JPH07270237A - エシェル型分光器を用いた分光分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 波長による光効率の変動（感度の変化）を抑
制する。 【構成】 エシェル型分光器１５の分散方向に複数のス
リットを所定の間隔で配置したスリットフィルム１６を
分光器１５の焦点位置に置き、各スリット等を通過した
光をレンズ１７で集光して検出器１８に入れる。スリッ
トフィルム１６を分散方向に移動させることにより、波
長走査を行なう。 【効果】 同一波長の光が隣接回折次数の２本のスリッ
トを通過して検出器１８に入る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エシェル型分光器を用
いた分光分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エシェル型分光器を用いた分光分析装置
を図６により説明する。発光分析装置の場合にはプラズ
マトーチ、アーク等の発光源からの輝線を含む光、吸光
分析装置の場合にはグラファイトチューブやフレームを
通過した吸光線を含む光は、入口スリット７１を通過し
て前置分光室６１に入る。前置分光室６１では、前置分
光器（グレーティング）６４及び中間スリット７４によ
り、入口スリット７１から入射した光のうち所定波長範
囲の光のみが主分光室６２に導入される。主分光室６２
ではエシェル型分光器６５が、中間スリット７４を通過
した光の高次回折光を出口スリット６６位置に集光させ
る。このため、出口スリット６６の後方に設けられた検
出器６８へは、前置分光室６１における分光よりも更に
高解像度で分光された光が入射する。

【０００３】このような光学配置とした状態で、前置分
光器６４及びエシェル型分光器６５を同時に回動させる
ことにより高解像度の波長走査を行なう。しかし、エシ
ェル型分光器６５は上述の通り高次回折光を用いるた
め、或る次数を限った場合に、十分な回折光強度の得ら
れる角度範囲が狭く、広い範囲の波長走査を行なうこと
ができない。従って、通常の分析の際は、前置分光器６
４は単調に回動させて連続的に波長走査を行なう一方、
エシェル型分光器６５は或る次数光について所定角度範
囲だけ回動させて走査した後は元の角度に戻し、次の次
数の回折光について同様に所定角度範囲だけ回動させて
走査する、というように、狭い範囲の波長走査を繰り返
すことにより広い波長範囲をカバーする。

【０００４】主分光室６２における狭い波長範囲の走査
の繰り返しは、上記のようなエシェル型分光器６５を往
復回動させる方法の他、出口スリット６６を往復移動さ
せる方法、或いは、出口スリット６６の前に置いた透明
平面板６９を往復回動させる方法（光軸に対して透明平
面板６９が斜めに置かれた場合、透明平面板６９の両表
面における屈折により入射光軸と出射光軸がずれる現象
を利用する）が用いられる。このうち、出口スリット６
６を往復移動させることにより波長走査を行なう場合
の、エシェル型分光器６５による回折次数及び出口スリ
ット位置と、検出器６８により検出される光の強度との
関係を図５に示す。短波長から長波長へ波長走査を行な
う場合は、前置分光器６４を連続的に回動させて目的波
長近傍の光を中間スリット７４から主分光室６２に導入
する一方、出口スリット６６を次のように移動させる。
例えば、波長λ＝706.4nmからλ＝731.7nmまではエシェ
ル型分光器６５の３０次回折光を使用し、出口スリット
６６を−15mmの位置から＋15mmの位置まで移動させる
（■印の直線）ことにより、波長走査を行なう。λ＝73
1.7nmに達した時点で、使用する回折光の次数を29次に
切り換えるため出口スリット６６を−15mmの位置に戻
し、再び＋15mmの位置まで移動させてλ＝757.0nmまで
波長走査を行なう。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】エシェル型分光器は上
述の通り、或る次数を限った場合、十分な回折光強度の
得られる角度範囲が狭く、図５に示すように、出口スリ
ット６６が所定の位置にあるときに最も光の効率が高
く、出口スリット６６の位置がそこからずれるに従って
光の効率は低下してゆく（□印のカーブ）。従って、図
５の場合、λ＝719.3nm、λ＝744.6nm付近では感度の高
い分析を行なうことができるが、λ＝706.4nm、λ＝73
1.7nm、λ＝757.0nm付近では感度が低下する。これは、
出口スリット６６を移動させる場合ばかりでなく、エシ
ェル型分光器６５又は透明平面板６９を回動させる場合
も同じである。

