(57)【要約】【課題】ユーザによる煩雑な操作を行うことなく、キセノンランプの電極消耗による発光点像の位置変動を容易に補正することのできる分光蛍光光度計を提供する。【解決手段】キセノンランプから成る光源１１と、光源１１の光を反射する反射鏡１２と、反射鏡１２によって反射された光から所定波長の光を励起光として分離する第１の分光系１３〜１５と、前記励起光を受けて試料が発する光を分光する第２の分光系２１〜２３と、該第２の分光系で分光された光を検出する検出器２５と、反射鏡１２の角度を変更する反射鏡駆動手段３０と、検出器２５からの出力信号が最大となるように反射鏡駆動手段３０を制御する制御手段４１、４２とを設ける。制御手段４１、４２が検出器２５からの出力信号に基づいて反射鏡駆動手段３０を制御することにより、反射鏡１２の角度が最大励起光量が得られる最適角度へと自動的に調整される。【選択図】図１
2010112809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
a)キセノンアークランプから成る光源と、
b)前記光源の光を反射する反射鏡と、
c)前記反射鏡によって反射された光から所定波長の光を励起光として分離する第１の分光系と、
d)前記励起光を受けて試料が発する光を分光する第２の分光系と、
e)前記第２の分光系で分光された光を検出する検出器と、
f)前記反射鏡の角度を変更する反射鏡駆動手段と、
g)前記検出器からの出力信号が最大となるように前記反射鏡駆動手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする分光蛍光光度計。
【請求項２】
更に、
h)前記制御手段による反射鏡駆動手段の制御を行った後、前記検出器からの出力信号が所定の値となるように該検出器の感度を調節する感度調節手段
を有することを特徴とする請求項１に記載の分光蛍光光度計。
【請求項３】
前記検出器が光電子増倍管であり、前記感度調節手段が、該光電子増倍管に印加する電圧を変化させることで前記検出器の感度を調節するものであることを特徴とする請求項２に記載の分光蛍光光度計。
【請求項４】
a)キセノンアークランプから成る光源と、
b)前記光源の光を反射する反射鏡と、
c)前記反射鏡によって反射された光から所定波長の光を励起光として分離する第１の分光系と、
d)前記励起光を受けて試料が発する光を分光する第２の分光系と、
e)前記第２の分光系で分光された光を検出する第１の検出器と、
f)前記励起光の一部を受けるように配置された第２の検出器と、
g)前記反射鏡の角度を変更する反射鏡駆動手段と、
h)前記第２の検出器からの出力信号が最大となるように前記反射鏡駆動手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする分光蛍光光度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光蛍光光度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な分光蛍光光度計における光学系の概略構成を図５に示す。光源１１から発せられた光は、該光源１１の後方に配置された楕円面鏡１２で反射・集光され、光源１１の前方に配置された凹面鏡１３に照射される。凹面鏡１３で反射された光はスリット板１４に設けられた励起側入口スリット１４ａを通過した後、励起側凹面回折格子１５に入射して波長方向に分散され、波長分散された光の一部は励起側出口スリット１４ｂを通過する（ここで、励起側出口スリット１４ｂを通過した光を励起光と呼ぶ）。なお、励起側凹面回折格子１５には回転軸１５ａを中心として該回折格子１５を回転駆動させるための励起側格子駆動機構（図示略）が設けられており、該格子駆動機構で回折格子１５の向きを変えることにより、励起光の波長を所定波長範囲内で任意に設定することができる。
【０００３】
こうして励起側出口スリット１４ｂを通過した光（励起光）は、光路上に設けられたビームスプリッタ１６によって二方向に分離される。即ち、励起光の一部はビームスプリッタ１６を通過し、２枚組の集光レンズ１８を介して試料室１９内の試料セル２０に到達する。一方、励起光の他の部分はビームスプリッタ１６により反射され、光源モニタ用検出器１７により検出される。
【０００４】
試料セル２０に励起光が到達すると、その中の試料が蛍光を発する。この蛍光の一部は、集光レンズ２１によって集光され、スリット板２２に設けられた蛍光側入口スリット２２ａを通過して蛍光側凹面回折格子２３に到達する。蛍光側凹面回折格子２３に入射した光は該回折格子２３によって波長方向に分散され、その一部が蛍光側出口スリット２２ｂを通過し、凹面鏡２４を介して検出器（例えば光電子増倍管）２５により検出される。なお、蛍光側凹面回折格子２３には回転軸２３ａを中心として回折格子２３を回転駆動するための蛍光側格子駆動機構（図示略）が備えられており、検出器２５により検出される光の波長は、前記格子駆動機構で回折格子２３の向きを変えることにより、所定波長範囲内で任意に設定することができる。
