JPS5956124A - 複光束分光光度計 - 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】 この発明は主として高速液体クロマトグラフ用の検知器
に使用される複光束（ダブルビーム）方式の分光光度計
に関するものである。

一般にｆｕ光束分光光度計は、吸光度を測定すべき試料
を収容もしくはその試料が通過する測定側試料室と、空
の試料セルまだは波長特性を持たない光透過率が１００
頻に近い標準物質を収容した標準側試料室とを備え、測
定側および標準側の試料室に交互に単色光を入射させて
、標準側試料室の透過光（り丁これを参照光と記す）の
強）Ｗと測定側試料室の透過光（以Ｆこれを試料光と記
す）の強ＩＷとを光電子増幅管やフォトダイオード等の
検出器により交互に検出して′電気信号に変換し、試料
光強度と参照光強度との比（絶ズ・ｊ比もしくは対数比
）を求めて、吸光度として表示もしくは記録するもので
ある。

このようなル光東分光光度計の信号処理方式としては１
、最近では高精度が得られる点から、自動利得制御方式
のものが普及“しつつある。この自動利得制御方式の分
光光度針の従来製品の一例を第１図に示す。第１図にお
いて、測定側試料室１と標準側試料室２とが近接して配
置されており、光路切替用モータ３により回転せしめら
れるチョッパと称される光路切替装置４によってモノク
ロメータ等の光源５からの単色光６が交互に振り分けら
れて、測定側試料室１および標準側試料室２に交互に単
色光が入射される。これらの試料室】。

２を通過した光、すなわち試料光および参照元は光電変
換機能を有する検出器、例えば光電子増倍管７Ａに交互
に入射され、電気信号に変換される。

この″＃Ｓ電子増倍管７Ａの出力は、第１図中に模式的
に示すように、参照光強度に対応する信号Ｒと試料光強
度に対応する信号Ｓとが交互にあられれる信号となって
いる。なおその参照元強度信号Ｒと試料光強度信号Ｓと
の間は前記光路切替装置４により参照光および試料光の
両者が遮断された状態、すなわちダーク状態における低
レベルの信号りとなっている。このような光電子増倍管
７Ａの出力信号は、同期整流回路８に入力される。一方
前記光路切替装置４の動作に同期した信号が同期信号発
生器９から発生し、この同期信号が前記同期整流回路８
に力１えられる。しかして同期整流回路８は、前記同期
信号により制御されて、光電子増倍管７Ａからの信号を
試料光強度信号Ｓおよび参照光強度信号Ｒに分離してそ
れぞれ直流信号として出力する。なお第１図では特ｅζ
示していないが、（司萌整流回路８内においてはダーク
信号りも５）離され、前記試料光強度信号Ｓおよび参照
元強度信号Ｒからそのダーク信号りのレベルだけ走引か
れる。前Ｓｅ同期整流回路８からの試料ｙｆ：強ば信号
Ｓは王増幅６１０によって直流増幅され、表示またはｄ
己＠装置１１をてより表示もしくは６己録される。一方
同期整流回路８から分離出力された３照光強Ｊ蕉１に号
Ｒは１１１傳割側１回錯１２にＪＪｎえられ、この利得
制御回路１２は参照光強度Ｖこ応じて光Ｌ４ｆ、子増倍
１＃７Ａの利得を制御する。具体的には、参照元強度が
常に一定値を保つように光電子増倍・ｄ７Ａの陰極′市
、圧をフィードバック制御する。このように参照光強度
Ｒが一定に保たれることによって、同期整流回路８から
分離出力された試料光強度信号Ｓのレベルが試料光強度
Ｓと参照元強度Ｒとの比、すなわち測定試料の吸光度に
対応することになるから、表示または記録装置１１には
吸光度相当値が表示もしくは記録されることになる。

