JP5033531B2 - Spectrofluorometer - Google Patents
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本発明は、分光蛍光光度計に関するものである。特に、蛍光量子収率演算結果を取得するための測定と演算を容易にかつ効率的に行う機能を持った分光蛍光光度計に好適なものである。 The present invention relates to a spectrofluorometer. In particular, it is suitable for a spectrofluorometer having a function of easily and efficiently performing measurement and calculation for obtaining a fluorescence quantum yield calculation result.
蛍光量子収率の演算は、演算に必要なスペクトルを、波長をスキャンさせて測定することによって取得し、そのデータから特定波長での正規化,四則演算,特定波長範囲における面積計算などを行い、吸収量と蛍光量の比率から量子収率を演算していたが、これらのデータ処理を一つずつ行い、最終的には表計算ソフトを用いて算出していた。 The calculation of the fluorescence quantum yield is obtained by measuring the spectrum necessary for the operation by scanning the wavelength, performing normalization at a specific wavelength from the data, four arithmetic operations, area calculation in a specific wavelength range, etc. Although the quantum yield was calculated from the ratio between the amount of absorption and the amount of fluorescence, these data processings were performed one by one, and finally calculated using spreadsheet software.
また、各計算波長範囲は、人がスペクトルの形状から判断して特定し計算するため、スペクトルを適切なスケールで表示してデータをトレースするなどの操作が必要であった。 Further, since each calculation wavelength range is determined and calculated by a person based on the shape of the spectrum, an operation such as displaying the spectrum on an appropriate scale and tracing the data is necessary.
以上に関連する従来技術として、例えば、特許文献1がある。
For example,
従来技術では、蛍光量子収率を演算するプロセスとして、最大9個のスペクトルから正規化処理,補正係数算出処理,散乱光データにおける波長範囲指定処理,散乱光データの面積計算処理,蛍光強度データにおける波長範囲指定処理,蛍光強度データの面積計算処理など、多くの計算手順を行って蛍光量子収率を算出しなければならないため、計算に非常に手間がかかるという課題がある。 In the prior art, as a process of calculating the fluorescence quantum yield, normalization processing from a maximum of nine spectra, correction coefficient calculation processing, wavelength range designation processing in scattered light data, area calculation processing of scattered light data, fluorescence intensity data Since the fluorescence quantum yield must be calculated by performing many calculation procedures such as wavelength range designation processing and fluorescence intensity data area calculation processing, there is a problem that the calculation is very laborious.
また、蛍光量子収率演算を行うための散乱光データにおける波長範囲指定処理,蛍光強度データにおける波長範囲指定処理において、散乱光データと、サンプル自身の蛍光強度データのエネルギーレベルが大きく異なるため、散乱光のピークにスケールを合わせると、蛍光ピークが非常に小さく表示されるために判別困難になってしまい、各演算に使用する波長範囲を、正確に指定することが困難であるという課題がある。 In addition, in the wavelength range designation process in the scattered light data for calculating the fluorescence quantum yield and the wavelength range designation process in the fluorescence intensity data, the energy levels of the scattered light data and the fluorescence intensity data of the sample itself are greatly different, so that the scattering is performed. When the scale is adjusted to the light peak, the fluorescence peak is displayed very small, making it difficult to discriminate, and it is difficult to accurately specify the wavelength range used for each calculation.
更に、散乱光の高次光カットのためのフィルタを使用した場合の蛍光強度データにおける波長範囲指定用のスペクトルは、フィルタ係数が掛かっているためにフィルタでカットされたデータ(=0)で除算されたデータが含まれる。通常0で除算されたデータはオーバーフローした値となるため、スケール上限が10000等の通常蛍光強度としてあり得ない大きなスケール上にスペクトルが表示されるため、通常のオートスケールでスペクトルを描画した場合、範囲指定したい蛍光強度データのピークスペクトルが非常に小さくなってしまい、蛍光強度データの波長範囲を正確に指定することが困難であるという課題がある。 Further, the spectrum for specifying the wavelength range in the fluorescence intensity data when a filter for cutting higher-order light of the scattered light is used is divided by the data (= 0) cut by the filter because the filter coefficient is applied. Contains data. Since the data divided by 0 is usually an overflow value, the spectrum is displayed on a large scale where the upper limit of the scale is not possible as normal fluorescence intensity, such as 10,000. Therefore, when the spectrum is drawn with a normal autoscale, There is a problem that the peak spectrum of the fluorescence intensity data to be designated as a range becomes very small, and it is difficult to designate the wavelength range of the fluorescence intensity data accurately.
また、蛍光量子収率演算は、通常、特定の励起波長に着目した2次元蛍光スペクトルから算出するが、合成した新規蛍光体においては、最適な励起波長が分からず、励起波長の変化に伴う蛍光量子収率を得る必要があるが、個々の励起波長におけるサンプルを使用しない場合、およびサンプルを使用した場合の積分球補正スペクトル,サンプルを使用しない場合、およびサンプルを使用した場合の試料の蛍光スペクトルが必要であり、励起波長を変えて各スペクトルを測定することは大変な手間と時間がかかるという課題がある。 In addition, the fluorescence quantum yield calculation is usually calculated from a two-dimensional fluorescence spectrum focusing on a specific excitation wavelength. However, in the synthesized new phosphor, the optimum excitation wavelength is not known, and the fluorescence accompanying the change in the excitation wavelength Quantum yield needs to be obtained, but not using samples at individual excitation wavelengths, and integrating sphere correction spectra when using samples, fluorescence spectra of samples when not using samples, and when using samples Therefore, there is a problem that it takes a lot of labor and time to measure each spectrum by changing the excitation wavelength.
