JPS5824203Y2 - optical analyzer - Google Patents

optical analyzer

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JPS5824203Y2
JPS5824203Y2 JP17392581U JP17392581U JPS5824203Y2 JP S5824203 Y2 JPS5824203 Y2 JP S5824203Y2 JP 17392581 U JP17392581 U JP 17392581U JP 17392581 U JP17392581 U JP 17392581U JP S5824203 Y2 JPS5824203 Y2 JP S5824203Y2
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JP
Japan
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liquid crystal
light
sample
crystal element
optical
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JP17392581U
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JPS57171559U (en
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昌司 遠藤
正太郎 岡
修 田原
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株式会社島津製作所
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Description

【考案の詳細な説明】 この考案は光学分析装置、とくに光学特性を応用する化
学分析装置における光束の断続に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] This invention relates to intermittent light flux in an optical analysis device, particularly in a chemical analysis device that applies optical properties.

光学特性を応用する化学分析装置においては、被検物質
の光学特性を電気信号に変換する場合、計測の感度向上
と安定化のために、交流変換方式が用いられているが、
従来の機械的または電気的チョッパーでは変換波形が歪
んだり、切換の瞬間にパルス状ノイズを発生して分析の
感度や安定性を阻害されることが多かった。
In chemical analyzers that apply optical properties, an AC conversion method is used to convert the optical properties of a test substance into an electrical signal in order to improve the sensitivity and stabilize the measurement.
Conventional mechanical or electrical choppers often distort the conversion waveform or generate pulse-like noise at the moment of switching, impeding the sensitivity and stability of analysis.

また上記のような不完全波形の場合変換周波数を上げる
と益々波形の歪みがひどくなるので、結局変換周波数を
充分高めることができず、せっかく交流変換方式を採用
してもドリフト等の不安定性は残り検出器の光電出力の
増巾に困難性を伴なうことが少くなかった。
In addition, in the case of an incomplete waveform like the one mentioned above, increasing the conversion frequency will make the waveform distortion worse, so in the end, the conversion frequency cannot be raised sufficiently, and even if an AC conversion method is adopted, instability such as drift will not occur. It was often difficult to increase the photoelectric output of the remaining detectors.

たとえば第1図及び第2図は従来広く使用される非分散
方式の連続赤外線ガス分析計の例であり2光源の光路を
機械的光束チョッパーで断続する交流変換方式が採用さ
れ、電源1により点灯される光源2,3からの出力光束
りを光源2,3のマスク4の出力孔からとり出し、これ
をモータMにより駆動される機械的光束チョッパー5に
より断続しこの断続光を試料セル6、参照セルフに投射
して各セルから透過光をたとえばコンテ゛ンサマイクロ
フォン方式の検出器8で検出、比較し、前置増巾器9a
、主増巾器9b、を経て記録計10に表示、記録するこ
とが行なわれており、出力波形が正弦波になるように調
整されるが、第3図に示すように光源2,3からの光の
断続周波数を上げると検出器8による検出波形に歪みを
生じたり、断続の切換の瞬間にパルス状ノイズを発生し
て結局実用できるのは20Hz程度以下に制約され、ま
たこのような機械的光束チョッパーをモータにより駆動
して光束を断続する場合には、試料セル側と参照セル側
の検出器に入る光の位相がずれてしまい、さらに機械的
振動が検出器に悪影響を与えるなどの問題があり、この
ため感度の向上、安定性に大きい障害となっていた。
For example, Figures 1 and 2 are examples of non-dispersive continuous infrared gas analyzers that have been widely used in the past. They adopt an AC conversion system in which the optical paths of two light sources are interrupted by a mechanical beam chopper, and are turned on by power source 1. The output light beams from the light sources 2 and 3 are taken out from the output holes of the masks 4 of the light sources 2 and 3, and are interrupted by a mechanical beam chopper 5 driven by a motor M. This intermittent light is sent to the sample cell 6, The transmitted light from each cell is detected and compared by a detector 8 of a condenser microphone type, for example, and is transmitted to a preamplifier 9a.
, main amplifier 9b, and then displayed and recorded on the recorder 10, and the output waveform is adjusted to be a sine wave. However, as shown in FIG. If the intermittent frequency of the light is increased, the detected waveform by the detector 8 will be distorted, and pulse-like noise will be generated at the moment of switching between intermittent and intermittent light. If the target beam chopper is driven by a motor to intermittent the beam, the phase of the light entering the detectors on the sample cell side and the reference cell side will be out of phase, and furthermore, mechanical vibrations may adversely affect the detectors. This has been a major obstacle to improving sensitivity and stability.

