JPS6362685B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、非平面的半透過性陰極と陽極とを光
検出器に用いられる、光ビームの特性の分析方法
に関する。 分光光度計のような多くの解析装置において光
検出器は、光電効果によつて光ビームの光子エネ
ルギを電気エネルギに変換する。その結果得られ
る電気エネルギが、光ビームの所定の特性およ
び／または光ビームを放射した材料の特性を判定
するために測定される。 発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、このような光検出装置におい
て、光検出素子の効率を既存の装置を大幅に改善
することなく実質的に改善すること、および使用
される解析装置のスペクトル応答範囲を広げるこ
とにある。 さらに詳しくは、本発明は、試料がわずかな吸
収量を有するわずかな量の元素だけを含む場合、
または材料が多くの吸収を生じてもわずかな変化
について分析すべき場合に光検出装置が大きなエ
ネルギ応答および／または高いＳ／Ｎ比を有しな
ければならないという要求を満たし且つ安価な光
検出装置で実施できる光ビームの特性の分析方法
を提供することにある。 問題点を解決するための手段 この目的は、非平面的半透過性陰極と陽極とを
有する光検出器に用いる、光ビームの特性の分析
方法において、 前記光ビームは光検出器内に入射され、 前記光ビームは入射時に１度陰極に当たり、 前記陰極は光が当たるとその光の強さに依存し
て電子を放出し、 前記光ビームは前記半透過性の陰極を通過し、 前記光ビームは光検出器を貫通する実質的に単
一の直線光路を通り、 前記光ビームは前記非平面的陰極の他の部分に
当たり、 前記陰極は再び電子を放出し、 前記放出された電子は陽極に捕捉されて、増幅
器によつて前記光ビームの強さを検出するのに用
いられる方法によつて達成される。 本発明の方法を実施した装置において、光ビー
ムが陽極を２度通過した後に、陰極に光ビームを
戻し、従つて光ビームが、少なくとも３度陰極に
当たるようになつている。 本発明の方法を実施した装置において光ビーム
が、第１の光検出器に当たつた後に第２の光検出
器に当たるように、２つの光検出器が相互配置さ
れている。 また本発明の方法を実施した装置において少な
くとも２つの光検出器が互いに電気的に並列に接
続されている。 本発明の方法を実施するための装置の実施例を
以下図面によつて説明する。 通常のフオトセル装置が第１図に示されてい
る。第１図において光電管１０は、半透過性の非
平面的陰極１２および平板形陽極１４を有するも
のとして示されている。光電管１０は、通常のよ
うに従来分析計器内に配置されているものとして
示されており、その際光ビームLiは、陰極１２に
１回直接当たる。陰極に当たつた際光ビーム内の
光子エネルギは、陰極から電子放出を行う。この
電子放出の量は、特定の陰極材料の波長応答によ
つて、また陰極が応答する光ビーム内に含まれた
波長のエネルギ量によつて変化する。 この電子放出は、適当な電気計器によつて読取
ることができ、この電気計器から光検出器に関す
る解析計器の操作者は、解析しようとする１つま
たはそれ以上の特性についての結論を得ることが
できる。例えば光検出器が分光光度計内にある場
合、光検出器に達する光ビームは、分析される化
合物から発射されたものである。化合物内の元素
の特性に応じて光の所定の波長の種々の強さが、
光検出器に当たる光ビームLi内に生じる。試料
が、わずかな吸収量を有するわずかな量の元素だ
けを含む場合、または材料が、多くの吸収を生じ
てもわずかな変化に対して分析すべき場合、光検
出器は、大きなエネルギ応答をしなければならな
ず、または高いＳ／Ｎ比を持たなければならな
い。もしそうでなければ、分析される化合物の所
定の特性が検出されないことがある。 本発明において所定の光電管陰極により生じる
放出は、光電管を第２図に示すように第１図に示
すものからほぼ90゜回転することによつて、所定
の解析試料または光ビームに対して実質的に増大
できることがわかる。第２図によれば光電管をほ
ぼ90゜回転した時、光ビームは、光電管に入る時
１度、光電管から出る時もう１度、すなわち２度
半透明陰極１２を通過する。後に説明するように
陰極を通る光ビームのこのような２度の通過によ
つて、所定に光電管の感度はほとんど２倍にな
る。 第３図に、本発明を実施した装置の第２の実施
例が示されており、この実施例において第２の光
検出器２０が、第１の光検出器１０から出た光ビ
ームを受取るように配置されている。第３図に示
