KR101790825B1

KR101790825B1 - 양자수율 측정장치

Info

Publication number: KR101790825B1
Application number: KR1020137016692A
Authority: KR
Inventors: 가즈야 이구치
Original assignee: 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2017-10-26
Also published as: TW201224437A; US8916836B2; JP2012117816A; WO2012073567A1; CN103229043B; JP5491368B2; CN103229043A; ES2666295T3; US20140097357A1; EP2647980B1; TWI528026B; EP2647980A1; US20130248737A1; US8592780B2; EP2647980A4; KR20130123411A

Abstract

양자수율 측정장치(1)는 시료(S)를 수용하기 위한 시료 셀(2)의 시료 수용부(3)에 여기광(L1)을 조사하고, 시료(S) 및 시료 수용부(3)의 적어도 한쪽으로부터 방출되는 피측정광(L2)을 검출하는 것에 의해, 시료(S)의 양자수율을 측정한다. 양자수율 측정장치(1)는 시료 수용부(3)가 내부에 배치되는 암상(5)과, 암상(5)에 접속된 광출사부(7)를 가지며, 여기광(L1)을 발생시키는 광발생부와, 암상(5)에 접속된 광입사부(11)를 가지며, 피측정광(L2)을 검출하는 광검출부와, 여기광(L1)을 입사시키는 광입사개구(15) 및 피측정광(L2)을 출사시키는 광출사개구(16)를 가지며, 암상(5) 내에 배치된 적분구(14)와, 시료 수용부(3)가 적분구(14) 내에 위치하는 제1 상태 및 시료 수용부(3)가 적분구(14) 외에 위치하는 제2 상태의 각각 상태가 되도록, 암상(5) 내에서 적분구(14)를 이동시켜, 제1 상태에서는 광입사개구(15)를 광출사부(7)에 대향시키고, 또한 광출사개구(16)를 광입사부(11)에 대향시키는 이동기구(30)를 구비한다.

Description

양자수율 측정장치 {QUANTUM-YIELD MEASUREMENT DEVICE}

본 발명은 적분구(積分球)를 이용하여 발광재료 등의 양자수율을 측정하는 양자수율 측정장치에 관한 것이다.

종래의 양자수율 측정장치로서, 발광재료 등의 시료에 여기광(勵起光)을 조사하고, 시료로부터 방출된 형광을 적분구 내에서 다중 반사시켜 검출하는 것에 의해, 시료의 양자수율(「발광재료에 흡수된 여기광의 포톤(photon) 수」에 대한 「발광재료로부터 방출된 형광의 포톤 수」의 비율)을 측정하는 기술이 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1 ~ 3 참조).

이와 같은 기술에서는, 시료가 형광 성분에 대해서 광흡수성을 가지고 있으면, 형광이 적분구 내에서 다중 반사하고 있을 때, 형광의 일부가 시료에 흡수되는 경우가 있다(이 현상을 이하 「재흡수」라고 함). 그와 같은 경우, 형광의 포톤 수가 진정한 값(즉, 발광재료로부터 실제로 방출된 형광의 포톤 수)보다도 낮게 검출되게 된다. 이 때문에, 별도로, 형광 광도계를 이용하여, 재흡수가 생기지 않는 상태에서 시료로부터 방출되는 형광의 강도를 측정하고, 그에 근거하여 앞의 형광의 포톤 수를 보정하여 양자수율을 구하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면 비특허문헌 1 참조).

[특허문헌 1] 일본국 특개2007-086031호 공보 [특허문헌 2] 일본국 특개2009-074866호 공보 [특허문헌 3] 일본국 특개2010-151632호 공보

[비특허문헌 1] CHRISTIANWURTH 외 7명, 「Evaluation of a Commercial Integrating Sphere Setup for the Determination of Absolute Photoluminescence Quantum Yields of Dilute Dye Solutions」, APPLIED SPECTROSCOPY, (미국), Volume 64, Number 7, 2010, p.733-741

상술한 바와 같이, 적분구를 이용하여 시료의 양자수율을 정확하게 측정하기 위해서는, 적분구를 구비한 장치와는 별도로, 형광 광도계를 이용할 필요가 있는 등, 번잡한 작업을 필요로 한다.

