ｎｍの間で繰り返される。前記システムの光学装置は紫外線領域の光を吸収するので、約１９０ｎｍになるまでは前記システムは「開眼」せず、即ち前記検出装置はそれまで光を見ることはない。
【００１７】
前記走査が完了すると、データ配列に蓄積されたゼロよりも大きい最初の検出強度の値（即ち、約１９０ｎｍ近辺の値）が最大検出値と比較される。もし前記最初の検出値が最大値（最大ピーク）の２％以下であれば、このシステムは先へ進められる。もしそうでないならばその旨が表示され、機能不全（通常は欠陥光学装置）である旨のある種の警告を発する。例えば、迷光が背景レベルをゼロ以上にしているかもしれない。この２％の値は、光学機械が正しく機能しているものとの妥当な判断として任意に選択されたものである。もしその値がこれより高ければ、介在物などによる反射などの要因があり得る。この2％の値は限界値ではなく、原理的には２０％になってもよい。「２％地点」（参照ポイント）は、本手段の次のステップへ進むスタート地点として採択されたものである。
【００１８】
次のステップで、システムは２２９．６ｎｍのピークを見つけるために、データ配列中の強度の値をチェックする。しかしながら、前記した約２００ｎｍでの幅広いピークは、ある場合には２２９．６ｎｍのピークよりも高いピークの強度を持つ極めて高い放電流であり、従ってこのシステムではこの幅広いピークを避けて、「２％地点」から３６ｎｍ（１０８ステップ）に位置する値に相当する値のデータ配列に入り込むようにプログラムされている。
【００１９】
自己相関によりセットされたデータを、ｙ＝−ｘ ² 曲線に相当する理想ピークと比較することにより、２２９．６ｎｍのピークが位置捜査される。自己相関は文献にも総合的に記述されている通常用いられるテクニックで、例えばランド大学のレナート・オルブジャ氏の概論「Ｔｉｄｓｓｅｒｉｅａｎａｌｙｓ」が、より詳細と代替手段について参照される。
【００２０】
その後２２５−２３５ｎｍ間の領域が再度走査されるが、今度は２２９．６ｎｍのピークを見つけるため、約０．３３ｎｍに相当するステップモータの各ステップ毎に１組の測定値が記録される。２２９．６ｎｍのピークの正確な位置を見出すため、２２５ｎｍから始まるデータ配列中のデータを使用して、再度自己相関が活用される。同様自己相関手段を用いて、５４１．９ｎｍのピークを見つけるために、同じやり方で５３５−５６５ｎｍ領域が走査される。もちろん全体のスペクトルを走査することも考えられるが、時間をセーブするために走査は２つのスペクトル領域に限定される。
【００２１】
ピーク（複数）が確定されると、２２９．６ｎｍの強度が、選択された最低値を超えているかどうかがチェックされる。もし超えていなければ、「光強度低い」とのエラーメッセージが表示される。これは、そのランプを取り替えるべき事を意味する。このシステムはランプの使用された時間も記録し、ある一定の時間を経過するとランプを交換すべき旨のメッセージが表示される。
【００２２】
較正定数が計算される。これは強度曲線上で、マイクロメータ上の「旗」から「２％地点」に当る「膝部」までの距離（ステップモータのステップ数）で定義される。この較正定数が一定の予め決められた限度内にあるときには、そのシステムが正常に機能しているものと見ることができる。分散も計算される。分散はステップ数／ｎｍで定義され、計算式は下記である。

