JPS623368B2 - - Google Patents

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JPS623368B2
JPS623368B2 JP55020439A JP2043980A JPS623368B2 JP S623368 B2 JPS623368 B2 JP S623368B2 JP 55020439 A JP55020439 A JP 55020439A JP 2043980 A JP2043980 A JP 2043980A JP S623368 B2 JPS623368 B2 JP S623368B2
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JP
Japan
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atomization
time
absorption
atomic absorption
zeeman
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JP55020439A
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Hideaki Koizumi
Hitoshi Sawakabu
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Hitachi Ltd
Hitachi Naka Seiki Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Naka Seiki Ltd
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Publication date
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Publication of JPS623368B2 publication Critical patent/JPS623368B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/3103Atomic absorption analysis

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ゼーマン原子吸光光度計に関する。
原子吸光光度計は、汚水、食品、尿などの中に
含まれている金属元素の定量分析を行うための装
置として知られている。この原子吸光光度計の中
で、微量金属を高感度で分析できる方法としてゼ
ーマン効果を用いた原子吸光光度計が知られてい
る。このゼーマン効果を用いることにより、従来
の通常の原子吸光光度計に比べて、検出限界が1
ケタ乃至2ケタ向上する。このゼーマン原子吸光
法は、最近多くの研究者によつて検討され、極め
て信頼性が高く有力な分析法として注目されてい
る。
このゼーマン原子吸光法に残された大きな問題
点として、検量線のドローバツク現象がある。第
1図を用いてこのドローバツク現象について説明
する。
第1図は、従来のゼーマン原子吸光光度計を用
いて測定したカドミウムの検量線の例である。光
度計としては、試料原子化部に光軸と直交する磁
場を印加するとともに、光源と試料原子化部の間
に回転する偏光子を備えた構成となつている。そ
して、偏光子を経た互いに直交する偏光成分の光
に対する信号の差のピーク値を用いて検量線を作
成している。
ここで、第1図から明らかなように、濃度が増
加するとともに、差吸収も順次増加している。そ
して、高濃度に到るほど検量線の曲り方が激しく
なつている。さらに、検量線は40ppb付近をピー
クとして、それ以降の高濃度域では下降現象を示
している。この下降現象が、検量線のドローバツ
ク現象である。
このドローバツク現象では、高濃度領域で2価
関数となるので、測定は不可能である。また、第
1図の例では、例えば、25ppb以上では検量線の
曲りが大きく、実際の分析にあつて十分な精度は
得られない。
このドローバツク現象は、理論的に次のように
説明できる。すなわち、試料原子化部に磁場を印
加する方式のゼーマン原子吸光分析法では、ゼー
マン分裂しない成分と同じ偏光面の光源からの光
に対して、その光源からの光と直交する成分の光
をバツクグランドの補正に用い、両者の差信号を
得ている。ここで、高濃度域では、原子吸収によ
る吸収は飽和するのに対して、バツクグランド吸
収は直線的に増加していくことになる。その結
果、差信号も飽和するとともに、原子吸光法が本
来持つている検量線の曲りの要素が加わることに
より、検量線のドローバツク現象が生じる。
さらに、低濃度域における差吸収のピーク信号
は、第2図に示すように、極めて単純な吸収ピー
クとなる。第2図の例は、200ppb、10μLの鉛
の試料について、2回測定した例である。鉛は、
第1図の例のカドミウムに比べて比較的高い濃度
まで検量線の曲りが少ない。しかしながら、実験
