(57)【要約】【課題】分光分析を高精度に、かつ長期にわたって安定に行う。【解決手段】光源部２０と、回折格子６６および所定の波長域（検出波長域）の光を検出可能な光検出器７０を有する分光検出部６０とを具備し、検出波長域における複数の特定波長の光（測定光）の特性を測定する分光分析において、検出波長域を、複数の測定光の内の少なくとも１つの測定光の波長を含み、かつこの測定光の波長の２倍以上の波長を含まない複数の波長域（分割波長域）に分割する。また、各分割波長域に対応する光をそれぞれ照射可能な複数の光源２２、２４を別個に点灯させることにより、各分割波長域のスペクトルをそれぞれ取得する。そして、これら各分割波長域のスペクトルを合成して検出波長域のスペクトルを得る。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分光素子として回折格子を用い、所定の波長域（検出波長域）における複数の特定波長の光（測定光）の特性を測定する分光分析を行う場合であって、前記複数の測定光の内の少なくとも１つは、波長が最も短い測定光の波長の２倍以上の波長を有するときに、前記検出波長域を、前記複数の測定光の内の少なくとも１つの測定光の波長を含み、かつこの少なくとも１つの測定光の波長の２倍以上の波長を含まない複数の波長域（分割波長域）に分割するとともに、前記各分割波長域のスペクトルをそれぞれ取得し、これら各分割波長域のスペクトルを合成して前記検出波長域のスペクトルを得ることを特徴とする分光分析方法。
【請求項２】
前記各分割波長域に対応する光をそれぞれ照射可能な複数の光源を別個に点灯させることにより、前記各分割波長域のスペクトルをそれぞれ取得することを特徴とする請求項１に記載の分光分析方法。
【請求項３】
前記各分割波長域のスペクトルをそれぞれ取得するための検出器として、複数の光検出素子が配列され、前記検出波長域の光を検出可能な検出器を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の分光分析方法。
【請求項４】
光源部と、回折格子および所定の波長域（検出波長域）の光を検出可能な光検出器を有する分光検出部とを具備し、前記検出波長域における複数の特定波長の光（測定光）の特性を測定する分光分析装置であって、前記検出波長域を、前記複数の測定光の内の少なくとも１つの測定光の波長を含み、かつこの少なくとも１つの測定光の波長の２倍以上の波長を含まない複数の波長域（分割波長域）に分割するとともに、前記各分割波長域に対応する光をそれぞれ照射可能な複数の光源を別個に点灯させることにより、前記各分割波長域のスペクトルをそれぞれ取得し、これら各分割波長域のスペクトルを合成して前記検出波長域のスペクトルを得ることを特徴とする分光分析装置。
【請求項５】
前記各分割波長域に対応する光をそれぞれ照射可能な各光源と、分光検出部との間に、各分割波長域の下限値未満の波長の光を吸収するフィルタを設置したことを特徴とする請求項４に記載の分光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分光素子として回折格子を用いた分光分析方法および装置に関し、さらに詳述すると、広範囲の波長域の光による分光分析を行うことが可能な分光分析方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回折格子を分光素子として利用する分光分析装置は、従来から利用されている。その受光部に、ある波長域に感度を持つ検出器を用い、その波長域の光を出射できる光源を用いた場合、光源から出射した光を回折格子に照射し、特定の角度方向に回折される特定の波長の光を検出器が受光することにより、分光された特定の波長のみの光強度を得ることができる。
【０００３】
ある波長域のスペクトルを得る場合は、回折格子を回転させることにより、検出器がその波長域の光を受光し、特定の波長域のスペクトルを得ることができる。また、多数の光検出素子がリニアに配列された多素子の検出器を、測定したい波長域の光が回折された場所に設置することにより、回折格子を回転させることなく、特定の波長域のスペクトルを得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
回折格子は、下記（１）式により表されるように、ある特定の角度には、ある波長の整数倍数の波長を有する光がすべて回折される性質を有する。
ｍλ＝ｄ（ｓｉｎα±ｓｉｎβ）　　…（１）
