微弱発光分析装置
【課題】 物質が発光する強度とスペクトルの波長の平均的な量とを容易に知ることができる簡単な構成で且つ安価な微弱発光分析装置を得る。
【解決手段】 分析装置のデータ処理部９が、第１フィルタ１６挿入時の感度値ｆ１（λ）及び第２フィルタ１７挿入時の感度値ｆ２（λ）の比の値と、その感度値の比の値から一意的に導出される波長λの大きさとを相互に対応させるように形成されたルックアップテーブルを参照して、前記第１フィルタを透過して検出された第１検出値Ｄ１（λ）及び上記第２フィルタを透過して検出された第２検出値Ｄ２（λ）の比の値と前記感度値の比の値とを対比させ、適合する感度値の比の値から対応する波長λを重心波長として導出すると共に、各フィルタの感度値と第１及び第２検出値Ｄ１（λ）、Ｄ２（λ）の関係から総発光量を算出する。
【解決手段】 分析装置のデータ処理部９が、第１フィルタ１６挿入時の感度値ｆ１（λ）及び第２フィルタ１７挿入時の感度値ｆ２（λ）の比の値と、その感度値の比の値から一意的に導出される波長λの大きさとを相互に対応させるように形成されたルックアップテーブルを参照して、前記第１フィルタを透過して検出された第１検出値Ｄ１（λ）及び上記第２フィルタを透過して検出された第２検出値Ｄ２（λ）の比の値と前記感度値の比の値とを対比させ、適合する感度値の比の値から対応する波長λを重心波長として導出すると共に、各フィルタの感度値と第１及び第２検出値Ｄ１（λ）、Ｄ２（λ）の関係から総発光量を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分子の電子状態間遷移に基づく微弱な発光を検出して、発光原因分子を含む試料の特性や状態の分析評価を行う微弱発光分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックやゴム、さらには食品やバイオ関連も含めて多くの有機物質は時間の経過とともに老化・劣化していくが、このとき極微弱なケミルミネッセンスと呼ばれる光が放射される現象が発見され、この極微弱な発光を観測して上記有機物質の老化・劣化を評価・予測する技術が開拓されてきている。
【０００３】
上記ケミルミネッセンスは、二次元に広がる反応領域の各所から微弱な光が放射される現象であるため、光源を発した光のうち分光器の入射スリットを通過できた光のみが分光測定されるプリズムあるいは回折格子を用いる分散型の分光測定装置では感度が不足するという問題が生じていた。そのため、従来のケミルミネッセンスの測定装置は、発光の強度のみを捉える非分光方式が主流で、分光的なデータが必要な場合には、非分光方式の装置に立ち上がり波長の異なるハイパスフィルタ複数を交換しながら使用し、各フィルタを透過する光を光電子倍増管による光検出器でフォトンカウンティングによって順次検出し、これにより発光スペクトルの概略を導出できるようにしていた。
【０００４】
ところで、ケミルミネッセンスの本格的な分光測定が可能になると、分子・原子レベルでの物質変化の情報が質・量ともに飛躍的に向上してより高度な分析評価が可能となり、より本質的な新たな知見が得られることとなる。そこで、本発明者らは、サバール板干渉計とイメージセンサで構成される分光方式が測定に対する光の利用効率を極めて高くしうる原理上の能力を秘めていることに着目し、特許文献１のようなケミルミネッセンスの極微弱発光の本格的な分光測定機能を有する分析装置を開発した。
【０００５】
上記特許文献１に係る分析装置の利用には、分子変化の内容とそのスペクトルの関係を説明しうる理論体系の構築が必須となるが、この理論体系を完全に構築するためには膨大な研究・開発努力を要する。
その一方で、上記理論体系が完全に構築されていない段階では、上記特許文献１に係る分析装置の実際の利用に際しては、発光の強度とスペクトルとを測定対象物質の品質・特性に係る情報と関連付けて結論を導く場合が多く、スペクトルを分子レベルに遡って解析する利用法は多くない。このような利用法においては、特許文献１のような本格的な分光測定機能を有しているが高価である分析装置を必ずしも必要としておらず、実用的には、発光の強度とスペクトルの波長の平均的な値としての重心波長とを知ることができる装置で実用的には十分である。
【特許文献１】特許第３７９６０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
如上に鑑み、本発明の技術的に課題は、物質が発光する強度とスペクトルの波長の平均的な値とを容易に知ることができる簡単な構成で且つ安価な微弱発光分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の微弱発光分析装置は、 分析対象物となる試料を格納する試料室と、試料の発光を検出する光検出器と、該光検出器と試料との間に介在されたフィルタ部と、上記光検出器で検出された検出値のデータを演算処理して試料の特性情報を出力するデータ処理部を有し、上記フィルタ部は、波長の透過率が相互に異なる複数のフィルタを備え、上記光検出器に各フィルタを透過した光の各検出値を取得させ、上記各フィルタと上記光検出器とは、入射する光の波長に対する各フィルタの各透過率と光検出器の波長感度との積である各感度値が求められ、上記データ処理部は、上記各感度値の比の値と、該感度値の比の値から特定される波長とを対応させると共に、上記取得した各検出値の比の値を算出して、該各検出値の比の値と対応する上記各感度値の比の値から特定される波長を重心波長として導出し、該重心波長から光の総発光量を導出することを特徴とする。
【０００８】
この場合において、上記データ処理部は、上記各感度値の比の値と、該感度値の比の値から特定される波長とを対応させたルックアップテーブルを有し、該ルックアップテーブルを参照して重心波長を特定するものとすることが好ましい。
【０００９】
また、本発明においては、上記フィルタ部は、透過率のピークが短波長側に選定された第１フィルタと、透過率のピークが長波長側に選定された第２フィルタとを有しているものとすることができる。
【００１０】
さらに、本発明においては、上記データ処理部は、第１フィルタを透過して上記光検出器に検出された第１検出値Ｄ１（λ）、及び第２フィルタを透過して光検出器に検出された第２検出値D２（λ）と、上記重心波長の大きさに対する上記第1のフィルタの感度値ｆ１（λ）と第２のフィルタの感度値ｆ２（λ）とから、試料が発する光の総発光量Ｉλを
【数１】
の計算式で導出するものとすることができる。
【００１１】
また、本発明においては、上記フィルタ部は、各フィルタが並列的に配置され、各フィルタの位置を切り替えることにより試料が発する光を各フィルタに透過させて単一の光検出器により順次検出させ、該光検出器は、各フィルタの検出値をフィルタ毎に別々に格納されるデータ格納部に出力するものとすることができる。
あるいは、複数の光検出器を備え、上記フィルタ部は各光検出器毎に各フィルタを配設したものとすることができる。
【００１２】
さらに、本発明においては、上記光検出器は、フォトンカウンティングによる光の検出を行うものとすることができる。
あるいは、検出信号をアナログ信号として出力するプリアンプ付シリコンフォトダイオードを検出素子とする光検出器と、試料と光検出器との間に設けられ、該試料から発せられる光をチョッピングして該光を交流化する光チョッパ装置と、上記光検出器の検出信号を増幅する増幅手段と、上記光チョッパ装置のチョッピング周波数に同期した位相信号を発信する位相検出器と、該位相検出器からの位相信号と上記増幅手段によって増幅された検出信号とを同期させて整流し、その同期・整流した信号を直流化する同期整流回路と、該同期整流回路から出力された直流化された信号をデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換回路とを有しているものとすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の微弱発光分析装置によれば、透過率のピークが相互に異なる複数のフィルタを使用すると共に、上記各フィルタと光検出器とは、入射する光の波長に対する各フィルタの各透過率と光検出器の波長感度との積である各感度値が求められるように構成し、各フィルタの感度値の比の値と、該感度値の比の値から導出される波長の大きさとを対応させて、各フィルタを透過して検出された各検出値の比の値と対応する上記感度値の比の値から重心波長を求めることができるため、該受信波長の導出をきわめて容易に行うことができる。また、試料が発する総発光量も、得られた検出値のデータと各フィルタの感度値との関係から算出することが可能であるため、導出が容易である。しかも、本格的な分光測定機能を有する分析装置に比べて全体の構成が簡易であるだけでなく、サバール板干渉計等のきわめて高価な部材を必要としていないため、コストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明に係る微弱発光分析装置の第１実施例を示すもので、この第１実施例の分析装置は、分析対象となる試料１を格納する試料室２と、試料１の発光を検出する単一の光検出器４、及び該光検出器４と試料との間にフィルタを入れ替え挿入可能に介在させるフィルタ部５Ａが収容された検出室６と、光検出器４の検出値のデータを格納するデータ格納部８（メモリ）を備えた電子回路部７Ａと、データ格納部８から出力された検出値データを演算処理して試料１の特性情報を出力すると共に、装置全体を制御するデータ処理部９を備えている。
【００１５】
上記試料室２は、光学的に密閉された暗室構造のもので、試料１で生起する化学反応を促進するためのヒーター１０と、該ヒーター１０の温度を制御する温度制御器１１と、化学反応促進に供するガス供給用のガス供給系１２を備えている。
一方、上記検出室６は、上記試料室２の上部に配設されていて、上記光検出器４及びフィルタ部５Ａが収容された内部空間６ａは、ノイズ軽減のために外部と断熱された構成である一方、上記電子回路部７Ａの後述する駆動回路２２からの信号により開閉する電動シャッタ１３により試料室２からの光を内部空間６ａに透過させ、あるいは遮蔽する構成となっている。また、この検出室６には、上記光検出器４を冷却してノイズを低減するため冷凍機を有する冷風発生機１４が付設されている。
なお、上記検出室６における試料室側には断熱窓１５が設けられていて、試料室２からの光を透過させる一方で、試料室２の熱が検出室６に伝導しないようにしている。
【００１６】
上記フィルタ部５Ａは、感度ピークが短波長側に選定された第１フィルタ１６と、感度ピークが長波長側に選定された第２フィルタ１７と、波長選択性のない第３フィルタ１８と、これらの３つのフィルタを並列的に配置させる円板状のフィルタドラム１９、及び該フィルタドラム１９の中心に配設された回転軸１９ａを回転させるモータ２０とを備えている。
【００１７】
上記フィルタドラム１９は、中心に配設された回転軸１９ａを中心とした同心円上に上記３つのフィルタ１６、１７、１８を並列的に並べることができるもので、上記モータ２０を回転させることにより各フィルタを上記光検出器４と試料１との間に入れ替え挿入可能に順次介在させることができる構成となっている。
上記モータ２０は、後述する電子回路部７Ａの駆動回路２２からの信号により回転・停止されるようになっていて、上記シャッタ１３の開閉と連関して駆動するように制御されている。
【００１８】
上記第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７は、それぞれの透過率Ｔ１（λ）、Ｔ２（λ）が、各フィルタ１６、１７に入射する光の波長に対して一意的に定まるように設定されたもので、上記第１フィルタ１６は短波長側の透過率が高いいわゆる青フィルタ、一方、第２フィルタ１７は長波長側の透過率が高いいわゆる赤フィルタとなっている。
これらの第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７としては、例えば、波長に対する透過率に対し、積層する誘電体の厚さを設計して製作された薄膜多層干渉フィルタ、あるいは、色彩計等に適用されている色ガラスフィルターの中から所定の透過率特性を備えたフィルタ等を採用することができる。