この考案は上記のような欠陥を解消した新規な光学分析
装置を提供することを目的とする。
The purpose of this invention is to provide a new optical analysis device that eliminates the above-mentioned defects.

この考案によれば光学分析装置の試料への照射光束また
は試料からの光束の断続に液晶素子が用いられ、これに
よって機械的光束チョッパーを用いる場合や検出器の出
力波形を電気的チョッパーによって断続する場合のよう
な種々の欠陥を解消することができる。
According to this invention, a liquid crystal element is used to interrupt the light beam irradiated onto the sample of the optical analyzer or the light beam from the sample. Various defects such as cases can be eliminated.

液晶の光透過特性は第5図に示すように400OA以上
の波長では、電界を印加しないときの透過率に対し、電
界を印加したときの透過率が著るしく小さく、その透過
率比は印加電圧を高めることにより0.5%以下にする
ことができ時間的応答特性は充分速いので、これを光路
の任意の位置に設置して光路を断続させることにより光
束の断続周波数を従来より大巾に上昇しても理想的なパ
ルス波形の交流出力波形を得ることができ、分析の安定
化、感度向上に顕著な効果を得ることができる。
As shown in Figure 5, the light transmission characteristics of liquid crystals are such that at wavelengths of 400 OA or more, the transmittance when an electric field is applied is significantly lower than the transmittance when no electric field is applied; By increasing the voltage, it can be reduced to 0.5% or less, and the temporal response characteristics are sufficiently fast, so by installing it at any position in the optical path and intermittent the optical path, the intermittent frequency of the light beam can be made wider than before. It is possible to obtain an AC output waveform with an ideal pulse waveform even when the temperature rises to a certain temperature, and it is possible to obtain a remarkable effect in stabilizing analysis and improving sensitivity.

以下図面に基いて本考案の実施例装置について説明する
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第4図は本考案を化学発光法によるNOxガス分析計に
適用した場合の1実施例装置であり、11はNOガスを
NO2ガスに変換する反応槽、12は試料ガス導入管、
13は活性ガス03導入管、14は反応生成ガスの排出
管、15は妨害波長カット用の光学フィルタであり、管
12.13の先端においてNOの光学フィルタであり、
管12.13の先端においてNOと03とを反応させ、
この反応の際に発生する化学発光をフィルタ15を通し
て反応槽11の外にとり出すように構成されている。
FIG. 4 shows an embodiment of the device in which the present invention is applied to a NOx gas analyzer using the chemiluminescence method, in which 11 is a reaction tank for converting NO gas into NO2 gas, 12 is a sample gas introduction pipe,
13 is an active gas 03 introduction pipe, 14 is a reaction product gas discharge pipe, 15 is an optical filter for cutting interference wavelengths, and an NO optical filter is provided at the tip of the pipe 12.13.
React NO and 03 at the tip of tube 12.13,
The structure is such that chemiluminescence generated during this reaction is taken out of the reaction tank 11 through a filter 15.

16は光電子増倍管または光電素子等の充電変換装置、
17は反応槽11から光電変換素子16への光の伝達を
制御する液晶素子である。
16 is a charging conversion device such as a photomultiplier tube or a photoelectric element;
17 is a liquid crystal element that controls transmission of light from the reaction tank 11 to the photoelectric conversion element 16.