【０００６】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、波長に
よる感度の変化を極力少なくした、エシェル型分光器を
用いた分光分析装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係るエシェル型分光器を用いた分光
分析装置は、 a)エシェル型分光器の分散方向に複数のスリットを所定
の間隔で配置したスリット板と、 b)上記スリット板を該分光器の焦点位置で上記分散方向
に移動させるスリット板移動手段と、 c)上記スリット板のスリットを通過した光を検出器に集
光させる集光光学系と、を備えることを特徴としてい
る。

【０００８】

【作用】スリット板上にエシェル型分光器の各次数に応
じたスリットを設け、それらの間隔を、隣接次数におけ
る同一波長の光の焦点位置での分散距離に等しくしてお
く。これにより、隣接する次数で回折した同一波長の光
が、隣接する２つのスリットを通過するようになる。２
つのスリットを通過した光は集光光学系により集光され
て検出器により検出される。従って、たとえ或る次数の
スリットがエシェル型分光器の回折光強度の低い角度の
位置にあり、そのスリットを通過する光の強度が低い場
合でも、同一波長の次の（又は前の）次数の回折光が次
の（又は前の）スリットを通過し、集光光学系により両
通過光がまとめられる。このため、スリット位置による
通過光の効率の変化が少なくなり、波長による分析感度
の変化が最小限に抑えられる。スリット板移動手段は、
これらスリットの位置を分散方向に移動させることによ
り、波長走査を行なう。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例を図１から図３により説明
する。本実施例の分光分析装置では、プラズマトーチ、
アーク等の発光源からの光（発光分析の場合）、或い
は、グラファイトチューブやフレームを通過した光（吸
光分析の場合）は、入口スリット２１から前置分光室１
１に導入される。前置分光室１１に導入された光は、第
１凹面鏡２２により平行光束とされ、前置分光器（グレ
ーティング）１４に照射される。発光分析の場合は輝線
を含んだ光、吸光分析の場合は吸光線を含んだ光は前置
分光器１４により波長分散され、所定の波長の光は所定
の方向に反射される。従って、前置分光器１４の角度を
図示せぬモータにより連続的に変化させることにより、
第２凹面鏡２３の方向に反射される光の波長を連続的に
走査することができる。第２凹面鏡２３は前置分光器１
４で分光された特定波長の光を中間スリット２４に集光
する。

【００１０】中間スリット２４を通過する光は、前置分
光器１４の角度により定まる所定波長の光を中心に、そ
の前後の波長の光を含んでいる。この光は前置分光室１
１におけると同様に、第３凹面鏡２５により平行光束と
されてエシェル型分光器（グレーティング）１５に照射
される。エシェル型分光器１５は、入射光の高次の回折
光により線分散の大きい（高分解能の）分光を行なう光
学素子である。エシェル型分光器１５で波長分散された
光は、第４凹面鏡２６により出口スリットの方向に反射
されるが、本実施例の分光分析装置では、出口スリット
の位置に図２に示すようなスリットフィルム１６を備え
ている。

【００１１】スリットフィルム１６は、不透明の長尺フ
ィルムに、エシェル型分光器１５の各回折次数に応じた
多数のスリット（…、Ｓ28、Ｓ29、Ｓ30、Ｓ31、…）を
設けたものである。例えば図２のスリットフィルム１６
では、スリットＳ28、Ｓ29、Ｓ30、Ｓ31がそれぞれ２８
次、２９次、３０次、３１次回折光に対応し、各スリッ
トの間隔ｐ29、ｐ30等は、焦点位置における同一波長光
の各隣接次数間の分散距離に対応している。従って、エ
シェル型分光器１５で分光された隣接次数の同一波長の
光束は、隣り合うスリットを同時に通過することにな
る。例えば、図３に示すように、２９次回折の波長λa
の光Ｒ29と３０次回折の波長λaの光Ｒ30は、スリット
フィルム１６のそれぞれのスリットＳ29、Ｓ30を同時に
通過する。これらの光Ｒ29、Ｒ30は各スリットＳ29、Ｓ
30を通過した後、集光レンズ１７により検出器１８の検
出部に集光される。従って、図５に示したように、従来
の分光分析装置では次数の境目の波長では光効率が低下
したのに対し、本実施例の分光分析装置では、そのよう
な場合、２本の隣接するスリットから光が通過し、検出
器１８に入るため、効率の低下が最小限に抑えられる。