【０００５】
上記のような分光蛍光光度計では、一般に、光源１１としてキセノンアークランプ（以下、単にキセノンランプと呼ぶ）が使用される。キセノンランプは、キセノンガス中でのアーク放電による発光を利用したランプであり、広い波長範囲に亘って強い連続スペクトルの光が得られるという利点を有している。しかしながら、その反面、キセノンランプは、フィラメントを使用するハロゲンランプ等と比較すると輝度安定性が低いという問題がある。
【０００６】
そこで、従来の分光蛍光光度計には上記のような光源モニタ用検出器１７が設けられ、該光源モニタ用検出器１７の出力信号に基づいて、例えば、蛍光検出用の検出器２５を構成する光電子増倍管に印加する負電圧にフィードバックを掛けるなどして光源光強度の変動を補償するようになっていた（例えば、特許文献１を参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平3-274427号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
キセノンランプの内部には、図６に示すように陽極５１と陰極５２がその先端部を離間させて配置されており、両電極間に高電圧を印加することにより電極ギャップ間でアーク放電を生じさせる。しかしながら、キセノンランプの陰極５２はその先端部が点灯時間の経過と共に徐々に消耗するため、これに伴って電極ギャップ間の発光点５３の位置が変動する。その結果、図６に示すように、楕円面鏡１２等の光学要素によって前記発光点の像が結ばれる位置５４が変化して励起側入口スリット１４ａの位置から外れてしまい、上記のようなフィードバック補正では補償しきれない励起光強度の変動を生じる可能性があった。
【０００９】
ところで、従来の分光蛍光光度計では、一般に、装置設置時やランプを交換した際などに、楕円面鏡の角度を手動で変更できるようになっている。そこで、これを利用して楕円面鏡の角度を適切に調整すれば、上記のような発光点の変動を補正することも可能である。しかしながら、このような角度調整を行う際には、ユーザが所定の工具を用いて手作業で楕円面鏡の向きを少しずつ動かしつつ、該楕円面鏡で反射された光源からの光が励起側入口スリットで像を結ぶように調節を行う必要があり、非常に煩雑であった。
【００１０】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ユーザによる煩雑な操作を行うことなく、キセノンランプの電極消耗による発光点像の位置変動を補正し、長期間に亘って安定した測定感度を得ることのできる分光蛍光光度計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために成された本発明に係る分光蛍光光度計は、
a)キセノンアークランプから成る光源と、
b)前記光源の光を反射する反射鏡と、
c)前記反射鏡によって反射された光から所定波長の光を励起光として分離する第１の分光系と、
d)前記励起光を受けて試料が発する光を分光する第２の分光系と、
e)前記第２の分光系で分光された光を検出する検出器と、
f)前記反射鏡の角度を変更する反射鏡駆動手段と、
g)前記検出器からの出力信号が最大となるように前記反射鏡駆動手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴としている。
【００１２】
また、上記本発明に係る分光蛍光光度計は、
h)前記制御手段による反射鏡駆動手段の制御を行った後、前記検出器からの出力信号が所定の値となるように該検出器の感度を調節する感度調節手段
を更に有するものとすることが望ましい。
【００１３】
ここで、前記検出器としては、例えば光電子増倍管を用いることができ、その場合、前記感度調節手段によって、該光電子増倍管への印加電圧の大きさを変化させることで前記検出器の感度（即ち、入射光量に対する出力信号の大きさ）を調整することができる。
【００１４】
また、上記課題を解決するためになされた本発明に係る分光蛍光光度計は、
a)キセノンアークランプから成る光源と、
b)前記光源の光を反射する反射鏡と、
c)前記反射鏡によって反射された光から所定波長の光を励起光として分離する第１の分光系と、
d)前記励起光を受けて試料が発する光を分光する第２の分光系と、
e)前記第２の分光系で分光された光を検出する第１の検出器と、