によると1000ppb(1ppm)以上では、第2図の
吸収ピークとは異なり、2本に分裂したピークが
生じることになる。したがつて、吸収ピーク値と
濃度の関係は複雑化することになる。
本発明の目的は、通常の原子吸光法と比較して
もより高い濃度の試料の分析も可能なゼーマン原
子吸光光度計を提供するにある。
本発明は、ゼーマン分岐を用いてバツクグラン
ド吸収の補正を行つた後の原子吸収信号に着目
し、原子化段階の期間中において原子吸収信号の
強度が最初に所定値になつた時から最後に所定値
になるまでの時間を測定するものである。
最初に、本発明の原理について説明する。
第3図は、20000ppb(20ppm)の鉛をゼーマ
ン原子吸光法で測定した吸収ピークの例である。
測定条件は、乾燥(DRY)が110℃で17.5秒、原
子化(ATM)が2000℃で15秒、クリーニング
(CL)が2400℃で3.75秒である。試料に有機物な
どが含まれていないため灰化は行つていない。第
2図の例に比べて100倍の高濃度の場合には、吸
収ピークが複雑化することは明らかである。この
例では、原子化段階で1から4の4個の吸収ピー
クが現われている。5はクリーニング時のピーク
である。ここで、一番高いピーク3のピーク値に
着目しても、定量分析は不可能である。
本願発明者らは、この複雑ピークに対して、次
の点に着目した。すなわち、原子化段階において
吸収ピークの値が所定の吸光度になる時間であ
る。例えば、第3図の例において、原子化段階で
は吸光度(Abs)が0.2となるのは、t0,t1,t2
……t7の各時間である。ここで、t7とt0の差(t7
t0)が試料濃度と密接な関係があることを見い出
した。
本発明の一実施例について第4図および第5図
を用いて説明する。最初に、第4図上部のゼーマ
ン原子吸光光度計の概略を説明する。光源10
は、電源12から供給される電流により点灯され
る。光源10から発せられた光は、偏光子14に
入射する。そして、この偏光子14から出射する
光は特定の偏光面を有する直線偏光である。さら
に、偏光子14は、回転しており、この回転に応
じて直線偏光の偏光面も回転する。偏光子14か
ら出射した光は、グラフアイトチユーブなどから
なる原子化部16に入射し、ここで原子によつて
吸収される。この原子化部16には、1対の磁石
18によつて10kG程度の磁場が印加されてい
る。したがつて、原子化部16における原子吸収
線はゼーマン分岐している。原子化部16を透過
した光は、分光器20によつて所定の波長の光が
選択された後、検知器22に入射する。入射した
光強度に対応する電気信号が検知器22から出力
する。この電気信号は、前置増巾器24によつて
増巾され、対数変換器26によつて対数変換され
る。この信号は、中心周波数をf1とするバンドパ
スフイルタ28によつて、ノイズ成分を除去され
た後、同期整流器30にの入力する。一方、ゲー
ト回路32からは、偏光子14の回転と同期した
周波数f1のゲート信号が、同期整流器30に入力
している。したがつて、同期整流器30の入力信
号は整流される。同期整流器30の出力信号は、
第3図に示すような時間とともに変化する吸光度
を示す信号となる。この信号は記録計(Rec)に
記録される。
次に、本発明の一実施例になる時間測定回路3
3の構成および動作について第4図および第5図
を用いて説明する。温度制御部34は、主として
原子化部16の温度制御を行うとともに、乾燥
(DRY)、原子化(ATM)、クリーニング(CL)
の各段階に応じた信号を出力している。同期整流
器30の出力吸光度信号は、比較器36の一方の
入力に入力する。他方の入力には、基準源38か
ら参照電圧Vrefが入力している。この参照電圧
Vrefは、例えば、第3図におけるAbs0.2に相当
する電圧である同期整流器30の出力と参照電圧
Vrefが一致した時、比較器36の出力COMPが
得られる。この出力COMPは、アンドゲート40
に入力する。アンドゲート40の他方の入力に
は、温度制御部34から原子化段階を示す信号
ATMが入力している。したがつて、アンドゲー
ト40は、原子化段階においてのみ導通可能とな
る。第3図のように、原子化段階(ATM)の時
間t0において初めて吸光度が0.2になつた時、ア
ンドゲート40からパルスが発生する。このパル
スによつて、フリツプフロツプ42はセツトさ
れ、Q出力はハイレベルとなる。そして、アンド
ゲート44が導通可能となり、発振器46の出力
パルスが、カウンタ48の入力UPに入力し、計
数が開始される。すなわち、第3図におけるt0
ら計数が開始される。ここで、発振器46とし
て、例えば、10msのパルス発振器を用い、カウ
ンタとして、4ケタのBCDカウンタを用いるこ
とができる。次に、時間t1で比較器36から一致
出力パルスが出力されると、このパルスはアンド
ゲート40を経てラツチ回路50のロード端子L
に入力する。すなわち、ロード端子Lへの入力パ
ルスによつて、ラツチ回路50は、その時点にお
けるカウンタ48の計数値をラツチする。したが
つて、ラツチ回路50には、時間t0からt1までの