그래서, 본 발명은 시료의 양자수율을 정확하고 또한 효율 좋게 측정할 수 있는 양자수율 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일관점의 양자수율 측정장치는, 시료를 수용하기 위한 시료 셀의 시료 수용부에 여기광을 조사하고, 시료 및 시료 수용부의 적어도 한쪽으로부터 방출되는 피측정광을 검출하는 것에 의해, 시료의 양자수율을 측정하는 양자수율 측정장치로서, 시료 수용부가 내부에 배치되는 암상(暗箱)과, 암상에 접속된 광출사부를 가지며, 여기광을 발생시키는 광발생부와, 암상에 접속된 광입사부를 가지며, 피측정광을 검출하는 광검출부와, 여기광을 입사시키는 광입사개구 및 피측정광을 출사시키는 광출사개구를 가지며, 암상 내에 배치된 적분구(積分球)와, 시료 수용부가 적분구 내(內)에 위치하는 제1 상태 및 시료 수용부가 적분구 외(外)에 위치하는 제2 상태의 각각 상태가 되도록, 암상 내에서 적분구를 이동시켜, 제1 상태에서는 광입사개구를 광출사부에 대향시키고, 또한 광출사개구를 광입사부에 대향시키는 이동기구를 구비한다.

이 양자수율 측정장치에서는, 시료 셀의 시료 수용부가 적분구 내에 위치하는 제1 상태 및 시료 셀의 시료 수용부가 적분구 외에 위치하는 제2 상태의 각각 상태가 되도록, 암상 내에서 적분구가 이동기구에 의해서 이동하게 된다. 이것에 의해, 제2 상태에서 형광의 스펙트럼(형광 성분(이하, 동일함))을 직접(적분구 내에서의 다중 반사 없이) 검출하여, 제1 상태에서 검출된 형광의 스펙트럼을 제2 상태에서 검출된 형광의 스펙트럼에 근거하여 보정할 수 있다. 따라서, 이 양자수율 측정장치에 의하면, 시료의 양자수율을 정확하고 또한 효율 좋게 측정하는 것이 가능하게 된다.

여기서, 이동기구는 적분구가 고정된 스테이지, 스테이지에 고정된 너트, 너트에 나사맞춤된 이송나사축 및 이송나사축을 회전시키는 구동원을 가져도 된다. 이것에 의하면, 암상 내에서 적분구를 원활히 이동시킬 수 있다.

이 때, 너트는 이송나사축의 축선방향에서 보았을 경우에, 스테이지에서 광입사개구로부터 광출사개구에 이르는 제1 영역 및 제2 영역 가운데, 광입사개구로부터 광출사개구에 이르는 거리가 짧은 제1 영역에 고정되어 있어도 된다. 이것에 의하면, 시료 셀의 시료 수용부가 적분구 내에 위치하는 제1 상태에 있어서, 광입사개구를 광출사부에, 또, 광출사개구를 광입사부에, 각각 정밀도 좋게 대향시킬 수 있다.

또, 이동기구는 스테이지에 고정된 슬리브 및 슬리브에 삽입 통과된 가이드축을 더 가져도 된다. 이것에 의하면, 암상 내에서 적분구를 보다 원활히 이동시킬 수 있다.

이 때, 적분구에는 다른 시료를 지지하기 위한 시료대가 착탈 가능하게 장착되어 있고, 슬리브는 가이드축의 축선방향에서 보았을 경우에, 광입사개구 또는 광출사개구를 사이에 두고 이송나사축과 대향하도록 제2 영역에 고정되어 있어도 된다. 이것에 의하면, 가이드축이 광입사개구를 사이에 두고 이송나사축과 대향하고 있는 경우에는 광입사개구와 반대 측으로부터, 또, 가이드축이 광출사개구를 사이에 두고 이송나사축과 대향하고 있는 경우에는 광출사개구와 반대 측으로부터, 각각 적분구에 액세스하기 쉬워져, 적분구에 대해서 시료대를 용이하게 착탈할 수 있다.

또, 제1 상태에서의 적분구의 제1 위치 및 제2 상태에서의 적분구의 제2 위치의 각각의 위치를 검출하는 위치검출기를 더 구비하고, 이동기구는 위치검출기에 의해서 제1 위치 또는 제2 위치가 검출되었을 때에 적분구를 정지시켜도 된다. 이것에 의하면, 시료 셀의 시료 수용부가 적분구 내에 위치하는 제1 상태 및 시료 셀의 시료 수용부가 적분구 외에 위치하는 제2 상태의 각각을 확실히 재현할 수 있다.

