分光光度計
【課題】ノイズが少なく精度の高い検知器の暗電流補正が自動で可能な分光光度計を提供する。
【解決手段】パルス点灯する光源と、光源の発する白色光から特定の波長を取り出して単色化する分光器と、試料を保持する試料室と、試料を透過又は反射した単色光を検知する検知器とを備え、分光器で取り出された波長を変化させるときに光源を消灯して検知器の暗電流補正を行い、所望の波長に到達した時点で光源を点灯させて単色光を検知するように制御するプロセッサを備える。
【解決手段】パルス点灯する光源と、光源の発する白色光から特定の波長を取り出して単色化する分光器と、試料を保持する試料室と、試料を透過又は反射した単色光を検知する検知器とを備え、分光器で取り出された波長を変化させるときに光源を消灯して検知器の暗電流補正を行い、所望の波長に到達した時点で光源を点灯させて単色光を検知するように制御するプロセッサを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源の発する白色光をフィルターあるいは分光器を用いて単色光化し、その単色光の波長を変化させながら試料に照射し、試料の反射，吸収を検知し、試料の定性，定量分析を行う分光光度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の分光光度計では、連続光源を用いて機械的に光を遮り、検知器の暗電流補正を行っていた。機械的に光を遮断する手段としては、操作者がシャッターを手動で光路に挿入する方法と、モータ等でシャッターを自動的に時分割で挿入する方法がある。前者の場合、検知器の暗電流が室温等の影響を受け変化すると、その都度ユーザがゼロ補正を行う必要があった。さらに、測定中に暗電流が変動すると、暗電流を補正しきれず測定精度が低下する。後者の場合は、操作者が手動でシャッターを挿入する必要はないが、機械的にシャッターを駆動しているので、シャッターが光を完全に遮るために数ミリ秒必要であり、この時間を有効に使用できなかった。
【０００３】
また、パルス点灯光源を用い、点灯の直前あるいは直後に暗電流補正を行うことによって、暗電流の影響を低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、暗電流の影響を低減することができるが、補正を短時間で行うためノイズの影響を受けやすくなる、高速処理が必要になり回路構成が複雑になってしまう等の課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０００−５００８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ノイズが少なく精度の高い検知器の暗電流補正が自動で可能な分光光度計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の実施例は、パルス点灯する光源と、光源の発する白色光から特定の波長を取り出して単色化する分光器と、試料を保持する試料室と、試料を透過又は反射した単色光を検知する検知器とを備え、分光器で取り出された波長を変化させるときに光源を消灯して検知器の暗電流補正を行い、所望の波長に到達した時点で光源を点灯させて単色光を検知するように制御するプロセッサを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ノイズが少なく精度の高い検知器の暗電流補正が自動で可能な分光光度計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】分光光度計の構成を示す構成図である。
【図２】データ処理の流れを示すブロック図である。
【図３】波長スキャン測定時のタイミングチャートである。
【図４】時間変化測定時あるいは定量演算時のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１０】
〔実施例〕
図１は、分光光度計の構成を示す構成図である。光源１には、例えばキセノンフラッシュランプのようなパルス点灯が可能な光源を用い、指定のタイミングでランプを点灯するようにしておく。光源１から放射された矢印で示す白色光は、分光器２で分光され特定の波長が取り出され、ビームスプリッター３で、サンプル側光束４及びリファレンス側光束８に分離される。両光束はそれぞれ反射鏡５，６及び７で反射され、試料室９に導かれる。試料室９内で、サンプル側光束４はサンプル側セル１０を透過し、サンプル側検知器１２で検知される。一方、リファレンス側光束８はリファレンス側セル１１を透過し、リファレンス側検知器１３で検知される。このとき、分光器２で、セル１０および１１に入射する波長を変化させることで、セル内試料の吸収あるいは反射する光の波長を知ることができる。そして、例えば吸収の場合は、横軸を波長、縦軸を吸光度とした吸収スペクトルを図示ないしは演算装置で作成して表示することで、操作者は試料の成分を知ることができる。図１は、光束をサンプル側，リファレンス側に分けるいわゆるダブルビームの構成になっているが、リファレンス側光束のない、シングルビーム構成および、リファレンスセルのないレシオビーム構成でも、本発明を実施することができる。
