JPWO2008075445A1 - 原子吸光分光光度計 - Google Patents

Abstract

測定部（７）を空とし、減光装置（３）と減光装置（４）の透過率を最大（１００％近傍）に設定した状態における、プリアンプ（１１）の出力電圧（光源１に対応する値Ｐａと光源２に対応する値Ｐｂ）が、記憶部（１６）に保存される。適正透過率計算部（１７）はＰａとＰｂ比較し、小さい方をＰｓとし、減光装置（３）の適正透過率（Ｐｓ／Ｐａ）×１００と減光装置（４）の適正透過率（Ｐｓ／Ｐｂ）×１００を計算する。制御部（１５）は、減光装置（３）と減光装置（４）の透過率をそれぞれ前記適正透過率に設定する。その結果、プリアンプ（１１）の出力電圧（光源（１）と光源（２）に対応する値）がともにＰｓとなる。このＰｓの値は、光電検知器（１０）の感度が変更され最適化される。これにより、ＳＮ比の悪化が小さく、ランプの光量を不安定にしたり寿命を短くすることなく、同時に使用される複数のランプ（光源）の光量を均等化することができる。

Description

本発明は原子吸光分光光度計に関し、さらに詳しくは、複数の光源、例えばホロカソードランプ及び重水素ランプを同時に使用する原子吸光分光光度計に関する。

複数の光源を同時に使用する原子吸光分光光度計として、例えば、ホロカソードランプと重水素ランプを併設してバックグランド吸収の補正をする機能を備えた原子吸光分光光度計がある。この装置では、ホロカソードランプを出射した光束と重水素ランプを出射した光束とは例えばビームコンバイナにより一つにされ、分析試料溶液を霧化し原子化した空間を通過した後に、分光器に導入されて必要な波長域の光となる。そして、その光は光電検知器に入射し、光の強さに比例した電気信号に変換され、さらに対数変換される。ホロカソードランプからの光束はバックグランドと分析目的の原子とにより吸収され、重水素ランプからの光束はバックグランドにより吸収される（原子による吸収は波長域が狭いため無視できる）。対数変換された信号は吸収の強さに比例するので、両光束の強さ（光量）に比例した電気信号を対数変換した信号の差は、バックグランド吸収の影響が除去され、原子による吸収の強さに比例する。

ところで、上記のように信号を対数変換するための対数変換回路は適切に動作し得る信号範囲が限られており、信号が小さ過ぎると変換精度が低下する。そのため、対数変換回路に入力する、ホロカソードランプからの光を光電変換した電気信号の大きさと、重水素ランプからの光を光電変換した電気信号の大きさとを、できるだけ均等にする必要がある。そこで、従来の装置では、（１）それぞれのランプに対応する電気回路の増幅率を調整して両ランプに対応する電気信号の大きさを均等にするか、（２）それぞれのランプに供給する電力を調整して両ランプに対応する電気信号の大きさを均等にするか、或いは、（３）それぞれのランプとビームコンバイナとの間に透過率が段階的に変化する減光装置を配設し、両ランプの光量を調整することで電気信号の大きさを均等にしている。

ホロカソードランプからの光量と重水素ランプからの光量が大きく相違していると、光量の多い方に光電検知器（例えば光電子増倍管）の感度が合わされるので、光量の少ない方の信号のＳＮ比は悪化することになる。そこで、光量損失を少なくして、ホロカソードランプと重水素ランプの光量を容易にバランスさせることができるようなビームコンバイナが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開昭６０−３７５１８号公報