또, 광출사개구에는 피측정광을 죄는 제1 조리개부재가 마련되어 있고, 광입사부에는 피측정광을 죄는 제2 조리개부재가 마련되어 있어도 된다. 이와 같이, 2단계로 조리개부재를 마련함으로써, 광검출부에 피측정광을 적정한 각도로 입사시켜, 광검출부 내에서 미광이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 적분구의 광출사개구에 제1 조리개부재를 마련함으로써, 광출사개구를 통하여 적분구 내에 이물이 침입하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 시료의 양자수율을 정확하고 또한 효율 좋게 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시형태의 양자수율 측정장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 암상의 내부 및 그 주변 부분의 확대도이다.
도 3은 도 2의 III-III선에 따른 단면도이다.
도 4는 다른 시료에 여기광이 조사되어 있는 상태에서의 단면도이다.
도 5는 도 2의 V-V선에 따른 단면도이다.
도 6은 도 1의 양자수율 측정장치를 이용하여 양자수율을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 양자수율 측정장치를 이용하여 양자수율을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 1의 양자수율 측정장치를 이용하여 양자수율을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 1의 양자수율 측정장치를 이용하여 양자수율을 측정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일실시형태의 양자수율 측정장치의 평면도이며, 도 2는 도 1의 암상의 내부 및 그 주변 부분의 확대도이다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 양자수율 측정장치(1)는 시료(S)를 수용하기 위한 시료 셀(2)의 시료 수용부(3)에 여기광(L1)을 조사하고, 시료(S) 및 시료 수용부(3)의 적어도 한쪽으로부터 방출되는 피측정광(L2)을 검출하는 것에 의해, 시료(S)의 양자수율(발광 양자수율, 형광 양자수율, 인광 양자수율 등)을 측정하는 장치이다. 시료(S)는, 예를 들면 유기EL 등의 발광 디바이스에 이용되는 발광재료 등이 소정의 용매에 녹여진 것이다. 시료 셀(2)은, 예를 들면 합성 석영으로 이루어지며, 시료 수용부(3)는, 예를 들면 사각기둥 모양의 용기로 되어 있다.

양자수율 측정장치(1)는 시료 수용부(3)가 내부에 배치되는 암상(5)을 구비하고 있다. 암상(5)은 금속으로 이루어지는 직방체(直方體) 모양의 상자체로서, 외부로부터의 광의 침입을 차단한다. 암상(5)의 내면(5a)에는 여기광(L1) 및 피측정광(L2)을 흡수하는 재료에 의한 도장(塗裝) 등이 시행되어 있다.

암상(5)의 한쪽의 측벽에는 광발생부(6)의 광출사부(7)가 접속되어 있다. 광발생부(6)는, 예를 들면 크세논 램프(xenon lamp)나 분광기 등에 의해 구성된 여기광원으로서, 여기광(L1)을 발생시킨다. 여기광(L1)은 광출사부(7)에 마련된 렌즈(8)에 의해서 콜리메이트(collimate)되어, 암상(5) 내로 입사한다.

암상(5)의 후벽에는 광검출부(9)의 광입사부(11)가 접속되어 있다. 광검출부(9)는, 예를 들면 분광기나 CCD 센서 등에 의해 구성된 멀티채널 검출기로서, 피측정광(L2)을 검출한다. 피측정광(L2)은 광입사부(11)에 마련된 조리개부재(제2 조리개부재)(12)의 아퍼쳐(aperture)인 개구(12a)에서 좁혀져, 슬릿(13)을 통하여 광검출부(9) 내로 입사한다.

암상(5) 내에는 적분구(14)가 배치되어 있다. 적분구(14)는 그 내면(14a)에 황산 바륨 등의 고확산 반사제의 도포가 시행되거나, 혹은 PTFE나 스펙트라론(spectraron) 등의 재료로 형성되어 있다. 적분구(14)에는 여기광(L1)을 입사시키는 광입사개구(15) 및 피측정광(L2)을 출사시키는 광출사개구(16)가 형성되어 있다. 여기광(L1)은 암상(5) 내에서 렌즈(61)에 의해서 집광되어, 광입사개구(15)를 통하여 적분구(14) 내로 입사한다. 피측정광(L2)은 광출사개구(16)에 마련된 조리개부재(제1 조리개부재)(17)의 아퍼쳐인 개구(17a)에서 좁혀져, 적분구(14) 외로 출사한다.

이상의 암상(5), 광발생부(6) 및 광검출부(9)는 금속으로 이루어지는 케이스(10) 내에 수용되어 있다. 또한, 광발생부(6)의 광출사부(7)로부터 출사하게 하는 여기광(L1)의 광축과, 광검출부(9)의 광입사부(11)에 입사하게 되는 피측정광(L2)의 광축은 수평면 내에서 대략 직교하고 있다.