【００１１】
図２は、本発明のデータ処理の流れを示すブロック図である。図を簡略化するため、分光器等の光学部品，リファレンス側光束は省力してある。光源１から放出され、試料を透過あるいは反射したサンプル側光束４は、サンプル側検知器で検出され電気信号に変換された後、ＡＭＰ１５によって増幅され、ＡＤ変換器１６によってアナログ信号がディジタル信号に変換される。このディジタル信号がプロセッサ１７によって処理され、透過率等が計算される。また、プロセッサ１７はランプ点灯電源１４を制御し、ランプの点灯，暗電流補正，サンプル側光束の検知と同期させて処理を行う。
【００１２】
図３は、波長スキャン測定時のタイミングチャートである。図を簡略化するため、リファレンス側データ処理は省力してある。波長スキャン測定で、ある波長、例えば、図３の例では８００ナノメートルにおける測定を行った後、ランプを消灯したまま波長を移動させ、その間に暗電流のアナログ・トゥ・ディジタル変換を、本実施例では例えば２回行う。波長停止後、ランプを一連のパルス列で、本実施例では例えば４回、点灯させ、試料を透過あるいは反射した単色光信号のアナログ・トゥ・ディジタル変換を、例えば２回行う。図３の例では、アナログ・トゥ・ディジタル変換は二重積分方式を採用しているが、他の方式例えば逐次比較方式でも良い。この波長の測定値は、信号のアナログ・トゥ・ディジタル変換値の平均から暗電流測定値の平均を減算して行われる。測定終了後は次の波長における信号の測定まで、ランプは消灯されたままである。ある波長における測定終了後、再び波長移動が行われ、同様の暗電流測定と信号測定が、測定波長移動が終了するまで繰返される。
【００１３】
図４は、時間変化測定時あるいは定量演算測定時のタイミングチャートである。図を簡略化するため、リファレンス側データ処理は省力してある。時間変化測定では一定時間間隔でデータの蓄積を行う、本実施例では、９６０ミリ秒毎にデータを蓄積する例を示すが、他の時間間隔でも実施することができる。ある時点でのデータ蓄積を行った後、ランプを消灯し、例えば２４回暗電流のアナログ・トゥ・ディジタル変換を行い、その後ランプを一連のパルス列、本実施例では例えば４回で点灯させ、試料を透過あるいは反射した単色光信号のアナログ・トゥ・ディジタル変換を２４回行ったのち平均化し、これから先に測定した暗電流２４回の測定値の平均値を減算することで、この時点での測定値を求める。図４では、アナログ・トゥ・ディジタル変換は二重積分方式を採用しているが、他の方式例えば逐次比較方式でも良い。定量演算測定時は、時間変化測定時のある時点での測定値を試料に含まれる分析物の濃度算出に用いる。
【００１４】
従来の技術では、電気回路的に暗電流を補正していたので、ランプ点灯の直前あるいは直後にしかゼロ補正を行うことができなかった。ランプ点灯の直前あるいは直後、例えばランプ点灯との時間差は２０から３０マイクロ秒で暗電流補正を行っているため、室内光の変動に対しても暗電流補正が有効であり、試料室の蓋を閉めずに測定可能であるとされていた。しかし、室内光変動の主要因は蛍光灯によるものであり、商用周波数が６０ヘルツであっても約８.３ミリ秒周期変動なので、それ以上に早い変化に追従する必要はない。また、電気回路的に暗電流を補正するので、暗電流補正が終了し、ランプが点灯する２０から３０マイクロ秒の間に試料室が開けられた場合、あるいは閉められた場合は、その変化を検知することができず、測定誤差が大きくなる問題があった。
【００１５】
本発明では、通常の測定を行う検知器，ＡＭＰ，ＡＤ変換器を使用し、ディジタル的に暗電流補正を行うようにしたので、ランプ点灯の直前あるいは直後でなくてもゼロ補正を行うことが可能になった。従って、ランプ点灯前後の暗電流出力を監視することができるので、測定中に試料室の蓋が開けられた場合、あるいは閉められた場合は、暗電流の大きさがランプ点灯前後で変化しているために、蓋が開閉されたことを検知可能であり、エラーメッセージを表示することで、再測定等を操作者に促すことで、十分な信頼性を得ることができる。
【００１６】
