JP4141053B2 - スペクトロメータの動作方法およびスペクトロメータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スペクトロメータの動作方法に関する。本発明はさらに、ＦＴ−ＩＲスペクトロメータのような赤外線スペクトロメータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＴ−ＩＲスペクトロメータの例では、赤外線または遠赤外線が、このような輻射源から試料に向かって探査中に照射される。試料から反射により伝播された輻射は検知器または受信器で受信され、検知器の出力がシグナルプロセッサにより処理され、これにより試料の分光特性が得られる。典型的なＦＴ−ＩＲ装置はミケルソン型の干渉計を有しており、これにより被検試料に向けられる走査ビームを形成する。現代のスペクトロメータは強力なシグナルプロセッサを有しており、検知器から受信したデータのフーリエ変換計算を実行することができ、これにより探査中に試料に関連するスペクトルデータが得られる。
【０００３】
従来は測定においてまず、バックグランド測定を行う必要がある。これはいわば、装置のサンプルステーションに試料がないときのバックグランドスペクトルを測定することである。続いて、試料が存在するときに測定が行われ、所望の試料スペクトルが試料が存在するときの測定とバックグランド測定との比から得られる。
【０００４】
したがって通常のスペクトロメータ操作では、装置が同じ測定を実行するために同じ材料の新たな試料、または類似の材料の試料で使用され、典型的な操作手順は次のとおりである。
【０００５】
１．試料を準備する。
【０００６】
２．試料を直接、またはサンプリングアクセサリに取り付ける。
【０００７】
３．測定を実行する。
【０００８】
４．結果を解釈する。
【０００９】
これら操作の各々は所定の時間を必要とし、これは装置の見かけの応答に影響を及ぼす。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、この応答を改善したスペクトロメータと、スペクトロメータの動作方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、スペクトロメータが連続ベースで走査を実行し、
走査の少なくとも一部からのスペクトルデータを記憶し、
試料測定が実行されるときに、記憶されたデータの項目を引き出す、ように構成して解決される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の方法は、試料をスペクトロメータのサンプルステーションに挿入し、操作者の制御の下で走査を開始するための指令を発するステップを有することができる。
【００１３】
本発明の方法はさらに、記憶されたデータと、記憶されたデータの特性を表すデータとを関連付けるステップを有することができる。この特性は検知されたビームエネルギーとすることができる。
【００１４】
本発明の方法は、プロセッサを有することができ、これによりプロセッサは自動的に試料の導入を認識し、測定を相応に実行する。
【００１５】
本発明の別の側面ではスペクトロメータに、分析輻射源と、分析輻射を検知するための検知器と、検知器の出力を処理するためのプロセッサが設けられており、前記スペクトロメータは連続ベースで走査を実行するように構成されており、前記プロセッサは少なくとも複数の走査からのスペクトルデータを記憶し、試料測定が実行されるときに、記憶されたデータの項目を再生するように構成されている。
【００１６】
【実施例】
本発明を以下、図面を参照して実施例に基づき説明する。
【００１７】
図１には、ＦＴ−ＩＲスペクトロメータのようなシングルビーム型の赤外線スペクトロメータが一般的項目で示されている。分析輻射源１０は、サンプルステーション１２に向けられる赤外線輻射ビームを発生するように構成されている。サンプルステーション１２からの輻射は検知器または受信器１４で受信され、受信器の出力はプロセッサ１６により処理され、探査中の試料のスペクトルを表すデータが得られる。スペクトロメータは関連するＰＣと共働して動作することができる。ＦＴ−ＩＲスペクトロメータは一般的にミケルソン型干渉計を光の干渉パターンの形成のために使用する。干渉計はビームスプリッタを有し、ビームスプリッタは部分的反射器であり、入射ビームを２つのビームに分割する。これらのビームは反射されて戻り、ビームスプリッタで再結合される。ここでビームの１つの経路長が時間により変化され、時間変化する干渉パターンが形成される。この光パターンは角度選択性アパーチャで偏向され、サンプルステーションの試料を探査するのに使用されるビームが形成される。
