深紫外対応グレードの光ファイバを使用するフォトニック計測装置
原子吸光分析装置のようなフォトニック計測システムは、光ファイバケーブルにより相互接続された光源、試料および検出モジュールを含む。第１の組の光ファイバケーブルは光源モジュール内の１つ以上の光源からの光を試料モジュール内の少なくとも２つの分析チャンバのそれぞれに導く。第２の組の光ファイバケーブルは、分析チャンバからの光を検出モジュール内の検出器に導く。検出器は、導かれた光の強度に対応する信号を処理サブシステムに供給する。１つの分析チャンバが、所与の時間に試料分析を実行するために選択され、処理サブシステムが、選択された分析チャンバに関連する信号を測定信号として処理する。処理サブシステムは、所与の選択されていない分析チャンバに関連する信号を基準信号として更に処理することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、フォトニック計測装置に関し、特に高精度の原子吸光装置に関する。
【０００２】
相互参照
本出願は、２００９年１１月２０日に出願され、Juan C. Ivaldi 他による「ATOMIC ABSORPTION INSTRUMENT USING NON-SOLARIZING UV GRADE FIBER OPTICS」と題する米国仮特許出願第６１／２６３，１４２号の恩典を請求しており、その米国仮特許は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
背景情報
スペクトロメータ（分光計）のような原子吸光装置は、よく知られており、さまざまな設定で使用されている。関心のある原子吸光装置は、測定光（即ち、吸光分析のための適切な波長の光）を試料に厳密に結合する、正確に位置合わせされた光学部品類を含む高精度のシステムである。また、高精度のシステムは、光の強度を求めて補償するための、並びにバックグラウンド吸収を補正するための基準経路を提供するために追加の光源および関連する光学部品類も利用する。参照によってその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６，２２２，６２６号に説明されるように、関心のあるシステムは、動作測定光路と基準光路を同時に利用する。
【０００４】
該特許で説明されるように、ミラー及びビームスプリッタの精密に位置合わせされた構成は、測定およびバックグラウンド補正光源（例えば、中空陰極ランプ「ＨＣＬ」及び重水素放電（Ｄ２）ランプ）からの光を測定経路および基準経路のそれぞれの開始点に同時に導くために使用される。次いで、測定経路は、アトマイザ（噴霧器）内の試料に光を結合し、且つアトマイザから検出器にも光を向けるために正確に位置合わせされた更なる複数のミラーを使用するが、基準経路は検出器に光を導くために光ファイバを使用する。
【０００５】
原子吸光分析装置のアトマイザの動作は一般に、フレーム（火炎）（ネブライザ）、又は黒鉛チューブのような炉である。特定の原子吸光分析装置は、アトマイザの複数のタイプで動作することができ、１つのアトマイザ（例えば、フレーム（火炎）チャンバ）を光学的測定経路の外に移動させ、別のアトマイザ（例えば、炉）を光学的測定経路内へ移動させる手動または自動で動作する機械的な機構を含む。アトマイザの移動は、測定経路へ光を向けるミラー及びビームスプリッタの正確に位置合わせされた構成および/または試料に光を厳密に結合する更なる複数のミラーの再位置合わせを必要とすることが多い。光学部品類の再位置合わせは、多大の時間を必要とし且つ複雑であり、システムのダウンタイムをもたらす。
【０００６】
他の既知のシステムは、タンデムでアトマイザを動作させ、それはレーザのようなコリメート光源が使用されている場合に良好に動作する。しかしながら、ＨＣＬ及びＤ２ランプのような光源を使用する場合、光ビームが、拡張された測定経路にわたって発散し、それ故にタンデムシステムの光学系は、極めて複雑で高価である。
【０００７】
発明の概要
フォトニック計測装置は、１つ又は複数の光源からの光を一対の分析チャンバのそれぞれに直接的に且つ同時に導く第１の組の光ファイバケーブルと、それぞれの分析チャンバからの光を検出器に直接的に且つ同時に導く第２の組の光ファイバケーブルとを含む。セレクタ／マッパーが、光源からの光を直接的に導くそれぞれの光ファイバを束ね、且つ光ファイバのマッピングを介して、各光源からの光を分析チャンバの双方に更に導く。ユーザは、試料測定の所与の時間に分析チャンバのどれを使用するべきかを選択し、システムコントローラは、選択された分析チャンバを測定経路のコンポーネントとして動作させる。同時に、他の分析チャンバは、基準経路の一部となり、第１及び第２の組の光ファイバケーブルの関連したケーブル間で光を通過させる。次いで、処理サブシステムが、選択された分析チャンバに関連する信号を測定信号として、及び選択されていない分析チャンバに関連する信号を基準信号として処理する。従って、測定経路および基準経路は、システムの再構成および／またはシステムの光学部品類の再位置合わせを必要とせずに、分析チャンバの選択により、システムを通じて同時に及び交換可能に設けられる。
【０００８】
代案として、基準経路は、専用の光ファイバケーブルにより提供されることができ、その結果、セレクタ／マッパーは、システムを通る３つの経路、即ち専用の基準経路およびそれぞれの分析チャンバに関連する経路に沿って光ファイバをマッピングする。次いで、処理サブシステムが、選択された分析チャンバに関連する信号を測定信号として、及び専用の基準信号に関連する信号を基準信号として処理し、選択されていない分析チャンバに関連する信号を処理しない。この構成において、測定経路は、やはりシステムの再構成および／またはシステムの光学部品類の再位置合わせを必要とせずに、分析チャンバの選択により、システムを通じて同時に及び交換可能に設けられる。
【０００９】
以下の本発明の説明は添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に従って構築された原子吸光分析装置の機能ブロック図である。
【図２Ａ】図１に示されたカプラーの機能ブロック図である。
【図２Ｂ】図１に示されたカプラーの機能ブロック図である。
【図２Ｃ】図１に示されたカプラーの機能ブロック図である。
【図３】図１のシステムで示されたアトマイザの代替の構成を示す図である。
【図４】図１のシステムの動作に関する流れ図である。
【図５】図１に示された光源モジュールの代替の構成である。
【図６】図１に示された試料モジュールの代替の構成である。
【図７】図１に示されたシステムの代替の構成である。
【００１１】
例示的な実施形態の詳細な説明
図面は、一律の縮尺に従っておらず、特定の構成要素は、説明を簡単にするために他の構成要素に対して拡大されている場合がある。異なる図面の同じ参照符号は、同じ構成要素を参照する。フォトニック計測装置は、原子吸光分析装置のような例により説明される。他のフォトニック計測システムは、例えば誘導結合プラズマ発光分析、液体クロマトグラフィーの光検出、紫外／可視分光法、及び紫外／可視近赤外分光法を使用するシステムを同様に構成することができる。係るシステムにおいて、適切な分析チャンバが、以下で説明されるアトマイザと同じように利用される。
【００１２】
図１を参照すると、原子吸光分析装置は、光源モジュール１０２、試料モジュール１０４、及びシステムを通して経路１０００及び２０００の部分である光ファイバケーブル１０８〜１１１によって相互接続される検出モジュール１０６を含む。光源モジュールは、２つのタイプの光源１２０及び１２２を含み、係る光源は例えば、吸光分析用の所望の波長で動作する中空陰極ランプ「ＨＣＬ」、及びバックグラウンド補正用の光を提供する重水素放電（Ｄ２）ランプである。光源によって生成される光は、光ファイバケーブル１２８及び１２９により光源から直接的に導かれ、係る光ファイバケーブルはそれぞれ、経路１０００及び２０００の部分でもある。それぞれの光ファイバーケーブル１２８及び１２９は、複数の光ファイバからなる。
【００１３】
光源モジュール１０２に含まれるセレクタ／マッパー１３０は、ケーブル１２８及び１２９の光ファイバを束ね、当該光ファイバを光ファイバケーブル１０８及び１０９にマッピングし、係る光ファイバケーブル１０８及び１０９は、双方の光源からの光を試料モジュール１０４における２つのアトマイザ１４０及び１５０のそれぞれに同時に導く分岐である。ケーブル１２８、１２９、１０８及び１０９は、第１の組の光ファイバケーブルを形成する。光ファイバケーブル１１０及び１１１は、試料モジュール１０４のアトマイザ１４０及び１５０からの光を検出モジュール１０６の検出器１６０に導く。また、第２の組の光ファイバケーブルを形成するケーブル１１０及び１１１は、それぞれの経路１０００及び２０００の部分でもある。当該例において、第１及び第２の組の光ファイバケーブルは、深紫外対応グレードの光ファイバからなり、既知の態様で動作する。
【００１４】