도 3은 도 2의 III-III선에 따른 단면도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 적분구(14)의 상부에는 시료 셀(2)을 삽입 통과시키는 셀 삽통(揷通)개구(18)가 형성되어 있고, 암상(5)의 상벽에는 셀 삽통개구(18)와 대향하도록 개구(21)가 형성되어 있다. 시료 셀(2)은 시료 수용부(3)로부터 연장하는 지관(枝管)(4)을 가지고 있고, 지관(4)은 개구(18, 21) 내에 일부가 배치되는 시료 홀더(19)에 의해서 유지되어 있다. 시료 홀더(19)의 플랜지부에는 한 쌍의 위치결정구멍(19a)이 형성되어 있으며, 각 위치결정구멍(19a)에는 개구(21)를 사이에 두도록 암상(5)의 상벽에 마련된 한 쌍의 위치결정핀(22)의 각각이 끼워 맞춤된다. 이것에 의해, 형태가 억제된 상태에서 시료 수용부(3)의 측면(3a)이 여기광(L1)의 광축에 대해 90° 이외의 소정의 각도로 경사지게 되어, 측면(3a)에서 반사된 여기광(L1)이 광출사부(7)로 돌아오는 것이 방지된다. 또한, 암상(5)의 상벽에는 시료 셀(2)의 지관(4), 시료 홀더(19) 및 개구(21)를 덮도록 차광(遮光)커버(23)가 재치(載置)되어 있다.

양자수율 측정장치(1)는 암상(5) 내에서 적분구(14)를 이동시키는 이동기구(30)를 더 구비하고 있다. 이동기구(30)는 시료 수용부(3)가 적분구(14) 내에 위치하는 제1 상태 및 시료 수용부(3)가 적분구(14) 외에 위치하는 제2 상태의 각각 상태가 되도록, 적분구(14)를 이동시킨다. 그리고, 이동기구(30)는 제1 상태에 있어서, 적분구(14)의 광입사개구(15)를 광발생부(6)의 광출사부(7)에 대향시키고, 또한 적분구(14)의 광출사개구(16)를 광검출부(9)의 광입사부(11)에 대향시킨다.

이동기구(30)는 적분구(14)가 고정된 스테이지(31), 스테이지(31)에 고정된 너트(32), 너트(32)에 나사맞춤된 이송나사축(33) 및 이송나사축(33)을 회전시키는 모터(구동원)(34)를 가지고 있다. 이송나사축(33)은 암상(5) 내에서 연직방향으로 연장하고 있으며, 이송나사축(33)의 하단부는 암상(5)의 하벽에 회전 가능하게 지지되어 있다. 모터(34)는 이송나사축(33)의 상단부에 접속되며, 암상(5)에 고정되어 있다. 또한, 너트(32) 내에는 볼이 조립되어 있으며, 너트(32) 및 이송나사축(33)은 볼나사를 구성하고 있다.

이동기구(30)는 스테이지(31)에 고정된 슬리브(35) 및 슬리브(35)에 삽입 통과된 가이드축(36)을 더 가지고 있다. 가이드축(36)은 암상(5) 내에서 연직방향으로 연장하고 있고, 가이드축(36)의 상단부 및 하단부는 암상(5)에 고정되어 있다. 슬리브(35)는 가이드축(36)에 대해서 가이드축(36)의 축선방향으로 슬라이딩 가능하게 되어 있다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 너트(32)는 이송나사축(33)의 축선방향에서 보았을 경우에, 스테이지(31)에서 적분구(14)의 광입사개구(15)로부터 광출사개구(16)에 이르는 영역(제1 영역)(R1) 및 영역(제2 영역)(R2) 가운데, 광입사개구(15)로부터 광출사개구(16)에 이르는 거리가 짧은 영역(R1)에 고정되어 있다. 또, 슬리브(35)는 가이드축(36)의 축선방향에서 보았을 경우에, 적분구(14)의 광출사개구(16)를 사이에 두고 이송나사축(33)에 대향하도록 영역(R2)에 고정되어 있다.