なお吸光度を対数表示したい場合には、前記増幅器１０
として対数増幅器を用い、試料光強度信号を直流的に対
数増幅すればその値が対数吸光度に対応することになる
。

上述のような従来の自動利（＃、制御方式のｆ′ｊＬ光
束分光束分計光度計常の波長定食を伴っての分光分析に
おいては高精度で測定可能であり、特に実用上支障を感
じることは少なかったが、高速液体ククマトグラフ用の
検知器として使用する場合にはｒ１４　、Ｍできるもの
ではなかった。すなわち、通常の分光発信では、波長と
吸光ＩＷとの対応関係が重要であり、一定波長での経過
時間と吸光度との関係は特に問題とならないのに対し、
高速液体クロマトグラフ用の検知器としての分光光度計
には、吸光度自体の測定精度が高いことが要求されるこ
とはもちろんであるが、それ以上に一定波長での経過時
間と吸光度との関係、すなわち時間に対する吸収パター
ンの精度が高いことが要求され、この要求に対しては第
１図に示される飽未の分光光度計では不充分であった。

この点についてさらに詳細に説明すると、通常の分光分
析では、いずれの波長においてどの程度吸光されたかを
知るべく波長を走査させて、波長に対する吸収パターン
を作成するのが通常であり、この場合波長に対する吸収
パターンが正確であることが要求され、このような用途
に対しては前記第１図の分光光度計ではいずれの波長に
おいても参照光強度を一定となすべく制御することによ
り波長に対する正確な吸収パターンを得ることができる
。これに対し高速液体クロマトグラフの場合、カラムか
ら流出する液体の流出過程における時間の経過に伴う吸
光度の変化のパターン、すなわち一定波長における経過
時間に対する吸収、＜ターンが極めて重要である。しか
るに第１図に示されるような従来の複光束分光光度計で
は、試料光強度信号Ｓが直流増幅されるため、温度変化
等に起因する増幅回路のドリフトや数ヘルツ程度の低周
波ノイズが時間の経過に伴う吸光度の変化のパターンに
影響を与え、正確な時間対吸光度パターンが得られなく
なる問題がある。

この発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、高速液
体クロマトグラフ用の検知器に適した分光光度計を提供
することを目的とするものでろる。

すなわちこの発明の分光光度計は、チョッパの如き光路
切替装置を、試料光および参照光を実質的に切れ目なく
交互に通過させる構成とし、またその場合の検出器の出
力は、高速液体クロマトグラフにおける測定の如く試料
の吸収が小さい場合には交流成分と直流成分との比が吸
光度に対応することに着目して、信号処理回路を、検出
器の交流成分と直流成分との比の値を求めてこれを吸光
度対応値として出力させるように構成したことを特徴と
するものである。

以下この発明の実施例について第２スリ丁の図面を参照
して詳細に説明する。

第２図はこの発明の分光光度計における光学系の一例を
示すものであり、例えば白色光源１３から出た白色光は
回折格子１４によって単色光となり、試料部１５に入射
せしめられる。この試料部１５には測定側試料室１およ
び標準側試料室２が互いに近接して設けられており、こ
れ試料室１゜２を透過した試料光および参照光は光路切
替装置としてのチョッパー１６を交互に通】１＆シて、
集光レンズを介し検出器例えば光電子増倍管７Ａに入射
され、市気信号に変換される。前記チョッパー１６は、
第３図に示すように軸心Ｏを中心として回転する円板状
に作られたものであり、その板面には、試料光通過用の
窓１７と同数の参照光通過用の窓Ｊ８とが交互に形成さ
れている。このチョッパー１６においては、その回転時
において参照光と試料光が切れ目なく交互に通過するよ
う、参照光通過用の窓】８と試料光通過用の窓１７０回
転方向端縁が実質的に同一半径線上に位置している。し
たがって光電子増倍管７Ａには試料光と参照光とが実質
的に切れ目なく入射されるから、その出力信号は参照光
強度信号Ｒと試料光強度信号Ｓとの間に前述のようなダ
ーク信号りが実質的に存在しないことになる。このよう
な光電子増倍管７Ａの出力波形の一例を第４図に示す。