光ファイバケーブル１１０及び１１１により導かれた光を受け取る検出器１６０は、モノクロメータとすることができ、それは必要に応じて、光ファイバケーブルにより供給される光を単一センサの異なる領域に向けるためのスリット又は他の機構（図示せず）を利用する。代案として、検出器は、対応するケーブルから直接的に光を受け取るように適切に配置された２つのセンサ（図示せず）を含んでもよい。検出器１６０は既知の方法で動作して、選択された波長の入射光の強度に対応する信号を生成し、当該信号を処理サブシステム１９４に供給する。
【００１５】
システムコントローラ１８０は、以下でより詳細に説明されるように、アトマイザの選択に基づいてそれぞれのモジュール１０２、１０４、及び１０６、及び処理サブシステム１９４のコンポーネント（構成要素）の動作を制御する。システムコントローラは、ユーザがアトマイザ選択の命令および適宜に分析の他の命令を提供する、コンピュータのキーボード又はタッチスクリーンのような入力装置１９０から信号を受け取るように構成される。ディスプレイ装置１９２が、システム動作に関連する情報、並びに処理サブシステム１９４により実行された処理の結果をユーザに提供する。
【００１６】
アトマイザ１４０及び１５０は例えば、フレーム（火炎）チャンバ又はネブライザ、及び例えば黒鉛チューブのような炉とすることができる。ユーザは、所与の時間に試料測定に使用するためのアトマイザのうちのどれかを選択するために、入力装置１９０を介して命令を入力する。当該命令に応答して、システムコントローラ１８０は、光源１２０と１２２、及びアトマイザ１４０と１５０の動作を制御して、光測定、バックグラウンド補正、及び基準情報を検出器１６０に提供する。
【００１７】
より具体的には、システムコントローラ１８０は、試料測定およびバックグラウンド補正の情報が得られる光を提供するために、選択されたアトマイザ１４０、１５０を既知の方法で動作させ、基準情報を提供するために、光が単に通過することを可能にするモードで選択されていないアトマイザを動作させる。システムコントローラは更に、処理サブシステム１９４の動作を制御し、その結果、当該サブシステムは、選択されたアトマイザに関連する信号を測定経路信号として、及び選択されていないアトマイザに関連する信号を基準経路信号として処理する。このように、システムコントローラは、センサの特定領域または特定のセンサから適宜に供給される信号を測定信号として、及び他の領域またはセンサからの信号を基準信号として処理するようにプロセッササブシステムに命令する。
【００１８】
従って、システムにより、ユーザは、システムを再構成する必要なしに、任意の所与の時間に試料測定用のアトマイザの何れかを選択することが可能になる。特に、アトマイザの選択は、１つ又は複数のアトマイザの、光測定経路内へ又は光測定経路外への機械的な移動を必要としない。従って、システム１００において、測定経路内の光学部品類は、測定経路内に含まれるアトマイザを変更するために再位置合わせされる必要がない。
【００１９】
システムを最適化するために、光ファイバ結合ユニット１２４、１２５を光源モジュール１０２内で使用して、光源１２０、１２２により生成された光をそれぞれの光ファイバケーブル１２８及び１２９に結合することができる。試料モジュール１０４内において、光ファイバ結合ユニット１３２、１３３を使用して、ケーブル１０８及び１０９からの光を、選定された領域、例えばそれぞれのアトマイザ１４０、１５０の中央に結合することができる。更に、光ファイバ結合ユニット１３４、１３６を使用して、アトマイザからの光を光ファイバケーブル１１０及び１１１に結合することができ、係る光ファイバケーブル１１０及び１１１は光を検出モジュール１０６に導く。結合ユニットは、図２Ａ〜図２Ｃに関連してより詳細に説明される。
【００２０】
さて、図２Ａを参照すると、それぞれの結合ユニット３０００は、カプラー３０４（当該例において軸外楕円ミラー）からなり、それはミラーの２つの焦点のうちの第１の焦点に位置する光源３００により供給される光を、ミラーの第２の焦点に位置する宛先３０２に結合する。当該例において、ミラーは、９０°の屈曲で光を反射するが、他の角度の屈曲、例えば３０°又は６０°が設計により利用され得る。
【００２１】
カプラー３０４は本質的に、第１及び第２の焦点距離の比により特徴付けられる。例えば、０．５ｘカプラーは、ミラーからの距離が光源と比べて２倍である宛先を有する。カプラーは更に、入射ビームが宛先に集束されるミラーの選択領域である妨害のない開口により特徴付けられる。図面において点線３０６で示される妨害のない開口は本質的に、ミラーのサイズを決定する。カプラーは、ビームの開口数を変更するために、即ちビームの縮小または拡大のために、全て既知の態様で利用され得る。
【００２２】
カプラー３０４は好適には、ＵＶ強化コーティングでコーティングされる。当該例において、カプラーは、対象となる波長に対して８５％よりも大きい反射率を有するＵＶ強化アルミニウムでコーティングされる。システム１００において、対象となる波長は、１９０ｎｍから９００ｎｍである。必要に応じて、長方形のミラーが、楕円ミラーの代わりに使用され得る。
【００２３】
図２Ａに示された例において、宛先３０２は光ファイバケーブル３５０のコア３５４である。ケーブル３５０はカプラー又はミラー３０４と位置合わせされ、その結果、ミラーの第２の焦点は、単一又は複数の光ファイバからなることができるコアの入口３５２内にある。
【００２４】
システムにおいて、カプラーのそれぞれは、光を光ファイバケーブルに結合、又は光ファイバケーブルからの光を結合する。個々の光ファイバケーブルは、光源１２０、１２２並びにアトマイザ１４０、１５０の入口１４１、１５１及び出口１４３、１５３（図２Ｃ）であるように開口数により特徴付けられる。カプラーは、望み通りに、ビームの開口数および／または経路１０００及び２０００に沿って１つのコンポーネントから次へのビームの倍率を維持または変更する。当該例において、結合ユニット１２４及び１２５は、ビームの開口数を減らす０．５ｘカプラーであり、結合ユニット１３２及び１３５は、ビームの開口数を増加する２ｘカプラーであり、結合ユニット１３４及び１３６は、ビームを中継する又はビームの開口数を維持する１ｘカプラーである。
【００２５】
ここで、図２Ｂも参照すると、システムを構成するために、光源モジュール１０２の結合ユニット１２４、１２５は、光源１２０、１２２及び光ファイバケーブル１２８、１２９と位置合わせされる。かくして、結合ユニットは、光源が対応するカプラー又はミラーの第１の焦点に位置するように、及び光ファイバケーブル１２８、１２９の入口１２６及び１２７がミラーの第２の焦点に位置するように配置される。光ファイバ１２９、１２８は、セレクタ／マッパー１３０を介して延在し、当該セレクタ／マッパー１３０は、個々の光源のそれぞれからの光を、ケーブルセクション１０８、１０９を介してアトマイザ１４０、１５０の双方に導くために個々の光ファイバを束ねてマッピングする。
【００２６】
ここで、図２Ｃも参照すると、試料モジュール１０４において、ケーブルセクション１０８、１０９の端部１０５、１０７は、光源として結合ユニット又はカプラー１３２及び１３５と位置合わせされ、カプラーが光ファイバからの光を、アトマイザ１４０、１５０の個々の入口１４１、１５１を介してカプラーの第２の焦点に結合し、係る第２の焦点は当該例においてアトマイザの中央にある。同様に、結合ユニット１３４及び１３６は、アトマイザの出口１４３、１５３と位置合わせされ、アトマイザの中央からの光を、光源として光ファイバケーブル１１０及び１１１の入口１１３、１１５に結合する。ひとたびカプラー及び光ファイバが光源および試料モジュール１０２、１０４に適切に位置合わせされるならば、モジュール１０２、１０４、１０６は、任意の又は全てのケーブル１０８、１０９、１１０、１１１を曲げることにより互いに対して移動することができる。しかしながら、モジュールの相対移動は、結合ユニットが個々のモジュール内に配置されているので、システムの光学部品類の位置合わせに悪影響を及ぼさない。効率的なシステム動作に関して、モジュールの移動は、曲げられる光ファイバケーブルの最も小さい光ファイバの直径の３００倍より小さい曲げ半径を採用するべきではない。しかし、光ファイバは、システム全体にわたって同じ直径である必要はないかもしれない。代案として、第１及び第２の組の光ファイバケーブルは、様々な個々の直径の光ファイバを利用することができる。説明を簡単にするために、アトマイザと光学部品類との間に位置しており、且つ分析中に存在する可能性がある腐食性蒸気から光学部品類を隔離する働きをする、光を通過させるための石英で覆われた開口を備える防壁等は、図面に示されていない。係る壁の使用は、従来の光学部品類を利用する原子吸光装置でよく知られており、同じ理由で現在のシステムで使用される。
【００２７】
測定信号用および基準信号用のユーザ選択可能および交換可能の経路は、システムの使用のみならず、システムの構成にも大きな柔軟性を提供する。特に、光源モジュール１０２、試料モジュール１０４、及び検出モジュール１０６は、個々のアトマイザ１４０、１５０の熱源が温度に影響されやすいシステムコンポーネントから離れて位置するように構成され得る。更に、揮発性物質または放射性物質を分析するために使用されるシステムにおいて、所与のアトマイザ又は双方のアトマイザは、他のシステムコンポーネントから隔離され得る。
