JPH03158726A - 時間分解フーリエ変換赤外分光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は時間分解赤外スペクトルを測定する装置に係り
、特に高時間分解能でかつ高感度な測定が可能な分光装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来、時間分解測定可能なフーリエ変換赤外分光袋ぼに
ついては特開昭６１−１７６８２４号公報に記載の様に
、連続走査型干渉計を用い、１走査サイクル中で赤外光
のサンプリングに合わせてパルス的に試料を刺激し、刺
激とサンプリングの間の時間間隔ｔを設定する事により
、刺激開始から時間し経過後の時間分解したインターフ
ェログラムを得、これを高速フーリエ変換して時間分解
赤外スペクトルを得ていた。しかしながらこの方法では
、刺激とサンプリングの間の時間間隔りは連続走査型干
渉計の速度精度とＡ／Ｄ変換時間に大きく影響を受ける
。−例として干渉計の速度を１　＞　／　ｓｅｃ　。

移動距離を０．２６　Ｃｌ１１、サンプリングポイント
数４０００点とすると、サンプリング点１点当りの通過
時間は６５μＳ／ポイントとなり、速度の変動が５％あ
るとすれば時間変動は約３μｓとなる。

またＡ／Ｄ変換時間は通常１０μｓの程度である。

赤外スペクトルに関しては通常Ｈｅ−Ｎｅレーザ光の干
渉フリンジを同時に測定し、サンプリング位置を精度良
く測定出来るため、速度変動は大きな誤差要因とはなら
ないが、刺激からサンプリングまでの時間間隔ｔは直接
影響を受けるため、上記の例では１０μｓ以下の時間分
解測定が不可能になり、かつ時間分解精度も１０μｓ以
上は期待できない欠点がある。

また波長分散赤外分光装置については、アプライド・ス
ペクトロスコピー４３（１）、（１９８９年）第１６頁
から第１９頁（Ａｐｐｌ、５ｐｅｃｔｒｏｓｃ、４３（
１）、（１９８９）ＰＰ１６〜１９）において記載され
ている様に、パルス状の試料刺激源としてＹＡＧレーザ
を用い、−分散波長において刺激開始から遅延時間を経
過後の高速応答可能な赤外光検出器出力信号をゲート検
出可能なボックスカー積分器により検出、必要回数積算
してＳ　／　Ｎを向上させた後レコーダに出力し記録５
次いで測定波長を変化させて、同様の操作をくり返し時
間分解赤外スペクトルを得ていた。この方法では時間分
解能は刺激源の刺′激時間幅及び精度、ならびに赤外光
検出器の応答特性によって主に決定され、通常０．５μ
ｓ程度の時間分解精度が得られる。しかし波長分散分光
計を用いる為、有効に利用出来る赤外光量が少なく、フ
ーリエ変換赤外分光装置に比べ約１７５０感度が劣り、
従って光量が減るためスペクトル分解能を向上できず、
微弱な赤外スペクトルを測定できない欠点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術のうちフーリエ変換赤外分光装置において
は高感度測定が可能なものの時間分解精度が劣る問題が
あり、また波長分散赤外分光装置では時間分解精度が優
れているものの検出感度が劣る問題があった０本発明の
目的は時間分解精度に優れかつ高感度・高分解能測定が
可能な時間分解赤外分光装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の問題点は高感度・高分解能測定が可能なフーリエ
変換赤外分光装置を用い、時間分解能劣化の原因となる
連続走査型の干渉計走査を止め。

所定の位置毎に移動鏡を移動・停止させる動作を繰り返
すステップスキャン型の干渉計走査を用いると共に、検
出器出力をボックスカー積分器によってゲート検出する
事により、０．５μｓ程度までの時間分解能を達成でき
る。またボックスカー積分器の替りにサンプリング周波
数が数Ｍ　Ｈｚ以上のトランジェントメモリを用い、一
連の時間経過に対応する検出器出力をすべて同時記録す
る事により、時間分解スペクトルの全体を一度に測定す
ることも可能となる。