【００１９】
上記光検出器４は、上記試料１に対向する向き、即ち下方向きに配置されていて、上記フィルタドラム１９に取付けられた３つのフィルタ１６、１７、１８のうち、この光検出器４と試料１との間に挿入、介在された状態にあるいずれか１つのフィルタを透過した光を順次検出するようになっている。
具体的に、上記光検出器４は、光電子増倍管又はアバランシェフォトダイオードを要素とするフォトンカウンティング方式の光検出が可能なもので、上記各フィルタを透過した光を光子レベルで検出し、１光子につき１パルスの信号を発信するように構成されている。また、この光検出器４は、必要な波長領域即ち上記第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７が有効に機能する範囲内の波長領域内においては、波長感度Ｅ（λ）がほぼ一定となっている。
【００２０】
ところで、上記第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７と光検出器４とで構成される検出系では、入射する光の波長λに対する第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７のそれぞれの透過率Ｔ１（λ）、Ｔ２（λ）に光検出器の波長感度Ｅ（λ）を乗じて得られる値を、この検出系が検出する感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）としている。なお、ｆ１（λ）は光を第１フィルタに入射させた場合の感度値であり、ｆ２（λ）は光を第２フィルタに入射させた場合の感度値である。
上記検出系においては、上記光検出器４の波長感度Ｅ（λ）が、上述のように測定対象となる波長域ではほぼ一定であるものが選択されていることから、各フィルタ１６、１７に光を入射させた場合（つまり各フィルタの挿入時）の上記感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）の特性は、実質的にこれらの第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７の各透過率特性によって定まる。
この第１実施例の検出系は、第１フィルタ及び第２フィルタの各透過率特性から、図２に示すように、第１フィルタ１６は感度ピークが短波長側に、第２フィルタ１７は感度ピークが長波長側にそれぞれあらわれるような感度値の特性となっている。なお、図２において、破線の曲線は第１フィルタ１６に光を透過させた場合の感度値ｆ１（λ）を示し、実線で示す曲線は第２フィルタ１７に光を透過させた場合の感度値ｆ２（λ）を示している。
【００２１】
さらに、上記第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７と光検出器４とで構成される検出系においては、その入射した光の波長を一意的に特定でき、逆にその光の波長の大きさから各感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）をそれぞれ一意的に導出することができるように構成されている。
具体的に説明すると、この検出系においては、上述のように、各フィルタ１６、１７に光を透過させた場合の上記感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）の特性が実質的に第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７の各透過率特性によって定まる。一方で、上記第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７は、各透過率Ｔ１（λ）、Ｔ２（λ）が、各フィルタ１６、１７に入射する光の波長に対して一意的に定まるように設定されているため、感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）が分かれば、その入射した光の波長を一意的に特定でき、また入射した光の波長の大きさから各感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）をそれぞれ一意的に導出することが可能となる。
【００２２】
上記第１フィルタ及び第２フィルタは、透過率Ｔ１（λ）、Ｔ２（λ）を分光光度計により容易に測定することができ、また、光検出器の波長感度Ｅ（λ）は、分光器で単色に分けた光を該光検出器に入射させた際の出力値により測定することができる。
したがって、各フィルタの透過率Ｔ１（λ）、Ｔ２（λ）と光検出器の波長感度Ｅ（λ）の測定データとを基に、この検出系における入射する光の波長と感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）の値との関係を予め導出しておくことが可能である。
【００２３】
この第１実施例においては、図３に示すような、波長対感度値に関するルックアップテーブルを各フィルタ毎に予め作成し、フィルタに入射した光の波長の大きさと該フィルタ挿入時の感度値との対応関係を迅速且つ容易に導出できるようにしている。ただし、図３は、第１フィルタ１６（青フィルタ）における波長対感度値に関するルックアップテーブルのみを表している。
なお、波長対感度値の特性が数式で表現可能な場合には、上記波長対感度値に関するルックアップテーブルは必ずしも作成する必要はなく、上記光の波長の大きさからフィルタの感度値を演算によって適宜算出するようにしてもよく、逆にフィルタの感度値の値から光の波長の大きさを演算によって適宜算出するようにしてもよい。
【００２４】
一方、上記電子回路部７Ａは、上記光検出器４から出力されたパルス信号を検出してその検出した信号数をカウントするカウンタ２１と、該カウンタ２１の数値をデータとして格納する上記データ格納部８と、上記検出室６のシャッタ１３及びフィルタドラム１９の駆動制御を行う駆動回路２２と、該駆動回路２２に連関して上記データ格納部内におけるカウンタ２１の数値の格納領域を指定するメモリアドレスコントローラ２３とを有している。
上記カウンタ２１は、上記データ処理部９で設定された測定時間の間だけ検出した上記パルス信号をカウントし、メモリアドレスコントローラ２３が指定するデータ格納部８内の格納領域に格納させるようになっている。
また、上記駆動回路２２は、上記データ処理部９で実行される後述の制御プログラムに２４より駆動制御されていて、該制御プログラム２４から測定時間の設定及び測定開始の指令を受けると、その設定した測定時間だけ上記シャッタ１３を開く。そして、設定時間経過後はシャッタ１３を閉じると共に上記モータ２０を駆動させてフィルタドラム１９を回転させ、測定に使用するフィルタを交換させる一方、最終的に３つのフィルタによる測定が終了した場合には、その測定の終了を制御プログラムにデータ処理部９に通知する構成となっている。
上記メモリアドレスコントローラ２３は、上記駆動回路２２の駆動に連動し、各フィルタ１６、１７、１８を通して検出されたカウンタ２１の各数値を、上記データ格納部８内に各フィルタ毎に別々に振り分けて格納させるように格納領域を指定し、一方、上記データ格納部８は、カウンタ２１の数値を、各フィルタの検出値のデータとして、メモリアドレスコントローラの指定した格納領域にフィルタ毎に対応して蓄積する。
【００２５】
また、上記データ処理部９は、上記電子回路部７Ａとのインターフェイスを含む電子計算機（図示せず）と、設定操作や演算結果・設定内容の表示を行う操作表示部（図示せず）、並びに該電子計算機上で作動して分析装置全体を制御する制御プログラム２４及び上記データ格納部８に格納された検出値のデータをもとに演算処理を行うデータ処理プログラム２５、さらに、第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７挿入時の各感度値の比の値と該感度値の比の値から特定される波長の大きさとを対応させるように予め作成、データ化された、波長対感度値の比の値に関する後述のルックアップテーブルとを備えており、分析装置自体の制御と光検出器４で得られた検出値のデータ処理とを一体に行うようになっている。
上記制御プログラム２４は、計測時間の設定、及び計測時間と計測開始の指令の上記電子回路部７Ａへの通知、該電子回路部７Ａから通知される測定終了の信号の検出と上記データ処理プログラム２５の起動を実行することを主な機能としている。
また、上記データ処理プログラム２５は、上記電子回路部７Ａのデータ格納部８から転送された検出値のデータの受領と、この検出値のデータから試料１が発する後述の光の重心波長の導出・総発光量の導出処理を行うことを主な機能としている。
【００２６】
ここで、本発明の微弱発光分析装置の原理について詳細に説明する。本発明の微弱発光分析装置は、物質（試料１）が発光する光の重心的な波長の値、及びその光の波長の総発光量を測定・導出するものであり、その測定・導出は次のような論理に基づいて行われる。
【００２７】
上述のように、上記第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７は、感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）の値から各フィルタ１６、１７に入射した光の波長を一意的に特定できる。上記光検出器４は、第１フィルタ及び第２フィルタ挿入時の各感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）の値そのものを計測するものではないが、これらの各感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）の値そのものが分からなくても、光検出器４の検出値のデータからこれら第１フィルタ挿入時の感度値ｆ１（λ）の値と第２フィルタ挿入時の感度値ｆ２（λ）の値との比が特定できれば、各フィルタに入射した光の波長、即ち試料が発した光の波長λを一意的に特定することができる。
【００２８】
具体的に説明すると、試料１が単一の波長λ１を発するとした場合、第１フィルタ１６を透過して検出された第１検出値Ｄ１（λ１）、第２フィルタ１７を透過して検出された第２検出値Ｄ２（λ１）、第３フィルタ１８を透過して検出された第３検出値Ｄ３（λ１）は、それぞれ次の（１）〜（３）式で表すことができる。
【数２】
ここに、Ｉλ１は測定時間中に各フィルタに入射する光子の総量（入射した光の波長の総発光量）を指している。
次の（４）式に示すように、上記３つの検出値のうち、第１検出値と第２検出値とを抽出し、これらの検出値の比Ｒ（λ１）を算出する。
【数３】
上記（１）、（２）式から上記（４）式は次のように置き換えることができる。
【数４】
【００２９】
このとき、第１フィルタ１６、第２フィルタ１７にそれぞれ波長λの光を透過させた際の該波長λと感度値の比R（λ）の値との対応関係は、両フィルタ１６、１７の上述した波長対感度値に関するルックアップテーブルを基に、波長λと感度値の比R（λ）の値とを相互に対応させて、例えば図４に示すような波長λ対感度値の比Ｒ（λ）の値に関するルックアップテーブルであらわすことができる。
感度値の比の値と検出値の比の値とは同等に扱うことができるため、波長λ対感度値の比R（λ）の値に関するルックアップテーブル参照して、上記（５）式で得られた検出値の比Ｒ（λ１）の値に適合する波長λ１を迅速且つ容易に特定することができることになる。
この場合、試料が発する光は単一波長であるため、この特定された波長は試料が発した光の波長そのものであり、重心波長となる。
【００３０】
上記重心波長λ１が特定されると、第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７挿入時の各感度値ｆ１（λ１）、ｆ２（λ１）の値を、上記波長対感度値に関するルックアップテーブルから抽出することが可能であるため、上記（１）、（２）式から得られる次式により、試料が発する発光量Ｉλ１を算出することができる。
【数５】