【００２８】
例えば、図３に示されるように、当該例においてフレームチャンバ１５０であるアトマイザは、グローブボックス２４０内で動作し、当該グローブボックスは、グローブボックスの壁に取り付けられた光学的フィードスルー２４２及び２４３を備える。グローブボックスの内部に位置する結合ユニット１３２は、光学的フィードスルー２４２を介して受光した光を、チャンバ入口１５１を介してフレームチャンバの中央に結合する。フレームチャンバの中央から供給される光を、アトマイザ出口１５３を介して受光する結合ユニット１３４は、光学的フィードスルー２４３を介して光をケーブル１１０のコアへ結合する。ユーザは、アトマイザ内で試料を位置決めするために、手袋付きの穴２５０を介してアトマイザにアクセスできる。システムコントローラは、必要に応じて選択された又は選択されていない隔離されたアトマイザ１５０を用いて、分析を実行するために上述されたようにシステムを動作させる。
【００２９】
原子吸光分析装置１００の個々のモジュール１０２、１０４、１０６は、別々に製造され得る。更に、個々のモジュールは特定の使用のために最適化されることができ、ひいては様々なシステム構成が組み立てられ得る。例えば、所与のシステム用に製造されたモジュールは、特定の波長等の光と共に使用するために最適化され得る。また、説明されたように、試料モジュールは例えば、アトマイザの一方または双方の隔離を必要とする放射性物質または他の物質と共に使用するために最適化され得る。
【００３０】
ここで、図４も参照すると、原子吸光分析装置１００の動作が説明される。ステップ４８０において、ユーザは、試料の分析にどのアトマイザ１４０、１５０を使用するかに関するユーザの選択を、入力装置１９０を介してシステムに入力する。また、ユーザは適宜、持続時間、温度等のような実行されるべき分析に関する情報および／または命令を提供する。代案として、ユーザは、予めプログラミングされた分析ルーチンを選択してもよい。
【００３１】
当該例において、ユーザは、フレームコンパートメント１４０を選択する。選択情報に応答して、ステップ４８２において、システムコントローラ１８０は、選択されたアトマイザに関連する信号を測定信号として、及び選択されていないアトマイザに関連する信号を基準信号として処理するように処理サブシステム１９４に命令する。かくして、システムコントローラは、検出器１６０の所与のセンサ又はセンサの所与の領域により提供される信号が測定信号として処理されるべきであること、及び別のセンサ又は領域からの信号が基準信号として処理されるべきであることを指定する。ステップ４８４において、ユーザは選択されたアトマイザ内に試料を配置する。
【００３２】
ひとたび試料が所定位置にあれば、ステップ４８６において、システムコントローラは、選択されたアトマイザを既知の方法で動作させ、要求された分析を実行する。更に、システムコントローラは、選択されていないアトマイザを「スタンバイ」モードで動作させ、この場合、光ファイバケーブルによりアトマイザに供給される光は、アトマイザから検出器に導く光ファイバケーブルに送られる。更に、システムコントローラは、ＨＣＬ及びＤ２ランプ並びに検出器１６０を分析のために既知の方法で動作させる。
【００３３】
このように、システムコントローラ１８０は、光源１２０、１２２及び検出器１６０を同期して動作させる。当該例において、システムコントローラは、例えば５０Ｈｚの同期オン及びオフサイクルでランプ及び検出器を動作させる。参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，２２２，６２６号で説明されているように、ＨＣＬ及びＤ２ランプは、検出サイクルの少なくとも一部の間に独立して動作する。
【００３４】
ステップ４８８において、プロセッササブシステム１９４は、どの信号が測定信号であり且つどの信号が基準信号であるかに関する、システムコントローラからの命令に従って、検出器１６０により供給される信号を既知の方法で処理する。
【００３５】
ステップ４９０において、ユーザは、次の試料の分析のために同じアトマイザ又は他のアトマイザを選択し、システムコントローラはそれに応じてシステムを動作させる。
【００３６】
ここで図５を参照すると、異なる波長の複数のＨＣＬ１２０１、１２０２・・・１２０ｉが光源モジュール１０２内に含まれ得る。代案として、光源１２０ｉの一部または全ては、無電極放電ランプ（ＥＤＬ）とすることができる。複数のランプは、選択された１つのランプのみ又は任意の所与の時間に動作する複数のランプと共に結合ユニットと同時に動作するように配置されることができ、或いは以下で説明されるように、結合ユニットは、選択されたランプに対して再配置され得る。ユーザ又はシステムコントローラは、所与の分析にどのＨＣＬ及び／又はＥＤＬを使用するかを選択し、次いでシステムコントローラは、選択されたランプの動作を、分析を実行するために適切に制御する。
【００３７】
結合ユニット１２４は、光ファイバケーブル１２８を僅かに曲げることにより、ＨＣＬ及び／又はＥＤＬに対して移動可能とすることがきる。かくして、結合ユニットは、カプラーと光ファイバケーブル１２８の入口１３０との間の位置合わせを変更せずに、選択されたランプに近接した選定された位置（波線により示される）に移動する。代案として、ランプは、ユーザの制御下またはシステムの制御下で、選択されたランプを静止したカプラーの焦点位置の位置に回転させる回転テーブル（図示せず）上に配置されてもよいし、又はランプ及びカプラーの双方が選定された位置に互いに対して移動可能であってもよい。更に、複数のカプラー及び光ファイバケーブルが使用されてもよく、この場合、複数のケーブルの個々の光ファイバは、セレクタ／マッパー１３０を介して光ファイバケーブル１０８、１０９へ束ねられる。また、係る構成の場合、２つ以上の波長の光が、アトマイザに同時に供給され得る。
【００３８】
ここで、図６を参照すると、特定の原子吸光動作、例えば、炉１４０を利用する特定の分析は、基準信号を使用する必要がない。従って、試料モジュール１０４は、選択された炉が動作する間に、ユーザが選択されていないアトマイザに分析されるべき次の試料を配置するように、２つの一列で隣り合った炉１４０及び９５０でもって構築され得る。システムコントローラの命令に応答して、処理サブシステム１９４は、選択されたアトマイザからの信号を測定信号として処理する。恐らく、選択されていないプロセッサは、第２の組の光ファイバケーブルへ光情報を通過させない。かくして、システムの処理能力は、システムコンポーネントの再構成および／または再位置合わせを必要とせずに、２つの炉アトマイザを選択可能および交換可能に使用することにより、増大され得る。
【００３９】
代案として、図７に示されるように、システムは、独立して配線された専用の基準光ファイバケーブル９６０と共に構成され得る。かくして、検出器１６０は、３つの検出領域または３つのセンサ（図示せず）でもって動作する。この構成において、システムコントローラ１８４は、選択されたアトマイザからの信号が測定信号として処理され、選択されていないアトマイザからの信号が処理されず、専用基準経路からの信号が基準信号として処理されることを確実にするようにプロセッササブシステム１９４を制御する。この構成における測定経路は、選択可能で交換可能であり、上述したシステムの柔軟性を提供する。
【００４０】
本明細書で説明されたシステムは、選択可能および交換可能な測定経路および基準経路における３つ以上のアトマイザと共に構成されることができ、この場合、ユーザは、所与の時間における試料測定のためにアトマイザの１つを選択し、ユーザ又はシステムコントローラは、選択されていないアトマイザの１つを基準経路の一部として働くように割り当てる。システムコントローラは、選択されたプロセッサに関連する信号を測定信号として、及び必要に応じて選択されていない割り当てられたアトマイザに関連する信号を基準信号として処理するように処理サブシステム１９４に命令する。係るシステムにおいて、任意の又は全ての選択されていないアトマイザは、スタンバイモードで動作し、第１の組の光ファイバケーブルからの信号を第２の組の光ファイバケーブルに送り、この場合、基準経路に割り当てられた選択されていないアトマイザからの信号だけが、処理サブシステムにより処理される。説明されたように、基準経路は代わりに、専用の光ファイバケーブルにより提供されてもよい。複数のアトマイザ構成のシステムは、測定経路、及び必要に応じて基準経路がシステムを通して選択可能で交換可能であるため、上述した同じ柔軟性を提供する。
【００４１】
システムは、例えば、光のより大きな強度が分析を実行するために必要とされる可能性がある場合に、所与のアトマイザの様々な比、又はＨＣＬ及び／又はＤ２ライトの様々な強度に備えることができる。セレクタ／マッパーは、個々の光源からアトマイザへの光を適切にマッピングして束ねることにより、６０％／４０％のＨＣＬ／Ｄ２ライトの混合物、又は７０％／３０％のような他の選択された比を提供することができる。セレクタ／ミクサは同様に、２つ以上のＨＣＬにより生成された異なる波長の光の様々な混合物をアトマイザの１つに同時に提供することができる。
