(57)【要約】【課題】紫外領域、可視領域、近赤外領域の広い波長範囲に亘って十分な感度を有し、且つ光導電型に起因する問題を解決した分光光度計用検出装置を提供する。【解決手段】従来、近赤外領域をカバーするＰｂＳ検出器に代えてＩｎＡｓ検出器を採用し、光電子増倍管検出器２０、ＩｎＧａＡｓ検出器２４、及びＩｎＡｓ検出器２５の３つを用い、可動鏡１５及び切替機構２３の移動制御により、測定波長に応じて検出器を切り替える。これにより、全ての検出器が起電力型で電流出力型に統一されるので、バイアス電圧の印加が不要になり、応答の高速性も達成できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外領域、可視領域、及び近赤外領域に亘る波長範囲の光を検出対象とする分光光度計用検出装置において、
a)光電子増倍管検出器、ＩｎＧａＡｓ検出器、及びＩｎＡｓ検出器である３個の検出器と、
b)測定波長に応じて、試料から得られた測定光を前記３個の検出器のいずれかに択一的に導入するように光路又は検出器の位置を切り替える切替手段と、
を備えることを特徴とする紫外可視近赤外分光光度計用検出装置。
【請求項２】
紫外領域、可視領域、及び近赤外領域に亘る波長範囲の光を検出対象とする分光光度計用検出装置において、
a)光電子増倍管検出器、ＩｎＧａＡｓ検出器、及びＩｎＡｓ検出器である３個の検出器と、
b)試料から得られた測定光が並行して導入されるように前記３個の検出器が装着された単一の積分球と、
c)測定波長に応じて、前記３個の検出器による出力のいずれかを択一的に採用する切替手段と、
を備えることを特徴とする紫外可視近赤外分光光度計用検出装置。
【請求項３】
紫外領域、可視領域、及び近赤外領域に亘る波長範囲の光を検出対象とする分光光度計用検出装置において、
a)Ｓｉ検出器及びＩｎＡｓ検出器である２個の検出器と、
b)測定波長に応じて、試料から得られた測定光を前記２個の検出器のいずれかに択一的に導入するように光路又は検出器の位置を切り替える切替手段と、
を備えることを特徴とする紫外可視近赤外分光光度計用検出装置。
【請求項４】
紫外領域、可視領域、及び近赤外領域に亘る波長範囲の光を検出対象とする分光光度計用検出装置において、
a)Ｓｉ検出器、及びＩｎＡｓ検出器の２個の検出器と、
b)試料から得られた測定光が並行して導入されるように前記２個の検出器が装着された単一の積分球と、
c)測定波長に応じて、前記２個の検出器による出力のいずれかを択一的に採用する切替手段と、
を備えることを特徴とする紫外可視近赤外分光光度計用検出装置。
【請求項５】
紫外領域、可視領域、及び近赤外領域に亘る波長範囲の光を検出対象とする分光光度計用検出装置において、
a)Ｓｉ検出器、ＩｎＧａＡｓ検出器、及びＩｎＡｓ検出器である３個の検出器と、
b)測定波長に応じて、試料から得られた測定光を前記３個の検出器のいずれかに択一的に導入するように光路又は検出器の位置を切り替える切替手段と、
を備えることを特徴とする紫外可視近赤外分光光度計用検出装置。
【請求項６】
紫外領域、可視領域、及び近赤外領域に亘る波長範囲の光を検出対象とする分光光度計用検出装置において、
a)Ｓｉ検出器、ＩｎＧａＡｓ検出器、及びＩｎＡｓ検出器である３個の検出器と、
b)試料から得られた測定光が並行して導入されるように前記３個の検出器が装着された単一の積分球と、
c)測定波長に応じて、前記３個の検出器による出力のいずれかを択一的に採用する切替手段と、
を備えることを特徴とする紫外可視近赤外分光光度計用検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外領域、可視領域、及び近赤外領域に亘る波長範囲（おおよそ１５０nm〜３５００nm）を測定対象とする汎用分光光度計の検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外領域から近赤外領域までの広い波長範囲をカバーするような汎用分光光度計においては、単一の検出器で全ての波長を検出することは不可能である。そのため、従来の汎用分光光度計では、上記のような広い波長範囲を適宜の波長で２乃至３程度の領域に分割し、各領域毎にそれに合った波長特性を持つ検出器を用いるようにしている。一般的には、紫外領域及び可視領域では光電子増倍管（ＰＭＴ）検出器やＳｉ（シリコン）検出器が用いられ、それよりも長波長の近赤外領域ではＰｂＳ（硫化鉛）検出器が用いられることが多い。