このとき、上記（６）式から得られる値は、試料１から単一波長の光が発光される場合は総発光量に相当する。なお、光が単一波長である場合、この算出された総発光量Ｉλ１の値は、波長選択性のない上記第３フィルタ１８を通した検出値である第３検出値D３から導出される値とほぼ一致する。
【００３１】
一方、試料１が複数の波長の光を発する場合、例えば波長λ２で発光量がＩλ２のスペクトルと、波長λ３で発光量がＩλ３のスペクトルとからなる光を発するとした場合、上記光検出器４には波長弁別機能がないことから、該光検出器４は、あたかも発光量Ｉλｃの単一波長λｃの光が入射したものとして動作する。
そうすると、上記光検出器４は、実際には入射する光の発光量を光子の数として計測しているため、発光量Ｉλｃは次の（７）式のように表すことができる。
また、第１検出値Ｄ１（λｃ）、第２検出値Ｄ２（λｃ）、第３検出値Ｄ３（λｃ）は次の（８）〜（１０）式で表すことができる。
【数６】
【数７】
【００３２】
上記第１検出値Ｄ１（λｃ）の値と第２検出値Ｄ２（λｃ）の値との比、即ち上記（８）式と（９）式との比Ｒ（λｃ）の値を求め、上記波長λ対感度値の比R（λ）の値に関するルックアップテーブルと照合することにより、このＲ（λｃ）の値に対する波長λｃを特定することができる。この特定した波長λｃが複数波長発光系の重心波長となる。
【００３３】
また、上記波長λｃが特定されると、第１フィルタ及び第２フィルタの各感度値ｆ１（λｃ）、ｆ２（λｃ）の値を、上記波長対感度値に関するルックアップテーブルから抽出することが可能であるため、発光量Ｉλｃを上記（６）式と同等の式、つまり該（６）式のＤ１（λ１）、Ｄ２（λ１）、ｆ１（λ１）、ｆ２（λ１）の各値を、Ｄ１（λｃ）、Ｄ２（λｃ）、ｆ１（λｃ）、ｆ２（λｃ）の各値にそれぞれ置き換えた次の（１１）式によって算出することができる。
【数８】
上記（１１）式から得られた発光量Ｉλｃの値は、複数波長の光が発光される場合には、厳密には総発光量ではなく総発光量の指標となる値を表すものであり、複数波長の場合の厳密な総発光量は、（７）、（１０）式からわかるように、波長選択性のない第３フィルタ１８を通した検出値である第３検出値Ｄ（λｃ）により算出することができる。
【００３４】
ここで、上記「重心波長」とは、試料１が発する光の波長とその光の強さとに依存するものであり、この重心波長と、該重心波長の総発光量を継続的に記録すれば、その経時的な変化においてケミルミネッセンスの発光におけるスペクトル変動の有無を確認することができるため、有機物質の老化・劣化等の変化の評価・予測に有効に活用できることとなる。
上記「重心波長」について詳細に説明すると、例えば、第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７と光検出器４とで構成される検出系が、図５のような模式的な感度値の特性曲線を有する場合において、各フィルタ挿入時の各感度関数ｆ１（λ）、ｆ２（λ）はそれぞれ次のように表される。
【数９】
なお、ａ、Ｃ１、Ｃ２は定数である。
各フィルタ１６、１７に上述したような複数の波長の光、即ち波長λ２で発光量Ｉλ２のスペクトルと波長λ３で発光量Ｉλ３のスペクトルとからなる光が入射すると考えると、上述のように光検出器４には波長弁別機能がないことから、該光検出器４は、あたかも発光量Ｉλｃの単一波長λｃの光が入射したものとして動作する。そうすると、第１フィルタの検出値Ｄ１（λｃ）と第２フィルタの検出値Ｄ２（λｃ）とは上記（１２ａ）、（１２ｂ）式から次のように表される。
【数１０】
そして、これらの（１２）、（１３）式のそれぞれから次の波長λｃが得られる。
【数１１】
上記（１４a）式は、質量Iλ2とIλ3の物体が、それぞれの座標位置λ２とλ３に配置されている系の重心位置をλｃとして定める式とまったく同形な式となっている。この意味から（１４ａ）式で表される波長λｃを、波長λ２とλ３の光を発する発光系の重心波長と解釈される。
２以上の複数の波長の光を発する場合、(１４ａ)式は、(１４ｂ)式のように、また、発光が線スペクトルでなく波長に関して連続的であるときには(１４ｃ)式のように拡張できる。
【数１２】
感度関数ｆ１（λ）、ｆ２（λ）が上記の式（１２ａ）と（１２ｂ）のような簡単な式で表せない場合には、フィルタの透過率Ｔ１（λ）、Ｔ２（λ）と光検出器の波長感度Ｅ（λ）の測定データとを基に、波長に対する感度関数の値をあらかじめルックアップテーブルの形で策定しておくと、重心波長は第１フィルタの検出値Ｄ１（λｃ）と第２フィルタの検出値Ｄ２（λｃ）を基に、（４）、（５）式を経由してルックアップテーブル参照して求められることとなる。
【００３５】
ところで、試料が発する光の重心波長と総発光量とは上述のような論理で求められるが、この理論を反映させて重心波長とその発光量との導出を行うのは、実際には上記データ処理部９において実行される上記データ処理プログラム２５である。
この点について詳しく説明すると、このデータ処理プログラム２５は、上記データ格納部８に蓄積された第１検出値Ｄ１（λ）、及び第２検出値Ｄ２（λ）をそれぞれ読み出した上で、これら第１検出値の値と第２検出値の値との比Ｒ（λ）を算出する処理を行う。そして、上記波長対感度値の比R（λ）の値に関するデータ化された上述のルックアップテーブルと照合して、検出値の比Ｒ（λ）と同等の感度値の比の値に適合する波長、即ち重心波長を特定して抽出し、上記操作表示部に出力する処理を行う。
なお、試料１が複数の波長の光を発する場合であっても、検出値の比Ｒ（λ）の算出処理は、単一波長の場合と同様に行われる。
【００３６】
また、上記（１１）式から重心波長の総発光量（複数波長の場合は総発光量の指標）を算出する一方で、上記データ格納部８から第３フィルタ１８を通した第３検出値Ｄ３（λｃ）を読み出して、該第３検出値Ｄ３（λｃ）により該総発光量を導出する処理を行う。最終的には、（１１）式から得られた値と第３検出値Ｄ３（λｃ）により導出された値のどちらか一方、あるいは両方の値を、試料が発する光の重心波長の総発光量（又はその指標）として上記操作表示部に出力する処理を行う。
なお、上記データ処理部９には、波長対感度値に関するルックアップテーブルも参照すべきデータとして有しており、上記（１１）式から重心波長の総発光量を算出する際に、各フィルタの感度値の導出処理に供されている。
【００３７】
上記構成を有する微弱発光分析装置は、試料室２に分析対象となる試料１を格納すると共に、データ処理部９によって測定時間を設定し、測定を開始する。そして、第１フィルタ１６、第２フィルタ１７、第３フィルタ１８を設定した測定時間に合わせて試料１と光検出器４との間に順次介在させ、各フィルタ毎に光検出器４による測定を行うと共に、得られた各フィルタ毎の検出値のデータをデータ格納部８に別々に格納する。なお、試料１の発光量に時間的変化が無視できないような対象を測定する場合には、各フィルタによる１回当たりの測定時間を短くする一方で、各フィルタによる測定を順次複数回行い、データ格納部８に検出値のデータを蓄積していくことにより、より正確な計測を行うことできる。
その後、データ処理部９において、データ格納部８に格納された検出値のデータに基づき、ルックアップテーブルを参照して試料が発する光の重心波長を導出すると共に、該重心波長の大きさから各フィルタの感度値を導出して、上記（１１）式に基づいて試料が発する光の総発光量を算出とを行い、これらの重心波長と総発光量を操作表示部に出力して表示させる。
【００３８】
このとき、上記微弱発光分析装置は、透過率のピークが短波長側及び長波長側にそれぞれ選定された第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７を使用すると共に、第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７と光検出器４とを、入射する光の波長に対する上記第１フィルタ１６、第２フィルタ１７の各透過率と光検出器の波長感度との積である各感度値がに定まるように設定し、これら第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７の感度値の比の値と波長の大きさとを相互に対応させるように形成されたルックアップテーブルを参照することにより、第１フィルタ１６・第２フィルタ１７を透過して検出された第１検出値・第２検出値との比の値から重心波長を求めることができるため、重心波長の導出をきわめて容易に且つ迅速に行うことができる。
また、試料１が発する総発光量も、得られた検出値のデータと第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７挿入時の感度値との関係から算出することができるため、導出が容易である。特に、この第１実施例の場合、総発光量を得られたデータと第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７挿入時の感度値との関係から算出可能としただけでなく、波長選択性のない第３フィルタ１８により厳密に総発光量を測定することができる構成としているため、試料が単一波長の光あるいは複数波長の光を発していても総発光量の正確な検出を行うことができる。
さらに、上記分析装置は、本格的な分光測定機能を有する分析装置に比べて全体の構成が簡易であるだけでなく、サバール板干渉計等のきわめて高価な部材を必要としていないため、製造が比較的簡単であり、製造コストも抑えることが可能である。
【００３９】
図６は、本発明に係る微弱発光分析装置の第２実施例を示すもので、上記第１実施例が、光検出器を光電子倍増管やアバランシェフォトダイオードを用いてフォトンカウンティング方式の検出を行うものであるのに対し、この第２実施例は、光検出器としてシリコンフォトダイオードによって光の検出を行う構成のものを採用している。また、それに伴って、電子回路部等の構成が第１実施例のものとは異なっている。
【００４０】
即ち、この第２実施例の微弱発光分析装置は、光検出器２６をプリアンプ付のシリコンフォトダイオードによって光の検出を行う構成のものとする一方、試料１と検出室６のシャッタ１３との間に、試料１が発する光を断続的に検出室６内に入射させる光チョッパ装置２７の遮光板２７ａを介在させると共に、該光チョッパ装置２７の遮光板２７ａの位置（位相）を検出する位相検出器２８を設けている。さらに、電子回路部７Ｂには、上記光検出器４から発信された検出信号を増幅する同調アンプ２９と、該同調アンプ２９から出力される信号と上記位相検出器２８から出力される信号とを同期させる同期整流回路３０と、該同期整流回路３０から出力された信号値をデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換回路３１（ＡＤ変換回路）とを配設している。
【００４１】
上記光チョッパ装置２７は、中心に設けた回転軸２７ｂを回転させて試料１が発光する光を断続的に遮断する上記遮光板２７ａと、上記回転軸２７ｂを回転させるモータ２７ｃとを備えていて、該モータ２７ｃによって遮光板２７ａを数十〜１００Ｈｚ程度の周波数で回転させてチョッピングを行うことにより、試料１からの光を断続的に検出室６内に入射させることができるようになっている。この光チョッパ装置２７で試料１が発光する光をチョッピングすることにより、この第２実施例の光検出器２６に用いられているシリコンフォトダイオードのように本質的に直流信号を発信するものであっても、その出力を断続する信号に変換（交流化）して交流増幅回路を適用することができる。
また、上記位相検出器２８は、フォトインタラプタであり、上記光チョッパ装置２７の遮光板２７ａを検出して、該遮光板２７ａの位置を知らせる信号を上記同期整流回路３０に発信する構成となっている。
【００４２】
一方、上記同調アンプ２９は、上記光検出器２６が出力するパルス信号のうち上記光チョッパ装置２７のチョッピングの周波数に対応する部分のみを増幅するもので、他の周波数のノイズ部分を排除して上記光検出器２６からの検出信号のみを高倍率で増幅し、検出信号を交流化して出力することができる構成となっている。
また、上記同期整流回路３０は、上記位相検出器２８から信号と同調アンプ２９からの信号とを同期させて、該同調アンプ２９からの信号のうち上記光チョッパ装置２７の遮光板２７ａが光を検出室６に通している状態の信号成分のみを抽出するもので、その抽出した信号成分を直流の信号に変換して上記ＡＤ変換回路３１に出力するようになっている。この同期整流回路３０は、直流化された信号を整流化して平均安定化する機能も有している。
