JP4140965B2

JP4140965B2 - 吸光式分析計

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Publication number: JP4140965B2
Application number: JP2003385453A
Authority: JP
Inventors: 重之秋山; 哲志井ノ上; 卓司生田
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2023-11-14
Also published as: JP2005147839A

Description

本発明は、各種流体中の特定成分の濃度を測定する吸光式分析計に関するもので、特に試料中に共存する複数成分を測定する、高精度でコンパクトな流体濃度測定装置に有用である。

近年、各種製造プロセスにおいては、管理対象物質および各種の妨害物質の濃度管理が不可欠となり、多種多様な用途に対応できる精度の良い測定器が求められ、従来から、汎用性が高く、同一構成で多種の成分測定が可能で、多成分同時測定が可能な非分散赤外線分析計（以下、「ＮＤＩＲ」という。）や非分散紫外線分析計（以下「ＮＤＵＶ」という。）などの吸光式分析計が多く用いられている。こうした吸光式分析計は、基本的に試料に非接触であることから各種のプロセスのインラインモニターとしても有用である。

ここで、多成分の吸光式分析計として多用されている光断続方式ＮＤＩＲについて、図１０の構成例に基づいて説明する。光源用電源４からの電力を注入すると光源部１からの赤外線が試料セル部２を介して検出器３、３’、３”に導入されるが、モータ５によって駆動されるチョッパ６がその光学系の中間に設けられ、前記赤外線は断続光となって、検出器３、３’、３”に投入される。光源部１と検出器３、３’、３”の間には、通常測定対象成分に対応した波長域の赤外線を選択的に透過する光学フィルタ７、７’、７”が設けられ、試料セル部２に導入された試料流体中の測定成分による赤外線吸収の変化のみを検出している。検出器出力は前置増幅器等（図示せず）で増幅された後、信号処理部８に入力され整流等の信号処理の後、濃度演算されて表示部９に濃度表示され、通常変調周期は５〜１００Ｈｚが多く使用されている（例えば特許文献１参照）。

また、上記の機械的光断続方式におけるチョッパ６の代わりに、光源用電源４と光源１の間に光源電圧変調手段を設けて光源１に印加される電力をＯＮ−ＯＦＦさせて変調する方式や、さらに上記の光変調機構に代わり、流体切換機構を用いて試料流体と基準（比較）流体を一定周期で切換えて変調させ、試料セル部内での赤外線の吸収量の変化分のみを交流信号として取り出す流体変調式ＮＤＩＲなどが知られている。

さらに、多成分で安定な吸光度分析計として、図１１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、光源１と検出器３との中間に設けられた光学素子７、さらには７’を光路に対して所定の傾斜を有して配し、複数の検出器３、３’、さらには３”に対して光を分波し導入することで、試料セル部２における吸光度の変化を検出することができる方法が実用化されている（例えば特許文献２参照）。

また、こうした構成を有する測定方法は、上記のＮＤＩＲだけでなく、ＮＤＵＶについてもほぼ同様に提案・実用化されている（例えば特許文献３参照）。
特開平１０−１８５８１６号公報特許第２９０３４５７号公報特開平８−４３３０２号公報

しかしながら、従来技術で述べた吸光式分析計では、以下のような課題が生じることがある。

つまり、測定成分を増加する場合において、図１０のような構成例においては、検出器３の追加に合せて、試料セル２の径を大きくする、あるいは試料セル２と検出器３との中間の設ける分岐ユニットを追加する、などの光学系の大型化が必要となり、また各検出器ごとに利用できる光量が減少するため検出感度の低下を招くことになる。

また、図１１（Ａ）のような構成例において測定成分を増加する場合には図１１（Ｂ）のような構成が挙げられるが、光学素子７’を追加する必要があり、光学系の大型化や部品の追加による光学的なロスによる検出感度の低下が課題となることがある。さらに場合によっては、試料セルを追加することがあり、この場合も同様である。

そこで、本発明の目的は、上記のような問題点を解決し、複数の測定対象に対し、汎用性が高く、高い測定精度を有する吸光式分析計を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意研究を重ねた結果、以下に示す吸光式分析計により上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。

