JPH06323907A

JPH06323907A - 光分析器に用いられる温度ドリフト補正装置

Info

Publication number: JPH06323907A
Application number: JP13670493A
Authority: JP
Inventors: Seiji Horioka; 誠司堀岡; Shigenori Hashimoto; 茂徳橋本; Ichiro Yoshino; 一郎吉野; Takeshi Shikamata; 健鹿又; Shinichi Kikuchi; 真一菊池
Original assignee: Jasco Corp
Current assignee: Jasco Corp
Priority date: 1993-05-14
Filing date: 1993-05-14
Publication date: 1994-11-25

Abstract

(57)【要約】【構成】光分析器に取り付けられた温度センサー１５
６と、前記温度センサー１５６からの温度変化に対応し
た出力値を用い、光分析器からの信号出力Ｓを予め入力
された補正関数【数２０】Ｓ＝Ｆ（Ｅｍ，Ｅｘ，ｔ）但し、Ｅｍ：出射光側信号Ｅｘ：入射光側信号ｔ：温度センサーからの出力値Ｆ：測定値のズレを補正するための補正関数により演算するＣＰＵ１４０と、を備えたことを特徴と
する光分析器に用いられる温度ドリフト補正装置。【効果】ＣＰＵ１４０により光分析器各部の温度変化
に起因する温度ドリフトによる測定値のズレを補正する
ことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光分析器に用いられる温
度ドリフト補正装置、特にその演算処理機構の改良に関
する。

【０００２】

【従来の技術】光分析器として、例えば蛍光検出器は、
光源からの光を試料に照射し、それによって発生する蛍
光を電気的な信号として外部に取り出す装置である。図
５には、一般的な蛍光検出器の概略構成が示されてお
り、同図に基づき測定原理を説明する。同図に示す蛍光
検出器は、光源１１からの光がレンズ１２を通り励起光
側入射スリット１４上に集光され、励起光側凹面回折格
子１６によって分散される。さらに、前記分散された励
起光の一部はビームスプリッタ１８により反射され、残
りは励起光側出射スリット２０を通りセル２２に照射さ
れる。

【０００３】そして、前記セル２２への励起光の照射に
よって、セル２２中の蛍光試料は励起され蛍光を発す
る。該蛍光試料からの蛍光は蛍光側入射スリット２４を
通り、蛍光側凹面回折格子２６により分散され、さらに
蛍光側出射スリット２８を通って光電子増倍管等の蛍光
側光変換素子３０に入射し、蛍光側電気信号に変換され
る。一方、前記ビームスプリッタ１８により反射された
光は参照光側光変換素子３２に入射し参照光側電気信号
に変換される。

【０００４】そして、前記蛍光側電気信号は蛍光側プリ
アンプ３４により、前記参照光側電気信号は参照光側プ
リアンプ３６によりそれぞれ増幅され、該増幅された両
信号はＡ／Ｄコンバータ３８によりデジタル信号に変換
されＣＰＵ４０に入力される。さらに、前記ＣＰＵ４０
において、蛍光側信号と参照光側信号との割算、及び該
割算値へのベースライン調整のための係数ｃの加算が行
われる。

【０００５】即ち、

【数３】Ｓ＝Ｅｍ／Ｅｘ＋ｃ（ｃは定数）但し、Ｅｍ：蛍光側信号Ｅｘ：参照光側信号の演算によって得られる値ＳがＤ／Ａコンバータ４２を
通り蛍光信号として出力される。

【０００６】前記蛍光試料から発せられる蛍光強度（蛍
光側信号Ｅｍ）は、光源の輝度すなわち励起光の輝度に
比例して変化してしまう。このため、励起光の輝度の変
化が蛍光強度に影響を及ぼし、単に蛍光強度を測定した
だけでは正確な蛍光試料の測定分析ができないのであ
る。そこで、前記ＣＰＵ４０において、前記数６に示す
ように蛍光側信号と参照光側信号との割算を行うことに
よって、光源輝度の変動に伴う蛍光側信号の変動の補正
を行っているのである。

