JPS62235548A - 螢光吸光分析方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蛍光吸光分析方法及び装置に係シ、特に、単
数或いは４ＪＩ数の成分を富む試料の蛍光及び吸光スペ
クトルを迅速に測定するために好適な蛍光吸光分析方法
及び装置に関する。

〔従来の技術〕

蛍光測定の馬に一般に用いられている分光蛍光光度針は
１通常千セノンランプのような広い波長域を持つ白色光
源が使用されておシ１分光器によシ単色光を取シ出して
試料に照射している。しかし、この種の装置の場合は、
レーザ光に比べると取り出し九光の単色性が劣シ、また
、光強度も小さく更に光ファイバを用いる場合、集光効
率が良くないため、蛍光の測だ感度はレーザ光を用いた
場合よシも低い。

し九がって、現在、レーザ光を用いた蛍光分析が主流に
な勺つつある。

光源にレーザを用いた装置の中で、蛍光と吸光の両方の
光学特性について同時に測定できる装置としては、特開
昭５８−３７５４５号あるいは特開昭５８−３７５４６
号公報に記載のように、Ｎ２レーザトＮ　２　レーザに
より励起されて用いる色素レーザをそれぞれのレーザ光
を光学的手段を用いて蛍光測定のための励起光及び吸光
測定のための照射光とするものでアシ、Ｎ２レーザと色
素Ｖ−ザの２本のレーザ光を用いることができる点に特
徴がるる。しかし、その場合においては、同時に使える
波長は２点しかなく、吸収スペクトルを測定するために
は１色素レーザの波長を回折格子によシ変換、或いは色
素を交換する必要がろシ、測定に時間を要し、装置も高
価である。すなわち、この檜の装置では、吸収スペクト
ルを迅速に測定する点についての配慮がされていなかっ
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、蛍光スペクトル測定に対しては問題な
いが、吸収スペクトル測定に対しては、照射するレーザ
光の波長を迅速に変える点について配慮がされておらず
、流体の吸収スペクトルあるいは、励起状態にある物質
の吸収スペクトル等、迅速測定を必要とする吸収スペク
トル測定はできないという問題があった。

本発明の目的は、試料の蛍光スペクトル及び吸収スペク
トルを迅速かつ簡便に測定できる装置を提供することＫ
るる。

〔問題点を解決するための手段」 ′、７．上記目的は、励起光を蛍光性物質に照射して蛍
１，５′ 光を発生させ、この透光を試料液体に照射し、該試料液
体中を透過した透過光を検出して得られる吸光スペクト
ルから演算処理によって被測定物質の吸光度を求めるこ
とによシ該物質の濃度を分析することによって達成され
る。

〔作用〕

レーザから発せられた光は、反射面と透過面とを有する
回転板またはビームスプリッタ−によシ２方向に分割さ
れ、一方は、試料に直接照射され試料の蛍光を放射させ
るための励起光として用いられる。この結果得られ九蛍
光は、集光レンズを介して分光器及び検出器に導びかれ
測定される。

もう一方のレーザ光は、色素を照射し、得られる色素の
発光を、吸収スペクトル測定用の光として試料に照射し
、その透過光を検出して、別途モニタしておいた色素の
発光スペクトルを用いて演算処理を施して試料の吸収ス
ペクトルを得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図によシ説明する。

まず本発明の全体構成について記す。本発明は。

励起光源１．励起光２０を分割する光学的手段。

固有の発光スペクトルを有する色！１０とその容器でろ
り光学的に透明な色素セル９、試料８とその容器でｈシ
光学的に透明な試料セルフ、そして色素セル９及び試料
セルフ１Ｃ励起光２０を導く反射ミ２−５及び凹面ミラ
ー１１、色素１０の発光２１を集光するミニ７−１２と
集光された光を平行光線にする集光レンズ１３、そして
試料８からの蛍光２３及び透過光２２を集光するための
集光しンズ１４，１５．その試料８の蛍光２３及び透過
光２２を分光する分光器１７と分光された光を検出する
光検出器１８と測定データを演算処理するデータ処理装
置１９とから成る。

