JPH0720584Y2 - Ｕｖ検出器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案はUV検出器に係り、特に液体クロマトグラフィー
（LC）用やフローインジェクション（FIA）用のUV検出
器に関する。

［従来の技術］ 例えばLC用のUV検出器では、フローセルを通過しない対
照光強度とフローセルを通過した試料光強度とを各々受
光素子で検出し、対照光強度と試料光強度の比をとって
光源強度の時間変動補償を行い更に対数変換して吸光度
に比例した出力を得るようにしている（実際には、対照
光強度と試料光強度の対数を先にとり、その差を求めて
いる。） 従来、対照光強度や試料光強度の対数変換はダイオード
の順方向の電流−電圧特性を利用した対数回路でなさ
れ、また、差の演算もOPアンプを用いた引算回路でなす
など、検出装置の受光素子から出力端子（記録計、イン
テグレータ用）までの信号処理はアナログ系で行われて
いた。

［考案が解決しようとする問題点］ しかし、これらのアナログ回路に於いては、例えば前記
対数回路のダイオードの如く、回路部品の特性の温度依
存性が大きくて温度変化の影響で変換精度が変化し易
く、温度変化に対し安定した精度を得ようとするとコス
ト高や調整箇所の増大を招く、加えてダイオード等の特
性が径年変化するため、装置の信頼性を保には定期的な
調整・部品変換を要していた。また、OPアンプでも、利
得やオフセット調整に手間が掛かるという欠点があっ
た。

さらに、UV検出器から出力された吸光度データは、記録
計及びインテグレータに供給される。一般に、インテグ
レータの入力電圧範囲はマイナス数10mV〜＋1Vであり、
マイナス側の余裕が殆どない。

このため、吸光度自体をDA変換しアナログ出力したと
き、例えば測定中のドリフトや溶離液の変化により所謂
ベースラインがマイナス側へ寄り、その度合いが大きい
ときインテグレータの入力電圧範囲を外れてしまい測定
不能の自体が生じることがある。同様に吸収のない試料
を間接吸光度法（示唆吸光度法）で検出するため、溶離
液に吸収性物質を添加し、試料をマイナス側へのピーク
として検知したい場合にも、大きなピークが出るとイン
テグレータの入力電圧範囲を外れてしまうことがある。

さらに、最終的な演算結果は、記録計、インテグレータ
等の出力装置に対してアナログ信号で出力するが、各出
力装置で要求される分解能が異なるため、同一のアナロ
グ信号をそのまま出力すると一方の出力装置では高精度
な出力ができず、また、記録計側では精密抵抗からなる
高価な記録計用のアッテネータが必要となり、コスト高
並びに各種調整が煩雑となるという問題もある。

本考案の目的は、かかる従来技術の欠点に鑑み、温度変
化や径年によらず安定した検出精度が得られ、調整箇所
も少なく、またインテグレータへ供給するデータが無効
になるのを防止することが可能で、さらに、異なる出力
装置に対してそれぞれに適した分解能のアナログ信号を
出力することができ、アッテネータ等の装置が不要で、
構成が簡単で安価なUV検出器を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記した目的を達成するため、本考案では、対照光信号
と試料光信号とを検出する検出部と、該検出部で検出さ
れた該対照光信号と試料光信号とをデジタル化するA/D
変換部と、インテグレータ用のレベルシフト量を設定す
るための設定部と、該A/D変換部から出力された対照光
データと試料光データとに基づいて吸光度に比例した値
を算出するとともに、その算出した値に設定された該レ
ベルシフト量を加算してインテグレータ用出力データを
算出するデジタル演算処理部と、該デジタル演算処理部
で算出された前記レベルシフト量加算前の該値並びに前
記インテグレータ用出力データを、それぞれ異なるビッ
ト精度で２系統以上のアナログ信号に変換して出力する
出力部とから構成した。

［実施例］ 図面に基づいて本考案の実施例を説明する。第１図には
本考案に係るLC用のUV検出器のブロック図が示されてい
る。

光源10から出た光が分光器12で所定波長（波数）の単色
光に分光されたあと、ビームスプリッタ14を介してフロ
ーセル16に照射される。分光器12は後述するマイクロコ
ンピュータ部40の制御で波長設定される。