本発明は、光源部、光学素子部、試料セル部および複数の検出器を構成要素として含み、該光源部と検出器との中間に、該光源部からの光束に対する傾斜角が異なる２以上の傾斜面を有し、その傾斜面の一部または全部に光学素子を配する光学素子部を配設し、該光学素子によって前記光源部からの光束を透過光と反射光に分配する吸光式分析計であって、
少なくとも１つの光学素子部において、少なくとも２つの光学素子の透過波長帯がともに１の成分に対応する波長選択性を有し、前記少なくとも２つの光学素子のうちの第１の光学素子と第２の光学素子について、第１の光学素子が第２の光学素子よりも該１の成分に対応する短波長側の透過波長帯を有するとともに、少なくとも前記第１の光学素子と第２の光学素子の透過光を受光する第１の検出器と、
前記第１の光学素子からの反射光のうち、該第１の光学素子の透過光の透過波長帯よりも長波長側の光をカットする第３の光学素子からの透過光を受光する第２の検出器、
および／または前記第２の光学素子からの反射光のうち、該第２の光学素子の透過光の短波長側の光をカットする第４の光学素子の透過光を受光する第３の検出器を有することを特徴とする。
本発明者は、２以上の異なる傾斜面を有する光学素子を用いることで、１の光束の一部を透過光として１の検出器に入射するとともに、その他の光束を反射光として複数の方向に分配することによって、複数の測定成分の検出が可能となることを案出したものである。このとき、各傾斜面の光学特性を調整し、検出器に対する選択性を上げることによって、複数の測定対象に対し、汎用性が高く、高い測定精度を有する吸光式分析計を提供が可能となる。特に、第１の検出器は、各傾斜面からの透過光を全て受光することができることから、最も高感度の検出を必要とする成分の測定に利用することが好ましい。また、各傾斜面からの反射光のうち、各傾斜面に配された光学素子の透過帯よりも長波長側あるいは短波長側の光をカットする第３および／または第４の光学素子を設けることで、第３，第４の光学素子からの透過光を受光する第２および／または第３の検出器は、他成分の影響を受けずに各測定成分を検出することができる。つまり、２以上の傾斜面を有し、各傾斜面に異なる波長選択性を有する光学素子を配することで、２以上の測定成分個々に最適の固有波長域を設定することができる。従って、各成分の最適な検出感度を確保し、より他成分の影響を受けない高精度の測定を可能とすることができる。

本発明は、前記光学素子が配された２以上の傾斜面のうち、前記光源部からの光束に対する受光面積が、１の傾斜面と他の傾斜面で異なることが好適である。試料中に複数の測定成分が共存する場合、各成分の濃度が異なると同時に各成分の吸光度が異なるのが一般的であり、光学素子が配された各傾斜面の受光面積を異なるものとし、透過光および複数の反射光を最適の比率に分配することによって、複数の測定成分に対応した検出感度を確保し、汎用性が高く、高い測定精度を有する多成分の吸光式分析計を提供しようとするものである。

また、前記光学素子が配された２以上の傾斜面のうち、１の傾斜面と他の傾斜面で波長選択性が異なることが好適である。透過光および複数の反射光の各波長選択性を、試料中に共存する複数の各測定成分に最適の波長域となるように設定することによって、各成分の最適な検出感度を確保し、より高精度の多成分の吸光式分析計を提供しようとするものである。

さらに、前記光学素子が配された２以上の傾斜面のうち、１の傾斜面の波長選択性と他の傾斜面の波長選択性が、重複する透過波長領域を有することが好適である。特定成分に対する検出感度を高めるとともに、複数の測定成分に対応した検出感度を確保し、汎用性が高く、高い測定精度を有する多成分の吸光式分析計を提供しようとするものである。つまり、試料中に複数の測定成分が共存する場合、特定成分が非常に低濃度である場合や非常に吸光度が小さい場合がある。このとき、光学素子が配された２以上の傾斜面のうち、１の傾斜面の波長選択性と他の傾斜面の波長選択性が、重複する透過波長領域を有するようにし、光学素子の透過光量を多くすることによって、該透過光を受ける検出器については高い検出感度を確保することができる。また同時に、複数の反射光を最適の比率に分配することも可能である。