【００４２】
代案として、又は更に、スイッチング機構（図示せず）を使用して、ＨＣＬ及びＤ２ランプの双方からの光とは対照的に、ＨＣＬのような単一タイプの光源からの光だけを使用する所与のアトマイザに増大した処理能力を提供することができる。ＨＣＬ光のみを必要とするアトマイザが選択された場合、スイッチング機構は、機械的に単一の光源を、セレクタ／マッパーを迂回して炉１４０のようなアトマイザへ延在する追加の光ファイバケーブル（図示せず）に接続する。もしそうでなければ、スイッチング機構は、ＨＣＬ及びＤ２ランプの双方からの光をセレクタ／マッパーに供給し、次いで混合されたＨＣＬ及びＤ２光が第２の組の光ファイバケーブル１０８及び１０９を介して双方のアトマイザに供給される。
【００４３】
前述の説明は、本発明の特定の実施形態に制限する。しかしながら、明らかなように、上述されたランプ及びアトマイザの代わりに又はそれらに加えて、他の光源（例えば、無電極放電ランプ）、他のタイプのアトマイザ（例えば、冷蒸気セル）を使用することのような変形および変更が本発明に行われることができ、その利点の一部または全てを獲得すると共に、セレクタ／マッパーは、特定の光源からの光をアトマイザのサブセットにマッピングすることができ、複数のＨＣＬ及び／又はＥＤＬからの光が関連する光ファイバを束にすることを通じてアトマイザに同時にマッピングされることができ、多色検出器が単色検出器の代わりに使用されることができ、単一の光源からの光が、各アトマイザにマッピングされることができる等である。従って、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の思想および範囲内に入るような係る変形および変更の全てを網羅することである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、フォトニック計測装置に関し、特に高精度の原子吸光装置に関する。
【０００２】
相互参照
本出願は、２００９年１１月２０日に出願され、Juan C. Ivaldi 他による「ATOMIC ABSORPTION INSTRUMENT USING NON-SOLARIZING UV GRADE FIBER OPTICS」と題する米国仮特許出願第６１／２６３，１４２号の恩典を請求しており、その米国仮特許は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
背景情報
スペクトロメータ（分光計）のような原子吸光装置は、よく知られており、さまざまな設定で使用されている。関心のある原子吸光装置は、測定光（即ち、吸光分析のための適切な波長の光）を試料に厳密に結合する、正確に位置合わせされた光学部品類を含む高精度のシステムである。また、高精度のシステムは、光の強度を求めて補償するための、並びにバックグラウンド吸収を補正するための基準経路を提供するために追加の光源および関連する光学部品類も利用する。参照によってその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６，２２２，６２６号に説明されるように、関心のあるシステムは、動作測定光路と基準光路を同時に利用する。
【０００４】
該特許で説明されるように、ミラー及びビームスプリッタの精密に位置合わせされた構成は、測定およびバックグラウンド補正光源（例えば、中空陰極ランプ「ＨＣＬ」及び重水素放電（Ｄ２）ランプ）からの光を測定経路および基準経路のそれぞれの開始点に同時に導くために使用される。次いで、測定経路は、アトマイザ（噴霧器）内の試料に光を結合し、且つアトマイザから検出器にも光を向けるために正確に位置合わせされた更なる複数のミラーを使用するが、基準経路は検出器に光を導くために光ファイバを使用する。
【０００５】
原子吸光分析装置のアトマイザの動作は一般に、フレーム（火炎）（ネブライザ）、又は黒鉛チューブのような炉である。特定の原子吸光分析装置は、アトマイザの複数のタイプで動作することができ、１つのアトマイザ（例えば、フレーム（火炎）チャンバ）を光学的測定経路の外に移動させ、別のアトマイザ（例えば、炉）を光学的測定経路内へ移動させる手動または自動で動作する機械的な機構を含む。アトマイザの移動は、測定経路へ光を向けるミラー及びビームスプリッタの正確に位置合わせされた構成および/または試料に光を厳密に結合する更なる複数のミラーの再位置合わせを必要とすることが多い。光学部品類の再位置合わせは、多大の時間を必要とし且つ複雑であり、システムのダウンタイムをもたらす。
【０００６】
他の既知のシステムは、タンデムでアトマイザを動作させ、それはレーザのようなコリメート光源が使用されている場合に良好に動作する。しかしながら、ＨＣＬ及びＤ２ランプのような光源を使用する場合、光ビームが、拡張された測定経路にわたって発散し、それ故にタンデムシステムの光学系は、極めて複雑で高価である。
【０００７】
発明の概要
フォトニック計測装置は、１つ又は複数の光源からの光を一対の分析チャンバのそれぞれに直接的に且つ同時に導く第１の組の光ファイバケーブルと、それぞれの分析チャンバからの光を検出器に直接的に且つ同時に導く第２の組の光ファイバケーブルとを含む。セレクタ／マッパーが、光源からの光を直接的に導くそれぞれの光ファイバを束ね、且つ光ファイバのマッピングを介して、各光源からの光を分析チャンバの双方に更に導く。ユーザは、試料測定の所与の時間に分析チャンバのどれを使用するべきかを選択し、システムコントローラは、選択された分析チャンバを測定経路のコンポーネントとして動作させる。同時に、他の分析チャンバは、基準経路の一部となり、第１及び第２の組の光ファイバケーブルの関連したケーブル間で光を通過させる。次いで、処理サブシステムが、選択された分析チャンバに関連する信号を測定信号として、及び選択されていない分析チャンバに関連する信号を基準信号として処理する。従って、測定経路および基準経路は、システムの再構成および／またはシステムの光学部品類の再位置合わせを必要とせずに、分析チャンバの選択により、システムを通じて同時に及び交換可能に設けられる。
【０００８】
代案として、基準経路は、専用の光ファイバケーブルにより提供されることができ、その結果、セレクタ／マッパーは、システムを通る３つの経路、即ち専用の基準経路およびそれぞれの分析チャンバに関連する経路に沿って光ファイバをマッピングする。次いで、処理サブシステムが、選択された分析チャンバに関連する信号を測定信号として、及び専用の基準信号に関連する信号を基準信号として処理し、選択されていない分析チャンバに関連する信号を処理しない。この構成において、測定経路は、やはりシステムの再構成および／またはシステムの光学部品類の再位置合わせを必要とせずに、分析チャンバの選択により、システムを通じて同時に及び交換可能に設けられる。
【０００９】
以下の本発明の説明は添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に従って構築された原子吸光分析装置の機能ブロック図である。
【図２Ａ】図１に示されたカプラーの機能ブロック図である。
【図２Ｂ】図１に示されたカプラーの機能ブロック図である。
【図２Ｃ】図１に示されたカプラーの機能ブロック図である。
【図３】図１のシステムで示されたアトマイザの代替の構成を示す図である。
【図４】図１のシステムの動作に関する流れ図である。
【図５】図１に示された光源モジュールの代替の構成である。
【図６】図１に示された試料モジュールの代替の構成である。
【図７】図１に示されたシステムの代替の構成である。
【００１１】
例示的な実施形態の詳細な説明
図面は、一律の縮尺に従っておらず、特定の構成要素は、説明を簡単にするために他の構成要素に対して拡大されている場合がある。異なる図面の同じ参照符号は、同じ構成要素を参照する。フォトニック計測装置は、原子吸光分析装置のような例により説明される。他のフォトニック計測システムは、例えば誘導結合プラズマ発光分析、液体クロマトグラフィーの光検出、紫外／可視分光法、及び紫外／可視近赤外分光法を使用するシステムを同様に構成することができる。係るシステムにおいて、適切な分析チャンバが、以下で説明されるアトマイザと同じように利用される。
【００１２】
図１を参照すると、原子吸光分析装置は、光源モジュール１０２、試料モジュール１０４、及びシステムを通して経路１０００及び２０００の部分である光ファイバケーブル１０８〜１１１によって相互接続される検出モジュール１０６を含む。光源モジュールは、２つのタイプの光源１２０及び１２２を含み、係る光源は例えば、吸光分析用の所望の波長で動作する中空陰極ランプ「ＨＣＬ」、及びバックグラウンド補正用の光を提供する重水素放電（Ｄ２）ランプである。光源によって生成される光は、光ファイバケーブル１２８及び１２９により光源から直接的に導かれ、係る光ファイバケーブルはそれぞれ、経路１０００及び２０００の部分でもある。それぞれの光ファイバーケーブル１２８及び１２９は、複数の光ファイバからなる。
【００１３】
