(57)【要約】【課題】冷却機構を有する光検出器に結露を生じさせず、かつ、パージガスの消費を抑制する。【解決手段】分光器からの光を光検出素子に導く導光路と、前記光検出素子を冷却する冷却機構と、前記温度調節機構を外気から遮断する筐体と、前記筐体に通気孔を設け前記通気孔を経て前記筐体内のガスをパージするパージ機構を具備する光検出器において、前記筐体内の湿度を測定するセンサーを設け、前記筐体内の湿度があらかじめ定めた湿度以下になるまで前記筐体内のパージを行った後、前記冷却機構により冷却を開始する。【選択図】  図１
2007003320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分光器からの光を光検出素子に導く導光路と、
前記光検出素子を冷却する冷却機構と、
前記温度調節機構を外気から遮断する筐体と、
前記筐体に通気孔を設け前記通気孔を経て前記筐体内のガスをパージするパージ機構を具備する光検出器において、
前記筐体内の湿度を測定するセンサーを設け、
前記筐体内の湿度があらかじめ定めた湿度以下になるまで前記筐体内のパージを行った後、
前記冷却機構により冷却を開始すること
を特徴とする光検出器。
【請求項２】
請求項１に記載の光検出器において、
前記センサーが測定した湿度に基づいて前記パージ機構によるガス流量が設定されること
を特徴とする光検出器。
【請求項３】
請求項１から２いずれかに記載の光検出器において、
前記筐体を透明な部材で構成した
ことを特徴とする光検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）発光分光分析等に用いられる分光光度計に関し、さらに詳細には、分光光度計の光路をガス置換するガスパージ機構を有する光検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣＰ発光分光分析装置は、溶液化された試料をプラズマトーチに導入して試料を発光させ、試料から放射された光を分光器で各元素のスペクトル光に分光した後、各スペクトル光の強度を光検出器で測定して試料に含まれる各元素の定性・定量を行う装置であり、高周波誘導結合プラズマを光源とした発光分析法は溶液試料の分析に適し、分析試料数や分析元素数の増大に伴ってＩＣＰ発光分光分析の迅速性や高精度さが評価され、JISやISOをはじめ、水道法等の公定法でも多く採用されている。（非特許文献１）
【０００３】
ＩＣＰ発光分光分析装置を含め分光光度計を用いて試料を測定する際に、吸収線を持たないガスで分光器内をガス置換する場合がある。分析対象となる元素が硫黄、燐、炭素、臭素等である場合には、これらの元素の発光スペクトルは、その波長が２００ｎｍ以下（いわゆる真空紫外領域）にあり、大気中の酸素の存在下では酸素によるスペクトルの吸収が起こり、十分な分析感度を得ることができなくなるためである。したがって、そのような元素を分析対象とする場合には、分光器内部を真空ポンプで減圧するか、窒素ガスやアルゴンガスで置換（パージ）することにより大気中の酸素による光の吸収の影響を低減している。さらに、分光器内部だけではなく、分光器を出た光が検出器の受光面に至るまでの空間（導光路）についても、同様にパージを行うことで高感度の検出が期待される。
【０００４】
光を検出するための光検出素子には、例えば、半導体検出素子（分割アレイ型CCD検出素子）が使用されている。ノイズを低減させて感度を向上させるために、光検出器に冷却機構（例えば、ペルチェ素子）を備えて温度調節を行っている。しかし、冷却機構を備えた光検出素子を分光器内部に設置することは構造上困難であり、また、冷却機構を備えた光検出素子を分光器の外に設置して分光器から光検出器へ光を導く導光路をする構造では大気中での冷却により結露が生じ光検出器周辺の電気部品に漏電等故障の危険をきたす。そこで、光検出器の内部の高湿度の空気をパージガスで置換する構成にしたＩＣＰ発光分光分析装置が提案されている（非特許文献２）。
【０００５】
図３に非特許文献２に係るＩＣＰ発光分光分析装置の構成概略図を示した。この構成は、分光器１０と導光路２０と光検出器３０（容積約0.8L）とに分割して、分光器１０を真空にする一方で導光路２０及び光検出器３０をパージするという運用を可能にし、さらに導光路２０及び光検出器３０を別のものと適宜取り替えるという柔軟な運用を可能にしている。また、分割することで、パージガスで置換しなければならない容積を小さくし、また、部品の配置により置換されにくくなる部分（デッドボリュウム）を少なくしている。光検出素子３１に設置される冷却機構のうち低温（-20〜-10 ℃）になる部分は導光路２０の外側に設置している。光検出素子３１の集光面の反対側に設置される冷却機構（ペルチェ素子３２、放熱板３３、熱交換部３５）及び電気回路を形成した基板３４は光検出器３０の筐体に内包されている。光検出器３０と導光路２０を連通し、ともにパージを行っている。パージガスはガス源４０から供給され、操作者がガス流量調整弁４１の開度を調整することでガス流量が調整される。
【０００６】