【０００７】図６には、一般的な吸光光度計の概略構成
な示されており、前記蛍光光度計と対応する部分には同
一符号を付し説明を省略する。そして、同図に示す吸光
光度計も前記蛍光光度計と同様にビームスプリッタ１８
により反射した参照光の信号とセル２２中のサンプルを
透過した透過光の信号との割算をＣＰＵ４０で行い、光
源輝度の変動による透過側信号のズレの補正を行ってか
ら透過光信号として出力している。以上のように、蛍光
光度計や吸光光度計においては、より正確な分析測定を
行うために光源輝度の変動を補正する工夫がなされてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記光
源輝度の変動の他に温度変化に伴い測定値が変動するい
わゆる温度ドリフトが、蛍光検出器において測定を不安
定にさせる大きな要因として問題となっている。即ち、
蛍光検出器周辺の温度が変化すると、それに伴い各素子
や溶媒等も温度変化の影響を受けるため測定値が変動し
てしまうのである。

【０００９】そして、前記温度変化に伴う測定値のズレ
は、前述した参照光側信号と蛍光側信号との割算だけで
は補正されず、正確な試料の測定分析が行えないという
課題があった。即ち、前記光源輝度の変動が、参照光側
信号と蛍光側信号とに同じ比率で変化を与えるのに対
し、温度ドリフトは後述するように、前記参照光側信号
と蛍光側信号とにそれぞれ変化の異なった影響を及ぼす
のである。

【００１０】蛍光検出器において、温度ドリフトの主な
原因として以下の事が考えられる。 (１)温度変化に伴う光変換素子の暗電流、及びプリアン
プのオフセット電圧の変化参照光側光変換素子及び蛍光側光変換素子は、それぞれ
温度に依存する暗電流を発生させる。暗電流の温度依存
特性が参照光側光変換素子と蛍光側光変換素子とで全く
等しい場合は、温度が変化しても前述したように参照光
側信号と蛍光側信号との割算を行えば該暗電流による蛍
光側信号の変化の補正は可能である。

【００１１】しかしながら、一般には暗電流の温度依存
特性は光変換素子によって異なる。特に蛍光側光変換素
子と参照光側光変換素子とで違う種類の素子を使用した
場合には、一般的には暗電流の温度依存特性の違いは大
きく、この場合、参照光側信号と蛍光側信号との割算を
行っても該蛍光側信号を正確に補正することはできな
い。また、温度変化により発生する参照光側プリアンプ
と蛍光側プリアンプのオフセット電圧の変動にも違いが
生じ、該変動も前記同様補正することができない。

【００１２】（２）温度変化に伴うプリアンプの増幅
率、及び光変換素子の光変換効率の変化温度変化に伴いプリアンプ等の増幅率が変化した場合、
該増幅率の変化量はプリアンプによって異なるため、前
記蛍光側プリアンプと参照光側プリアンプの増幅率に差
が生じ、前記（１）と同様に蛍光側信号の補正ができな
い。また、温度変化に伴い光変換素子の光変換効率が変
化した場合にも、該変化は光変換素子によって異なるた
め、励起側光変換素子と蛍光側光変換素子によって差が
生じ、前記同様蛍光側信号の補正ができない。

【００１３】（３）温度変化による装置の熱的変形に起因する変化蛍光検出器の装置が熱的変形を受けた場合、蛍光側光変
換素子と参照光側光変換素子とに到達する光量のバラン
スが変化するために温度ドリフトが発生する。（４）温度変化による溶媒への影響装置各部の温度変化の他に、ある種の蛍光試料において
は、溶媒の温度変化に伴い蛍光試料からの蛍光量が変動
し、温度変化が蛍光側信号にのみ影響を及ぼすこともあ
る。本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は光分析器において温度ドリフトの影響
を受けた測定値のズレを補正し、試料の正確な分析を可
能とする温度ドリフト補正装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明にかかる光分析器に用いられる温度ドリフト補
正装置は、光分析器に取り付けられた温度センサーと、
前記温度センサーからの温度変化に対応した出力値を用
い、光分析器からの信号出力Ｓを予め入力された補正関
数

