专利名称：分光光度计的制作方法
技术领域：
本发明涉及诸如紫外可见分光光度计、红外分光光度计和荧光分光光 度计之类的分光光度计，用于对来自于有光束照射在其上或其中的样品的 光进行分析，。具体而言，本发明涉及能够通过驱动波长色散元件随意设 置将要照射到样品上的光的波长或来自样品的光的波长的分光光度计。
10
背景技术：
一般而言，荧光分光光度计包括激发分光系统，用于从光源发出的 光中分离出预定波长的光，并将分离出的光作为激发光照射到样品上；荧
光分光系统，用于从样品对激发光予以响应发出的荧光中分离出预定波长
15的光；以及荧光检测器，用于检测荧光分光系统分离出的光，并提供与所 检测到的光量相对应的信号(以下将其称为"荧光信号")。将从荧光检测 器所提供的荧光信号从模拟形式转换成数字形式(即，A/D转换)，然后 在数据处理器中对其进行计算，以对样品进行定性/定量分析。
激发分光系统和荧光分光系统分别包括诸如衍射光栅或棱镜等波
20 长色散元件；以及用于以旋转方式驱动波长色散元件的驱动单元。可以利 用驱动单元适当改变波长色散元件相对于入射光的方向，使得可以随意设 置激发光的波长以及荧光检测器所检测的光的波长(例如，见专利文件l)。 在这种荧光分光光度计中，驱动单元刚一转动波长色散元件或波长色 散元件刚停止在预定位置时，由于波长色散元件的摆动(vibrate),荧光
25信号不稳定。如果利用不稳定的荧光信号对样品进行定性/定量分析，将
无法获得准确的分析结果。出于这一点，在传统荧光分光光度计中，事先 设定一段衍射光栅的摆动在这段时间内最有可能收敛的时间，并将这段时 间过后的荧光信号用于分析。然而，考虑到装置间的差异，必须将摆动收 敛时间设置的很长，而这样做会延长从衍射光栅驱动开始到测量幵始间的
等待时间。
一般而言，以预定的采样间隔对来自荧光检测器的荧光信号进行A/D 转换，然而将转换结果发送至信号处理器。在信号处理器中，执行预定的 计算处理和利用多个数字信号的电噪声删除处理，并将处理结果供至诸如 显示器和打印机等输出单元。因此，发送至信号处理器的信号数量越多， 5分析精度提高的程度越大。然而，在等衍射光栅摆动收敛后才开始进行测 量的方法中，可获得的数据量很少。
一种用于避免这个问题的方法是，在衍射光栅摆动收敛前开始进行测 量并执行计算或其他处理，以减小在衍射光栅中产生的抖动所造成的影 响。然而，利用该方法，虽然可以增加可获得的数据量，但是很难彻底去 io 除摆动所造成的影响。
可选地，可以配备用于检测衍射光栅摆动的传感器，并且只要检测到 衍射光栅摆动收敛就可以立即启动数据采集操作。利用该方法，能够尽可 能縮短启动测量的等待时间，并且可以增加采样数据量。然而，由于需要 配备摆动检测器，产品成本有所增加。 15 专利文件l:日本未经审查的专利申请公开2001-83093号([OOIO]，
图1)
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种能够在以旋转方式驱动波长色散元
20件时尽可能减小摆动影响并能够提高分析精度的分光光度计。 本发明为实现这一目的提供了一种分光光度计，包括
a) 第一光学系统，用于将光从光源传送至样品；
b) 光检测器,用于检测样品发出的光；
c) 第二光学系统，用于将光从样品引入至光检测器；
25 d)波长色散元件，配备在所述第一光学系统和所述第二光学系统中
至少一个光学系统中；
e) 驱动单元，用于驱动波长色散元件；
f) 运算处理器，用于在驱动单元驱动波长色散元件的操作停止后，以 预定采样间隔对来自光检测器的光检测信号进行采样；对采样信号进行模
30 拟/数字(A/D)转换；以及对A/D转换后的信号执行计算处理；以及
g)摆动收敛判定器，用于根据经运算处理器处理的光检测信号，判 定由驱动操作引起的产生于波长色散元件中的摆动收敛。