［ただし、ｍは整数、λは波長（ｎｍ）、ｄは格子定数（ｍｍ／ｇｒ）、αは回折格子の法線に対する入射角度、βは回折格子の法線に対する回折角度を示す。］
【０００５】
そのため、求める波長の光とその整数倍数の波長の光とが、重なった状態で同じ光検出素子に回折される。したがって、上記光検出素子では、求める波長の光強度以外に、その整数倍数の波長の光強度が重なって検出され、この整数倍数の波長の光が求める波長強度に対する妨害光（迷光）となり、測定精度を悪化させる問題があった。
【０００６】
従来は上記問題を解決するために、求める波長以外の整数倍数の波長を消去する光学フィルタを光路上に出し入れする駆動部を設けている。しかし、このような駆動部を有する分光分析装置は、振動がある場所や、外気温度が変化する場所に設置された場合に、上記駆動部の機械的信頼性の点で長期の連続運転を行うには不向きであった。
【０００７】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、駆動部を設けることなく、求める波長の整数倍数の波長の迷光の妨害を排除して、広範囲の波長域の光による分光分析を、多素子の検出器を用い長期にわたって安定かつ高精度に行うことが可能な分光分析方法および装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の分光分析方法は、前記目的を達成するため、分光素子として回折格子を用い、所定の波長域（検出波長域）における複数の特定波長の光（測定光）の特性を測定する分光分析を行う場合であって、前記複数の測定光の内の少なくとも１つは、波長が最も短い測定光の波長の２倍以上の波長を有するときに、前記検出波長域を、前記複数の測定光の内の少なくとも１つの測定光の波長を含み、かつこの少なくとも１つの測定光の波長の２倍以上の波長を含まない複数の波長域（分割波長域）に分割するとともに、前記各分割波長域のスペクトルをそれぞれ取得し、これら各分割波長域のスペクトルを合成して前記検出波長域のスペクトルを得ることを特徴とする。
【０００９】
この場合、各分割波長域のスペクトルをそれぞれ取得する手段としては、各分割波長域に対応する光をそれぞれ照射可能な複数の光源を別個に点灯させる手段を採用することができる。また、各分割波長域のスペクトルをそれぞれ取得するための検出器としては、複数の光検出素子が配列され、前記検出波長域の光を検出可能な検出器を用いることができる。
【００１０】
本発明の分光分析装置は、前記目的を達成するため、光源部と、回折格子および所定の波長域（検出波長域）の光を検出可能な光検出器を有する分光検出部とを具備し、前記検出波長域における複数の特定波長の光（測定光）の特性を測定する分光分析装置であって、前記検出波長域を、前記複数の測定光の内の少なくとも１つの測定光の波長を含み、かつこの少なくとも１つの測定光の波長の２倍以上の波長を含まない複数の波長域（分割波長域）に分割するとともに、前記各分割波長域に対応する光をそれぞれ照射可能な複数の光源を別個に点灯させることにより、前記各分割波長域のスペクトルをそれぞれ取得し、これら各分割波長域のスペクトルを合成して前記検出波長域のスペクトルを得ることを特徴とする。
【００１１】
この場合、前記各分割波長域に対応する光をそれぞれ照射可能な各光源と、分光検出部との間に、各分割波長域の下限値未満の波長の光を吸収するフィルタを設置することができる。
【００１２】
本発明では、検出波長域を、少なくとも１つの測定光の波長を含み、かつこの測定光の波長の２倍以上の波長を含まない複数の分割波長域に分割するとともに、各分割波長域のスペクトルをそれぞれ取得し、これら各分割波長域のスペクトルを合成して検出波長域のスペクトルを得るので、前述した求める波長の整数倍数の波長の迷光の妨害を排除して、分光分析を高精度に行うことができる。また、複数の光源を別個に点灯させて各分割波長域のスペクトルを取得し、これら各分割波長域のスペクトルを合成することにより、駆動部を設けることなく検出波長域のスペクトルを得ることができ、そのため分光分析を長期にわたって安定に行うことが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る分光分析装置の一例を示す概略構成図である。本例の分光分析装置は、２２０ｎｍ以上８８０ｎｍ以下の波長域を必要とする分光分析装置において、上記波長域に感度を持つ検出器を用い、上記波長域を回折可能な回折格子を用い、分光を行うために必要な鏡およびレンズを配置したものである。