18は液晶素子駆動用電源であり、用いる液晶素子に応
じ適当な値の振巾と周波数とパルス巾のパルス電圧を発
生し液晶素子17の開閉を行なう。
Reference numeral 18 denotes a power supply for driving the liquid crystal element, which opens and closes the liquid crystal element 17 by generating a pulse voltage having an appropriate amplitude, frequency, and pulse width depending on the liquid crystal element used.

19は増巾器、20は記録装置である。19 is an amplifier, and 20 is a recording device.

なお、増巾器19の前段または後段に同期復調装置21
を設け、光電変換素子16の出力のうち液晶素子17が
開の期間、即ち印加電圧零(または低い方のレベルの電
圧印加時)の期間の出力をとり出すようにしてもよい。
Note that a synchronous demodulator 21 is installed before or after the amplifier 19.
may be provided, and the output of the photoelectric conversion element 16 during the period when the liquid crystal element 17 is open, that is, the period when the applied voltage is zero (or when a voltage at a lower level is applied) may be extracted.

この場合の同期復調装置21を参照波としては、パルス
電源18の出力Eの逆相電圧Eを直接または適当な電圧
レベルに変換して用いれば電源18を液晶素子17と復
調装置21の両者の制御に共用できることになる。
In this case, the synchronous demodulator 21 can be used as a reference wave by using the negative phase voltage E of the output E of the pulse power source 18 directly or by converting it to an appropriate voltage level. This means that it can be shared for control.

また復調装置のタイプにより同相電圧Eを参照波として
用いることもできる。
Furthermore, depending on the type of demodulator, the common mode voltage E can also be used as a reference wave.

なお、液晶素子17は素子のフィルム面を光軸に対し垂
直ではなく、図の如く傾斜して配置され、さらに傾斜角
を調節できるようになっている。
The liquid crystal element 17 is arranged so that the film surface of the element is not perpendicular to the optical axis but is inclined as shown in the figure, and the angle of inclination can be further adjusted.

また、液晶素子17が可動部を有しない固定のものであ
るので、11〜17の部分をハウジングH内にコンパク
トに収納することが可能である。
Furthermore, since the liquid crystal element 17 is a fixed element having no movable parts, the parts 11 to 17 can be housed compactly in the housing H.

つぎに第4図の装置の動作について説明する。Next, the operation of the apparatus shown in FIG. 4 will be explained.

まず反応槽11では管12より入った試料ガス中のNO
の一部と管13より入った活性化ガス03とが次の如く
反応して化学発光を生じる。
First, in the reaction tank 11, the NO in the sample gas entering from the tube 12 is
A part of the activated gas 03 entering from the tube 13 reacts as follows to produce chemiluminescence.

NO+03 →NON千古2 、 NO言→NO2
+h ν ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (1ン(N
O奮:励起状悪のNO2) この発光の強度は反応槽11内のNOの質量流量に比例
するので、これを妨害波長光カットフィルタ15を通し
液晶素子17を経て充電変換素子16に投射する。
NO+03 →NON Senkuru 2, NO word →NO2
+h ν ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (1n(N
Since the intensity of this light emission is proportional to the mass flow rate of NO in the reaction tank 11, it passes through the interference wavelength light cut filter 15, passes through the liquid crystal element 17, and is projected onto the charge conversion element 16. .

液晶の光透過率は第5図の如く印加電圧と光の波長によ
り決まるので、NO−+NO2の反応の際に生じる化学
発光(波長5900〜25000人)の充電変換装置1
6への伝達は、液晶の印加電圧の変化によりオン・オフ
することができる。
The light transmittance of liquid crystal is determined by the applied voltage and the wavelength of light as shown in Figure 5, so the charging conversion device 1 for chemiluminescence (wavelength 5900 to 25000) generated during the reaction of NO- + NO2.
The transmission to 6 can be turned on and off by changing the voltage applied to the liquid crystal.