【０００３】
例えば、特許文献１、２に記載の分光光度計用検出装置では、８００nm付近を切替波長とし、それよりも短波長領域ではＰＭＴ検出器、長波長領域ではＰｂＳ検出器が使用されている。また、特許文献３に記載の分光光度計用検出装置では、ＰＭＴ検出器による検出波長領域とＰｂＳ検出器による検出波長領域との境目にあたる８００〜９００nm付近の波長領域を担うＩｎＧａＡｓ検出器を設けている。
【０００４】
このように一般的に汎用分光光度計においては、近赤外波長領域の検出器としてＰｂＳ検出器が使用されている。これは、素子が比較的安価で且つ大きな受光面積が得やすいことが主な理由である。しかしながら、ＰｂＳ検出器には次のようないくつかの問題がある。即ち、ＰｂＳ検出器は光導電型の検出器であるためバイアス電圧を印加する必要があるが、暗抵抗値が容易に変動してしまうため、例えば一定のバイアス電圧を印加してもバイアス電流が変化してしまう。それにより、みかけ上、検出感度が変動し、検出動作の安定性が乏しい。また、ＰｂＳ検出器は応答速度が比較的遅い。例えば典型的なＰｂＳ検出器における６３％上昇時間は６００μ秒程度もあり、これはＰＭＴ検出器やＳｉ検出器と比較すると格段に遅い。そのため、波長走査の際にも走査速度を低くする必要があり、分析時間が掛かる大きな要因となっている。
【０００５】
上記のようなＰｂＳ検出器の問題を回避するために、特許文献２には、Ｓｉ検出器とＩｎＧａＡｓ検出器とを組み合わせた構成も記載されているが、ＩｎＧａＡｓ検出器では近赤外領域の検出感度が不足し、３５００nm近辺までの測定を行う汎用分光光度計としては満足できない。
【０００６】
【特許文献１】特開平8-184495号公報
【特許文献２】特開2002-62189号公報
【特許文献３】特開2006-23284号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、紫外領域・可視領域・近赤外領域の全体に亘って十分な感度を有し、十分に速い応答速度を確保しつつ、ＰｂＳ検出器のような光導電型であることに起因する問題をも解消することができる分光光度計用検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために成された第１発明は、紫外領域、可視領域、及び近赤外領域に亘る波長範囲の光を検出対象とする分光光度計用検出装置において、
a)光電子増倍管検出器、ＩｎＧａＡｓ検出器、及びＩｎＡｓ検出器である３個の検出器と、
b)測定波長に応じて、試料から得られた測定光を前記３個の検出器のいずれかに択一的に導入するように光路又は検出器の位置を切り替える切替手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００９】
上記課題を解決するために成された第２発明は、紫外領域、可視領域、及び近赤外領域に亘る波長範囲の光を検出対象とする分光光度計用検出装置において、
a)光電子増倍管検出器、ＩｎＧａＡｓ検出器、及びＩｎＡｓ検出器である３個の検出器と、
b)試料から得られた測定光が並行して導入されるように前記３個の検出器が装着された単一の積分球と、
c)測定波長に応じて、前記３個の検出器による出力のいずれかを択一的に採用する切替手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１０】
上記課題を解決するために成された第３発明は、紫外領域、可視領域、及び近赤外領域に亘る波長範囲の光を検出対象とする分光光度計用検出装置において、
a)Ｓｉ検出器及びＩｎＡｓ検出器である２個の検出器と、
b)測定波長に応じて、試料から得られた測定光を前記２個の検出器のいずれかに択一的に導入するように光路又は検出器の位置を切り替える切替手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１１】
上記課題を解決するために成された第４発明は、紫外領域、可視領域、及び近赤外領域に亘る波長範囲の光を検出対象とする分光光度計用検出装置において、
a)Ｓｉ検出器、及びＩｎＡｓ検出器の２個の検出器と、