光源モジュール１０２に含まれるセレクタ／マッパー１３０は、ケーブル１２８及び１２９の光ファイバを束ね、当該光ファイバを光ファイバケーブル１０８及び１０９にマッピングし、係る光ファイバケーブル１０８及び１０９は、双方の光源からの光を試料モジュール１０４における２つのアトマイザ１４０及び１５０のそれぞれに同時に導く分岐である。ケーブル１２８、１２９、１０８及び１０９は、第１の組の光ファイバケーブルを形成する。光ファイバケーブル１１０及び１１１は、試料モジュール１０４のアトマイザ１４０及び１５０からの光を検出モジュール１０６の検出器１６０に導く。また、第２の組の光ファイバケーブルを形成するケーブル１１０及び１１１は、それぞれの経路１０００及び２０００の部分でもある。当該例において、第１及び第２の組の光ファイバケーブルは、深紫外対応グレードの光ファイバからなり、既知の態様で動作する。
【００１４】
光ファイバケーブル１１０及び１１１により導かれた光を受け取る検出器１６０は、モノクロメータとすることができ、それは必要に応じて、光ファイバケーブルにより供給される光を単一センサの異なる領域に向けるためのスリット又は他の機構（図示せず）を利用する。代案として、検出器は、対応するケーブルから直接的に光を受け取るように適切に配置された２つのセンサ（図示せず）を含んでもよい。検出器１６０は既知の方法で動作して、選択された波長の入射光の強度に対応する信号を生成し、当該信号を処理サブシステム１９４に供給する。
【００１５】
システムコントローラ１８０は、以下でより詳細に説明されるように、アトマイザの選択に基づいてそれぞれのモジュール１０２、１０４、及び１０６、及び処理サブシステム１９４のコンポーネント（構成要素）の動作を制御する。システムコントローラは、ユーザがアトマイザ選択の命令および適宜に分析の他の命令を提供する、コンピュータのキーボード又はタッチスクリーンのような入力装置１９０から信号を受け取るように構成される。ディスプレイ装置１９２が、システム動作に関連する情報、並びに処理サブシステム１９４により実行された処理の結果をユーザに提供する。
【００１６】
アトマイザ１４０及び１５０は例えば、フレーム（火炎）チャンバ又はネブライザ、及び例えば黒鉛チューブのような炉とすることができる。ユーザは、所与の時間に試料測定に使用するためのアトマイザのうちのどれかを選択するために、入力装置１９０を介して命令を入力する。当該命令に応答して、システムコントローラ１８０は、光源１２０と１２２、及びアトマイザ１４０と１５０の動作を制御して、光測定、バックグラウンド補正、及び基準情報を検出器１６０に提供する。
【００１７】
より具体的には、システムコントローラ１８０は、試料測定およびバックグラウンド補正の情報が得られる光を提供するために、選択されたアトマイザ１４０、１５０を既知の方法で動作させ、基準情報を提供するために、光が単に通過することを可能にするモードで選択されていないアトマイザを動作させる。システムコントローラは更に、処理サブシステム１９４の動作を制御し、その結果、当該サブシステムは、選択されたアトマイザに関連する信号を測定経路信号として、及び選択されていないアトマイザに関連する信号を基準経路信号として処理する。このように、システムコントローラは、センサの特定領域または特定のセンサから適宜に供給される信号を測定信号として、及び他の領域またはセンサからの信号を基準信号として処理するようにプロセッササブシステムに命令する。
【００１８】
従って、システムにより、ユーザは、システムを再構成する必要なしに、任意の所与の時間に試料測定用のアトマイザの何れかを選択することが可能になる。特に、アトマイザの選択は、１つ又は複数のアトマイザの、光測定経路内へ又は光測定経路外への機械的な移動を必要としない。従って、システム１００において、測定経路内の光学部品類は、測定経路内に含まれるアトマイザを変更するために再位置合わせされる必要がない。
【００１９】
システムを最適化するために、光ファイバ結合ユニット１２４、１２５を光源モジュール１０２内で使用して、光源１２０、１２２により生成された光をそれぞれの光ファイバケーブル１２８及び１２９に結合することができる。試料モジュール１０４内において、光ファイバ結合ユニット１３２、１３３を使用して、ケーブル１０８及び１０９からの光を、選定された領域、例えばそれぞれのアトマイザ１４０、１５０の中央に結合することができる。更に、光ファイバ結合ユニット１３４、１３６を使用して、アトマイザからの光を光ファイバケーブル１１０及び１１１に結合することができ、係る光ファイバケーブル１１０及び１１１は光を検出モジュール１０６に導く。結合ユニットは、図２Ａ〜図２Ｃに関連してより詳細に説明される。
【００２０】
さて、図２Ａを参照すると、それぞれの結合ユニット３０００は、カプラー３０４（当該例において軸外楕円ミラー）からなり、それはミラーの２つの焦点のうちの第１の焦点に位置する光源３００により供給される光を、ミラーの第２の焦点に位置する宛先３０２に結合する。当該例において、ミラーは、９０°の屈曲で光を反射するが、他の角度の屈曲、例えば３０°又は６０°が設計により利用され得る。
【００２１】
カプラー３０４は本質的に、第１及び第２の焦点距離の比により特徴付けられる。例えば、０．５ｘカプラーは、ミラーからの距離が光源と比べて２倍である宛先を有する。カプラーは更に、入射ビームが宛先に集束されるミラーの選択領域である妨害のない開口により特徴付けられる。図面において点線３０６で示される妨害のない開口は本質的に、ミラーのサイズを決定する。カプラーは、ビームの開口数を変更するために、即ちビームの縮小または拡大のために、全て既知の態様で利用され得る。
【００２２】
カプラー３０４は好適には、ＵＶ強化コーティングでコーティングされる。当該例において、カプラーは、対象となる波長に対して８５％よりも大きい反射率を有するＵＶ強化アルミニウムでコーティングされる。システム１００において、対象となる波長は、１９０ｎｍから９００ｎｍである。必要に応じて、長方形のミラーが、楕円ミラーの代わりに使用され得る。
【００２３】
図２Ａに示された例において、宛先３０２は光ファイバケーブル３５０のコア３５４である。ケーブル３５０はカプラー又はミラー３０４と位置合わせされ、その結果、ミラーの第２の焦点は、単一又は複数の光ファイバからなることができるコアの入口３５２内にある。
【００２４】
システムにおいて、カプラーのそれぞれは、光を光ファイバケーブルに結合、又は光ファイバケーブルからの光を結合する。個々の光ファイバケーブルは、光源１２０、１２２並びにアトマイザ１４０、１５０の入口１４１、１５１及び出口１４３、１５３（図２Ｃ）であるように開口数により特徴付けられる。カプラーは、望み通りに、ビームの開口数および／または経路１０００及び２０００に沿って１つのコンポーネントから次へのビームの倍率を維持または変更する。当該例において、結合ユニット１２４及び１２５は、ビームの開口数を減らす０．５ｘカプラーであり、結合ユニット１３２及び１３５は、ビームの開口数を増加する２ｘカプラーであり、結合ユニット１３４及び１３６は、ビームを中継する又はビームの開口数を維持する１ｘカプラーである。
【００２５】
ここで、図２Ｂも参照すると、システムを構成するために、光源モジュール１０２の結合ユニット１２４、１２５は、光源１２０、１２２及び光ファイバケーブル１２８、１２９と位置合わせされる。かくして、結合ユニットは、光源が対応するカプラー又はミラーの第１の焦点に位置するように、及び光ファイバケーブル１２８、１２９の入口１２６及び１２７がミラーの第２の焦点に位置するように配置される。光ファイバ１２９、１２８は、セレクタ／マッパー１３０を介して延在し、当該セレクタ／マッパー１３０は、個々の光源のそれぞれからの光を、ケーブルセクション１０８、１０９を介してアトマイザ１４０、１５０の双方に導くために個々の光ファイバを束ねてマッピングする。
【００２６】
ここで、図２Ｃも参照すると、試料モジュール１０４において、ケーブルセクション１０８、１０９の端部１０５、１０７は、光源として結合ユニット又はカプラー１３２及び１３５と位置合わせされ、カプラーが光ファイバからの光を、アトマイザ１４０、１５０の個々の入口１４１、１５１を介してカプラーの第２の焦点に結合し、係る第２の焦点は当該例においてアトマイザの中央にある。同様に、結合ユニット１３４及び１３６は、アトマイザの出口１４３、１５３と位置合わせされ、アトマイザの中央からの光を、光源として光ファイバケーブル１１０及び１１１の入口１１３、１１５に結合する。ひとたびカプラー及び光ファイバが光源および試料モジュール１０２、１０４に適切に位置合わせされるならば、モジュール１０２、１０４、１０６は、任意の又は全てのケーブル１０８、１０９、１１０、１１１を曲げることにより互いに対して移動することができる。しかしながら、モジュールの相対移動は、結合ユニットが個々のモジュール内に配置されているので、システムの光学部品類の位置合わせに悪影響を及ぼさない。効率的なシステム動作に関して、モジュールの移動は、曲げられる光ファイバケーブルの最も小さい光ファイバの直径の３００倍より小さい曲げ半径を採用するべきではない。しかし、光ファイバは、システム全体にわたって同じ直径である必要はないかもしれない。代案として、第１及び第２の組の光ファイバケーブルは、様々な個々の直径の光ファイバを利用することができる。説明を簡単にするために、アトマイザと光学部品類との間に位置しており、且つ分析中に存在する可能性がある腐食性蒸気から光学部品類を隔離する働きをする、光を通過させるための石英で覆われた開口を備える防壁等は、図面に示されていない。係る壁の使用は、従来の光学部品類を利用する原子吸光装置でよく知られており、同じ理由で現在のシステムで使用される。