この分散値は、格子のバッチ毎によって変化し、またメカニカルシステムの公差によっても異なる。使用可能な分散は、２．９−３．１ステップ／ｎｍである。
【００２３】
本発明のその他の態様においては、較正のチェック、即ちその較正が有効なものであるかどうかの有効性チェックが行われる。このようなチェックは例えば何らかの理由によりクロマトグラフィ測定の結果が不自然に見られる場合に必要となる。通常システムは一回の走査の間に三つの波長の間を「通り過ぎる」が、たまにマイクロメータスクリュー上の障害物などのためにステップモータが１つのステップを飛び越すことが見うけられる。これは較正のセッティングにずれをもたらす元となる。
【００２４】
この較正チェックは前記較正手順をもう一度繰り返すことにより行われるが、但しこのときには単に較正定数の変化と、その較正で得られた分散を計算するだけである。もし変化があれば、システムはメッセージを操作員に伝え、操作員はこれにより再度の較正を決めることができる。
【００２５】
このプロセスには、２２９．６ｎｍのピークの２次スペクトル・ピーク（４５９．２ｎｍに見られる）と対比する追加チェックがある。このピークは、クロマトグラフィ進行の間には、３６０ｎｍ以上で紫外線ブロックフィルタを挿入することによりブロックされる。
【００２６】
スタートアップのときに、例えばランプ強度チェックなどのその他のチェックが行われる。もし強度不足とのチェック結果となれば、ランプ取替えの必要性がメッセージで伝えられる。機械装置の操業時間もシステムによって記録され、これによって機械的システムの整備が必要となった頃には自動的に表示がされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明が実施される光学システムの全体図である。
【図２】図２は、キセノンランプのスペクトルである。
【図３】図３は、格子の回転機構を概略表示したものである。

Claims (6)

1. 光学システムを較正する方法であって、前記システムは、光源としてのフラッシュランプ（４）と、レンズシステム（６）と、検出システム（１４、１６）上で単色光により走査できるモノクロメータと、から成り、前記光源は明瞭に区別可能な波長における少なくとも２つの高い強度のピークを持っており、前記方法が：
   i) 前記少なくとも２つの高い強度のピークの内の少なくとも１つを含む第１波長領域を走査し、選択されたポイント数における前記強度をその走査の過程で測定するステップであって、前記各ポイントに対して複数の測定がされて前記各ポイントに対する複数の測定値の合計がデータ配列中の当該ポイントに対する強度値として記憶されるステップと、
   ii) 前記少なくとも２つのピークを大まかに位置捜査するステップと、
   iii）前記少なくとも２つのピークの各近傍の波長領域を走査し、前記ｉ)ステップよりもより短い間隔で強度を測定するステップと、
   iv) 前記iii）ステップで得られたデータを、二次曲線に対応した理想ピークと比較して自己相関により前記少なくとも２つのピークを位置捜査するステップと、
   v） 前記少なくとも２つのピークの位置のポイントを参照ポイントからの距離により特定するステップと、
   から成る方法。
2. 前記モノクロメータが、格子（１０）もしくはプリズムと、その格子もしくはプリズムの変位を作り出すモータ（２０）と、を有し、前記距離がこの格子もしくはプリズムの変位に相当する、請求項１に記載の方法。
3. 前記各ピークの位置捜査のための前記自己相関が、前記データ配列中のデータに基づいて行われる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記フラッシュランプ（４）としてキセノンフラッシュランプを使用し、最大検出強度の値の所定パーセントよりも低い、最初に検出された強度の値に相当する配列ポイントを出発点として採択し、ゼロよりも大きい前記最初の強度の値に相当するポイントよりも３６ｎｍ大きい波長に相当する前記配列中のデータポイントへステップを進めることにより、第１のピークが位置捜査される、請求項１から３のいずれか一に記載の方法。
5. 光学システムであって、そのシステムは、フラッシュ光源と、レンズシステムと、入り口スリットと、格子を持った凹面反射格子形式のモノクロメータと、光ファイバ端末上で単色光の走査ができるようピボット様式で格子を変位させるモータと、検出装置に結合された前記光ファイバと、を有し、前記光源は、明瞭に区別できる波長における少なくとも２つの高い強度のピークを持っており、
   請求項１から４のいずれか一に記載の較正方法を実施する電子装置を更に備えている光学システム。
6. 前記光学システムが分光光度計である、請求項５に記載の光学システム。

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