(57)【要約】【課題】ホロカソードランプの点灯・消灯時のリレー接点の放電による不所望の雑音による回路の誤動作を防止する。【解決手段】ホロカソードランプ１７に高電圧を印加するためのスイッチ回路１１を、高耐電圧のＦＥＴ１５と、発光ダイオード−ホトダイオードアレイ結合型ホトカプラ１２とで構成する。ＦＥＴ１５はＮチャンネル型であるため高耐電圧であっても比較的廉価であり、ホトカプラ１２によって高電圧の掛かるＦＥＴ１５と制御回路１０側とを電気的に絶縁することができるので安全性も高い。もちろん、ＦＥＴ１５のオン・オフ動作に伴う放電も生じないのでスパイク状の雑音の発生もない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源としてホロカソードランプを利用する原子吸光光度計において、高電圧源と、該高電圧源の正極側と前記ホロカソードランプの正極端子とを導通又は遮断するためのスイッチ回路と、前記ホロカソードランプに一定電流を流すべくその負極端子側に接続された定電流源と、を含む光源駆動回路を備え、前記スイッチ回路は、スイッチ素子であるＮチャンネル型の電界効果トランジスタと、該トランジスタのゲート端子に制御信号を伝達するための発光ダイオード・ホトダイオードアレイ結合型のホトカプラとを含んで成ることを特徴とする原子吸光光度計。
【請求項２】
複数のホロカソードランプを切り替えるために各ホロカソードランプの負極端子にそれぞれリレーを接続し、前記スイッチ回路の負荷側端子と前記高電圧源の負極との間に抵抗器を介挿し、該スイッチ回路の開成時に該抵抗器の両端電圧が前記リレーの接点定格電圧よりも低くなるようにその抵抗値を定めたことを特徴とする請求項１に記載の原子吸光光度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は原子吸光光度計に関し、更に詳しくは、原子吸光光度計の光源であるホロカソードランプを駆動する回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子吸光光度計では、輝線スペクトルを放射する光源として、ホロカソードランプ（以下、ＨＣＬと称す）が一般に使用されている（例えば、特許文献１など参照）。ＨＣＬは一種の放電管であり、放電開始電圧以上の電圧を印加すると放電を開始し、内部に封入されたガスを励起して光を放出する。一旦放電が始まると、それよりも低い放電維持電圧以上の電圧を印加し続ければ放電は維持され、点灯状態が続く。典型的な放電開始電圧は１７０〜３５０［Ｖ］であり、放電維持電圧は１２０〜２４０［Ｖ］であるが、この値は内部に封入された元素の種類や、ランプの個体差、ランプの経時変化などによって相違する。なお、放電電流は４〜４０［ｍＡ］程度である。
【０００３】
図３は、従来知られているＨＣＬ駆動用電源回路の概略構成図である。最大で６００〜７００［Ｖ］程度の直流電圧を発生可能なＨＣＬ用電圧源３０の正極は電磁開閉式のリレー３２を介してＨＣＬ３３の正極端子に接続され、ＨＣＬ３３の負極端子は定電流源３４に接続されている。この定電流源３４は、ＨＣＬ３３の発光強度を安定させるべく、ＨＣＬ３３の点灯電流を一定とするためのものである。リレー３２の開閉は制御回路３１からの開閉制御信号により制御される。
【０００４】
ＨＣＬ３３に駆動電流を供給するか或いはその電流を遮断するかを決めるスイッチとしてリレー３２が使用されるのには、２つの大きな理由がある。すなわち、その１つは、該スイッチの接点には６００〜７００［Ｖ］もの高電圧が掛かるために接点の耐電圧が大きくなければならないこと、そして他の１つは、安全性を確保するためには制御回路３１側と電圧源３０側とを電気的に絶縁する必要があり、接点側と駆動側とが磁力で結合されているリレーを用いれば容易に絶縁が可能だからである。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２３４５４号公報（段落０００２など）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来の構成では、リレー３２の接点に高電圧が掛かるため、その開閉動作時に接点間でアーク放電が発生し、そこから放射されるスパイク状の雑音で制御回路等の周辺の電子回路が誤動作することがあった。