以上のように、２以上の異なる傾斜面を有する光学素子を配する吸光度分析計によって、複数の測定成分に対応した波長選択性を調整し、検出器に対する選択性を上げることができる。従って、複数の測定対象に対し、汎用性が高く、高い測定精度を有する多成分の吸光式分析計を提供することができる。

ここで、前記各傾斜面の受光面積が異なる光学素子を用いて、透過光および複数の反射光を最適の比率に分配することによって、複数の測定成分に対応した検出感度の確保を容易にすることができる。

また、前記各傾斜面の波長選択性を異なるものとし、透過光および複数の反射光の各波長選択性を、試料中に共存する複数の各測定成分に最適の波長域となるように設定することによって、各成分の最適な検出感度を確保するとともに、他成分の干渉影響の低減を図ることができる。

さらに、前記各傾斜面の波長選択性を重複する透過波長領域を有するものとすることによって、光学素子の透過光量を多くし特定成分に対する高い検出感度を確保すると同時に、複数の反射光を最適の比率に分配することも可能であり、複数の測定成分に対応した検出感度を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１に、本発明にかかる吸光度分析計の基本的な光学系の第１の構成例を示す。

図１（Ａ）において、光源用電源４からの電力を受けた光源部１、試料セル部２、検出器３ａ、３ｂ、３ｃ、モータ５によって駆動されるチョッパ６、異なる傾斜面を有する光学素子（「第１の光学素子」と「第２の光学素子」に相当、以下「傾斜面７ａおよび傾斜面７ｂ」という。）を配する光学素子部７ｎ、信号処理部８および表示部９からなる構造となっている。光源部１から照射された光がチョッパ６によって断続光として試料セル部２を通過した後、光学素子によって分配され、透過光が検出器３ｃに入射され、傾斜面７ａおよび傾斜面７ｂによって反射された光がそれぞれ検出器３ａおよび３ｂに入射される。各検出器３ａ、３ｂ、３ｃは、試料セル部２に導入された試料中の各測定成分による吸光分を検出器入射光量変化として検知し、各検出器の信号出力として信号処理部８および表示部９によって処理される。このとき、検出器３ｃは、各傾斜面からの透過光を全て受光することができることから、最も高感度の検出を必要とする成分の測定に利用することが好ましい。また、変調方法や、光源部１と検出器３との中間に設けられる試料セル２や光学素子部７ｎなどの要素の配列など光学系の構成については、図１に限定されることはないことはいうまでもない。

本発明は、光学素子が複数の傾斜面によって形成され、図１では、透過光が検出器３ｃに照射されるとともに、傾斜面７ａによる反射光が検出器３ａに照射され、傾斜面７ｂによる反射光が検出器３ａに照射され、これらが１の光学素子部７ｎによって構成されている点に特徴がある。傾斜角度は特に限定されるものではないが、図１（Ｂ）では傾斜面７ａを４５°および傾斜面７ｂを１３５°とし、光束Ｉｎの中心に突部を配し左右に傾斜面を有する場合を例示している。検出器３ａおよび３ｂに対する反射光を最大光量照射することができること、傾斜面が１の場合に比べ試料セル２と検出器３ｃとの距離が１／２とし光のロスを減少することができること、各検出器の光学素子部７ｎへの取付けが容易であることなどのメリットが挙げられる。また、図１（Ｃ）に他の構成を例示する。各傾斜面の傾斜角度は同様であるが、光束Ｉｎを二分し、上下（むろん左右でも可能）に異なる傾斜面を配した構造を形成している。位置合せ等が不要であること、加工あるいは保守作業が容易であることなどのメリットが挙げられる。いずれの場合も、傾斜面７ａと７ｂは、同じ光学特性を有することが通常であるが、後述のように異なる特性を有する場合も可能である。