【００２７】
測定信号用および基準信号用のユーザ選択可能および交換可能の経路は、システムの使用のみならず、システムの構成にも大きな柔軟性を提供する。特に、光源モジュール１０２、試料モジュール１０４、及び検出モジュール１０６は、個々のアトマイザ１４０、１５０の熱源が温度に影響されやすいシステムコンポーネントから離れて位置するように構成され得る。更に、揮発性物質または放射性物質を分析するために使用されるシステムにおいて、所与のアトマイザ又は双方のアトマイザは、他のシステムコンポーネントから隔離され得る。
【００２８】
例えば、図３に示されるように、当該例においてフレームチャンバ１５０であるアトマイザは、グローブボックス２４０内で動作し、当該グローブボックスは、グローブボックスの壁に取り付けられた光学的フィードスルー２４２及び２４３を備える。グローブボックスの内部に位置する結合ユニット１３２は、光学的フィードスルー２４２を介して受光した光を、チャンバ入口１５１を介してフレームチャンバの中央に結合する。フレームチャンバの中央から供給される光を、アトマイザ出口１５３を介して受光する結合ユニット１３４は、光学的フィードスルー２４３を介して光をケーブル１１０のコアへ結合する。ユーザは、アトマイザ内で試料を位置決めするために、手袋付きの穴２５０を介してアトマイザにアクセスできる。システムコントローラは、必要に応じて選択された又は選択されていない隔離されたアトマイザ１５０を用いて、分析を実行するために上述されたようにシステムを動作させる。
【００２９】
原子吸光分析装置１００の個々のモジュール１０２、１０４、１０６は、別々に製造され得る。更に、個々のモジュールは特定の使用のために最適化されることができ、ひいては様々なシステム構成が組み立てられ得る。例えば、所与のシステム用に製造されたモジュールは、特定の波長等の光と共に使用するために最適化され得る。また、説明されたように、試料モジュールは例えば、アトマイザの一方または双方の隔離を必要とする放射性物質または他の物質と共に使用するために最適化され得る。
【００３０】
ここで、図４も参照すると、原子吸光分析装置１００の動作が説明される。ステップ４８０において、ユーザは、試料の分析にどのアトマイザ１４０、１５０を使用するかに関するユーザの選択を、入力装置１９０を介してシステムに入力する。また、ユーザは適宜、持続時間、温度等のような実行されるべき分析に関する情報および／または命令を提供する。代案として、ユーザは、予めプログラミングされた分析ルーチンを選択してもよい。
【００３１】
当該例において、ユーザは、フレームコンパートメント１４０を選択する。選択情報に応答して、ステップ４８２において、システムコントローラ１８０は、選択されたアトマイザに関連する信号を測定信号として、及び選択されていないアトマイザに関連する信号を基準信号として処理するように処理サブシステム１９４に命令する。かくして、システムコントローラは、検出器１６０の所与のセンサ又はセンサの所与の領域により提供される信号が測定信号として処理されるべきであること、及び別のセンサ又は領域からの信号が基準信号として処理されるべきであることを指定する。ステップ４８４において、ユーザは選択されたアトマイザ内に試料を配置する。
【００３２】
ひとたび試料が所定位置にあれば、ステップ４８６において、システムコントローラは、選択されたアトマイザを既知の方法で動作させ、要求された分析を実行する。更に、システムコントローラは、選択されていないアトマイザを「スタンバイ」モードで動作させ、この場合、光ファイバケーブルによりアトマイザに供給される光は、アトマイザから検出器に導く光ファイバケーブルに送られる。更に、システムコントローラは、ＨＣＬ及びＤ２ランプ並びに検出器１６０を分析のために既知の方法で動作させる。
【００３３】
このように、システムコントローラ１８０は、光源１２０、１２２及び検出器１６０を同期して動作させる。当該例において、システムコントローラは、例えば５０Ｈｚの同期オン及びオフサイクルでランプ及び検出器を動作させる。参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，２２２，６２６号で説明されているように、ＨＣＬ及びＤ２ランプは、検出サイクルの少なくとも一部の間に独立して動作する。
【００３４】
ステップ４８８において、プロセッササブシステム１９４は、どの信号が測定信号であり且つどの信号が基準信号であるかに関する、システムコントローラからの命令に従って、検出器１６０により供給される信号を既知の方法で処理する。
【００３５】
ステップ４９０において、ユーザは、次の試料の分析のために同じアトマイザ又は他のアトマイザを選択し、システムコントローラはそれに応じてシステムを動作させる。
【００３６】
ここで図５を参照すると、異なる波長の複数のＨＣＬ１２０１、１２０２・・・１２０ｉが光源モジュール１０２内に含まれ得る。代案として、光源１２０ｉの一部または全ては、無電極放電ランプ（ＥＤＬ）とすることができる。複数のランプは、選択された１つのランプのみ又は任意の所与の時間に動作する複数のランプと共に結合ユニットと同時に動作するように配置されることができ、或いは以下で説明されるように、結合ユニットは、選択されたランプに対して再配置され得る。ユーザ又はシステムコントローラは、所与の分析にどのＨＣＬ及び／又はＥＤＬを使用するかを選択し、次いでシステムコントローラは、選択されたランプの動作を、分析を実行するために適切に制御する。
【００３７】
結合ユニット１２４は、光ファイバケーブル１２８を僅かに曲げることにより、ＨＣＬ及び／又はＥＤＬに対して移動可能とすることがきる。かくして、結合ユニットは、カプラーと光ファイバケーブル１２８の入口１３０との間の位置合わせを変更せずに、選択されたランプに近接した選定された位置（波線により示される）に移動する。代案として、ランプは、ユーザの制御下またはシステムの制御下で、選択されたランプを静止したカプラーの焦点位置の位置に回転させる回転テーブル（図示せず）上に配置されてもよいし、又はランプ及びカプラーの双方が選定された位置に互いに対して移動可能であってもよい。更に、複数のカプラー及び光ファイバケーブルが使用されてもよく、この場合、複数のケーブルの個々の光ファイバは、セレクタ／マッパー１３０を介して光ファイバケーブル１０８、１０９へ束ねられる。また、係る構成の場合、２つ以上の波長の光が、アトマイザに同時に供給され得る。
【００３８】
ここで、図６を参照すると、特定の原子吸光動作、例えば、炉１４０を利用する特定の分析は、基準信号を使用する必要がない。従って、試料モジュール１０４は、選択された炉が動作する間に、ユーザが選択されていないアトマイザに分析されるべき次の試料を配置するように、２つの一列で隣り合った炉１４０及び９５０でもって構築され得る。システムコントローラの命令に応答して、処理サブシステム１９４は、選択されたアトマイザからの信号を測定信号として処理する。恐らく、選択されていないプロセッサは、第２の組の光ファイバケーブルへ光情報を通過させない。かくして、システムの処理能力は、システムコンポーネントの再構成および／または再位置合わせを必要とせずに、２つの炉アトマイザを選択可能および交換可能に使用することにより、増大され得る。
【００３９】
代案として、図７に示されるように、システムは、独立して配線された専用の基準光ファイバケーブル９６０と共に構成され得る。かくして、検出器１６０は、３つの検出領域または３つのセンサ（図示せず）でもって動作する。この構成において、システムコントローラ１８４は、選択されたアトマイザからの信号が測定信号として処理され、選択されていないアトマイザからの信号が処理されず、専用基準経路からの信号が基準信号として処理されることを確実にするようにプロセッササブシステム１９４を制御する。この構成における測定経路は、選択可能で交換可能であり、上述したシステムの柔軟性を提供する。
【００４０】
本明細書で説明されたシステムは、選択可能および交換可能な測定経路および基準経路における３つ以上のアトマイザと共に構成されることができ、この場合、ユーザは、所与の時間における試料測定のためにアトマイザの１つを選択し、ユーザ又はシステムコントローラは、選択されていないアトマイザの１つを基準経路の一部として働くように割り当てる。システムコントローラは、選択されたプロセッサに関連する信号を測定信号として、及び必要に応じて選択されていない割り当てられたアトマイザに関連する信号を基準信号として処理するように処理サブシステム１９４に命令する。係るシステムにおいて、任意の又は全ての選択されていないアトマイザは、スタンバイモードで動作し、第１の組の光ファイバケーブルからの信号を第２の組の光ファイバケーブルに送り、この場合、基準経路に割り当てられた選択されていないアトマイザからの信号だけが、処理サブシステムにより処理される。説明されたように、基準経路は代わりに、専用の光ファイバケーブルにより提供されてもよい。複数のアトマイザ構成のシステムは、測定経路、及び必要に応じて基準経路がシステムを通して選択可能で交換可能であるため、上述した同じ柔軟性を提供する。