第４図においてＶＲは参照光強度Ｒに対応する出力レベ
ルを示し、Ｖｓは試料光強度Ｓ　ｉｆｃ対応する出力レ
ベルを示す。

第５図にはこの発明の分光光度計に使用される電気回路
部分、すなわち前記光電子増倍管７Ａの出力を処理して
吸光度を求めるだめの信号処理回路２０の一例を示す。

第５図において、光電子増倍管７Ａの出力信号は前置増
幅器２１に加えられである程度増幅され、その前置増幅
器２１の出力は信号成分分離手段２２によシ直流成分す
なわち（ＶＲ十ｖｓ）／２の成分と交流成分すなわち（
ＶＲＶＳ）の成分に分離され、直流成分（ＶＲ＋ＶＳ　
）／２は利得調整器２３に加えられ、一方交流成分（ｖ
Ｒ−ｖ８）は主増幅器２４に加えられる。前記利得調整
器２３は、光電子増倍管７Ａの陰極電圧を制御して、前
記信号直流成分（ＶＲ十Ｖｓ）／２が一定に保たれるよ
うに光電子増倍管７Ａの利得を利ｊｌｌｌするものであ
る。この直流成分（ｖＲ＋ｖ６）／２は交流成分（ＶＲ
−Ｖ８）の基桑′醒圧に相当し、したがって前述のよう
に利得調整器２３によって直流成分が一定に’（ｊ！Ｉ
　Ｈされることにより、主増幅器２４に入力される交流
成分の基準電圧が一定に保たれることになる。その交流
成分（ｖＲ”ｓ）は前述のように主増幅器２４により交
流増幅されてから同期整流器２５に加えられる。同期整
流器２５は前記チョッパー１６に同期した信号を発生す
る同門信号発生回路２６からの同期信号により制御され
て、（ＶＲＶｓ）の交流成分を直流電圧に変換する。こ
の同期整流器２５の出力は記録計２７において記録され
る。

次に上述のような実施例の作用について説明する。

先ず物質の吸光は次の（１）式まだは（２）式によって
与えられる。

Ｉ＝１　１０−”’ 。　　　　　　　　　　　　・・（１）工０−　　　　
　　　　　・・・（２）ｌ　ｏ　ｇ　ｒ　　　’■ 但しここで工０は入射光強度、■は厚さ石なる物質を通
過した光の強度、Ｃは光を吸収する物質の濃度、εは吸
光係数である。

溶液の場合（１）　、　（２）式のＩ。とじて標準側試
料室２を通過した参照光の強度■８が相当し、■として
測定側試料室１を通過した試料光の強度■８が相当し、
したがって測定試料の吸光度りは ＶＲ Ｄ＝ｌｏｇ−・・・（３） ｓ で与えられる。■Ｊ　■ｓの値はＶＲ／ｖ６の値に相当
するから、 ＶＲ Ｄ二ｌｏｇ− ■Ｓ ＶＲ ＝ｌｏｇ− ５ （４）式を級数展開して次の（５）式が得られる。

・・・　（５） ここで高速液体クロマトグラフに適用する場合、試料に
よる光の吸収は小さく、通常は数チからせいぜい士数係
程度であるから、（ＶＲ−Ｖ８）の値は（ＶＲ十ＶＳ　
）に比較して可成小さく、したがって（５）式における
３乗以上の項は無視して支障ない。そこで（５）式の１
次の項のみを取出せば、が得られる。

（６）式において、（ＶＲ−■、）は前述のように光電
子増倍管７Ａの出力の交流成分に相当し、また（■□＋
”Ｓ）は直流成分の２倍に相当する。したがって光電子
増倍管７Ａの出力の交流成分と直流成分との比から吸光
度が求められることが明らかである。

第５図の例においては利得調整器２３により（ＶＲ＋”
８　）／２の成分（直流成分）が一定に保たれているか
ら、前記（６）式は定数をｋとして、Ｄ”’２１ｃ＋ｇ
ｅ（ＶＢ−Ｖｓ）　　ｋ　　　　・・・・”　（７）で
与えられる。すなわち交流成分（ｖＲ−ｖｓ）の値自体
が交流成分と直流成分との比の値に対応し、したがって
交流成分（、ＶＲ−ＶＳ　）の値自体が吸光度に対応す
ることになるから、記録計２７には吸光度対応値が記録
されることになる。