試料セルとしては、試料導入口および排出口を有するステンレス鋼やアルミニウムなどの金属製あるいは樹脂製の円筒管の両側に光学結晶を固定した構造をとることが多い。

検出器としては、ＮＤＩＲでは、コンデンサマイクロフォンやフローセンサを内蔵したニューマティック検出器や、パイロ素子あるいはサーモパイル素子などを用いた固体検出器などが挙げられ、前者は検出感度や選択性に優れ、後者は量産性・小型化・汎用性に優れた検出器であり、用途に応じて使い分けが可能である。ＮＤＵＶでは、光電子倍増管や、フォトセルやフォトダイオードなどの固体検出器などが挙げられ、前者は検出感度や選択性に優れ、後者は量産性・小型化・汎用性に優れた検出器である。

ここで、光学素子とは、基板に多層膜を形成した光学フィルタや特定の波長域を透過する基材一般をも含む広い概念をいう。前者としては、例えば特定波長域を透過するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、特定波長よりも長い波長域のみを透過するロングパスフィルタ（ＬＰＦ）や特定波長よりも短い波長域のみを透過するショートパスフィルタ（ＳＰＦ）などが挙げられる。また、後者としては、紫外線〜赤外線透過基材として、約３．５μｍまでを透過する石英（ＳｉＯ_２）約４μｍまでを透過するサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、約６μｍまでを透過するフッ化リチウム（ＬｉＦ）、約８μｍまでを透過するフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）、約１２μｍまでを透過するフッ化バリウム（ＢａＦ_２）や約１３μｍまでを透過する塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）などが挙げられる。

図１では複数の傾斜面を有する光学素子部として、７ａおよび７ｂという２つの傾斜面を有する場合を例示したが、図２（Ａ）および（Ｂ）のような３つの傾斜面、図２（Ｃ）、（Ｄ）および（Ｅ）のような４つの傾斜面など、本発明の多種多様な適用が可能であり、面の数量や形状などに限定されるものではない。また、光学素子の作製は、（１）一体に形成された光学素子の表面に同一あるいは異なる特性を有する蒸着などの処理をする、（２）別個に同一あるいは異なる特性を有する蒸着などの処理をした複数の光学素子を組合せる、（３）前記（１）と（２）とを組合せる、ことが可能である。

上記の吸光度分析計において、前記光学素子の各傾斜面が異なる受光面積を有することが好適である。多成分の吸光度分析計においては、測定成分ごとに必要とされる検出感度が異なることが一般的であり、透過光および複数の反射光を最適の比率に分配することによって、測定成分に対応した検出感度の確保を容易にすることができることが好ましい。

図３に、本発明の第２の構成例として、光学素子の各傾斜面が異なる受光面積を有すること場合を例示する。図３（Ａ）は２つの傾斜面を有する場合を例示するが、傾斜面７ａは傾斜面７ｂよりも大きな面積を有しており、両者が同じ光学特性を有する光学素子であるとすると、傾斜面７ａによって反射される光Ａは傾斜面７ｂによって反射される光Ｂに比べ多くの光量を検出器３ａに入射することができる。つまり、試料中最も低い濃度の測定成分を検出器ｃによって検出し、次に低濃度の測定成分を検出器ａによって検出することにより、光量を有効に活用した光学系を形成することができる。

また、３つの傾斜面を有する場合を図３（Ｂ）に例示する。異なった面積を有する傾斜面７ａ、７ｂ、７ｄ（傾斜面７ａおよび７ｂと異なる傾斜面に設けられた光学素子を以下「傾斜面７ｄ」という。）に対応して、各々異なった光量の反射光Ａ、Ｂ、Ｄを検出器に照射することができる。このように、各種の面の数量や形状などに適用することができることは、上述と同様である。

ここで、複数の傾斜面を有する光学素子の各傾斜面の受光面積は、（１）一体に作製された光学素子において予め定めておく、（２）別個に異なる面積を有する複数の傾斜面を組合せる、（３）いくつの細分化された角度変更可能な複数の傾斜面を配し任意に組合せる、（４）前記（１）〜（３）を組合せる、ことによって任意に設定が可能である。