도 3으로 돌아와, 양자수율 측정장치(1)는 시료 수용부(3)가 적분구(14) 내에 위치하는 제1 상태에서의 적분구(14)의 제1 위치를 검출하는 위치검출기(51)와, 시료 수용부(3)가 적분구(14) 외에 위치하는 제2 상태에서의 적분구(14)의 제2 위치를 검출하는 위치검출기(52)를 더 구비하고 있다. 위치검출기(51, 52)는, 예를 들면 포토 인터럽터(photo interrupter)로서, 스테이지(31)에 고정된 차광판(53)이 포토 인터럽터의 발광부와 수광부와의 사이에 이르렀을 때에, 제1 위치 및 제2 위치를 각각 검출한다. 그리고, 이동기구(30)는 위치검출기(51, 52)에 의해서 제1 위치 또는 제2 위치가 검출되었을 때에 적분구(14)를 정지시킨다.

도 4는 다른 시료에 여기광이 조사되어 있는 상태에서의 단면도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 적분구(14)의 하부 및 스테이지(31)에는 개구(37)가 형성되어 있다. 개구(37)에는 스테이지(31)의 하측으로부터 스테이지(31)에 착탈 가능하게 장착된 시료대(40)의 일부가 배치되어 있다. 즉, 시료대(40)는 적분구(14)에 대해서 착탈 가능하게 장착되어 있다. 시료대(40)는 유리 등의 기판(41)에 박막 모양으로 형성된 분체(粉體)나 고체 등의 시료(다른 시료)(S')를 지지하기 위한 것이다. 또한, 시료(S')는 샬레(schale) 등의 용기에 수용된 상태에서 시료대(40)에 재치되는 경우도 있다.

시료(S')에 여기광(L1)이 조사되는 경우에는, 핸들(광로전환수단)(62)(도 2 참조)에 의해서 스테이지(63)가 이동하게 되어, 렌즈(61)로부터 렌즈(64)로 전환된다. 렌즈(64)에 의해서 집광된 여기광(L1)은 미러(65, 66)에서 차례차례 반사되어 시료(S')에 조사된다. 이 때, 여기광(L1)의 광축이 기판(41)의 표면에 대해서 90° 이외의 소정의 각도로 경사지게 되므로, 기판(41)의 표면에서 반사된 여기광(L1)이 광출사부(7)로 돌아오는 것이 방지된다. 또한, 적분구(14)의 광입사개구(15)는 시료(S) 및 시료(S') 중 어느 하나에 여기광(L1)이 조사되는 경우에도 여기광(L1)을 차단하지 않는 형상으로 형성되어 있다. 이와 같이, 적분구(14)의 광입사개구(15)는 적분구(14)의 내측의 개구보다도 적분구(14)의 외측의 개구가 커지도록 형성되어 있으므로, 핸들(광로전환수단)(62)에 의해서 광로가 전환되어도, 여기광(L1)이 차단되지 않는다.

도 5는 도 2의 V-V선에 따른 단면도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 적분구(14) 내에서 광출사개구(16)에 대향하는 위치에는 배플(baffle)(24)이 배치되어 있다. 배플(24)은 적분구(14)의 내면(14a)에 세워진 지지기둥(25)에 의해서 지지되어 있다. 또, 적분구(14)의 내면(14a)에는 배플(26)이 일체적으로 형성되어 있다. 배플(24)은 시료(S) 및 시료 수용부(3)로부터 방출된 피측정광(L2)이 광검출부(9)의 광입사부(11)에 직접 입사하는 것을 방지하고, 배플(26)은 시료(S')로부터 방출된 피측정광(L2)이 광검출부(9)의 광입사부(11)에 직접 입사하는 것을 방지한다.

이상과 같이 구성된 양자수율 측정장치(1)을 이용하여 양자수율을 측정하는 방법에 대해서 설명한다. 또한, 도 6 ~ 도 8에서, (a)는 암상의 내부의 횡단면도이며, (b)는 암상의 내부의 종단면도이다.

우선, 도 6에 나타내는 바와 같이, 시료(S)가 수용되어 있지 않은 빈 시료 셀(2)을 암상(5)에 세팅한다. 그리고, 시료 수용부(3)가 적분구(14) 내에 위치하는 제1 상태에서 광발생부(6)로부터 여기광(L1)이 출사되어 시료 수용부(3)에 조사된다. 시료 수용부(3)에서 반사된 여기광(L1) 및 시료 수용부(3)를 투과한 여기광(L1)은 적분구(14) 내에서 다중 반사하여, 시료 수용부(3)로부터 방출된 피측정광(L2a)으로서 광검출부(9)에 의해서 검출된다.