また、こうしたアーク放電が発生するとリレーの寿命が短くなり、装置の信頼性を低下させる一因となるおそれがあった。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、周辺の電子回路を誤動作させることなく、寿命が長く、且つ小形で安価に構成することができる光源駆動回路を備えた原子吸光光度計を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段、及び効果】
上記課題を解決するために成された本発明に係る原子吸光光度計は、光源としてホロカソードランプを利用する原子吸光光度計において、高電圧源と、該高電圧源の正極側と前記ホロカソードランプの正極端子とを導通又は遮断するためのスイッチ回路と、前記ホロカソードランプに一定電流を流すべくその負極端子側に接続された定電流源と、を含む光源駆動回路を備え、前記スイッチ回路は、スイッチ素子であるＮチャンネル型の電界効果トランジスタと、該トランジスタのゲート端子に制御信号を伝達するための発光ダイオード・ホトダイオードアレイ結合型のホトカプラとを含んで成ることを特徴としている。
【０００９】
すなわち、本発明に係る原子吸光光度計では、スイッチ回路においてスイッチ素子のオン・オフ動作時に放電が発生せず、且つ高耐電圧を得つつ低コストを達成するために、スイッチ素子としてＮチャンネル型の電界効果トランジスタを用いている。また、このスイッチ素子を駆動する駆動部とスイッチ素子とを電気的に絶縁するために、ホトカプラを利用している。但し、電界効果トランジスタをオンさせるためにはゲート端子に所定以上の電圧を印加する必要があるため、起電力を発生することができるように出力側がホトダイオードアレイである構造のホトカプラを用いている。
【００１０】
一般に、リレーに代替可能なスイッチとして考え得るのは、バイポーラ型や電界効果型などのトランジスタである。図３に示す構成でリレー３２をトランジスタに代替しようとすると、トランジスタはＰＮＰ型又はＰチャンネル型が必要になる。ところが、ＰＮＰ型又はＰチャンネル型のトランジスタで６００［Ｖ］を越える耐圧を有するものはきわめて少なく入手が困難であるとともに、価格も非常に高い。これに対し、ＮＰＮ型又はＮチャンネル型のトランジスタであれば、耐電圧の高いものでも比較的廉価である。また、スイッチ素子としてトランジスタを用いる場合、トランジスタのベース又はゲートを駆動するために所定以上の電流を供給する又は所定以上の電圧を印加する必要があり、更にスイッチ素子の導通ラインに印加される高電圧がそのスイッチの駆動部に漏れないように絶縁を行う必要がある。発光ダイオード・ホトダイオードアレイ結合型ホトカプラを用いることによって、こうした絶縁性を確実に確保しつつ、入力側で通常のデジタル回路の信号レベル（例えば０−５［Ｖ］）で制御信号を与えるだけで、電界効果トランジスタを確実にオン・オフすることができる。
【００１１】
これによって本発明に係る原子吸光光度計では、ホロカソードランプを点灯・消灯する際に発生するスパイク状の雑音を防止することができ、該雑音の飛び込みによる電子回路の誤動作を生じることもない。また、ホロカソードランプに印加される高電圧が、その点灯・消灯を制御する制御回路側に漏れることがないので、高い安全性を確保することができる。また、スイッチ素子自体の寿命がリレーよりも長く、高い信頼性を確保することができる。更にまた、光源駆動回路のコストも低くて済む。
【００１２】