次に個々の構成要素の特徴並びに動作について説明する
。

まず励起光源ＩＫ用いられる光源としては、光強度が強
く、単色性に優れ友レーザが好適である。

強い光強度は蛍光強度を増し、また本色性忙優れている
ことは、水のラマン光などの散乱光と試料の蛍光の弁別
性を良くするので、高感度な測定が可能となる。用いる
レーザとしては、Ｎ！レーザ尋多種類ろシ、測定したい
試料に応じて選定するか、或いは１色素レーザを同時に
設置し、励起光波長の選択できる幅を広くすることも可
能である。

励起光源１からの励起光２０は、ビームスプリッタ−２
によシ分割され、一方は励起光強度を七二りするため分
光器１７１Ｃ送られる。ビームスプリッタ−２を透過し
た励起光２は、更に光を分割するための光学的手段によ
シ試料セルフ側と色素セル９側とに分けられる。ｓ１図
では、この光学的手段として、駆動装＃Ｌ４’ｌＣよシ
回転し、反射板と光を通過させる空隙とを有する回転式
チョッパー３を用いた場合を示している。この場合、チ
ョッパー３の形状と回転数の１ｒｌＪｍＫよシ、成る時
間間隔で試料セルフ側と色素セル９側に交互に励起光２
０を導くことができる。或いは、この光学的手段として
ビームスプリッタ−を用いれば、同時に両方向へ励起光
２０を送ることができる。

２つに分けられ九励起光２０はそれぞれ蛍光及び吸収ス
ペクトル測定の九めに用いられるが、まず本発明の特徴
である吸収スペクトル測定系について説明する。

分割された励起光の一方は色素１０を入れた色素セル９
に照射される。照射された励起光２０は、色素セル１１
０両側に設置された凹面反射ミラー１１間を色素１０に
光が吸収されてしまうまで往復する。この様に動作は、
凹面反射ミラー１１の中心部よシやや離れた穴から励起
光２０を照射することによシ可能となる。このことによ
り、先の変換効率が著しく向上する。すなわち、用いら
れる色素１０の量子収率は９〇−以上でろるので。

その直に近い所まで変換効率を近づけることが可能でる
る。励起光２０の照射により色素１０から放射される光
２１は１等方的に放射されるため、これを効率良く集光
するために、放物面ξ２−１２と集光レンズ１３を図の
ごとく配置し、光の１損失をできる１１１１υ低く抑え
ることができる。このようにして得られる色素１０１有
の波長域を有する光２１を試料８に照射し、試料８を透
過する光２２を分光器１７に送り、光検出器１８によっ
て検出する。一方１色素ＩＯの光２１は、放物面ミ、９
−１２に開けられた穴よシ一部４ｕ）出され１反射ミラ
ー５によシ分光器１７へと導びかれ、光検出器１８で検
出される。ここで用いる光検出器１８として、二次元光
電子増倍管のような位置敏感検出器を用いることにより
、Ｘ軸側を波長としＹ軸側を各々、透過光２２、色素１
０の発光２１と振シ分けることにより、それぞれの光の
スペクトルを同時に測定可能でｔＤシ、その情報をデー
タ処理装置１９によシ演算処理し、試料の吸収スペクト
ルを瞬時に得ることができる。後述するように１本発明
では、この位置敏感検出器を用いた光検出器１Ｂにより
、励起光２０、色素１０の発光２１、試料の透過光２２
、試料の蛍光２３を同時に分光計測可能であり、このこ
とにより、測定時明する。

チョッパー３によ多分割されたもう一方の励起光２０は
試料８に照射される。この時凹面ミラー１１を試料セル
フをはさむように配置し、前述のごとく効率良く試料８
を励起する。この時放射される試料８の蛍光２３は、＃
＆光レンズ１４．１５によシ可能な限シ大きな、立体角
で集光され１分光器１７によシ分光され、光検出器１８
によシ前記のごとく瞬時にスペクトルが測定される。こ
の測定スペクトルは、モニタされている励起光２０と共
にデータ処理装置１９で演算処理され、蛍光相対強度が
求められる・ 以上の様に、本発明によれば、試料の蛍光及び吸収スペ
クトルを迅速かつ簡便に得ることが可能である。

