JPS62157537A - 分光光度計における信号処理方法 - 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】 産業上の利用分野 この発明は各種試料の吸光度（対数吸光度もしくは絶対
吸光度）を測定するための分光光度計に関し、特に液体
クロマトグラフィーにおける分光光度計の如く、波長走
査を行なわず、参照信号の変動が試料信号の変動に対し
て格段に緩やかな分光光度肝における信号処理方法に関
するもので必る。

従来の技術 従来の分光光度計としては、次のようなものが一般的で
ある。すなわち、光源からの白色光を回折格子等の分光
器により分光して所定波長域の単色光とし、これをビー
ムスプリッタ等によって試料光束と参照光束とに分け、
試料光束を測定対象となる試料が収容もしくは流通され
る試料室に入射させるとともに、試料を入れない状態の
試料室と同等の吸収率の参照室に参照光束を入射させ、
試料室を透過した試料光束と参照室を透過した参照光束
を光電子増倍管等からなる同一の検出器に交互に逐次入
射させるかあるいは別の検出器にそれぞれ別に入射させ
て、試料光強度および参照光強度を検出し、試料光強度
に相当する試料番号および参照光強度に相当する参照信
号を交互に信号処理回路に入ツクさせ、それらの信号の
対数比あるいは絶対比を求めて対数吸光度おるいは絶対
吸光度を出力させる。

ここで、従来の分光光度計における信＠処理回路に対す
る試料信号および参照信号の取入れは、第８図に示すよ
うに試料信号Ｓの１回の取入れ時間ｔｓと参照信号Ｒの
１回の取入れ時間ｔＲとが同じとなるように等間隔で行
なわれている。

なお信号処理回路において試料信号と参照信号との比（
対数比）を求める具体的手法としては種々の型式のもの
がおるが、信号が弱い場合には同期整流方式がもつとも
有利とされている。

発明が解決すべき問題点 前述のような分光光度計は、従来から高速液体クロマト
グラフィーにも広く用いられているが、高速液体クロマ
トグラフィーにおいては同一波長域の光に対する吸光度
の経時変化をクロマトグラフィーとじて求めることが必
要であり、波長走査は行なわない。このような高速液体
クロマトグラフィーにおいて高精度のクロマトグラフ分
析を行なうためには、試料信号成分のＳ／Ｎ比を高める
ことが必要であり、そのため試料信号の１回の取入れあ
たりの時間幅を長くすることが望ましい。

しかしながら従来の分光光度計においては、前）ホのよ
うに試料信号の１回の取入れ時間と参照信号の１回の取
入れ時間は相等しいため、試料信号の１回の取入れ時間
を長゛クシようとすれば、−定時間内における試料信号
の取入れ頻度が少なくなり、そのため高速液体クロマト
グラフィーの場合、経時的に変化する試料の吸光度変化
に対する追従性が悪くなり、そのため逆に高精度のクロ
マトグラフ分析が困難となってしまう問題が生じる。

この発明は以上のような事情に鑑みてなされたもので、
特に高速液体クロマトグラフィーの分光光度計の如く、
波長走査を行なわない分光光度計において、試料の経時
的吸光度変化に対する追従性を低下させることなく、試
料信号成分のＳ／Ｎ比を向上させて、高精度の分析を行
ない得るようにした分光光度計における信号処理方法を
提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 前述のように高速液体クロマトグラフィーの分光光度計
においては、波長走査は行なわず、一定の波長域で検出
を行なう（但し、後述する実施例で示すように多素子検
出器を用いて、同時に多波長での検出を行なうことはあ
る）。この場合、波長走査を行なう場合に比較して参照
信号の変動は格段に緩やかであり、試料の吸光度変化に
よる試料信号成分の変動と比較しても参照信号の変動は
格段に緩やかである。このことは、高速液体クロマトグ
ラフィーの分光光度計では参照信号の取入れ時間を短く
しても分析精度への影響が少ないことを意味する。そこ
でこの発明では、信＠処理回路に対する試料信号の１回
の取入れ時間を参照信号の１回の取入れ時間よりも短く
した不均一サンプリングを行なうようになし、しかもそ
のような不均一サンプリングに適しかつ構成も簡単とな
るサンプルホールド方式を信号処理回路に適用すること
としたのである。