フローセル16には液体クロマトグラフィー側で時間的に
分離された試料が流れる。試料物質は濃度に応じて吸光
し、フローセル16を出た試料光束はフォトダイオード18
へ入射する。フォトダイオード18では入射光量に比例し
た電流が発生する。

フォトダイオード18の出力側には電流／電圧変換器20が
接続されており、フォトダイオード18で発生した電流信
号を電圧信号に変換し、アナログの試料光信号SAMPAと
して出力する。

一方、ビームスプリッタ14で分離されたフローセル16を
通過しない対照光束はフォトダイオード22へ入射し、こ
のフォトダイオード22で入射光量に比例した電流が発生
する。フォトダイオード22の出力側には電流／電圧変換
器24が接続されており、フォトダイオード22で発生した
電流信号を電圧信号に変換し、アナログの対照光信号RE
FAとして出力する。

電流／電圧変換器20、24の出力側は、グランドレベルと
ともにアナログスイッチ26の三つの入力端子に接続され
ている。アナログスイッチ26は、マイクロコンピュータ
部40の制御で、三つの入力信号を周期的に切替えて（例
えば50msec周期）、出力側に接続されたA/D変換器28へ
出力する。

A/D変換器28は18bitの変換回路で、アナログスイッチ26
から送られる試料光信号SAMPA、対照光信号REFA、グラ
ンド信号GAをA/D変換し各々デジタルの試料光信号SAMP
D、対照光信号REFD、グランド信号GDとしてマイクロコ
ンピュータ部40へ出力する。

なお、前記電流／電圧変換器20、24はその利得が、例え
ば４段階に切替え可能になっており、波長設定直後に、
マイクロコンピュータ部40の制御で互いに連動して同じ
利得に切替え設定され、対照光信号REFAの大きさが、A/
D変換器28に対する最適入力レベル（A/D変換器28のダイ
ナミックレンジを越えない範囲内での最大のレベル）と
される。

マイクロコンピュータ部40は、バス接続されたCPU42、R
OM44、RAM46を含んでいる。CPU42は、ROM44に格納され
た所定のプログラムに従い、分光器12に対する波長設
定、後述する時定数回路54の時定数設定、電流／電圧変
換器20、24に対する利得設定、アナログスイッチ26に対
する切替え制御、をはじめ後述するように、対照光強度
と試料光強度の比の計算及び対数変換による、光源強度
の時間変動補正並びに吸光度計算、感度設定、レベルシ
フトなどの処理を司る。

マイクロコンピュータ部40には、操作部48が接続されて
おり、波長設定記録計用の感度設定及びレスポンス設
定、インテグレータ用のレベルシフト量設定がなされる
と、各設定値をマイクロコンピュータ部40へ入力する。
CPU42は、操作部48で設定された値に従い、制御、演算
等を行う。

マイクロコンピュータ部40の出力側には、記録計用とイ
ンテグレータ用の２系統の出力ができる出力部50接続さ
れている。記録計用のラインには、まず、マイクロコン
ピュータ部40での記録計用の演算結果を12bitで受取りD
/A変換するD/A変換器52が設けられている。D/A変換器52
の出力側には時定数回路54を介してアンプ56が接続され
ており、このアンプ56の出力側が記録計用の出力端子OU
T1となっている。時定数回路54は、マイクロコンピュー
タ部40の制御で、時定数を３段階に切替えられる。これ
によりUV検出器の応答速度を調整できるようになってい
る。

D/A変換器52が12bitなのは次の理由による。記録計（ペ
ンレコーダ）のペンの太さとフルスケールの比を約1/10
00と見積もると、出力に要求される分解能は10³とな
り、ビット数で約10bitである。よって多少の余裕を見
て12bitとしてある。

