(57)【要約】【課題】ダブルビーム方式の原子吸光分光光度計において、ベースライン安定性を実現しつつ、大きなＳ／Ｎを達成することができる原子吸光分光光度計を提供する。【解決手段】フォトセンサ１７からのパルス状の信号は制御回路５に入力される。パルス間隔時間が一定値以上になると、パルス間の中間の時点で制御回路５からスイッチ回路６に信号が入力されて、電磁石１９へ駆動電源７から電力が供給される。スリット円盤２０は磁性材料で作られており、電磁石１９に電力が供給されることにより瞬時に出現する電磁石１９にてスリット円盤２０が吸引され、チョッパミラー１が停止されることになる。この時、測光部にはサンプル光のみが常に入射する。このチョッパミラー１の位置決めには電磁力による方式以外に、モータ３が自然停止した後特定時間再通電させて回転させ、能率よく位置決めさせる方式も採用できる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、原子化部を通過するサンプル側光路と、原子化部以外の空間を通過するレファレンス側光路と、電動モータにて回転する回転体にミラーと開口部が交互に取り付けられ、このミラーと開口部のいずれかが前記両光路の光路上に介在するように切り換える回転可能なチョッパミラーを有するダブルビーム光学系を備え、原子化部をフレーム法にて原子化を行うフレーム法原子化部で構成するときはサンプル側光路とレファレンス側光路の両光路を使用し、原子化部を電気加熱法にて原子化を行う電気加熱法原子化部を構成するときはサンプル側光路のみを使用するようチョッパミラーを切り換え得るように構成したことを特徴とする原子吸光分光光度計。
【請求項２】
サンプル側光路のみを使用するようチョッパミラーを切り換えるとき、チョッパミラーを電磁力にて切り替え位置に停止させる位置決め機構を設けたことを特徴とする請求項１記載の原子吸光分光光度計。
【請求項３】
サンプル側光路のみを使用するようチョッパミラーを切り換えるとき、チョッパミラーが自然停止後特定時間電動モータに再通電させる通電機構を設け、再回転の自然停止により位置決めするようにしたことを特徴とする請求項１記載の原子吸光分光光度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は様々な物質中に含まれる金属元素の定量分析を行う原子吸光分光光度計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子吸光分光光度計の光学系はダブルビーム方式とシングルビーム方式の２種類に大別される。
【０００３】
ダブルビーム光学系は光源からの光をハーフミラーまたはチョッパミラーを用いて、サンプル側とレファレンス側の２本のビームに分割し、サンプルビームは原子化部を、レファレンスビームは原子化部以外の空間を通過させる。この２本のビームは、再びハーフミラーまたはチョッパミラーによって１本にまとめられ、分光器で分光された後に検出器に到達する。
【０００４】
ダブルビーム光学系で行われるダブルビーム測光による吸光度は（１）式によって求められる。
Ａｄ＝−ｌｏｇ（Ｓ（ｔ）／Ｒ（ｔ））………（１）
ここで、Ａｄはダブルビーム測光による吸光度、Ｓ（ｔ）はサンプルビーム強度、Ｒ（ｔ）はレファレンスビーム強度、ｔは時間を表している。ダブルビーム測光では、同時にサンプルビーム強度Ｓ（ｔ）とレファレンスビーム強度Ｒ（ｔ）との両方を測光し、同時刻のビーム比を求める。したがって、ダブルビーム測光による吸光度は同時刻での２つのビーム強度の比率であるので、光源輝度の変動は補償され、その結果ドリフトの小さな安定したベースラインを得ることができる。
【０００５】
これに対して、シングルビーム光学系で行われるシングルビーム測光は原子化部を通過し、分光器に入射する１本のビームのみによって構成される。シングルビーム測光による吸光度は次式によって求められる。
Ａｓ＝−ｌｏｇ（Ｓ（ｔ）／Ｓ０）………（２）
ここで、Ａｓはシングルビーム測光による吸光度、Ｓ（ｔ）はサンプルビーム強度、Ｓ０は基準時のサンプルビーム強度、ｔは時間を表している。シングルビーム測光では、サンプルを導入する前の基準時においてサンプルビーム強度Ｓ０を測光しておき、続いて光路上にサンプルを導入した状態でサンプルビーム強度Ｓ（ｔ）を測光する。この方式では、光源輝度の変動がそのまま吸光度に影響し、ベースラインドリフトを生じる。
【０００６】
このように、ダブルビーム測光による測定ではシングルビーム測光による測定に比較してベースラインの安定性に関しては優れている。しかしながらその反面、ダブルビーム測光では光源から光をサンプルビームとレファレンスビームに分割しているので、光強度あるいは光時間の利用効率がシングルビーム測光に比べて小さく、その結果シングルビーム測光に比べて検出器からの出力信号のＳ／Ｎが悪化する。その上、（１）式のように、２つのビーム強度の比率を算出して吸光度を求めるので、吸光度のＳ／Ｎも悪化する。このような事情から、両方式が選択して自在に実現できる光学系を備えた原子吸光分光光度計が実用に供されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
