JP5358527B2 - 分光光度計、および吸光度測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、分光光度計、および吸光度測定方法に関するものである。

分光光度計は光が照射された試料が、その光を吸収した割合い、すなわち吸光度を測定し、波長を横軸とした吸収スペクトルを作成して、試料の成分を分析するものである。

試料に照射されるリファレンス光の強度と、試料を透過したサンプル光の強度を測定し、両者の比を底を１０とする対数で表したものが吸光度である。単位はＡＵ（Absorbance Unit）を用い、１０分の１の場合１ＡＵ、１万分の１の場合４ＡＵとよぶ。吸光度は、リファレンス光に対するサンプル光の吸収割合であり、液体試料の場合は透過率になる。また、吸光度は、試料濃度に比例する。

波長を横軸とした吸収スペクトルを作成する場合、波長が変わってリファレンス光の強度が低下すると、光検知器の測定誤差の影響が現れ、データの精度が低下する。したがって、リファレンス光は、波長が変わっても光量が変わらないことが望ましい。

しかし、可視域の光源として用いられるタングステンランプは、波長によって光量が変化する。また、紫外域の光源として用いられる重水素放電管も、波長によって光量が変化する。点滅を繰り返すのに適しているＸｅＦ（フッ化キセノン）ランプは、可視光域の分光分布が太陽光に近いが、重水素放電管やタングステンランプと比較すると、紫外域を含めた光量差が大きく、かつ絶対光量が少ない。また、ＸｅＦランプは、点灯と消灯を繰り返して使用されるため、点灯エラーが発生した場合には、得られたデータが不良となる懸念がある。

光源の光量が変化しても、光検知器の出力信号を積分して蓄積時間を長くすることで、波長が変わってもデータの分解能が変わらないようにする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２６４３５２号公報

上記特許文献１には、積分値が一定値になるまで光検知器の積分時間を出力信号レベルに応じて変えることが記載されている。しかし、積分周期は一定なので、光量が少ない場合、データを得るまでの時間がかかってしまう。

本発明は、波長の変化により光量が少なくなる光源を使用したときに、ノイズの比率の上昇を防ぎ、紫外域および可視域での良好な吸収スペクトルを得ることができる分光光度計を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の実施態様は、リファレンス光の光検知器と試料を透過したサンプル光の光検知器のそれぞれを積分して光量を蓄積するとともに、リファレンス光の光量が予め設定された閾値を下回った場合、リファレンス光の光検知器と試料を透過したサンプル光の光検知器のそれぞれの積分時間を拡大するとともに、積分により得られたリファレンス光の信号およびサンプル光の信号のＡＤ変換の周期を拡大することを特徴とする。

本発明によれば、波長の変化により光量が少なくなる光源を使用したときに、ノイズの比率の上昇を防ぎ、紫外域および可視域での良好な吸収スペクトルを得ることができる分光光度計を提供することができる。

可視紫外分光光度計の主要な構成を示す構成図である。 光源の不点灯処理を示すフローチャートである。 光源の光量が少ないときの積分時間処理を示すフローチャートである。 出力信号の時間的変化を示すタイムチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、分光光度計の一例の可視紫外分光光度計の主要な構成を示す構成図である。光源電源１から電源が供給された光源２から発生したリファレンス光は、分光器１６内の回折格子３で特定の波長に分光され、単波長の測定波長となる。制御部１２は、光源電源１へパルス状の点灯信号を与え、ＸｅＦランプである光源２は、パルス発光する。回折格子３は、制御部１２により制御される波長駆動モータ１３で駆動される。測定波長のリファレンス光は、ハーフミラーにより二方向に分けられ、リファレンス光検知器６で検知されるとともに、試料セル５を透過してサンプル光としてサンプル光検知器９で検知される。

リファレンス光検知器６からは、パルス状のリファレンス光信号がリファレンス光積分アンプ７へ送られ、積分されてリファレンス光積分アンプ出力信号となり、リファレンス光信号ＡＤ変換器８にてアナログ信号からパルス状のリファレンス光ＡＤ変換信号に変換され、リファレンスデータとして制御部１２の図示しない記憶部に格納される。

サンプル光検知器９で検知されたパルス状のサンプル光は、サンプル光積分アンプ１０にて積分されてサンプル光積分アンプ出力信号となり、サンプル光信号ＡＤ変換器１１にてアナログ信号からパルス状のサンプル光ＡＤ変換信号に変換され、サンプルデータとして制御部１２の図示しない記憶部に格納される。

