JP4888058B2 - 分光分析計 - Google Patents

Description

本発明は、測定容器に収納されたサンプルを測定光と参照光とを用いて分析する分光分析計に関するものである。

図３は従来の分光分析計の一例を示す構成図、図４は従来の分光分析計のサンプル透過装置を示す図である。

分光分析計２０は、分析部２１とサンプル透過装置２２から構成される。分析部２１は同じ光源から２分して測定光と参照光を生成する。測定光は分析部２１から光ファイバ２３ａでサンプル透過装置２２に出射される（測定光Ｌ１）。

サンプル透過装置２２では、バイアル瓶などの測定容器２２１に収納されたサンプルに測定光を透過させる。光ファイバ２３ａから出射された測定光を、コリメータレンズ２２２ａで平行光に直し、測定容器２２１内のサンプルを透過させる。測定光はサンプルの吸収を受け、特定の波長の光が減衰する。サンプル透過後の測定光は、コリメータレンズ２２２ｂで集光されて光ファイバ２３ｂに導入され、分析部２１に伝えられる（測定光Ｌ２）。

また、分析部２１は、サンプル透過後の測定光Ｌ２がサンプル透過前の測定光Ｌ１からどの程度減衰しているかを検出する比較対象として、参照光を出力する。参照光は、測定光と同様に分析部２１から光ファイバ２３ｃで出射される（参照光Ｌ３）。参照光Ｌ３はサンプルを透過することなく、分析部２１に戻される（参照光Ｌ４）。

分析部２１とサンプル透過装置２２の距離が離れている場合、光ファイバを通る光は、光ファイバの材質や長さなどによる影響や、周囲温度変化などの環境による影響を受ける。そのため、参照光を通す光ファイバ２３ｃの引き回しを、測定光の光ファイバ２３ａ、２３ｂの引き回し経路と同じようにすることで、参照光も測定光と同程度の影響を受けるようにする。

参照光は、サンプルによる吸収の影響がないため、光ファイバ２３ｃの設置状況や周囲環境による影響のみを受けている。したがって、参照光Ｌ４の波長ごとの光量変化に基づいて、サンプル透過後の測定光Ｌ２の波長ごとの光量変化を補正すると、サンプルの吸収による減衰量を知ることができる。

このように、測定光と参照光を用いて分析を行う分析計として下記のような考案が提案されている。
特開平７−２０９１８０号公報 特開２００４−１５７０６２号公報

しかしながら、サンプルが収納された測定容器２２１が、バイアル瓶のように形状が円筒の場合には、測定光が測定容器２２１を透過する位置によって光の屈折の角度が異なり、波長によっては反対側の光ファイバ２３ｂに集光されない場合がある。

また、図５はバイアル瓶の形状による個体差を示す図である。一般的なバイアル瓶には、図５（ａ）に示すような偏心や、図５（ｂ）に示すような厚みのばらつきなどがあり、個体ごとに形状が安定していない。測定容器としてこのように形状などの個体差のある容器を使用すると、測定光が測定容器を透過する際に、この個体差の影響を受けてしまう。

測定光は測定容器を透過するが、参照光は測定容器を透過しない。そのため、測定光のみが、測定容器の個体差による光の屈折の影響を受けることになる。したがって、分析部２１において参照光Ｌ４に基づいて測定光Ｌ２の光量変化を補正しても、測定容器の形状による誤差を除去することができない。

本発明は、上記のような従来装置の問題をなくし、測定容器の形状のばらつきなど、個体差として有する光学特性の違いによる影響を分析結果から除去することができる分光分析計を実現することを目的としたものである。

上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１では、バイアル瓶に収納されたサンプルに測定光を透過させ、この測定光とサンプルを透過させない参照光とを比較して、前記サンプルによる測定光の減衰量を検出するようにした分光分析計において、
同じ光源から２分して測定光と参照光を生成する分析部と、
前記バイアル瓶内のサンプルに測定光を透過させるとともに、そのバイアル瓶のサンプルが存在しない部分に参照光を透過させるサンプル透過装置と、
このサンプル透過装置に前記分析部からの測定光を出射する第１の光ファイバと、
前記サンプル透過装置からサンプル透過後の測定光を前記分析部に伝える第２の光ファイバと、
前記サンプル透過装置に前記分析部からの参照光を出射する第３の光ファイバと、
前記サンプル透過装置から前記バイアル瓶のサンプルが存在しない部分を透過後の参照光を前記分析部に伝える第４の光ファイバと、
を備え、
前記分析部において前記第４の光ファイバで伝えられる参照光に基づいて前記第２の光ファイバで伝えられる測定光の光量変化を補正することを特徴とする。