一方、インテグレータ用のラインには、まずマイクロコ
ンピュータ部40でのインテグレータ用の演算結果を20bi
tで受取りD/A変換するD/A変換器58が設けられている。D
/A変換器58の出力側には時定数回路60を介してアンプ62
が接続されており、このアンプ62の出力側が分圧回路を
経て２段のインテグレータ用の出力端子OUT2、OUT3てな
っている。

D/A変換器58が20bitなのは、次の理由による。一般に設
けられているインテグレータの最小検知電圧が１μＶ、
最大入力電圧1Vから、インテグレータ出力に要求される
分解能は１（Ｖ）/1（μＶ）の10⁶となる。これはビッ
ト数ず20bit弱に相当する。よって多数の余裕を見て20b
itとしてある。

ここで、第２図のフローチャートを参照してCPU42によ
る検出処理動作を説明すると次の如くなる。予め操作部
48で測定波長、記録計用の感度およびレスポンス、イン
テグレータ用のレベルシフト量が設定されているものと
する。

CPU42は、まず所定の波長設定時に操作部48で指定され
た波長データに基づき、分光器12を制御して波長設定を
行い、レスポンスデータに基づき、時定数回路54を制御
して時定数設定を行う（ステップ70,ステップ71）。

続いてアナログスイッチ26の切替え制御を開始し、電流
／電圧変換器24、20を最小利得に切替え、A/D変換器28
から出力される対照光信号REFDの出力の大きさに基づ
き、最適利得を決定し、電流／電圧変換器24、20を切替
え制御する。以後、波長設定が変更されるまで利得は変
わらない（ステップ72〜75）。

このようにして、準備処理が終わるとCPU42は、アナロ
グスイッチ26が１回切替え走査を行う間に次の処理を実
行する。すなわち、アナログスイッチ26がグランド側に
切替えられてA/D変換器28がグランド信号GDを出力する
とCPU42はオフセットデータOFSとして読取りRAM46へ格
納する（ステップ76）。

次にアナログスイッチ26がREF側に切替えられてA/D変換
器28が対照光信号REFDを出力するとこれを読取り、オフ
セットデータOFS分だけ差し引き真の対照光信号REFD′
を求める（ステップ77）。これにより、アナログスイッ
チ26入力にオフセットが存在し、経年変化でオフセット
の大きさが変わったとしても正確な信号値が得られるこ
とになる。これに対し、電流／電圧変換器のオフセット
除去を手調整で行うのは面倒でコストも高くつき、経年
変化を受け易い欠点がある。

次にCPU42は、対照光信号REFD′の18bitデータの対数計
算を行い対数変換対照光データLREFDを得る（ステップ7
8）。対数変換は、ROM44に対数変換テーブルを設けてお
き、該テーブルを参照して行ったり、いわゆる級数展開
法により演算を行ったり、あるいは専用のデジタル演算
I.C.を付設して行ってもよい。

次に、CPU42はアナログスイッチ26がSAMP側に切替えら
れ、A/D変換器28が試料光信号SAMPDを出力するとこれを
読取り、オフセットデータOFSだけ差し引き真の試料光
信号SAMPD′を求める（ステップ79）。そして、試料光
信号SAMPD′の18bitデータの対数計算を行い対数変換試
料光データLSAMPDを得る（ステップ80）。

次にCPU42は、 （対数変換対照光データLREFD）−（対数変換試料光デ
ータLSAMPD） を計算し、吸光度データPDを求める（ステップ81）。

そして、CPU42は、予め操作部48で設定された設定感度
Ｋで吸光度データPDを割算し（ステップ82）、所定の12
bit分のデータPD′をD/A変換器52へ出力する（ステップ
83）。

また、CPU42は、予め操作部48で設定されたレベルシフ
ト量SFを吸光度データPDに加算して、所定の20bit分の
データPD″をD/A変換器58へ出力する（ステップ84、8
5）。

感度設定は0.32（ABU）、0.01（ABU）の如く、テンキー
などによるデジタル入力でなされる。D/A変換器52は、
設定感度当たり10mVのアンプ56出力となるようにD/A変
換を行う。アンプ56の出力はアナログ吸光度信号（記録
計用）RECPAとして記録計へ送出される。