b)試料から得られた測定光が並行して導入されるように前記２個の検出器が装着された単一の積分球と、
c)測定波長に応じて、前記２個の検出器による出力のいずれかを択一的に採用する切替手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１２】
上記課題を解決するために成された第５発明は、紫外領域、可視領域、及び近赤外領域に亘る波長範囲の光を検出対象とする分光光度計用検出装置において、
a)Ｓｉ検出器、ＩｎＧａＡｓ検出器、及びＩｎＡｓ検出器である３個の検出器と、
b)測定波長に応じて、試料から得られた測定光を前記３個の検出器のいずれかに択一的に導入するように光路又は検出器の位置を切り替える切替手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１３】
上記課題を解決するために成された第６発明は、紫外領域、可視領域、及び近赤外領域に亘る波長範囲の光を検出対象とする分光光度計用検出装置において、
a)Ｓｉ検出器、ＩｎＧａＡｓ検出器、及びＩｎＡｓ検出器である３個の検出器と、
b)試料から得られた測定光が並行して導入されるように前記３個の検出器が装着された単一の積分球と、
c)測定波長に応じて、前記３個の検出器による出力のいずれかを択一的に採用する切替手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１４】
第１及び第２発明に係る分光光度計用検出装置では、光電子増倍管検出器は対象とするおおよそ１５０〜３５００nmの波長範囲のうちの８００nm程度以下の短波長の紫外・可視領域をカバーし、ＩｎＧａＡｓ検出器はそれよりも長波長側の領域、例えば８００〜１６００nm程度の領域（近赤外領域の一部）をカバーする。一方、第３及び第４発明に係る分光光度計用検出装置では、１５０〜１０００nm程度の波長範囲をＳｉ検出器でカバーする。さらにまた、第５及び第６発明に係る分光光度計用検出装置では、第１及び第２発明に係る分光光度計用検出装置において光電子増倍管検出器がカバーする波長範囲をＳｉ検出器でカバーする。そして、第１乃至第６発明に係る分光光度計用検出装置のいずれにおいても、さらにそれよりも長波長側の近赤外領域については、従来のＰｂＳ検出器に代えてＩｎＡｓ検出器でカバーする。
【発明の効果】
【００１５】
ＩｎＡｓ検出器の標準的な波長範囲は１０００〜３５００nm程度であり、ＰｂＳ検出器の波長範囲とほぼ同じで、波長範囲についてはそのまま置き換えが可能である。したがって、本発明に係る分光光度計用検出装置によれば、紫外領域、可視領域、及び近赤外領域の測定範囲全体に亘って、感度低下の少ない、Ｓ／Ｎ比の高い検出を行うことができる。
【００１６】
また、ＩｎＡｓ検出器は光導線型ではなく光起電力型のフォトダイオードであるため、検出器が飽和しない範囲での直線性に関し、ＰｂＳ検出器よりも原理的に有利である。また、光起電力型であるため、ＰｂＳ検出器で問題となる暗抵抗の変化やバイアス電流・電圧に関する問題も生じない。これにより、みかけ上の感度変化が抑えられ、検出データの再現性が向上するとともに、バイアス電圧を印加するための電源回路などが不要になる。
【００１７】
また、代表的な受光面１ｍｍφのＩｎＡｓ検出器における６３％上昇時間は０．４５μ秒程度であって、応答速度はＰｂＳ検出器よりも格段に速い。さらに、複数の検出器を光起動力型として、電流出力型に統一できるという利点もある。一般的に、微小電圧と微小電流との取扱い、例えばノイズ混入の防止などに関しては電流のほうが容易であるため、電流出力型に統一されることでそうした対策が採り易い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［第１実施例］
以下、本発明に係る分光光度計用検出装置の一実施例（第１実施例）を図面を参照して説明する。図１は第１実施例による検出装置を中心とする分光光度計の要部の構成図である。この実施例は、本発明に係る検出装置を回転セクタ鏡を用いたダブルビーム方式の透過光測定分光光度計に適用したものである。
【００１９】