請求項２では、請求項１に記載の分光分析計において、
前記サンプル透過装置は、
前記第１の光ファイバから出射される測定光を並行光に直し、前記バイアル瓶内のサンプルを透過させる第１のコリメータレンズと、
サンプル透過後の測定光を集光して前記第２の光ファイバに導入するする第２のコリメータレンズと、
前記第３の光ファイバから出射される参照光を並行光に直し、前記バイアル瓶のサンプルが存在しない部分を透過させる第３のコリメータレンズと、
前記バイアル瓶のサンプルが存在しない部分を透過した参照光を集光して前記第４の光ファイバに導入する第４のコリメータレンズと、
を備えることを特徴とする。

請求項３では、請求項２に記載の分光分析計において、
前記第３のコリメータレンズは、測定光が前記バイアル瓶に入射する角度と同じ角度で参照光を入射させることを特徴とする。

請求項４では、請求項２または３に記載の分光分析計において、
前記第１および前記第３のコリメータレンズは、それぞれ測定光および参照光を前記バイアル瓶の中心軸に垂直に入射させることを特徴とする。
請求項５では、請求項１〜４のいずれかに記載の分光分析計において、
前記第３の光ファイバは前記第１の光ファイバと同じ経路で引き回され、
前記第４の光ファイバは前記第２の光ファイバと同じ経路で引き回されることを特徴とする。
請求項６では、請求項１〜５のいずれかに記載の分光分析計において、
前記バイアル瓶のサンプルが存在しない部分は、前記バイアル瓶においてサンプルが入っている部分の上部の空の部分であること特徴とする。

このように、参照光を測定容器のサンプルが存在しない部分を透過させることによって、測定容器の形状のばらつきなど、個体差として有する光学特性の違いによる影響を分析結果から除去することができる分光分析計を実現することができる。
また、サンプルの測定容器がバイアル瓶であるため、安価に分光分析計を構成することができる。

請求項３では、参照光は測定容器に対し測定光と同じ角度から入射するように照射されるため、参照光が測定容器の個体差から受ける影響を測定光が受ける影響に近づけることができ、より正確に測定容器の個体差による影響を除去することができる。

請求項４では、参照光および測定光は、測定容器の中心軸に垂直に入射するように照射されるため、測定容器を透過した光の集光が容易になり、分光分析計のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

以下、図面を用いて本発明の分光分析計を説明する。

図１は本発明の分光分析計の一実施例を示す構成図、図２は本発明の分光分析計のサンプル透過装置を示す図である。

分光分析計１０は、分析部１１とサンプル透過装置１２から構成される。分析部１１は同じ光源から２分して測定光と参照光を生成する。測定光は分析部１１から光ファイバ１３ａでサンプル透過装置１２に出射される（測定光Ｌ１）。

サンプル透過装置１２では、測定容器１２１内のサンプルが入っている部分に測定光を透過させる。光ファイバ１３ａから出射された測定光を、コリメータレンズ１２２ａで平行光に直し、測定容器１２１内のサンプルを透過させる。測定光はサンプルの吸収を受け、特定の波長の光が減衰する。サンプル透過後の測定光は、コリメータレンズ１２２ｂで集光されて光ファイバ１３ｂに導入され、分析部１１に伝えられる（測定光Ｌ２）。

また、サンプル透過装置１２は、測定容器内のサンプルが存在しない部分に参照光を透過させる。光ファイバ１３ｃから出射された参照光を、コリメータレンズ１２２ｃで平行光に直し、測定容器１２１内のサンプルが存在しない部分を透過させる。測定容器１２１内のサンプルが存在しない部分とは、たとえば測定容器１２１においてサンプルが入っている部分の上部の空の部分である。参照光はサンプルを透過しないため、サンプルによる光の吸収はない。測定容器を透過した参照光は、コリメータレンズ１２２ｄで集光されて光ファイバ１３ｄに導入され、分析部１１に伝えられる（参照光Ｌ５）。

測定光だけでなく参照光も測定容器１２１を透過させることで、測定容器の形状など、測定容器の個体ごとに異なる特性によって測定光が受ける影響と同じ影響を参照光にも与えることができる。

参照光の光ファイバ１３ｃは、測定光の光ファイバ１３ａと同じ経路でサンプル透過装置１２まで引き回す。また、参照光の光ファイバ１３ｄは、測定光の光ファイバ１３ｂと同じ経路でサンプル透過装置１２から分析部１１まで引き回す。参照光の光ファイバの引き回し経路を測定光の光ファイバの引き回し経路と同じようにすることで、光ファイバの設置状況や周囲環境による影響を、参照光と測定光が同程度に受けるようにする。

分析部１１で受光する測定光Ｌ２は、サンプルによる吸収の影響と、測定容器１２１による影響および光ファイバの設置状況や周囲環境による影響を受けて、分析部１１から出射された測定光Ｌ１よりも減衰している。また、分析部１１で受光する参照光Ｌ５は、測定容器１２１による影響および光ファイバの設置状況や周囲環境による影響を受けて、分析部１１から出射した参照光Ｌ３よりも減衰している。