上記（１）〜（３）の方法にはいずれにも欠点がある。即ち、それぞれのランプに対応する電気回路の増幅率を調整して両ランプに対応する電気信号の大きさを均等にする場合には、光量が少ないほうのランプの電気回路の増幅率が高くなってノイズも増大し、測定結果のＳＮ比が悪化する。また、それぞれのランプに供給する電力を調整して両ランプに対応する電気信号の大きさを均等にする場合には、ランプの仕様範囲外で使用するおそれがあり、その場合には光量が不安定になったり寿命が短くなったりする。さらにまた、それぞれのランプとビームコンバイナとの間に透過率が段階的に変化する減光装置を配設し両ランプの光量を調整し電気信号の大きさを均等にする場合には、特定のランプで光量が均等化されても、光量が相違する別のランプでは均等化されないことがある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、ＳＮ比の悪化が小さく、ランプの光量を不安定にしたり寿命を短くしたりすることなく、同時に使用される複数のランプ（光源）の光量を均等化することができる原子吸光分光光度計を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた第１発明は、複数の光源と、これらの光源から出射する複数の光束を一つにするビームコンバイナと、を有する原子吸光分光光度計において、
a)前記複数の光源と前記ビームコンバイナとの間のそれぞれの光束路に配設された、透過率が連続可変である複数の減光手段と、
b)前記複数の減光手段のそれぞれの透過率が最大のときの各光源の最大光量を記憶する記憶手段と、
c)前記各光源の最大光量より各減光手段の適正透過率を計算する計算手段と、
d)各減光手段の透過率を前記適正透過率になるように設定する設定手段と、
を備えることを特徴としている。

第１発明に係る原子吸光分光光度計において、前記複数の光源は、重水素ランプと、ホロカソードランプとであるものとすることができる。

また上記課題を解決するためになされた第２発明は、重水素ランプと、ホロカソードランプと、これらのランプから出射する２つの光束を一つにするビームコンバイナと、を有する原子吸光分光光度計において、
a)前記重水素ランプと前記ビームコンバイナとの間の光束路に配設された透過率可変の減光手段と、
b)前記減光手段の透過率が最大のときの各ランプの最大光量を記憶する記憶手段と、
c)前記各ランプの最大光量より前記減光手段の適正透過率を計算する計算手段と、
d)前記減光手段の透過率を前記適正透過率になるように設定する設定手段と、
を備えることを特徴としている。

第１発明及び第２発明に係る原子吸光分光光度計ではいずれも、上記各手段の作用により各光源（ホロカソードランプと重水素ランプ）の光量がほぼ均等になる。この複数のランプ（光源）の光量の均等化は、多種類のランプに適用でき、ＳＮ比が良好であって、ランプの光量を不安定にしたり寿命を短くしたりすることなく機能し、精度が良好で効率の良い原子吸光分光分析が行える。

本発明の一実施例（第１実施例）である原子吸光分光光度計の概略構成図。 本実施例の原子吸光分光光度計における減光装置に搭載される光学フィルタの概要を示す図。 本発明の変形例である原子吸光分光光度計における減光装置に搭載される光学フィルタの概要を示す図。 変形例の減光装置の概要を示す図。 変形例の減光装置に搭載される減光素子（直線配置型）の概要を示す図。 変形例の減光装置に搭載される減光素子（円形配置型）の概要を示す図。 本発明の別の実施例（第２実施例）である原子吸光分光光度計の概略構成図。 第２実施例の原子吸光分光光度計における減光アッテネータの概要を示す図。

符号の説明

１…第１光源
２…第２光源
３…第１減光装置
４…第２減光装置（減光装置）
５…ビームコンバイナ
６、８…ミラー
７…測定部
９…分光器
１０…光電検知器
１１…プリアンプ
１２…対数変換回路
１３…表示器
１４…Ａ／Ｄ変換器
１５…制御部
１６…記憶部
１７…適正透過率計算部
１８…減光装置駆動部
１９…駆動機構
２０…減光アッテネータ
３１、３２…光学フィルタ
３３…石英ガラス
３４…駆動モータ
３５、３６…減光素子

第１発明及び第２発明に係る原子吸光分光光度計の一実施形態において、減光手段は、対波長吸収特性がほぼフラットで透過率が連続的に変化する光学フィルタと、この適正箇所を光源からの光束が通過する位置に移動させる駆動手段と、により構成されるものとすることができる。

透過率が直線方向に変化する光学フィルタの場合には、上記駆動手段はステッピングモータと例えばラック及びピニオンを含む直線駆動機構とにより構成されるものとすることができる。一方、透過率が円周方向に変化する光学フィルタの場合には、上記駆動部はステッピングモータで構成されるものとすることができる。