蛍光量子収率計算に用いる散乱光データにおける波長範囲,蛍光強度データにおける波長範囲の指定は、毎回、目視によって指定しているが、蛍光量子収率を演算するデータが増えることによって、これらの計算範囲を指定する作業が大変な手間となってくるという課題がある。 Although the wavelength range in the scattered light data used for the fluorescence quantum yield calculation and the wavelength range in the fluorescence intensity data are specified by visual inspection every time, these calculations are performed as the data for calculating the fluorescence quantum yield increases. There is a problem that the work of specifying the range becomes a great effort.
本発明の一つの特徴は、蛍光量子収率の演算に必要な補正データとサンプルのデータを読み込み、蛍光量子収率演算画面で散乱光データの波長範囲と蛍光強度データの波長範囲を指定するだけで、蛍光量子収率の演算結果を得ることができる機能(または手段)を分光蛍光光度計に設けることにより、蛍光量子収率演算に必要なデータを一つずつ計算して行っていた作業を行わなくても波長範囲の指定を行った後に計算ボタンを実行することで、蛍光量子収率を計算できるようにすることである。 One feature of the present invention is that the correction data and sample data necessary for the calculation of the fluorescence quantum yield are read, and the wavelength range of the scattered light data and the wavelength range of the fluorescence intensity data are specified on the fluorescence quantum yield calculation screen. By providing the spectrofluorometer with a function (or means) that can obtain the calculation result of the fluorescence quantum yield, the work required to calculate the data required for the fluorescence quantum yield calculation one by one Even if it is not performed, it is possible to calculate the fluorescence quantum yield by executing the calculation button after specifying the wavelength range.
また、蛍光量子収率の演算に使用するデータの内、拡散素子測定データ,サンプルをセットせず積分球を使用して測定したデータ,サンプルをセットし積分球を使用して測定したデータは、装置の特性を示すデータであり、また、ベースライン測定データ,フィルタ測定データは、フィルタの特性を示すデータであり、毎回測定しなおす必要がないため、一度、読み込んだこれらのデータは保持することができる機能を設けた。蛍光量子収率演算を行う画面には、蛍光量子収率を求めたいサンプルを次々に選択することが容易な機能を設けた。 In addition, among the data used to calculate the fluorescence quantum yield, diffusion element measurement data, data measured using an integrating sphere without setting a sample, and data measured using an integrating sphere with a sample set are The data indicating the characteristics of the device, and the baseline measurement data and filter measurement data are data indicating the characteristics of the filter and do not need to be measured again each time. A function that can be used. The screen for calculating the fluorescence quantum yield is provided with a function that makes it easy to select samples for which the fluorescence quantum yield is desired one after another.
また、この蛍光量子収率演算画面では、演算範囲の指定が容易となるように、散乱光データの範囲指定用のスペクトルと、蛍光強度データの範囲指定用のスペクトルを別々のグラフに描画し、それぞれスケールを変更できる画面構成とすることによって、散乱光データと蛍光強度データのレベルが異なるスペクトルを、それぞれ最適な縦軸を設定して表示することができるようになり、適切な演算範囲の設定ができる。 In addition, in this fluorescence quantum yield calculation screen, in order to make it easy to specify the calculation range, the spectrum for the range specification of the scattered light data and the spectrum for the range specification of the fluorescence intensity data are drawn on separate graphs, By setting the screen configuration so that each scale can be changed, it is possible to display spectra with different levels of scattered light data and fluorescence intensity data by setting the optimal vertical axis, and setting an appropriate calculation range. Can do.
次に、散乱光の高次光カットのためのフィルタを用いたスペクトルのフィルタ補正処理後の蛍光強度データの波長範囲指定用のグラフでは、散乱光の高次光カットのためのフィルタを用いたサンプルを使用した生のスペクトルデータのオートスケール値を使用して表示するようにすることによって、フィルタ補正処理後のスペクトルのオートスケールでは見ることができなかった着目すべき蛍光強度ピークデータを最適なスケールで表示することができ、適切な蛍光強度データの波長範囲の指定ができる。 Next, in the graph for specifying the wavelength range of the fluorescence intensity data after the filter correction processing of the spectrum using the filter for cutting the higher-order light of the scattered light, a sample using the filter for cutting the higher-order light of the scattered light was used. By using the auto-scaling value of the raw spectrum data and displaying it, the fluorescence intensity peak data to be noticed that could not be seen in the auto-scaling spectrum after the filter correction process is displayed on the optimal scale. The wavelength range of the appropriate fluorescence intensity data can be specified.
また、サンプルを使用せず積分球を使用して測定したデータ、およびサンプルを使用し積分球を使用して測定したデータから演算した積分球補正スペクトル,サンプルを使用せず測定したデータ、およびサンプルを使用して測定したデータを3次元測定を用いて一気に取得し、各励起波長における蛍光量子収率を取得し、X軸:励起波長,Y軸:蛍光量子収率の2次元グラフに描画することによって、最適な励起波長を見つけることが可能になる。 Also, data measured using an integrating sphere without using a sample, and an integrating sphere corrected spectrum calculated from data measured using an integrating sphere using a sample, data measured without using a sample, and a sample The data measured by using the three-dimensional measurement is acquired at once, the fluorescence quantum yield at each excitation wavelength is acquired, and drawn on a two-dimensional graph of X axis: excitation wavelength, Y axis: fluorescence quantum yield. This makes it possible to find the optimum excitation wavelength.
