CN118111558A - 分光检测器 - Google Patents

Abstract

分光检测器包括灯罩、样本单元、光传感器、加热器、冷却风扇、温度传感器以及控制装置。加热器与收容光源的灯罩直接或间接地接触而加热灯罩。冷却风扇用于将灯罩冷却。温度传感器用于检测灯罩的温度。控制装置构成为进行光源、加热器以及冷却风扇的运行控制。控制装置具有温度控制部，所述温度控制部构成为通过基于温度传感器的检测信号至少控制加热器的输出，而将光源点亮中的灯罩的温度维持为设定温度。

Description

分光检测器

本发明是2017年07月18日所提出的申请号为201780090846.0、发明名称为《分光检测器》的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种例如分光光度计或示差折光检测器等检测器(以下，将这种检测器称作“分光检测器”)，所述检测器在将来自光源的光引导到样本单元(cell)并且将来自样本单元的光引导到光传感器的光学***中包含分光器。

背景技术

紫外可视分光光度计或分光荧光光度计、示差折光检测器等分光检测器利用氘灯(deuterium lamp)或卤素灯等随着发热而发光的灯来作为光源。分光检测器中，光源被收纳在称作灯罩(lamp house)的光源收纳零件中，包含将光引导到样本单元或光传感器的分光器的光学***收容在与灯罩分开的收纳零件内(参照专利文献1。)。

从光源发出的光被分光器分光后由光传感器进行检测。在已导入到光学***收容部内的光的光路上配置着样本单元，通过利用光传感器对已透过流经样本单元内的样本成分的光和从样本成分发出的荧光进行检测，来测定样本成分的吸光度和荧光强度，由此进行样本成分的鉴定和定量。

近年来，伴随检测器的通用化发展，要求检测器具有能够应对各种环境下使用的性能。特别是，对环境温度的要求高，即便在几摄氏度(℃)的环境温度发生变化的情况下，也期望能够确保稳定的基线(baseline)，其测定结果具有高再现性。

然而，氘灯或卤素灯等光源的发光量具有温度依赖性。例如，氘灯在环境温度(灯罩温度)变化10℃时，发光量约变化1％。所述变化量以吸光度换算约为4mAU。这意味着，当环境温度(灯罩温度)变化1℃时，基线变动约400μAU。

因此，提出将光源的温度控制为固定以使光源的温度不会根据环境温度而变动(参照专利文献2、专利文献3、专利文献4)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2014-048176号公报

专利文献2：日本专利特开2000-074821号公报

专利文献3：日本专利特开2005-098765号公报

专利文献4：日本专利特开2011-002310号公报

发明内容

[发明所要解决的问题]

由于用作光源的灯随着发热而发光，所以装置中设置着用于散发由光源所产生的热的冷却风扇。所述专利文献2至专利文献4中公开的技术均是通过调节冷却风扇的转速来将光源的温度维持为固定温度。

然而，在使用了冷却风扇的光源的温度控制中，存在响应性的问题，即，从冷却风扇的转速变化后直到由此引起的光源的温度变化为止需要时间。因此，存在由于环境温度急剧变动时的影响而导致光源的温度发生变动的问题。

而且，在冷却风扇的转速下，光源的温度控制范围存在极限，尤其在冷却风扇的低转速区域无法有效地控制光源的温度。

本发明鉴于所述问题完成，其目的在于能够在如分光光度计这样的分光检测器中比以前更高精度地控制光源的温度。

[解决问题的技术手段]

本发明的分光检测器包括光源、灯罩、样本单元、光传感器、加热器、冷却风扇、温度传感器以及控制装置。灯罩在内部收容光源。样本单元内部供样本流过，且样本单元配置于由光源发出且从灯罩射出的光的光路上。光传感器用于检测来自样本单元的光。来自样本单元的光中包含已透过样本单元的光、由流经样本单元的样本反射的光或从流经样本单元的样本发出的荧光等。加热器与灯罩直接或间接地接触而加热灯罩。加热器与灯罩间接接触是指构成为来自加热器的热经由导热性的物质传递到灯罩。冷却风扇用于冷却灯罩。温度传感器安装于所述灯罩，且用于检测灯罩的温度。控制装置构成为进行光源、加热器以及冷却风扇的运行控制。所述控制装置具有温度控制部，所述温度控制部构成为基于温度传感器的检测信号至少控制加热器的输出，由此将光源点亮中的灯罩的温度维持为预先设定的温度(以下，称作设定温度)。

