JPH0226171B2

JPH0226171B2 -

Info

Publication number: JPH0226171B2
Application number: JP56027026A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Koizumi; Konosuke Ooishi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-02-27
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1990-06-07
Also published as: JPS57142524A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は高速でしかも精密な波長走査ができる
分光光度計に関するものである。

近年分析需要の増大が高まり10〜70種類もの多
くの元素を分析する必要性が生じている。このよ
うな分析に当つてできるだけ短い時間に分析する
ことが要求されている。それは、第一に試料を長
い時間かけて分析するとその長い時間の間に試料
が変化してしまうといつた不都合を生ずることが
あるからである。また、第２に試料を長い時間か
けて測るには、例えばプラズマで発光させるよう
な場合は測定時間中そのプラズマによる発光を安
定させておかなければならず、その間中試料をす
わせなければならず普通溶液の試料であれば霧状
にしてその中に噴霧する訳であるが測定に要する
時間が長ければ長いほど大量の試料を必要とする
という欠点を有しているからである。第３に測定
したいサンプルが多量にあるとそれだけ処理がで
きなくなつてしまうという欠点を有し実用性に欠
けるということがあるからである。そのためでき
るだけ短い時間に分析する装置の開発が望まれて
きた。

ある波長を送る場合一定方向に従来は送つてい
た。特に元素数で９〜80元素測る場合がある。こ
のことは最低でも80本の線を見なければならない
ことを意味している。これは普通の吸収と違つて
原子スペクトルの装置であるため非常にシヤープ
な輝線が出てくる訳である。そのたくさん出てく
る輝線のうちのある元素特有の輝線を選び出して
その輝線の強さからその金属の量を測るという装
置が分光光度計である。すると波長範囲が紫外か
ら可視全域に渡つてある。その広い範囲のごく狭
い波長範囲にある一本にだけ狙いをつけて例え
ば、金の線ならば金の線は何Åに出ると解つてい
るからその所だけを狙つて見る訳である。それか
らカドミニユウムであつたら2288Åにある訳であ
るが、そこに狙いをつけて見るということにな
る。従来、このような分光光度計として二種類の
分光光度計が用いられている。１つはポリクロメ
ータと称されるもので、もう１つは高速スキヤニ
ングモノクロメータと称されるものがそれであ
る。前者は、わかつている波長のところにたくさ
んスリツトを並べてそれぞれの線を全部同時に受
けてしまつてそして処理をするという方法であ
る。ところが、80も元素があるとスリツトと検知
器を全部80用意しなければならないから物凄く大
がかりな装置となつてしまう。しかも、80だけ揃
えてそのスリツトが非常にシヤープな線を１本だ
けしかもピークを正確に見なければならないから
甚だしく微細なテクニツクを必要とし、温度が例
えばちよつとずれても信号がどこかへ飛んで行つ
てしまつて測定できないという欠点を有してい
た。また、後者はモノクロメータの波長を高速で
掃引するものである。すなわち波長を全領域に渡
つて送つて行き、例えばカドミニユウムのところ
の波長を見ながら次に測定すべき元素の波長を見
るといつたやり方である。それを全部の元素80に
渡つて見るためには元素80を一つずつ選んで見な
ければならない訳であるから、例えば一つの元素
に１分かけて見たとしても１時間以上の時間を要
してしまい実際の測定に適さないという欠点を有
していた。このように短い時間にたくさんの元素
を測定しなければならないところから高速で走ら
さなければならない訳である。しかしこれを高速
で走らせると今度肝心な知りたい輝線の辺りでは
時間が取れないため折角輝線が出ているところで
も行き過ぎてしまい信号が得られないという結果
を生じてしまう。このような二つの方式が併存し
ている。

最近肝心の波長の近くだけをゆつくり見て他を
なるべく早く飛ばしてしまうという測定方法が考
えられている。それは、肝心な測定したい波長の
ところまで螺子で送つてやつてグレーテイングと
いう回折格子の傾きを変えて波長を選ぶ訳であ
る。これを普通可視から紫外まで全波長領域走査
しなくてはならず、しかもその中で測定したい波
長というのは何万分のいくつという僅かなところ
を非常に微妙な分解能で見なければならない。す
るとその螺子自身が非常に精密なものでなければ
ならず、ちよつとした撓みがあつても変形があつ
ても或いは温度的な変形を起しても使いものにな
らない。この螺子は非常に大きなガツチリしたも
のを使つて精度を上げなければならない。ところ
が、このような精度を上げるようにガツチリした
螺子を作ると今度それを高速で走らそうとしても
イナーシヤがあつて送れないという欠点がある。
このようなガツチリした螺子によつて不要なとこ
ろは早く送り、その後は極短くゆつくりやつてま
た高速で送りゆつくり測定するということを80元
素分繰り返すと早く立ち上がつたり、また早く立
ち下がりしたりすることを80回繰り返さなければ
ならずその立上り立下りにかなりの時間を費して
しまい構造的に速度に限界を生じている。