さらに、上記ＡＤ変換回路３１は、上記同期整流回路３０で直流化・平均化されたパルス信号の波高値の信号をデジタル値に変換するもので、その値をフィルタ部５Ｂの各フィルタを透過した光の検出値のデータとしてフィルタ毎に指定されたデータ格納部８（メモリ）の格納領域に転送する構成となっている。
【００４３】
なお、この第２実施例におけるその他の構成については、上記第１実施例と同様の構成であり、同様の作用・効果を奏するため、同じ構成部分に第１実施例と同じ符号を付してその説明は省略する。
【００４４】
上記構成を有する微弱発光分析装置は、各フィルタの検出値の取得手段が異なるが、データ格納部８に格納されたデジタル値は、上記第１実施例の検出値であるカウント数に相当するため、基本的に上記第１実施例と同じ論理で重心波長、及び該重心波長の総発光量を導出することができる。それに加えて、この第２実施例で使用するシリコンフォトダイオードによる光検出器は、第１実施例の光電子倍増管やアバランシェフォトダイオードを用いたものに比べて格段に安価であるため、比較的強い光が発光される試料を分析する場合には、この第２実施例の分析装置の方がコスト的には有利になる。
【００４５】
上記第１実施例及び第２実施例においては、波長選択性のない第３フィルタ１８を使用して、該第３フィルタ１８を透過する光の検出を行い、重心波長の総発光量の導出に利用する構成としているが、単一波長の光を発する試料の分析を行う場合や、複数波長の光を発する試料の分析を行う場合であって総発光量の指標的な値が得られれば良い場合には、必ずしも上記第３フィルタを用いる必要はない。
また、第３フィルタを必要しない場合には、この第３フィルタに係る構成を省略してもよく、この場合には構造をより簡単にすることができ、製造コストをより抑えることも可能性である。
【００４６】
さらに、上記第１実施例及び第２実施例では、フィルタ部５Ａ、５Ｂのフィルタを取り替える構成として、第１フィルタ〜第３フィルタを円板状のフィルタドラム１９に並列的に並べて、該フィルタドラム１９を回転させてフィルタを取り替える構成となっているが、これ以外であっても、各フィルタを並列的に並べることができるものであれば、直線的にスライドするホルダに取付けたもの等、任意の構成とすることができる。
【００４７】
図７は本発明の微弱発光分析装置の第３実施例を示すもので、上記第１実施例及び第２実施例は、フィルタ部が、第１フィルタ〜第３フィルタを並列的に配置して、各フィルタを切り替えて試料が発する光を順次透過させると共に、単一の光検出器によって各フィルタを透過した光を順次検出するものとなっているのに対し、この第３実施例の分析装置は、光検出器を複数備え、１つの光検出器に対して１つのフィルタを試料との間に介在させ、フィルタ毎に光検出器がそれぞれ配置される構成とし、各光検出器が対応するフィルタを透過した光を同時に検出するものと構成となっている。また、これに伴って電子回路部７Ｃも第１実施例及び第２実施例とは異なったものとなっている。
【００４８】
即ち、この第３実施例の分析装置は、第１フィルタ１６を透過した光を検出する第１光検出器３２と、第２フィルタ１７を透過した光を検出する第２光検出器３３と、第３フィルタ１８を透過した光を検出する第３光検出器３４を有していると共に、フィルタ部５Ｃが、第１フィルタ１６を第１光検出器３２と試料との間に固定的に介在させ、第２フィルタ１７を第２光検出器３３と試料との間に固定的に介在させ、また第３フィルタ１８を第３光検出器３４と試料との間に固定的に介在させた構成となっている。
【００４９】
上記各光検出器３２、３３、３４は、いずれも光電子増倍管又はアバランシェフォトダイオードを要素とするフォトンカウンティング方式の光検出が可能なもので、基本的に上記第１実施例の光検出器と同じ構成である。なお、上記各光検出器３２、３３、３４は、光電子増倍管を要素とするタイプのものか、アバランシャフォトダイオードを要素するものか、いずれか一方のタイプに統一することが望ましい。
【００５０】
上記電子回路部７Ｃは、上記第１光検出器３２から出力されたパルス信号を検出して、その検出した信号数をカウントする第１カウンタ３５と、上記第２光検出器３３から出力されたパルス信号を検出して、その検出した信号数をカウントする第２カウンタ３６と、上記第３光検出器３４から出力されたパルス信号を検出して、その検出した信号数をカウントする第３カウンタ３７とを備えていて、各光検出器毎にパルス信号をカウントする構成となっている。上述のように、この第３実施例の分析装置は、３つフィルタ１６、１７、１８を透過した光の検出を同時に行う構成であって、第１実施例及び第２実施例のように光の検出に時間差が生じないため、検出値のデータを格納・蓄積するデータ格納部が不要であり、これに伴ってメモリアドレスコントローラも省略されている。
また、上記電子回路部７Ｃには、上記検出室６のシャッタ１３の駆動制御を行うシャッタ駆動回路３８が設けられていて、データ処理部９からの指令により駆動してシャッタ１３を開閉するように構成されている。
【００５１】
なお、この第３実施例におけるその他の構成については、上記第１実施例と同様の構成であり、同様の作用・効果を奏するため、同じ構成部分に第１実施例と同じ符号を付してその説明は省略する。
【００５２】
上記構成を有する微弱発光分析装置は、基本的に上記第１実施例と同様の論理で重心波長及びその総発光量を導出することができるが、３つのフィルタをそれぞれ透過する光の検出を各々同時に行うことができるため、試料が発する光の発光量や波長の変化が早い場合であっても、第１実施例や第２実施例の構成に比べてその変化の過程を正確に計測することができるため、変化の早い現象のより正確な計測・分析をする場合には有用である。
【００５３】
上記第３実施例では、波長選択性のない第３フィルタ１８を使用して、該第３フィルタ１８を透過する光の検出を行う構成としているが、単一波長の光を発する試料の分析を行う場合や、複数波長の光を発する試料の分析を行う場合であって総発光量の指標的な値が得られれば良い場合には、必ずしも上記第３フィルタを用いる必要はない。
また、第３フィルタを必要しない場合には、この第３フィルタに係る構成を省略することができ、この場合には第３光検出器、第３カウンタ等、第３フィルタに係る構造を全面的に省略することができるため、分析装置全体の構成を一層簡略化にすることができ、製造コストを大幅に抑えることも可能性である。
【００５４】
なお、この第３実施例においては、上記光検出器を、光電子増倍管又はアバランシェフォトダイオードを要素とするフォトンカウンティング方式の光検出が可能なものとしているが、光検出器は、上記第２実施例の光検出器のように、シリコンフォトダイオードで光の検出を行うものであってもよい。この場合、分析装置には、上記第２実施例のような光チョッパ装置及び位相検出器が必要となる一方、電子回路部は、同調アンプや、同期整流回路、ＡＤ変換回路等の部材が、各光検出器毎に必要となる。
【００５５】
さらに、上記第１〜第３実施例のフィルタ部は、透過率のピークが異なる第１フィルタ及び第２フィルタの２つを用い、これらのフィルタに係る感度値の比と検出値の比とにより重心波長及び総発光量を導出する構成となっているが、このフィルタ部は、透過率のピークが相互に異なるフィルタを３つ以上使用して、各フィルタに係る感度値の比の値と検出値の比の値との関係から重心波長及び総発光量を求めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る微弱発光分析装置の第１実施例の概略を示す説明図である。
【図２】第１フィルタ及び第２フィルタ挿入時の各感度値の特性を示すグラフである。
【図３】波長と感度値との関係を表したルックアップテーブルの例を示す表である。
【図４】波長と各感度値の比との関係を表したルックアップテーブルの例を示す表である。
【図５】第１フィルタ及び第２フィルタの各感度値と波長との関係を模式的に示すグラフである。
【図６】本発明に係る微弱発光分析装置の第２実施例の概略を示す説明図である。
【図７】本発明に係る微弱発光分析装置の第３実施例の概略を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 試料
２ 試料室
４、２６、３２〜３３ 光検出器
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ フィルタ部
９ データ処理部
１６ 第１フィルタ
１７ 第２フィルタ
１８ 第３フィルタ
１９ フィルタドラム
２７ 光チョッパ装置
２８ 位相検出器
３０ 同期整流回路
３１ ＡＤ変換回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分子の電子状態間遷移に基づく微弱な発光を検出して、発光原因分子を含む試料の特性や状態の分析評価を行う微弱発光分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラスチックやゴム、さらには食品やバイオ関連も含めて多くの有機物質は時間の経過とともに老化・劣化していくが、このとき極微弱なケミルミネッセンスと呼ばれる光が放射される現象が発見され、この極微弱な発光を観測して上記有機物質の老化・劣化を評価・予測する技術が開拓されてきている。
【０００３】
上記ケミルミネッセンスは、二次元に広がる反応領域の各所から微弱な光が放射される現象であるため、光源を発した光のうち分光器の入射スリットを通過できた光のみが分光測定されるプリズムあるいは回折格子を用いる分散型の分光測定装置では感度が不足するという問題が生じていた。そのため、従来のケミルミネッセンスの測定装置は、発光の強度のみを捉える非分光方式が主流で、分光的なデータが必要な場合には、非分光方式の装置に立ち上がり波長の異なるハイパスフィルタ複数を交換しながら使用し、各フィルタを透過する光を光電子倍増管による光検出器でフォトンカウンティングによって順次検出し、これにより発光スペクトルの概略を導出できるようにしていた。
【０００４】
ところで、ケミルミネッセンスの本格的な分光測定が可能になると、分子・原子レベルでの物質変化の情報が質・量ともに飛躍的に向上してより高度な分析評価が可能となり、より本質的な新たな知見が得られることとなる。そこで、本発明者らは、サバール板干渉計とイメージセンサで構成される分光方式が測定に対する光の利用効率を極めて高くしうる原理上の能力を秘めていることに着目し、特許文献１のようなケミルミネッセンスの極微弱発光の本格的な分光測定機能を有する分析装置を開発した。
【０００５】
上記特許文献１に係る分析装置の利用には、分子変化の内容とそのスペクトルの関係を説明しうる理論体系の構築が必須となるが、この理論体系を完全に構築するためには膨大な研究・開発努力を要する。
その一方で、上記理論体系が完全に構築されていない段階では、上記特許文献１に係る分析装置の実際の利用に際しては、発光の強度とスペクトルとを測定対象物質の品質・特性に係る情報と関連付けて結論を導く場合が多く、スペクトルを分子レベルに遡って解析する利用法は多くない。このような利用法においては、特許文献１のような本格的な分光測定機能を有しているが高価である分析装置を必ずしも必要としておらず、実用的には、発光の強度とスペクトルの波長の平均的な値としての重心波長とを知ることができる装置で実用的には十分である。
【特許文献１】特許第３７９６０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