本发明的分光检测器中，使用加热器及冷却风扇来进行灯罩，也就是光源的温度控制。在进行物品的温度控制的领域中，并用加热器与冷却风扇并不是特别的技术。然而，当以光源这样的伴随着发热的部件作为温度控制的对象时，通常如专利文献2至专利文献4那样，使用冷却风扇控制来自光源的散热量。

本发明者等人已发现：在仅使用冷却风扇的现有方式中，因响应性等问题而无法高精度地进行光源的温度控制。因此，想到通过进一步利用加热器对收容作为发热部件的光源的灯罩施加热，并控制加热器的加热量来控制光源的温度。一边利用加热器对如光源这样的发热部件施加热一边进行温度控制是不常见的做法。

当由加热器对灯罩提供热时，灯罩的升温速度提高。由此，当灯罩的温度低于预先设定的温度时，通过利用光源的发热及利用加热器的加热，灯罩温度迅速上升到设定温度。由此，使灯罩升温时的响应性提高。

而且，通过并用加热器与冷却风扇，能够使灯罩的温度稳定在比以前高的温度。与环境温度相比，灯罩的温度越高，灯罩的散热效率越高。因此，当灯罩的温度高于设定温度时，通过使加热器的输出减少或断开，而灯罩的温度会迅速降低到设定温度。由此，使灯罩的温度降低时的响应性也提高。

所述温度控制部也可构成为一边将所述冷却风扇的转速维持为固定，一边基于所述温度传感器的输出控制所述加热器的输出。

但是，如已述那样，因光源的发光量具有温度依赖性，所以光源的发光量在光源点亮后到光源的温度稳定为止的期间内并不稳定。因此，在从使光源点亮后到光源的温度稳定为止的期间内必须待机而不开始测定。专利文献2中提出：在使光源点亮后，直到灯罩的温度达到规定的温度为止，使冷却风扇停止或控制为比通常时少的转速，而提高使光源点亮后的灯罩的升温速度，且使灯罩的温度在短时间内达到规定温度。由此，从光源点亮后到光源的温度稳定为止的时间缩短，能够更早地开始测定，因此分析效率提高。

本发明的分光检测器中，因包括利用加热器加热灯罩的构成，所以能够使灯罩的温度比以前更快速地升温。因此，本发明的分光检测器中，所述控制装置优选还包括高速稳定部，所述高速稳定部构成为在所述光源点亮前或与所述光源点亮大致同时地利用所述加热器加热所述灯罩，使所述灯罩的温度升温到设定温度或其附近的温度。据此，光源点亮后到灯罩的温度达到设定温度为止的时间缩短，因而能够进一步缩短直到光源的温度稳定为止的待机时间，能够实现分析效率的提高。

在所述情况下，所述高速稳定部优选构成为在使所述灯罩的温度升温到设定温度或其附近的温度时，使所述冷却风扇停止。据此，灯罩的升温速度进一步提高，光源的温度达到设定温度为止的时间进一步缩短。

[发明的效果]

本发明的分光检测器中，因构成为使用加热器与冷却风扇将内部收容光源的灯罩的温度维持为设定温度，所以比起仅使用冷却风扇的现有方式，温度控制的响应性提高，且能够比以前更高精度地进行光源的温度控制。

附图说明

图1是表示作为分光检测器的一例的分光光度计的一实施例的构成的构成图。

图2是用于说明本实施例中的灯罩的温度控制的运行的一例的流程图。

符号的说明

2：分光光度计

4：光学***收容部

6：灯罩

8：光源

10：样本单元设置部

12：样本单元

14：光传感器

16、18：反射镜

20：分光器

22：加热器

24：传热构件

26：热管

28：散热片

30：冷却风扇

32：温度传感器

34：控制装置

36：温度控制部

38：设定温度保持部

40：高速稳定部

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对作为本发明的分光检测器的一例的分光光度计的一实施例进行说明。

如图1所示，本实施例的分光光度计2包括光学***收容部4及灯罩6。灯罩6例如包含铝等金属。灯罩6的内部收容有光源8。光学***收容部4中收容有样本单元12、光传感器14、反射镜16、反射镜18以及衍射光栅20。

