JP2003014631A - 原子吸光分光光度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 原子吸光分光光度計の光学系において光の損
失を軽減する。 【解決手段】 試料側光束Ｌｓはトロイダル鏡４と平面
鏡５により原子化部８に集光させた後、凹球面鏡９と平
面鏡１０によりチョッパミラー１１に集光させる。一
方、参照側光束Ｌｒはトロイダル鏡６と平面鏡７により
チョッパミラー１１に集光させる。また、両光束の収束
倍率をチョッパミラー１１で等しくする。これにより、
チョッパミラー１１での光の損失が軽減され、入口スリ
ット１４への集光効率も向上する。また、チョッパミラ
ー１１の回転に伴う両光束の切替えが迅速に行われるの
で、検出信号においてサンプリング時間を長く確保する
ことができＳ/Ｎ比が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は原子吸光分光光度計
に関し、更に詳しくは、ダブルビーム光学系を用いた原
子吸光分光光度計に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は原子吸光分光光度計におけるダブ
ルビーム光学系の概略的な光路構成図である。光源２１
から発した光はハーフミラー２２で試料側光束Ｌｓと参
照側光束Ｌｒとの二光束に分割される。直進した試料側
光束Ｌｓは原子化部２３を通過し、その際に試料に応じ
た波長の吸収を受けてチョッパミラー２６に達する。一
方、ハーフミラー２２で反射した参照側光束Ｌｒは、反
射鏡２４，２５を経てチョッパミラー２６に達する。チ
ョッパミラー２６はモータ２７の回転に同期して試料側
光束Ｌｓと参照側光束Ｌｒとを順次選択し、分光器２８
へ向かう一つの光路へと送る。一般には、試料側光束Ｌ
ｓは図示しない集光光学系により原子化部２３と分光器
２８の入口スリットの２箇所で集光され、一方、参照側
光束Ｌｒは分光器２８の入口スリットのみで集光される
ように構成されている。

【０００３】分光器２８では目的元素に対応する波長成
分のみが選択され検出器２９へと送られる。試料側光束
Ｌｓは原子化部２３による吸収を受けるのに対し、参照
側光束Ｌｒは反射鏡２４，２５によるごく僅かで無視で
きる程度の吸収を除けば、光源２１の輝度変動がそのま
ま現れる。したがって、同一時刻（チョッパミラー２６
による時間ずれは無視する）の試料側光束Ｌｓに対する
光強度と参照側光束Ｌｒに対する光強度との比を計算す
れば、光源２１の輝度変動等の経時変動要因が相殺され
た吸光度を求めることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】こうした原子吸光分光
光度計の性能を改善する上で、光学系で問題となる主な
点は次の通りである。まず第１に、光路上での光の損失
が大きいと、最終的に検出器２９に到達する光の光量が
小さくなり、測定感度や精度を上げるのが困難になる。
従来の原子吸光分光光度計の光路構成では、原子化部に
おける光のけられ（例えば、フレームレス方式の場合に
はグラファイトチューブでの光のけられ）や分光器の入
口スリットを通過する際の光の損失などが大きく、この
ような光の損失をできる限り減らすことが必要である。

【０００５】第２に、試料側光束Ｌｓと参照側光束Ｌｒ
との条件が揃っていないと、光源２１の輝度変動などの
影響を完全に相殺することができず、測定精度の劣化の
一因となる。なお、光源２１の輝度変動に起因する測定
時のベースラインのドリフトは、光源２１であるホロカ
ソードランプのウォーミングアップを充分に行えばかな
り軽減されるが、吸光度のスケール拡大率を高くして測
定する場合などにはドリフトも拡大されてしまうため無
視できなくなることが多い。

【０００６】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
のであり、その主たる目的は、光の損失が少なく、しか
も試料側光束と参照側光束の条件が揃っていて光源の輝
度変動の影響を充分に相殺することができるような光学
系を備えた原子吸光分光光度計を提供することにある。