さらに、測定の都度、すなわち、ランプ点灯の直前あるいは直後に回路的に短時間で暗電流補正値を行うために、暗電流補正そのものがノイズの影響を受け変動するという問題点があった。本発明では、通常の測定を行う検知器，ＡＭＰ，ＡＤ変換器を使用し、ディジタル的に暗電流補正を行うようにしたので、ランプ点灯の直前あるいは直後でなくてもゼロ補正を行うことが可能になった。従って、暗電流補正を多数回、可能であれば試料測定回数以上の回数行うことで、ノイズの影響を受けないようにすることができる。
【００１７】
上述したように、本発明の実施例は、光源の発する白色光をフィルターあるいは分光器を用いて単色光化し、その単色光の波長を変化させながら試料に照射し、試料の反射，吸収を検知し、試料の定性，定量分析を行う分光光度計であって、光源にはフラッシュキセノンランプのようなパルス点灯光源を用いる分光光度計を提供するものである。
【００１８】
本発明の実施例によれば、ノイズが少なく、精度の高い検知器の暗電流補正が自動で可能になる。また、暗電流の大きさを常時監視することにより、測定中に試料室の蓋が開けられた場合でも検知が可能であるため、エラーメッセージ等を表示し、再測定を操作者に促すことで、十分な信頼性を得ることができる。
【符号の説明】
【００１９】
１ 光源
２ 分光器
３ ビームスプリッター
４ サンプル側光束
５，６，７ 反射鏡
８ リファレンス側光束
９ 試料室
１０ サンプル側セル
１１ リファレンス側セル
１２ サンプル側検知器
１３ リファレンス側検知器
１４ ランプ点灯電源
１５ ＡＭＰ
１６ ＡＤ変換器
１７ プロセッサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源の発する白色光をフィルターあるいは分光器を用いて単色光化し、その単色光の波長を変化させながら試料に照射し、試料の反射，吸収を検知し、試料の定性，定量分析を行う分光光度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の分光光度計では、連続光源を用いて機械的に光を遮り、検知器の暗電流補正を行っていた。機械的に光を遮断する手段としては、操作者がシャッターを手動で光路に挿入する方法と、モータ等でシャッターを自動的に時分割で挿入する方法がある。前者の場合、検知器の暗電流が室温等の影響を受け変化すると、その都度ユーザがゼロ補正を行う必要があった。さらに、測定中に暗電流が変動すると、暗電流を補正しきれず測定精度が低下する。後者の場合は、操作者が手動でシャッターを挿入する必要はないが、機械的にシャッターを駆動しているので、シャッターが光を完全に遮るために数ミリ秒必要であり、この時間を有効に使用できなかった。
【０００３】
また、パルス点灯光源を用い、点灯の直前あるいは直後に暗電流補正を行うことによって、暗電流の影響を低減する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、暗電流の影響を低減することができるが、補正を短時間で行うためノイズの影響を受けやすくなる、高速処理が必要になり回路構成が複雑になってしまう等の課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０００−５００８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、ノイズが少なく精度の高い検知器の暗電流補正が自動で可能な分光光度計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の実施例は、パルス点灯する光源と、光源の発する白色光から特定の波長を取り出して単色化する分光器と、試料を保持する試料室と、試料を透過又は反射した単色光を検知する検知器とを備え、分光器で取り出された波長を変化させるときに光源を消灯して検知器の暗電流補正を行い、所望の波長に到達した時点で光源を点灯させて単色光を検知するように制御するプロセッサを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ノイズが少なく精度の高い検知器の暗電流補正が自動で可能な分光光度計を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】分光光度計の構成を示す構成図である。
【図２】データ処理の流れを示すブロック図である。
【図３】波長スキャン測定時のタイミングチャートである。
【図４】時間変化測定時あるいは定量演算時のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００１０】
〔実施例〕