なお記録計２７に記録される信号は、主増幅器２４によ
って交流増幅きれかつ同期整流器２５によって整流され
た信号である。ここで交流増幅においては直流増幅の場
合の如くドリフトや低周波ノイズの影響を受けることな
く１０００〜１０．０００倍程度の高利得で増幅するこ
とができ、しだがって試料による吸収が小さい場合でも
ノイズやド、リフトに影響されることなく、経過時間に
対し正確な吸収パターンを得ることができる。したがっ
て試料による吸収が小さくへ高速液体クロマトグラフ用
の検知器に用いれば、極めて正確に行うことが可能とな
る。

なおまた、高速液体クロマトグラフ用の検知器として用
いる場合、試料部１５の測定側試料室１は測定試料が連
続的に流れる所謂フロースルータイブとするが、その他
の測定の場合にはバッチ式のセルにて測定しても良いこ
とは勿論である。

第６図には検出器としてフォトダイオード７Ｂを用いた
場合の信号処理手段２０の例を示す。なお第６図におい
て第５図に示される要素と同一の要素について（ｄ同一
の符号を附し、その説明は省略する。

フォトダイオード７Ｂを用いた場合においては、その利
得を調整することができないから、第６図に示すように
信号分離手段２２によって分離された後主増幅器２４で
交流増幅されかつ同１０１埜流器２５で整流された交流
成分（ＶＲ＝■ｓ）と、同じく信号分離手段２２によっ
て分離された後ｌｕ流増幅器２８で直流増幅された直流
成分（ＶＲ＋Ｖ、）／２とが割算器３０において比率演
算される。すなわち、前記（６）式の（ＶＲ”Ｓ　）／
（ＶＲ＋ｖ８）　ノ演算が割ａＳ３０において直接的に
なされる。しだがってこの場合も第５図の場合と同様に
吸光度に対応する値がａ己録計２７にｄ己録されること
になる。

第６図の分光光度計を液体クロマトグラフ用検知器に用
いた場合、前述のように試料による吸収が少なく、その
ため直流成分（ｖＲ十ｖ８）／２は交流成分（ＶＲ−Ｖ
Ｓ）と比較して相対的に大きい。したがって直流成分（
ＶＲ＋Ｖｓ）／２を直流増幅していてもそのドリフトや
ノイズによる影響はさほど大きくなく、一方交流成分（
ｖＲ−Ｖ８）については交流増幅するため本来ドリフト
やノイズの影響が少ない。したがってこの場合も最終的
な出力がドリフトやノイズの影響を受けることは少なく
、シたがってｌＥ確な時間−吸光度パターンを得ること
ができる。

第７図には検出器としてフォトダイオードアレイ７Ｃを
用い、多波長分光器とした場合の光学系の一例を示す。

この場合回折格子］４は試料部１５およびチョッパー１
６の後方に配置されており、光源１３からの光は、集光
鏡３１を経て各試料室１，２およびチョッパー１６の容
態】７゜１８を通過した後に回折格子１４により分光さ
れてフォトダイノードアレイ７Ｃに入射される。この場
合の電気的な信号処理は各チャンネルについてそれぞれ
第６図の場合と同様の回路で行うことができ、またこの
場合には各チャンネルの信号をコンピュータにメモリさ
せることにより高速同時測定が可能となる。

また上述のようにフォトダイオードアレイ７Ｃを用いて
多波長分光器として使用する場合、例えば第８図に示す
ようにフォトダイオードアレイ７Ｃの各チャンネル出力
端子７１．７１・・・と前置増幅器２１との間に切替ス
イッチ３２を設けて、フォトダイオードアレイ７Ｃの各
チャンネル出力を順次切替えて入力させれば、同一の信
号処理回路２０で各チャンネルの信号を処理でき、また
この場合各チャンネルにおける信号をコンピータ３３に
メモリーさせることが望ましい。第８図の回路によれば
、各チャンネルで光強度が変化しても割算器；３０で規
格化されるため各チャンネルにおける吸光度を正確に測
定することができる。すなわち、交流成分（■□−Ｖ、
）と直流成分（■。＋Ｖ、）との割算を行うことによっ
て、光強度の影響が除去されることになる。なお各チャ
ンネルの波長は、予め既知ザングルの測定を行うことに
容易に求めることができる。