原子吸光分光光度計においては、試料を原子化する手法としては、試料の性質や試料中に含まれる金属の濃度に合わせて、フレーム法と電気加熱法を選択して使用されている。すなわちこの両手法において、ビーム強度の長時間安定性およびビーム強度の絶対強度を考慮し、通常長時間の安定性を求められる測定の場合はフレーム法およびダブルビーム光学系で分析が行われ、高感度を求められる測定の場合は電気加熱法およびシングルビーム光学系で分析が行われている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−３２５７９３号公報（図１、第２−４頁）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術にはいくつかの問題がある。従来技術として述べた２種類の測光は、ベースライン安定性とＳ／Ｎにおいて、それぞれ長所、短所を持っている。使用者はベースライン安定性を重視するならば、ダブルビーム光学系の原子吸光分光光度計を選択し、Ｓ／Ｎを改善する余地はなかった。一方、Ｓ／Ｎを重視するならば、シングルビーム光学系の原子吸光分光光度計を選択し、測定の直前毎にサンプルビーム強度Ｓ０を測定することでベースラインの変動による誤差を最小限にとどめている。従来の技術ではこの二者択一に限定されていた。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、原子化手法と連動してダブルビーム測光でのベースライン安定性を実現しつつ、しかもシングルビーム測光によって得られるＳ／Ｎを達成することができる原子吸光分光光度計を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の原子吸光分光光度計は、光源と、原子化部を通過するサンプル側光路と、原子化部以外の空間を通過するレファレンス側光路と、電動モータにて回転する回転体にミラーと開口部が交互に取り付けられ、このミラーと開口部のいずれかが前記両光路の光路上に介在するように切り換える回転可能なチョッパミラーを有するダブルビーム光学系を備え、原子化部をフレーム法にて原子化を行うフレーム法原子化部で構成するときはサンプル側光路とレファレンス側光路の両光路を使用し、原子化部を電気加熱法にて原子化を行う電気加熱法原子化部を構成するときはサンプル側光路のみを使用するようチョッパミラーを切り換え得るように構成したものである。
【００１２】
さらに本発明は、サンプル側光路のみを使用するようチョッパミラーを切り換えるとき、チョッパミラーを電磁力にて切り換え位置に停止させる位置決め機構を設けたものである。さらにまた本発明は、サンプル側光路のみを使用するようチョッパミラーを切り換えるとき、チョッパミラーが自然停止後特定時間電動モータに再通電させる通電機構を設け、再回転の自然停止により位置決めさせるようにしたものである。
【００１３】
したがって、チョッパミラーを回転させ、サンプル側光路とレファレンス側光路に交互に光を入射させることにより、ダブルビーム測光を行うことができる。また、チョッパミラーの開口部あるいはミラーの位置を検出する検出手段を設け、開口部がサンプル側光路に光を入射させる位置に停止させることにより、光源からの光はすべてサンプル側光路に入射させ、ビーム強度の大きな光でシングルビーム測光を行うことができる。これらの動作を原子化する手法と適宜組み合わせることにより、ベースライン安定性を実現しつつ、大きなＳ／Ｎを達成できる。すなわち、長時間の安定性を求められる測定においては原子化法としてフレーム法を選択し、ダブルビーム測光を行い、高感度を求められる測定においては電気加熱法を選択し、シングルビーム測光を行う。
【００１４】
その手段として、チョッパミラーを回転駆動する電動モータとしてはサーボモータを使用し、フォトセンサによりチョッパミラーの位置を検出する。さらに、チョッパミラーと一体的に回転する円盤を磁性材料により作製し、この円盤に近接して電磁石を設置し、フォトセンサからの信号によりチョッパミラーの位置を検出し、適当なタイミングで電磁石に電力を供給することにより磁性材料に力を加えることで、チョッパミラーを所定の位置に停止させることを可能とする。これにより、シングルビーム方式とダブルビーム方式の測定の切り替えを自動化できる。また、電動モータへの電力供給を停止して自然停止の後特定時間電動モータに再通電を繰り返す方式の採用によって、構成簡略にしてチョッパミラーを所定の位置に迅速に停止させる実用的な原子吸光分光光度計が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。図２は、本発明の原子吸光分光光度計の一実施例の概略構成図である。また、図１は本発明の原子吸光分光光度計に用いられているチョッパミラーおよびチョッパミラー制御部の一実施例の概略構成図である。本発明の原子吸光分光光度計は、光源であるランプ２１と、チョッパミラー１と、フレーム法原子化部２７と、電気加熱法原子化部２８と、ミラー２３、２４と、ハーフミラー２５および測光部２９から構成されている。チョッパミラー１は、ミラー１１、１２および開口部１４、１５とから構成されており、このチョッパミラー１の回転を制御するため、モータ３と、制御回路５と、スイッチ回路６と、駆動電源７と、フォトセンサ１７と、電磁石１９およびスリット円盤２０が設けられている。モータ３には回転数が可変であるサーボモータを使用しており、制御回路５により回転数を制御する。