【数４】Ｓ＝Ｆ（Ｅｍ，Ｅｘ，ｔ）但し、Ｅｍ：出射光側信号Ｅｘ：入射光側信号ｔ：温度センサーからの出力値Ｆ：測定値のズレを補正するための補正関数により演算する補正演算手段と、を備えたことを特徴と
する。

【００１５】また、請求項２記載の温度ドリフト補正装
置は、前記補正関数が、

【数５】Ｓ＝（Ｅｍ／Ｅｘ）×Ａ(ｔ)＋Ｂ(t) 但し、Ｅｍ：出射光側信号Ｅｘ：入射光側信号Ａ(ｔ)：温度センサーの出力値ｔにおける入射光側信号
と出射光側信号の増幅・減衰率に対する補正係数Ｂ(ｔ)：温度センサーの出力値ｔにおける入射光側信号
と出射光側信号の増加・減少量に対する補正係数であることを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明にかかる光分析器に用いられる温度ドリ
フト補正装置は、前述したように光分析器に取り付けら
れた温度センサーからの出力値を用いて

【数６】Ｓ＝Ｆ（Ｅｍ，Ｅｘ，ｔ）但し、Ｅｍ：出射光側信号Ｅｘ：入射光側信号ｔ：温度センサーからの出力値Ｆ：測定値のズレを補正するための補正関数により光分析器からの最終的な出力信号Ｓを得ている。

【００１７】ここで、前述したように、まず光源輝度補
正は関数ｆを用い

【数７】Ｓ'＝ｆ（Ｅｍ，Ｅｘ）＝Ｅｍ／Ｅｘ但し、Ｅｍ：出射光側信号Ｅｘ：入射光側信号の演算により行われる。

【００１８】さらに、前記数７に温度変化に伴う測定値
のズレを補正するための関数ｇn(ｔ)を加えて

【数８】Ｓ＝ｆ（Ｅｍ，Ｅｘ）・ｇn(ｔ)＝Ｆ（Ｅｍ，
Ｅｘ，ｔ）の演算により温度変化補正が行われる。

【００１９】即ち、前記関数ｇn(ｔ)と前記数７の関数
ｆから得られる関数Ｆを補正演算手段に入力しておき、
該関数Ｆに実際の測定において得られた出射側信号Ｅ
ｍ、入射側信号Ｅｘ、及び温度センサーからの出力値ｔ
を代入することにより補正演算が行われ、正確な測定値
である出力信号Ｓが得られるのである。ここで、前記関
数ｇn(ｔ)は、使用する光分析器及び試料を用いて予め
実験により求めておく。例えば、蛍光検出器において一
定量の蛍光試料を測定した場合、図３に示すような蛍光
信号出力Ｓと温度ｔとの関係が得られたとする。蛍光試
料は一定量であるから、前記数８において信号出力Ｓが
一定となるように関数ｇn(ｔ)を求める。

【００２０】即ち、図３中においてｔ1の温度を基準と
考え、Ｓ＝ｓ1とするならば、

【数９】Ｓ＝ｓ1＝ｓ1・ｇ1(ｔ1)＝ｓ2・ｇ2(ｔ2)＝ｓ3
・ｇ3(ｔ3)・・・・の関係式が得られ、該関係式からそれぞれの関数ｇn
(ｔ)を求めることができる。ここで、前記関数ｇn
(ｔ)は、温度変化に伴う光変換素子やプリアンプなどの
増幅率変化と暗電流などの増加量変化を表すものとな
る。