当驱动刚一停止后，波长色散元件发生摆动，来自光检测器的光检测 信号不稳定，同波长色散元件摆动收敛后的光检测信号相比存在明显的波 5动。因此，可以根据光检测信号的波动程度对波长色散元件的摆动状态进 行判定。然而，在这种情况下，如果在光检测信号受波长色散元件摆动的 影响发生明显波动的时段和波长色散元件收敛后光检测信号稳定的时段， 将光检测信号(模拟信号)的采样间隔设置为同样的间隔，那么可能无法
通过经A/D转换后的信号了解波长色散元件的摆动状态，而且A/D转换
io后的信号处理速度可能变慢。
出于这一点，根据本发明的分光光度计优选情况下还可以包括间隔设 置部件，用于在摆动收敛判定器判定波长色散元件中抖动收敛前，将运算 处理器的采样间隔设置为适于获取摆动收敛判定所用数据的间隔Tl，并 在判定摆动收敛后，将运算处理器的采样间隔设置为适于获取样品分析所
15 用数据的间隔T2。
为了对模拟信号进行数字采样，并再现模拟信号，众所周知需要两倍 于模拟信号频率的采样频率(即采样定理)。因此，优选情况下，可以将 摆动收敛判定间隔Tl设置为不大于样品分析间隔T2的一半。
根据本发明的分光光度计对来自光检测器的光检测信号进行A/D转
20换和运算处理，并根据数字信号判定波长色散元件的抖动收敛，其中，光 检测器可以是比如用于检测样品发出的光的光电子倍增管和光电二极管 等。因此，分光光度计没必要包括摆动检测传感器。这使得成本降低，装 置尺寸縮小。
由于根据本发明的分光光度计在波长色散元件摆动收敛后开始测量， 25因而可以节省波长色散元件驱动停止后开始测量前的等待时间。此外，使 用摆动收敛判定器可以消除波长色散元件的摆动对光检测信号的影响。
图1示出了依照本发明一实施例的荧光分光光度计的示意配置。 30 图2是一幅方框图，示出了控制系统的示意配置。
图3用于阐释由衍射光栅摆动引起的荧光信号和对比光信号的波动。 图4是一幅流程图，示出了衍射光栅的摆动收敛判定操作。 图5用于阐释摆动收敛判定操作中的信号处理。 标记说明 5 1…荧光分光光度计
10…光源单元
11…光源 20…激发分光单元(第一光学系统) 22…衍射光栅(波长色散元件) io 24…光栅驱动单元
50…荧光分光单元(第二光学系统) 52…衍射光栅(波长色散元件) 54…荧光检测器 55…光栅驱动单元 15 60…控制系统
61…中央控制单元(摆动收敛判定器、间隔设置部件) 63…数据处理器
具体实施例方式
20 以下，参考图1至5说明其中对荧光分光光度计应用了本发明的实施例。
图1示出了作为本发明第一实施例的荧光分光光度计的示意配置。荧
光分光光度计1包括光源单元10、激发分光单元20、监控单元30、 样品室40、以及荧光分光单元50。光源单元IO包括会聚镜12，用于
25采集诸如氙气灯之类的光源11所发出的光。会聚镜12所采集的光通过 第一狭缝13迸入激发分光单元20。进入激发分光单元20的光由反射镜 21反射至第一衍射光栅22，并随即由衍射光栅22对其进行波长色散。衍 射光栅22色散得到的光的一部分作为激发光通过第二狭缝23进入监控 单元30。激发分光单元20包括光栅驱动单元24，用于以旋转方式驱
30动以旋转轴22a为中心的衍射光栅22。可以通过利用光栅驱动单元24适
当改变衍射光栅22方向的方式，在预定波长范围内随意设置激发光的波 长。
在监控单元30中激发光的光路之上放置光束分离器31，后者将激发 光分成两个方向。也就是说，激发光的一部分通过光束分离器31，被第一 5透镜32所采集，之后到达位于样品室40中的样品管41。另一方面，激 发光的另一部分经光束分离器31反射，接着被第二透镜33所采集，之 后被对比光检测器34 (如，光电二极管)检测到。
当激发光到达样品管41时，管中样品产生荧光。荧光的一部分被第 三透镜42采集，并进入荧光分光单元50。进入荧光分光单元50的一部