次に、蛍光量子収率計算に用いる散乱光の波長範囲の指定については、散乱光が励起波長ExWLと同じ蛍光波長に励起側スリットExSlit、蛍光側スリットEmSlitの大きい方のスリット幅MaxSlitの2倍の波長範囲で検出される特性からExWL±(MaxSlit×2)を散乱光の波長範囲に指定することが可能となり、蛍光強度データの波長範囲の指定については、散乱光の波長範囲の長波長ExWL+(MaxSlit×2)から終了波長までの波長範囲を指定する、または、検出ピークの開始波長から終了波長までの波長範囲を指定する、特定ピークの開始波長と終了波長を予め特定しておくことによって、画面上で波長範囲を設定する操作を行わなくても良くなる。 Next, regarding the designation of the wavelength range of the scattered light used for the calculation of the fluorescence quantum yield, the scattered light has the same fluorescence wavelength as the excitation wavelength ExWL and is twice the slit width MaxSlit of the larger one of the excitation side slit ExSlit and the fluorescence side slit EmSlit. It is possible to designate ExWL ± (MaxSlit × 2) as the wavelength range of the scattered light from the characteristics detected in the wavelength range, and for the designation of the wavelength range of the fluorescence intensity data, the long wavelength ExWL + of the wavelength range of the scattered light By specifying the wavelength range from (MaxSlit × 2) to the end wavelength, or specifying the wavelength range from the start wavelength to the end wavelength of the detection peak, by specifying the start wavelength and end wavelength of the specific peak in advance It is not necessary to perform an operation for setting the wavelength range on the screen.
また、この方法で散乱光データ、および蛍光強度データの波長範囲が自動的に指定されることにより計算ボタンを実行する操作だけで、蛍光量子収率を取得することができる。 In addition, the fluorescence quantum yield can be acquired only by an operation of executing the calculation button by automatically specifying the wavelength range of the scattered light data and the fluorescence intensity data by this method.
蛍光量子収率演算において、装置の特性を示すスペクトルを1回読み込んだ状態を保持する機能を組み込んだことによって、蛍光量子収率を求めたいサンプルのデータのみを読み込み、散乱光データの波長範囲と蛍光強度データの波長範囲を指定するだけで、蛍光量子収率を算出することができ、計算の作業効率が飛躍的に向上する。 In the fluorescence quantum yield calculation, by incorporating a function that holds the state of reading the spectrum indicating the characteristics of the device once, only the data of the sample for which the fluorescence quantum yield is desired is read, and the wavelength range of the scattered light data It is possible to calculate the fluorescence quantum yield simply by specifying the wavelength range of the fluorescence intensity data, and the work efficiency of the calculation is greatly improved.
また、散乱光データの波長範囲と蛍光強度データの波長範囲を指定するスペクトルが、それぞれ最適なスケールで表示されていることから、波長の範囲指定が適切に行える。 In addition, since the spectrum that specifies the wavelength range of the scattered light data and the wavelength range of the fluorescence intensity data is displayed on an optimal scale, the wavelength range can be specified appropriately.
また、散乱光の高次光カットのためのフィルタを使用した場合の蛍光強度データにおける波長範囲指定用のスペクトルは、通常のオートスケールでスペクトルを描画した場合、波長の範囲を指定したい蛍光強度データのピークスペクトルが非常に小さくなってしまい、蛍光強度データの波長範囲を正確に指定することが困難であったが、フィルタ補正係数で補正する前の生のスペクトルのオートスケール値を使用することによって、蛍光強度データのピークスペクトルにスケールが最適化され、蛍光強度データにおける波長の範囲指定が適切に行うことができる。 In addition, the spectrum for specifying the wavelength range in the fluorescence intensity data when using a filter for cutting the higher-order light of the scattered light is the peak of the fluorescence intensity data for which you want to specify the wavelength range when the spectrum is drawn with the normal autoscale. The spectrum became very small, and it was difficult to specify the wavelength range of fluorescence intensity data accurately, but by using the autoscale value of the raw spectrum before correction with the filter correction factor, fluorescence The scale is optimized for the peak spectrum of the intensity data, and the wavelength range in the fluorescence intensity data can be specified appropriately.
また、3次元測定を活用することで、サンプルをセットせず積分球を使用して測定したデータ、およびサンプルをセットし積分球を使用して測定したデータ,サンプルを使用しないで測定したデータ、およびサンプルを使用して測定したデータを、励起波長を変えながら測定する手間が減り、励起・蛍光波長全域における積分球補正スペクトルを保持することにより、サンプル無およびサンプル有の試料の3次元蛍光スペクトルを測定するだけで、各励起波長における蛍光量子収率演算結果を取得でき、これを2次元グラフ表示することによって、励起波長に対する蛍光量子収率特性を見ることができる。 In addition, by utilizing 3D measurement, data measured using an integrating sphere without setting a sample, data measured using an integrating sphere with a sample set, data measured without using a sample, 3D fluorescence spectrum of sample-free and sample-free samples by maintaining the integrating sphere correction spectrum over the entire excitation / fluorescence wavelength by reducing the time and effort of measuring the data measured using the sample and changing the excitation wavelength. The fluorescence quantum yield calculation result at each excitation wavelength can be acquired simply by measuring, and the fluorescence quantum yield characteristics with respect to the excitation wavelength can be seen by displaying this in a two-dimensional graph.
また、蛍光量子収率計算に用いる散乱光データ、及び蛍光強度データの波長範囲の指定が、手動での指定ではなく、自動設定となることによって、3次元測定で大量に取得したデータについて、蛍光量子収率を波長範囲指定操作なしで自動的に取得することができ、大量データ取得後の計算に効果がある。 In addition, the wavelength range of the scattered light data and fluorescence intensity data used for the fluorescence quantum yield calculation is not set manually but automatically. The quantum yield can be automatically acquired without specifying the wavelength range, which is effective for calculation after acquiring a large amount of data.
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、図20を参照して、本実施例の分光蛍光光度計の基本構成について説明する。 First, with reference to FIG. 20, the basic structure of the spectrofluorometer of the present embodiment will be described.