【０００７】

【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は、光源から発した光をハ
ーフミラーにより試料側光束と参照側光束とに分割し、
該試料側光束を原子化部に通過させた後、前記両光束を
チョッパミラーにより選択して分光器の入口スリットへ
と照射するようにした原子吸光分光光度計において、前
記光源と原子化部との間、及び、該原子化部と前記チョ
ッパミラーとの間に、試料側光束が通る試料側前置光学
系及び試料側後置光学系をそれぞれ配置し、前記光源と
前記チョッパミラーとの間に参照側光束が通る参照側光
学系を配置し、更に前記チョッパミラーと前記入口スリ
ットの間に共通光学系を配置し、試料側光束は前記試料
側前置光学系により原子化部に集光された後に前記試料
側後置光学系によりチョッパミラーに再度集光され、他
方、参照側光束は前記参照側光学系によりチョッパミラ
ーに集光され、更に両光束は前記共通光学系により入口
スリット上に集光されてなることを特徴としている。

【０００８】すなわち、この原子吸光分光光度計では、
従来、集光させていなかったチョッパミラー面上で一旦
両光束を収束させることにより、入口スリット面上での
光の収束効率を一層高め、入口スリットでの光の損失を
減少させるようにしている。また、チョッパミラー面上
で光のスポット径が小さくなると、反射されるべき光が
ミラー面からはみ出してしまうことがなく確実にミラー
面に当たることになるので、この点でも光の損失が減少
する。このようなことから、本発明に係る原子吸光分光
光度計によれば、光の損失を抑え、最終的に検出器に導
入する光量が増加して、分析感度や精度の向上を図るこ
とができる。更にまた、チョッパミラー面上で光のスポ
ット径が小さいと、チョッパミラーの回転に伴う光の通
過・遮断や光束の切替えが迅速に行われるので、チョッ
パミラーが１回転する期間の中で、検出器の検出信号を
サンプリングすることが可能な時間を長くとることがで
きる。これにより、その分だけ検出信号をより多く蓄積
することができ、これによっても、分析感度や精度の向
上が図れる。

【０００９】また、本発明に係る原子吸光分光光度計に
おいて、前記試料側前置光学系は、前記原子化部側に向
いたＦナンバーが前記光源側に向いたＦナンバーよりも
大きく設定されてなることを特徴としている。

【００１０】このような構成によれば、光源側に対して
はたくさんの光を取り入れることが可能である一方、原
子化部において光軸に対する入射光の開き角が小さくな
るため、原子化部での光のけられがそれだけ減少し光の
損失が抑えられる。但し、光源側と原子化部側に向いた
Ｆナンバーの差が大きくなるほど光学系の収差が大きく
なり、また装置自体も大きくなる傾向にある。そこで、
Ｆナンバーの比率は１よりも大であって最大でも２倍程
度、好ましくは1.2〜1.5倍程度の値としておくとよい。

【００１１】また、本発明に係る原子吸光分光光度計で
は、前記試料側前置光学系、試料側後置光学系、及び参
照側光学系は、前記チョッパミラーに集光される両光束
の収束倍率が略等しく構成されてなることを特徴として
いる。この構成によれば、チョッパミラー面上において
両光束のスポット径がほぼ同一となるので、試料側光束
が原子化部を通過したことを除いて両光束の条件がほぼ
同一となり、光源の輝度変動などの変動要因を精度よく
相殺することが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
原子吸光分光光度計について図面を参照して説明する。
図１は本実施形態による原子吸光分光光度計の光検出器
を除く光路構成図である。

【００１３】この光学系は、原子化部８を含む測定光学
系Ａと分光光学系Ｂとに大別できる。分光光学系Ｂは、
入口スリット１４、凹球面鏡１５，１７、平面回折格子
１６、及び出口スリット１８から構成される、いわゆる
ツェルニ・ターナ型モノクロメータである。一方、測定
光学系Ａは、ホロカソードランプ（ＨＣＬ）である第１
光源１、重水素ランプ（Ｄ２Ｌ）である第２光源２、ハ
ーフミラー３、第１トロイダル鏡４、第１平面鏡５、第
２トロイダル鏡６、第２平面鏡７、原子化部８、第１凹
球面鏡９、第３平面鏡１０、チョッパミラー１１、第４
平面鏡１２、第２凹球面鏡１３を含んで構成されてい
る。ここでは、第１トロイダル鏡４及び第１平面鏡５が
上記試料側前置光学系、第１凹球面鏡９及び第３平面鏡
１０が上記試料側後置光学系、第２トロイダル鏡６及び
第２平面鏡７が上記参照側光学系、第４平面鏡１２及び
第２凹球面鏡１３が上記共通光学系に相当する。

