JPS6020021Y2 - 多波長光度計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は光度計に係り、特に、液体クロマトグラフ等の
検出器として用いるに好適な三波長同時測定機能を備え
た多波長光度計に係る。

従来のアミノ酸分析計の検出器として採用されていた光
度計は、フィルタ方式の光度計で、４４０閣の干渉フィ
ルタと５７０７７１１１１の干渉フィルタを使用腰フロ
ーセルを２組使用していたので、光源ランプが共通な他
は、光度計を２台使っているのと同じで高価であった。

またフローセルを２組使用するので、２組目のフローセ
ルを通るときには、１組目のフローセルおよび２組目の
フローセルへの接続パイプ内の乱流のため分離が低下す
る欠点があった。

このため１組のフローセルを入射スリット側に入れ、凹
面回折格子により分散したスペクトルを測光する方法が
考えられたが波長により光源のエネルギーおよび受光素
子の波長による感度差があり、これらが相乗して全体と
して光電流に相当の差があり、とくに短波側では光電流
が少なく、このためＳＮ比が悪くなりノイズやドリフト
の原因となり、高感度化ができず、また信号レベルが異
るため回路を複雑で高価であった。

本考案の目的は、各受光素子の光電流をほぼ同じにして
前記の欠点を無くすことにある。

本考案は、各ホトダイオードで得られる各波長毎の光電
流をそれぞれほぼ等しくするために、各ホトダイオード
における凹面回折格子からの光の有効面積を変化させて
いる。

たとえば、ローランド円上の出射スリットの窓の大きさ
を変え、あるいはローランド円上のフォトダイオードア
レイ上のフォトダイオードの大きさを変えて、各波長毎
の光電流を所望の光電流にするものである。

本考案の望ましい実施例では、ローランド円上に配され
た複数個のホトダイオードを試料光測定用と標準光測定
用とに分け、試料光測定用には、ホトダイオードと負荷
抵抗を接続しこの中点をオペアンプの反転入力側に入れ
、該負荷抵抗の他端をパリオームの中点に接続する。

該パリオームの一端は該オペアンプの出力端に接続され
他端は抵抗を介して接地される。

標準光測定用には、ホトダイオードと負荷抵抗を接続し
この中点をオペアンプの反転入力側に入れ、該負荷抵抗
の他端を該オペアンプの出力端に接続する。

複数のＬｏｇ９換器を設は各Ｌｏｇ変換器の試料側入力
端には試料光測定用の該オペアンプの出力端が接続され
、該各Ｌｏｇ変換器の標準側入力端には、標準光測定用
の該オペアンプの出力端子がそれぞれ接続され、簡単な
回路構成によりノイズの少い吸光度出力が多波長につい
て常時出力される。