【００１４】
本例の分光分析装置において、２０は光源部、４０は試料セル、６０は分光検出部を示す。光源部２０において、２２は第１光源、２４は第２光源、２６は第１フィルタ、２８は第２フィルタ、３０、３２、３４はそれぞれミラーを示す。分光検出部６０において、６２はスリット、６４はミラー、６６は回折格子、６８はミラー、７０はリニアアレイ検出器（多数の光検出素子がリニアに配列された半導体検出器）を示す。上記リニアアレイ検出器７０は、少なくとも２２０ｎｍ以上８８０ｎｍ以下の光を検出可能である。
【００１５】
本例の分光分析装置は、所定の波長域（検出波長域：本例では２２０ｎｍ以上８８０ｎｍ以下）における複数の特定波長の光（測定光）の特性を測定する場合であって、上記複数の測定光の内の少なくとも１つは、波長が最も短い測定光の波長の２倍以上の波長を有するときに使用される。すなわち、本例では、２２０ｎｍの測定光および８８０ｎｍの測定光の２つの特性を測定する。
【００１６】
本例の分光分析装置では、前記検出波長域を、複数の測定光の内の少なくとも１つの測定光の波長を含み、かつこの少なくとも１つの測定光の波長の２倍以上の波長を含まない複数の波長域（分割波長域）に分割してある。すなわち、本例では、２２０ｎｍ以上８８０ｎｍ以下の検出波長域を、２２０ｎｍ以上４４０ｎｍ未満の第１分割波長域と、４４０ｎｍ以上８８０ｎｍ以下の第２分割波長域とに２分割してある。
【００１７】
そして、本例の分光分析装置は、光源部２０に、前記各分割波長域に対応する光をそれぞれ照射可能な複数の光源を設置してある。すなわち、第１光源２２は、２２０ｎｍより短い波長から４４０ｎｍより長い波長の光（例えば１５０ｎｍ〜５５０ｎｍの光）を出射することができる。第２光源２４は、４４０ｎｍより短い波長から８８０ｎｍより長い波長の光（例えば３５０ｎｍ〜９５０ｎｍの光）を出射することができる。
【００１８】
また、本例の分光分析装置は、第１光源２２と分光検出部６０との間および第２光源２４と分光検出部６０との間に、それぞれ各分割波長域の下限値未満の波長の光を吸収するフィルタを設置してある。すなわち、第１フィルタ２６は２２０ｎｍ未満の波長域の光を吸収し、第２フィルタ２８は４４０ｎｍ未満の波長域の光を吸収する。
【００１９】
なお、図１の分光分析装置では、第１光源２２および第２光源２４を並列に配置したが、光源部における複数の光源の設置態様に制限はない。例えば、第１光源２２、第１フィルタ２６、第２光源２４、第２フィルタ２８を図２に示すように直列に配置することにより、ミラーを省略してもよい。また、第１光源２２、第１フィルタ２６、第２光源２４、第２フィルタ２８、ミラー３６を図３に示すように傾斜させて配置することにより、１つのミラーを使用するようにしてもよい。
【００２０】
本例の分光分析装置は、光源部２０の複数の光源を別個に点灯させることにより、各分割波長域のスペクトルをそれぞれ取得し、これら各分割波長域のスペクトルを合成して検出波長域のスペクトルを得るものである。この点を図４〜図７を参照して説明する。ここで、第１光源２２は２２０ｎｍより短い波長から４４０ｎｍより長い波長の光を出射し、第２光源２４は４４０ｎｍより短い波長から８８０ｎｍより長い波長の光を出射するものとする。また、図４に示すように、第１フィルタ２６は２２０ｎｍ未満の波長域の光を吸収し、第２フィルタ２８は４４０ｎｍ未満の波長域の光を吸収するものとする。なお、図４では便宜のため図２に示した光源配置態様を記載したので、下記（１）、（２）ではこの配置態様で説明する。
【００２１】
（１）まず、図５に示すように、第１光源２２のみを点灯させる。第１光源２２を出射した光は、第１フィルタ２６を通り、試料セル４０内の試料液を透過した後、スリット６２を通って分光検出部６０に入る。この光はミラー６４で反射され、回折格子６６に照射されて分光される。分光された光はミラー６８で反射され、検出器７０に受光される。これにより、第１分割波長域のスペクトルが取得される。この場合、２２０ｎｍ未満の波長域の光は第１フィルタ２６により吸収される。また、２２０ｎｍ以上４４０ｎｍ未満の波長域のスペクトル（図中斜線部分）がメモリに記憶される。
【００２２】
（２）次に、図６に示すように、第２光源２４のみを点灯させる。第２光源２４を出射した光は、第２フィルタ２８および第１フィルタ２６を通り、試料セル４０内の試料液を透過した後、スリット６２を通って分光検出部６０に入る。そして、（１）と同様にして第２分割波長域のスペクトルが取得される。この場合、４４０ｎｍ未満の波長域の光は第２フィルタ２８により吸収される。また、４４０ｎｍ以上８８０ｎｍ以下の波長域のスペクトル（図中斜線部分）がメモリに記憶される。なお、両分割波長域のスペクトルの取得順序は逆でもよい。