【００１４】なお、第２光源２はバックグランド吸収補
正処理のために設けられているものであって、本発明に
係る原子吸光分光光度計において必須ではない。したが
って、以下の説明では第２光源２については特に触れな
いこととする。

【００１５】上記構成について、光束の通過する経路に
従って詳しく説明する。第１光源１から発した光束はハ
ーフミラー３により試料側光束Ｌｓと参照側光束Ｌｒと
の二つに分割される。ハーフミラー３で反射された試料
側光束Ｌｓは第１トロイダル鏡４、第１平面鏡５から成
る試料側前置光学系により倍率1.33で原子化部８に集光
される。試料側光束Ｌｓが原子化部８を通過する際に、
試料の種類に応じた波長で且つその濃度に応じた吸収を
受けて光量が減少する。その後、第１凹球面鏡９、第３
平面鏡１０から成る試料側後置光学系により倍率１でチ
ョッパミラー１１に集光される。したがって、チョッパ
ミラー１１には第１光源１の像が1.33倍に拡大された像
が結像される。

【００１６】一方、ハーフミラー３で直進した参照側光
束Ｌｒは、第２トロイダル鏡６、第２平面鏡７から成る
参照側光学系により倍率1.33でチョッパミラー１１に集
光される。すなわち、チョッパミラー１１では、試料側
光束Ｌｓと参照側光束Ｌｒの倍率は一致しており、これ
により理論的には同一のスポット径になる。チョッパミ
ラー１１は図示しないモータにより回転駆動され、その
回転周期に同期して試料側光束Ｌｓと参照側光束Ｌｒと
を交互に第４平面鏡１２へと送る。第４平面鏡１２、第
２凹球面鏡１３から成る共通光学系は、上記交互の光束
を倍率１/1.33で入口スリット１４に集光する。したが
って、入口スリット１４には倍率１、つまり第１光源１
と同じ大きさの像が結像される。

【００１７】入口スリット１４を通過した光は凹球面鏡
１５により一方向に集光されて平面回折格子１６へと送
られ、その直交方向に波長分散される。そして、凹球面
鏡１７により波長分散と直交する方向に出口スリット１
８に集光され、ごく狭い波長範囲の光のみが出口スリッ
ト１８から取り出される。

【００１８】上記光学系の特徴の一つは、両光束を共に
チョッパミラー１１上に一旦集光させている点にある。

【００１９】図１に示した光学系構成において、チョッ
パミラー１１上での結像（レイ・トレース）を計算機シ
ミュレーションにより算出した結果を図２（ａ）に、従
来装置の光学系による同様の結像のシミュレーション結
果を図２（ｂ）に示す。従来装置の光学系ではチョッパ
ミラー面上に集光させていないため、試料側光束、参照
側光束ともに長手方向に大きく延びた像になっており、
この像を入口スリットに集光しようとしても入口スリッ
トで損失する光量が多かった。それに対し本実施形態に
よる装置では、図２（ａ）に示すようにチョッパミラー
１１面上でスポット径が小さく収まっているため、入口
スリット１４においても小さなスポット径を得易く、入
口スリット１４での光の損失はきわめて少なくてすむ。

【００２０】また、チョッパミラー１１で光のスポット
径が小さいと次のような利点もある。図４は典型的なチ
ョッパミラー１１の形状と光スポットとの関係を示す概
略図である。光のスポット径が大きいと、チョッパミラ
ー１１が回転する際にそのエッジ部１１ａが光に掛かる
時間が長くなる。このようにエッジ部１１ａが光を横切
っている期間は、入口スリット１４へと送られる光束が
試料側光束Ｌｓと参照側光束Ｌｒのいずれか確定してい
ない期間であると言える。