【００１２】本実施例の分光分析装置における波長走査
は、エシェル型分光器１５の角度を固定したまま、２本
のリール２７、２８の間に掛け渡したスリットフィルム
１６をモータ３１により一方向に連続的に移動させてゆ
くことにより行なう。このように、本実施例の分光分析
装置では図６に示した従来の分光分析装置のように往復
運動をする要素がないため、駆動機構が簡単になるとと
もに、広い範囲の分光分析を迅速に行なうことができ
る。なお、その間、前置分光器１４は連続的に回動させ
て、目的波長を中心とした波長範囲の光束が中間スリッ
ト２４から主分光室１２に入るようにする。

【００１３】本発明の別の実施態様として、各スリット
の幅を変化させるという構成をとることができる。エシ
ェル型分光器１５による分光の線分散（出口スリットの
幅の単位長さ当たりの、その出口スリットを通過する波
長の範囲。この値が小さいほど、高分解能となる。）
は、次数及び波長により変化する。従って、従来の分光
分析装置ではこれを補正するために、波長走査手段とは
別に、スリットの幅を変化させる機構を設ける必要があ
った。それに対し、本発明に係る分光分析装置ではスリ
ットＳ28、Ｓ29、Ｓ30、Ｓ31が各次数毎に設けられてい
るため、図４に示す通り、スリット幅…、ｄ29、ｄ30、
…をその次数に応じて変化させることが可能である。こ
れにより、別個にスリット幅変更手段を設ける必要がな
く、しかも、次数、波長に拘らず常に同一の波長解像度
を得ることができる。

【００１４】

【発明の効果】本発明に係るエシェル型分光器を用いた
分析装置では、同一波長の隣接次数の回折光が、スリッ
ト板の各次数に対応したスリットをそれぞれ通過して、
集光光学系によりまとめられて検出器により検出される
ため、スリット位置による通過光の効率の変化が少なく
なり、波長による分析感度の変化が最小限に抑えられ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例であるエシェル型分光器を
用いた分光分析装置の概略構成図。

【図２】 実施例の分光分析装置で用いるスリットフィ
ルムとその移動機構の平面図。

【図３】 スリットフィルムの２本のスリットを通過す
る光が検出器に集光される様子を示す側面図。

【図４】 本発明の別の実施例で用いるスリットフィル
ムとその移動機構の平面図。

【図５】 エシェル型分光器による回折次数及び出口ス
リット位置と光の検出効率との関係のグラフ。

【図６】 従来のエシェル型分光器を用いた分光分析装
置の概略構成図。

【符号の説明】

１１…前置分光室 １２…主分光室 １４…前置分光器 １５…エシェル型分光
器 １６…スリットフィルム Ｓ28、Ｓ29、Ｓ30、Ｓ31…スリット Ｒ29、Ｒ30…回折光 １７…集光レンズ １８…検出器 ２１…入口スリット ２２、２３、２５、２６…凹面鏡 ２４…中間スリット ２７、２８…リール ３１…モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 a)エシェル型分光器の分散方向に複数の
   スリットを所定の間隔で配置したスリット板と、 b)上記スリット板を該分光器の焦点位置で上記分散方向
   に移動させるスリット板移動手段と、 c)上記スリット板のスリットを通過した光を検出器に集
   光させる集光光学系と、 を備えることを特徴とするエシェル型分光器を用いた分
   光分析装置。