【００２３】
（３）その後、図７に示すように、第１分割波長域のスペクトルと第２分割波長域のスペクトルとを合成して、検出波長域（２２０ｎｍ以上８８０ｎｍ以下）のスペクトルを作成する。この合成は、制御部（図示せず）のソフトウェアによって行うことができる。
【００２４】
以上のように、本実施形態によれば、多数の光検出素子がリニアに配列された多素子の検出器を用いた分光システムと、波長域を２分割する構造をもった光源を用いることで、駆動部がなく、整数倍数の波長の迷光による妨害のない分光分析装置を提供することができる。この分光分析装置は、過酷な環境に設置される場合でも、精度の高い分析を長期間にわたって安定に行うことが可能である。
【００２５】
本例の分光分析装置は、例えば、試料中に含まれる物質の濃度測定を行う目的で、吸光光度法、蛍光光度法、発光分光法等の光を利用した測定を行う場合、特に紫外光から可視光までの広い波長域の光を用いる場合に、有効に適用することができる。より具体的には、例えば水中の全リン濃度、全窒素濃度、有機汚濁度を測定する場合において、２２０ｎｍ（全窒素濃度）、２５４ｎｍ（有機汚濁度および全窒素濃度濁度補正）、５４６ｎｍ（有機汚濁度濁度補正）、８８０ｎｍ（全リン濃度）の各測定光を分析するときなどに、有効に適用することができる。
【００２６】
なお、本発明は上述の例に限定されるものではなく、例えば下記のような種々の変更が可能である。
▲１▼第１光源２２として２２０ｎｍ以上の光を出射する光源（例えば重水素ランプ）を使用し、第１フィルタ２６を省略してもよい。また、第２光源２４として４４０ｎｍ以上の光を出射する光源（例えばタングステンランプやタングステンハロゲンランプ）を使用し、第２フィルタ２８を省略してもよい。
▲２▼検出波長域の分割波長域への分割態様は測定の種類等に応じて適宜設定することができる。例えば、２００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の検出波長域において、２００ｎｍ、４００ｎｍ、６００ｎｍ、８００ｎｍおよび１０００ｎｍの測定光の特性をそれぞれ測定する場合には、上記検出波長域を、２００ｎｍ以上４００ｎｍ未満の第１分割波長域、４００ｎｍ以上８００ｎｍ未満の第２分割波長域、８００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の第３分割波長域に３分割することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数の測定光の内の少なくとも１つの測定光の波長を含み、かつこの測定光の波長の２倍以上の波長を含まない複数の分割波長域のスペクトルを合成して検出波長域のスペクトルを得るので、求める波長の整数倍数の波長の迷光の妨害を排除して、分光分析を高精度に行うことができる。また、複数の光源を別個に点灯させて各分割波長域のスペクトルを取得することにより、駆動部を設けることなく検出波長域のスペクトルを得ることができるので、分光分析を長期にわたって安定に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分光分析装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】光源部の他の例を示す概略構成図である。
【図３】光源部の他の例を示す概略構成図である。
【図４】第１フィルタおよび第２フィルタの特性を示す説明図である。
【図５】第１分割波長域のスペクトル取得工程を示す説明図である。
【図６】第２分割波長域のスペクトル取得工程を示す説明図である。
【図７】検出波長域のスペクトル取得工程を示す説明図である。
【符号の説明】
２０　光源部
２２　第１光源
２４　第２光源
２６　第１フィルタ
２８　第２フィルタ
３０　ミラー
３２　ミラー
３４　ミラー
４０　試料セル
６０　分光検出部
６２　スリット
６４　ミラー
６６　回折格子
６８　ミラー
７０　リニアアレイ検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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