具体的には、この発明は、試料室を透過した光の強度に
対応する試料信号と参照室を透過した光の強度に対応す
る参照信号とを交互に信号処理回路に取入れ、その信＠
処理回路において試料信号と参照信号との対数比もしく
は絶対比を求めるよ′うにした分光光度計において、信
＠処理回路に対する試料信号および参照信号の取入れを
、１回の試料信号の取入れ時間が１回の参照信号取入れ
時間より長くなるように制御し、かつ信号処理回路内に
おいて試料信号および参照信号をそれぞれサンプルホー
ルドしてからそれらの信号の対数比もしくは絶対比を求
めることを特徴とするものである。

作　　用 この発明の方法においては：前述のように信号処理回路
に対する試料信号の１回の取入れ時間を参照信号の１回
の取入れ時間よりも長くしている。

例えば信号の取入れサイクルを４０Ｈ７（シたがって周
期は２５ｍ５ｅＣ）とし、試料信号Ｓの取入れ時間ｔｓ
を参照信号Ｒの取入れ時間ｔＲの４倍とした場合の取入
れ信号波形の例を第１図に示す。この場合試料信号Ｓの
１回の取入れ時間ｔｓは２０ＩＩＩＳｅＣ１参照信＠Ｒ
の１回の取入れ時間ｔＲは５ｍ５ｅｃとなる。

このようにして不均一にサンプリングされた試料信号Ｓ
および参照信号Ｒは、信号処理回路内においてそれぞれ
サンプルホールドされ、必要に応じて対数値に変換して
互いの比が算出される。

上述のように試料信号Ｓの取入れ時間を長くしかつサン
プルホールドされて得られる試料信号は、ノイズの影響
が小さくなり、その結果試料信号成分についてのＳ／Ｎ
比が改善され、高精度の分析が可能となる。

解方参照信号Ｒはその取入れ時間が短くなるが、既に述
べたように波長走査を行なわない高速液体クロマトグラ
フィーの分光光度計などにおいては参照信号Ｒの変動は
緩やかであり、したがって参照信号Ｒの取入れ時間が短
くても分析精度の低下は特にもたらさない。但しこの場
合信号処理回路内における参照信号のザンブルホールド
時間は、。

取入れ時間とは逆に試料信号よりも長くすることが望ま
しく、このようにすることによって参照信号のＳ／Ｎ比
が改善される。

なお上述のように不均一サンプリングを行なえば、試料
光取入れ頻度は特に少なくならないから、試料の経時的
吸光度変化による試料信号の変化に対する追従性は特に
低下しない。

実施例 第２図に、試料信号と参照信号°を交番的に逐次検出す
る方式の分光光度計においてこの発明の信号処理方法を
適用する場合の分光光度計の光学系の一例を示し、第３
図に第２図の光学系に使用されるセクターの一例を示し
、ざらに第４図には第２図の光学系を用いた場合の信号
処理系の一例を、また第５図には各部の信号波形を示す
。

第２図において、光源１からの白色光は回折格子などの
分光器２によって分光されて所定波長域の単色光となり
、ビームスプリッタ等の光束分割手段３によって試料光
束４Ａと参照光束４Ｂとに分割され、試料光束４Ａはフ
ローセル等の試料室５Ａに入射され、参照光束４Ｂは試
料が入っていない状態の試料室５Ａと同等の吸収率の参
照室５Ｂに入射される。試料室５Ａを透過した試料光束
４Ａは、モータ等の回°転駆動８！６により回転せしめ
られるセクター７を透過して光電子増倍管等の検出器８
に入射され、一方参照室５Ｂを透過した参照光束４Ｂは
前記セクター７により反射されて同じ検出器８に入射さ
れる。

ここでセクター７は、例えば第３図に示すように、試料
光束４Ａを透過させる試料光透過領域７Ａ、参照光束４
Ｂを反射さぜる参照光反射領域７Ｂとを、前者が後者よ
りも大きくなるように周方向に区分形成したものである
。すなわち例えば信号処理回路に対する試料信号の１回
の取入れ時間ｔｓを参照信号の１回の取入れ時間ｔＲの
２倍にする場合は、セクター７は回転軸７１を中心とす
る円盤の２４０°の領域を切欠いてその部分を試料光透
過領域７Ａとし、残りの１２０°の領域は反射面として
これを参照光反射領域とすれば艮い。もちろん第３図の
例とは逆に、試料光束をセクターにより反射させて検出
器に入射させるとともに参照光束をセクターを透過させ
て検出器に入射させる場合には、反射領域を２４０°、
透過領域を１２０°とすれば良い。