本発明の目的は、超高速で且つ精密な波長掃引
を行なうことができる装置を提供することにあ
る。

本発明の要旨は次の如くである。従来の波長掃
引法のスピードの限界は次の点にあつた。すなわ
ち、必要な原子線波長の近傍をゆつくりスキヤン
し、それ以外の波長（１つの元素の原子線波長か
ら別の元素の原子線波長までの間）ではできる限
り高速でスキヤンしなければならない（スリユー
方式）。原子発光線を用いて分析するためには約
0.1Åの高い分解能が必要とされるので分光光度
計は大型で回折格子のサインバーも大きくなる。
しかも精度を上げるためにバツクラツシユも極力
押えねばならず、送り螺子のトルクは大きくな
る。そのため大きなパルスモータが必要となり、
モータシヤフトのイナーシヤも大きくなる。イナ
ーシヤが大きいため規定の高速回転数に達するま
で時間がかかりまた、測定する原子発光線近傍で
急速に回転数を落しゆつくりとスキヤンする必要
があるが、この減速にも時間がかかる。例えば、
50元素測定するには一回の測定あたり急速な増速
と減速を50回も繰り返さなければならない。これ
が分析を時間のかかるものとしている。そこで、
イナーシヤの大きな主送り螺子と大型パルスモー
タは測定開始と同時に増速し高速回転のまま全波
長域をスキヤンする。但し主送り螺子のボルトに
小さなパルスモータと短い主送り螺子が設置され
ており、原子線の近くでのみこの副送り螺子の主
送り螺子と逆向きに回転する。つまり原子線の近
くでは副送り螺子の動きが主送り螺子の動きを相
殺し、それによつてサインバーをゆつくりと運動
させる。副送り螺子は小さいためイナーシヤも小
さく減速・増速にすばやく応答することができ
る。こうして１回の分析に必要な時間は主送り螺
子が高速で全波長をスキヤンする時間だけで済み
20〜30元素を１分間で測定することができる。

以下本発明の実施例について説明する。

第１図には本発明の一実施例が示されている。

図において、１は回折格子、２は光束、３はコ
リメーテイングミラー、４は操作部、５，６はマ
イクロコンピユータ、７は較正用光源、８はホト
マル、９はビームシフト、１０はCRT、１１は
キーボード、１２はデータステーシヨン、１３は
ICP（インダクテイブリ・カツプルド・プラズマ）
トーチ、１４はネビユライザ、１５は試料自動導
入装置、１６は試料、１７はサインバー、２０は
回折格子１を回動させるための送り装置である。

このような構成においてまず試料１６を試料自
動導入装置１５に挿入するとネビユライザ１４に
於いて試料が霧状にされる。この霧状にされた試
料はICPトーチ１３において発光されその発光し
た光がビームシフタ９を介してコリメーテイング
ミラー３に反射され回折格子１の反射によつてコ
リメーテイングミラー３によつて反射されてホト
マル８に検知される。このホトマル８によつて検
知された信号はマイクロコンピユータ６に取り込
まれマイクロコンピユータ６によつて検知された
信号に基づきマイクロコンピユータ５に於いて回
折格子１を回動するための送り装置２０を駆動す
る。このホトマル８によつて検出された信号に基
づきマイクロコンピユータ６はキーボード１１の
指令によつて信号をデータステーシヨン１２に送
りCRT１０に表示する。この送り装置２０は第
２図に示す如き構成を有している。すなわち、軸
受け２１Ａ，２１Ｂによつて支持される全波長領
域に対応した長さを有する主送り螺子２２が設け
られている。この主送り螺子２２にはこの主送り
螺子を回転させるための主送り螺子用パルスモー
タ２３が取りつけられている。また、この主送り
螺子２２には主送り螺子用ボルト２４が螺合され
ており、主送り螺子２２の回転によつて矢印Ａに
示す方向に移動できるように構成されている。こ
の主送り螺子用ボルト２４の上には軸受け２５に
支持される副送り螺子２６が設けられており、こ
の副送り螺子２６は副送り螺子用パルスモータ２
７によつて回転するように構成されている。この
副送り螺子２６には副送り螺子用ボルト２８が螺
合されている。この副送り螺子用ボルト２８には
サインバー２９が固着されており、このサインバ
ー２９の先端には回折格子１が取り付けられてい
る。また、前記主送り螺子用パルスモータ２３に
は主送り螺子用発振器３０が接続されており、こ
の主送り螺子用発振器３０にはパルスカウンター
３１が接続されている。また、副送り螺子用パル
スモータ２７には副送り螺子用発振器３２が接続
されており、この副送り螺子用発振器３２にはパ
ルスカウンター３１が接続されている。