ＩＣＰ発光分光分析装置のプラズマトーチからの光は、真空に保たれた分光器１０で分光され、分光器出口窓１１より導光路２０を経て光検出素子３１の受光面に入射する。受光面に入射した光は光電変換され、信号として制御や信号処理を行う制御部（図示しない）へ伝達される。光検出素子３１の受光面の反対側には、ペルチェ素子３２が設置されており、光検出素子３１の熱を光検出素子３１とは反対の面に熱を移動させる。ペルチェ素子３２には放熱を促進するためにＬ字型の伝熱板３３（アルミニウム等の熱伝導率が高い材質製）が設置され、熱交換部３５にて冷却を行っている。水冷の場合には、熱交換部３５を冷却するための冷水の流入口と流出口があり（図示せず）、外部の冷却装置（図示せず）に接続され冷却水が冷却される。基板３４がＬ字型内側に搭載され、光検出器の制御・処理の一部を担っている。
【０００７】
ＩＣＰ発光分光分析装置を用いて分析を行う前にパージガスが、導光路２０に設けられた通気孔Ａ、導光路２０、導光路２０から光検出器３０に通じる通気孔Ｂ、光検出器３０、光検出器３０に設けられた通気孔Ｃを順に経て、大気中に排気される。これにより、導光路２０及び光検出器３０内のガスはパージガスで置換され、酸素による吸収の影響を受けることがない高感度な分析を行うことができる状態になる。
【非特許文献１】株式会社島津製作所、“高周波プラズマ発光分析装置  ICP”、[online]、[平成17年6月22日検索]、インターネット＜URL:http://www.shimadzu.co.jp/products/surface/products/icp.html＞
【非特許文献２】発明協会公開技報番号２００５−５００２７７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のような構成の場合、熱交換部３５の冷却能力が過剰であるときやパージ機構の故障等によりパージガスの供給が遮断されたとき、光検出器内部の結露水が発生し、電気部品がショートする等の故障が発生するおそれがある。光検出器３０の内部をパージするだけで、光検出器３０内部の湿度を下げた状態、特に分析時にできるだけ短い準備時間で高感度な分析ができる状態にするには、パージし続けておかなければならない。冷却装置の設定温度を上げて結露を抑制することも不可能ではないが、不十分な冷却により光検出素子３１におけるノイズの低減が不十分となる。これでは高感度な分析を行うことができず、不適切である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題に鑑みなされた本発明は、分光器からの光を光検出素子に導く導光路と、前記光検出素子を冷却する冷却機構と、前記冷却機構を外気から遮断する筐体と、前記筐体に通気孔を設け前記通気孔を経て前記筐体内のガスをパージするパージ機構を具備する光検出器において、前記筐体内の湿度を測定するセンサーを設け、前記筐体内の湿度があらかじめ定めた湿度以下になるまで前記筐体内のパージを行った後、前記冷却機構により冷却を開始することを特徴とする。この構成により、湿度を測定するセンサーを設けることによって、光検出器の筐体内部の湿度を測定することができ、さらに、湿度を測定してセンサーの出力信号に基づいて冷却機構を調節すれば光検出器の筐体内に発生する結露を防止することができ、光検出器の電気回路の損傷を回避することができる。
【００１０】
さらに、前記センサーが測定した湿度に基づいて前記パージ機構によるガス流量が設定されることを特徴とする。センサーの出力信号に基づいてパージ機構によるガス流量を設定することで、冷却により湿度が上昇した光検出器内の空気をより効率的にパージすることができる。パージ機構のみを有する場合と比較して、積極的に光検出器の筐体内のパージを行うことができる。
【００１１】
さらに、前記筐体を透明な部材で構成したことを特徴とする。光検出器の筐体を透明な部材で構成することによって、光検出器の内部を視認することができ、パージのためのガス流量や光検出器の冷却温度が適切であるかどうかを確認することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る光検出器においては、高感度に分析を行うために光路上のガスを置換する際に、湿度を下げるためのパージガスの流量を少なくすることができる。また、万一、センサーが破損した場合には結露が頻発する可能性があり、光検出器内部の状態を即座に確認することができる。本発明に係る光検出器を用いると、高感度に分析を行うための状態が確保されているため、分析結果に対する信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に本発明に係るＩＣＰ発光分光分析装置の構成概略図を示し、図３と共通の部分には同じ符号を付した。本発明では、図３のＩＣＰ発光分光分析装置の光検出器３０の筐体内部で冷却されて結露しやすく制御用の基板類３４に影響を与える部分にセンサーＳを設置し、ガス源４０から導光路２０にパージガスを導入する配管にはガス流量制御器４２が設置されている。センサーＳは結露センサーであり、湿度に対する出力情報として、湿度100%RHで200kΩ、93%RHで100kΩ、75%で20kΩの抵抗値を示す。センサーＳの出力情報は、制御部５０に随時伝達され、制御部５０はセンサーＳ付近の現在の湿度や結露状態、冷却の開始の可否を判定し、判定に基づいてペルチェ素子３２の動作を決定する。