図１は、分光光度計の構成を示す構成図である。光源１には、例えばキセノンフラッシュランプのようなパルス点灯が可能な光源を用い、指定のタイミングでランプを点灯するようにしておく。光源１から放射された矢印で示す白色光は、分光器２で分光され特定の波長が取り出され、ビームスプリッター３で、サンプル側光束４及びリファレンス側光束８に分離される。両光束はそれぞれ反射鏡５，６及び７で反射され、試料室９に導かれる。試料室９内で、サンプル側光束４はサンプル側セル１０を透過し、サンプル側検知器１２で検知される。一方、リファレンス側光束８はリファレンス側セル１１を透過し、リファレンス側検知器１３で検知される。このとき、分光器２で、セル１０および１１に入射する波長を変化させることで、セル内試料の吸収あるいは反射する光の波長を知ることができる。そして、例えば吸収の場合は、横軸を波長、縦軸を吸光度とした吸収スペクトルを図示ないしは演算装置で作成して表示することで、操作者は試料の成分を知ることができる。図１は、光束をサンプル側，リファレンス側に分けるいわゆるダブルビームの構成になっているが、リファレンス側光束のない、シングルビーム構成および、リファレンスセルのないレシオビーム構成でも、本発明を実施することができる。
【００１１】
図２は、本発明のデータ処理の流れを示すブロック図である。図を簡略化するため、分光器等の光学部品，リファレンス側光束は省力してある。光源１から放出され、試料を透過あるいは反射したサンプル側光束４は、サンプル側検知器で検出され電気信号に変換された後、ＡＭＰ１５によって増幅され、ＡＤ変換器１６によってアナログ信号がディジタル信号に変換される。このディジタル信号がプロセッサ１７によって処理され、透過率等が計算される。また、プロセッサ１７はランプ点灯電源１４を制御し、ランプの点灯，暗電流補正，サンプル側光束の検知と同期させて処理を行う。
【００１２】
図３は、波長スキャン測定時のタイミングチャートである。図を簡略化するため、リファレンス側データ処理は省力してある。波長スキャン測定で、ある波長、例えば、図３の例では８００ナノメートルにおける測定を行った後、ランプを消灯したまま波長を移動させ、その間に暗電流のアナログ・トゥ・ディジタル変換を、本実施例では例えば２回行う。波長停止後、ランプを一連のパルス列で、本実施例では例えば４回、点灯させ、試料を透過あるいは反射した単色光信号のアナログ・トゥ・ディジタル変換を、例えば２回行う。図３の例では、アナログ・トゥ・ディジタル変換は二重積分方式を採用しているが、他の方式例えば逐次比較方式でも良い。この波長の測定値は、信号のアナログ・トゥ・ディジタル変換値の平均から暗電流測定値の平均を減算して行われる。測定終了後は次の波長における信号の測定まで、ランプは消灯されたままである。ある波長における測定終了後、再び波長移動が行われ、同様の暗電流測定と信号測定が、測定波長移動が終了するまで繰返される。
【００１３】
図４は、時間変化測定時あるいは定量演算測定時のタイミングチャートである。図を簡略化するため、リファレンス側データ処理は省力してある。時間変化測定では一定時間間隔でデータの蓄積を行う、本実施例では、９６０ミリ秒毎にデータを蓄積する例を示すが、他の時間間隔でも実施することができる。ある時点でのデータ蓄積を行った後、ランプを消灯し、例えば２４回暗電流のアナログ・トゥ・ディジタル変換を行い、その後ランプを一連のパルス列、本実施例では例えば４回で点灯させ、試料を透過あるいは反射した単色光信号のアナログ・トゥ・ディジタル変換を２４回行ったのち平均化し、これから先に測定した暗電流２４回の測定値の平均値を減算することで、この時点での測定値を求める。図４では、アナログ・トゥ・ディジタル変換は二重積分方式を採用しているが、他の方式例えば逐次比較方式でも良い。定量演算測定時は、時間変化測定時のある時点での測定値を試料に含まれる分析物の濃度算出に用いる。
【００１４】
従来の技術では、電気回路的に暗電流を補正していたので、ランプ点灯の直前あるいは直後にしかゼロ補正を行うことができなかった。ランプ点灯の直前あるいは直後、例えばランプ点灯との時間差は２０から３０マイクロ秒で暗電流補正を行っているため、室内光の変動に対しても暗電流補正が有効であり、試料室の蓋を閉めずに測定可能であるとされていた。しかし、室内光変動の主要因は蛍光灯によるものであり、商用周波数が６０ヘルツであっても約８.３ミリ秒周期変動なので、それ以上に早い変化に追従する必要はない。また、電気回路的に暗電流を補正するので、暗電流補正が終了し、ランプが点灯する２０から３０マイクロ秒の間に試料室が開けられた場合、あるいは閉められた場合は、その変化を検知することができず、測定誤差が大きくなる問題があった。
【００１５】