このようにして検出器８には、試料光束４Ａと参照光束
４Ｂとが、前者が後者よりも長い入射時間となるように
交互に入射され、その各入射時間に応じた時間幅で、試
料透過光強度に対応する試料信号Ｓと参照室透過光強度
に対応する参照信号Ｒとが交互に出力される。この検出
器８の出力信号波形は例えば第５図（Ａ）に示すような
ものとなる。なおセクター７によって検出器８に入射さ
せる試料光束−参照光束の切替タイミングは、セクター
７に付設されたフォトカプラー等の同期検出器９によっ
て検出され、その同期検出信号は同期信号発生回路１０
に与えられて、後述するように試料光束−参照光束の切
替タイミングに同期した同期信号Ｔが発生せしめられる
。

検出器８の出力は、第４図に示すように信号増幅器１１
により増幅されてからスイッチ回路１２に与えられ、そ
のスイッチ回路１２を杼でサンプルホールド回路１３Ａ
、１３Ｂ１対数増幅器１４Ａ、１４Ｂ、差動回路１５、
およびＡＤコンバータ１６からなる信＠処理回路１７に
入力される。

前記スイッチ回路１２は、前記同期信号発生回路１０か
らの試料光束−参照光束切替タイミングに同期した同期
信号Ｔにより制御される。すなわち、試料光束４Ａが検
出器８に入射されてその検出器８から試料信号Ｓが出力
されている間は信号増幅器１１の出力を一方のサンプル
ホールド回路１３Ａ（以下これを試料側サンプルホール
ド回路と記す）に導き、参照光束４Ｂが検出器８に入射
されてその検出器８から参照信号Ｒが出力されている間
は信号増幅器１１の出力を他方のサンプルホールド回路
１３Ｂ（以下これを参照側サンプルホールド回路と記す
）に導く。このようにして試料側サンプルホールド回路
１３Ａに入力される信号波形を第５図（Ｂ）に、また参
照側サンプルホールド回路１３Ｂに入力される信号波形
を第５図（Ｃ）に示す。これらの図から明らかなように
３、試料側サンプルホールド回路１３Ａには試料信号Ｓ
の成分が、また参照側サンプルホールド回路１３Ｂには
参照信号Ｒの成分がそれぞれ入力されるか、それぞれの
時間幅は前者の方か後者よりも長くなっている。

上述のようにして試料側サンプルホールド回路１３Ａに
入力された試料信＠Ｓの成分は１ノ°ンプルホールドさ
れてから試料側対数増幅器１４Ａにより対数増幅され、
試料光強度の対数ｆｉｉ　（以下ｌｏｇＳと記す）とし
て差動回路１５に与えられる。また参照側サンプルホー
ルド回路１３Ｂに入力された参照信号の成分はサンプル
ホールドされてから参照側対数増幅器１４Ｂにより対数
増幅され、参照光強度の対数値（以下ｌｏｇ　Ｒと記す
）として差動回路１５に与えられる。なおここで試料側
サンプルホールド回路１３Ａにあけるサンプルホールド
時間とそれに対応して大きくできる時定数は長いほど試
料信号成分のＳ／Ｎ比が良好となるが、逆に試料の吸光
度変化に対する分解能は低くなるから、要求される分解
能に応じて時定数を定める。

例えば通常の高速液体クロマトグラフィーではＱ、１５
６０の分解能が求められるから、試料側の時定数も０．
ｌ５ｅＣ程度に定める。一方参照側サンプルホールド回
路１３Ｂにおける時定数については、既に述べたように
高速液体クロマトグラフィーの如く波長走査を行なわな
い分光光度計における参照信号の変動が緩やかであると
ころから、試料側時定数よりも格段に長くすることがで
き、また長くするほど参照信号成分のＳ／Ｎ比が良好と
なる。