【００２１】従って、前記増幅率変化に対する補正係数
をＡ(ｔ)、増加量変化に対する補正係数をＢ(ｔ)とすれ
ば、前記数８における関数Ｆは、前記出射光側信号Ｅ
ｍ，入射光側信号Ｅｘ，係数Ａ(ｔ)，係数Ｂ(ｔ)で表す
ことができる。そして、前記関数Ｆとして、前記数５を
演算式として補正演算手段に入力することにより、より
正確な信号出力Ｓを得ることができる。

【００２２】なお、前記増加率変化及び増加量変化が既
知の場合等、温度センサーからの出力値ｔと出力信号Ｓ
の関係が予測される場合には、前記実験によらずとも、
予測に基づき前記関数ｇn(ｔ)、即ち補正係数Ａ(ｔ)，
Ｂ(ｔ)を決定し入力することも可能である。

【００２３】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を
説明する。図１には、本発明の一実施例にかかる温度ド
リフト補正装置を接続した蛍光検出器が示されている。
なお、前記従来技術と対応する部分には符号１００を加
えて示し説明を省略する。また、前記図５中の光源１１
から蛍光側光変換素子３０及び参照光側光変換素子３２
までの光学系部１０内の各素子の構成は同一のため、光
学系部１１０として示し各素子の図示を省略する。

【００２４】同図に示す温度ドリフト補正装置は、温度
センサー１５６と、該温度センサーからの信号に基づい
て補正演算を行うＣＰＵ１４０を含む。前記温度センサ
ー１５６は、直流電源１５０と、サーミスタ１５２と、
可変抵抗１５４との直列回路からなり、前記サーミスタ
１５２と可変抵抗１５４との接続点からＡ／Ｄコンバー
タ１３８に接続され、サーミスタ１５２と直流電源１５
０との接続点から接地されている。

【００２５】本実施例においては、前記温度センサー１
５６を蛍光側プリアンプ１３４、又は参照光側プリアン
プ１３６付近に取り付け、蛍光検出器の温度変化を検出
している。そして、前記温度センサー１５６は、前記サ
ーミスタ１５２が温度の変化によって電気抵抗値が変化
する半導体デバイスであるため、前記蛍光検出器の温度
が変化すると、温度センサー１５６には該温度に対応し
た電圧が発生することとなり温度検出が可能となる。

【００２６】そして、前記電圧はＡ／Ｄコンバータ１３
８においてデジタル値に変換されＣＰＵ１４０に入力さ
れる。一方、蛍光検出器の光学系１１０からの参照光側
信号は参照光側プリアンプ１３６に、蛍光側信号は蛍光
側プリアンプ１３４にそれぞれ入力され、両プリアンプ
１３４、１３６で増幅された信号がＡ／Ｄコンバータ１
３８においてデジタル値に変換されＣＰＵ１４０に入力
される。

【００２７】そして、前記ＣＰＵ１４０において、前記
入力された参照光側信号、蛍光側信号及び温度センサー
１５６からの出力値ｔに基づき蛍光信号出力Ｓを、

【数１０】Ｓ＝Ｆ（Ｅｍ，Ｅｘ，ｔ）＝（Ｅｍ／Ｅｘ）
×Ａ(ｔ)＋Ｂ(ｔ) 但し、Ｅｍ：蛍光側信号Ｅｘ：参照光側信号Ａ(ｔ)，Ｂ(ｔ)：温度センサーの出力値ｔにおける補正
係数により演算する。

【００２８】前記数１０において、蛍光側信号と参照光
側信号の割算値（Ｅｍ／Ｅｘ）は、光源輝度補正のみを
した値であり、温度補正をする前の蛍光信号出力とな
る。また、補正係数Ａ(ｔ)は、温度変化に対して、蛍光
側信号の増幅の割合が変動するのを補正する係数であ
り、プリアンプ及び光変換素子などの増幅率が温度によ
って変化（特に問題となるのは光変換素子の変換率の変
化）する場合に補正するものである。