制御部１２には、コンピュータ１５と、データ表示装置１４が接続され、制御部１２で実行される一連の制御の指示、あるいは測定データの画面表示が行われる。制御部１２では、格納されたリファレンスデータとサンプルデータから吸光度を演算し、コンピュータ１５やデータ表示装置１４に吸光度データを送信する。

図２は、光源の不点灯処理を示すフローチャートである。図１に示した光源２は、制御部１２から送られる点灯信号に従って、パルス状の点灯を行うが、点灯しないエラーが発生した場合、継続取得しているデータに欠落が生じてしまう。そこで、制御装置１２は、以下に示すプログラミングされた手順を実行する。初期測定および条件設定において、分光器１６の各機器の初期化、測定波長の設定が行われる（ステップ２１）。次に、基本データ測定として、ある測定波長におけるリファレンス光を、適正なエネルギーレベルで測定し（ステップ２２）、基本データ（Ｘ）を取得し、図示しない記憶部へ格納する（ステップ２３）。次に、ある波長について、実際のデータ測定を行い、リファレンス光の実データ（Ｙｔ）を取得する（ステップ２４）。次に、光源の点灯エラーの有無を判定する（ステップ２５）。基本データ（Ｘ）を閾値Ｘとし、実データ測定毎に実データ（Ｙｔ）の値を比較し、実データ（Ｙｔ）が基本データ（Ｘ）の１０分の１程度以下等、十分小さい場合には、不点灯エラー発生有と判断する。そして、実データへ不点灯であることを示すタグを付け、必要に応じて実データの収集を停止する（ステップ２６）。ステップ２５で光源の点灯エラーがない場合は、次の波長について実データ（Ｙｔ）を取得する。以下これを繰り返す。

図３は、光源の光量が低いときの積分時間処理を示すフローチャートである。吸収スペクトルには、避けられない一定レベルの固定ノイズが重畳しているが、光源の光量が少ないと、光量に対する固定ノイズの割合が大きくなり、データの精度に影響を与える。初期測定および条件設定において、分光器１６の各機器の初期化、測定波長の設定が行われる（ステップ３１）。次に、ひとつの波長をｎとしたとき、基本データ測定として、リファレンス光の設定された全波長領域における光量を測定し（ステップ３２）、基本データ（Ｘａ ｎ）として図示しない記憶部へ格納し、例えば、基本データのうちの最大光量（Ｘａ ｍａｘ．）の４分の１を閾値Ｅとする（ステップ３３）。これにより、実データが、最大光量の４分の１より低い光量の波長についてのみ、積分時間処理を行うようにする。次に、ステップ３３で記憶部へ格納した基本データ（Ｘａ ｎ）と閾値Ｅとを比較し（ステップ３４）、基本データ（Ｘａ ｎ）が閾値Ｅより同じか大きい場合は、積分周期を光源２の点灯の周期ｔと同じままとして（ステップ３５）、実データ（Ｙｔ）の測定を行う（ステップ３６）。基本データ（Ｘａ ｎ）が閾値Ｅより小さい場合は、積分周期を光源２の点灯の周期ｔの２倍として（ステップ３７）、実データ（Ｙ２ｔ）の測定を行う（ステップ３８）。以上のように、制御装置１２は、基本データの測定から閾値を決め、光量判定の後、光量が低い場合には、実データを例えば通常の２倍の時間で測定して積分しＡＤ変換を行う積分時間制御を行うので、ＡＤ変換器からの信号のノイズの比率の上昇を防ぐことができ、紫外域および可視域での良好な吸収スペクトルを得ることができる。

図４は、出力信号の時間的変化を示すタイムチャートである。図１に示した光源２の点灯エラーや光量が低下したとき以外の正常時では、光源２から得られる光量は、波形４１で示すような、周期ｔのパルス状の波形をしている。図１で説明したように、リファレンス光はリファレンス光積分アンプ７で、サンプル光はサンプル光積分アンプ１０で積分され、波形４２で示すような出力信号が出力される。続いてリファレンス光積分アンプ７からの出力がリファレンス光信号ＡＤ変換器８で、サンプル光積分アンプ１０からの出力がサンプル光信号ＡＤ変換器１１で、波形４３に示すような周期ｔの矩形波に成形され、リファレンスデータおよびサンプルデータとして制御部１２へ送信される。

次に、不点灯処理を説明する。光源２の波形５１は、正常点灯波形ａに対してリファレンス光積分アンプ７とサンプル光積分アンプ１０から波形５２の波形ａ′の出力信号が、周期ｔで出力される。しかし、点灯しない場合の波形ｂに対しては、周期ｔのときにあるべき波形５１の変化がないため、波形５２も、周期ｔに対応する時間区間内で、波形ｂ′で示されるように変化しない。図２に示した閾値Ｘを波形５２に重ね合わせると図４に示すようになる。点灯しない場合は、図２のステップ２４で実データ（Ｙｔ）を測定するごとに実行されるステップ２５の、実データ（Ｙｔ）の波形５２が閾値Ｘを超えるかどうかの判定で閾値Ｘを超えないので、不点灯と判断できる。

