JPS61110035A - 測光分析用光学システム - 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】 〔発明の目的〕 区！よ１」υＬ丸」 本発明は、測光的分析測定装置゛、特に蛍光測定、吸収
測定、エキスティンクション、ネフェロメトリ、および
比濁的調定において用いるための、光学システムに関す
る。

灸象Δ１遵 蛍光測定においてはその分析されるべき試料が１次輻射
線によって励起されて蛍光輻射線を放出する。

この蛍光輻射線を可能な最も広い角度で捕集することが
一つの条件であり、これは適当な手段にによって達成し
なければならない。

その測定されるべき蛍光輻射線が励起用輻射線の部分と
重畳しないと言うことがもう一つの条件である。各輻射
線の経路は以下にあげる３つの方式のうちのいずれか一
つに従っている。

先ず第１にその励起用輻射線と蛍光輻射線とが同じ方向
を有するそれぞれの軸に沿って進行するものが知られて
いる。試料物質が励起されて蛍光を発した後にその励起
用輻射線は遮断フィルタによって阻止される。

第２の方式においては励起用輻射線の光軸と。

測定のために形成された蛍光輻射の方向とが互いに成る
角度をなしている。

第３の方式においては測定されるべき蛍光が励起用輻射
線に対して成る一定の傾斜角度で、その試料物質を入れ
たセルの入口窓の手前に存在する空間中に逆放射される
。

励起光をよりよく阻止するために上記第２および第３の
方式のものが好ましく用いられる。第１の方式のものを
用いる場合には遮断フィルタに特別な要求条件が置か九
る。励起輻射線の強度は蛍光輻射線強度よりも何倍も強
いので、そのフィルタは励起用輻射線を完全に吸収する
ことができ、そして固有の蛍光がないと言うことは別と
してもその蛍光輻射線に対して高い透過性を有していな
ければならない。

これらの条件は多くの場合に互いに最適には満たされな
いので、この第１の方式のものは輻射線出力の損失を含
む、従って吸収測定や蛍光測定をその輻射線に与えられ
た通路を辿って実施すると言う要求条件は蛍光測定の場
合に低い出力でしか満足することができない。

物質の濁りの度合は非常にしばしばその濁りをもたらす
光散乱性の粒子の濃度の決定に用いられる。濁度の測定
は一般に比濁法またはネフエロメトリ法によって行なわ
れる。

前者の場合には濁った溶液の有効な吸収減衰量が測定さ
れるが、この場合に測定光の光束がその物質を通過した
ときの損失は吸収によるよりは光の散乱によってもたら
される。ネフェロメトリによる測定の場合には散乱され
た光の強度が直接測定されて例えば濃度値の決定等に用
いられる。これら両方の調定系の公知の光学システムは
、その光集中系の各光軸がエキスティンクションおよび
温度測定に適合した測定装置においてそのキューペット
の手前と後とでそれぞれ一致すると言うことにおいて互
いに異なっているけれども、ネフエロメトリの測定に適
した測定装置においてはそれら軸は成る一定の角度をな
している。従ってエキスティンクション、比濁法および
ネフェロメトリの測定に適したそれぞれの測定装置は多
くの場合に交換可能な異なった光集中用光学系を備えて
いる。

このような交換可能な光学系の使用には費用と材料との
高い出費が含まれると言うことは自明である。

これら公知の技術手段のもう一つの欠点は、散乱輻射線
を捕集する光学系の開口数が比較的低くて励起光線の方
向に対してほんの僅かしか傾斜していない散乱輻射線を
捕集するのに適していないと言うことである。この方向
には特に強い散乱輻射線がその分析操作のために失われ
るのでその分析されるべき試料物質の層の厚さおよび／
または容積をこれら装置のシステムによっては低下させ
ることができない。

ａが　　しよ　と　るＬＩ！ｒ 本発明の目的の一つは上述の諸欠点を除くことである。

本発明のもう一つの目的は吸収、蛍光、ネフェロメトリ
および比濁法による各測定において強度を上昇させるこ
とを許容し、および／またはその蛍光輻射線中に含まれ
る励起用輻射線またはその輻射線検出手段の上に入射す
る散乱輻射線を減少させることを許容するような光学シ
ステムを提供することである。