【００１８】
プロセッサは検知器から受信されたデータのフーリエ変換計算を実行し、探査中の試料に関連する出力スペクトルデータを形成する。この一般的構成および作用は当業者には周知であり、これ以上詳細に説明しない。
【００１９】
本発明による実施例の作用を、図１に示された典型的構成から得られる従来の測定により説明する。
【００２０】
スペクトロメータが動作するとき、干渉計が公知の走査を実行するために使用される。完全な走査は、干渉計の可動ミラーの前進および後進運動によって表現される。したがって完全な走査は前進走査および逆進走査と見なすことができる。図２を参照すると試料測定のための公知のステップでは、試料をサンプルステーション（２０）に挿入し、所定の適切な指令を機械にプロセッサにより与えることで走査を要求し（２１）、走査を開始し（２２）、前進スイープからデータを収集し（２４）、データを処理し、これを適切なディスプレイ装置、例えばＰＣのモニタに表示し（２５）、試料を除去する（２６）。これらのステップは付加的試料に対しても繰り返すことができる。上記の説明では、“バックグランド走査”として知られる操作が常に実行されていることが前提である。探査中の試料のスペクトルを得るために、まずバックグランド操作を実行し、試料が存在しないときのスペクトル測定を得ることが必要である。このデータはプロセッサにより記憶され、試料のスペクトルを得るために装置応答の比の算出に使用される。装置動作はユーザにより開始される。一般的に言えば従来の動作では、装置は直ちに測定を開始することはできない。なぜなら干渉計を最初の操作の開始点に常に移動しなければならないからである。さらに試料の挿入を完了し、ＰＣが走査を要求するには所定の時間がかかり、典型的には１秒以上である。測定に対する全時間は典型的には約５秒である。ただし、測定は単前進スイープと、これに続く単逆進スイープからなると仮定する。
【００２１】
図３を参照すると、本発明の第１実施例が示されている。この実施例および説明するすべての実施例の第１の特徴は、スペクトロメータが連続走査のために構成されており、したがって連続ベースでデータを収集することである。収集された一部のまたはすべてのデータは所定時間の間、プロセッサのメモリに記憶される。図３を参照すると、試料がサンプルステーションに挿入される時点がブロック３０に示されている。装置はスイープ、この場合は逆進スイープを実行する。これはブロック３２に示されている。次に前進スイープによりデータ収集され（３４）、さらなる逆進スイープ（３５）とさらなる前進スイープ（３６）による収集シーケンスが続く。３８の時点で操作者は走査要求の指令を発行する。これは逆進スイープのデータ収集中３５に行われるよう示されている。
【００２２】
図３からわかるように、走査要求の指令がスイープ３５まで与えられなくても走査は進行中である。スペクトロメータは連続モードで動作しているので、前進スイープ３４と逆進スイープ３５で収集されたデータをプロセッサによりスペクトルデータの表示のために使用することができる。走査要求指令３８がスイープ３５の開始後、１秒以内であれば、このスイープは実際の試料データとして受け入れられる。またスイープ３４からのデータもリードバックされ、スイープ３５からのデータと比較される。データが同じであれば、スイープ３４と３５は維持され、１つのシングル走査を形成する。このことは、走査がブロック４０により示された時点まで開始されず、指令に続くスイープだけが使用されることとなる従来の構成とは異なる。図３の構成では、操作者がすでに以前に要求されており、バックグランド走査を従来のルーチンですでに説明したように得ていることが前提とされる。このバックグランドデータは記憶され、試料に関連するスペクトルデータを得るため、装置応答の比を算出するのに使用される。
【００２３】