【００１６】
ランプ２１から発せられた光は、モータ３により回転されるチョッパミラー１により、レファレンス光あるいはサンプル光に分けられる。すなわち、チョッパミラー１のミラー１１あるいはミラー１２が光路上に到来したときは、ランプ２１からの光は反射され、さらにミラー２３により反射されレファレンス光としてミラー２４で反射され、さらにハーフミラー２５で反射された後、測光部２９で光強度が測定される。チョッパミラー１の開口部１４あるいは１５が光路上に来たときは、ランプ２１からの光はチョッパミラー１を通過する。このようにダブルビーム測光の場合にはフレーム法原子化部２７がサンプル光路上に設置され、フレーム法原子化部２７で試料の吸収を受けた後、サンプル光としてハーフミラー２５を通過した後、測光部２９で光強度が測定される。よってこの場合はダブルビーム測光であり、測定されたレファレンスビーム強度Ｒ（ｔ）およびサンプルビーム強度Ｓ（ｔ）から（１）式により吸光度が求められる。
【００１７】
ダブルビーム測光では、サンプル光とレファレンス光の識別のため、チョッパミラー１と機械的に連動したスリット円盤２０とフォトセンサ１７を用いている。チョッパミラー１のミラー１１、１２と開口部１４、１５とスリット円盤２０およびフォトセンサ１７を図２に示すように配置した場合のサンプル光の信号、レファレンス光の信号およびフォトセンサ１７の信号の関係を図３に示す。サンプリングする同期信号をフォトセンサ１７から得ることにより、測光部２９に入射する光がサンプル光かレファレンス光かを識別することが可能となる。このフォトセンサ１７からの同期信号をチョッパミラー１の位置検出信号に利用し、フォトセンサ１７の信号がＬｏｗになるように、チョッパミラー１の回転を静止させることで、シングルビーム光学系とすることができる。
【００１８】
フォトセンサ１７からの信号は制御回路５に入力される。この信号は図３に示すようにスリット円盤２０の回転毎に発生し、パルス状の信号である。パルス間隔時間が一定値以上になると、パルス間の中間の時点で制御回路５からスイッチ回路６に信号が入力されて、電磁石１９へ駆動電源７から電力が供給される。スリット円盤２０は磁性材料で作られており、電磁石１９に電力が供給されることにより瞬時に出現する電磁石１９にてスリット円盤２０が吸引され、図１に示す位置でチョッパミラー１が停止されることになる。図１に示す位置でチョッパミラー１を停止させることで、測光部２９にはサンプル光のみが常に入射することとなり、シングルビーム測光が可能となる。
【００１９】
このようなシングルビーム測光の場合には、フレーム法原子化部２７がサンプル光路上から退避し、電気加熱法原子化部２８がサンプル側光路上に進出する。この切換が切換機構３０にて行われる。この切換は制御回路５からの信号にて行われる。電気加熱法原子化部２８で試料の吸収を受けた後、サンプル光強度から（２）式により吸光度が求められる。この時、基準時のサンプルビーム強度Ｓ０としては、電気加熱法で測定する直前のサンプル光強度を用いることにより、光源輝度の変動の影響をなくすことができる。
【００２０】
通常、原子吸光分光光度計を用いた分析において、長時間の安定性を求められる場合はフレーム法で、高感度を求められる場合は電気加熱法で分析が行われる。測定モードをフレーム法か電気加熱法かを選ぶことで、自動的に最適な光学系を選択することができるように、ソフトウエア上でコントロールすることで、分析者が特に意識することなく最適な条件を選ぶことができる。すなわち、原子化部としてフレーム法原子化部２７と電気加熱法原子化部２８の両方を用意しておき、フレーム法を選択すれば自動的にサンプル光路上にフレーム法原子化部２７が設置され、さらにダブルビーム光学系を使用するようにチョッパミラー１の回転をコントロールする。また、電気加熱法を選択すれば自動的にサンプル光路上に電気加熱法原子化部２８が設置され、さらにチョッパミラー１を所定の位置に停止させ、シングルビーム光学系を使用できるように制御することができる。
【００２１】
つぎにモータ３を再通電の繰り返しによって駆動する方式について説明する。
この方式の場合、単に自然停止と再通電を繰り返す方法もあるが、この方法では、チョッパミラー１がサンプル側光路に止まる確率は、サンプル側光路有効角度／３６０度であるので、ｎ回目まで全て失敗する確率は、つぎのとおりとなる。