【００４１】
システムは、例えば、光のより大きな強度が分析を実行するために必要とされる可能性がある場合に、所与のアトマイザの様々な比、又はＨＣＬ及び／又はＤ２ライトの様々な強度に備えることができる。セレクタ／マッパーは、個々の光源からアトマイザへの光を適切にマッピングして束ねることにより、６０％／４０％のＨＣＬ／Ｄ２ライトの混合物、又は７０％／３０％のような他の選択された比を提供することができる。セレクタ／ミクサは同様に、２つ以上のＨＣＬにより生成された異なる波長の光の様々な混合物をアトマイザの１つに同時に提供することができる。
【００４２】
代案として、又は更に、スイッチング機構（図示せず）を使用して、ＨＣＬ及びＤ２ランプの双方からの光とは対照的に、ＨＣＬのような単一タイプの光源からの光だけを使用する所与のアトマイザに増大した処理能力を提供することができる。ＨＣＬ光のみを必要とするアトマイザが選択された場合、スイッチング機構は、機械的に単一の光源を、セレクタ／マッパーを迂回して炉１４０のようなアトマイザへ延在する追加の光ファイバケーブル（図示せず）に接続する。もしそうでなければ、スイッチング機構は、ＨＣＬ及びＤ２ランプの双方からの光をセレクタ／マッパーに供給し、次いで混合されたＨＣＬ及びＤ２光が第２の組の光ファイバケーブル１０８及び１０９を介して双方のアトマイザに供給される。
【００４３】
前述の説明は、本発明の特定の実施形態に制限する。しかしながら、明らかなように、上述されたランプ及びアトマイザの代わりに又はそれらに加えて、他の光源（例えば、無電極放電ランプ）、他のタイプのアトマイザ（例えば、冷蒸気セル）を使用することのような変形および変更が本発明に行われることができ、その利点の一部または全てを獲得すると共に、セレクタ／マッパーは、特定の光源からの光をアトマイザのサブセットにマッピングすることができ、複数のＨＣＬ及び／又はＥＤＬからの光が関連する光ファイバを束にすることを通じてアトマイザに同時にマッピングされることができ、多色検出器が単色検出器の代わりに使用されることができ、単一の光源からの光が、各アトマイザにマッピングされることができる等である。従って、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の思想および範囲内に入るような係る変形および変更の全てを網羅することである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトニック計測システムであって、
１つ又は複数の光源と、
少なくとも２つの分析チャンバと、
前記１つ又は複数の光源により生成された光を前記分析チャンバのそれぞれに導く第１の組の光ファイバケーブルと、
前記分析チャンバのそれぞれからの光を検出器に導く第２の組の光ファイバケーブルと、
前記検出器が、前記第２の組の光ファイバケーブルの各々のケーブルから前記検出器に導かれた光の強度に対応する信号を生成ように構成されていることと、
前記検出器により提供される信号を処理する処理サブシステムと、
試料分析を実行するように、選択された分析チャンバを動作させるために前記１つ又は複数の光源および前記分析チャンバを制御し、前記選択された分析チャンバに関連する信号を測定信号として処理するように前記処理サブシステムを制御するシステムコントローラとを含む、フォトニック計測システム。
【請求項２】
前記光源が第１及び第２のタイプからなり、
前記第１の組の光ファイバケーブルが、前記第１及び第２のタイプの光源のそれぞれからの光をそれぞれの分析チャンバに導くように光ファイバをマッピングするセレクタ／マッパーを含む、請求項１に記載のフォトニック計測システム。
【請求項３】
前記処理サブシステムが、選択されていない分析チャンバに関連する信号を基準信号として処理する、請求項２に記載のフォトニック計測システム。
【請求項４】
前記システムが、原子吸光分析装置であり、前記分析チャンバが炉アトマイザ及びフレームアトマイザである、請求項３に記載のフォトニック計測システム。
【請求項５】
前記第１の組における光ファイバケーブルへ光を結合し及び当該光ファイバケーブルからの光を結合するための第１の複数のカプラーと、
前記第２の組における光ファイバケーブルに光を結合するための第２の複数のカプラーとを更に含む、請求項１に記載のフォトニック計測システム。
【請求項６】
前記第１及び第２のカプラーが、軸外楕円ミラーである、請求項５に記載のフォトニック計測システム。
【請求項７】
前記第１及び第２のタイプの光源からの光を前記検出器に供給する第３の光ファイバケーブルを更に含み、
前記処理サブシステムが、前記第３の光ファイバケーブルに関連する信号を基準信号として処理する、請求項２に記載のフォトニック計測システム。
【請求項８】
前記システムが、原子吸光分析装置であり、前記分析チャンバの全てが炉である、請求項１に記載のフォトニック計測システム。
【請求項９】
個々の波長で光を生成する第１のタイプの複数の光源と、
選択された波長の光を前記第１の組の光ファイバケーブルに結合するために、前記第１のタイプの光源の任意の１つに対して対応するカプラーを配置するための手段とを更に含む、請求項５に記載のフォトニック計測システム。
【請求項１０】
吸光のために個々の波長で光を生成する第１のタイプの複数の光源と、
前記第１のタイプの選択された光源からの光を前記第１の組の光ファイバケーブルに結合するために、対応するカプラーに対して前記光源を配置するための手段とを更に含む、請求項５に記載のフォトニック計測システム。
【請求項１１】
吸光のために個々の波長で光を生成する第１のタイプの複数の光源と、
前記複数の光源のそれぞれからの光を前記第１の組の光ファイバケーブルに結合する複数のカプラーとを更に含む、請求項５に記載のフォトニック計測システム。
【請求項１２】
前記第１及び第２の光源が、中空陰極ランプ及び重水素放電ランプである、請求項４に記載のフォトニック計測システム。
【請求項１３】
前記第１及び第２の光源が、無電極放電ランプ及び重水素放電ランプである、請求項４に記載のフォトニック計測システム。
【請求項１４】
前記システムが、誘導結合プラズマ発光分析、液体クロマトグラフィーの光検出、紫外／可視分光法、及び紫外／可視近赤外分光法の１つを実行する、請求項１に記載のフォトニック計測システム。
【請求項１５】
前記第１のタイプの光源からの光を第１の選択された分析チャンバに供給し、前記第１及び第２のタイプの光源からの光を異なる選択された分析チャンバに供給するスイッチング機構を更に含む、請求項４に記載のフォトニック計測システム。
【請求項１６】
原子吸光分析装置を動作させる方法であって、
光源から検出器までの各々の導かれる光路内に構成された少なくとも２つのアトマイザからアトマイザを選択し、
前記選択されたアトマイザに関連する信号を測定信号として処理するために前記検出器から信号を受け取るように構成された処理サブシステムを動作させることを含む、方法。
【請求項１７】
所与の選択されていないアトマイザに関連する信号を基準信号として処理するように前記処理サブシステムを動作させることを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
新たなアトマイザの選択を行い、
前記新たに選択されたアトマイザに関連する信号を測定信号として、及び所与の選択されていないアトマイザに関連する信号を基準信号として処理するように前記処理サブシステムを動作させることを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
フォトニック計測システムであって、
１つ又は複数の光源を含む光源モジュールと、
少なくとも２つの分析チャンバを含む試料モジュールと、
前記分析チャンバのそれぞれに関連する信号を生成する検出器を含む検出モジュールと、
前記１つ又は複数の光源からの光を前記分析チャンバのそれぞれに導く第１の組の光ファイバケーブルと、
前記分析チャンバのそれぞれからの光を前記検出器に導く第２の組の光ファイバケーブルと、
前記検出器により生成される信号を処理する処理サブシステムと、
試料分析を実行するように、選択された分析チャンバを動作させるために前記１つ又は複数の光源および前記分析チャンバを制御し、前記選択された分析チャンバに関連する信号を測定信号として処理するように前記処理サブシステムを制御するシステムコントローラとを含む、フォトニック計測システム。
【請求項２０】
前記光源が異なるタイプの光源であり、
前記第１の組の光ファイバケーブルが、前記異なるタイプの光源のそれぞれからの光を導く光ファイバと、２つのタイプの光源のそれぞれからの光を前記分析チャンバのそれぞれに導くように前記光ファイバを束ねてマッピングするセレクタ／マッパーを含む、請求項１９に記載のフォトニック計測システム。