【００１４】
図２は、冷却開始のタイミングと光検出器３０の筐体内に設置したセンサーの値の関係を示した図である。パージは乾燥したアルゴンガス0.5L/minで行い、（ａ）はパージを始めると同時に冷却を開始した時の湿度の変化、（ｂ）はパージを始めて５分後に冷却を開始したときの湿度の変化を表している。冷却が開始されるとペルチェ素子３２は光検出素子３１を冷却し、周囲の湿度が上昇する。冷却とパージを同時に開始した場合（ａ）には湿度が上昇する光検出器３０の筐体内のガスをパージガスで置換することができず、冷却開始２分後に湿度100％RH（抵抗値：200kΩ）に達している。抵抗値がこのような値を示していれば結露が生じているのが明らかであり、光検出器３０の故障を防ぐために冷却を停止し、光検出器３０への電源供給を停止した。一方、パージを５分間行った後に冷却を開始した場合（ｂ）には徐々に湿度が低下し（0〜6分）、一旦湿度が上昇する（6〜8分）が、再度湿度は低下している。光検出器３０の筐体内で結露を発生させず、光検出器３０の筐体内のガスをパージガスで置換することができていることを示している。
【００１５】
先に光検出器３０の筐体内のパージを行い、基準とする湿度に達した時点（本実施例では結露センサの抵抗値として1.5kΩ、湿度で50%RH程度）で冷却を開始すれば、一時的に湿度が上昇するものの、結露には至らないことを見出した。このことを利用すれば、パージガスの流量を時間的に変化させて結露を抑制することができる。すなわち、パージガス流量を必要時に多く不要時に少なくすることができるので、分析を行う期間の全体としてパージガスの消費量を少なくすることができる。例としては、パージの最初にパージガスの流量を0.7L/min.、結露センサーＳの出力が、冷却を開始し湿度が高くなり始めたところでパージガスの流量を1.2L/min.にし、再度湿度が低くなり基準の湿度に達したところでパージガスの流量を0.5L/min.にする、何らかの原因で再度湿度が上昇することがあれば流量を増す、というようにパージガスの流量を制御する、ということが可能である。制御は、センサーＳの出力情報を得た制御部５０がガス流量制御器４２内の弁の開度を調整することで行われる。ここで、パージガスの流量を増す動作が行われても、湿度が下がらないのであれば、冷却を停止するようにしても良い。冷却が停止されている状態では、冷却が不十分で高感度な分析ができなかったり、図２（ａ）のように冷却停止後も直ちに湿度が低下するわけではなく結露に至った場合には基板に故障をきたしたりする。冷却が停止されている状態では、適宜表示を行い操作者に注意を促すようにすれば良い。
【００１６】
表示は、制御部５０として使用するコンピュータの表示部に表示させたり、光検出器３０の筐体の視認しやすいところにＬＥＤ（発光ダイオード）を設置して点灯させたりすることで可能である。
【００１７】
結露によって冷却を停止した後、放置或いはパージガスを流すようにしておけば、いずれ結露が解消し、図２（ｃ）のように徐々に湿度が低下し、再び使用可能の状態になる。湿度の基準値（上限値）を設定して、湿度が湿度の上限値を下回った場合には前記表示を解除するようにしておくと良い。
【００１８】
本発明を実施するためには、センサーＳは結露センサーに限定されることはなく、高い湿度を測定できる湿度センサーであれば良い。
【００１９】
光検出素子３１の受光面は導光路２０に露出しており、光検出器３０側から光は受光面に入らなければ良いので、光検出器３０の筐体は、光検出器３０内部の結露の状態を視認できるように透明な部材（例えば、ポリカーボネートやアクリル樹脂）で形成されていても良い。
【００２０】
上記実施例は本発明の単に一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正したものも本発明に包含されることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
冷却機構及びパージ機構を有する装置（紫外可視分光光度計等）に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本願発明に係る光検出器の概略図である。
【図２】冷却を開始する条件の違いによる結露状態の違いを示す図である。
【図３】従来の光検出器の前記略図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０・・・分光器
１１・・・出口窓
２０・・・導光路
３０・・・光検出器
３１・・・光検出素子
３２・・・ペルチェ素子
３３・・・伝熱板
３４・・・基板類
３５・・・熱交換部
４０・・・ガス源
４１・・・ガス流量調整弁
４２・・・ガス流量制御器
５０・・・制御部
Ｓ・・・・センサー
Ａ，Ｂ，Ｃ・・・通気孔  
【図１】
2007003320.tif 000003
【図２】
2007003320.tif 000004
【図３】
2007003320.tif 000005