另外，图1中描绘成光学***收容部4与灯罩6相互独立，但也可将光学***收容部4与灯罩6相互连结而构成一体的罩体。

光学***收容部4与灯罩6具有相互相向的面，这些相互相向的面设置有供来自光源8的光通过的窗。光源8为氘灯或卤素灯等。

光学***收容部4内设置着样本单元设置部10，且在所述样本单元设置部10配置着样本单元12。光学***收容部4内配置着反射镜16，所述反射镜16使从与灯罩6的相向面的窗提取的光反射，使来自光源8的光反射并引导到样本单元12。在已通过样本单元12的光的光路上配置着反射镜18，在由反射镜18反射的光的光路上配置着衍射光栅等分光器20。已入射到分光器20的光针对每个波段分光。在接收由分光器20分光的各波段的光的位置配置着包含光电二极管阵列的光传感器14。

由光源8发出的光被反射镜16反射后照射到样本单元12。已透过样本单元12的光被反射镜18反射后引导到衍射光栅20，由衍射光栅20分光的各波段的光的强度被光传感器14所检测。通过对光传感器14所获得的各波段的光的强度进行检测，来测定流经样本单元12的样本成分的吸收波长及吸光度，并进行样本成分的鉴定和定量。

灯罩6的温度由加热器22与冷却风扇30控制为预先设定的温度。灯罩6中安装着温度传感器32，利用温度传感器32检测灯罩6的温度。温度传感器32例如由热电偶而实现。温度传感器32所获得的检测信号被后述控制装置34提取。

加热器22例如是平板状加热器，且利用导热性粘结剂而粘结到灯罩6的外表面。而且，加热器22可以是卷绕在灯罩6的外表面的带状加热器。

冷却风扇30设置成对散热片28吹送冷却风。散热片28经由热管26而与安装成密接在灯罩6的外表面的传热构件24热连接。传热构件24是包含导热性良好的金属材料(例如铜)的构件。由此，灯罩6的热被传递到传热构件24，且传热构件24的热经由热管26传递到散热片28。通过从冷却风扇30对散热片28吹送冷却风，能够从灯罩6吸收热而将灯罩6冷却。

另外，本实施例中，利用热管26将灯罩6的热传输到远离灯罩6的位置以散热，但本发明不限于此，也可对灯罩6直接吹送来自冷却风扇30的冷却风。

加热器22及冷却风扇30的运行由控制装置34控制。控制装置34例如由搭载微型计算机等运算元件的电路基板来实现。控制装置34包括温度控制部36、设定温度保持部38以及高速稳定部40。温度控制部36以及高速稳定部40是通过控制装置34的运算元件执行规定的程序而获得的功能。设定温度保持部38是通过设置于控制装置34的存储装置的一部分区域而实现的功能。

温度控制部36构成为基于由温度传感器32获得的检测信号，至少控制加热器22的输出，以使光源8点亮中的灯罩6的温度为预先设定的温度(设定温度)。

冷却风扇30的转速可维持为固定。当将冷却风扇30的转速维持为固定时，温度控制部36基于温度传感器32所获得的检测信号来反馈控制加热器22的输出。在所述情况下，控制对象仅是加热器22的输出，不需要复杂的控制。

另一方面，可视需要改变冷却风扇30的转速。在还控制冷却风扇30的转速的情况下，列举：当灯罩6的温度高于设定温度时，降低加热器22的输出而增加冷却风扇30的转速，相反地，当灯罩6的温度低于设定温度时，增加加热器22的输出而降低冷却风扇30的转速。

而且，也能够辅助性地使用冷却风扇30以扩大可温度控制的范围。如果将冷却风扇30的转速设为高状态，则能够进行较低温度范围内的温度控制，如果将冷却风扇30的转速设为低状态，则能够进行较高温度范围内的温度控制。

光源8点亮中应维持的灯罩6的温度(设定温度)由设定温度保持部38保持。设定温度能够由用户根据环境温度等任意地变更，也可为预先规定的固定值。

由于本实施例的分光光度计2成为利用加热器22加热灯罩6的构成，所以能够将光源8点亮中应维持的灯罩6的设定温度设为明显高于环境温度(室温)的温度(例如，环境温度+20℃)。如果将设定温度设为这样高的温度，则光源8点亮中的灯罩6的温度与环境温度的温差变大，因此灯罩6的散热效率提高。由此，除了通过加热器22提高灯罩6的升温速度之外，还提高了灯罩6的降温速度，因此灯罩6、进而光源8的温度控制的响应性提高。