【００２９】また、補正係数Ｂ(ｔ)は、温度変化に対し
て、蛍光側信号に対するバックグランド信号の大きさが
変動するのを補正する係数であり、プリアンプのベース
ラインや光変換素子の暗電流が温度によって変化する場
合に補正するものである。従って、前記数１０により得
られた蛍光信号出力Ｓは、温度変化に対して変動した蛍
光側信号の増幅率、及び増加量とも補正したものとな
り、試料の正確な測定分析が可能となる。

【００３０】ここで、前記補正係数Ａ(ｔ)，Ｂ(ｔ)は、
予め実測により求めることができる。即ち、補正係数Ｂ
(ｔ)は、温度ｔの変化に伴うバックグランド信号の変動
であるから、蛍光側信号を０ｖにした状態における、温
度変化と蛍光信号出力の変化の関係を求めればよく、補
正係数Ａ(ｔ)は、実際に蛍光試料を測定した時の温度変
化と蛍光信号出力の関係を求めればよい。なお、温度ド
リフトの原因が光変換素子やプリアンプの温度変化によ
る場合などで、該素子の温度依存特性がメーカー発表の
カタログなどで知り得る場合は、そのデータから前記補
正係数Ａ(ｔ)，Ｂ(ｔ)を決定してしまうことも可能であ
る。

【００３１】本実施例にかかる温度ドリフト補正装置の
作用は実験によっても確認された。なお、実験において
は、光学系部１１０における蛍光側光検出素子として光
電子増倍管を、また励起側光検出素子としてホトダイオ
ードを使用した。前記光電子増倍管の増幅率の温度変化
は約−０．４％／℃であり、一方ホトダイオードの増幅
率の温度変化は約＋０．２％／℃である。従って、温度
補正を行わず、従来のように蛍光側信号と参照光側信号
の割算のみによって蛍光信号出力を求めると、温度が１
０℃上昇することによって約−６％の蛍光信号出力のズ
レが生じてしまう。

【００３２】図３には、試料から発する蛍光の温度依存
性の影響を排除し、蛍光検出器自身のみに由来する蛍光
信号出力の温度依存性を確認するため、蛍光検出器のセ
ル部に光散乱物をおき、その散乱光による信号と温度と
の関係を測定したグラフが示されており、温度上昇にお
いて１０℃あたり信号が約−６％減少することが同図か
らも理解される。一方、図４には、本実施例にかかる温
度ドリフト補正装置を用い、温度センサー１５６からの
出力値に基づきＣＰＵ１４０において、前記数１０の温
度補正演算を行った場合の温度変化と蛍光信号出力の関
係が示されている。

【００３３】同図から明らかなように、蛍光信号出力は
温度変化に影響されず常に略一定に保たれ、温度ドリフ
ト補正が行われていることが理解される。なお、本実施
例においては、ＣＰＵ１４０における補正演算式に前記
数１０を用いたが、該数１０の演算式の他に、温度ドリ
フトが最も適正に補正させるように、使用する光分析器
の種類や温度ドリフトの原因を考慮して、下記数１１、
数１２、及び数１３を用いることも好適である。