なお、通常、原子吸光光度計では、１個のみのホロカソードランプを使用することは希であって、複数のホロカソードランプを切替え式に備えた構成が一般的である。この場合、単にランプの点灯・消灯という制御のみならず、ランプの切換えの制御も必要となる。そこで、本発明に係る原子吸光光度計では、複数のホロカソードランプを切り替えるために各ホロカソードランプの負極端子にそれぞれリレーを接続し、前記スイッチ回路の負荷側端子と前記高電圧源の負極との間に抵抗器を介挿し、該スイッチ回路の開成時に該抵抗器の両端電圧が前記リレーの接点定格電圧よりも低くなるようにその抵抗値を定めた構成とすることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、スイッチ回路の開成時に上記抵抗器の両端に掛かる電圧が例えば３０［Ｖ］程度以下になるように定めておくことにより、上記リレーとして一般に入手し易い廉価なリレーを用いることができる。従って、複数のホロカソードランプを切り換える構成でも、コストを抑制することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例である原子吸光光度計について、図面を参照して説明する。図２は本実施例の原子吸光光度計の全体構成図である。光源１はホロカソードランプを含み、後述する光源駆動部２により駆動されて光を放射する。光源１から放射された輝線スペクトルを含む光は、原子化部３であるグラファイトチューブ内部を通過して分光器４に導入され、分光器４により所定波長の光が取り出されて光検出器５に送られる。この光検出器５による検出信号は信号処理部６に入力される。
【００１５】
分析時には、グラファイトチューブ３の上部に設けた試料注入口から試料液をグラファイトチューブ３内に入れ、図示しない電流源からグラファイトチューブ３に大電流を流してこれを加熱し、そこで試料を原子化する。グラファイトチューブ３内の原子雰囲気中を通過する光は、試料に含まれる元素に特有の波長の光が強く吸収される。そこで、信号処理部６では、こうした吸収がある場合の受光強度と吸収がない場合の受光強度との比に応じた吸光度を計算し、その吸光度から試料を定量する。なお、この例は、ファーネス式原子吸光光度計であるが、フレーム式でも原子化の方法が変わるのみで基本的な構成は同じである。
【００１６】
本実施例の装置の特徴は、ＨＣＬを駆動する光源駆動部２の構成にある。図１は、本実施例の原子吸光光度計における光源駆動回路の回路図である。この例は、第１、第２、第３なる３つのＨＣＬ１７、１８、１９を切り替えて使用する。３つのＨＣＬ１７、１８、１９の正極端子（図１中で「＋」を付した端子）は共通に接続され、スイッチ回路１１の負極端子に接続されている。スイッチ回路１１はホトカプラ１２、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）１５、抵抗器１６などを含み、制御回路１０からの点灯制御信号Ｃｓｗに応じて、ここでは図示していないＨＣＬ用電圧源で発生する＋６００〜７００［Ｖ］の高電圧をオン・オフする。
【００１７】
ホトカプラ１２は、入力側が発光ダイオード（ＬＥＤ）１３で出力側がホトダイオードアレイ１４であるような発光ダイオード−ホトダイオードアレイ結合型ホトカプラである。一般的なホトカプラ１２の出力側素子はホトトランジスタであるが、ここでは出力側においてＦＥＴ１５をオンすることができる程度の電圧を発生させる必要があるため、出力側素子がホトダイオードアレイであるようなものを使用している。また、ＦＥＴ１５はソース−ドレイン間電圧の耐圧が８００［Ｖ］程度と高耐圧であるＮチャネル型のものを使用している。
【００１８】
各ＨＣＬ１７、１８、１９の負極端子（図１中で「−」を付した端子）は、それぞれ２個のリレー、つまり第１ＨＣＬ１７に対してはリレー２０、２１、第２ＨＣＬ１８に対してはリレー２２、２３、第３ＨＣＬ１９に対してはリレー２４、２５の一方の接点端子が接続され、リレー２０、２２、２４の他の一方の接点端子は共通に第１定電流源２６に、リレー２１、２３、２５の他の一方の接点端子は共通に第２定電流源２７に接続されている。６個のリレー２０〜２５のコイルには、それぞれ制御回路１０からリレー開閉用の制御信号Ｃｒｙが供給される。一定電流Ｉ１を流す第１定電流源２６の出力側と一定電流Ｉ２を流す第２定電流源２７の出力側とは、共に接地されている。なお、定電流源を２つ設けているのは、或る元素を測定するためにＨＣＬを点灯していると同時に、次の元素を測定するために別のＨＣＬを点灯して予熱することによって、次の元素を測定する際に安定した光の放射を得るためである。
【００１９】