時間が保持されることになる。時間t2では、アン
ドゲート40の出力によりラツチ回路50は、そ
の時間までのカウンタ48の計数値、すなわち、
(t2−t0)の時間がラツチされる。このようにし
て、時間t3,t4,……,t7には、それぞれt0からの
経過時間がラツチ回路50に保持される。原子化
段階ATMが終了すると、アンドゲート40は非
導通になる。したがつて、クリーニング段階で比
較器36から一致出力されたとしても、ラツチ回
路50が再度ラツチされることはない。また、ク
リーニング段階CLを示す温度制御部34の出力
CLにより、フリツプフロツプ42はリセツトさ
れアンドゲート44は非導通となる。ラツチ回路
50の内容は、表示部52に表示される。表示部
は、例えば、7セグメント・デコーダ・ドライバ
ーおよび7セグメントの表示素子から構成され
る。尚、カウンタ48およびラツチ回路50は、
乾燥段階DRYを示す温度制御部34からの信号
DRYによつてクリアされている。
以上の説明におけるゼーマン原子吸光光度計の
光学系は、原子化部に直流磁場を印加するととも
に、その印加方向が光軸と直交する例である。し
かしながら、ゼーマン原子吸光光度計の光学系と
しては種々のものが知られている。例えば、光源
に磁場を印加したり、磁場強度を変調したり、磁
場の印加方向を光軸と平行にするなど、これらの
組み合せにより種々のものがある。また、これら
の変形に応じて、偏光子も回転する場合や固定す
る場合、また、設置位置も検知器の前にするなど
種々のケースがある。そして、これらのどの光学
系に対しても本実施例は有効である。
また、以上の説明では、所定の吸光度、例えば
0.2についてのみ時間の測定を行つているが、複
数の吸光度について時間の測定をしてもよい。す
なわち、第3図の例でみると原子化段階の終了時
点の吸光度は0.19である。したがつて、設定吸光
度を例えば0.1として測定した場合には誤つた測
定をすることになる。そこで、未知試料の定量に
あたつては、複数段階の設定値を設けて時間の測
定を行つた方がよい。また、設定値としては透過
率を用いてもよいが、原子吸光分析の場合は一般
に吸光度表示とするため、設定値は吸光度とする
方が一般的である。また低濃度の試料の測定を考
慮すれば、吸収ピーク値による定量と併用するこ
とも実際の分析にあたつては有効である。
第5図は0.1ppm(100ppb)から6ppmまで複
数の濃度の試料について、それぞれAbs0.1,
0.2,0.4に対して時間を測定し、濃度と時間の関
係をプロツトしたものである。それぞれの吸光度
に対してプロツトした点は、それぞれ所定の曲線
にほぼのつている。したがつて、これらの曲線
は、通常の検量線のように用いることができる。
第7図は、1ppmから50ppmまでの複数の濃度
の試料について、それぞれAbns0.2,0.4に対し
て時間を測定し、濃度と時間の関係をプロツトし
たものである。
第6図、第7図から明らかなように、鉛につい
て言えば、60ppmの高濃度までドローバツクの
ような現象があらわれていないことは明らかであ
る。そして、従来のゼーマン原子吸光法による鉛
の分析の際には1ppm程度から検量線のドローバ
ツク現象があらわれることを考慮すれば、本発明
が高濃度試料の測定に対して有効であることが明
らかである。
鉛による実験では、100ppmまで実測できるこ
とが確認できた。したがつて、従来の1ppmの測
定限界に対して測定可能な濃度範囲が100倍改善
されたことになる。また、カドミウムによる実験
でも100倍以上の改善が確認された。
本発明の一実施例によれば、従来に比べてより
高濃度の試料の分析が可能となる。
本発明の他の実施例について第8図を用いて説
明する。第4図と同一符号は同一部分を示す。
光学系における第4図の実施例との相違は、磁
石18による磁場が原子化部ではなくて光源10
に印加する点にある。したがつて、光源10から
の発光線はゼーマン分岐している。そして、π成
分とσ±成分の偏光面の相違によつて偏光子14
を用いて両成分が分離される。
信号処理系における相違は、マイクロプロセツ
サ(MPU)を用いる点にある。検知器22の出
力は、前置増巾器24により増巾され、A/D変
換器60によりデイジタル信号に変換される。こ
のデイジタル信号は、バスライン62を経て
MPU64に取り込まれる。また、ゲート回路3
2からのゲート信号は入出力インタフエースI/
O66を経て取り込まれる。原子化部16の温度
制御部68は、D/A変換器70を介してMPU
64によつて制御される。
原子化段階において吸光度が最初に所定値にな
つてから最後に所定値になるまでの時間の測定の
ためのプログラムは、あらかじめROM72に記
憶されている。このプログラムについて、第9図
のフローチヤートを用いて説明する。判断90に
おいて、原子化段階ATMであるか否かが判別さ
れ、原子化段階の際に、次のステツプに進む。入
力92において、吸光度のデータAbsを次々に読
み込まれる。読み込まれたAbsが、あらかじめ設
定されていた値、例えば、0.2,0.4であるか否か