如上に鑑み、本発明の技術的に課題は、物質が発光する強度とスペクトルの波長の平均的な値とを容易に知ることができる簡単な構成で且つ安価な微弱発光分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の微弱発光分析装置は、 分析対象物となる試料を格納する試料室と、試料の発光を検出する光検出器と、該光検出器と試料との間に介在されたフィルタ部と、上記光検出器で検出された検出値のデータを演算処理して試料の特性情報を出力するデータ処理部を有し、上記フィルタ部は、波長の透過率が相互に異なる複数のフィルタを備え、上記光検出器に各フィルタを透過した光の各検出値を取得させ、上記各フィルタと上記光検出器とは、入射する光の波長に対する各フィルタの各透過率と光検出器の波長感度との積である各感度値が求められ、上記データ処理部は、上記各感度値の比の値と、該感度値の比の値から特定される波長とを対応させると共に、上記取得した各検出値の比の値を算出して、該各検出値の比の値と対応する上記各感度値の比の値から特定される波長を重心波長として導出し、該重心波長から光の総発光量を導出することを特徴とする。
【０００８】
この場合において、上記データ処理部は、上記各感度値の比の値と、該感度値の比の値から特定される波長とを対応させたルックアップテーブルを有し、該ルックアップテーブルを参照して重心波長を特定するものとすることが好ましい。
【０００９】
また、本発明においては、上記フィルタ部は、透過率のピークが短波長側に選定された第１フィルタと、透過率のピークが長波長側に選定された第２フィルタとを有しているものとすることができる。
【００１０】
さらに、本発明においては、上記データ処理部は、第１フィルタを透過して上記光検出器に検出された第１検出値Ｄ１（λ）、及び第２フィルタを透過して光検出器に検出された第２検出値D２（λ）と、上記重心波長の大きさに対する上記第1のフィルタの感度値ｆ１（λ）と第２のフィルタの感度値ｆ２（λ）とから、試料が発する光の総発光量Ｉλを
【数１】
の計算式で導出するものとすることができる。
【００１１】
また、本発明においては、上記フィルタ部は、各フィルタが並列的に配置され、各フィルタの位置を切り替えることにより試料が発する光を各フィルタに透過させて単一の光検出器により順次検出させ、該光検出器は、各フィルタの検出値をフィルタ毎に別々に格納されるデータ格納部に出力するものとすることができる。
あるいは、複数の光検出器を備え、上記フィルタ部は各光検出器毎に各フィルタを配設したものとすることができる。
【００１２】
さらに、本発明においては、上記光検出器は、フォトンカウンティングによる光の検出を行うものとすることができる。
あるいは、検出信号をアナログ信号として出力するプリアンプ付シリコンフォトダイオードを検出素子とする光検出器と、試料と光検出器との間に設けられ、該試料から発せられる光をチョッピングして該光を交流化する光チョッパ装置と、上記光検出器の検出信号を増幅する増幅手段と、上記光チョッパ装置のチョッピング周波数に同期した位相信号を発信する位相検出器と、該位相検出器からの位相信号と上記増幅手段によって増幅された検出信号とを同期させて整流し、その同期・整流した信号を直流化する同期整流回路と、該同期整流回路から出力された直流化された信号をデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換回路とを有しているものとすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の微弱発光分析装置によれば、透過率のピークが相互に異なる複数のフィルタを使用すると共に、上記各フィルタと光検出器とは、入射する光の波長に対する各フィルタの各透過率と光検出器の波長感度との積である各感度値が求められるように構成し、各フィルタの感度値の比の値と、該感度値の比の値から導出される波長の大きさとを対応させて、各フィルタを透過して検出された各検出値の比の値と対応する上記感度値の比の値から重心波長を求めることができるため、該受信波長の導出をきわめて容易に行うことができる。また、試料が発する総発光量も、得られた検出値のデータと各フィルタの感度値との関係から算出することが可能であるため、導出が容易である。しかも、本格的な分光測定機能を有する分析装置に比べて全体の構成が簡易であるだけでなく、サバール板干渉計等のきわめて高価な部材を必要としていないため、コストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本発明に係る微弱発光分析装置の第１実施例を示すもので、この第１実施例の分析装置は、分析対象となる試料１を格納する試料室２と、試料１の発光を検出する単一の光検出器４、及び該光検出器４と試料との間にフィルタを入れ替え挿入可能に介在させるフィルタ部５Ａが収容された検出室６と、光検出器４の検出値のデータを格納するデータ格納部８（メモリ）を備えた電子回路部７Ａと、データ格納部８から出力された検出値データを演算処理して試料１の特性情報を出力すると共に、装置全体を制御するデータ処理部９を備えている。
【００１５】
上記試料室２は、光学的に密閉された暗室構造のもので、試料１で生起する化学反応を促進するためのヒーター１０と、該ヒーター１０の温度を制御する温度制御器１１と、化学反応促進に供するガス供給用のガス供給系１２を備えている。
一方、上記検出室６は、上記試料室２の上部に配設されていて、上記光検出器４及びフィルタ部５Ａが収容された内部空間６ａは、ノイズ軽減のために外部と断熱された構成である一方、上記電子回路部７Ａの後述する駆動回路２２からの信号により開閉する電動シャッタ１３により試料室２からの光を内部空間６ａに透過させ、あるいは遮蔽する構成となっている。また、この検出室６には、上記光検出器４を冷却してノイズを低減するため冷凍機を有する冷風発生機１４が付設されている。
なお、上記検出室６における試料室側には断熱窓１５が設けられていて、試料室２からの光を透過させる一方で、試料室２の熱が検出室６に伝導しないようにしている。
【００１６】
上記フィルタ部５Ａは、感度ピークが短波長側に選定された第１フィルタ１６と、感度ピークが長波長側に選定された第２フィルタ１７と、波長選択性のない第３フィルタ１８と、これらの３つのフィルタを並列的に配置させる円板状のフィルタドラム１９、及び該フィルタドラム１９の中心に配設された回転軸１９ａを回転させるモータ２０とを備えている。
【００１７】
上記フィルタドラム１９は、中心に配設された回転軸１９ａを中心とした同心円上に上記３つのフィルタ１６、１７、１８を並列的に並べることができるもので、上記モータ２０を回転させることにより各フィルタを上記光検出器４と試料１との間に入れ替え挿入可能に順次介在させることができる構成となっている。
上記モータ２０は、後述する電子回路部７Ａの駆動回路２２からの信号により回転・停止されるようになっていて、上記シャッタ１３の開閉と連関して駆動するように制御されている。
【００１８】
上記第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７は、それぞれの透過率Ｔ１（λ）、Ｔ２（λ）が、各フィルタ１６、１７に入射する光の波長に対して一意的に定まるように設定されたもので、上記第１フィルタ１６は短波長側の透過率が高いいわゆる青フィルタ、一方、第２フィルタ１７は長波長側の透過率が高いいわゆる赤フィルタとなっている。
これらの第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７としては、例えば、波長に対する透過率に対し、積層する誘電体の厚さを設計して製作された薄膜多層干渉フィルタ、あるいは、色彩計等に適用されている色ガラスフィルターの中から所定の透過率特性を備えたフィルタ等を採用することができる。
【００１９】
上記光検出器４は、上記試料１に対向する向き、即ち下方向きに配置されていて、上記フィルタドラム１９に取付けられた３つのフィルタ１６、１７、１８のうち、この光検出器４と試料１との間に挿入、介在された状態にあるいずれか１つのフィルタを透過した光を順次検出するようになっている。
具体的に、上記光検出器４は、光電子増倍管又はアバランシェフォトダイオードを要素とするフォトンカウンティング方式の光検出が可能なもので、上記各フィルタを透過した光を光子レベルで検出し、１光子につき１パルスの信号を発信するように構成されている。また、この光検出器４は、必要な波長領域即ち上記第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７が有効に機能する範囲内の波長領域内においては、波長感度Ｅ（λ）がほぼ一定となっている。
【００２０】
ところで、上記第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７と光検出器４とで構成される検出系では、入射する光の波長λに対する第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７のそれぞれの透過率Ｔ１（λ）、Ｔ２（λ）に光検出器の波長感度Ｅ（λ）を乗じて得られる値を、この検出系が検出する感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）としている。なお、ｆ１（λ）は光を第１フィルタに入射させた場合の感度値であり、ｆ２（λ）は光を第２フィルタに入射させた場合の感度値である。
上記検出系においては、上記光検出器４の波長感度Ｅ（λ）が、上述のように測定対象となる波長域ではほぼ一定であるものが選択されていることから、各フィルタ１６、１７に光を入射させた場合（つまり各フィルタの挿入時）の上記感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）の特性は、実質的にこれらの第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７の各透過率特性によって定まる。
この第１実施例の検出系は、第１フィルタ及び第２フィルタの各透過率特性から、図２に示すように、第１フィルタ１６は感度ピークが短波長側に、第２フィルタ１７は感度ピークが長波長側にそれぞれあらわれるような感度値の特性となっている。なお、図２において、破線の曲線は第１フィルタ１６に光を透過させた場合の感度値ｆ１（λ）を示し、実線で示す曲線は第２フィルタ１７に光を透過させた場合の感度値ｆ２（λ）を示している。
【００２１】
さらに、上記第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７と光検出器４とで構成される検出系においては、その入射した光の波長を一意的に特定でき、逆にその光の波長の大きさから各感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）をそれぞれ一意的に導出することができるように構成されている。
具体的に説明すると、この検出系においては、上述のように、各フィルタ１６、１７に光を透過させた場合の上記感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）の特性が実質的に第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７の各透過率特性によって定まる。一方で、上記第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７は、各透過率Ｔ１（λ）、Ｔ２（λ）が、各フィルタ１６、１７に入射する光の波長に対して一意的に定まるように設定されているため、感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）が分かれば、その入射した光の波長を一意的に特定でき、また入射した光の波長の大きさから各感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）をそれぞれ一意的に導出することが可能となる。
【００２２】
上記第１フィルタ及び第２フィルタは、透過率Ｔ１（λ）、Ｔ２（λ）を分光光度計により容易に測定することができ、また、光検出器の波長感度Ｅ（λ）は、分光器で単色に分けた光を該光検出器に入射させた際の出力値により測定することができる。
したがって、各フィルタの透過率Ｔ１（λ）、Ｔ２（λ）と光検出器の波長感度Ｅ（λ）の測定データとを基に、この検出系における入射する光の波長と感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）の値との関係を予め導出しておくことが可能である。