f)前記励起光の一部を受けるように配置された第２の検出器と、
g)前記反射鏡の角度を変更する反射鏡駆動手段と、
h)前記第２の検出器からの出力信号が最大となるように前記反射鏡駆動手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とするものであってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
上記のような構成から成る本発明の分光蛍光光度計によれば、前記制御手段が蛍光検出用の検出器（又は前記第２の検出器）からの出力信号に基づいて反射鏡駆動手段を制御することにより、前記反射鏡の角度が最大励起光量が得られる最適角度へと自動的に調整される。このため、上記のようなキセノンランプの発光点変動による励起光強度の低下を、ユーザによる煩雑な操作を行うことなく容易に補正することができ、長期間に亘って安定した測定感度を得ることができる。
【００１６】
また、本発明の分光蛍光光度計は、既存の検出器（蛍光検出用又は光源モニタ用の検出器）からの出力信号を利用して反射鏡の角度調整を行うものであるため、反射鏡調整のために新たな検出器を設ける必要がなく、大幅なコスト増加を招来することなしに実現することが可能である。
【００１７】
更に、上記のような感度調節手段を備えた構成とすれば、反射鏡の角度調節と併せて、前記検出器の経時劣化等による検出感度の変動を補正することも可能となり、より安定した測定感度を保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例に係る分光蛍光光度計の概略構成を示す図である。この分光蛍光光度計は、光学系及び該光学系の各光学要素を駆動するための駆動系を収容した本体１００と、前記駆動系の制御及び前記光学系の検出器１７、２５からの出力信号の処理を行うための制御／処理ユニット２００とに大別される。なお、この分光蛍光光度計の光学系の構成は図５に示した従来装置と同様であるため、各構成要素には同一符号を付し、特に必要の無い限り説明を省略する。また、図１に示した光学系の配置はあくまで一例であり、反射鏡１２は必ずしも光源１１の後方に配置されていなくてもよい。
【００１９】
本実施例に係る分光蛍光光度計の特徴は、光源１１であるキセノンランプの光を集光反射するための楕円面鏡１１（本発明における反射鏡に相当する）の角度調節（あふりアライメント）を自動的に実行するための反射鏡駆動部３０及びアライメント制御部４２を備えた点にある。
【００２０】
図２（ａ）は本実施例の分光蛍光光度計における楕円面鏡１２及び反射鏡駆動部３０周辺の構造を示した縦断図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面を模式的に表した図である。
【００２１】
本実施例の分光蛍光光度計では、楕円面鏡１２はホルダ３１に収容されており、ホルダ３１はボールジョイントを介して本体１００内部の所定の取り付け面３２に取り付けられている。取り付け面３２にはボールジョイントを構成する支点ボール３３を先端に備えたロッドが固定されており、ホルダ３１に設けられたボール受け部３４によって支点ボール３３が回動自在に内包される。当然ながら、ホルダ３１側に支点ボールを設け、取り付け面３２側にボール受け部を設けた構成としてもよい。また、楕円面鏡１２をホルダ３１に収容せず、楕円面鏡１２の背面に直接ボール受け部３４又は支点ボール３１を設けるようにしてもよい。
【００２２】
ホルダ３１の背面には、図２（ｂ）に示すように、第１アライメントバー３５と第１スプリング３７とが支点ボール３３を挟んで上下に配設されると共に、第２アライメントバー３６と第２スプリング３８とが支点ボール３３を挟んで左右に配設されている。各スプリング３７、３８は圧縮バネから成り、それぞれホルダ３１を図２（ａ）中の左方向に付勢している。
【００２３】
こうした構造をとることにより、ホルダ３１及びこれに収容された楕円面鏡１２は、楕円面鏡１２の左右軸と平行且つ支点ボール３３の中心を通るＸ軸と、楕円面鏡１２の上下軸と平行且つ支点ボール３３の中心を通る軸をＹ軸との互いに直交する２軸周りに回動可能となっている。すなわち、第１アライメントバー３５を押し引きすることにより、ホルダ３１をＸ軸周りに回動させて楕円面鏡１２を前後方向に傾けることができ、第２アライメントバー３６を押し引きすることにより、ホルダ３１をＹ軸周りに回動させて楕円面鏡１２を左右方向へひねるように動かすことができる。
【００２４】