〔作用〕

定常状態で発光する光源からの赤外光は移動鏡が所定の
位置に静止した干渉計に入射し、干渉によって強度が減
少した状態で試料に入射する。試料はパルス的に刺激を
発生する刺激源からの刺激により励起され、試料に固有
の減衰時間で励起状態から定常状態に戻る。試料を透過
し、赤外光検出器で検出された赤外光信号のうち、刺激
源からの刺激開始後所定の遅延時間を経過した過渡状態
の信号のみをボックスカー積分器で検出する。あらかじ
め設定した回数だけボックスカー積分器に信号を取り込
み、積分し、Ｓ／Ｎを改善する。所定回の信号取込み後
ボックスカー積分器の出力をＡ／Ｄ変換し、コンピュー
タのメモリ上に蓄積する０次いで干渉計の移動鏡を次の
所定位置に移動し、静止後、同様の測定を繰り返し、ボ
ックスカー積分器出力をＡ／Ｄ変換した結果をコンピュ
ータのメモリ上に蓄積する。所定回移動鏡の移動、静止
をくり返す事により、コンピュータのメモリ上に一連の
データを得る事ができ、これが時間分解したインターフ
ェログラムとなる。このインターフェログラムを高速フ
ーリエ変換する事によって時間分解した赤外スペクトル
が得られる。フーリエ変換赤外分光装置の場合移動鏡の
移動距離とスペクトル分解能の値が反比例する為、高分
解能測定を必要とする場合は移動鏡の移動距離を長くし
、サンプリング点数つまりコンピュータのメモリ上のイ
ンターフェログラム点数を多くするだけでよく、高い時
間分解能で、高感度・高スペクトル分解能測定が可能と
なる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図はステップスキャン型のフーリエ変換赤外分光計を用
い、パルス的に励起光を発生するレーザ光源により試料
を励起し、高速応答可能なＭＣＴ　（水銀・カドミウム
・テルル）検出器からの過渡信号をボックスカー積分器
で検出することにより時間分解スベグトルを得るもので
ある。赤外光源１からの赤外光はレンズ２によって平行
光としビームスプリッタ３、固定鏡４．ステップスキャ
ンするステップ移動鏡５からなる干渉計に入射し、干渉
を受ける。干渉を受けた赤外光は試料６に入射する。試
料６は１００ｎＳ以下のパルス幅で発振する励起用パル
スレーザ７からのパルスレーザ光８によりパルス的に照
射、励起される。

このパルスレーザ７はトリガー１２によりパルス発振す
る。パルスレーザ光８により励起された試料６中を透過
した赤外光はＭＣＴ検出器１０により検出、電気信号に
変換され、プリアンプ１１で増幅される。ここでＭＣＴ
検出器は通常１０６１（ｚの程度まで応答するためプリ
アンプも１０　Ｍ　Ｈｚ程度までの信号を増幅可能であ
る必要がある。プノアンプ１１からの過渡信号出力はト
リガー１２からのトリガー信号により動作をスタートす
るボックスカー積分器１３により、所定の値に設定した
遅延時間し、ゲート幅で検出される。コンピュータ１５
により制御され、事前に設定された回数だけトリガー信
号を発生するトリガー１２により。

所定回だけパルスレーザ７による照射とボックスカー積
分器１３による積分を繰り返しＳ／Ｎを改善した後、ボ
ックスカー積分器１３からの出力をＡ／Ｄ変換器１４で
ディジタル値に変換し、コンピュータ１５のメモリ上に
蓄積する。この後コンピュータ１５により制御されるス
テップ移動鏡５の移動機構１６により所定の移動距離だ
けステップ移動ｆｉ５をステップ移動し、静止した後パ
ルスレーザ７による照射とボックスカー積分器１３によ
る積分を繰り返し、同様にしてボックスカー積分器１３
からの出力をＡ／Ｄ変換変換シコンピユータ１５モリ上
に蓄積する。必要とするスペクトル分解能に応じた距離
だけ移動鏡５のステップ移動をくり返す事により、コン
ピュータ１５のメモリ上に一連のインターフェログラム
が得られる。

このインターフェログラムは励起後を時間経過した後の
過渡状態の試料について測定した結果であり、従ってこ
のインターフェログラムを高速フーリエ変換する事によ
って励起後を時間経過した後の過渡状態の試料について
の時間分解スペクトル１７が得られる。なおボックスカ
ー積分器１３で設定する遅延時間ｔを変える事により、
励起後の時間経過しに応じた時間分解スペクトルを得る
事ができる。