이어서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 시료 셀(2)에 시료(S)를 수용하고, 그 시료 셀(2)을 암상(5)에 세팅한다. 그리고, 시료 수용부(3)가 적분구(14) 내에 위치하는 제1 상태에서 광발생부(6)로부터 여기광(L1)이 출사되어 시료 수용부(3)에 조사된다. 시료 수용부(3)에서 반사된 여기광(L1) 및 시료(S)로 발생한 형광은 적분구(14) 내에서 다중 반사하여, 시료(S) 및 시료 수용부(3)로부터 방출된 피측정광(L2b)으로서 광검출부(9)에 의해서 검출된다.

이어서, 도 8에 나타내는 바와 같이, 시료 수용부(3)가 적분구(14) 외에 위치하는 제2 상태가 되도록, 이동기구(30)에 의해서 적분구(14)가 이동(여기에서는, 하강)하게 된다. 이와 같이, 제1 상태에서부터 제2 상태로 변경함에 수반하여, 적분구(14)의 광입사개구(15) 및 광출사개구(16)는 각각 광발생부(6)의 광출사부(7) 및 광검출부(9)의 광입사부(11)에 대해서 상대적으로 이동한다. 그리고, 제2 상태에서, 광발생부(6)로부터 여기광(L1)이 출사되어 시료 수용부(3)에 조사된다. 시료(S)로 발생한 형광은 직접(적분구(14) 내에서의 다중 반사 없이), 시료(S)로부터 방출된 피측정광(L2c)으로서 광검출부(9)에 의해서 검출된다.

이상과 같이, 피측정광(L2a, L2b, L2c)의 데이터가 취득되면, 퍼스널 컴퓨터 등의 데이터 해석장치에 의해서, 피측정광(L2a, L2b)의 여기광 성분의 데이터에 근거하여, 시료(S)에 흡수된 여기광(L1)의 포톤 수(포톤 수에 비례하는 값 등의 포톤 수에 상당하는 값(이하, 동일함))이 산출된다. 시료(S)에 흡수된 여기광(L1)의 포톤 수는 도 9의 영역(A1)에 상당한다.

그 한편으로, 데이터 해석장치에 의해서, 피측정광(L2c)의 데이터에 근거하여, 피측정광(L2b)의 형광 성분의 데이터가 보정된다(상세하게는 비특허문헌 1 참조). 이것에 의해, 시료(S)가 형광 성분에 대해서 광흡수성을 가지고 있어 재흡수가 생겼다고 해도 진정한 값(즉, 시료(S)로부터 실제로 방출된 형광의 포톤 수)이 되도록 보정된 형광의 포톤 수가 데이터 해석장치에 의해서 산출된다. 시료(S)로부터 방출된 형광의 포톤 수는 도 9의 영역(A2)에 상당한다.

그리고, 데이터 해석장치에 의해서, 「시료(S)에 흡수된 여기광(L1)의 포톤 수」에 대한 「시료(S)로부터 방출된 형광의 포톤 수」인 시료(S)의 양자수율이 산출된다. 또한, 시료(S)가 녹여지지 않은 용매를 시료 셀(2)에 수용하고, 그 시료 셀(2)을 암상(5)에 세팅하여, 제1 상태에서 피측정광(L2a)을 검출하는 경우도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 양자수율 측정장치(1)에서는 시료 셀(2)의 시료 수용부(3)가 적분구(14) 내에 위치하는 제1 상태 및 시료 셀(2)의 시료 수용부(3)가 적분구(14) 외에 위치하는 제2 상태의 각각 상태가 되도록, 암상(5) 내에서 적분구(14)가 이동기구(30)에 의해서 이동하게 된다. 이것에 의해, 제2 상태에서 형광의 포톤 수를 직접(적분구(14) 내에서의 다중 반사 없이) 검출하여, 제1 상태에서 검출된 형광의 포톤 수를 제2 상태에서 검출된 형광의 포톤 수에 근거하여 보정할 수 있다. 따라서, 양자수율 측정장치(1)에 의하면, 시료(S)의 양자수율을 정확하고 또한 효율 좋게 측정하는 것이 가능하게 된다.

또, 이동기구(30)는 적분구(14)가 고정된 스테이지(31), 스테이지(31)에 고정된 너트(32), 너트(32)에 나사맞춤된 이송나사축(33) 및 이송나사축(33)을 회전시키는 모터(34)를 가지고 있다. 또한, 이동기구(30)는 스테이지(31)에 고정된 슬리브(35) 및 슬리브(35)에 삽입 통과된 가이드축(36)을 가지고 있다. 이들에 의해, 암상(5) 내에서 적분구(14)를 원활히 이동시킬 수 있다.