【００３４】

【数１１】Ｓ＝（Ｅｍ／Ｅｘ）²×Ａ(ｔ)＋Ｂ(t) 但し、Ｅｍ，Ｅｘ，Ａ(ｔ)，Ｂ(ｔ)の定義は前記数１０
と同じ

【数１２】Ｓ＝Ｅｍ／（Ｅｘ×Ａ(ｔ)）＋Ｂ(t) 但し、Ｅｍ，Ｅｘ，Ａ(ｔ)，Ｂ(ｔ)の定義は前記数１０
と同じ

【数１３】Ｓ＝（Ｅｍ×Ａ(ｔ)）／Ｅｘ＋Ｂ(t) 但し、Ｅｍ，Ｅｘ，Ａ(ｔ)，Ｂ(ｔ)の定義は前記数１０
と同じ

【００３５】また、前記数１０〜数１３において補正係
数Ａ(ｔ)，Ｂ(ｔ)は、ＣＰＵ１４０に関数として入力し
ても、或いは温度ｔに対応するＡ(ｔ)，Ｂ(ｔ)の値を予
め求め、該値をＣＰＵ１４０のメモリー中に記憶させ、
温度ｔの変化に伴い対応するＡ(ｔ)，Ｂ(ｔ)をメモリー
から呼出し計算することも可能である。また、本実施例
においては、温度センサー１５６を蛍光側プリアンプ１
３４、及び参照光側プリアンプ１３６付近に取り付けた
が、これは該プリアンプ付近には回路部品があり、温度
センサー１５６も該回路部品と同居させると実装上便利
なためであり、他の位置に取り付けることも可能であ
る。

【００３６】即ち、周囲の温度変化は装置全体に影響を
与えるため、装置内部の温度は場所によってほとんど差
がなく、温度センサー１５６を装置のどこに取り付けて
も問題がないのである。なお、本実施例においては蛍光
検出器についてのみ説明したが、前記温度ドリフト補正
装置は、吸光光度計等の光分析器全般に用いることが可
能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる光
分析器に用いられる温度ドリフト補正装置によれば、補
正演算手段により光分析器各部の温度変化に起因する温
度ドリフトによる測定値のズレを補正することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかる温度ドリフト補正装
置を蛍光検出器に用いた構成説明図である。

【図２】温度と蛍光信号出力との関係の一例を示した説
明図である。

【図３】温度補正を行わない場合の温度と温度変化率の
関係の説明図である。

【図４】温度補正を行った場合の温度と温度変化率の関
係の説明図である。

【図５】従来の一般的な蛍光検出器の構成説明図であ
る。

【符号の説明】

１０，１１０ … 光学系部３４，１３４ … 蛍光側プリアンプ３６，１３６ … 参照光側プリアンプ３８，１３８ … Ａ／Ｄコンバータ４０，１４０ … ＣＰＵ４２，１４２ … Ｄ／Ａコンバータ１５０ … 直流電流１５２ … サーミスタ１５４ … 可変抵抗１５６ … 温度センサー

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【手続補正書】

【提出日】平成５年１０月１２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図６

【補正方法】追加

【補正内容】

【図６】従来の一般的な吸光光度計の構成説明図であ
る。

フロントページの続き (72)発明者鹿又健東京都八王子市石川町2967番地の５日本分光株式会社内 (72)発明者菊池真一東京都八王子市石川町2967番地の５日本分光株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光分析器に取り付けられた温度センサー
と、前記温度センサーからの温度変化に対応した出力値を用
い、光分析器からの信号出力Ｓを予め入力された補正関
数【数１】Ｓ＝Ｆ（Ｅｍ，Ｅｘ，ｔ）但し、Ｅｍ：出射光側信号Ｅｘ：入射光側信号ｔ：温度センサーからの出力値Ｆ：測定値のズレを補正するための補正関数により演算する補正演算手段と、を備えたことを特徴と
する光分析器に用いられる温度ドリフト補正装置。
【請求項２】請求項１記載の温度ドリフト補正装置に
おいて、前記補正演算手段で演算に用いられる補正関数
が【数２】Ｓ＝（Ｅｍ／Ｅｘ）×Ａ(ｔ)＋Ｂ(t) 但し、Ｅｍ：出射光側信号Ｅｘ：入射光側信号Ａ(ｔ)：温度センサーの出力値ｔにおける入射光側信号
と出射光側信号の増幅・減衰率に対する補正係数Ｂ(ｔ)：温度センサーの出力値ｔにおける入射光側信号
と出射光側信号の増加・減少量に対する補正係数であることを特徴とする光分析器に用いられる温度ドリ
フト補正装置。