図20において、光源2001から放射される光線は、励起光側分光器2002に入射する。励起光側分光器2002の設定波長は、パルスモータ2003によって制御される。パルスモータ2003の動作は、データ処理装置(演算制御手段)2004からインターフェース2005を介してパルスモータ2003に指示が出されることによって制御され、データ処理装置2004からの指示は、データ処理装置2004中のメモリに記憶されたプログラムによって出される。
In FIG. 20, the light beam emitted from the
励起光側分光器2002によって取り出された単色光は、ビームスプリッタ2013を介して試料セル7内の測定試料2008を照射し、測定試料2008から放射された蛍光は蛍光側分光器2009に入射する。
The monochromatic light extracted by the excitation
蛍光側分光器2009は、パルスモータ2010によって駆動されるが、その動作はパルスモータ2003と同様に、データ処理装置2004により制御される。蛍光側分光器2009により選択された波長の蛍光は、検知器2011に入射し、電気信号に変換される。
The
なお、励起光側分光器2002及び蛍光側分光器2009の動作の設定は、CRTや液晶等の表示装置をもつ操作パネル2006を介して分析者によって設定される。また、励起光側分光器2002及び蛍光側分光器2009は、それぞれ光の入射位置及び出射位置にさまざまな幅を持つ複数のスリットを備えている(図示せず)。スリット幅は、測定に応じて任意に変更される。
The operation settings of the excitation
検知器2011により変換されたその電気信号は、アナログ−デジタル変換器2012によってデジタル信号に変換される。
The electric signal converted by the
一方、励起光側分光器2002から取り出された単色光の一部は、光源光量をモニタするため、ビームスプリッタ2013を介して、モニタ検知器2014に入射し、電気信号に変換される。モニタ検知器2014により変換された電気信号も、アナログ−デジタル変換器2012によってデジタル信号に変換される。
On the other hand, a part of the monochromatic light extracted from the excitation
検知器2011からのデジタル信号(S)と、モニタ検知器2014からのデジタル信号(M)とは、データ処理装置2004に送られ、お互いの比(S/M)が算出され、この比が各波長における蛍光強度として、データ処理装置2004の内部メモリに記憶される。なお、モニタ検知器2014を省略し、励起光側分光器2002から直接デジタル信号として光量のデータをデータ処理装置2004に送ることも可能である。
The digital signal (S) from the
次に、データ処理装置2004における処理について説明する。
Next, processing in the
上記装置によって得られる測定データは、励起光波長,蛍光波長,蛍光強度の3パラメータから成る3次元のマトリクスデータである。測定時は、まず任意の励起光波長において、蛍光側分光器2009を所定のサンプリング間隔で駆動することで蛍光波長を走査して蛍光強度を検出することで蛍光スペクトルを得る。そして、励起光側分光器2をサンプリング間隔分だけ駆動して次の波長に設定し、同様に、蛍光側分光器2009を駆動することで蛍光スペクトルを得る。これを繰り返すことによって3次元の測定データを得ることが出来る。
The measurement data obtained by the above apparatus is three-dimensional matrix data composed of three parameters of excitation light wavelength, fluorescence wavelength, and fluorescence intensity. At the time of measurement, first, at an arbitrary excitation light wavelength, a fluorescence spectrum is obtained by driving the
データ処理装置2004では、測定を繰り返すごとにその測定結果(3次元測定データ配列)及び測定条件(励起光側分光器,蛍光側分光器のそれぞれのスリット幅,サンプリング間隔等)を記憶し、分析者の要求によって出力されるようにしておく。
The
図1に、本実施例の分光蛍光光度計のシステム全体を示す。 FIG. 1 shows the entire system of the spectrofluorometer of this embodiment.
分光蛍光光度計システムは、本体分析部101と操作・データ処理用GUI部102で構成される。本体分析部101は、操作・データ処理用GUI部102から分析手順103に応じた命令を通信部104を介して受信し、受信内容に従って制御部105に実行要求を発行する。制御部105には、各実行要求に対応するシーケンスがプログラミングされており、光度計条件設定106や、2次元スペクトルデータ測定107,3次元スペクトラムデータ測定108などを実行する。測定結果は、操作・データ処理用GUI部102に取得・表示・保存109される。蛍光量子収率演算110は、操作・データ処理用GUI部に組み込まれ、取得・表示・保存109された測定結果データを読み込んで、蛍光量子収率の演算が行われる。また、本体分析部101には、測定したいサンプルを入れる試料室111が装備され、角セルや積分球を使用した測定が可能である。また本体分析部101を構成している主な光学系112として光源・励起波長・蛍光波長・励起側スリット・蛍光側スリットがある。
The spectrofluorometer system includes a main
図2に蛍光量子収率演算を行う画面例を示す。 FIG. 2 shows a screen example for calculating the fluorescence quantum yield.
蛍光量子収率演算画面201は、サンプルを使用しないで測定したスペクトルデータの読み出し機能202,サンプルを使用して測定したスペクトルの読み出し機能203を持ち、ここで読み込まれたスペクトルデータは、図3aの計算式に従って補正計算され、散乱光データの波長範囲指定用のスペクトル表示部204と、蛍光強度データの波長範囲指定用のスペクトル表示部205に表示される。ここで重要なのは、スペクトル表示部204,205には、それぞれに同じスペクトルを表示するが、スケールは独立して変更できるため、散乱光206と蛍光強度207のレベルが異なる2つの波長領域において、それぞれ最適な波長軸(X軸),蛍光強度軸(Y軸)のスケール設定が可能になっており、スペクトルの形状に合わせて波長範囲と縦軸を適切に設定することができることである(図2の例は、既にスケールを最適にしたグラフを例として記載している。)。次に、散乱光データの波長範囲指定機能208を使用して散乱光データの波長範囲をカーソル216で指定し、また、蛍光強度データの波長範囲指定機能209を使用して蛍光強度の波長範囲をカーソル217で指定し、計算する波長範囲を確定し、計算ボタン211を実行すると、図3cの計算式に従って、蛍光量子収率演算が実行され、蛍光量子収率演算結果212が表示される。
The fluorescence quantum
計算に必要な補正係数は、補正係数の設定機能210(積分球補正スペクトルの設定,フィルタ補正係数の設定が可能)で設定する。また、本機能で設定した内容は、データの読み出し202,203とは、独立して保持されるため、スペクトルを読み込み直しても、補正係数を再度読み込む手間はない。 The correction coefficient necessary for the calculation is set by a correction coefficient setting function 210 (integral sphere correction spectrum setting and filter correction coefficient setting are possible). In addition, since the contents set by this function are held independently from the data readings 202 and 203, there is no need to read the correction coefficient again even if the spectrum is read again.