ここで、第１アライメントバー３５及び第２アライメントバー３６は、それぞれ小型モータを内蔵した電動マイクロメータヘッドのスピンドル（棒状部材）であり、後述するアライメント制御部４２によって各電動マイクロメータヘッドのモータの回転方向及び回転量を個別に制御することで、各アライメントバー３５、３６を楕円面鏡１２に向かって所定の距離だけ進退させることができる。
【００２５】
本実施例の分光蛍光光度計における制御／処理ユニット２００は、主制御部４１とアライメント制御部４２、信号処理部４３、及び記憶部４４を含んでおり、主制御部４１には、更に、ユーザが各種命令や設定データを入力するための操作部４５とモニタ等を備えた表示部４６が接続されている。主制御部４１は、上記のアライメント制御部４２の動作を制御する他、本体１００の各光学要素を駆動するための駆動系（例えば、回折格子１５、２３の駆動機構やスリット板１４、２２の駆動機構）の制御や、蛍光用検出器２５に印加する電圧の制御等を行う。なお、本実施例では主制御部４１及びアライメント制御部４２が協同することにより本発明における制御手段として機能する。また、主制御部４１は本発明における感度調節手段としての機能も果たす。
【００２６】
信号処理部４３は、蛍光用検出器２５及び、光源モニタ用検出器１７から出力される検出信号に基づいて所定のデータ処理を行う。記憶部４４は各種測定データや設定データ等を記憶する。なお、制御／処理ユニット２００は、分光蛍光光度計本体に内蔵された専用コンピュータによって具現化してもよいが、典型的にはパーソナルコンピュータによって具現化され、該パーソナルコンピュータに所定のソフトウエアを搭載することで各種の制御・処理が実行される。
【００２７】
以下、本実施例に係る分光蛍光光度計の動作について図３及び図４のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００２８】
まず、ユーザが分光蛍光光度計本体の電源をＯＮにすると（ステップＳ１００）、光源１１であるキセノンランプが点灯する（ステップＳ２００）。続いて、ユーザが操作部４５で所定の操作を行うことにより、制御／処理ユニット２００において所定のソフトウエアを起動させる。これにより、制御／処理ユニット２００と本体１００との通信が開始され、更に本体１００の初期化が実行される（ステップＳ３００）。
【００２９】
その後、主制御部４１により「自動アライメントモード」を実行するか否かが自動的に判断される（ステップＳ４００）、自動アライメントモードを行わないと判断された場合には、ステップＳ６００に進んで通常測定モードが実行される。この自動アライメントモードの実行タイミングは、ユーザが自由に設定して記憶部４４に記憶させておくことができる。従って、例えば、所定の曜日や所定の日時に自動アライメントモードを実行させるよう予めスケジュールを設定しておくことにより、前記のステップＳ４００において、該スケジュールに照らして自動アライメントモードの実行要否が判断される。なお、このようなスケジュールの設定を行わず、本体１００を起動させる度に自動アライメントモードを実行するようにしてもよい。
【００３０】
一方、ステップＳ４００において自動アライメントモードを実行すると判断された場合には、ステップＳ５００に進んで自動アライメントモードが実行される。自動アライメントモードでは、まず、表示部４６のモニタ上に「試料室に蒸留水入り10mmキュベットセルを装着して下さい」等のメッセージが表示される（ステップＳ５０１）。ユーザが該メッセージに従って蒸留水を収容した試料セルを試料室１９内にセットした後、操作部４５で所定の操作を行うと、以下に説明する楕円面鏡１２の角度補正及び蛍光用検出器２５の感度補正が自動的に実行される。なお、ここでは水のラマンピークを利用して前記角度補正及び感度補正を行う場合を例に挙げるが、他の試料を用いて補正を行うものとしてもよい。
【００３１】
まず、スリットが光路上から外れるようにスリット板１４、２２を回転させて蛍光用検出器２５への入射光を遮断し（シャッタークローズ：ステップＳ５０２）、ゼロ点補正を実行してダークノイズを除去する（ステップＳ５０３）。その後、スリット板１４、２２を回転させて再びスリットを光路上に位置させる（シャッターオープン：ステップＳ５０４）。続いて、励起側凹面回折格子１５を駆動して励起波長を350nmにセットし、励起光を試料に照射する（ステップＳ５０５）。その状態で蛍光側凹面回折格子２３を所定の速度且つ所定の角度範囲で回動させることにより蛍光波長を350nm〜450nmまで走査する（ステップＳ５０６）。このときの蛍光用検出器２５の出力信号に基づいて信号処理部４３にて水のラマンスペクトルデータが生成され、主制御部４１が該スペクトルデータを参照することにより、蛍光波長397nm付近にスペクトルピークが観測されることを確認する（ステップＳ５０７）。ここで、ピークが確認されない場合には、装置故障と認識して所定のエラー処理を行う（ステップＳ５１２）。ステップＳ５０７において397nm付近にピークが観測された場合は、正常状態と認識し、蛍光側凹面回折格子２３を駆動して蛍光波長をそのピーク位置に移動させ、該ピーク位置における蛍光強度が連続的にモニターできる状態とする（ステップＳ５０８）。