すような実施例において第１の光検出器１０は、
第２図に示すように回転した状態で配置されてお
り、従つて光ビームは、第１の光検出器に陰極１
２を２度通過し、かつ第１の光検出器から出て第
２の光検出器２０に当たる。 第４図において本発明の方法を実施した光検出
装置の第３の実施例が示されており、この実施例
も、２つの光検出器１０および２０を使用する。
光検出器のこの構成は、陰極１２を２度通過した
後に第１の光検出器１０から出た光ビームLeが、
適当な鏡またはプリズム装置２２によつて方向転
換され、光ビームLe′が第２の光検出器２０に当
たる前に再び陰極を通るように、陰極１２を通つ
て戻される。 第３図および第４図に示す実施例において、光
ビームが陰極を複数回通過する一方の光電管１０
が示されているが、入射光ビームLiがかなりの強
度を有する場合、複数個の回転された光電管を光
ビームに直列に配置されていてもよいことは明ら
かである。第３図および第４図に示された実施例
において後者の光電管すなわち２０は、真空光電
２極管、またはシリコンフオトセルのような半導
体光検出器のうちどちらでもよいことも明らかで
ある。実際にこのような半導体フオトセルは第３
図および第４図に示す多重光検出器配置において
最後のフオトセルとして特に望ましい。なぜなら
このような半導体セルは非常に高感度である。第
１の光電管から出る光ビームが、前置した光電管
を通つた後にかなり弱められている場合、このこ
とは有益である。 第４図において鏡またはプリズム装置２２は第
２の光検出器と組合わせて示されているが、この
ような鏡またはプリズム装置は、第２の光電管を
持たない第２図に示す装置に取入れてもよいこと
は明らかである。 第５図において有利な概略電気回路は、第３図
および第４図に示す多重光検出器構成に関連して
示されている。それぞれ電池２４および２６を介
してアースに接続されたそれぞれの光電管１０お
よび２０の陰極１４は、互いに電気的に並列に配
置されている。２つの光検出器１０および２０
が、並列接続されている場合、波長カウンタ（図
示せず）によつて操作できるスイツチ２８によつ
て、第２の光検出器２０は、選択的に系から断続
でき、また第１の光検出器１０は、なるべく常に
系内にあるようにする。スイツチ２８は、第２の
光検出器２０をアースまたはバイアス電源２６に
接続するように動作する。 光検出器１０および２０の陽極１４の出力端子
は、導線３２を介して増幅器３４に接続されてお
り、この増幅器は、通常の０％調節部および帰還
量を制御する抵抗Rfを含んでいる。 図示されていないが、第５図に示すものと同様
な適当な電気回路を第２図に示す単一光電管構成
に使用できることは明らかである。このような回
路において第２の光検出器２０、電池２６および
スイツチ２８を含む電気回路分岐は省略される。 再び第２図に示された装置によれば、半透過性
光電陰極１２の効率は、光検出器を90゜回転する
ことによりスペクトル全体にわたつて同一波長お
よび光レベルに対してほとんど２倍に増加する。
このような回転により単一信号段半透明光検出器
は、通常光電子倍増管または多重光検出器と組合
わせて高い電圧を使う必要なしに、実効的に２段
光検出器として動作する。このような効率の増大
により、そうでなければ以前には多くの分析計器
において使用できなかつた低効率の光電管を使用
することができるようになり、あるいは高効率の
光検出器を用いなければ計器の感度をかなり高め
ることができる。第２図に示すような光検出器の
回転によつて、光測定精度、暗電流、ドリフトま
たは疲労のようなその他の要因の悪化は生じな
い。 第３図および第４図に示す実施例におけるよう
に第２の光検出器を使用した場合、系の量子効率
がさらに増大するだけでなく、第２の光検出器の
陰極１２は、分析計器の波長範囲を広げるため第
１の光検出器の陰極とは異なつていてもよい。例
えば第１の光検出器１０の陰極は、190−800nm
に応答するＳ−20面を持つかまたは190−600nm
に応答するＳ−５面を持つことができる。他方に
おいて第２の光検出器２０の陰極は、350−
1000nmに応答するＳ−１面を持つことができる
か、または半導体フオトセルにすることができ
る。第１の光検出器１０の陰極がＳ−20面であ
り、かつ第２の光検出器２０の陰極がＳ−１面で
ある場合、計器のスペクトル範囲は、ほぼ190−
1000nmに増加する。第５図に示すスイツチ２８
は、第２の光検出器がＳ−１面を有する場合に特
に有利である。なぜならば、第２の光検出器２０
がＳ−１面を有する場合、低抵抗値の導電体を、