また、散乱光の高次光カットのためにフィルタを使用して測定したデータを使って蛍光量子収率を演算する場合は、フィルタを装着した状態でサンプルを使用しないで測定したデータの読み出し機能214,フィルタを装着した状態でサンプルを使用して測定したデータの読み出し機能215を用いてデータを読み込む。ここで読み込まれたスペクトルデータは、図3bの計算式に従って補正計算され、蛍光強度データの波長範囲指定用のスペクトル表示部205に表示され、フィルタを使用しない場合と同様に、計算する波長範囲を確定し、計算ボタン211を実行すると、図3dの計算式に従って、蛍光量子収率演算が実行され、蛍光量子収率演算結果212が表示される。
In addition, when the fluorescence quantum yield is calculated using data measured using a filter for cutting higher-order light of scattered light, a
また、レポート印刷ボタン213を実行することにより計算結果や使用したデータをレポート出力する機能も持っている。
In addition, by executing a
次に、図3に、蛍光量子収率の演算の流れについて示す。 Next, FIG. 3 shows the flow of calculation of the fluorescence quantum yield.
蛍光量子収率の演算には、サンプルを使用しないで測定したスペクトルから取得したA:励起光量301、同じく、サンプルを使用しないで測定したスペクトルから取得したB:蛍光量のバックグラウンド302、サンプルを使用して測定したスペクトルから取得したC:反射光量303、同じく、サンプルを使用して測定したスペクトルから取得したD:蛍光量304を必要とする。
For the calculation of the fluorescence quantum yield, A: excitation
上記A,B,C,Dを取得するスペクトルは、試料室を含めた装置全体の補正を行う必要があるため、図3a,図3bに示すような補正計算を行う必要がある。 The spectra for obtaining A, B, C, and D need to be corrected as shown in FIGS. 3a and 3b because the entire apparatus including the sample chamber needs to be corrected.
図3aには、サンプルを使用しないで測定したスペクトル(λ)305に、サンプルを使用しない場合の積分球補正係数(λ)306を乗算して、補正スペクトル(λ)307を算出し、また、サンプルを使用して測定したスペクトル(λ)308に、サンプルを使用した場合の積分球補正係数(λ)309を乗算して、補正スペクトル(λ)310を算出する流れを示す。サンプルを使用しない場合の積分球補正係数(λ)306とサンプルを使用した場合の積分球補正係数(λ)309は、それぞれ拡散素子・基準反射物・標準反射物・積分球を使用して測定したスペクトルから算出し、任意の波長のデータで正規化して算出される。この積分球補正係数(λ)306および309は、図2の補正係数の設定210において設定し保持される。ここで、計算式自体は様々な方式が用いられることが考えられるが、ここで重要なのは、従来は、このような計算をオペレータが手動で計算していたことであり、図2の補正係数の設定210のプログラムによって計算され保持されることが重要である。
In FIG. 3a, a spectrum (λ) 305 measured without using a sample is multiplied by an integrating sphere correction coefficient (λ) 306 without using a sample to calculate a corrected spectrum (λ) 307, and A flow of calculating a corrected spectrum (λ) 310 by multiplying a spectrum (λ) 308 measured using a sample by an integrating sphere correction coefficient (λ) 309 when the sample is used is shown. The integrating sphere correction coefficient (λ) 306 when the sample is not used and the integrating sphere correction coefficient (λ) 309 when the sample is used are measured using a diffusing element, a reference reflector, a standard reflector, and an integrating sphere, respectively. Calculated from the obtained spectrum and normalized by data of an arbitrary wavelength. The integrating sphere correction coefficients (λ) 306 and 309 are set and held in the correction coefficient setting 210 of FIG. Here, it is conceivable that various methods are used as the calculation formula itself. However, it is important that the calculation is performed manually by the operator in the past, and the correction coefficient of FIG. It is important that the
次に図3bには、散乱光の高次光カットのためにフィルタを使用して測定したデータを使って蛍光量子収率を演算する場合の補正計算について示す。フィルタをセットしてサンプルを使用しないで測定したスペクトル(λ)312に、サンプルを使用しない場合の積分球補正係数(λ)307とフィルタ補正係数(λ)313を乗算して、補正スペクトル(λ)314を算出し、また、フィルタをセットしてサンプルを使用して測定したスペクトル(λ)315に、サンプルを使用した場合の積分球補正係数(λ)310とフィルタ補正係数(λ)313を乗算して、補正スペクトル(λ)316を算出する流れを示す。
積分球補正係数(λ)307,310は、図3aに示しているものと同じである。フィルタ補正係数(λ)313は、フィルタをセットしない状態をベースラインとして、フィルタをセットして測定したスペクトルとの比を正規化したスペクトルである。このフィルタ補正係数(λ)313も、図2の補正係数の設定210において設定し保持される。フィルタ補正係数に関しても、計算式自体は様々な方式が用いられることが考えられるが、ここで重要なのは、従来は、フィルタ補正係数に関しても、このような計算をオペレータが手動で計算していたことであり、図2の補正係数の設定210のプログラムによって計算され保持されることが重要である。
Next, FIG. 3b shows a correction calculation in the case where the fluorescence quantum yield is calculated using data measured using a filter for high-order light cut of scattered light. The spectrum (λ) 312 measured without using the sample with the filter set is multiplied by the integrating sphere correction coefficient (λ) 307 and the filter correction coefficient (λ) 313 when the sample is not used to obtain the corrected spectrum (λ ) 314, and the integral sphere correction coefficient (λ) 310 and the filter correction coefficient (λ) 313 when the sample is used are added to the spectrum (λ) 315 measured using the sample with the filter set. A flow of multiplying and calculating a correction spectrum (λ) 316 is shown.