したがって参照側時定数は例えば１．０５ｅＣ程度に定
めることが好ましい。

各サンプルホールド回路１４Ａ、１４Ｂから差動回路１
５に与えられたｌｏｇ　３の信号およびｌｏｇＲの信号
は、その差動回路１５において引算され、差動回路１５
からは（１０ｇＳ−ｌｏｇ　Ｒ）の信号、すなわち１（
ＸＪ　　（Ｓ／Ｒ）の信号が出力される。そして差動回
路１５の１０（］　　（Ｓ／Ｒ）の出力はＡＤコンバー
タ１６によってデジタル化され、ソフトで処理されて対
数吸光度もしくは対数透過率などとしてデジタル信号や
アナログ信号で出力され、適宜記録あるいは表示される
。

第６図には上記の実施例を多波長同時検出型の分光光度
計に応用しただ場合の信＠処理系の一例を示す。多波長
同時検出型の分光光度削の光学系は、例えば第２図に示
される分光光度ｈ１における回折格子等の分光器２を、
セクター７の下流側に配置して、試料￥５Ａ、参照室５
Ｂを透過した白色光をセクター通過後に分光して、分光
された各波長域の光（例えば３２チヤンネルの波長域の
光）をフォトダイオードアレイ等の多素子検出器で同時
に検出して、その多素子検出器を構成する各検出素子か
らそれぞれの波長域の試料信号Ｓ１参照信号Ｒを逐次出
力するように構成されている。なお各検出素子の出力波
形は第５図（Ａ＞の場合と同様であって、試料信号Ｓが
参照信号Ｒよりも長くなるように定められる。

第６図において、多素子検出器８Ｍを構成する各検出素
子、例えば３２個の検出素子８１，８２゜・・・、８３
２の各波長域の出力はそれぞれ信号増幅器１１１．１１
２．・・・、１１３２によって増幅された後、それぞれ
スイッチ回路１２１，１２２．・・・。

１２３２により、試料側増幅器１８Ａ１．１８Ａ２゜・
・・、１８Ａ３２を経て試料側サンプルホールド回路１
３Ａｔ　、１３Ａ２．・・・、１３Ａ３２に入力される
状態と、参照側増幅器１８Ｂ１．１８Ｂ２．・・・。

１８Ｂ３２を経て参照側ザンブルホールド回路１３Ｂｌ
、１３Ｂ２．・・・、１３Ｂ３２に与えられる状態とに
交互に切替えられる。ここで、各スイッチ回路１２１，
１２２．・・・、１２３２の動作は第４図のスイッチ回
路１２と同様でおり、したがって各試料側サンプルホー
ルド回路１３Ａ１．１３Ａ２　。

・・・、１３Ａ３２の入力信号は第５図（Ｂ）と同様で
あり、また参照側サンプルホールド回路１３Ｂ１゜１３
Ｂ２．・・・、１３８３２の入力信号は第５図（Ｃンと
同様である。

試料側サンプルホールド回路１３Ａ１　、１３Ａ２゜・
・・、１３Ａ３２の出力はいくつかの群に（例えば８個
の群）まとめられ、同じ群に属する複数（例えば４個）
の試料側サンプルホールド回路の出力が試料信号ホール
ド出力切替スイッチ１９Ａ１．”）９Ａ２．・・・、１
９Ａａにより順次切替えられて試料側対数増幅器１４Ａ
１．１４Ａ２．・・・、１４Ａ８に順次与えられ、その
対数増幅出力（ＩＱ（Ｉｓ）が差動回路１５１，１５２
．・・・、１５８に入力される。また参照側量ナンプル
ホールド回路１３Ｂ１゜１３Ｂ２．・・・、１３Ｂ３２
の出力も同じ数（８個）の群にまとめられて同じ群に属
する４個の参照側サンプルホールド回路出力が参照側信
号ボールド出力切替スイッチ１９Ｂ１．１９Ｂ２　、・
・・°、１９Ｂ８により順次切替えられて参照側対数増
幅器１４Ｂ１．１４Ｂ２．・・・、１４Ｂａに順次与え
られ、その対数増幅出力（１０（ＩＲ）が差動回路１５
１゜１５２、・・・、１５８に入力される。モして差動
回路１５１，１５２．・・・、１５８の出力、すなわち
各１０ｇ（Ｓ／Ｒ）出力はマルチプレクサ等のアナログ
スイッチ２０により順次切替えられてＡＤコンバータ１
６によりデジタル化される。