図示しない分光器により分光された光（波長分散光）は出口スリット１０を通過した後、回転セクタ鏡１１により、反射鏡１２、１６の２方向に交互に送られる。したがって、サンプルセル１７及び参照セル１３に交互に光が入射されて、それぞれのセル１７、１３を通過する。参照セル１３を通過した光は反射鏡１４で反射され、サンプルセル１７を通過した光は反射鏡１８、１９で反射され、いずれも可動鏡１５が光路中に挿入された状態ではＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ切替器２３の方向に送られる。この場合、両セル１７、１３からの光は、ＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ切替器２３に設けられた窓２３ａ、２３ｂを通過し、各凹面鏡２１、２２によりＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ切替器２３上の１点に集束される。
【００２０】
ＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ切替器２３は、図１中の矢印の方向に移動することにより、ＩｎＡｓ検出器２５又はＩｎＧａＡｓ検出器２４を択一的にその集光点に位置させる。即ち、可動鏡１５が光路中に挿入された状態では、ＩｎＡｓ検出器２５又はＩｎＧａＡｓ検出器２４のいずれかによる透過光測定が可能である。一方、可動鏡１５が光路から外れるように移動されたときは、各セル１３、１７からの透過光はいずれもＰＭＴ（光電子増倍管）検出器２０に入射する。
【００２１】
このようにして、図示しない可動鏡１５の位置及びＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ切替器２３の位置をそれぞれ適宜制御することにより、ＰＭＴ検出器２０、ＩｎＧａＡｓ検出器２４又はＩｎＡｓ検出器２５のいずれかに択一的に、セル１３、１７からの透過光を入射させることができる。上記位置の制御は、例えばＣＰＵを中心に構成される図示しない制御部により行われる。また、上記のような測定光を入射する検出器の切替えに同期して、３つの検出器の出力の切替えが行われ、測定光の強度信号がデータ処理部に入力される。
【００２２】
図２はＰＭＴ検出器、ＩｎＧａＡｓ検出器、及びＩｎＡｓ検出器の感度特性を示すグラフである。ＰＭＴ検出器はおおよそ１５０〜８００nmの紫外・可視波長領域、ＩｎＧａＡｓ検出器はおおよそ８００〜１６００nmの近赤外波長領域の一部、ＩｎＡｓ検出器はおおよそ１６００〜３５００nmの近赤外波長領域の一部、をそれぞれカバーし、それらにより１５０〜３５００nmの幅広い波長範囲を高い感度でカバーすることができる。
【００２３】
したがって、上記装置において、或る１つの測定波長の透過測定を行う場合、所定の波長範囲内を所定の波長ステップ幅で変化させながらスキャン測定を行う場合のいずれにおいても、その測定対象波長に応じて、ＰＭＴ検出器２０、ＩｎＧａＡｓ検出器２４、及びＩｎＡｓ検出器２５のいずれかに測定光が入射するように可動鏡１５及びＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ切替器２３の移動を制御することで、セル１３、１７の溶液の透過特性を反映した測定光の強度検出を高感度で行うことができる。例えば、検出器切替えの波長としては、ＰＭＴ検出器２０／ＩｎＧａＡｓ検出器２４の切替波長を８３０nm、ＩｎＧａＡｓ検出器２４／ＩｎＡｓ検出器２５の切替波長を１６５０nmとするとよい。
【００２４】
なお、図１に記載のＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ切替器２３の移動機構は直線的なものであるが、例えば回転機構等、適宜に変形することができる。
［第２実施例］
【００２５】
図３は本発明に係る分光光度計用検出装置の他の実施例（第２実施例）の概略構成を示す図である。第１実施例で説明した構成要素と同じものには同一の符号を付している。この第２実施例は、積分球を用いて３つの検出器の切り替えを行うものである。
【００２６】