（１−サンプル側光路有効角度／３６０度）ｎ
これを１％以下にしようとする、すなわち、成功する確率を９９％以上にしようとすると、サンプル側光路有効角度＝１４４度のときに、ｎ≧１０となる。したがって、１回あたり６０秒を要するとすると、１０回×６０秒＝６００秒を要することになる。
【００２２】
このような長時間を要することは分光光度計を操作する上では避けなければならず、そのために、特定時間モータに再通電するようにする。基本的な考え方としては、自然停止してサンプル側光路有効領域に止まらなかったとしても、モータに再通電して、サンプル側光路有効領域を通りすぎないようにすればよいわけである。そこで、サンプル側光路有効角度だけ回転するようにする。
この場合ｎ回目まで全て失敗する確率は、つぎのとおりとなる。
（１−サンプル側光路有効角度／３６０度）
×（１−サンプル側光路有効角度／（３６０度−サンプル側光路有効角度×１））
×（１−サンプル側光路有効角度／（３６０度−サンプル側光路有効角度×２））
：
：
×（１−サンプル側光路有効角度／（３６０度−サンプル側光路有効角度×（ｎ−１）））
したがって、サンプル側光路有効角度＝１４４度のときは、
０．６×０．３３×（−１）
負の確率は０とみなすと、
０．６×０．３３×０＝０
【００２３】
以上の説明から明らかなように、ｎ＝３すなわち３回停止を試みると、失敗する確率は０になるので、３回以内に確実に所定位置にチョッパミラー１を停止させることができる。この方法であれば、初回の停止には前記したとおり、６０秒を要するが、２回目以降は３秒程度なので、合計６６秒以内に停止することになる。前記の６００秒からみると大幅な時間短縮となる。この場合、特定時間は、予めチョッパミラー１を停止状態から、サンプル側光路有効角度だけ回転するような通電時間を実験により設定しておくことが必要である。一例として１０ｍｓが妥当である。サンプル側光路有効領域は、図３においてフォトセンサ１７の信号がＬＯＷになる期間に相当する。フォトセンサ１７の信号を制御回路５で監視してＬＯＷが続けばチョッパミラー１がサンプル側光路に停止と判断できる。また、この再通電は、制御回路５に設置された操作スイッチ５Ｓにて行う。もちろん自動的に行わせることも可能で、この自動的に行わせるソフトを制御回路５に組み込んでおくことも可能である。
【００２４】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を行うことができる。例えば、シングルビーム方式の測定を選択したとき、チョッパミラー１を所定の位置で停止させる操作を、モータ３にサーボモータを用い、制御回路５により制御することで行っているが、チョッパミラー１を光路上で所定の位置に停止させる手段であれば、これに限定されるものではない。また、チョッパミラー１の停止手段としては、電磁石１９による方法と、再通電方法があるが、これらを必要により切換できる切換機構を設け、自在に切り換えて何れかの方式で測定できるようにすることも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、ダブルビーム方式の原子吸光分光光度計において、チョッパミラーを所定の位置で停止させ、サンプル光のみを定常的に取り出すことを可能としたので、シングルビーム光学系とダブルビーム光学系の測定の切り替えを容易に行うことが可能となる。これにより、取り出せる信号が目的によって選択することができる。ダブルビーム光学系の測定を行う際には、長時間のベースライン安定性が得られ、シングルビーム光学系の測定を行う際には、従来のシングルビーム光学系の測定に用いられている原子吸光分光光度計と同様に、光エネルギーを効率よく使用でき、大きなＳ／Ｎを得ることができる。チョッパミラーを所定の位置で停止させる方法として電磁石による方式は、位置決めを確実短時間に行わせる利点がある。他方、再通電による方法は、器械の構成を複雑にすることなく、且つ小形軽量にしてそれ程時間を要せずして位置決めできる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原子吸光分光光度計に用いられるチョッパミラーおよびチョッパミラー制御部の一実施例の概略構成図である。
【図２】本発明の原子吸光分光光度計の一実施例の概略構成図である。
【図３】サンプル光の信号、レファレンス光の信号およびフォトセンサの信号の関係を示した図である。
【符号の説明】
１　チョッパミラー
３　モータ
５　制御回路
５Ｓ　操作スイッチ
６　スイッチ回路
７　駆動電源
１１、１２、２３、２４　ミラー
１４、１５　開口部
１７　フォトセンサ
１９　電磁石
２０　スリット円盤
２１　ランプ
２５　ハーフミラー
２７　フレーム法原子化部
２８　電気加熱法原子化部
２９　測光部
３０　切換機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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