次に、光源の光量が低いときの処理を説明する。光源２は周期ｔで点灯して波形６１になるが、光量が少ないと、リファレンス光がリファレンス光積分アンプ７で積分された波形６２、または、サンプル光がサンプル光積分アンプ１０で積分された波形６２が、図３のステップ３３で定義された閾値Ｅを超えないので、ステップ３４で光量不足と判定される。この場合、ステップ３７で、制御装置１２により、リファレンス光積分アンプ７またはサンプル光積分アンプ１０での積分の周期が、正常時の周期ｔの２倍に設定され、ＡＤ変換を行い、波形６３を得る。これにより、ＡＤ変換器からの信号のノイズの比率の上昇を防ぐことができ、紫外域および可視域での良好な吸収スペクトルを得ることができる。

このように、本発明の実施例は、リファレンス光の光検知器と試料を透過したサンプル光の光検知器のそれぞれを積分して光量を蓄積するとともに、リファレンス光の光量が予め設定された閾値を下回った場合、リファレンス光の光検知器と試料を透過したサンプル光の光検知器のそれぞれの積分時間を拡大するとともに、積分により得られたリファレンス光の信号およびサンプル光の信号のＡＤ変換の周期を拡大することを特徴としている。

これにより、波長の変化により光量が少なくなる光源を使用したときに、ノイズの比率の上昇を防ぎ、紫外域および可視域での吸収スペクトルを得ることができる可視紫外分光光度計を提供することができる。また、光源の点灯エラーが発生したときに、そのときのデータに点灯エラーであることを示す印を付加するとともに、必要に応じてデータの測定を停止させ、点灯エラー時のデータを他と区別するので、分析データ全体の信頼性が向上するという効果を得ることができる。

２ 光源
３ 回折格子
６ リファレンス光検知器
７ リファレンス光積分アンプ
８ リファレンス光信号ＡＤ変換器
９ サンプル光検知器
１０ サンプル光積分アンプ
１１ サンプル光信号ＡＤ変換器
１２ 制御部
１４ データ表示装置
１５ コンピュータ

Claims (4)

1. 特定の周期で特定の波長の光を試料に照射し、波長を変化させたときの前記試料の吸光度を得る分光光度計において、
   前記光をリファレンス光とサンプル光へ分けるハーフミラーと、
   前記リファレンス光の光検知器からの信号を積分するリファレンス光積分アンプと、
   前記リファレンス光積分アンプからの信号をディジタル信号へ変換するリファレンス光信号AD変換器と、
   前記試料を透過したサンプル光の光検知器からの信号を積分するサンプル光積分アンプと、
   前記サンプル光積分アンプからの信号をディジタル信号へ変換するサンプル光信号AD変換器と、
   前記リファレンス光の光量が予め設定された閾値を下回った場合、前記リファレンス光の光検知器と前記試料を透過したサンプル光の光検知器のそれぞれの積分時間を拡大するとともに、前記積分により得られたリファレンス光の信号およびサンプル光の信号のAD変換の周期を拡大する制御装置とを備えたことを特徴とする分光光度計。
2. 請求項１に記載の外分光光度計において、
   前記積分時間は、前記試料に照射される光の周期の２倍であり、かつ、前記AD変換の周期は、前記試料に照射される光の周期の２倍であることを特徴とする分光光度計。
3. 特定の周期で特定の波長の光を試料に照射し、波長を変化させたときの前記試料の吸光度を得る分光光度計の吸光度測定方法において、
   前記光をリファレンス光と前記試料を透過するサンプル光とに分け、前記リファレンス光の光検知器と前記サンプル光の光検知器のそれぞれを積分して光量を蓄積するとともに、前記リファレンス光の蓄積された光量が予め設定された閾値を下回った場合、前記リファレンス光の光検知器と前記サンプル光の光検知器のそれぞれの積分時間を拡大するとともに、前記積分により得られた前記リファレンス光の信号および前記サンプル光の信号のAD変換の周期を拡大することを特徴とする吸光度測定方法。
4. 請求項３に記載の吸光度測定方法において、
   前記積分時間は、
   前記試料に照射される光の周期の２倍であり、かつ、前記AD変換の周期は、前記試料に照射される光の周期の２倍であることを特徴とする吸光度測定方法。

Images