なお、実際に光学系を構成する場合には、単純に光量だけでなく、図４（赤外領域を例示する）に示すような、光源部からのエネルギー分布Ａ、光学素子の透過率Ｔや透過帯域幅Δλあるいは波長λ_０によるエネルギー差、さらには、測定成分による吸光度の相違などから設定される。

上記の吸光度分析計において、前記光学素子が、波長選択性が異なる傾斜面を有することが好適である。多成分の吸光度分析計においては、測定成分ごとに利用される波長領域が異なるが、透過光および複数の反射光の各波長選択性を、試料中に共存する複数の各測定成分に最適の波長域となるように設定することによって、各成分の最適な検出感度を確保し、より他成分の影響を受けない高精度の測定を可能とすることが好ましい。

光学系の構成は上記図１〜３と同様であるが、光学素子の各傾斜面の波長選択性を異なるものとし、透過光および複数の反射光の各波長選択性を、試料中に共存する複数の各測定成分に最適の波長域となるように設定することに特徴がある。

図５に、本発明の第３の構成例として、光学素子の各傾斜面が異なる波長選択性を有する場合を例示する。

図５（Ａ）は、Ａ、Ｂ、Ｃの３つの成分を、２つの傾斜面を有する光学素子を用いて測定する場合の光学系を例示する。傾斜面７ａおよび傾斜面７ｂに成分Ｃに対応する波長の透過波長帯の光学素子（ここでは、ＢＰＦを例示する）を形成し、さらに成分Ａおよび成分Ｂに対応する光学フィルタ７ａ’および７ａ’（ここでは、各々ＳＰＦおよびＬＰＦを例示する）を設けている。ここで、傾斜面７ａが傾斜面７ｂよりも成分Ｃに対応する短波長側の透過波長帯を有する光学素子としている。

このときの各領域での波長特性を図５（Ｂ）に示す。３つの測定成分に対応する吸収スペクトルを波長順にＡ、Ｃ、Ｂとすると、傾斜面７ａを透過した光Ｃａおよび傾斜面７ｂを透過した光Ｃｂが検出器３ｃに照射される。このとき、検出器３ｃには両方の光の加えた帯域幅の広い波長帯の光Ｃが照射される。一方、傾斜面７ａによって反射される光Ａ’は、入射光Ｉｎの傾斜面７ａに入射した光の内で光Ｃａを除いた光であるが、７ａの透過帯よりも長波長側の光をカットするＳＰＦ７ａ’を設けることで、検出器３ａは他成分ＢおよびＣの影響を受けずに成分Ａを検出することができる。特に、傾斜面７ａによる立上波長λａをＣの吸収帯域から短波長側にシフトすることで、成分Ａと成分Ｃの間での相互干渉影響を大きく低減することができる。

また、傾斜面７ｂによって反射される光Ｂ’は、入射光Ｉｎの傾斜面７ｂに入射した光の内で光Ｃｂを除いた光であり、７ｂの透過帯よりも短波長側の光をカットするＬＰＦ７ｂ’を設けることで、検出器３ｂは他成分ＡおよびＣの影響を受けずに成分Ｂを検出することができる。特に、傾斜面７ｂによる立上波長λｂをＣの吸収帯域から長波長側にシフトすることで、成分Ｂと成分Ｃの間での相互干渉影響を大きく低減することができる。

つまり、２つの傾斜面を有し各傾斜面が異なる波長選択性を有する光学素子を用いることで、３つの測定成分個々に最適の固有波長域を設定することができる。従って、各成分の最適な検出感度を確保し、より他成分の影響を受けない高精度の測定を可能とすることができる。

図６（Ａ）は、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの４つの成分を、３つの傾斜面を有する光学素子を用いて測定する場合の光学系を例示する。傾斜面７ａおよび傾斜面７ｂに設けられた光学素子は図５（Ａ）と同じ構成とし、さらに傾斜面７ｄとして傾斜面７ｂと同じ光学素子を設けた場合を例にとって説明する。