が判断94で判別される。読み込まれたAbsが設
定値になつた時、判断96において第1回目であ
るか否かが判断される。第1回目である時には、
処理98でその時の時間t0がRAM72の第1ア
ドレスAD1に記憶される。そして、原子化段階
においては、判断100でNOとなり、判断94
から判断100のループが繰り返えされる。そし
て、2回目以降読み込まれたAbsが設定値となる
と、判断96において、処理102に進む。すな
わち、読み込まれたAbsが設定値となつた時間ti
が第2のアドレスAD2に記憶される。そして、
AD2の内容は、原子化段階において、次々と変
えられる。判断100において、クリーニング段
階CLであることが判別されると、処理104に
おいて、AD2に記憶された時間とAD1に記憶さ
れた時間の差が演算される。この演算結果はI/
O74を介して表示部76に表示される。
以上の説明では、光源に磁場を印加するものと
したが、前述したように、ゼーマン原子吸光光度
計の種々の形式のものについて適用可能である。
また、吸光度の設定値はあらかじめROM72
に記憶されているものとして説明したが、I/O
78を介して操作部80から入力するようにして
もよい。また、設定値を複数設けてもよい。
また、第6図および第7図に示す検量線は曲つ
ているが、濃度と線形関係を有するf(to
t0)の値を得ることにより、直線性のよい検量線
を得ることができる。第6図および第7図の例で
は関数fを2次式として計算することにより良い
直線性が得られている。そのためには、濃度の異
る既知濃度の試料を準備し、あらかじめ操作部8
0から濃度値を入力した上で、所定の吸光度につ
いて時間の測定を行い、各濃度に対する測定値に
基づいて2次関数近似することにより行える。
以上の本発明によれば、ゼーマン原子吸光光度
計による従来に比べてより高濃度の試料の分析が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来の検量線を示しドローバツク現
象の説明図であり、第2図は、低濃度試料の差吸
収ピークのデータ図であり、第3図は、高濃度試
料の差吸収ピークによる本発明の原理説明図であ
り、第4図は、本発明の一実施例のブロツク図で
あり、第5図は、第4図のタイムチヤートであ
り、第6図および第7図は、本発明の一実施例に
よつて得られた検量線図であり、第8図は、本発
明の他の実施例のブロツク図であり、第9図は、
第8図の実施例のフローチヤートである。 10……光源、14……偏光子、16……原子
化部、18……磁石、22……検知器、33……
時間測定回路、64……MPU、72……ROM・
RAM。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 光源と、この光源から光が照射されるととも
    に試料を原子化する原子化部と、この原子化部に
    おいて原子吸収された上記光源からの光を受光し
    て電気信号に変換する検知器と、上記光源と上記
    原子化部のいずれか一方に磁場を印加する磁石と
    を有し、磁場印加によつて生ずる発光線または吸
    収線のゼーマン分岐を用いてバツクグランド吸収
    の補正をするゼーマン原子吸光光度計において、
    上記原子化部における試料の原子化段階の期間中
    においてバツクグランド吸収の補正された原子吸
    収の信号の強度が最初に所定値になつた時から最
    後に前記所定値になるまでの時間を測定する手段
    を備えたことを特徴とするゼーマン原子吸光光度
    計。
JP2043980A 1980-02-22 1980-02-22 Zeeman atomic absorption photometer Granted JPS56117149A (en)

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JP2043980A JPS56117149A (en) 1980-02-22 1980-02-22 Zeeman atomic absorption photometer
GB8104028A GB2070237B (en) 1980-02-22 1981-02-10 Zeeman atomic absroption spectrophotometer
DE3106441A DE3106441C2 (de) 1980-02-22 1981-02-20 Verfahren zur quantitativen Bestimmung von Elementen durch Zeeman-Atomabsorptionsspektrometrie und Zeeman-Atomabsorptionsspektrometer
US06/236,995 US4377342A (en) 1980-02-22 1981-02-23 Zeeman atomic absorption spectrophotometer

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