［第１実施例］
本発明の一実施例（第１実施例）による原子吸光分光光度計を図１及び図２を参照して説明する。図１は、第１実施例の原子吸光分光光度計の概略構成図である。図２は、第１実施例の原子吸光分光光度計に含まれる減光装置に搭載される光学フィルタの概要を示す図である。

図１において、第１光源１はホロカソードランプで構成され、例えば６０Ｈｚで間欠的に点灯される。第２光源２は重水素ランプで構成され、第１光源１が点灯されていないときに点灯するように間欠的に点灯される。第１減光装置３は第１光源１とビームコンバイナ５との間に配設され、第２減光装置４は第２光源２とビームコンバイナ５との間に配設される。

第１光源１から出射した光束と第２光源２から出射した光束は、ハーフミラーで構成されるビームコンバイナ５で一つになり、ミラー６で方向を変えてファーネス原子化部である測定部７を通過する。その光は、さらに別のミラー８で方向を変え、分光器９に導入され必要な波長域の光だけが選択されて、例えば光電子増倍管で構成される光電検知器１０に入射して電流信号に変換される。光電検知器１０の電流信号は、プリアンプ１１で大きさが光量に比例した電圧信号になる。プリアンプ１１の出力信号は、第１光源１に対応した信号と第２光源２に対応した信号とが交互に出現しており、各光源１、２の点灯期間に同期してサンプリングされて両者が分離される。プリアンプ１１の出力信号は対数変換回路１２で対数変換され、測定部７において試料溶液が霧化し原子化した空間での光の吸収に比例した信号となる。この信号のうち第１光源１に対応した信号は前記空間のバックグランドと分析目的の原子とによる吸収に比例し、第２光源２に対応した信号はバックグランドによる吸収（原子による吸収は波長域が狭いため無視できる）に比例する。表示器１３は、バッググランドによる吸収の補正を行い、分析目的の原子の濃度計算をして表示する。

第１減光装置３及び第２減光装置４はそれぞれ、ガラス等の基材に混入する金属等の濃度の横方向変化により、透過率が直線方向に連続的に変化する光学フィルタ３１（図２参照）と、これをラック及びピニオンを介して直線方向に移動させるステッピングモータとを含んで構成される。第１減光装置３の透過率とステッピングモータの駆動ステップ数との関係は次の式（１）で表され、第２減光装置４の同じ関係については式（２）で表され、これらの式（１）及び式（２）は記憶部１６に保存されている。
Ｔａ＝Ｋａ×Ｎａ …（１）
Ｔｂ＝Ｋｂ×Ｎｂ …（２）
ここで、Ｔａ：第１減光装置３の透過率、Ｋａ：定数、Ｎａ：第１減光装置３のステッピングモータへの駆動ステップ数、Ｔｂ：第２減光装置４の透過率、Ｋｂ：定数、Ｎｂ：第２減光装置４のステッピングモータへの駆動ステップ数、である。したがって、第１減光装置３又は第２減光装置４を目的の透過率に設定するとき、制御部１５は減光装置駆動部１８を介して第１減光装置３又は第２減光装置４のステッピングモータを式（１）又は式（２）で決まるステップ数だけ駆動する。

測定部７を空とし、第１減光装置３及び第２減光装置４の透過率を最大（１００％近傍）に設定した状態で、プリアンプ１１の出力電圧をＡ／Ｄ変換器１４でＡ／Ｄ変換した値のうち第１光源１に対応する値Ｐａと第２光源２に対応する値Ｐｂとが、制御部１５を介して記憶部１６に保存される。適正透過率計算部１７は制御部１５を介してＰａとＰｂを記憶部１６から読み出し、小さいほうをＰｓとし、第１減光装置３の適正透過率Ｔ１＝（Ｐｓ／Ｐａ）×１００と、第２減光装置４の適正透過率Ｔ２＝（Ｐｓ／Ｐｂ）×１００と、を計算する。