参照光Ｌ５にも測定容器１２１による影響が含まれている。そのため、分析部１１において参照光Ｌ５に基づいて測定光Ｌ２の光量変化を補正することで、測定容器１２１の形状による影響を除去することができる。したがって、従来例と比較してサンプルの吸収による測定光の減衰量をより正確に知ることができるようになる。

なお、測定容器１２１は市販のバイアル瓶を利用することができる。一般的にバイアル瓶は価格が安価であるため多く用いられているが、偏心や壁面の厚さのばらつきなどによる個体差の問題がある。本発明ではこのようなバイアル瓶ごとの個体差の問題を解消することができるため、測定容器としてバイアル瓶を利用して分光分析計を安価に構成することができる。

また、測定容器１２１に対する参照光の当て方も、測定光が測定容器１２１に入射する角度と同じ角度で入射するようにすれば、測定容器１２１の偏心や壁面の厚みなどの測定容器１２１固有の条件を測定光と参照光とでより近づけることができる。そのため、参照光が測定容器１２１から受ける影響がより測定光が受けるものに近づき、分析部１１においてより正確に測定光Ｌ２から測定容器１２１の影響を除去することができる。

さらに、参照光および測定光を測定容器１２１の中心軸に垂直に入射するように照射すれば、測定容器１２１を透過する光の発散の度合いが小さくなり、それぞれコリメータレンズ１２２ｂ、１２２ｄでの集光が容易になる。分析部１１においてより多くの光量を得ることができるようになり、分光分析計のＳ／Ｎ比を向上させることができる。

図１は本発明のセンサ内蔵機器の一実施例を示す図。 図２は本発明の分光分析計のサンプル透過装置を示す図。 図３は従来の分光分析計の一例を示す構成図。 図４は従来の分光分析計のサンプル透過装置を示す図。 図５はバイアル瓶の形状による個体差を示す図。

符号の説明

１０ 分光分析計
１１ 分析部
１２ サンプル透過装置
１２１ 測定容器
１２２ａ〜１２２ｄ コリメータレンズ
１３ａ〜１３ｄ 光ファイバ

Claims (6)

1. バイアル瓶に収納されたサンプルに測定光を透過させ、この測定光とサンプルを透過させない参照光とを比較して、前記サンプルによる測定光の減衰量を検出するようにした分光分析計において、
   同じ光源から２分して測定光と参照光を生成する分析部と、
   前記バイアル瓶内のサンプルに測定光を透過させるとともに、そのバイアル瓶のサンプルが存在しない部分に参照光を透過させるサンプル透過装置と、
   このサンプル透過装置に前記分析部からの測定光を出射する第１の光ファイバと、
   前記サンプル透過装置からサンプル透過後の測定光を前記分析部に伝える第２の光ファイバと、
   前記サンプル透過装置に前記分析部からの参照光を出射する第３の光ファイバと、
   前記サンプル透過装置から前記バイアル瓶のサンプルが存在しない部分を透過後の参照光を前記分析部に伝える第４の光ファイバと、
   を備え、
   前記分析部において前記第４の光ファイバで伝えられる参照光に基づいて前記第２の光ファイバで伝えられる測定光の光量変化を補正することを特徴とする分光分析計。
2. 前記サンプル透過装置は、
   前記第１の光ファイバから出射される測定光を並行光に直し、前記バイアル瓶内のサンプルを透過させる第１のコリメータレンズと、
   サンプル透過後の測定光を集光して前記第２の光ファイバに導入するする第２のコリメータレンズと、
   前記第３の光ファイバから出射される参照光を並行光に直し、前記バイアル瓶のサンプルが存在しない部分を透過させる第３のコリメータレンズと、
   前記バイアル瓶のサンプルが存在しない部分を透過した参照光を集光して前記第４の光ファイバに導入する第４のコリメータレンズと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の分光分析計。
3. 前記第３のコリメータレンズは、測定光が前記バイアル瓶に入射する角度と同じ角度で参照光を入射させることを特徴とする請求項２に記載の分光分析計。
4. 前記第１および前記第３のコリメータレンズは、それぞれ測定光および参照光を前記バイアル瓶の中心軸に垂直に入射させることを特徴とする請求項２または３に記載の分光分析計。
5. 前記第３の光ファイバは前記第１の光ファイバと同じ経路で引き回され、
   前記第４の光ファイバは前記第２の光ファイバと同じ経路で引き回されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の分光分析計。
6. 前記バイアル瓶のサンプルが存在しない部分は、前記バイアル瓶においてサンプルが入っている部分の上部の空の部分であること特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の分光分析計。

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