本発明の更にもう一つの目的は、共通の光軸を有する幾
つかの光学的構成部分よりなるシステムであって吸収測
定のみならず蛍光、エキスティンクション、ネフェロメ
トリ法および比濁法の測定にも適しており且つ蛍光測定
の場合にはその蛍光輻射線から励起の後で再び蛍光励起
のために分離される励起輻射線を放出するようなシステ
ムを提供することである。

本発明の更に別な目的は、散乱輻射線を捕集する系の開
口が励起用輻射線に対して僅かしか傾斜していないよう
な散乱輻射線の部分をも捕集するように拡大されている
光学システムを提供することである。

〔発明の構成〕

シ題点を　決するための 本発明に従えば、８Ｉ光分析測定器機用の、特にその分
析されるべき試料の上に単色輻射線が指向されてそれに
より生じた測定強度の輻射線を検出手段へ指向させるよ
うな、蛍光測定または吸収測定、エキスティンクション
ネフェロメトリまたは比濁的測定において用いる種々の
器機のための光学システムにおいて、光学的結像系がそ
の分析されるべき試料と上記検出手段との間に配置され
ていることを特徴とする光学システムを提供することで
ある。上記光学的結像系は単色輻射線束の開口角よりも
大きな開口を有している。上記光学的結像系に隣接して
、輻射線の通路内に挿入し、またはこの通路から引き外
すの適した光学要素が設けられている。この光学要素は
これが光路内に挿入されたときに、測定情報を含まない
輻射線部分を除く役目をする。好ましくはこの光学要素
は。

蛍光測定に用いる場合に結像反射鏡であってその反射面
が分析されるべき試料に向い合っているのがよい、上記
結像反射鏡はその分析されるべき試料を自身の中に結像
する。

試料物質を励起して蛍光を発生させるのに用いる単色輻
射線に長波長側の波長限界が設定されているときは、上
記光学的結像系の材質がその単色輻射線を吸収するもの
であるならば有利である。

ネフェロメトリ劇定の場合には輻射線の通路内に上記光
学的結像系に隣接して吸収部材が挿入される。単色輻射
線束の開口に適合している上記吸収部材は上記光学的結
像系の中央範囲をカバーして試料物質を通過してそれに
よって弱められる光束を吸収する。

エキスティンクション測定または比濁的調定の場合には
、その光学的結像系に隣接してその輻射線通路内に吸収
部材が挿入して設けられる。この吸収部材は試料物質を
通過してこれにより弱められた輻射線に対する透過範囲
を有している。この吸収部材は散乱輻射線を阻止する。

もう一つの有利な態様においてその光学的結像系に転向
用部材が組み合わされており、このものは試料物質を通
過することによって弱められた輻射線を転向させてこれ
を更に処理するか、または処理することなく消滅させる
。或はまたこの転向部材は散乱輻射線を更に処理するた
めに転向させる。

その光学的結像系内に成る開口を設けてこれが試料物質
を通過した後の輻射線を通過させて更に処理するように
するかまたは消滅させるようにし。

そして光学的結像系の軸を単色輻射線束に対して傾斜さ
せるようにするのも有利である。

務五 本発明によって励起用輻射線は、散乱輻射線の種々の部
分および試料物質を通過して弱められた散乱光線を高い
割合で分離すると言うことはさておいても、単純な遮蔽
操作によって励起光輻射線が蛍光輻射線と分離される。

この、光学的結像系内またはその近傍において行なわれ
る分離により。

試料物質を直接通過する輻射線に対して僅かに傾斜した
散乱輻射線もネフエロメトリ測定の場合にその測定過程
に貢献する。散乱効果は層の厚さに依存し、また従って
散乱輻射線は成る限度内で試料層の厚さに比例するので
、本発明によ九ば特にその測定過程の種類によってはそ
の分析されるべき試料の厚さを低下させることができる
。

これは蛍光測定に対しても、その励起用輻射線が２倍も
利用されるために当てはまる。従って本発明の技術手段
は特に例えばその分析されるべき試料が板状セル中で平
面的に分布して配置されているような場合の薄い層に対
して適している。