또, 너트(32)는 이송나사축(33)의 축선방향에서 보았을 경우에, 스테이지(31)에서 광입사개구(15)로부터 광출사개구(16)에 이르는 영역(R1, R2) 가운데, 광입사개구(15)로부터 광출사개구(16)에 이르는 거리가 짧은 영역(R1)에 고정되어 있다. 이것에 의해, 시료 셀(2)의 시료 수용부(3)가 적분구(14) 내에 위치하는 제1 상태에 있어서, 광입사개구(15)를 광발생부(6)의 광출사부(7)에, 또, 광출사개구(16)를 광검출부(9)의 광입사부(11)에, 각각 정밀도 좋게 대향시킬 수 있다.

또, 슬리브(35)는 가이드축(36)의 축선방향에서 보았을 경우에, 광출사개구(16)를 사이에 두고 이송나사축(33)에 대향하도록 영역(R2)에 고정되어 있다. 이것에 의해, 광출사개구(16)와 반대 측(즉, 암상(5)의 전벽(前壁) 측)으로부터 적분구(14)에 액세스하기 쉬워져, 적분구(14)에 대해서 시료대(40)를 용이하게 착탈할 수 있다.

또, 이동기구(30)는 위치검출기(51, 52)에 의해서 제1 위치 또는 제2 위치가 검출되었을 때에 적분구(14)를 정지시킨다. 이것에 의해, 시료 셀(2)의 시료 수용부(3)가 적분구(14) 내에 위치하는 제1 상태 및 시료 셀(2)의 시료 수용부(3)가 적분구(14) 외에 위치하는 제2 상태의 각각을 확실히 재현할 수 있다.

또, 적분구(14)의 광출사개구(16)에는 피측정광(L2)을 죄는 조리개부재(17)가 마련되어 있고, 광검출부(9)의 광입사부(11)에는 피측정광(L2)을 죄는 조리개부재(12)가 마련되어 있다. 이와 같이, 2단계로 조리개부재(17, 12)를 마련함으로써(게다가, 적분구(14)의 광출사개구(16)와 광검출부(9)의 광입사부(11)로 나누어 조리개부재(17, 12) 사이의 거리를 길게 취함으로써 조리개부재(12)의 개구(12a)를 비교적 작게 할 수 있어), 광검출부(9)에 피측정광(L2)을 적정한 각도로 입사시켜, 광검출부(9) 내에서 미광(迷光)이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 적분구(14)의 광출사개구(16)에 조리개부재(17)를 마련함으로써, 광출사개구(16)를 통하여 적분구(14) 내에 이물이 침입하는 것을 방지할 수 있다. 이 효과는 양자수율 측정장치(1)와 같이 적분구(14)를 이동시키는 경우, 암상(5)의 내면(5a)과 적분구(14)의 광출사개구(16)와의 사이에 틈새가 발생하기 때문에, 특히 유효하다. 또한, 조리개부재(17)의 개구(17a)의 크기가 조리개부재(12)의 개구(12a)의 크기보다도 작은 편이 바람직하다.

또, 시료 홀더(19)는 위치결정구멍(19a)에 위치결정핀(22)가 끼워 맞춤된 상태에서 암상(5)의 상벽에 재치되어 있을 뿐이고, 마찬가지로, 차광커버(23)도 암상(5)의 상벽에 재치되어 있을 뿐이다. 이것에 의해, 적분구(14)가 상승했을 때에, 시료 셀(2)에 어떠한 힘이 가해졌다고 해도, 그 힘이 해제되므로, 시료 셀(2) 등이 파손하는 것을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명의 일실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 슬리브(35)는 가이드축(36)의 축선방향에서 보았을 경우에, 적분구(14)의 광입사개구(15)를 사이에 두고 이송나사축(33)에 대향하도록 영역(R2)에 고정되어 있어도 된다. 이 경우, 광입사개구(15)와 반대 측(즉, 암상(5)의 다른 쪽의 측벽 측)으로부터 적분구(14)에 액세스하기 쉬워져, 적분구(14)에 대해서 시료대(40)를 용이하게 착탈할 수 있다.

또, 적분구(14)의 광출사개구(16)에 조리개부재(17)를 마련하지 않고, 광검출부(9)의 광입사부(11)에 복수의 조리개부재(12)를 마련해도 된다. 이 경우, 시료 셀(2)의 시료 수용부(3)가 적분구(14) 내에 위치하는 제1 상태와, 시료 셀(2)의 시료 수용부(3)가 적분구(14) 외에 위치하는 제2 상태에 있어서, 대략 동일한 조건으로 광검출부(9) 내에 피측정광(L2)을 입사시킬 수 있다. 또한, 광발생부(6)와 암상(5)을, 또, 광검출부(9)와 암상(5)을, 각각 광파이버 등에 의해서 광학적으로 접속해도 된다. 또, 케이스(10)를 암상으로서 구성해도 된다.