The integrating sphere correction coefficients (λ) 307 and 310 are the same as those shown in FIG. The filter correction coefficient (λ) 313 is a spectrum obtained by normalizing a ratio with a spectrum measured by setting a filter, with a state where no filter is set as a baseline. This filter correction coefficient (λ) 313 is also set and held in the correction coefficient setting 210 of FIG. As for the filter correction coefficient, various calculation methods can be used. However, it is important that the operator manually calculates such a filter correction coefficient. It is important that the correction coefficient setting 210 of FIG.
次に図3cには、蛍光量子収率を算出するために必要な図3におけるA:励起光量301,B:蛍光量のバックグラウンド302,C:反射光量303,D:蛍光量304を算出する方法を示す。
Next, FIG. 3C calculates A: excitation
図3aで算出したサンプルを使用しないで測定したスペクトルの補正スペクトル(λ)308から、散乱光データの波長範囲を指定317し、波長範囲内のデータを積算した面積値A318を算出する。この面積A318が、図3におけるA:励起光量301である。また、蛍光強度データの波長範囲を指定319し、波長範囲内のデータを積算した面積値B320を算出する。この面積B319が、図3におけるB:蛍光量のバックグラウンド302である。次に、図3aで算出したサンプルを使用して測定したスペクトルの補正スペクトル(λ)311から、散乱光データの波長範囲を指定317し、波長範囲内のデータを積算した面積値C321を算出する。この面積C321が、図3におけるC:反射光量303である。また、蛍光強度データの波長範囲を指定319し、波長範囲内のデータを積算した面積値D322を算出する。この面積D322が、図3におけるD:蛍光量304である。ここで、散乱光データの波長範囲を指定する操作317は、図2における散乱光データの波長範囲指定機能208に相当し、また、蛍光強度データの波長範囲を指定する操作319は、図2における蛍光強度データの波長範囲指定機能209に相当する。
From the corrected spectrum (λ) 308 of the spectrum measured without using the sample calculated in FIG. 3A, the wavelength range of the scattered light data is specified 317, and the area value A318 obtained by integrating the data within the wavelength range is calculated. This area A318 is A: excitation
次に図3dには、散乱光の高次光カットのためにフィルタを使用して測定したデータを使って蛍光量子収率を演算する場合に必要な図3におけるA:励起光量301,B:蛍光量のバックグラウンド302,C:反射光量303,D:蛍光量304を算出する方法を示す。
Next, FIG. 3d shows A: excitation
図3bで算出したフィルタをセットしてサンプルを使用しないで測定したスペクトルの補正スペクトル(λ)314から、蛍光強度データの波長範囲を指定319し、波長範囲内のデータを積算した面積値B′324を算出する。この面積B′324が、図3におけるB:蛍光量のバックグラウンド302である。次に、図3bで算出したフィルタをセットしてサンプルを使用して測定したスペクトルの補正スペクトル(λ)316から、蛍光強度データの波長範囲を指定319し、波長範囲内のデータを積算した面積値D′325を算出する。この面積D′325が、図3におけるD:蛍光量304である。ここで、蛍光強度データの波長範囲を指定する操作319は、図2における蛍光強度データの波長範囲指定機能209に相当する。
The wavelength range of the fluorescence intensity data is designated 319 from the corrected spectrum (λ) 314 of the spectrum measured without using the sample with the filter calculated in FIG. 3B, and the area value B ′ obtained by integrating the data within the
以上のように、図3に示すA:励起光量301,B:蛍光量のバックグラウンド302,C:反射光量303,D:蛍光量304を取得し、図3cの蛍光量子収率の演算323、または、図3dの蛍光量子収率の演算326を行い、蛍光量子収率を計算することができる。ここで、蛍光量子収率の計算結果を取得する操作が、図2における計算211に相当する。
As described above, A:
なお、フィルタを使用して測定したスペクトルを用いるかどうかの選択は、本実施例では、図2の補正係数の設定210の中で選択している。 In this embodiment, whether to use a spectrum measured using a filter is selected in the correction coefficient setting 210 of FIG.
散乱光の高次光カットのためのフィルタを使用して蛍光量子収率を演算する場合、蛍光強度データの波長範囲を指定するスペクトルは、フィルタ補正係数で補正されているため、通常、図4のように、完全にフィルタリングされた波長の値=0により0除算が発生し、オーバーフローしたような値となるため、このスペクトルでオートスケールした場合、蛍光強度データのピークスペクトルを判断することができない。 When calculating the fluorescence quantum yield using a filter for cutting higher-order light of scattered light, the spectrum that specifies the wavelength range of the fluorescence intensity data is corrected by the filter correction coefficient, and therefore usually as shown in FIG. In addition, since the division by 0 occurs due to the completely filtered wavelength value = 0, the result is an overflowed value. Therefore, when auto-scaling with this spectrum, the peak spectrum of the fluorescence intensity data cannot be determined.