第１図は、従来の光度計の光学系統図である。

光源１の光はレンズ２で集光され、フローセル３、入射
スリット４を通り凹面回折格子５に入射する。

凹面回折格子５で反射された光はスペクトルとなってロ
ーランド円上に結像する。

ローランド円上には出射スリット７がありその後方にフ
ォトダイオード８ａ〜８ｃがあり光電変換される。

６ａ〜６ｃは単色光を意味する。

スリット７には第２図で示す如くスペクトル６上に同一
大きさのスリット７ａ〜７Ｃがある。

第７図は第１図のための電気系統図である。

ホトダイオード８ａの試料側光電流は抵抗Ｒ１で電圧に
変換され可変抵抗ＶＲｌで電圧増巾される。

オペアンプＩＣｌの出力はＬｏｇ変換器１０の試料側入
力端Ｓに接続される。

ホトダイオード８ｂについても同様である。

一方、ホトダイオード８Ｃの標準測光電流は抵抗Ｒ３に
よって電圧に変換され可変抵抗ＶＲ３によって電圧増巾
される。

オペアンプＩＣ３の出力はオペアンプＩＣ４，ＩＣ５・
・・に接続され可変抵抗ＶＲ４で電圧増巾され、ＩＣ４
の出力がＬｏｇ変換器１０の標準側入力端Ｒに接続され
る。

Ｌｏｇ変換器１０は入力電圧ＳおよびＲの吸光度差をと
り、出力端１１へ出力される。

出力端１１の電圧は例えば多ペン記録計１４で記録され
、同一試料を各波長で同時に記録分析する。

今ホトダイオード８ａ〜８Ｃには第６図に示す如き光電
流が得られる。

これは光源のエネルギー特性、ホトダイオードの分光感
度により決まるもので波長の選び方によっては用倍以上
もの差がある。

そのためにエネルギーの少ない短波長側では光電流が小
さく、ＳＮ比が悪くなり、ノイズが大きくなる欠点があ
る。

さらに抵抗Ｒ１を大な抵抗値とするとオペランプＩＣ１
のオフセット電流の小さい高価なオペアンプを必要とす
るし、さらに抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３との値がＷ倍も違うと
抵抗器の温度係数も同一のものが入手できなくなる。

例えば炭素皮膜固定抵抗はＩＭΩでは一１０□□□／℃
であり１ＯＮ４Ωでは一３００ｐｐｍ／’Ｃであり、こ
の差は一２００ｐ！／’Ｃである。

これは光度計の感度をｏ、ｏｏｍ光度フルスケールで測
定し、室温がＩＣｆＣ変化したとすると、フルスケール
の８７％も変ることになる。

（注１ ） ２００ｐｐｌＴｌ／℃＝−２０００ｐｐｌ
Ｔｌ／ １０℃＝ −０，００４／１０°Ｃ （注２ ） Ａｂｓ ＝ −］ｏｇＴ Ａｂｓ ：吸光
度Ｔ：透過度 ０００１ ＝ −１０ｇ０．９９７７ ０．００２ ０．００２ （注３）１−０．９９７７ ０．００２３””８７つま
り記録計に吸光度０〜０．００２の感度で記録したとき
に室温の変化だけでベースラインが８７％を変ることに
なりクロマトグラムを記録できなくなる。

これではたとえノイズをｌＸｌ０−５（吸光度単位）に
しても上記の如く温度ドリフトが大きな割合を占め実際
には感度向上には役立たず感度を１桁下げた吸光度０〜
０．０２の感度で記録することしかできない欠点を有す
る。

また各波長毎の光電流が異るため、Ｌｏｇ変換器１０に
入る試料側電圧と標準側電圧とが揃わない。

このために各Ｌｏｇ９換器１０，１２の試料側電圧に標
準側電圧を揃えるためにオペアンプＩＣ４。

ＩＣ５が用いられる。

それ故、回路が複雑になりノイズの原因になっていた。

ここで炭素皮膜固定抵抗器の温度係数は、どの抵抗値で
も同一でなく、それは製造側サイズで決められるもので
、使用者が温度係数を指定して入手できるものではない
。

また抵抗値が２倍程度の差であれば温度係数差もほぼ同
一のものが得られ、その差が例えば上述の例の０分の１
の一２００ｐｐｍ／℃であれば出力の変化もまた０分の
１の＆７％／２０℃となるのは当然である。

第７図において、記録計１４には出力端子１１および１
３からの信号が送られ、クロマトグラム１５および１６
が描かれる。

図中Ｇは例えばグルタミン酸を示し、Ｐは例えばプロリ
ンを示す。

第３図はローランド円上に配する出射スリットの実施例
である。

出射スリット板７′上にスペクトル６があり、スペクト
ル６の中心部にスリット１１，１□、１３を設ける。

これらのスリットの間隙は皆異なり、第６図の分光感度
曲線から毎波長光のフォトダイオード８ａｖ ８ｂｙ
８ｃの光電流が所望の光電流になるように間隙を決める
。

この間隙はフオトダイオ−ドの受光面をはみ出ない限り
スリット間隙と光電流は比列するから容易に決められる
。

またスリット板７′は第２図におけるスリット７と工作
上の単価は変らない。

これはスリット７′ａ、７′ｂ＊ ７’ｃを写真蝕刻
で形成するためである。

第８図は電気制御系の実施例である。

ホトダイオード８ａ、８ｂの電流電圧変換は第７図と同
様である。

ホトダイオード８Ｃの標準側の光電流は抵抗Ｒ３で電圧
に変換される。

この出力がそのままＬｏｇ変換器１０．１２の標準側入
力端Ｒに接続される。

可変抵抗ＶＲｌおよびＶＨ２はほぼ中央で使用される。

第８図の回路ではオペアンプＩＣｌ〜ＩＣ３の出力電圧
が同じになるようにスリット７′を作ったのであるから
Ｌｏｇ変換器の試料側入力電圧と標準側入力電圧ももち
ろん同じである。