【００２３】
この第１実施例においては、図３に示すような、波長対感度値に関するルックアップテーブルを各フィルタ毎に予め作成し、フィルタに入射した光の波長の大きさと該フィルタ挿入時の感度値との対応関係を迅速且つ容易に導出できるようにしている。ただし、図３は、第１フィルタ１６（青フィルタ）における波長対感度値に関するルックアップテーブルのみを表している。
なお、波長対感度値の特性が数式で表現可能な場合には、上記波長対感度値に関するルックアップテーブルは必ずしも作成する必要はなく、上記光の波長の大きさからフィルタの感度値を演算によって適宜算出するようにしてもよく、逆にフィルタの感度値の値から光の波長の大きさを演算によって適宜算出するようにしてもよい。
【００２４】
一方、上記電子回路部７Ａは、上記光検出器４から出力されたパルス信号を検出してその検出した信号数をカウントするカウンタ２１と、該カウンタ２１の数値をデータとして格納する上記データ格納部８と、上記検出室６のシャッタ１３及びフィルタドラム１９の駆動制御を行う駆動回路２２と、該駆動回路２２に連関して上記データ格納部内におけるカウンタ２１の数値の格納領域を指定するメモリアドレスコントローラ２３とを有している。
上記カウンタ２１は、上記データ処理部９で設定された測定時間の間だけ検出した上記パルス信号をカウントし、メモリアドレスコントローラ２３が指定するデータ格納部８内の格納領域に格納させるようになっている。
また、上記駆動回路２２は、上記データ処理部９で実行される後述の制御プログラムに２４より駆動制御されていて、該制御プログラム２４から測定時間の設定及び測定開始の指令を受けると、その設定した測定時間だけ上記シャッタ１３を開く。そして、設定時間経過後はシャッタ１３を閉じると共に上記モータ２０を駆動させてフィルタドラム１９を回転させ、測定に使用するフィルタを交換させる一方、最終的に３つのフィルタによる測定が終了した場合には、その測定の終了を制御プログラムにデータ処理部９に通知する構成となっている。
上記メモリアドレスコントローラ２３は、上記駆動回路２２の駆動に連動し、各フィルタ１６、１７、１８を通して検出されたカウンタ２１の各数値を、上記データ格納部８内に各フィルタ毎に別々に振り分けて格納させるように格納領域を指定し、一方、上記データ格納部８は、カウンタ２１の数値を、各フィルタの検出値のデータとして、メモリアドレスコントローラの指定した格納領域にフィルタ毎に対応して蓄積する。
【００２５】
また、上記データ処理部９は、上記電子回路部７Ａとのインターフェイスを含む電子計算機（図示せず）と、設定操作や演算結果・設定内容の表示を行う操作表示部（図示せず）、並びに該電子計算機上で作動して分析装置全体を制御する制御プログラム２４及び上記データ格納部８に格納された検出値のデータをもとに演算処理を行うデータ処理プログラム２５、さらに、第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７挿入時の各感度値の比の値と該感度値の比の値から特定される波長の大きさとを対応させるように予め作成、データ化された、波長対感度値の比の値に関する後述のルックアップテーブルとを備えており、分析装置自体の制御と光検出器４で得られた検出値のデータ処理とを一体に行うようになっている。
上記制御プログラム２４は、計測時間の設定、及び計測時間と計測開始の指令の上記電子回路部７Ａへの通知、該電子回路部７Ａから通知される測定終了の信号の検出と上記データ処理プログラム２５の起動を実行することを主な機能としている。
また、上記データ処理プログラム２５は、上記電子回路部７Ａのデータ格納部８から転送された検出値のデータの受領と、この検出値のデータから試料１が発する後述の光の重心波長の導出・総発光量の導出処理を行うことを主な機能としている。
【００２６】
ここで、本発明の微弱発光分析装置の原理について詳細に説明する。本発明の微弱発光分析装置は、物質（試料１）が発光する光の重心的な波長の値、及びその光の波長の総発光量を測定・導出するものであり、その測定・導出は次のような論理に基づいて行われる。
【００２７】
上述のように、上記第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７は、感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）の値から各フィルタ１６、１７に入射した光の波長を一意的に特定できる。上記光検出器４は、第１フィルタ及び第２フィルタ挿入時の各感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）の値そのものを計測するものではないが、これらの各感度値ｆ１（λ）、ｆ２（λ）の値そのものが分からなくても、光検出器４の検出値のデータからこれら第１フィルタ挿入時の感度値ｆ１（λ）の値と第２フィルタ挿入時の感度値ｆ２（λ）の値との比が特定できれば、各フィルタに入射した光の波長、即ち試料が発した光の波長λを一意的に特定することができる。
【００２８】
具体的に説明すると、試料１が単一の波長λ１を発するとした場合、第１フィルタ１６を透過して検出された第１検出値Ｄ１（λ１）、第２フィルタ１７を透過して検出された第２検出値Ｄ２（λ１）、第３フィルタ１８を透過して検出された第３検出値Ｄ３（λ１）は、それぞれ次の（１）〜（３）式で表すことができる。
【数２】
ここに、Ｉλ１は測定時間中に各フィルタに入射する光子の総量（入射した光の波長の総発光量）を指している。
次の（４）式に示すように、上記３つの検出値のうち、第１検出値と第２検出値とを抽出し、これらの検出値の比Ｒ（λ１）を算出する。
【数３】
上記（１）、（２）式から上記（４）式は次のように置き換えることができる。
【数４】
【００２９】
このとき、第１フィルタ１６、第２フィルタ１７にそれぞれ波長λの光を透過させた際の該波長λと感度値の比R（λ）の値との対応関係は、両フィルタ１６、１７の上述した波長対感度値に関するルックアップテーブルを基に、波長λと感度値の比R（λ）の値とを相互に対応させて、例えば図４に示すような波長λ対感度値の比Ｒ（λ）の値に関するルックアップテーブルであらわすことができる。
感度値の比の値と検出値の比の値とは同等に扱うことができるため、波長λ対感度値の比R（λ）の値に関するルックアップテーブル参照して、上記（５）式で得られた検出値の比Ｒ（λ１）の値に適合する波長λ１を迅速且つ容易に特定することができることになる。
この場合、試料が発する光は単一波長であるため、この特定された波長は試料が発した光の波長そのものであり、重心波長となる。
【００３０】
上記重心波長λ１が特定されると、第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７挿入時の各感度値ｆ１（λ１）、ｆ２（λ１）の値を、上記波長対感度値に関するルックアップテーブルから抽出することが可能であるため、上記（１）、（２）式から得られる次式により、試料が発する発光量Ｉλ１を算出することができる。
【数５】
このとき、上記（６）式から得られる値は、試料１から単一波長の光が発光される場合は総発光量に相当する。なお、光が単一波長である場合、この算出された総発光量Ｉλ１の値は、波長選択性のない上記第３フィルタ１８を通した検出値である第３検出値D３から導出される値とほぼ一致する。
【００３１】
一方、試料１が複数の波長の光を発する場合、例えば波長λ２で発光量がＩλ２のスペクトルと、波長λ３で発光量がＩλ３のスペクトルとからなる光を発するとした場合、上記光検出器４には波長弁別機能がないことから、該光検出器４は、あたかも発光量Ｉλｃの単一波長λｃの光が入射したものとして動作する。
そうすると、上記光検出器４は、実際には入射する光の発光量を光子の数として計測しているため、発光量Ｉλｃは次の（７）式のように表すことができる。
また、第１検出値Ｄ１（λｃ）、第２検出値Ｄ２（λｃ）、第３検出値Ｄ３（λｃ）は次の（８）〜（１０）式で表すことができる。
【数６】
【数７】
【００３２】
上記第１検出値Ｄ１（λｃ）の値と第２検出値Ｄ２（λｃ）の値との比、即ち上記（８）式と（９）式との比Ｒ（λｃ）の値を求め、上記波長λ対感度値の比R（λ）の値に関するルックアップテーブルと照合することにより、このＲ（λｃ）の値に対する波長λｃを特定することができる。この特定した波長λｃが複数波長発光系の重心波長となる。
【００３３】
また、上記波長λｃが特定されると、第１フィルタ及び第２フィルタの各感度値ｆ１（λｃ）、ｆ２（λｃ）の値を、上記波長対感度値に関するルックアップテーブルから抽出することが可能であるため、発光量Ｉλｃを上記（６）式と同等の式、つまり該（６）式のＤ１（λ１）、Ｄ２（λ１）、ｆ１（λ１）、ｆ２（λ１）の各値を、Ｄ１（λｃ）、Ｄ２（λｃ）、ｆ１（λｃ）、ｆ２（λｃ）の各値にそれぞれ置き換えた次の（１１）式によって算出することができる。
【数８】
上記（１１）式から得られた発光量Ｉλｃの値は、複数波長の光が発光される場合には、厳密には総発光量ではなく総発光量の指標となる値を表すものであり、複数波長の場合の厳密な総発光量は、（７）、（１０）式からわかるように、波長選択性のない第３フィルタ１８を通した検出値である第３検出値Ｄ（λｃ）により算出することができる。
【００３４】
ここで、上記「重心波長」とは、試料１が発する光の波長とその光の強さとに依存するものであり、この重心波長と、該重心波長の総発光量を継続的に記録すれば、その経時的な変化においてケミルミネッセンスの発光におけるスペクトル変動の有無を確認することができるため、有機物質の老化・劣化等の変化の評価・予測に有効に活用できることとなる。
上記「重心波長」について詳細に説明すると、例えば、第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７と光検出器４とで構成される検出系が、図５のような模式的な感度値の特性曲線を有する場合において、各フィルタ挿入時の各感度関数ｆ１（λ）、ｆ２（λ）はそれぞれ次のように表される。
【数９】
なお、ａ、Ｃ１、Ｃ２は定数である。
各フィルタ１６、１７に上述したような複数の波長の光、即ち波長λ２で発光量Ｉλ２のスペクトルと波長λ３で発光量Ｉλ３のスペクトルとからなる光が入射すると考えると、上述のように光検出器４には波長弁別機能がないことから、該光検出器４は、あたかも発光量Ｉλｃの単一波長λｃの光が入射したものとして動作する。そうすると、第１フィルタの検出値Ｄ１（λｃ）と第２フィルタの検出値Ｄ２（λｃ）とは上記（１２ａ）、（１２ｂ）式から次のように表される。
【数１０】
そして、これらの（１２）、（１３）式のそれぞれから次の波長λｃが得られる。
【数１１】
上記（１４a）式は、質量Iλ2とIλ3の物体が、それぞれの座標位置λ２とλ３に配置されている系の重心位置をλｃとして定める式とまったく同形な式となっている。この意味から（１４ａ）式で表される波長λｃを、波長λ２とλ３の光を発する発光系の重心波長と解釈される。
２以上の複数の波長の光を発する場合、(１４ａ)式は、(１４ｂ)式のように、また、発光が線スペクトルでなく波長に関して連続的であるときには(１４ｃ)式のように拡張できる。
【数１２】
感度関数ｆ１（λ）、ｆ２（λ）が上記の式（１２ａ）と（１２ｂ）のような簡単な式で表せない場合には、フィルタの透過率Ｔ１（λ）、Ｔ２（λ）と光検出器の波長感度Ｅ（λ）の測定データとを基に、波長に対する感度関数の値をあらかじめルックアップテーブルの形で策定しておくと、重心波長は第１フィルタの検出値Ｄ１（λｃ）と第２フィルタの検出値Ｄ２（λｃ）を基に、（４）、（５）式を経由してルックアップテーブル参照して求められることとなる。
【００３５】
ところで、試料が発する光の重心波長と総発光量とは上述のような論理で求められるが、この理論を反映させて重心波長とその発光量との導出を行うのは、実際には上記データ処理部９において実行される上記データ処理プログラム２５である。