ここで、試料信号ホールド出力切替スイッチ１９Ａ１，
１９Ａ２　、・・・、１９Ａａの順次切替タイミングは
等間隔でしかも参照信号ホールド出力切替スイッチ１９
Ｂ１．１９Ｂ２．・・・、１９８８の順次切替タイミン
グと同期する・したがって差動回路１５１，１５２．・
・・、１５８には同じタイミングで同じ波長域のｌｏｇ
　Ｓ信号、１０（ｌ　Ｒ信号が入力される。したがって
差動回路１５１，１５２゜・・・、１５８からは、同じ
群内の各波長域についてのＩＱ（］（Ｓ／Ｒ）信号が順
次出力されることになる。一方アナログスイッチ２０は
、試料信号ホールド出力切替スイッチ１９Ａ１．１９Ａ
２．・・・。

１９Ａ８および参照信号出力切替スイッチ１９Ｂｔ　、
１９Ｂ２．・・・、１９Ｂｓの切替周期の４倍の時間の
周期で順次切替えがなされる。したがってアナログスイ
ッチ２０からは、３２チヤンネルの各波長域の１ｏ（Ｊ
（Ｓ／Ｒ）信号が順次出力され、それらが順次ＡＤコン
バータ１６によりデジタル化されることになる。

−第６図に示されるような構成の多波長同時検出方式の
場合、各チャンネルごとに個別に対数増幅器を設けずに
、各ホールド出力をいくつかの群にまとめるとともに試
料信号ホールド出力切替スイッチ１９Ａｔ　、１９Ａ２
．・・・、１９Ａａおよび参照信号ホールド出力切替ス
イッチ１９Ｂ１．１９Ｂ２．・・・、１９８８により各
群内のホールド出力を切替えて各群内で共通の試料側対
数増幅器、参照側対数増幅器を用いる構、説としたこと
から、高価でかつ調整も面倒な対数増幅器の数を少なく
することができる。ここで、上述のように対数増幅器の
上流側で複数の出力を切替えて対数増幅器を共用するこ
とが可能となったのは、試料信号、参照信号についてサ
ンプルホールド方式を適用したことによる。

第７図にはこの発明の方法を、同時並列に試料信号Ｓお
よび参照信号Ｒを検出するようにした分光光度計に適用
した一例を示す。

第７図において、光源１からの白色光は回折格子等の分
光器２によって分光されて所定波長域の単色光となり、
ビームスプリッタ等の光束分割手段３によって試料光束
４Ａと参照光束４Ｂとに分割され、試料光束４Ａは試料
室５Ａを透過して試料側検出器８Ａに入射され、参照光
束４Ｂは参照室５Ｂを透過して参照側検出器８Ｂに入射
される。

そして試料側検出器８Ａの出力すなわち試料信号は信号
増幅器１１Ａを経て試料側開閉スイッチ回路１２Ａに与
えられ、一方参照側検出熱８Ｂの出力すなわち参照信号
は信号増幅器１　”ｌ　Ｂを経て参照側開閉スイッチ回
路１２Ｂに与えられ、各開閉スイッチ回路１２Ａ、１２
Ｂの出力は信号処理回路１７に取入れられる。ここで試
料側開閉スイッチ回路１２Ａおよび参照側開閉スイッチ
回路１２Ｂは、不均一サンプリング信号発生回路２２か
らの不均一サンプリング信号により開閉が制御されて、
信号処理回路１７に対する試料信号Ｓの取入れ時間が参
照信＠Ｒの取入れ時間が長くなるように設定される。信
号処理回路１７の具体的構成および動作は第３図の場合
と同様である。

なお以上の各実施例ではいずれも対数吸光度もしくは対
数透過率を求めるために、対数増幅器を用いて試料信号
成分と参照信号成分の対数比ｌｏｇ（Ｓ／Ｒ）を求める
ものとしたが、場合によっては絶対比ＳンＲを求めて絶
対吸光度もしくは絶対透過率を求めるようにしても良く
、この場合にもこの発明の信号処理方法が適用できるこ
とは勿論でおる。