このように構成されるものであるから、主送り
螺子２２は主送り螺子用パルスモータ２３により
駆動される。このパルスモータ２３には最大静止
トルク31Kgcm、最大応答周波数30000pps、ステ
ツプ角0.72゜のものが使用された。副送り螺子に
は最大静止トルク２Kgcm、最大応答周波数
40000pps、ステツプ角0.72゜の重量0.5Kgの小形ス
テツプモータが使用された。主送り螺子用パルス
モータ２３の駆動用発振器３０からのパルスと、
副送りネジ用パルスモータ２７の駆動用発振器３
２からのパルスはそれぞれ入力および入力と
して波長カウンタ３１に入力され、波長が表示さ
れる。波長カウンタの設定にはHgの2537Åの輝
線などが用いられる。原子線波長の近傍だけで作
動する副送り螺子の送り速度をv₂、主送り螺子の
送り速度をv₁とすると、副送り螺子ボルト２８で
送られるサインバー２９の速度は次のようにな
る。

原子線近傍：v₁−v₂ 原子線からはずれた波長域：v₁ さらに詳しい送り距離と所用の時間を示す。主
送りネジ用パルスモータ２３は5000ppsのパルス
で駆動され10：１にギヤで減速されたのちリード
５mmの送り螺子を回転させる。１パルスあたりの
波長送りは0.01Åである。一方、副送り螺子用パ
ルスモータ２７は、主送り螺子用パルスモータ２
３が回転すると同時に、10ppsのパルスによりア
イドリングを開始する。このアイドリングは副送
り螺子用パルスモータ２７の回転立ち上りを良く
するために必要であつた。あらかじめコンピユー
タに記憶されている原子線波長の近くに達すると
副送り螺子用パルスモータ２７は4500ppsのパル
スにより高速回転する。このとき立ち上りに0.5S
を要する。主送り螺子が5000ppsのパルスで駆動
され、副送り螺子２６が逆方向に4500ppsで駆動
されると、サインバー２９は主送り螺子２２が
500ppsのパルスで駆動されたと同じゆつくりし
た送り速度で送られることになる。

原子線近傍でのゆつくりしたスキヤンは５Åに
わたつて行なわれる。所用時間は１秒である。ま
た、副送り螺子２６の立ち上り立ち下りに必要な
時間はそれぞれ0.5秒である。従つて、一つの原
子線の近傍をスキヤンするのに要する時間は2S
である。主送り螺子２２が2000Åにわたつて高速
スキヤンする時間は40秒であるから、この間に20
本の原子線について測定できる。即ち、40秒間に
20元素の測定ができる。