レベルシフト量SFの設定も＋の値としてテンキーなどに
よるデジタル入力でなされる。D/A変換器58はレベルシ
フトされた20bitデータPD″のD/A変換を行い時定数回路
60を介してアンプ62へ出力し、増幅後の出力が1V/ABUと
なるようにする。アンプ62の出力はアナログ吸光度信号
（インテグレータ用）INTPAとして出力端子OUT2又はOUT
3からインテグレータへ送出される。

ここで、インテグレータに対し、吸光度データのレベル
シフトを行っている理由は次による。

すなわち、一般に、インテグレータの入力電圧範囲は−
数10mV〜＋1Vであり、−側の余裕が殆どない。これに対
し、前記吸光度データPD自体をD/A変換しアナログ出力
したとき、例えば測定中のドリフトや溶離液の変化によ
り所謂ベースラインが−側へ寄り、その度合いが大きい
ときインテグレータの入力電圧範囲を外れてしまい測定
不能の事態が生じることがある。同様に吸収の無い試料
を間接吸光度法（示差吸光度法）で検出するため、溶離
液に吸収性物質を添加し、試料を−側へのピークとして
検知したい場合にも、大きなピークが出るとインテグレ
ータの入力電圧範囲を外れてしまうことがある。ところ
が、吸光度データPDに或は値を加算したあとD/A変換す
るようにすれば、上記の場合でも、インテグレータの入
力電圧範囲内に容易に収めることができ、測定可能とな
る。

A/D変換器28によるグランド側、対照光側、試料光側へ
の１つづつの切替え動作に応動した以上の処理が終る
と、CPU42は再びステップ76から同様の動作を繰り返
す。よって、アナログスイッチ26が一回の切替え走査を
行う度に、吸光度データPD′、PD″が計算され、記録計
とインテグレータへアナログ出力される。

本実施例では、対照光信号と試料光信号をA/D変換器28
でデジタル化したのち、マイクロコンピュータ部40によ
るデジタル処理で対数変換や差などの演算を行うことに
より、温度変化の影響を受けず経年変化も生じない高精
度で安定した吸光度計算が可能となり、従来の如きダイ
オードを用いた高価なログアンプ等を用いずに済み、ま
た、OPアンプの使用量も少なくてでき、よって比較的安
価な構成とできる上、温度補償調整、OPアンプの利得調
整等の手間も減る。

また、マイクロコンピュータ部40で、分光器12、電流／
電圧変換器20、24、時定数回路54等の制御など、他の処
理も行うようにできるのでコスト的に見て極めて有利で
ある。

また、測定前にA/D変換器28に対する対照光信号と試料
光信号の入力レベルが最適となるように電流／電圧変換
器20、24の利得を切替設定するようにしたことにより、
A/D変換精度を高くできる。また、アナログスイッチ26
をグランド側にも切替えてグランドレベルを検出し、対
照光信号と試料光信号に含まれるオフセットを演算で除
去するようにしたので、アナログ信号系でオフセット調
整する必要がなく、経年に拘らず正確な信号処理ができ
る。

また出力部50を２系統とし、記録計用の感度調整をデジ
タル演算で行ったことにより、精密抵抗からなる高価な
記録計用のアッテネータが不要となり、多段階の切替え
も容易である。そして時定数回路54の時定数を切替えら
れるようにしたので、UV検出器の応答速度の変更も自在
である。

更に、インテグレータ用の吸光度出力信号のレベルシフ
トを行えるようにしたので、インテグレータ入力を所要
の入力範囲内に容易に収めることができ、インテグレー
タでのスケールオーバーを事前に回避できる。しかも、
吸光度出力信号のレベルシフトをデジタル演算で行うこ
とにより、多段階のシフトを正確に行え、アナログの加
算回路でシフトした場合のように調整を要せず、シフト
量の経年変化もない。