【００３２】
この状態のまま、アライメント制御部４２により各アライメントバー３５、３６を含む電動マイクロメータを個別に制御することにより、楕円面鏡１２の角度調整を行う。まず、蛍光用検出器２５からの出力信号（即ち、水のラマンピーク値）をモニタしながら第１アライメントバー３５を現在位置から押し／引きし、前記出力信号が最大になる位置を探して該位置に第１アライメントバー３５をセットする（ステップＳ５０９）。続いて、第２アライメントバー３６を同様に押し／引きすることにより、蛍光用検出器２５の出力信号が最大になる位置を探してその位置に第２アライメントバーをセットする（ステップＳ５１０）。以上の動作により、楕円面鏡１２の角度調整が完了し、光源１１の発光点のずれが補正される。
【００３３】
次に、この状態（即ち、楕円面鏡１２の角度を最適化した状態）における蛍光用検出器２５の出力信号の大きさ（蛍光強度）が、予め設定され記憶部４４に記憶されていた所定の値（基準値）となるように蛍光用検出器２５への印加電圧を調整する（ステップＳ５１１）。具体的には、蛍光強度が前記基準値よりも低ければ印加電圧を上げる調整を行い、逆に基準値よりも高ければ印加電圧を下げる調整を行う。
【００３４】
以上の調整が完了したら自動アライメントモードが終了して通常測定モードに移行する（ステップＳ６００）ので、ユーザは測定対象とする試料を収容した試料セルを試料室１９にセットして通常の測定を開始する。
【００３５】
以上のように、本実施例に係る分光蛍光光度計によれば、光源ランプの電極消耗による発光点の位置ずれを容易に補正することができ、装置の検出感度を長期間に亘って一定に維持することができる。更に、楕円面鏡角度を最適化した状態における蛍光用検出器の出力信号を一定の値に調整することにより、検出器の経時劣化による感度の変動を補正することもできるため、装置の検出感度をより安定させ、定量性の良い蛍光測定を行うことが可能となる。
【００３６】
以上、実施例を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明を行ったが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容される。例えば、本発明における反射鏡駆動手段は、上記のような電動マイクロメータを利用するものの他、長ストローク型のピエゾ素子をアクチュエータとして利用するものとしてもよい。また、上記実施例では蛍光用検出器２５からの出力信号に基づいて反射鏡１２の角度調整及び検出器２５の感度補正を行うものとしたが、これに代わり、光源モニタ用検出器１７からの出力信号に基づいて反射鏡１２の角度補正のみを行うようものとしてもよい。この場合、蛍光用検出器２５が本発明における第１の検出器に相当し、光源モニタ用検出器１７が本発明における第２の検出器に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施例に係る分光蛍光光度計の概略構成図。
【図２】同実施例の分光蛍光光度計における反射鏡及び反射鏡駆動部周辺の構造を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った断面を模式的に表した図である。
【図３】同実施例に係る分光蛍光光度計の動作を示すフローチャート。
【図４】同実施例の分光蛍光光度計における自動アライメントモード実行時の動作を示すフローチャート。
【図５】従来の分光蛍光光度計の光学系の概略構成を示す図。
【図６】光源の電極消耗による発光点像の位置変動を説明する図。
【符号の説明】
【００３８】
１１…光源
１２…楕円面鏡（反射鏡）
１４、２２…スリット板
１５、２３…回折格子
１７…光源モニタ用検出器
２０…試料セル
２５…蛍光用検出器
３０…反射鏡駆動部
３５…第１アライメントバー
３６…第２アライメントバー
３７…第１スプリング
３８…第２スプリング
４１…主制御部
４２…アライメント制御部
４３…信号処理部
４４…記憶部
【図１】
2010112809.tif 000003
【図２】
2010112809.tif 000004
【図３】
2010112809.tif 000005
【図４】
2010112809.tif 000006
【図５】
2010112809.tif 000007
【図６】
2010112809.tif 000008