この光源駆動回路では、各ＨＣＬ１７、１８、１９を選択的に、且つ上記２つの駆動電流Ｉ１又はＩ２のいずれかで駆動する。例えば第１ＨＣＬ１７を点灯する場合、まず制御回路１０は点灯制御信号ＣｓｗをＨレベルとする（その直前の状態がＨレベルであればこれを維持する）。これによりＬＥＤ１３は消灯し、ホトカプラ１２の出力端子両端には電圧が生じないので、ＦＥＴ１５はオフ状態となる。つまり、スイッチ回路１１は開成し、いずれのＨＣＬ１７、１８、１９にもＨＣＬ用電圧源から電圧が印加されず、電流は流れない。但し、ＦＥＴ１５はオフ状態であっても漏れ電流が流れるため、この漏れ電流が抵抗器１６に流れることによってＦＥＴ１５のソース電位は正の値となる。そこで、スイッチ回路１１の負荷側端子であるソース端子とＨＣＬ用電圧源の負極（通常は接地）との間に介挿されている抵抗器１６の抵抗値Ｒは、
Ｒ≦３０［Ｖ］／（ＦＥＴ１５の漏れ電流の最大値）
を満たす範囲で、できるだけ大きく定めておくものとする。これによって、ＦＥＴ１５がオフ状態であるときに、リレー２０〜２５の接点電圧を確実に３０［Ｖ］以下とする。
【００２０】
一般に安価で容易に入手できるリレーの接点定格電圧は３０［Ｖ］程度であるが、上記のようにすることで、こうしたリレーをリレー２０〜２５に採用することができる。また、こののような電圧では、リレー接点の切換え時に有害なアーク放電を発生することがない。そこで、この状態で（つまり全てのＨＣＬ１７、１８、１９を消灯した状態で）、制御回路１０は所望のＨＣＬと所望の定電流源とが接続されるように、いずれか１個のリレーを導通させるべくリレー開閉制御信号Ｃｒｙを送る。いま第１ＨＣＬ１７を第１定電流源２６に接続したい場合には、リレー２０のみを導通させ、他の５個のリレー２１〜２５を全て遮断する。また、同時に別のＨＣＬを予熱する場合には、さらに他の１個のリレーを導通させるべくリレー開閉制御信号Ｃｒｙを送る。例えばいま第２ＨＣＬ１８を第２定電流源２７に接続したい場合には、リレー２３を導通させる。
【００２１】
そうしたリレーの切換えを行った後に、制御回路１０は点灯制御信号ＣｓｗをＬレベルとする。これによりＬＥＤ１３は点灯し、ホトカプラ１２の出力端子には所定の両端電圧が生じ、ＦＥＴ１５はオン状態に切り替わる。つまり、スイッチ回路１１は閉成されて第１ＨＣＬ１７の正極端子には高電圧が印加され、先にリレー２０の導通によって接続された第１定電流源２６により第１ＨＣＬ１７に一定電流Ｉ１が流れる。それによって、第１ＨＣＬ１７が点灯する。また、上記のように第２ＨＣＬ１８を予熱する場合には、リレー２３の導通によって接続された第２定電流源２７により第２ＨＣＬ１８に一定電流Ｉ２が流れる。それによって、第２ＨＣＬ１８が点灯し予熱される。
【００２２】
こうして点灯した第１ＨＣＬ１７を消灯させたい場合には、制御回路１０は点灯制御信号ＣｓｗをＬ→Ｈレベルに切り替える。これにより上述のようにＦＥＴ１５がオフ状態となって第１ＨＣＬ１７へは駆動電流が流れなくなるため、第１ＨＣＬ１７は消灯する。その後に、リレー開閉制御信号Ｃｒｙによってリレー２０を開成する。もちろん、このときにもリレー２０の接点電圧は３０［Ｖ］以下になっているため、アーク放電が発生する恐れはない。
【００２３】
第２、第３ＨＣＬ１８、１９を点灯、消灯させる場合でも、同様の手順で行うことができる。なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行えることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である原子吸光光度計における光源駆動回路の回路図。
【図２】本実施例による原子吸光光度計の要部の構成図。
【図３】従来の光源駆動回路の回路図。
【符号の説明】
１…光源
２…光源駆動部
１０…制御回路
１１…スイッチ回路
１２…ホトカプラ
１３…ＬＥＤ
１４…ホトダイオードアレイ
１５…ＦＥＴ
１６…抵抗器
１７、１８、１９…ＨＣＬ
２０〜２５…リレー
２６、２７…定電流源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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