制御部１５は、適正透過率計算部１７が計算した適性透過率Ｔ１、Ｔ２を読み取り、減光装置駆動部１８を介して第１減光装置３の透過率をＴ１＝（Ｐｓ／Ｐａ）×１００に、第２減光装置４の透過率をＴ２＝（Ｐｓ／Ｐｂ）×１００に設定する。その結果、プリアンプ１１の出力電圧（Ａ／Ｄ変換値）の第１光源１に対応する値はＰａ×（Ｐｓ／Ｐａ）＝Ｐｓとなり、第２光源２に対応する値はＰｂ×（Ｐｓ／Ｐｂ）＝Ｐｓとなって、両光源１、２の光量は均等化される。ここで、第１減光装置３と第２減光装置４とに設定できる最大透過率は光学フィルタ３１の表面反射の影響等により１００％ではないが、誤差はたかだか数％程度であり、光量の均等化の性能には殆ど影響を及ぼさない。また、Ｐｓの値は、対数変換回路１２が精度良く対数変換できる大きさになるように光電検知器１０の感度が変更されることで最適化される。

第１実施例の原子吸光分光光度計は上記構成を有しているため、第１光源１と第２光源２の光量の均等化は、多種類のランプに適用することができ、ＳＮ比が良好で、ランプの光量を不安定にしたり寿命を短くしたりすることなく機能し、バッググランド吸収が的確に補正され、精度が良好で効率の良い原子吸光分光分析が行える装置を提供することができる。

第１発明に係る原子吸光分光光度計は上記第１実施例の記載に限定されない。例えば上記実施例においては、配設される光源の数Ｎは２個であるが、Ｎが３個以上の光源で構成される場合でも、Ｎ−１個のビームコンバイナ５を配設しＮ個の光源の光束を一つにすることにより、本発明を適用することが可能である。

また、第１減光装置３と第２減光装置４とはいずれも、光学フィルタ３１と、これをラックとピニオンを介して直線方向に移動させるステッピングモータとで構成されるが、光学フィルタ３１の代わりに、ガラス等の基材に混入する金属等の濃度の円周方向変化により、透過率が円周方向に連続的に変化する光学フィルタ３２（図３参照）と、ラックとピニオンを削除し、光学フィルタ３２を直接、円周方向に移動させるステッピングモータで構成される減光装置で置き換える構成としてもよい。

また上記実施例では、第１減光装置３と第２減光装置４は、光学フィルタ３１と、これをラックとピニオンを介して直線方向に移動させるステッピングモータとで構成されるが、図４に示すように、入射角が大きくなると物質の反射率が大きくなり透過率が小さくなる性質を利用した減光装置、即ち、入射角θを以て光路中に配設される高い透過率を持つ光学素子、例えば石英ガラス３３と、この入射角θを制御する駆動モータ３４とで構成される減光装置で置き換える構成としてもよい。

また上記実施例では、第１減光装置３と第２減光装置４は、光学フィルタ３１を含んで構成されているが、光学フィルタ３１の代わりに、薄板に細かな開口を多数設け横方向にこの開口の径や単位面積あたりの孔数を変化させたことにより透過率が横方向に連続的に変化する減光素子３５（図５参照）で構成される減光装置で置き換えてる構成としてもよい。

また上記実施例では、第１減光装置３と第２減光装置４とは、光学フィルタ３１と、これをラックとピニオンを介して直線方向に移動させるステッピングモータとで構成されるが、光学フィルタ３１の代わりに、薄板に細かな開口を多数設け円周方向にこの開口の径や単位面積あたりの孔数を変化させたことにより透過率が円周方向に連続的に変化する減光素子３６（図６参照）と、ラックとピニオンを削除し、減光素子３６を直接、円周方向に移動させるステッピングモータで構成される減光装置で置き換える構成としてもよい。