この点について詳しく説明すると、このデータ処理プログラム２５は、上記データ格納部８に蓄積された第１検出値Ｄ１（λ）、及び第２検出値Ｄ２（λ）をそれぞれ読み出した上で、これら第１検出値の値と第２検出値の値との比Ｒ（λ）を算出する処理を行う。そして、上記波長対感度値の比R（λ）の値に関するデータ化された上述のルックアップテーブルと照合して、検出値の比Ｒ（λ）と同等の感度値の比の値に適合する波長、即ち重心波長を特定して抽出し、上記操作表示部に出力する処理を行う。
なお、試料１が複数の波長の光を発する場合であっても、検出値の比Ｒ（λ）の算出処理は、単一波長の場合と同様に行われる。
【００３６】
また、上記（１１）式から重心波長の総発光量（複数波長の場合は総発光量の指標）を算出する一方で、上記データ格納部８から第３フィルタ１８を通した第３検出値Ｄ３（λｃ）を読み出して、該第３検出値Ｄ３（λｃ）により該総発光量を導出する処理を行う。最終的には、（１１）式から得られた値と第３検出値Ｄ３（λｃ）により導出された値のどちらか一方、あるいは両方の値を、試料が発する光の重心波長の総発光量（又はその指標）として上記操作表示部に出力する処理を行う。
なお、上記データ処理部９には、波長対感度値に関するルックアップテーブルも参照すべきデータとして有しており、上記（１１）式から重心波長の総発光量を算出する際に、各フィルタの感度値の導出処理に供されている。
【００３７】
上記構成を有する微弱発光分析装置は、試料室２に分析対象となる試料１を格納すると共に、データ処理部９によって測定時間を設定し、測定を開始する。そして、第１フィルタ１６、第２フィルタ１７、第３フィルタ１８を設定した測定時間に合わせて試料１と光検出器４との間に順次介在させ、各フィルタ毎に光検出器４による測定を行うと共に、得られた各フィルタ毎の検出値のデータをデータ格納部８に別々に格納する。なお、試料１の発光量に時間的変化が無視できないような対象を測定する場合には、各フィルタによる１回当たりの測定時間を短くする一方で、各フィルタによる測定を順次複数回行い、データ格納部８に検出値のデータを蓄積していくことにより、より正確な計測を行うことできる。
その後、データ処理部９において、データ格納部８に格納された検出値のデータに基づき、ルックアップテーブルを参照して試料が発する光の重心波長を導出すると共に、該重心波長の大きさから各フィルタの感度値を導出して、上記（１１）式に基づいて試料が発する光の総発光量を算出とを行い、これらの重心波長と総発光量を操作表示部に出力して表示させる。
【００３８】
このとき、上記微弱発光分析装置は、透過率のピークが短波長側及び長波長側にそれぞれ選定された第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７を使用すると共に、第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７と光検出器４とを、入射する光の波長に対する上記第１フィルタ１６、第２フィルタ１７の各透過率と光検出器の波長感度との積である各感度値がに定まるように設定し、これら第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７の感度値の比の値と波長の大きさとを相互に対応させるように形成されたルックアップテーブルを参照することにより、第１フィルタ１６・第２フィルタ１７を透過して検出された第１検出値・第２検出値との比の値から重心波長を求めることができるため、重心波長の導出をきわめて容易に且つ迅速に行うことができる。
また、試料１が発する総発光量も、得られた検出値のデータと第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７挿入時の感度値との関係から算出することができるため、導出が容易である。特に、この第１実施例の場合、総発光量を得られたデータと第１フィルタ１６及び第２フィルタ１７挿入時の感度値との関係から算出可能としただけでなく、波長選択性のない第３フィルタ１８により厳密に総発光量を測定することができる構成としているため、試料が単一波長の光あるいは複数波長の光を発していても総発光量の正確な検出を行うことができる。
さらに、上記分析装置は、本格的な分光測定機能を有する分析装置に比べて全体の構成が簡易であるだけでなく、サバール板干渉計等のきわめて高価な部材を必要としていないため、製造が比較的簡単であり、製造コストも抑えることが可能である。
【００３９】
図６は、本発明に係る微弱発光分析装置の第２実施例を示すもので、上記第１実施例が、光検出器を光電子倍増管やアバランシェフォトダイオードを用いてフォトンカウンティング方式の検出を行うものであるのに対し、この第２実施例は、光検出器としてシリコンフォトダイオードによって光の検出を行う構成のものを採用している。また、それに伴って、電子回路部等の構成が第１実施例のものとは異なっている。
【００４０】
即ち、この第２実施例の微弱発光分析装置は、光検出器２６をプリアンプ付のシリコンフォトダイオードによって光の検出を行う構成のものとする一方、試料１と検出室６のシャッタ１３との間に、試料１が発する光を断続的に検出室６内に入射させる光チョッパ装置２７の遮光板２７ａを介在させると共に、該光チョッパ装置２７の遮光板２７ａの位置（位相）を検出する位相検出器２８を設けている。さらに、電子回路部７Ｂには、上記光検出器４から発信された検出信号を増幅する同調アンプ２９と、該同調アンプ２９から出力される信号と上記位相検出器２８から出力される信号とを同期させる同期整流回路３０と、該同期整流回路３０から出力された信号値をデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換回路３１（ＡＤ変換回路）とを配設している。
【００４１】
上記光チョッパ装置２７は、中心に設けた回転軸２７ｂを回転させて試料１が発光する光を断続的に遮断する上記遮光板２７ａと、上記回転軸２７ｂを回転させるモータ２７ｃとを備えていて、該モータ２７ｃによって遮光板２７ａを数十〜１００Ｈｚ程度の周波数で回転させてチョッピングを行うことにより、試料１からの光を断続的に検出室６内に入射させることができるようになっている。この光チョッパ装置２７で試料１が発光する光をチョッピングすることにより、この第２実施例の光検出器２６に用いられているシリコンフォトダイオードのように本質的に直流信号を発信するものであっても、その出力を断続する信号に変換（交流化）して交流増幅回路を適用することができる。
また、上記位相検出器２８は、フォトインタラプタであり、上記光チョッパ装置２７の遮光板２７ａを検出して、該遮光板２７ａの位置を知らせる信号を上記同期整流回路３０に発信する構成となっている。
【００４２】
一方、上記同調アンプ２９は、上記光検出器２６が出力するパルス信号のうち上記光チョッパ装置２７のチョッピングの周波数に対応する部分のみを増幅するもので、他の周波数のノイズ部分を排除して上記光検出器２６からの検出信号のみを高倍率で増幅し、検出信号を交流化して出力することができる構成となっている。
また、上記同期整流回路３０は、上記位相検出器２８から信号と同調アンプ２９からの信号とを同期させて、該同調アンプ２９からの信号のうち上記光チョッパ装置２７の遮光板２７ａが光を検出室６に通している状態の信号成分のみを抽出するもので、その抽出した信号成分を直流の信号に変換して上記ＡＤ変換回路３１に出力するようになっている。この同期整流回路３０は、直流化された信号を整流化して平均安定化する機能も有している。
さらに、上記ＡＤ変換回路３１は、上記同期整流回路３０で直流化・平均化されたパルス信号の波高値の信号をデジタル値に変換するもので、その値をフィルタ部５Ｂの各フィルタを透過した光の検出値のデータとしてフィルタ毎に指定されたデータ格納部８（メモリ）の格納領域に転送する構成となっている。
【００４３】
なお、この第２実施例におけるその他の構成については、上記第１実施例と同様の構成であり、同様の作用・効果を奏するため、同じ構成部分に第１実施例と同じ符号を付してその説明は省略する。
【００４４】
上記構成を有する微弱発光分析装置は、各フィルタの検出値の取得手段が異なるが、データ格納部８に格納されたデジタル値は、上記第１実施例の検出値であるカウント数に相当するため、基本的に上記第１実施例と同じ論理で重心波長、及び該重心波長の総発光量を導出することができる。それに加えて、この第２実施例で使用するシリコンフォトダイオードによる光検出器は、第１実施例の光電子倍増管やアバランシェフォトダイオードを用いたものに比べて格段に安価であるため、比較的強い光が発光される試料を分析する場合には、この第２実施例の分析装置の方がコスト的には有利になる。
【００４５】
上記第１実施例及び第２実施例においては、波長選択性のない第３フィルタ１８を使用して、該第３フィルタ１８を透過する光の検出を行い、重心波長の総発光量の導出に利用する構成としているが、単一波長の光を発する試料の分析を行う場合や、複数波長の光を発する試料の分析を行う場合であって総発光量の指標的な値が得られれば良い場合には、必ずしも上記第３フィルタを用いる必要はない。
また、第３フィルタを必要しない場合には、この第３フィルタに係る構成を省略してもよく、この場合には構造をより簡単にすることができ、製造コストをより抑えることも可能性である。
【００４６】
さらに、上記第１実施例及び第２実施例では、フィルタ部５Ａ、５Ｂのフィルタを取り替える構成として、第１フィルタ〜第３フィルタを円板状のフィルタドラム１９に並列的に並べて、該フィルタドラム１９を回転させてフィルタを取り替える構成となっているが、これ以外であっても、各フィルタを並列的に並べることができるものであれば、直線的にスライドするホルダに取付けたもの等、任意の構成とすることができる。
【００４７】
図７は本発明の微弱発光分析装置の第３実施例を示すもので、上記第１実施例及び第２実施例は、フィルタ部が、第１フィルタ〜第３フィルタを並列的に配置して、各フィルタを切り替えて試料が発する光を順次透過させると共に、単一の光検出器によって各フィルタを透過した光を順次検出するものとなっているのに対し、この第３実施例の分析装置は、光検出器を複数備え、１つの光検出器に対して１つのフィルタを試料との間に介在させ、フィルタ毎に光検出器がそれぞれ配置される構成とし、各光検出器が対応するフィルタを透過した光を同時に検出するものと構成となっている。また、これに伴って電子回路部７Ｃも第１実施例及び第２実施例とは異なったものとなっている。
【００４８】
即ち、この第３実施例の分析装置は、第１フィルタ１６を透過した光を検出する第１光検出器３２と、第２フィルタ１７を透過した光を検出する第２光検出器３３と、第３フィルタ１８を透過した光を検出する第３光検出器３４を有していると共に、フィルタ部５Ｃが、第１フィルタ１６を第１光検出器３２と試料との間に固定的に介在させ、第２フィルタ１７を第２光検出器３３と試料との間に固定的に介在させ、また第３フィルタ１８を第３光検出器３４と試料との間に固定的に介在させた構成となっている。
【００４９】
上記各光検出器３２、３３、３４は、いずれも光電子増倍管又はアバランシェフォトダイオードを要素とするフォトンカウンティング方式の光検出が可能なもので、基本的に上記第１実施例の光検出器と同じ構成である。なお、上記各光検出器３２、３３、３４は、光電子増倍管を要素とするタイプのものか、アバランシャフォトダイオードを要素するものか、いずれか一方のタイプに統一することが望ましい。
【００５０】
上記電子回路部７Ｃは、上記第１光検出器３２から出力されたパルス信号を検出して、その検出した信号数をカウントする第１カウンタ３５と、上記第２光検出器３３から出力されたパルス信号を検出して、その検出した信号数をカウントする第２カウンタ３６と、上記第３光検出器３４から出力されたパルス信号を検出して、その検出した信号数をカウントする第３カウンタ３７とを備えていて、各光検出器毎にパルス信号をカウントする構成となっている。上述のように、この第３実施例の分析装置は、３つフィルタ１６、１７、１８を透過した光の検出を同時に行う構成であって、第１実施例及び第２実施例のように光の検出に時間差が生じないため、検出値のデータを格納・蓄積するデータ格納部が不要であり、これに伴ってメモリアドレスコントローラも省略されている。