図３との関連ではまた、測定が前進スイープと逆進スイープの組合せを必要とするとが前提である。このことは、１つの走査は１つの前進スイープと１つの逆進スイープに等しいことを意味する。装置は連続的に走査しているから、干渉計を、走査要求が発行されたるときに最初の走査開始点まで移動する必要がない。
【００２４】
図３からわかるように、データは従来操作での走査が開始されると近似的に同時に得られる。したがって、ユーザーは試料を挿入し、走査を要求するのに必要な時間中に時間を節約することができる。したがってこの改善で応答性が向上する。
【００２５】
図４を参照すると、原子バックグランド測定を得るために使用することのできる本発明の実施例が示されている。連続的前進および逆進スイープが図４では、“Ｆ”と“Ｒ”の文字により示されている。図４で試料は、ポイント５０で挿入され、操作に対する要求がポイント５２で与えられる。結果は５３で得られ、試料はポイント５４で除去される。
【００２６】
次のステップを準備する間に、装置は自動的に５８で示したクリアビームによる測定を実行する。このことは、次の試料がポイント６０で挿入されるときバックグランド測定がすでに使用可能であることを意味する。したがってこの方法では、装置はプロセッサのメモリに記憶されている最新の過去データを検査することができ、装置がクリアビーム状態であった複数の操作を得ることができる。次にこのバックグランドデータは、装置応答の比を算出するのに使用することができる。これについては当業者であれば周知のことである。したがってこの実施例では、走査要求５０と６２との間でバックグランドを要求する必要が無く、このことにより１分までのオーダーで時間が節約される。
【００２７】
次に図５を参照すると、操作者が走査開始指令を発行しなくても走査が自動的に開始される動作方法が示されている。ここでも走査の連続シーケンスは文字"Ｒ"と"Ｆ"により示されている。セクション７０でビームはクリアであり、この段階で得られたデータはバックグランドデータとして扱われる。試料はポイント７２で挿入される。この装置は、試料が存在する（７３）と認識されたときに収集されたデータの特性変化を自動的に検知するように構成されている。ポイント７５で結果が出力され、試料はポイント７６で除去される。これにさらにクリアビーム期間が続き、次の試料が挿入される。
【００２８】
装置が自動的に試料の挿入を識別する手段を以下に説明する。大まかに言えば、この装置は得られたデータの特性変化を識別するように構成されている。この実施例では、これは走査に関連するエネルギーの測定である。したがって装置は各走査に関連するタグデータを、検知器により検知されたビームエネルギーの評価に割り当てる。図６を参照すると、この図には数字１から１０により区別されたスイープの連続に対するビームエネルギーが示されている。少なくともスイープ１から３に対してエネルギーは一定であり、これは試料の存在しないことを指示する。スイープ５でエネルギーは低下し、このことは試料が挿入されたことを指示する。このことは装置により試料の挿入として認知され、コレによりこのポイントで測定を実行し、結果を図５に示すように出力する。図５からはスイープ４と６を使用できるか否かが明白ではない。一般的に装置は、スイープ１と３がスイープ７〜１０のように加算されるよう構成されている。しかしスイープ５は破棄することができる。なぜなら有効なデータでないことが明白だからである。必要であればスイープ４と６を、ＰＣにより詳細に分析し、これらが有効データであるか否かを評価できる。
【００２９】
エネルギー以外のパラメータを試料の存在を検知するために使用することもできる。例えばこのことは、連続測定の数学的比較により行うことができる。
【００３０】
図６に示した構成は、実質的に単純なシングル閾値スキーマであり、実際にはエネルギーと試料ドリフトの両方の方向依存性を取り扱うための詳細が必要である。これは、２つの閾値システムを使用することにより強化して達成される。２つの閾値システムは、竜席できるデータを同定するために狭い閾値を有し、さらに試料挿入または試料除去を同定するために使用される広い閾値を有する。２つの閾値構成が図７に示されている。図７に示された試料はポリスチレンに対するものである。図８は、図７のスイープデータの初期部分を拡張して示す。ここにはスイープ方向によるエネルギーの分散も示されている。エラーバーは+/-0.0025エネルギー分散を示し、これは約千分の一のオーダーであり、方向依存分散にマッチングする。試料除去はスイープ１８の前で行われたことが明白であり、したがってスイープ１７を、これが有効データであるか否かについて検査しなければならない。