【請求項２１】
前記システムコントローラが、選択されていない所与の分析チャンバに関連する信号を基準信号として処理するために前記検出モジュールを更に動作させる、請求項２０に記載のフォトニック計測システム。
【請求項２２】
前記システムが、原子吸光分析装置であり、前記分析チャンバが炉アトマイザ及びフレームアトマイザである、請求項２１に記載のフォトニック計測システム。
【請求項１】
フォトニック計測システムであって、
１つ又は複数の光源と、
少なくとも２つの分析チャンバと、
前記１つ又は複数の光源により生成された光を前記分析チャンバのそれぞれに導く第１の組の光ファイバケーブルと、
前記分析チャンバのそれぞれからの光を検出器に導く第２の組の光ファイバケーブルと、
前記検出器が、前記第２の組の光ファイバケーブルの各々のケーブルから前記検出器に導かれた光の強度に対応する信号を生成ように構成されていることと、
前記検出器により提供される信号を処理する処理サブシステムと、
試料分析を実行するように、選択された分析チャンバを動作させるために前記１つ又は複数の光源および前記分析チャンバを制御し、前記選択された分析チャンバに関連する信号を測定信号として処理するように前記処理サブシステムを制御するシステムコントローラとを含む、フォトニック計測システム。
【請求項２】
前記光源が第１及び第２のタイプからなり、
前記第１の組の光ファイバケーブルが、前記第１及び第２のタイプの光源のそれぞれからの光をそれぞれの分析チャンバに導くように光ファイバをマッピングするセレクタ／マッパーを含む、請求項１に記載のフォトニック計測システム。
【請求項３】
前記処理サブシステムが、選択されていない分析チャンバに関連する信号を基準信号として処理する、請求項２に記載のフォトニック計測システム。
【請求項４】
前記システムが、原子吸光分析装置であり、前記分析チャンバが炉アトマイザ及びフレームアトマイザである、請求項３に記載のフォトニック計測システム。
【請求項５】
前記第１の組における光ファイバケーブルへ光を結合し及び当該光ファイバケーブルからの光を結合するための第１の複数のカプラーと、
前記第２の組における光ファイバケーブルに光を結合するための第２の複数のカプラーとを更に含む、請求項１に記載のフォトニック計測システム。
【請求項６】
前記第１及び第２のカプラーが、軸外楕円ミラーである、請求項５に記載のフォトニック計測システム。
【請求項７】
前記第１及び第２のタイプの光源からの光を前記検出器に供給する第３の光ファイバケーブルを更に含み、
前記処理サブシステムが、前記第３の光ファイバケーブルに関連する信号を基準信号として処理する、請求項２に記載のフォトニック計測システム。
【請求項８】
前記システムが、原子吸光分析装置であり、前記分析チャンバの全てが炉である、請求項１に記載のフォトニック計測システム。
【請求項９】
個々の波長で光を生成する第１のタイプの複数の光源と、
選択された波長の光を前記第１の組の光ファイバケーブルに結合するために、前記第１のタイプの光源の任意の１つに対して対応するカプラーを配置するための手段とを更に含む、請求項５に記載のフォトニック計測システム。
【請求項１０】
吸光のために個々の波長で光を生成する第１のタイプの複数の光源と、
前記第１のタイプの選択された光源からの光を前記第１の組の光ファイバケーブルに結合するために、対応するカプラーに対して前記光源を配置するための手段とを更に含む、請求項５に記載のフォトニック計測システム。
【請求項１１】
吸光のために個々の波長で光を生成する第１のタイプの複数の光源と、
前記複数の光源のそれぞれからの光を前記第１の組の光ファイバケーブルに結合する複数のカプラーとを更に含む、請求項５に記載のフォトニック計測システム。
【請求項１２】
前記第１及び第２の光源が、中空陰極ランプ及び重水素放電ランプである、請求項４に記載のフォトニック計測システム。
【請求項１３】
前記第１及び第２の光源が、無電極放電ランプ及び重水素放電ランプである、請求項４に記載のフォトニック計測システム。
【請求項１４】
前記システムが、誘導結合プラズマ発光分析、液体クロマトグラフィーの光検出、紫外／可視分光法、及び紫外／可視近赤外分光法の１つを実行する、請求項１に記載のフォトニック計測システム。
【請求項１５】
前記第１のタイプの光源からの光を第１の選択された分析チャンバに供給し、前記第１及び第２のタイプの光源からの光を異なる選択された分析チャンバに供給するスイッチング機構を更に含む、請求項４に記載のフォトニック計測システム。
【請求項１６】
原子吸光分析装置を動作させる方法であって、
光源から検出器までの各々の導かれる光路内に構成された少なくとも２つのアトマイザからアトマイザを選択し、
前記選択されたアトマイザに関連する信号を測定信号として処理するために前記検出器から信号を受け取るように構成された処理サブシステムを動作させることを含む、方法。
【請求項１７】
所与の選択されていないアトマイザに関連する信号を基準信号として処理するように前記処理サブシステムを動作させることを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
新たなアトマイザの選択を行い、
前記新たに選択されたアトマイザに関連する信号を測定信号として、及び所与の選択されていないアトマイザに関連する信号を基準信号として処理するように前記処理サブシステムを動作させることを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
フォトニック計測システムであって、
１つ又は複数の光源を含む光源モジュールと、
少なくとも２つの分析チャンバを含む試料モジュールと、
前記分析チャンバのそれぞれに関連する信号を生成する検出器を含む検出モジュールと、
前記１つ又は複数の光源からの光を前記分析チャンバのそれぞれに導く第１の組の光ファイバケーブルと、
前記分析チャンバのそれぞれからの光を前記検出器に導く第２の組の光ファイバケーブルと、
前記検出器により生成される信号を処理する処理サブシステムと、
試料分析を実行するように、選択された分析チャンバを動作させるために前記１つ又は複数の光源および前記分析チャンバを制御し、前記選択された分析チャンバに関連する信号を測定信号として処理するように前記処理サブシステムを制御するシステムコントローラとを含む、フォトニック計測システム。
【請求項２０】
前記光源が異なるタイプの光源であり、
前記第１の組の光ファイバケーブルが、前記異なるタイプの光源のそれぞれからの光を導く光ファイバと、２つのタイプの光源のそれぞれからの光を前記分析チャンバのそれぞれに導くように前記光ファイバを束ねてマッピングするセレクタ／マッパーを含む、請求項１９に記載のフォトニック計測システム。
【請求項２１】
前記システムコントローラが、選択されていない所与の分析チャンバに関連する信号を基準信号として処理するために前記検出モジュールを更に動作させる、請求項２０に記載のフォトニック計測システム。
【請求項２２】
前記システムが、原子吸光分析装置であり、前記分析チャンバが炉アトマイザ及びフレームアトマイザである、請求項２１に記載のフォトニック計測システム。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１３−５１１７１５（Ｐ２０１３−５１１７１５Ａ）
【公表日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３９８７５（Ｐ２０１２−５３９８７５）
【出願日】平成２２年１１月１９日（２０１０．１１．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／００３００６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６２６３０
【国際公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（５１０２０３３０４）パーキンエルマー ヘルス サイエンセズ インコーポレイテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年４月４日（２０１３．４．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１９日（２０１０．１１．１９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／００３００６
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０６２６３０
【国際公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（５１０２０３３０４）パーキンエルマー ヘルス サイエンセズ インコーポレイテッド (3)
【Ｆターム（参考）】
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