在不包括加热器22的现有检测器中，因使灯罩6升温的要素仅为光源8的发热，所以需要相当长的时间才能使灯罩6的温度达到所述般高的温度，使光源8点亮后直到灯罩6的温度稳定为止需要长时间。因此，在现有的检测器中，将设定温度设定为所述般高的温度是不实际的。

高速稳定部40构成为当所述分光光度计2启动时利用加热器22加热灯罩6，使灯罩6的温度迅速升温到设定温度或其附近的温度。如果在分光光度计2启动后灯罩6的温度迅速达到设定温度，则缩短了直到光源8的发光量稳定的时间，且缩短了直到测定开始的待机时间。利用加热器22开始加热灯罩6的时机可以是光源8点亮前，也可以与光源8点亮大致同时。“大致同时”也包含在光源8点亮后经过了一定时间(例如，一分钟以内)的时机。

另外，高速稳定部40并非为必不可少的构成部件。

使用图1以及图2的流程图对本实施例的分光光度计2启动后的灯罩6的温度控制的运行的一例进行说明。另外，所述例中，在光源8点亮后，以固定的转速来驱动冷却风扇30，基于温度传感器32的检测信号对加热器22的输出进行反馈控制。

当分光光度计2(检测器)启动时，高速稳定部40使加热器22导通，使灯罩6迅速升温(步骤S1)。进而，使光源8点亮(步骤S2)。如已述那样，使加热器22导通的时机可在光源8点亮前，也可与光源8点亮大致同时。

在开始利用加热器22对灯罩6加热后，高速稳定部40以固定时间间隔读取温度传感器32的检测信号(步骤S3)，且每次确认灯罩6的温度是否已达到设定温度(步骤S4)。当灯罩6的温度达到设定温度时，开始由温度控制部36进行加热器22的反馈控制。

温度控制部36使冷却风扇30导通并以固定的转速驱动冷却风扇30(步骤S5)。然后，温度控制部36以固定时间间隔读取温度传感器32的检测信号(步骤S6)，且每次求出灯罩6的温度与设定温度的差分值ΔT(步骤S7)，将与所述差分值ΔT相应的电力供给到加热器22，控制加热器22的输出(步骤S8)。

以上说明的实施例中，已对后分光方式的分光光度计作为分光检测器进行了说明，但本发明的分光检测器不限于此，只要是前分光方式的分光光度计或示差折光检测器等光学***中包含分光器的检测器，则任何检测器均能够适用。

Claims (6)

1.一种分光检测器，包括：

光源，所述光源为氘灯或卤素灯；

灯罩，内部***述光源；

样本单元，配置于由所述光源发出且从所述灯罩射出的光的光路上，且样本流经内部；

光传感器，用于检测来自所述样本单元的光；

加热器，用于与所述灯罩直接或间接地接触而加热所述灯罩；

冷却风扇，用于冷却所述灯罩；

温度传感器，安装于所述灯罩，且检测所述灯罩的温度；以及

控制装置，构成为进行所述光源、所述加热器以及所述冷却风扇的运行控制，且具有温度控制部，所述温度控制部构成为基于所述温度传感器的检测信号至少控制所述加热器的输出，由此将所述光源点亮中的所述灯罩的温度维持为预先设定的温度。

2.根据权利要求1所述的分光检测器，其中，

所述温度控制部构成为一边将所述冷却风扇的转速维持为固定，一边基于所述温度传感器的输出控制所述加热器的输出。

3.根据权利要求1或2所述的分光检测器，其中，

所述控制装置还包括高速稳定部，所述高速稳定部构成为在所述光源点亮前或与所述光源点亮大致同时地利用所述加热器加热所述灯罩，使所述灯罩的温度升温到所述预先设定的温度或其附近的温度。

4.根据权利要求3所述的分光检测器，其中，

所述高速稳定部构成为当使所述灯罩的温度升温到所述预先设定的温度或其附近的温度时，使所述冷却风扇停止。

5.根据权利要求1所述的分光检测器，其中，所述预先设定的温度设为高于环境温度的温度。

6.根据权利要求1所述的分光检测器，其中，所述加热器是利用导热性粘结剂而粘结到所述灯罩的外表面。