このように、第１発明に係る原子吸光分光光度計は種々の構成とすることができ、第１発明はこれら変形例を包含する。

［第２実施例］
次に、本発明の別の実施例（第２実施例）による原子吸光分光光度計を図７及び図８を参照して説明する。図７は第２実施例の原子吸光分光光度計の概略構成図である。図８は第２実施例の原子吸光分光光度計における減光アッテネータ２０の概要を示す図である。上記第１実施例と同じ又は相当する構成要素には同じ符号を付して、詳しい説明を省略する。

この第２実施例の構成では、第１実施例における第２減光装置４に相当する減光装置４は、重水素ランプである第２光源２とビームコンバイナ５との間の光束路に配設された減光アッテネータ２０と、これを横方向に移動するラック、ピニオン及びステッピングモータで構成された駆動機構１９と、を含む。減光アッテネータ２０は、第１実施例における光学フィルタに相当するものであり、透過率が段階的に相違する複数のフィルタが横方向に配設された構造である（図８参照）。減光アッテネータ２０の透過率と駆動機構１９のステッピングモータのステップ数との関係は次の式（３）で表わされ、この式が記憶部１６に保存されている。
Ｔａ＝Ｋａ×Ｎａ …（３）
ここで、Ｔａ：減光アッテネータ２０の透過率、Ｋａ：定数、Ｎａ：駆動機構１９のステッピングモータのステップ数、である。したがって、減光アッテネータ２０を目的の透過率に設定するときには、制御部１５は減光装置駆動部１８を介して駆動機構１９のステッピングモータを式（３）で決まるステップ数になるように駆動する。

測定部７を空とし、減光アッテネータ２０の透過率を最大（１００％近傍）に設定した状態で、プリアンプ１１の出力電圧をＡ／Ｄ変換器１４でＡ／Ｄ変換した値のうち第１光源（ホロカソードランプ）１に対応する値Ｐｈと第２光源（重水素ランプ）２に対応する値Ｐｄが、制御部１５を介して記憶部１６に保存される。適正透過率計算部１７は制御部１５を介してＰｈとＰｄを記憶部１６から読み出し、減光アッテネータ２０の適正透過率Ｔ３＝（Ｐｈ／Ｐｄ）×Ｋｂを計算する。ここで、Ｋｂ：最適なＰｈ／Ｐｄ倍率である。

制御部１５は、適正透過率計算部１７が計算した適正透過率Ｔ３を読み取り、減光装置駆動部１８を介して駆動機構１９のステッピングモータを駆動し、減光アッテネータ２０の透過率をＴ３＝（Ｐｈ／Ｐｄ）×Ｋｂに設定する。その結果、プリアンプ１１の出力電圧（Ａ／Ｄ変換値）の第１光源１に対応する値はＰｈを維持し、一方、第２光源２に対応する値はＰｄ×（Ｐｈ／Ｐｄ）×Ｋｂ＝Ｐｈ×Ｋｂとなって、両光源１、２の光量は最適化される。

ここで、減光アッテネータ２０の透過率は段階的に変化するため、必ずしも適正透過率Ｔ３＝（Ｐｈ／Ｐｄ）×Ｋｂに一致しない場合があるが、その場合には適正透過率Ｔ３に最も近い透過率が選定されて設定される。また、減光アッテネータ２０に設定できる最大透過率は表面反射の影響等で１００％ではないが、その誤差はたかだか数％程度であり、光量の均等化の性能には殆ど影響を及ぼさない。また、Ｐｈの値は、対数変換回路１２が精度良く対数変換できる大きさになるように光電検知器１０の感度が変更されることで最適化される。

本実施例の原子吸光分光光度計では、第２光源２の光量に対し第１光源１の光量が極端に小さくなるような元素、例えば砒素、セレン、スズ等においてＳＮ比の改善が認められる。例えば第１光源１として砒素のホロカソードランプを使用した場合、減光アッテネータ２０の透過率はおおよそ１１％に設定され、ベースライン測定の標準偏差は０．００１１Ａｂｓ程度である。

第２実施例の原子吸光分光光度計は上記構成を有しているため、第１光源１と第２光源２の光量の均等化は、多種類の元素のランプに適用することができ、ＳＮ比が良好で分析の定量下限や検出下限が向上し、ランプの光量を不安定にしたり寿命を短くしたりすることなく機能し、バッググランド吸収が的確に補正され、精度が良好で効率の良い原子吸光分光分析が行える装置を提供することができる。