光電管に加わる電圧をゼロに低減するためにスイ
ツチ２８によつてアースすると、これによつて、
暗電流または漏れおよびＳ−１面光電管のノズル
が相当程度低減され、波長190〜450nmの範囲で
動作するときに所望の状態が得られるからであ
る。 例えばパーキン・レルマー社、モデル55、単一
ビームUV−VIS−NIR分光光度計を用いて、実
験データが得られた。第１図に示すように配置さ
れた単一光電管および本発明により第２図に示す
ように配置された単一光電管両方に対する出力エ
ネルギの比較が、次の表に示されており、その際
光電管は、両方共Ｓ−20陰極を有する。さらにこ
の表は、それぞれＳ−20およびＳ−１を有する第
１および第２のフオトセルを備えた第３図に示す
ような光検出器装置の出力も示している。

【表】 これら４つの値は重水素ランプによるものであ
る。 次の値はタングステンランプによるものであ
る。

【表】 前記本発明の方法を実施した装置の実施例が、
本発明の基本方式の２〜３の適用を示すだけのも
のであることは明らかである。当業者にとつて本
発明の枠から外れることなく多くの変形が可能で
ある。 発明の効果 本発明の方法の効果は光検出器の効率を実質的
に改善したこと、および使用した解析装置のスペ
クトル応答範囲を広げたことにある。本発明の方
法を実施する光検出装置および回路において、従
来の構成ではエネルギ応答が低いので以前から使
われなくなつている光電管が使用できる。本発明
の方法を適用することによるその他の利点は、以
前の装置の波長範囲を既存の装置を大幅に改善す
ることなく、また実質的に費用を増大することな
く、また可動部品を加えることなく、1000nm以
上に広げることができるという点にある。このよ
うな既存の分光光度計の波長範囲を広げることに
よつて、既存の分光光度計の通常最大800nmの波
長の範囲を越えたりん酸塩およびその他の化合物
の分析が可能である。本発明の方法の別な利点
は、例えば２Ａにおいて2000：１以上のＳ／Ｎ比
の増大が実現される点にある。 このＳ／Ｎ比の高まりは次のような理由で達成
される。 即ち： (a) 光ビームの陰極フオトセルを通過する回数が
増え、この通過毎にレスポンスが高まること。 (b) 光ビームを引続き、第２の当該使用波長にお
いて感度がより高い光検出素子（例えば光電
管）に当てることを可能にし、この結果、レス
ポンスが更に高まること。このよな改善された
Ｓ／Ｎ比は、装置の量子効率を最大にし、かつ
以前には解析することが困難または不可能であ
つた大きな吸収量の試料におけるわずかな変化
の監視または小さな吸収量を有するわずかな量
の成分の監視を有効に行えるようにする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、公知技術において通常のように配置
され、従つて光ビームが陰極に１度当たる光電管
の略図、第２図は、光検出器が回転され、従つて
光ビームが陰極を２度通過する本発明の方法を実
施する光検出装置の略図、第３図は、第１の光検
出器から出た光を受取るように第２の光検出器が
配置された本発明の方法を実施した第２の光検出
装置の略図、第４図は、第１の光検出器から出た
光ビームが方向転換され第２の光検出器に当たる
前に第１の光検出器を通るようにされた１対の光
検出器を使用した、本発明の方法を実施した光検
出装置のさらに別の実施例を示す略図、第５図
は、第３図および第４図に示すような２つの光検
出器を含む適当な電気回路の略図である。 １０……光電管、１２……半透明陰極、１４…
…陽極、２０……光検出器、２２……鏡またはプ
リズム装置、２８……スイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非平面的半透過性陰極１２と陽極１４とを有
   する光検出器１０に用いる、光ビームLiの特性の
   分析方法において、前記光ビームLiは光検出器１
   ０内に入射され、 前記光ビームLiは入射時に１度陰極１２に当た
   り、 前記陰極１２は光が当たるとその光の強さに依
   存して電子を放出し、 前記光ビームLiは前記半透過性の陰極１２を通
   過し、 前記光ビームLiは光検出器を貫通する実質的に
   単一の直線光路を通り、 前記光ビームLiは前記非平面的陰極１２の他の
   部分に当たり、 前記陰極１２は再び電子を放出し、 前記放出された電子は、陽極１４に捕捉され
   て、増幅器によつて前記光ビームLiの強さを検出
   するのに用いられる ことを特徴とする光ビームの特性を分析する方
   法。