ＰＭＴ検出器２０、ＩｎＧａＡｓ検出器２４、及びＩｎＡｓ検出器２５は、それぞれの入射面が積分球３０の内壁面に面するように配置されている。各検出器２０、２４、２５は図示しないサンプルセル及び参照セルからの入射光の入射口３１、３２に直接対向しない位置に置かれているので、入射光は直接各検出器２０、２４、２５には入射せず、積分球３０の内面で１乃至複数回反射した光がそれら入射面に並行的に入射するようになっている。この場合には、測定光の波長に拘わらず全検出器に測定光が入射するので、制御部はその測定波長に応じてデータ処理部に入力する検出器の出力を切り替えることで、第１実施例における波長切替を行う。このように積分球３０を用いることにより、装置を小型化することができるとともに、可動部分を伴わないため装置の信頼性を高めることができる。
【００２７】
図３に記載の積分球３０では３個の検出器を別個の位置に配したが、図４に示すように、パッケージ４０内にＩｎＡｓ検出器２５とＩｎＧａＡｓ検出器２４とを横に並べて設け、一体化した検出器として積分球３０の壁面に配してもよい。これにより、積分球３０の開口部分（非反射面部分）を少なくして、測定光の減衰を抑制することができ、感度の向上を実現することができる。
【００２８】
［第３実施例］
図５は本発明に係る分光光度計用検出装置の他の実施例（第３実施例）による検出装置を中心とする分光光度計の要部の構成図である。この実施例は、第１実施例の検出装置におけるＰＭＴ検出器２０とＩｎＧａＡｓ検出器２４との機能を１個のＳｉ検出器２６で達成したものである。
【００２９】
図６はＳｉ検出器及びＩｎＡｓ検出器の感度特性を示すグラフである。紫外領域、可視領域及び近赤外領域のごく一部（おおよそ１５０〜１０５０nm）をＳｉ検出器２６でカバーし、近赤外領域の大部分（１０５０〜３０５０nm）をＩｎＡｓ検出器２５でカバーしている。この場合、可動鏡１５の移動のみで２つの検出器２５、２６の切替えが行われる。
【００３０】
［第４実施例］
図７は本発明に係る分光光度計用検出装置の第４実施例の概略構成図である。この第４実施例は、第２実施例に示した積分球３０を用いた構成に、第３実施例に示したＳｉ検出器２６及びＩｎＡｓ検出器２５の２つの検出器の切り替えを適用したものである。
【００３１】
図６を見れば分かるように、Ｓｉ検出器とＩｎＡｓ検出器の２つの検出器だけでは、１１００〜１５００nm程度の波長範囲の感度が低くなる傾向にある。そこで、第１及び第２実施例における光電子増倍管検出器の代わりにＳｉ検出器を用い、Ｓｉ検出器、ＩｎＧａＡｓ検出器及びＩｎＡｓ検出器の３個の検出器で紫外〜近赤外の幅広い波長範囲をカバーする構成としてもよい。図８はＳｉ検出器、ＩｎＧａＡｓ検出器及びＩｎＡｓ検出器の感度特性を示すグラフである。
【００３２】
なお、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例（第１実施例）による検出装置を中心とする分光光度計の要部の構成図。
【図２】ＰＭＴ検出器、ＩｎＧａＡｓ検出器、及びＩｎＡｓ検出器の感度特性を示すグラフ。
【図３】本発明に係る分光光度計用検出装置の第２実施例の概略構成図。
【図４】第２実施例の変形例におけるパッケージされた検出器の概略構成図。
【図５】本発明の第３実施例による検出装置を中心とする分光光度計の要部の構成図。
【図６】Ｓｉ検出器及びＩｎＡｓ検出器の感度特性を示すグラフ。
【図７】本発明に係る分光光度計用検出装置の第４実施例の概略構成図。
【図８】Ｓｉ検出器、ＩｎＧａＡｓ検出器、及びＩｎＡｓ検出器の感度特性を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３４】
１０…出口スリット
１１…回転セクタ鏡
１２、１４、１８…反射鏡
１３…参照セル
１５…可動鏡
１７…サンプルセル
２０…ＰＭＴ検出器
２１、２２…凹面鏡
２３…ＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ切替器
２３ａ、２３ｂ…窓
２４…ＩｎＧａＡｓ検出器
２５…ＩｎＡｓ検出器
２６…Ｓｉ検出器
３０…積分球
３１、３２…入射口
４０…パッケージ
【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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【図８】
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