ここで、フィルタ補正係数で補正する前の生のスペクトルデータはフィルタリングされた生データであるため、図5のように、散乱光501はカットされ、蛍光強度スペクトル502のみが存在するスペクトルとなるため、このスペクトルのオートスケール値503を使用して、蛍光強度データの波長範囲を指定するスペクトル(図2における205)を表示すると、図6のように、蛍光強度データのピークに最適化されたスケール(オートスケール値503と同じスケール)で表示され、蛍光強度データの波長範囲を適切に指定することができる。なお、図6の左側にオーバーフローしている部分601が、フィルタ補正で0除算されたデータである。
Here, since the raw spectrum data before being corrected by the filter correction coefficient is filtered raw data, the
図2においては、蛍光強度データの波長範囲指定用のスペクトル表示部205において、本実施例を採用して、フィルタ補正されたスペクトルも最適なスケールで表示できるようにしている。
In FIG. 2, the
図7はサンプルを使用しないで測定した3次元スペクトルであり、縦軸701が励起波長、横軸702が蛍光波長であり、図20において説明したように励起波長を固定して蛍光波長をスキャンさせて取得した蛍光スペクトルを、励起波長を変化させながら繰返し取得したスペクトルを同じ測定値のレベルで等高線表示したものである。
FIG. 7 shows a three-dimensional spectrum measured without using a sample. The
また、図9は、サンプルを使用して、同じようにして測定した3次元スペクトルである。図7の切り出し線703及び、図9の切り出し線901は任意の励起波長で蛍光スペクトルを切り出すことを示すもので、図8,図10は、図7,図9のそれぞれから切り出した蛍光スペクトルを示す。図7に存在する縞模様704は散乱光を示し、切り出し線と重なっている部分705に相当するピークが、図8のピーク801である。
FIG. 9 is a three-dimensional spectrum measured in the same manner using a sample. The
サンプルを使用しないで測定した3次元スペクトルから切り出した図8に示す2次元スペクトルと、サンプルを使用して測定した3次元スペクトルから切り出した図10に示す2次元スペクトルを、図2の蛍光量子収率演算機能に読み込み、蛍光量子収率演算することができる。 The two-dimensional spectrum shown in FIG. 8 cut out from the three-dimensional spectrum measured without using the sample and the two-dimensional spectrum shown in FIG. 10 cut out from the three-dimensional spectrum measured using the sample are converted into the fluorescence quantum yield of FIG. It can be read into the rate calculation function and the fluorescence quantum yield can be calculated.
図11は、散乱光データの波長範囲指定を示しており、カーソル1101とカーソル1102で範囲を指定している。図2の散乱光波長範囲の指定208に相当する。図12は、蛍光強度データの波長範囲指定を示しており、同じように、カーソル1201とカーソル1202で範囲を指定している。図2の蛍光波長範囲の指定209に相当する。
FIG. 11 shows the wavelength range designation of the scattered light data, and the range is designated by the
次に、図13は、図2における補正係数の設定210で設定している積分球補正に相当するもので、3次元スペクトルを測定して3次元での積分球補正スペクトルを算出する方法を示す。図3aのサンプルを使用しない場合の積分球補正係数(λ)307、サンプルを使用した場合の積分球補正係数(λ)310に相当する。 Next, FIG. 13 corresponds to the integrating sphere correction set in the correction coefficient setting 210 in FIG. 2, and shows a method of measuring a three-dimensional spectrum and calculating a three-dimensional integrating sphere correction spectrum. . This corresponds to the integrating sphere correction coefficient (λ) 307 when the sample of FIG. 3a is not used and the integrating sphere correction coefficient (λ) 310 when the sample is used.
拡散素子の3次元スペクトル:A(ex,em)を任意の波長λ1での値A(ex,λ
1)で正規化したスペクトル1301と、サンプルを使用しないで測定した積分球3次元
スペクトル:B(ex,em)を任意の波長λ1での値B(ex,λ1)で正規化したス
ペクトル1302から、サンプルを使用しないで測定した積分球補正3次元スペクトル:
F1を算出1303し、拡散素子の3次元スペクトル:A(ex,em)を任意の波長λ
1での値A(ex,λ1)で正規化したスペクトル1301と、サンプルを使用して測定
した積分球3次元スペクトル:C(ex,em)を任意の波長λ1での値C(ex,λ1
)で正規化したスペクトル1303からサンプルを使用して測定した積分球補正3次元ス
ペクトル:F2を算出1304する。
A three-dimensional spectrum of the diffusing element: A (ex, em) is a value A ( ex , λ) at an arbitrary wavelength λ1.
From the
F1 is calculated 1303, and the three-dimensional spectrum of the diffusing element: A (ex, em) is set to an arbitrary wavelength λ.