発明の効果 前述の説明で明らかなようにこの発明の分光光度計の信
号処理方法は、信号処理回路に対する試料信号の１回の
取入れ時間幅を参照信号の１回の取入れ時間幅よりも長
くする不均一サンプリングを行ない、信号処理回路内で
その不均一な一試料信号および参照信号をサンプルホー
ルドしてからそれらの対数比もしくは絶対比を求めるよ
うにしたものであり、このように試料信号の取入れ時間
を長くすることによって試料信号成分のＳ／Ｎ比を向上
させることができ、また試料信号成分の取入れ時間は長
くしても参照信号の取入れ時間は短くしているから、試
料信号成分の取入れ頻度は小ざくしなくて済むため試料
の経時的吸光度変化に対する追従性は特に低下せず、し
たがって高速液体クロマトグラフィーの分光光度計の如
く波長走査を行なわない分光光度計、すなわち参照信号
の変動が緩やかな分光光度計に適用することによってそ
の分析精度を従来よりも格段に向上させることができる
。またこの発明の方法ではサンプルホールド方式を適用
しているため、同期整流方式の場合のようにＳ／Ｎ比を
向上させるために高価でしかも調整も面倒な高性能フィ
ルタ回路等を必要とせず、装置構成も安価でしかも調整
や保守も容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法において信号処理回路に取入れ
る試料信号、参照信号の時間的関係を示す信号波形図、
第２図はこの発明の方法を実施するための分光光度計の
一例の光学系を示す略解図、第３図は第２図の光学系に
使用されるセクターの一例を示す平面図、第４図は第２
図に示される光学系を用いた分光光度計の電気的信号処
理系を示ずブロック図、第５図（Ａ）〜（Ｃ）は第２図
〜第４図に示される分光光度計の各部の信号波形を示す
波形図、第６図はこの発明の方法を多波長同時検出型分
光光度Ｓ１に適用した場合の信号処理系の一例を示すブ
ロック図、第７図はこの発明の方法を実施するための分
光光度肝の他の例を示すブロック図、第８図は従来の分
光光度計における信号処理回路に対する取入れ信号波形
を示す波形図でおる。 １・・・光源、　２・・・分光器、　４Ａ・・・試料光
束、４Ｂ・・・参照光束、　５Ａ・・・試料室、　５Ｂ
・・・参照室、　７・・・セクター、　８．８Ａ、８Ｂ
・・・検出器、８Ｍ・・・多素子検出器、　８１〜８３
２・・・検出素子、１２　：　１２１〜１２３２・・・
切替スイッヂ回路、１３Ａ　：　１３Ａ１〜１３Ａ３２
・・・試料側サンプルホールド回路、　１３８：１３Ｂ
１〜１３Ｂ３２・・・参照側サンプルホールド回路、　
１４Ａ：１４Ａ１〜１４Ａ８・・・試料側対数増幅器、
　１４Ｂ；１４Ｂ１〜１４Ｂ８・・・参照側対数増幅器
、　１５；１５１〜１５８・・・差動回路、　１９Ａ１
〜１９Ａ８・・・試料側ホールド出力切替スイッチ、　
１９Ｂ１〜１９Ｂ８・・・参照側ホールド出力切替スイ
ッチ、２０・・・アナログスイッチ、　Ｓ・・・試料信
号、　Ｒ・・・参照信号。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料室を透過した光の強度に対応する試料信号と
   参照室を透過した光の強度に対応する参照信号とを交互
   に信号処理回路に取入れ、その信号処理回路において試
   料信号と参照信号との対数比もしくは絶対比を求めるよ
   うにした分光光度計において、 信号処理回路に対する試料信号および参照信号の取入れ
   を、１回の試料信号の取入れ時間が１回の参照信号取入
   れ時間より長くなるように制御し、かつ信号処理回路内
   において試料信号および参照信号をそれぞれサンプルホ
   ールドしてからそれらの信号の対数比もしくは絶対比を
   求めることを特徴とする分光光度計における信号処理方
   法。
2. （２）前記信号処理回路内における参照信号のサンプル
   ホールド時間を試料信号のサンプルホールド時間よりも
   長くしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   分光光度計における信号処理方法。