[산업상의 이용 가능성]

1 … 양자수율 측정장치, 2 … 시료 셀,
3 … 시료 수용부, 5 … 암상,
6 … 광발생부, 7 … 광출사부,
9 … 광검출부, 11 … 광입사부,
12 … 조리개부재(제2 조리개부재), 14 … 적분구,
15 … 광입사개구, 16 … 광출사개구,
17 … 조리개부재(제1 조리개부재), 30 … 이동기구,
31 … 스테이지, 32 … 너트,
33 … 이송나사축, 34 … 모터(구동원),
35 … 슬리브, 36 … 가이드축,
40 … 시료대, 51, 52 … 위치검출기,
L1 … 여기광, L2, L2a, L2b, L2c … 피측정광,
R1 … 영역(제1 영역), R2 … 영역(제2 영역),
S … 시료, S' … 시료(다른 시료).

Claims

시료를 수용하기 위한 시료 셀의 시료 수용부에 여기광(勵起光)을 조사하고, 상기 시료 및 상기 시료 수용부의 적어도 한쪽으로부터 방출되는 피측정광을 검출하는 것에 의해, 상기 시료의 양자수율을 측정하는 양자수율 측정장치로서,
상기 시료 수용부가 내부에 배치되는 암상(暗箱)과,
상기 암상에 접속된 광출사부를 가지며, 상기 여기광을 발생시키는 광발생부와,
상기 암상에 접속된 광입사부를 가지며, 상기 피측정광을 검출하는 광검출부와,
상기 여기광을 입사시키는 광입사개구 및 상기 피측정광을 출사시키는 광출사개구를 가지며, 상기 암상 내에 배치된 적분구(積分球)와,
상기 시료 수용부가 상기 적분구 내(內)에 위치하는 제1 상태 및 상기 시료 수용부가 상기 적분구 외(外)에 위치하는 제2 상태의 각각 상태가 되도록, 상기 암상 내에서 상기 적분구를 이동시켜, 상기 제1 상태에서는 상기 광입사개구를 상기 광출사부에 대향시키고, 또한 상기 광출사개구를 상기 광입사부에 대향시키는 이동기구를 구비하는 양자수율 측정장치.
청구항 1에 있어서,
상기 이동기구는 상기 적분구가 고정된 스테이지, 상기 스테이지에 고정된 너트, 상기 너트에 나사맞춤된 이송나사축 및 상기 이송나사축을 회전시키는 구동원을 가지는 양자수율 측정장치.
청구항 2에 있어서,
상기 너트는 상기 이송나사축의 축선방향에서 보았을 경우에, 상기 스테이지에서 상기 광입사개구로부터 상기 광출사개구에 이르는 제1 영역 및 제2 영역 가운데, 상기 광입사개구로부터 상기 광출사개구에 이르는 거리가 짧은 상기 제1 영역에 고정되어 있는 양자수율 측정장치.
청구항 3에 있어서,
상기 이동기구는 상기 스테이지에 고정된 슬리브 및 상기 슬리브에 삽입 통과된 가이드축을 더 가지는 양자수율 측정장치.
청구항 4에 있어서,
상기 적분구에는 다른 시료를 지지하기 위한 시료대가 착탈 가능하게 장착되어 있고,
상기 슬리브는 상기 가이드축의 축선방향에서 보았을 경우에, 상기 광입사개구 또는 상기 광출사개구를 사이에 두고 상기 이송나사축과 대향하도록 상기 제2 영역에 고정되어 있는 양자수율 측정장치.
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 상태에서의 상기 적분구의 제1 위치 및 상기 제2 상태에서의 상기 적분구의 제2 위치의 각각의 위치를 검출하는 위치검출기를 더 구비하고,
상기 이동기구는 상기 위치검출기에 의해서 상기 제1 위치 또는 상기 제2 위치가 검출되었을 때에 상기 적분구를 정지시키는 양자수율 측정장치.
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광출사개구에는 상기 피측정광을 죄는 제1 조리개부재가 마련되어 있고, 상기 광입사부에는 상기 피측정광을 죄는 제2 조리개부재가 마련되어 있는 양자수율 측정장치.