このときの各領域での波長特性を図６（Ｂ）に示す。４つの測定成分に対応する吸収スペクトルを波長順にＡ、Ｃ、Ｂ、Ｄとすると、傾斜面７ａを透過した光Ｃａおよび傾斜面７ｂを透過した光Ｃｂに加え傾斜面７ｄを透過した光Ｃｄが検出器３ｃに照射される。このとき、検出器３ｃには３つの光の加えた帯域幅の広い波長帯の光Ｃが照射される。一方、傾斜面７ａによって反射される光Ａ’は、入射光Ｉｎの傾斜面７ａに入射した光の内で光Ｃａを除いた光であるが、７ａの透過帯よりも長波長側の光をカットするＳＰＦ７ａ’を設けることで、検出器３ａは他成分Ｂ、ＣおよびＤの影響を受けずに成分Ａを検出することができる。特に、傾斜面７ａによる立上波長λａをＣの吸収帯域から短波長側にシフトすることで、成分Ａと成分Ｃの間での相互干渉影響を大きく低減することができる。

また、傾斜面７ｂによって反射される光Ｂ’は、入射光Ｉｎの傾斜面７ｂに入射した光の内で光Ｃｂを除いた光であり、７ｂの透過帯よりも短波長側の光をカットしＤの吸収帯域までを透過するＢＰＦ７ｂ’を設けることで、検出器３ｂは他成分Ａ、ＣおよびＤの影響を受けずに成分Ｂを検出することができる。特に、傾斜面７ｂによる立上波長λｂをＣの吸収帯域から長波長側にシフトすることで、成分Ｂと成分Ｃの間での相互干渉影響を大きく低減することができる。

さらに、傾斜面７ｄによって反射される光Ｄ’は、入射光Ｉｎの傾斜面７ｄに入射した光の内で光Ｃｄ（図の例ではＣｂと同じ波長特性を有する）を除いた光であり、Ｂの吸収帯域を含む短波長側の光をカットするＬＰＦ７ｂ’を設けることで、検出器３ｄは他成分Ａ、ＢおよびＣの影響を受けずに成分Ｄを検出することができる。

つまり、３つの傾斜面を有し各傾斜面が異なる波長選択性を有する光学素子を用いることで、４つの測定成分個々に最適の固有波長域を設定することができる。従って、各成分の最適な検出感度を確保し、より他成分の影響を受けない高精度の測定を可能とすることができる。なお、上記説明では、傾斜面７ａと傾斜面７ｂ・７ｄの波長選択性が異なる場合を例示したが、むろん異なる組合せあるいはそれぞれが異なる場合も可能である。

上記の吸光度分析計において、前記光学素子が、重複する透過波長領域を有する波長選択性の傾斜面を有することが好適である。多成分の吸光度分析計においては測定成分ごとに利用される波長領域が異なるが、重複する透過波長領域を有する光学素子を傾斜面に用い、該光学素子の透過光量を多くすることによって、該透過光を受ける検出器については高い検出感度を確保し、より他成分の影響を受けない高精度の測定を可能とすることが好ましい。また同時に、複数の反射光を最適の比率に分配することも可能である。

光学系の構成は上記図１〜３、５および６と同様であるが、光学素子の各傾斜面の波長選択性を異なるものとし、透過光および複数の反射光の各波長選択性を、試料中に共存する複数の各測定成分に最適の波長域となるように設定することに特徴がある。

図７に、本発明の第４の構成例として、光学素子の各傾斜面が重複する透過波長領域を有する場合を例示する。

図７（Ａ）は、Ａ、Ｂ、Ｃの３つの成分を、２つの傾斜面を有する光学素子を用いて測定する場合の光学系を例示する。図５（Ａ）とは、傾斜面７ａおよび傾斜面７ｂに成分Ｃに対応しかつ両者が重複する波長の透過波長帯を有する光学素子（ここでは、ＢＰＦを例示する）を形成する点において相違する。