そこで、次に、本発明による装置に：り特に効果的に測
定可能な分析対象とその測定方法について、第２図？用
いて説明する。

本発明において特に効果的に測定可能な分析対）象は、
まず、励起状Ｊ」の試料の吸収スペクトル測定であり、
もう一つは、蛍光性物質と非蛍光性物質の同時測定であ
る。

まず前者について説明する。

励起状態にある切質の吸収スペクトルを測定することは
、その物質の電子軌道知関する１報を得るために有効で
あるが、通常の方法では、Ｉｎ２．収スペクトル測定に
時間を要し、必ずしも精度の良いデータが得られない。

しかし、本発明の装置では吸収スペクトルを瞬時に測定
可能なため、高精度は測定が可能でるる。

励起光２０のスペクトルは（ａ）に示すように強度が強
く、単色性が高い。この光を試料８に照射して得られる
蛍光スペクトルがΦ）である。一方、（ｃ）は励起光２
０を色素１０に照射して得られる色素１０の発光スペク
トルでろシ１色素レーザなどに用いられるローダミン、
クーマリン等の色素のスペクトルは（ｃ）のようなブロ
ードなスペクトルである。そして（ｄ）が（ｃ）の光を
試料に照射して得られた透過光でロシ、試料の吸収によ
ってプａ７アイルが変化している。この（ｃ）と（ｄ）
のスペクトルの各波長に２ける値をそれぞれ、Ｉｃ（λ
＞、　Ｘａ　（λ）とすれば、ランパート・ベールの式
によシ試料の吸光度Ａ（λ）は１ 、〆一」（λン＝１０ｇ（Ｉｃ（λ〆Ｉａ（λ））　　
　　　　　　　・・・・・・・・・（１）λ：波長 で求められ、（ｅ）のようになる。

試料の励起状態からの吸収スペクトルは、通常試料の蛍
光２２よりも長波長側にピークを持つので、使用する色
素１０はその波長域の発光スペクトルを持つものを選択
すれば良い。

一方、後者の蛍光性物質と非蛍光性物質が混在する試料
の測定の場合も方法は前者と同じである。

但し、この場合、非蛍光性物質の吸収スペクトルを測定
可能な色素１０を選んでやれば良い。

以上の様にして１本発明によれば従来は困難であった分
析対象に対して測定が可能である。

本発明の別の実施例を第３図に示す。

この実施例は、試料の及収盪が大きく側面からは蛍光が
検出できないＪＩＪ１′＆に有効な方法である。

すなわち、チョッパー３によ）分割された励起光２０は
、試料セルフと来光レンズ１５との間に設装置された小
型の励起光反射ミラー２４によシ試料セルフに照射され
、照射された面から発する試料の蛍光２３を測定するこ
とにより、試料の光面蛍光の測定ができ、したがって、
吸収量の木きい試料の蛍光も測定できるという効果を有
する。

本発明の更に別な実施例を第４図に示す。

この実施例は、励起光源ｌからの励起光２０を光ファイ
バ２４で伝送して色素ｌＯ及び試料８に照射し、更に、
試料の透過光２２及び蛍光２３を光７アイパ２６で、色
素１０の発光２１を光ファイバ２５で分光器１７へ伝送
することにより、分析セル６を光源及び測定機器から離
れた所に設置可能とし、遠隔分析が可能であるという効
果を有する。

但し、本実施例の様に光ファイバを用いる場合には試料
の蛍光２３を光ファイバ２６端面に効率良く集光するた
めの工夫を要する。それは、光７アイパ２６の光の取シ
込み角（約２００）に対して、試料の蛍光２３を出来る
限り大きな立体角で取り込むために、焦点距離の異なる
複数個の集光レンズを用いることである。第４図におい
ては。

焦点距離の短い集光Ｖクズ１４ｆｔ試料セルフ側に、も
う一つの来光レンズ１５を光フアイバ２６側に設置する
ことにより、１枚の集光レンズのみの場合よりも約１０
倍高感度に蛍光２３を集光することが可能になるという
効果を有する。　　　　“本発明の更に別な実施例を第
５図に示す。

この実施例では色素セル９が２層になっておシ。

それぞれ異なる色素１０．１０’を入れておくことによ
り、２つの色、１１０．１０’の発光２１を同時に吸光
測定に利用するものである。この様に色素セル９を多層
化することにより、よシ広帯域な色素１０の発光２１を
得ることが可能であるという効果を有している。