従って （ａ） 光電流を所望の値にすることができる。

（ｂ） 抵抗Ｒ１〜Ｒ３の値をほぼ同じにできるので
抵抗の温度係数の差による温度ドリフトがなく高感度測
定ができる。

（Ｃ） 回路が簡単になるためノイズが小さくなり高
感度測定ができる。

（ｄ） 回路が簡単になり故障原因を少なくすること
ができる。

（ｅ） 光’に流が少いところはスリットを広げて光
電流を多く流せるからＳＮ比の向上がはかられノイズが
少なくなる。

等の効果がある。

スリット巾を広げたことについて説明したが、スリット
巾も測定する対象物質によって決る。

第５図はアミノ酸とニンヒドリンとの反応生成物の吸光
度−波長特性図である。

アミノ酸分析計には一般に５７０１ｍと４４０ｎｍの二
つの波長が使われていた。

一般のアミノ酸は５７０１ｍで測定したプロリンは４４
０ｎｍで測定し、波長の選択には干渉フィルタが使われ
た。

干渉フィルムの特性は、普通透過率が３０％程度半値巾
（透過率が最大値の半分のところの前後の波長差）が２
０１ｍ程度であった。

しかし、凹面回折格子を使用した分光器は一般に波長巾
を’ｌｎｍ前後で使用していたが前述の説明の如くアミ
ノ酸分析計では分光器の波長純度を２０ｎｍにしても何
ら支障をきたさない。

第５図に示す如くアミン酸のグリシン５１の吸光度の半
値巾は約１２０ｎｍあり分光器の純度２０１ｍの方がは
るかに小さく測定には何ら支障がない。

またプロリン５２については第５図に点線で示す如く特
別に波長特性をもっておらず、これも波長純度が２０１
ｍ程度であっても何ら支障がない。

以上の通り、スリット巾を２ｒ１ｍ〜２０ｎｍまで変え
ても何ら支障が無いことがわかる。

従ってスリット巾をこの範囲内で自由に変えても測定に
は何ら支障がない。

第４図は、本考案の他の実施例を示すもので、第３図と
異るのは、第３図ではローランド円上にスリットを配し
たのに対して、本実施例はローランド円上にシリコンフ
ォトダイオードアレイ９を配し、シリコンフォトダイオ
ード９ａ、 ９ｂ、 ９Ｃの大きさを変え、所望の
光電流を得るものである。

その効果は上述した通りであるが、さらに部品件数が少
くなり価格、保守、信頼性の面でも改善される。

本考案によれば、シリコンフォトダイオードの光電流を
所望の光電流にすることができ、さらに電気系が簡単に
なり、ノイズの少ない、かつ温度ドリフトの少い吸光度
出力が得られ、液体クロマトグラフの高感度検出器とし
使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学系統図、第２図は従来のスリットの説明図
、第３図は考案に基づくスリットの説明図、第４図は本
考案に基づく応用例の説明図、第５図はアミノ酸の発色
特性を示す図、第６図は分光感度曲線図、第７図は従来
の電気回路の説明図、第８図は本考案に基づく電気回路
の説明図である。 １・・・・・・光源、３・・・・・・フローセル、４・
・・・・・入射スリット、５・・・・・・凹面回折格子
、７，７′・・・・・・出射スリット板、７ ａ？
７ ｂ？ ７ ｃ””スリット、７′ａ、７′ｂ、７
′ｃ・・・・・・スリット、８ａ、８ｂ、８ｃ・・・・
・・フォトダイオード、９・・・・・・シリコンフォト
ダイオードアレイ、９ａｖ ９ｂｔ ９ｃ・・・・
・・シリコンフォトダイオード。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 光源とフローセルと入射スリットと凹面回折格子を順に
   配置し、上記回折格子に対応するローランド円上に複数
   個の測定用のホトダイオードを配置し、各ホトダイオー
   ドからの信号を増幅する複数個の増幅器を有する多波長
   光度計において、上記各増幅器に入力される各ホトダイ
   オードからの信号レベルがほぼ等しくなるように上記各
   ホトダイオードに入射される上記回折格子からの光の有
   効面積を変化させるように構成した多波長光度計。