なお、図７に示す構成ではシングルビームの光学系を採用しているが、ダブルビームの光学系を採用した原子吸光分光光度計に対しても本発明を適用することができることは明らかである。また、測定部７をファーネス原子化部とする代わりに、フレーム熱により試料溶液を霧化し原子化させる構成としてもよい。これは第１実施例についても同様である。

また、第２実施例においては、減光アッテネータ２０が、ラック、ピニオン及びステッピングモータ等で構成される駆動機構１９で直線方向に移動される構成としているが、減光アッテネータ２０を透過率が円周方向に段階的に変化する光学素子で置き換え、ラックとピニオンを削除し、ステッピングモータで構成される駆動手段でこの光学素子を円周方向に移動させる構成としてもよい。

また、第２実施例では、減光アッテネータ２０は、透過率が段階的に変化する複数の光学フィルタで構成されているが、減光アッテネータ２０を、ガラス等の基材に混入する金属等の濃度の横方向変化により透過率が横方向に連続的に変化する光学素子、つまり第１実施例で採用した光学フィルタで置き換えてもよい。

このように、第２発明に係る原子吸光分光光度計も種々の構成とすることができ、第２発明はこれら変形例を包含する。

Claims (8)

1. 複数の光源と、これらの光源から出射する複数の光束を一つにするビームコンバイナと、を有する原子吸光分光光度計において、
   a)前記複数の光源と前記ビームコンバイナとの間のそれぞれの光束路に配設された、透過率が連続可変である複数の減光手段と、
   b)前記複数の減光手段のそれぞれの透過率が最大のときの各光源の最大光量を記憶する記憶手段と、
   c)前記各光源の最大光量より各減光手段の適正透過率を計算する計算手段と、
   d)各減光手段の透過率を前記適正透過率になるように設定する設定手段と、
   を備えることを特徴とする原子吸光分光光度計。
2. 請求項１に記載の原子吸光分光光度計であって、前記複数の光源は、重水素ランプと、ホロカソードランプとであることを特徴とする原子吸光分光光度計。
3. 請求項１に記載の原子吸光分光光度計であって、前記計算手段は、前記各光源の最大光量の中で最小のものを基準光量とし、該基準光量と光源の最大光量とから該光源に対応する減光手段の適正透過率を計算することを特徴とする原子吸光分光光度計。
4. 重水素ランプと、ホロカソードランプと、これらのランプから出射する２つの光束を一つにするビームコンバイナと、を有する原子吸光分光光度計において、
   a)前記重水素ランプと前記ビームコンバイナとの間の光束路に配設された透過率可変の減光手段と、
   b)前記減光手段の透過率が最大のときの各ランプの最大光量を記憶する記憶手段と、
   c)前記各ランプの最大光量より前記減光手段の適正透過率を計算する計算手段と、
   d)前記減光手段の透過率を前記適正透過率になるように設定する設定手段と、
   を備えることを特徴とする原子吸光分光光度計。
5. 請求項１又は４に記載の原子吸光分光光度計であって、前記減光手段は、対波長吸収特性がほぼフラットで透過率が連続的に変化する光学フィルタと、該光学フィルタの適正箇所を光源又はランプからの光束が通過する位置に移動させる駆動手段と、を含むことを特徴とする原子吸光分光光度計。
6. 請求項５に記載の原子吸光分光光度計であって、前記光学フィルタは透過率が直線方向に変化するものであり、前記駆動手段はステッピングモータと直線駆動機構とを含むことを特徴とする原子吸光分光光度計。
7. 請求項６に記載の原子吸光分光光度計であって、前記直線駆動機構はラックとピニオンとを含むことを特徴とする原子吸光分光光度計。
8. 請求項５に記載の原子吸光分光光度計であって、前記光学フィルタは透過率が円周方向に変化するものであり、前記駆動手段はステッピングモータを含むことを特徴とする原子吸光分光光度計。