なお、光検知用のフォトダイオードの代わりに、光電管
や光電子増倍管を用いてもよく、電流／電圧変換器も４
段以上の任意の多段階切替えができるようにしても良
く、最適利得の決定方法も、対照光信号や試料光信号と
は別に検知した光源モニタ信号の大きさを参照して行っ
たり、波長によるプログラム制御で行ってもよい。更
に、電流／電圧変換器の利得は固定とし、その出力側に
利得可変アンプを設け、この利得を切替えてA/D変換器
に対する入力レベルの最適化を図ってもよい。

また、インテグレータ側の応答速度も、記録計側と同様
に時定数回路の時定数を変えて行ってもよい。更に、ア
ナログスイッチが１回走査するごとに、吸光度データP
D′,PD″を求めかつD/A変換器へ出力するのではなく、
アナログスイッチが１回走査する毎に求めた吸光度デー
タPDを複数回分（ｍ回分）積算し、該積算値より吸光度
データPD′,PD″を求めてアナログスイッチがｍ回走査
する毎にD/A変換器へ出力するようにしてもよく、この
場合、前記時定数回路の時定数を固定としたまま積算回
数を変えることで応答速度をデジタル的に変更でき、時
定数回路の調整の手間や経年変化の影響をなくせる。

［考案の効果］ 本考案に係るUV検出器では、フローセルを通過する前と
後の光より検出部で検出した対照光信号と試料光信号を
A/D変換器でデジタル化したのち演算処理部で少なくと
も吸光度を計算し、出力部から演算結果を出力するよう
にしたことにより、温度変化の影響を受けにくく、経年
変化も生じにくい安定した検出精度を得ることができ、
かつ調整の手間も少ないUV検出器が得れる。

またフローセルを通過する前と後の光を検出部で検出し
た対照光信号と試料光信号とをA/D変換器でデジタル化
したのち、演算処理部で吸光度に比例した値を算出し設
定部で設定されたレベルシフト量を該値に加算し、演算
結果を出力部から出力するので、測定中のドリフトや溶
離液の変化により所謂ベースラインがマイナス側へ寄っ
ても、また、吸収のない試料に対し溶離液に吸収性物質
を添加して試料をマイナス側のピークとして検知する場
合であっても、設定部に適当なレベルシフト量を設定す
ることにより、出力部の出力をインテグレータの入力範
囲内に収めることができ、したがって、インテグレータ
へ供給するデータが無効になるのを防止することがで
き、また、吸光度に対するレベルシフトをデジタル演算
で行うので、周囲温度の変化や経年変化とは無関係にか
つ煩雑な調整を行うことなくレベルシフトを正確に行え
る。

さらに、出力部をビット数の異なる２系統以上のアナロ
グ信号に変換して出力するようにしたため、分解能の異
なる記録計とインテグレータというように複数の出力装
置に最適なアナログ信号を出力することができる。しか
も、アッテネーナ等も不要となり簡単な構成で、コスト
安となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係るLC用のUV検出器のブロ
ック図、第２図は第１図中のマイクロコンピュータ部の
動作を示すフローチャートである。 18、22:フォトダイオード 28:A/D変換器 40:マイクロコンピュータ部 42:CPU 44:ROM 46:RAM 48:操作部 50:出力部 52,58:D/A変換器（変換する際のビット精度が異なる）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−85254（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−117181（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−110002（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−138226（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】対照光信号と試料光信号とを検出する検出
   部と、 該検出部で検出された該対照光信号と該試料光信号とを
   デジタル化するA/D変換部と、 インテグレータ用のレベルシフト量を設定するための設
   定部と、 該A/D変換部から出力された対照光データと試料光デー
   タとに基づいて吸光度に比例した値を算出するととも
   に、その算出した値に設定された該レベルシフト量を加
   算してインテグレータ用出力データを算出するデジタル
   演算処理部と、 該デジタル演算処理部で算出された前記レベルシフト量
   加算前の該値並びに前記インテグレータ用出力データ
   を、それぞれ異なるビット精度で２系統以上のアナログ
   信号に変換して出力する出力部と、 を有することを特徴とする液体クロマトグラフィー用ま
   たはフローインジェクション用のUV検出器。