この場合の液晶素子17による光束断続動作はたとえば
従来の機械式に比べ充分迅速であり、かつきわめて鋭い
立上り、立下りの断続特性が得られ、しかも切換時のパ
ルスノイズは出ない。
In this case, the light flux intermittent operation by the liquid crystal element 17 is sufficiently rapid compared to, for example, a conventional mechanical type, and provides extremely sharp intermittent characteristics of rising and falling edges, and does not generate pulse noise during switching.

第6図はこの実験例であり、横軸は時間、縦軸は充電出
力を示し、過渡時間はたとえば0.02秒以内であり、
断続周波数を50止程度としてもまったく乱れのない理
想的なパルス波形が得られ、とくにコレステリック・ネ
マティック遷移液晶素子を用いたときはさらに断続周波
数を上昇することができる。
FIG. 6 shows an example of this experiment, where the horizontal axis shows time and the vertical axis shows charging output, and the transient time is, for example, within 0.02 seconds.
Even if the intermittent frequency is set to around 50, an ideal pulse waveform without any disturbance can be obtained, and the intermittent frequency can be further increased, especially when a cholesteric nematic transition liquid crystal element is used.

したがってこの考案によれば従来のような20止以下の
低周波増巾という困難性は解消され、容易に50止程度
を超える充電出力を得ることができるので、増巾が容易
となり、S/N比も改善され分析結果の増減と安定化に
大きい効果を得ることか′できる。
Therefore, according to this invention, the difficulty of increasing the low frequency width below 20 stops as in the past is solved, and it is possible to easily obtain a charging output exceeding about 50 stops, making it easy to increase the S/N ratio. The ratio is also improved, and a great effect can be obtained on increasing/decreasing and stabilizing the analysis results.

また、光路に対する液晶フィルムの相対角度は直角でな
く斜めにした方が大ぎい断続効果しオン透過率−オフ透
過率)/オン透過率により断続効果を定義することにす
る。
Furthermore, the discontinuity effect is greater when the relative angle of the liquid crystal film to the optical path is not perpendicular but oblique, and the discontinuity effect will be defined as (on transmittance - off transmittance)/on transmittance.

が得られる。第7図は光軸Xと液晶フィルムとのなす角
αとオフ時の透過率との関係の実験例を示しく印加電圧
65v)α=45°付近で好適な断続効果が得られるこ
とを示している。
is obtained. Figure 7 shows an experimental example of the relationship between the angle α between the optical axis X and the liquid crystal film and the transmittance in the off state. ing.

これは電圧印加時における分子配列に起因する方向性を
もった散乱現象によるものと考えられる。
This is considered to be due to a directional scattering phenomenon caused by the molecular arrangement when voltage is applied.

液晶は第5図からも判かるように電圧印加時には光をま
ったく透過させないのではなく、少し透過させるもので
あるが、液晶を光路に対し傾斜して配置することにより
液晶の散乱現象の方向性、すなわち透過光の光路が変化
させられ、検出器に入る光がさらに減少することになっ
て、電圧を印加しない時の透過率に対し電圧印加時にお
ける光の透過率がさらに小さくなるのである。
As can be seen from Figure 5, when a voltage is applied, liquid crystals do not transmit light at all, but only slightly, but by arranging the liquid crystals at an angle to the optical path, the directionality of the scattering phenomenon of the liquid crystals can be improved. That is, the optical path of the transmitted light is changed, and the light entering the detector is further reduced, so that the light transmittance when a voltage is applied becomes even smaller than the transmittance when no voltage is applied.

従って液晶フィルムは光路に直角でなく、第4図の如く
斜めに配置されており、よりすぐれた光束断続特性が得
られ、光電出力のS/N比も改善される。
Therefore, the liquid crystal film is disposed not at right angles to the optical path but at an angle as shown in FIG. 4, which provides better luminous flux intermittent characteristics and improves the S/N ratio of photoelectric output.