The
The integrated sphere corrected three-dimensional spectrum F2 measured using the sample is calculated 1304 from the
次に、図14のように、サンプルを使用しないで測定した3次元スペクトル1401(図7の3次元スペクトル)にサンプルを使用しないで測定した積分球補正3次元スペクトル:F1(図13のサンプルを使用しない場合の積分球補正係数の3次元スペクトル1303)を乗算し、サンプルを使用しないで測定した補正3次元スペクトル1402(図3aの2次元スペクトルに置き換えると図3aのサンプルを使用しないで測定したスペクトルの補正スペクトル(λ)308に相当する。)を算出する。
Next, as shown in FIG. 14, a three-
また、図15のように、サンプルを使用して測定した3次元スペクトル1501(図9の3次元スペクトル)にサンプルを使用して測定した積分球補正3次元スペクトル:F2(図13のサンプルを使用した場合の積分球補正係数の3次元スペクトル1304)を乗算し、サンプルを使用して測定した補正3次元スペクトル1502(図3aの2次元スペクトルに置き換えると図3aのサンプルを使用して測定したスペクトルの補正スペクトル(λ)311に相当する。)を算出する。
In addition, as shown in FIG. 15, a three-dimensional spectrum 1501 (three-dimensional spectrum in FIG. 9) measured using the sample is used for integrating sphere correction three-dimensional spectrum measured using the sample: F2 (using the sample in FIG. 13). The three-
サンプルを使用しないで測定した補正3次元スペクトル1402において、各励起波長Exnで切り出した2次元スペクトルに対して、図11のように波長範囲指定してA:励起光量1403を算出し、図12のように範囲指定してB:蛍光量のバックグラウンド1404を算出し、また、サンプルを使用して測定した補正3次元スペクトル1502において、各励起波長Exnで切り出した2次元スペクトルに対して、図11のように波長範囲指定してC:反射光量1503を算出し、図12のように範囲指定してD:蛍光量1504を算出し、A,B,C,Dより、蛍光量子収率QYを算出し、図16のようにExnに対する蛍光量子収率QYを2次元表記し、サンプルの励起波長の変化に対する蛍光量子収率の大きさを取得することができる。
In the corrected three-
図17には、散乱光データの波長範囲を自動判定する方法として、励起波長1701±スリット幅1702(励起側スリット,蛍光側スリットの大きい方のスリット幅×2)nmの波長範囲を散乱光データの波長範囲と判断する指定方法を示す。
In FIG. 17, as a method for automatically determining the wavelength range of the scattered light data, the wavelength range of
また、図18には、散乱光データの長波長1801から長波長側の波長範囲1802を
蛍光強度データの波長範囲と判断する指定方法を示す。
FIG. 18 shows a designation method for determining the
また、図19には、散乱光データの長波長1901より長波長側1902においてピーク検出して検知されたピークの開始波長(ピーク波長から短波長側にあるバレー波長)から終了波長(ピーク波長から長波長側にあるバレー波長)までの波長範囲1903,1904を蛍光強度データの波長範囲と判断する指定方法を示す。この場合、全てのピークの積算値の合計が使用される。
Further, FIG. 19 shows from the peak start wavelength (valley wavelength on the short wavelength side from the peak wavelength) to the end wavelength (from the peak wavelength) detected by detecting the peak on the
これらの指定方法を図14,図15の3次元スペクトルに対して適用すれば、自動で蛍光量子収率を取得することが可能となる。 If these designation methods are applied to the three-dimensional spectra of FIGS. 14 and 15, the fluorescence quantum yield can be automatically acquired.
2001 光源
2002 励起光側分光器
2003 パルスモータ
2004 データ処理装置
2005 インターフェース
2001
Claims (6)
前記光源から放出される光を単色光にする励起光側分光器と、An excitation light side spectroscope that converts the light emitted from the light source into monochromatic light;
前記分光器から放出された光をサンプルに照射しサンプルから放出された光を分光する蛍光側分光器と、前記蛍光側分光器からの信号を検出する検知器と、A fluorescence-side spectrometer that irradiates the sample with light emitted from the spectrometer and separates the light emitted from the sample; a detector that detects a signal from the fluorescence-side spectrometer;
前記検知器からの信号を処理する処理装置と、A processing device for processing the signal from the detector;
前記処理装置で処理されたデータを表示する表示装置と、A display device for displaying data processed by the processing device;
蛍光量子収率を演算する演算装置を備え、It has an arithmetic unit that calculates the fluorescence quantum yield,
前記表示装置は、サンプルを設置しないで得られた信号であって、フィルタにより散乱光の高次光が除去されたスペクトル及びサンプルを設置して得られた信号であって、フィルタにより散乱光の高次光が除去されたスペクトルとに基づいて得られた前記サンプルの散乱光スペクトルと蛍光スペクトルを表示し、前記散乱光スペクトルと前記蛍光スペクトルの表示範囲を独立に変更可能であり、The display device is a signal obtained without installing a sample, and is a signal obtained by installing a spectrum and a sample from which the higher order light of the scattered light has been removed by the filter, and the higher order light of the scattered light is obtained by the filter. Display the scattered light spectrum and fluorescence spectrum of the sample obtained based on the removed spectrum, the display range of the scattered light spectrum and the fluorescence spectrum can be independently changed,
前記演算装置は、前記表示画面上で指定された前記散乱光スペクトルの波長範囲と前記蛍光スペクトルの波長範囲とに基づいて蛍光量子収率を算出することThe arithmetic device calculates a fluorescence quantum yield based on a wavelength range of the scattered light spectrum and a wavelength range of the fluorescence spectrum specified on the display screen.
を特徴とする分光蛍光光度計。A spectrofluorometer characterized by.
前記励起光側分光器により、異なる単色光をサンプルに照射し、各単色光の照射により得られたスペクトルを用いて3次元蛍光スペクトルを取得することを特徴とする分光蛍光光度計。A spectrofluorophotometer characterized in that the excitation light side spectroscope irradiates a sample with different monochromatic light and obtains a three-dimensional fluorescence spectrum using a spectrum obtained by irradiation with each monochromatic light.
前記3次元蛍光スペクトルから任意の励起波長の蛍光スペクトルを切り出し、蛍光量子収率演算が可能な分光蛍光光度計。A spectrofluorometer capable of calculating a fluorescence quantum yield by cutting out a fluorescence spectrum of an arbitrary excitation wavelength from the three-dimensional fluorescence spectrum.
前記試料から放出される光を積分球を用いて測定し、前記積分球の波長特性を補正することを特徴とする分光蛍光光度計。A spectrofluorophotometer characterized in that light emitted from the sample is measured using an integrating sphere, and wavelength characteristics of the integrating sphere are corrected.
サンプルに照射する光の各波長における蛍光量子収率を2次元表示することを特徴とする分光蛍光光度計。A spectrofluorimeter characterized by two-dimensionally displaying a fluorescence quantum yield at each wavelength of light irradiated on a sample.
検出した蛍光スペクトルのピーク波長に基づき、吸収領域および蛍光領域の波長範囲を決定する決定手段を有することを特徴とする分光蛍光光度計。A spectrofluorometer comprising: a determining unit that determines a wavelength range of an absorption region and a fluorescence region based on a peak wavelength of a detected fluorescence spectrum.
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