本発明では、通常の測定を行う検知器，ＡＭＰ，ＡＤ変換器を使用し、ディジタル的に暗電流補正を行うようにしたので、ランプ点灯の直前あるいは直後でなくてもゼロ補正を行うことが可能になった。従って、ランプ点灯前後の暗電流出力を監視することができるので、測定中に試料室の蓋が開けられた場合、あるいは閉められた場合は、暗電流の大きさがランプ点灯前後で変化しているために、蓋が開閉されたことを検知可能であり、エラーメッセージを表示することで、再測定等を操作者に促すことで、十分な信頼性を得ることができる。
【００１６】
さらに、測定の都度、すなわち、ランプ点灯の直前あるいは直後に回路的に短時間で暗電流補正値を行うために、暗電流補正そのものがノイズの影響を受け変動するという問題点があった。本発明では、通常の測定を行う検知器，ＡＭＰ，ＡＤ変換器を使用し、ディジタル的に暗電流補正を行うようにしたので、ランプ点灯の直前あるいは直後でなくてもゼロ補正を行うことが可能になった。従って、暗電流補正を多数回、可能であれば試料測定回数以上の回数行うことで、ノイズの影響を受けないようにすることができる。
【００１７】
上述したように、本発明の実施例は、光源の発する白色光をフィルターあるいは分光器を用いて単色光化し、その単色光の波長を変化させながら試料に照射し、試料の反射，吸収を検知し、試料の定性，定量分析を行う分光光度計であって、光源にはフラッシュキセノンランプのようなパルス点灯光源を用いる分光光度計を提供するものである。
【００１８】
本発明の実施例によれば、ノイズが少なく、精度の高い検知器の暗電流補正が自動で可能になる。また、暗電流の大きさを常時監視することにより、測定中に試料室の蓋が開けられた場合でも検知が可能であるため、エラーメッセージ等を表示し、再測定を操作者に促すことで、十分な信頼性を得ることができる。
【符号の説明】
【００１９】
１ 光源
２ 分光器
３ ビームスプリッター
４ サンプル側光束
５，６，７ 反射鏡
８ リファレンス側光束
９ 試料室
１０ サンプル側セル
１１ リファレンス側セル
１２ サンプル側検知器
１３ リファレンス側検知器
１４ ランプ点灯電源
１５ ＡＭＰ
１６ ＡＤ変換器
１７ プロセッサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス点灯する光源と、該光源の発する白色光から特定の波長を取り出して単色化する分光器と、試料を保持する試料室と、前記試料を透過又は反射した単色光を検知する検知器とを備え、
前記分光器で取り出された波長を変化させるときに前記光源を消灯して前記検知器の暗電流補正を行い、所望の波長に到達した時点で前記光源を点灯させて前記単色光を検知するように制御するプロセッサを備えたことを特徴とする分光光度計。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記光源はキセノンフラッシュランプであることを特徴とする分光光度計。
【請求項３】
請求項１の記載において、前記検知器の暗電流補正を、前記単色光を変換したディジタル信号を用いて行うことを特徴とする分光光度計。
【請求項１】
パルス点灯する光源と、該光源の発する白色光から特定の波長を取り出して単色化する分光器と、試料を保持する試料室と、前記試料を透過又は反射した単色光を検知する検知器とを備え、
前記分光器で取り出された波長を変化させるときに前記光源を消灯して前記検知器の暗電流補正を行い、所望の波長に到達した時点で前記光源を点灯させて前記単色光を検知するように制御するプロセッサを備えたことを特徴とする分光光度計。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記光源はキセノンフラッシュランプであることを特徴とする分光光度計。
【請求項３】
請求項１の記載において、前記検知器の暗電流補正を、前記単色光を変換したディジタル信号を用いて行うことを特徴とする分光光度計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２７１２（Ｐ２０１２−２７１２Ａ）
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３８８６１（Ｐ２０１０−１３８８６１）
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月５日（２０１２．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１８日（２０１０．６．１８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]