１庭涯 以下本発明の理解をより容易にするために１本発明の４
つの具体例を表わす添付の図面の参照のもとに説明する
。

第１，２および３図においては輻射線源１から輻射線束
２が放出され、これは第２レンズ７によってフィールド
開口４を通してモノクロメータ５八指向される１作り出
された単色輻射線６は第２レンズ７によって試料載置台
８の中に配置された試料９の上へ投射される。試料載置
台８に後続して前述の各種光学部材に対して光学的な整
列のもとに光学要素（第１図の１８）、光学的結像系１
０および輻射線検出手段１１　が設けら九ている。光学
要素１８は第１図においては凹面反射鏡であってこれは
単色輻射線束６から開先矢印Ａで示すように引き離すこ
とができる。この光学部＄　１８はその分析されるべき
試料についての情報を含んでいない輻射線６の部分を阻
止する役目をする。光学的結像系ｌＯはフレネルレンズ
よりなり、そして車色輻射線束６よりも大きな開口を有
している。

第１図においては試料物質９は単色輻射線６によって励
起されて蛍光輻射線を放出するが１反射鏡１８へ入射す
るその輻射エネルギーの部分は試料９へ反射して戻され
、そのようにしてその蛍光輻射線の強度を高める。凹面
反射鏡１８の傍を通る蛍光輻射線は比較的広い空間角度
で結像系ｌＯによって捕集され、そしてこれによって輻
射線検出手段１１の上に結像される。凹面反射鏡１８が
開先矢印Ａで示される方向に変位させることによって除
かれたときは全システムが吸収システムとして作動する
。

励起用輻射線の波長が対応的に適合化される必要がある
ことは自明である。更にまた光学的結像系ｌＯがレンズ
または組合せレンズでできている代りに反射鏡でできて
いることも可能である。

蛍光測定のみを行なう場合には結像系内の凹面反射＠　
Ｉａを取外しできないように設けることも可能である。

励起用輻射線に長波長久レスホールドが設定されている
ときはこの励起用輻射線が完全に吸収されるように結像
系１０の材質を選ぶことも可能である。この場合にこの
結像系１０は広角の開口を保証することに加えて遮断フ
ィルタとしての役目をも有する。

第２および第３図においては試料９を通過した単色輻射
線６は直接の輻射線部分１２と散乱輻射線部分１３とを
生ずる。ネフェロメトリの測定のために光線遮蔽部材１
４が設けられていてこれが第１輻射腺部分１２を吸収し
て第２の、側方部を通過する輻射線部分１３を検出手段
１１へ通過させるが、エキスティンクション測定および
比濁的認定のためにはこの挿入可能部材は環状光線遮蔽
手段１５よりなり、これは第１輻射線部分１２を透過さ
せて第２の散乱輻射線部分１３を遮断する。

これらの光遮断手段１４および１５を、光学的結像系ｌ
Ｏに後続して、またはこれが組合せレンズよりなるとき
はこのものの中に挿入することができるような如何なる
適当なフィルタと置き換えることも可能である。

第４図には更に別な具体例が示さ九でおり、この場合に
第１輻射線部分１２は転向用反射鏡１６によって転向さ
れて第２検出手段１７の上に入射する。

この態様も以上に述べた全ての種類の測定において検出
手段１１　が（第２）散乱輻射線部分１３を、そして検
出手段１７が第１輻射線部分１２を受は取ることを許容
する。