また、上記電子回路部７Ｃには、上記検出室６のシャッタ１３の駆動制御を行うシャッタ駆動回路３８が設けられていて、データ処理部９からの指令により駆動してシャッタ１３を開閉するように構成されている。
【００５１】
なお、この第３実施例におけるその他の構成については、上記第１実施例と同様の構成であり、同様の作用・効果を奏するため、同じ構成部分に第１実施例と同じ符号を付してその説明は省略する。
【００５２】
上記構成を有する微弱発光分析装置は、基本的に上記第１実施例と同様の論理で重心波長及びその総発光量を導出することができるが、３つのフィルタをそれぞれ透過する光の検出を各々同時に行うことができるため、試料が発する光の発光量や波長の変化が早い場合であっても、第１実施例や第２実施例の構成に比べてその変化の過程を正確に計測することができるため、変化の早い現象のより正確な計測・分析をする場合には有用である。
【００５３】
上記第３実施例では、波長選択性のない第３フィルタ１８を使用して、該第３フィルタ１８を透過する光の検出を行う構成としているが、単一波長の光を発する試料の分析を行う場合や、複数波長の光を発する試料の分析を行う場合であって総発光量の指標的な値が得られれば良い場合には、必ずしも上記第３フィルタを用いる必要はない。
また、第３フィルタを必要しない場合には、この第３フィルタに係る構成を省略することができ、この場合には第３光検出器、第３カウンタ等、第３フィルタに係る構造を全面的に省略することができるため、分析装置全体の構成を一層簡略化にすることができ、製造コストを大幅に抑えることも可能性である。
【００５４】
なお、この第３実施例においては、上記光検出器を、光電子増倍管又はアバランシェフォトダイオードを要素とするフォトンカウンティング方式の光検出が可能なものとしているが、光検出器は、上記第２実施例の光検出器のように、シリコンフォトダイオードで光の検出を行うものであってもよい。この場合、分析装置には、上記第２実施例のような光チョッパ装置及び位相検出器が必要となる一方、電子回路部は、同調アンプや、同期整流回路、ＡＤ変換回路等の部材が、各光検出器毎に必要となる。
【００５５】
さらに、上記第１〜第３実施例のフィルタ部は、透過率のピークが異なる第１フィルタ及び第２フィルタの２つを用い、これらのフィルタに係る感度値の比と検出値の比とにより重心波長及び総発光量を導出する構成となっているが、このフィルタ部は、透過率のピークが相互に異なるフィルタを３つ以上使用して、各フィルタに係る感度値の比の値と検出値の比の値との関係から重心波長及び総発光量を求めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る微弱発光分析装置の第１実施例の概略を示す説明図である。
【図２】第１フィルタ及び第２フィルタ挿入時の各感度値の特性を示すグラフである。
【図３】波長と感度値との関係を表したルックアップテーブルの例を示す表である。
【図４】波長と各感度値の比との関係を表したルックアップテーブルの例を示す表である。
【図５】第１フィルタ及び第２フィルタの各感度値と波長との関係を模式的に示すグラフである。
【図６】本発明に係る微弱発光分析装置の第２実施例の概略を示す説明図である。
【図７】本発明に係る微弱発光分析装置の第３実施例の概略を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 試料
２ 試料室
４、２６、３２〜３３ 光検出器
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ フィルタ部
９ データ処理部
１６ 第１フィルタ
１７ 第２フィルタ
１８ 第３フィルタ
１９ フィルタドラム
２７ 光チョッパ装置
２８ 位相検出器
３０ 同期整流回路
３１ ＡＤ変換回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析対象物となる試料を格納する試料室と、試料の発光を検出する光検出器と、該光検出器と試料との間に介在されたフィルタ部と、上記光検出器で検出された検出値のデータを演算処理して試料の特性情報を出力するデータ処理部を有し、
上記フィルタ部は、波長の透過率が相互に異なる複数のフィルタを備え、上記光検出器に各フィルタを透過した光の各検出値を取得させ、
上記各フィルタと上記光検出器とは、入射する光の波長に対する各フィルタの各透過率と光検出器の波長感度との積である各感度値が求められ、
上記データ処理部は、上記各感度値の比の値と、該感度値の比の値から特定される波長とを対応させると共に、上記取得した各検出値の比の値を算出して、該各検出値の比の値と対応する上記各感度値の比の値から特定される波長を重心波長として導出し、該重心波長から光の総発光量を導出することを特徴とする微弱発光分析装置。
【請求項２】
上記データ処理部は、上記各感度値の比の値と、該感度値の比の値から特定される波長とを対応させたルックアップテーブルを有し、該ルックアップテーブルを参照して重心波長を特定することを特徴とする請求項１に記載の微弱発光分析装置。
【請求項３】
上記フィルタ部は、透過率のピークが短波長側に選定された第１フィルタと、透過率のピークが長波長側に選定された第２フィルタとを有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の微弱発光分析装置。
【請求項４】
上記データ処理部は、第１フィルタを透過して上記光検出器に検出された第１検出値D１（λ）、及び第２フィルタを透過して光検出器に検出された第２検出値D２（λ）と、上記重心波長の大きさに対する上記第1のフィルタの感度値ｆ１（λ）と第２のフィルタの感度値ｆ２（λ）とから、試料が発する光の総発光量Ｉλを
【数１】
の計算式で導出することを特徴とする請求項３に記載の微弱発光分析装置。
【請求項５】
上記フィルタ部は、各フィルタが並列的に配置され、各フィルタの位置を切り替えることにより試料が発する光を各フィルタに透過させて単一の光検出器により順次検出させ、該光検出器は、各フィルタの検出値をフィルタ毎に別々に格納されるデータ格納部に出力することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の微弱発光分析装置。
【請求項６】
複数の光検出器を備え、上記フィルタ部は各光検出器毎に各フィルタを配設したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の微弱発光分析装置。
【請求項７】
上記光検出器は、フォトンカウンティングによる光の検出を行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の微弱発光分析装置。
【請求項８】
検出信号をアナログ信号として出力するプリアンプ付シリコンフォトダイオードを検出素子とする光検出器と、試料と光検出器との間に設けられ、該試料から発せられる光をチョッピングして該光を交流化する光チョッパ装置と、上記光検出器の検出信号を増幅する増幅手段と、上記光チョッパ装置のチョッピング周波数に同期した位相信号を発信する位相検出器と、該位相検出器からの位相信号と上記増幅手段によって増幅された検出信号とを同期させて整流し、その同期・整流した信号を直流化する同期整流回路と、該同期整流回路から出力された直流化された信号をデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換回路とを有していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の微弱発光分析装置。
【請求項１】
分析対象物となる試料を格納する試料室と、試料の発光を検出する光検出器と、該光検出器と試料との間に介在されたフィルタ部と、上記光検出器で検出された検出値のデータを演算処理して試料の特性情報を出力するデータ処理部を有し、
上記フィルタ部は、波長の透過率が相互に異なる複数のフィルタを備え、上記光検出器に各フィルタを透過した光の各検出値を取得させ、
上記各フィルタと上記光検出器とは、入射する光の波長に対する各フィルタの各透過率と光検出器の波長感度との積である各感度値が求められ、
上記データ処理部は、上記各感度値の比の値と、該感度値の比の値から特定される波長とを対応させると共に、上記取得した各検出値の比の値を算出して、該各検出値の比の値と対応する上記各感度値の比の値から特定される波長を重心波長として導出し、該重心波長から光の総発光量を導出することを特徴とする微弱発光分析装置。
【請求項２】
上記データ処理部は、上記各感度値の比の値と、該感度値の比の値から特定される波長とを対応させたルックアップテーブルを有し、該ルックアップテーブルを参照して重心波長を特定することを特徴とする請求項１に記載の微弱発光分析装置。
【請求項３】
上記フィルタ部は、透過率のピークが短波長側に選定された第１フィルタと、透過率のピークが長波長側に選定された第２フィルタとを有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の微弱発光分析装置。
【請求項４】
上記データ処理部は、第１フィルタを透過して上記光検出器に検出された第１検出値D１（λ）、及び第２フィルタを透過して光検出器に検出された第２検出値D２（λ）と、上記重心波長の大きさに対する上記第1のフィルタの感度値ｆ１（λ）と第２のフィルタの感度値ｆ２（λ）とから、試料が発する光の総発光量Ｉλを
【数１】
の計算式で導出することを特徴とする請求項３に記載の微弱発光分析装置。
【請求項５】
上記フィルタ部は、各フィルタが並列的に配置され、各フィルタの位置を切り替えることにより試料が発する光を各フィルタに透過させて単一の光検出器により順次検出させ、該光検出器は、各フィルタの検出値をフィルタ毎に別々に格納されるデータ格納部に出力することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の微弱発光分析装置。
【請求項６】
複数の光検出器を備え、上記フィルタ部は各光検出器毎に各フィルタを配設したことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の微弱発光分析装置。
【請求項７】
上記光検出器は、フォトンカウンティングによる光の検出を行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の微弱発光分析装置。
【請求項８】
検出信号をアナログ信号として出力するプリアンプ付シリコンフォトダイオードを検出素子とする光検出器と、試料と光検出器との間に設けられ、該試料から発せられる光をチョッピングして該光を交流化する光チョッパ装置と、上記光検出器の検出信号を増幅する増幅手段と、上記光チョッパ装置のチョッピング周波数に同期した位相信号を発信する位相検出器と、該位相検出器からの位相信号と上記増幅手段によって増幅された検出信号とを同期させて整流し、その同期・整流した信号を直流化する同期整流回路と、該同期整流回路から出力された直流化された信号をデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換回路とを有していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の微弱発光分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１６２５９２（Ｐ２００９−１６２５９２Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３４１４６０（Ｐ２００７−３４１４６０）
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（３９２００１９５５）株式会社日本アプライドテクノロジ (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【出願人】（３９２００１９５５）株式会社日本アプライドテクノロジ (4)
【Ｆターム（参考）】
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