以上の説明で明らかなようにこの発明の分光光度計は、
電気的な低周波ノイズやドリフトの影響が出力に表われ
るおそれが少なく、シたがって時間の経過に対する吸光
度の変化、すなわち時間−吸収パターンが極めて正確に
測定されるから、高速液体クロマトグラフ用の検知器に
最適なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の複光束分光光度計の一例を示すブロック
図、第２図はこの発明の複光束分光光度計における光学
系の一例を示す略解的な斜視図、第３図は第２図中に示
されるチョッパーの正面図、第４図はこの発明の複光束
分光光度計における検出器の出力波形を示す波形図、第
５図はこの発明の複光束分光光度計に使用される信号処
理回路の一例を示すだめのブロック図、Ｍ６図は前記信
号処理回路の他の例を示すだめのブロック図、第７図は
検出器として７オトダイオードアレイを用いた場合の光
学系の一例を示す略解的なボ［視図、第８図は検出器と
してノオトダイオードアレイを用いた場合の信号処理回
路の一例を示すブロック図である。 １・・・測定側試料室、２・・・標準側試料室、７Ａ・
・・光電子増倍管、７Ｂ・・・フォトダイオード、７Ｃ
・・・７オトダイオードアレイ、１６・・・光路切替装
置としてのチョッパー、２０・・・信号処理回路、２２
・・・信号成分分離手段、２３・・・利得調整器、２４
・・主増幅器、２５・・・同期整流器、２８・・・直流
増幅器、３０・・・割箕器。 出願人　日本分光工業株式会社 図面の浄書（内容に変更なし） 手　　　続　　　補　　　正　　　書　　（方式）昭和
５８年３月２４日 昭和５７年特許し第１６７０６８号 ２、発明の名称 複光束分光光度計 ３、補正をする者 事件どの関係　特許出願人 住　所　　東京都八丁子市石川町２９６７番地の５名　
称　　　日本分光工業株式会社 ４、代理人 住　　所　　東京都港区三田３丁目４苗１８号二葉ピル
８０３号　゛心話（４５３）　６５９４５、補正６令の
日付 昭和５８年２月２２日〈発送日） ６、補正の対象 代理彬を証明する書面および図面 ７、補正の内容 別組の通り委任状および図面の浄書（内容に圀更なし）
を添付でる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）測定側試料室を透過した試料光と標準側試料室を
   透過した参照光を交ｑ−に切替える光路切替装置と、前
   記試料光の強度および参照光の強度を検出する検出器と
   、その検出器の出力信号を処理して測定側試料室内の試
   料の吸光度を求める信号処理回路とからなる複光束分光
   光度計において、前記光路切替装置は、試料光および参
   照光を実質的に切れ目なく交〃に通過させる構成とされ
   、かつ前記信号処理回路が、前記検出器の出力の交流成
   分と直流成分との比を求めてその比の値を吸光度として
   出力するように構成されたことを特徴とする複光束分光
   光度計。 ｆ２）　　Ａｉｌ　ｆｔ己検出器として光′重子増倍管
   が用いられ、また前記信号処理回路が、前記光電子増倍
   管の出力から分離された直流成分を一定に保つべく光電
   子増幅管の利得を調整する利得調整器と、光電子増幅管
   の出力から分離された交流成分のみを交流増幅する主増
   幅器と、その主増幅器の出力を前記光路切換装置の動作
   に同期して整流する同期整流器とを有する構成とされ、
   Ａｉ前記光市、子増倍管の出力の直流成分を一定に作つ
   ことにより交流成分の大きさ自体が交流成分とＦＭ　＜
   ＋Ｉｒ、成分との比に対応するようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記１伐の複光束分光光度計。 （３）　　前記検出器としてフォトダイオードが用いら
   れ、また前記信号処理回路が、前記フォトダイオードの
   出力から分離され／こ交流成分を交流増幅する主増幅器
   と、その主増幅器の出力を前記切替装置の動作に同期し
   て整流する同期整流１器と、前記フォトダイオードの出
   力から分離された直流成分を増幅する直流増幅器と、目
   ｆｆ記同期整流回路の出力と前記直流増幅器の出力との
   比を求める割算器とを有する構成とされている特許請求
   の範囲第１項紀ｌａの複光束分光光度計。