本発明の更に別な実施例を第６図に示す。

この実施例では、試料セルフと色素セル９とが直接接し
ているという特徴がある。この様にすることにより、集
光レンズ等の光学系を省略することができ、よシ簡便な
装置構成にすることができ、るという効果を有する。

本発明の更に別な実施例を第７図に示す。

この実施例では、セル回夛の反射ミラーの代わシに、積
分球２７を用いている点く特徴がある。

この様にすることにより、集光効率を最大限に向上させ
うるという効果を有する。

本発明に用いる色！において、複数個の色素を混合して
用いたシ、あるいは単成分でも非常に広い波長域（例え
ば、可視光全体、るるいは、紫外赤外域も含めた波長域
）の発光を得る色素を用いることにより、その色素のみ
であらゆる試料の吸収スペクトル測定が可能となるとい
う効果を有する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、励起光源からの励起光を色素に照射し
て得られる固有のスペクトルを持った発光を試料に照射
して吸光分光することができるので、１つの励起光源、
１つの分光器及び光検出器で吸収スペクトル測定と蛍光
スペクトル測定が迅速かつ簡便に可能でるるという効果
がめる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は本発明の
測定スペクトルとデータ処理の流れ図、ｉＩＩ、３図は
本発明の別な実施例の断面図、第４図は本発明の光ファ
イバを用いた実施例の断面図、第５図は多層色素セルを
用いた実施例の縦断面図。 第６図は本発明のより簡便な実施例の断面図、第７図は
本発明で積分球を用いた実施例の断面図である。 １・・・励起光源、２・・・ビームスプリッタ−１３・
・・チョッパー、４・・・駆動装置、５・・・反射ミラ
ー、６・・・分析セル、７・・・試料セル、８・・・試
料、９・・・色素セル、１０・・・色素、１１・・・凹
面反射ミラー、１２°°。 放物面反射ミラー、１３，１４．１５・・・集光レンズ
・、１６−°°スリット、１７・・・分光器、１８・・
・光検出器、１９・・・データ処理装置、２ｏ・・・励
起光。 ２１・・・色素の発光、２２・・・試料の透過光、２３
°°。 試料の蛍光、２４．２５８　２６・・・光７アイパ、。 ２７・・・積分球。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、励起光を蛍光性物質に照射して蛍光を発生させ、こ
   の蛍光を試料液体に照射し、該試料液体中を透過した透
   過光を検出して得られる吸光スペクトルから演算処理に
   よつて被測定物質の吸光度を求めることにより該物質の
   濃度を分析することを特許とする蛍光吸光分析方法。 ２、蛍光性物質が蛍光色素溶液であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載蛍光吸光分析方法。 ３、複数の蛍光性物質からの蛍光を用いることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項又は第２項記載の蛍光吸光分
   析方法。 ４、複数の蛍光色素溶液を混合して用いることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の蛍
   光吸光分析方法。 ５、（ａ）励起光源、（ｂ）励起光を照射する蛍光性物
   質を封入した色素セル、（ｃ）蛍光を照射する試料セル
   、（ｄ）透過光の分光器、（ｅ）透過光スペクトルを検
   出する光検出器及び（ｆ）該スペクトル強度と前記蛍光
   性物質の蛍光スペクトル強度とから試料の吸光スペクト
   ル強度を演算するためのデータ処理装置を含むことを特
   徴とする蛍光吸光分析装置。 ６、励起光源からの励起光を光ファイバーにより、前記
   色素に伝送するように構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項、第５項記載の蛍光吸光分析装置。 ７、色素からの蛍光を光ファイバーにより、前記試料に
   伝送するよりに構成したことを特徴とする特許請求の範
   囲第５項又は第６項記載の蛍光吸光分析装置。 ８、光検出器として位置敏感検出器を用いたことを特徴
   とする特許請求の範囲第５項、第６項、又は第７項記載
   の蛍光吸光分析装置。 ９、試料からの蛍光を複数個の集光レンズを用いて集光
   する手段を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第５
   項、第６項、第７項又は第８項記載の蛍光吸光分析装置
   。