本実施例の分光光度測定のフローチヤートが第
３図に示されている。すなわち、ステツプ100に
おいて、本測定が開始されると、ステツプ101に
おいて、主送りネジ用パルスモータへのパルスを
5000ppsで送り、それを同時に副送りネジ用パル
スモータをアイドリング（10pps）運転してお
く。このステツプ101において主送りネジ用パル
スモータと副送りネジ用パルスモータを駆動する
と、ステツプ102において、測定の対象となる波
長に対する主送りネジ用パルスモータのパルス数
をROMより読み出す。このROMより読み出す
のは、測定波長１個ずつである。次に、ステツプ
103において、主送りネジ用パルスモータへのパ
ルスをCPUにおいて計数する。このステツプ103
において計数されたパルス数と主送りネジ用パル
スモータへ送るパルス数がROMより読み出され
た測定すべき波長に対する主送りネジ用パルスモ
ータへのパルス数と一致したか否かを判定する。
このステツプ104において一致していないと判定
すると一致するまで判定を繰り返す。このステツ
プ104において一致したと判定するとステツプ105
において副送りネシ用パルスモータを0.5秒で
4500ppsの安定した速度にする。次にステツプ
106において、副送りネジ用パルスモータの速度
が4500ppsに安定したか否かを判定する。このス
テツプ106において安定していないと判定すると、
安定するまで判定する。このステツプ106におい
て安定したと判定するとステツプ107において、
分光光度の測定を開始する。ステツプ107におい
て分光光度の測定を開始するとステツプ108にお
いて、測定時間が１秒間を経過したか否かを判定
し、１秒間を経過するとステツプ109において副
送りネジ用パルスモータをアイドリング
（10pps）回転数に下げる。また、ステツプ108に
おいて、測定開始後１秒間たつていないと判定す
ると、１秒間経過するまで判定をくり返す。ステ
ツプ109において副送りネジ用パルスモータをア
イドリングに下げるとステツプ110において、測
定対象となつている波長を全て測定したか否かを
判定し、波長を全て測定していないと判定すると
ステツプ101に戻る。また、ステツプ110において
測定対象となつている波長を全て測定したと判定
したときはステツプ111において終了する。

このような過程によつて測定するときの一つの
原子線あたり副送り螺子の送り距離は１mmとな
る。20元素測定の場合でも副送り螺子の長さは20
mmで良く、小さな送り螺子となりイナーシヤも小
さく敏速な応答が可能である。

本装置に於いて、波長目盛の設定は次のように
してなされる。

主送り螺子が高速回転を開始する。

副送り螺子がアイドリングを開始する。

主送り螺子駆動用モータへのパルスをとし
副送り螺子駆動用モータへのパルスをとして
カウンターへ加える。

較正用輝線（例えば水銀の2537Å）のピーク
を検知しカウンターをその波長に設定する。

以上述べた本実施例によれば次の効果が得られ
る。

20元素40秒という迅速な分析ができるのでポ
リクロメータによる同時分析に近い分析スピー
ドがあげられる。

ポリクロメータと異なり分析元素数に制約が
ない４回のスキヤンにより80元素の分析が可能
である。

原子線近傍のスペクトルプロフイルが求めら
れる。

スペクトルプロフイルを知ることができるの
で正確なバツクグラウンド補正ができる。

ポリクロメータよりずつと安価である。

各元素についてそれぞれ最も適した条件を設
定して分析できる。（ポリクロメータによる同
時分析の場合は、すべての元素に平均的な条件
下でしか測定できない。）本発明のスキヤン法では、パルスモータの乱
調の問題が軽減される。

以上説明したように、本発明によれば、超高速
で且つ精密な波長掃引を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る分光光度測定装置の一実
施例を示す図、第２図は第１図図示実施例の送り
装置の詳細構成図、第３図は第２図図示送り装置
の原理を説明する図である。１……回折格子、２０……送り装置、２２……
主送り螺子、２３……主送り螺子用パルスモー
タ、２４……主送り螺子用ボルト、２６……副送
り螺子、２７……副送り螺子用パルスモータ、２
８……副送り螺子用ボルト、２９……サインバ
ー。

Claims

【特許請求の範囲】

１観測すべき全波長領域に対応した長さを有し
両端を軸受に支持された主送り螺子と、該主送り
螺子を回転させる主送り螺子用パルスモータと、
前記主送り螺子に螺合されている主送り用ボルト
と、該主送り用ボルト上に設けた軸受に一端を支
持され所定長さを有する副送り螺子と、該副送り
螺子に螺合する副送りボルトと、該副送りボルト
に固着したサインバーと、該サインバーの先端に
取付けて観測すべき全波長領域の波長走査を行な
う回折格子と、前記主送り用ボルト上に設けられ
前記副送り螺子の他の一端に連結し記主送り用ボ
ルトと逆方向に副送りボルトを移動させるように
副送り螺子を回転させる副送り螺子用パルスモー
タと、前記主送り螺子用パルスモータを定速回転
させるパルスを出力し前記副送り螺子用パルスモ
ータを予め定められた原子線近傍で高速回転させ
るパルスを出力する制御装置とを備えたことを特
徴とする分光光度測定装置。