【００２１】従来のように光のスポット径が大きな場合
には、検出器で得られる検出信号は図５（ｂ）に示すよ
うに両光束の切り替わりに対応する期間が長いため、信
号のサンプリングが可能な期間が短い。これに対し、本
発明の装置のように光のスポット径を小さくすると、検
出器で得られる検出信号は図５（ａ）に示すように両光
束の切り替わりが迅速に行われ、信号のサンプリングが
可能な期間が長くなる。このことは受光信号の蓄積時間
が長くなることを意味するから、信号のＳ/Ｎ比の向上
に有利であり、分析感度や精度の向上が図れる。

【００２２】また、この光学系の他の特徴は、測定光学
系Ａにおいて、試料側前置光学系の第１光源１側のＦナ
ンバーは「６」、原子化部８側のＦナンバーは「８」
と、出口側でＦナンバーを大きくしている点にある。つ
まり、これは拡大系の光学系であって、光の集光効率を
高めたことを意味する。従来一般的には、試料側前置光
学系の光源側と原子化部側のＦナンバーは同一である。
それに対し、本装置では出口側でＦナンバーを大きくし
ているため、出口側つまり原子化部８の入口側では光軸
に対する光束の入射拡がり角が小さくなっている。これ
により、原子化部８での光のけられが少なくなり、光量
の損失が少なくてすむ。

【００２３】ちなみに、本実施形態による原子吸光分光
光度計の光学系によれば、上記構成としたことによっ
て、従来の一般的な装置に比較して２倍以上の光量を検
出器で取得できることを確認することができた。

【００２４】なお、上記実施形態は単に一例であって、
本発明の趣旨の範囲で適宜に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】 本発明の一実施形態による原子吸光分光光度
計の光検出器を除く光路構成図。

【図２】 図１に示した光学系と従来装置の光学系によ
りチョッパミラー面上での結像（レイ・トレース）を計
算機シミュレーションにより算出した結果を示す図。

【図３】 原子吸光分光光度計におけるダブルビーム光
学系の概略的な光路構成図。

【図４】 チョッパミラーの形状と光スポットとの関係
を示す概略図。

【図５】 検出器で得られる検出信号の一例を示す図。

【符号の説明】

１…第１光源 ２…第２光源 ３…ハーフミラー ４…第１トロイダル鏡 ５…第１平面鏡 ６…第２トロイダル鏡 ７…第２平面鏡 ８…原子化部 ９…第１凹球面鏡 １０…第３平面鏡 １１…チョッパミラー １２…第４平面鏡 １３…第２凹球面鏡 １４…入口スリット １５…凹球面鏡 １６…平面回折格子 １７…凹球面鏡 １８…出口スリット Ａ…測定光学系 Ｂ…分光光学系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 本多 晃 京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式会 社島津製作所内 Ｆターム(参考） 2G020 BA05 CA02 CB05 CB26 CB33 CC48 2G059 AA01 EE01 FF09 GG03 GG07 JJ05 JJ14 JJ22 JJ24 LL02 NN05

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源から発した光をハーフミラーにより
   試料側光束と参照側光束とに分割し、該試料側光束を原
   子化部に通過させた後、前記両光束をチョッパミラーに
   より選択して分光器の入口スリットへと照射するように
   した原子吸光分光光度計において、 前記光源と原子化部との間、及び、該原子化部と前記チ
   ョッパミラーとの間に、試料側光束が通る試料側前置光
   学系及び試料側後置光学系をそれぞれ配置し、前記光源
   と前記チョッパミラーとの間に参照側光束が通る参照側
   光学系を配置し、更に前記チョッパミラーと前記入口ス
   リットの間に共通光学系を配置し、 試料側光束は前記試料側前置光学系により原子化部に集
   光された後に前記試料側後置光学系によりチョッパミラ
   ーに再度集光され、他方、参照側光束は前記参照側光学
   系によりチョッパミラーに集光され、更に両光束は前記
   共通光学系により入口スリット上に集光されてなること
   を特徴とする原子吸光分光光度計。
2. 【請求項２】 前記試料側前置光学系は、前記原子化部
   側に向いたＦナンバーが前記光源側に向いたＦナンバー
   よりも大きく設定されてなることを特徴とする請求項１
   に記載の原子吸光分光光度計。
3. 【請求項３】 前記試料側前置光学系、前記試料側後置
   光学系、及び参照側光学系は、前記チョッパミラーに集
   光される両光束の収束倍率が略等しく構成されてなるこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の原子吸光分光光
   度計。