【００３１】
走査データを記憶するためにメモリを設けると有利であり、このメモリは所定の容量を有する。メモリがオーバーフローするなら、記憶されるデータの量を低減するアルゴリズムを使用する必要がある。これを実行する手段は次のとおりである。
【００３２】
１．同一である信頼性の高いスイープを加算する。
【００３３】
２．試料交換または試料セッティングの間に得られた中間スイープを破棄する。
【００３４】
３．以前の試料またはバックグランドからのスイープを破棄する。
【００３５】
４．もっとも古いデータを破棄する。
【図面の簡単な説明】
【図１】赤外線スペクトロメータのブロック概略図である。
【図２】スペクトロメータの従来の動作を示すブロック図である。
【図３】本発明の１実施例を示すブロック図である。
【図４】本発明の別の実施例を示すブロック図である。
【図５】本発明の動作を示すブロック図である。
【図６】本発明の動作を説明するための線図である。
【図７】本発明の動作を説明するための線図である。
【図８】本発明の動作を説明するための線図である。
【符号の説明】
１０ 輻射源
１２ サンプルステーション
１４ 検知器または受信器
１６ プロセッサ

Claims (11)

1. 分析輻射源と、分析輻射を検知するための検知器と、検知器の出力を処理するためのプロセッサとを有するスペクトロメータの動作方法において、
   該スペクトロメータは、連続ベースで走査を実行するように構成されており、
   該スペクトロメータに試料を含まないスペクトルデータを連続的に得て、
   該スペクトロメータに該試料を含むスペクトルデータを連続的に得て、
   該スペクトロメータに該試料を有さない走査および該試料を含めた走査の少なくとも一部からのスペクトルデータを記憶し、
   試料測定が実行されるときに、記憶されたデータの項目を引き出し、
   記憶され引き出されたスペクトルデータに基づいてバックグランドスペクトルを計算する
   ことを特徴とする動作方法。
2. 試料を、スペクトロメータの試料ステーションに挿入するステップと、操作者の制御の下で走査開始の指令を発生する、請求項１記載の方法。
3. 各走査からの記憶されたデータを、スペクトルデータの特性を表すデータに割り当てる、請求項１記載の方法。
4. 前記特性はビームの検出されたエネルギーである、請求項３記載の方法。
5. プロセッサは自動的に、試料の挿入を認識し、測定を相応に実行する、請求項２記載の方法。
6. 記憶されたデータはバックグランドスペクトルデータおよびサンプルスペクトルデータに関連する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 分析輻射源と、分析輻射を検知するための検知器と、検知器の出力を処理するためのプロセッサとを有するスペクトロメータにおいて、
   走査を連続ベースで実行し、該スペクトロメータに試料が存在しない第１のスペクトルデータと、該スペクトロメータに試料を有する第２のスペクトルデータとを得るように構成されており、
   前記プロセッサは、走査の少なくとも一部からの第１のスペクトルデータおよび第２のスペクトルデータを記憶し、試料測定が実行されるときに記憶された該スペクトルデータの項目を引き出し、記憶され引き出された項目に基づいてバックグランドスペクトルを引き出すように構成されている
   ことを特徴とするスペクトロメータ。
8. プロセッサは、操作者の制御の下で走査開始の指令を発生するように構成されている、請求項７記載のスペクトロメータ。
9. プロセッサは、各走査からの記憶されたデータを、スペクトルデータの特性を表すデータに割り当てるように構成されている、請求項７記載のスペクトロメータ。
10. 特性は、検知されたビームのエネルギーである、請求項９記載のスペクトロメータ。
11. プロセッサは、自動的に試料の導入を認知し、測定を相応に実行するように構成されている、請求項９または１０記載のスペクトロメータ。

Images