また第２図にはボックスカー積分器の代りにサンプリン
グ周波数が２　Ｍ　Ｈｚのトランジェントメモリを用い
る実施例２を示す、ステップスキャン干渉計、励起レー
ザ光照射系などは実施例１と同様に動作する。第２図に
おいてプリアンプ１］からの出力はトランジェントメモ
リ１８に０．５μｓ毎にサンプリングされた過渡信号と
して記録される。このトランジェントメモリ１８におい
てはメモリ容量を増やす事により、−度に記録出来る時
間幅が決まり、１データのデータ長が１６ビツトとする
と２にワードの容量のメモリを用いる事により５００μ
ｓにわたる時間幅の過渡信号を記録できる。実施例１と
同様に所定の回数だけパルスレーザ７による照射とトラ
ンジェットメモリ上での積算をくり返す事によりＳ／Ｈ
の改善が図れる。このトランジェントメモリ上のデータ
は積算後コンピュータ１５のメモリ上に一連のデータ組
として蓄積される。実施例１と同様に、所定回数だけス
テップ移動鏡５を移動させ、データ蓄積を行なう事によ
り、２にワードのメモリ容量のトランジェントメモリを
用いた場合０．５μｓ　の時間分解能で５００μｓの時
間幅で測定した一連のインターフェログラムの組が得ら
れ、これを各遅延時間の組みからなるインターフェログ
ラム毎に高速フーリエ変換する事によって時間分解能０
．５μｓ、時間幅５００μｓにわたる一連の時間分解赤
外スペクトルを得る事ができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば従来の時間分解フーリエ変換赤外分光装
置より１０倍以上高い時間分解能が得られ、また波長分
散赤外分光装置より５０倍以上の高感度測定が可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図のボックスカー積分器をトランジェントメモリに
置換した実施例を示すブロック図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、赤外光源からの赤外光をビームスプリッタ、固定鏡
   とステップ状に移動する移動鏡及び高速応答可能な検出
   器より成る干渉計によつて干渉させるフーリエ変換赤外
   分光装置において、該干渉計の移動鏡が所定のステップ
   位置に静止した状態において、移動鏡のステップ静止時
   間より短かい任意の値に設定した時間の間試料をパルス
   状に刺激する励起手段を設けて試料を励起状態とし、刺
   激開始から所定の遅延時間経過後高速応答可能な検出器
   から出力される信号をボックスカー積分器でゲート検出
   し、所定の回転刺激を繰り返す事によつてＳ／Ｎを向上
   させたボックスカー積分器出力を得た後、次の移動鏡の
   ステップ位置に移動後上記の動作を繰り返す事によつて
   任意の時間分解能で測定したインターフェログラムを得
   、このインターフェログラムをフーリエ変換操作する事
   によつて任意の時間分解能で赤外スペクトルを測定する
   事を特徴とする時間分解フーリエ変換赤外分光装置。 ２、干渉計の移動鏡が所定のステップ位置に静止した状
   態において、パルス状に試料を刺激して励起状態とし、
   高速応答可能な検出器から出力される信号を必要とする
   時間分解能以上のサンプリング周期を有し、かつ十分な
   測定時間幅にわたるメモリ容量を有するトランジェント
   メモリに記録し、必要に応じて複数回上記の過程を繰り
   返しトランジェットメモリ上で積算してＳ／Ｎを向上さ
   せ一連のデータ（Ｄ＿１＿ｔ、Ｄ＿２＿ｔ、・・・Ｄ＿
   ｎ＿ｔ）を得次の移動鏡のステップ位置に移動し、上記
   の動作によりさらに一連のデータ（Ｄ＿１＿ｔ′、Ｄ＿
   ２＿ｔ′、・・・Ｄ＿ｎ＿ｔ′）を得る操作を所定回繰
   り返した後、所定の遅延時間からなる時間分解したイン
   ターフェログラム（Ｄ＿１＿ｔ、Ｄ＿１＿ｔ′、Ｄ＿１
   ＿ｔ″、・・・、Ｄ＿１＿ｔ＾ｎ）を得、これをフーリ
   エ変換操作して時間分解赤外スペクトルを測定する様に
   した特許請求の範囲第１項記載のフーリエ変換赤外分光
   装置。