このときの各領域での波長特性を図７（Ｂ）に示す。３つの測定成分に対応する吸収スペクトルを波長順にＡ、Ｃ、Ｂとすると、傾斜面７ａを透過した光Ｃａおよび傾斜面７ｂを透過した光Ｃｂが検出器３ｃに照射される。このとき、検出器３ｃには両方の光の加えた帯域幅の広い波長帯の光Ｃが照射されるが、傾斜面７ａおよび７ｂの透過波長帯が重複することから重複波長帯の透過光量が他の波長帯の透過光量よりも多いことから、検出器３ｃの検出感度をあげることができる。一方、傾斜面７ａおよび７ｂによって反射される光Ａ’およびＢ’は、各面の波長選択性の相違によって図５（Ｂ）と相違するが、さらに光学フィルタ７ａ’および７ｂ’を透過した光ＡおよびＢの波長特性については図５（Ｂ）と同様となる。

つまり、２つの傾斜面を有し各傾斜面が重複する透過波長領域を有する光学素子を用いることで、透過光量を多くし特定成分に対する高い検出感度を確保すると同時に、３つの測定成分個々に最適の固有波長域を設定することができる。従って、各成分の最適な検出感度を確保し、より他成分の影響を受けない高精度の測定を可能とすることができる。なお、上記説明では、傾斜面７ａと傾斜面７ｂ・７ｄの波長選択性が異なる場合を例示したが、むろん異なる組合せあるいはそれぞれが異なる場合も可能である。

図８に、本発明の第５の構成例として、光学素子の各傾斜面が異なる波長選択性を有する他の実施の形態を例示する。図８（Ａ）に示すように、光学素子の各傾斜面が入射光Ｉｎに対し傾斜角度を逆にした点に特徴がある。傾斜面７ａを成分ＡおよびＣに対応する波長の透過波長帯の光学素子（ここでは、ＢＰＦを例示する）を形成し、傾斜面７ｂを成分Ａおよび成分Ｃに対応する光学素子（ＢＰＦ）を形成し、成分Ｃに対応する光学フィルタ７ｃ（ＢＰＦ）を設けている。

このときの各領域での波長特性を図８（Ｂ）に示す。３つの測定成分に対応する吸収スペクトルを波長順にＡ、Ｃ、Ｂとすると、傾斜面７ａを透過した光Ｃａおよび傾斜面７ｂを透過した光Ｃｂが検出器３ｃに照射される。このとき、光学フィルタ７ｃには両方の光を加算したＣの吸収波長にピークを有する帯域幅の広い波長帯の光Ｃ’が照射され、光学フィルタ７ｃを透過した検出器３ｃにはＣの吸収波長帯の光Ｃが照射される。一方、傾斜面７ａによって反射された光Ｂ’は傾斜面７ｂに照射され、そのまま傾斜面７ｂを透過した光Ｂが検出器３ｂに照射される。このとき、光Ｂ’は入射光Ｉｎの傾斜面７ａに入射した光の内で光Ｃａを除いた光であるが、透過光Ｂはさらに傾斜面７ｂとの重複領域のみの光つまり成分Ｂの吸収波長帯の光となっている。従って、検出器３ｂは他成分ＡおよびＣの影響を受けずに成分Ｂを検出することができる。特に、傾斜面７ａによる立上波長λａをＣの吸収帯域から長波長側にシフトすることで、成分Ｂと成分Ｃの間での相互干渉影響を大きく低減することができる。

また、傾斜面７ｂによって反射された光Ａ’は傾斜面７ａに照射され、そのまま傾斜面７ａを透過した光Ａが検出器３ａに照射される。このとき、光Ａ’は入射光Ｉｎの傾斜面７ｂに入射した光の内で光Ｃｂを除いた光であるが、透過光Ａはさらに傾斜面７ａとの重複領域のみの光つまり成分Ａの吸収波長帯の光となっている。従って、検出器３ａは他成分ＢおよびＣの影響を受けずに成分Ａを検出することができる。特に、傾斜面７ｂによる立上波長λｂをＣの吸収帯域から短波長側にシフトすることで、成分Ａと成分Ｃの間での相互干渉影響を大きく低減することができる。