この転向反射鏡を（第２）散乱輻射線部分１３が転向さ
れて第１輻射線部分１２が検出手段１１によって検出さ
れるように具体化することも可能である。

本発明は以上の具体例のみに限定されるものではない。

礼フェロメトリの測定だけを対象とする場合に結像系ｌ
Ｏの中央部分を恒久的に半透明にしておくことも可能で
ある。

第１輻射線部分１２を（第２）散乱輻射線部分１３と明
確に分離するために開口を備えた結像系１０を備えるこ
とも可能である。第１輻射線部分１２は次に更に光学処
理されるか、又は消去される。光学的結像系１０の＠　
Ｘ−Ｘを追加的に単色輻射線束６の光＃　ＸＬ−Ｘ工に
対して傾斜させることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１ないし第４図は本発明に従う光学システムのそれぞ
れ別な具体例を図式的に示す。 １・・・輻射線源　　　２・・・輻射線束３．７・・・
レンズ　　４・・・フィールド開口５・・・モノクロメ
ータ ６・・・単色輻射線　　８・・・試料載置台９・・・試
料　　　　　ｌＯ・・・光学的結像系１１．１７・・・
検出手段　１２・・・第１輻射線部分１３・・・第２輻
射線部分 １４．１５・・・光遮断手段 １６・・・転向反射＃ｔ　　１８・・・光学要素手続？
ｒ目正書（出光） 昭和６０年１１月２５日

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）中でも蛍光、吸収、エキスティンクション、ネフ
   ェロメトリおよび比濁の測定に用いるための、試料物質
   分析用の測光的装置における光学システムにおいて、 光放射系と、 （この光放射系は単色輻射線束を放射し、この単色輻射
   線はフィールド開口を有して光軸に沿って進む） レンズと、 分析されるべき試料物質と、 （この試料物質は試料載置台に配置されている） 光学的結像系と、 検出手段と、 （但し上記レンズ、上記試料物質、上記光学的結像系、
   および上記検出手段は実質的に上記光軸に沿って相互に
   光学的に整列して配置されいおり、上記光学的結像系は
   フィールド開口よりも大きな開口を有しており、上記単
   色輻射線は上記試料物質の上に焦点合わせされて試料物
   質輻射線を作り出し、この試料物質輻射線は上記試料物
   質の諸測定情報を含む第１の輻射線部分と測定情報を含
   まない第２の輻射線部分とから構成されており、上記第
   １輻射線部分は上記光学的結像系を介して評価のために
   上記検出手段の上に結像される） および上記光学的結像系に隣接して上記光軸の回りに配
   置された光学要素と （但しこの光学要素は上記光学システムから上記光軸に
   対して直角に引き離すことができ、そしてこの光学要素
   は上記光学的結像系の一部をカバーする） よりなる、上記光学システム。
2. （２）上記光学要素が上記第２輻射線部分を保持する役
   目をする、特許請求の範囲第１項記載の光学システム。
3. （３）蛍光エキスティンクションのために、上記光学要
   素がその反射面を上記分析されるべき試料物質に対向さ
   せていて上記試料物質をその上に結像させる結像反射鏡
   である、特許請求の範囲第２項記載の光学システム。
4. （４）上記光学要素が、蛍光励起用に用いる単色輻射線
   に長波長側限界値が設定されている場合に上記単色輻射
   線を吸収するための吸収性物質でできている、特許請求
   の範囲第３項記載の光学システム。
5. （５）ネフェロメトリ的測定に用いる場合に上記光学要
   素が上記光学的結像系の中心部をカバーし且つ上記フィ
   ールド開口に適合し、そして上記第２輻射線部分は上記
   試料物質を直接通過してこれによって弱められ、上記光
   学要素が上記第２輻射部分の吸収に用いられる、特許請
   求の範囲第２項記載の光学システム。
6. （６）エキスティンクションおよび比濁のための測定の
   場合に上記第１輻射線部分が上記試料物質を通過するこ
   とによって弱められた輻射線であり、そして上記第２輻
   射線部分が散乱輻射線であって上記光学要素がこの散乱
   輻射線を吸収するに適しており且つ上記第１輻射線部分
   に対する透過範囲を有している、特許請求の範囲第２項
   記載の光学システム。
7. （７）上記光学要素が上記光学的結像系と上記検出手段
   との間に上記光軸の回りに配置されており、但し上記光
   学要素は上記光学的結像系に向い合っていて上記光軸に
   対して傾斜した反射面を有し、そして上記光学要素は上
   記第１輻射線部分と上記第２輻射線部分とをそれぞれ転
   向させる役目をする、 特許請求の範囲第１項記載の光学システム。
8. （８）上記検出手段から離れたところに上記第１輻射線
   部分を評価するためのもう一つの検出手段が上記光学要
   素との光学的整列のもとに設けられている、特許請求の
   範囲第７項記載の光学システム。