以上本考案の実施例について説明したが、本考案は上記
以外にも光量を測定する分析器一般、たとえば通常の分
散形の吸光または発光分光光度計、原子吸光光度計その
他にも適用することができる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can also be applied to general analyzers that measure the amount of light, such as ordinary dispersion-type absorption or emission spectrophotometers, atomic absorption spectrophotometers, and others. can.

また実施例の構成についても種々の変形、組合せが可能
であり、11〜15および17〜18の要素を2系列以
上設け、それぞれの光ゲートを交互に択一的に(または
互いに異る周波数で)開閉するとともに共通の充電変換
装置に投射し、光電変換装置の出力を同期復調方式また
はフィルタによって各系列毎にとり出し表示、記録する
ように構成してもよい。
Furthermore, various modifications and combinations of the configuration of the embodiment are possible. Two or more series of elements 11 to 15 and 17 to 18 are provided, and the respective optical gates are alternately operated (or at different frequencies). ) The light may be opened and closed and projected onto a common charging conversion device, and the output of the photoelectric conversion device may be taken out for each series using a synchronous demodulation method or a filter and displayed and recorded.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図、第2図は従来の光学分析装置の一実施例を示す
図、第3図は第1図及び第2図の装置における検出器の
出力波形図、第4図は本考案の一実施例を示す図、第5
図乃至第7図は第4図の装置の動作説明図である。 図において、1・・・・・・電源、2,3・・・・・・
光源、5・・・・・・光束チョッパー、6,7・・・・
・・試料、参照セル、8・・・・・・検出器、11・・
・・・・反応槽、12・・・・・・試料ガス導入管、1
3・・・・・・活性ガス導入管、14・・・・・・反応
ガス出口、15・・・・・・フィルタ、16・・・・・
・光電変換装置、17・・・・・・液晶素子、18・・
・・・・パルス電源、19・・・・・・増巾器、20・
・・・・・記録装置、21・・・・・・同期復調装置、
L・・・・・・光束。
1 and 2 are diagrams showing an example of a conventional optical analysis device, FIG. 3 is a diagram of the output waveform of the detector in the device shown in FIGS. 1 and 2, and FIG. Figure 5 showing an example
7 to 7 are explanatory views of the operation of the apparatus shown in FIG. 4. In the figure, 1... power supply, 2, 3...
Light source, 5... Luminous flux chopper, 6, 7...
...Sample, reference cell, 8...Detector, 11...
...Reaction tank, 12 ... Sample gas introduction tube, 1
3... Active gas inlet pipe, 14... Reactive gas outlet, 15... Filter, 16...
・Photoelectric conversion device, 17...Liquid crystal element, 18...
...Pulse power supply, 19...Amplifier, 20.
... Recording device, 21 ... Synchronous demodulation device,
L... Luminous flux.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 試料からの透過光束または試料自体の発する光を検出し
て物質の分析を行なう装置において、試料への照射光の
光路または試料から検出器に至る光路中任意の位置に液
晶素子をそのフィルム面を光路に対して斜めに固定配置
すると共にこの液晶素子に所定の周期的電気信号を与え
光学特性を変化させて液晶素子の出力光束を断続させ、
これによって試料からの光を検出する充電変換装置の出
力電気信号をパルス波形の交流波形に変換するようにし
たことを特徴とする光学分析装置。
In a device that analyzes substances by detecting the transmitted light flux from the sample or the light emitted by the sample itself, a liquid crystal element is placed at any position in the optical path of the light irradiating the sample or in the optical path from the sample to the detector, with its film surface The liquid crystal element is fixedly disposed obliquely to the optical path, and a predetermined periodic electric signal is applied to the liquid crystal element to change the optical characteristics and intermittent the output luminous flux of the liquid crystal element.
An optical analysis device characterized in that an output electrical signal of a charging conversion device that detects light from a sample is thereby converted into an alternating current waveform of a pulse waveform.
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