つまり、２つの傾斜面を有し各傾斜面が異なる波長選択性を有する光学素子を用い、その波長選択性を繰り返し利用することで、３つの測定成分個々に最適の固有波長域を設定することができる。従って、各成分の最適な検出感度を確保し、より他成分の影響を受けない高精度の測定を可能とすることができる。なお、本発明は、２つの傾斜面に限られるものではないことあるいは上記の構成例との組合せが可能であることはいうまでもない。

以上は、主として１つの試料セル部、３つ以上の検出器と１つの光学素子を用いた吸光度分析計を中心に説明したが、本発明は、光学素子の透過光と反射光を利用し、さらに多数の試料セル部、検出器および光学素子とを組合せた吸光度分析計に適用することが可能であり、複数の測定対象に対し、汎用性が高く、高い測定精度を有する吸光式分析計を提供することができる。具体的には、図９に例示するような構成などが挙げられる。

このように、本発明の技術は、従来技術で述べた各種のＮＤＩＲやＮＤＵＶなどの吸光式分析計に適用可能であり、複数の測定成分を含む試料に対して広い範囲において応用が可能であり、汎用性が高く、高い測定精度を有する吸光式分析計を提供することができる。

本発明に係る吸光式分析計の第１の構成例を示す説明図本発明に係る光学素子部の構成例の詳細を例示する説明図本発明に係る吸光式分析計の第２の構成例を示す説明図光源から光および光学素子における波長特性を例示する説明図本発明に係る吸光式分析計の第３の構成例の１つの形態を例示する説明図本発明に係る吸光式分析計の第３の構成例を他の形態を例示する説明図本発明に係る吸光式分析計の第４の構成例を示す説明図本発明に係る吸光式分析計の第５の構成例を示す説明図本発明に係る吸光式分析計の第６の構成例を示す説明図従来技術に係る吸光式分析計の１の構成例を示す説明図従来技術に係る吸光式分析計の他の構成例を示す説明図

符号の説明

１光源
２試料セル部
３検出器
４光源用電源
６チョッパ
７光学素子（光学フィルタ）

Claims

光源部、光学素子部、試料セル部および複数の検出器を構成要素として含み、該光源部と検出器との中間に、該光源部からの光束に対する傾斜角が異なる２以上の傾斜面を有し、その傾斜面の一部または全部に光学素子を配する光学素子部を配設し、該光学素子によって前記光源部からの光束を透過光と反射光に分配する吸光式分析計であって、
少なくとも１つの光学素子部において、少なくとも２つの光学素子の透過波長帯がともに１の成分に対応する波長選択性を有し、前記少なくとも２つの光学素子のうちの第１の光学素子と第２の光学素子について、第１の光学素子が第２の光学素子よりも該１の成分に対応する短波長側の透過波長帯を有するとともに、
少なくとも前記第１の光学素子と第２の光学素子の透過光を受光する第１の検出器と、
前記第１の光学素子からの反射光のうち、該第１の光学素子の透過光の透過波長帯よりも長波長側の光をカットする第３の光学素子からの透過光を受光する第２の検出器、
および／または前記第２の光学素子からの反射光のうち、該第２の光学素子の透過光の短波長側の光をカットする第４の光学素子の透過光を受光する第３の検出器を有することを特徴とする吸光式分析計。
前記光学素子が配された２以上の傾斜面のうち、前記光源部からの光束に対する受光面積が、１の傾斜面と他の傾斜面で異なることを特徴とする請求項１に記載の吸光式分析計。
前記光学素子が配された２以上の傾斜面のうち、１の傾斜面と他の傾斜面で波長選択性が異なることを特徴とする請求項１または２に記載の吸光式分析計。
前記光学素子が配された２以上の傾斜面のうち、１の傾斜面の波長選択性と他の傾斜面の波長選択性が、重複する透過波長領域を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の吸光式分析計。