io 分荧光通过第三狭缝51到达第二衍射光栅52，并由衍射光栅52对其进 行波长色散。荧光检测器54 (光电子倍增管)通过第四狭缝53检测以这 种方式色散的光中具有特定波长的那部分光。在荧光分光单元50中，配 备了用于以旋转方式驱动以旋转轴52a为中心的衍射光栅52的光栅驱动 单元55。可以通过利用光栅驱动单元55适当改变衍射光栅52方向的方
15式，在预定波长范围内随意设置荧光检测器54所检测的激发光的波长。 图2是一幅方框图，示出了荧光分光光度计1的控制系统60的示意 配置。控制系统60被配置为以中央控制单元61为中心。光栅驱动单元 24和55、荧光检测器54、光源11、对比光检测器34、操作单元62、数 据处理器63以及其他单元同中央控制单元61相连接。
20 用户可以通过操作单元62向中央控制单元61输入多种命令以及设
置数据。当用户设定了用于产生激发光的波长(即，激发波长)和用于检 测荧光的波长(即，荧光波长)，接着向中央控制单元61输入测量启动命 令时，中央控制单元61控制两个光栅驱动单元24和55，使两个衍射光 栅22和52分别指向于各设定波长相对应的方向，并打开光源11。光栅
25 驱动单元24和55均包括比如步进电动机以及齿轮减速装置。在中央控 制单元61中，事先存储表示提供给各电动机的脉冲个数与波长间对应关 系的转换表。
当荧光检测器54和对比光检测器34检测到由光源ll发光引起的光 时，就提供与光强相应的电信号。将来自荧光检测器54和对比光检测器 3034的电信号分别作为荧光信号和对比光信号供至中央控制单元61。当光
栅驱动单元24和55完成对衍射光栅22和52的驱动时，中央控制单元61 以预定采样间隔对所获得的荧光信号和对比光信号进行A/D转换，并将转 换后的信号供至数据处理器63。
图3用于阐释三个时段间荧光信号(对比光信号)的差异，所述三个 5 时段分别为驱动衍射光栅22 (衍射光栅52)的时段、衍射光栅22停止 摆动收敛前的时段、以及衍射光栅22摆动收敛后的时段。如图3所示， 当衍射光栅22被驱动时，衍射光栅22发生摆动，衍射光栅22的摆动使 荧光信号发生明显的波动。当衍射光栅22的驱动停止后，衍射光栅22摆 动一会儿，但摆动会逐渐减弱。同时，荧光信号的波动也逐渐减弱。当衍
io射光栅22摆动收敛后，荧光信号波动将变得极其微小。
正如刚刚描述的那样，数据波动的幅度随获取数据的时段不同而存在 差异。基于这一规律，中央控制单元61 A/D在开始测量后判定衍射光栅 22和52摆动收敛前以采样间隔Tl对荧光信号和对比光信号进行A/D转 换，并在判定衍射光栅22和52摆动收敛后以采样间隔Tl对荧光信号和
15 对比光信号进行A/D转换。因此，在本实施例中，中央控制单元61起间 隔设置部件的作用。虽然在本实施例中，考虑到由衍射光栅22和52导致 的荧光信号和对比光信号的波动范围，将间隔Tl设置为l(ms)并将间隔 T2设置为10(ms)，但可以将间隔T1设置为任意长度，只要不超过间隔T2 的一半即可。
20 当将已经过中央控制单元61 A/D转换的荧光信号和对比光信号输入
数据处理器63时，对每个信号执行预定的计算处理。中央控制单元61 控制数据处理器63、光栅驱动单元24和55以及其他单元的操作，以对 衍射光栅22和52进行摆动收敛判定，然后根据判定结果对样品进行荧光 分光光度测量。
25 此时，参考图4和5对在中央控制单元61的控制下执行的衍射光栅
22和52的摆动收敛判定操作予以说明。虽然，以下说明集中于激发分光 单元20中的衍射光栅22的摆动收敛判定操作，然而也可以对荧光分光单 元50中的衍射光栅52执行类似的摆动收敛判定操作。
图4的流程图起始于测量的开始。首先，数据处理器63从中央控制
30单元61获取图5中子图A所述的荧光信号的数字数据。在步骤S2中，判
断是否是时候对衍射光栅22进行摆动收敛判定；在这种情况下，如果摆 动收敛判定时机未到(否)，过程就返回步骤S1，如果摆动收敛判定时机
已到(是)，就执行降低驱动频率噪声以外噪声的信号处理或其他处理(步
骤S3)，所述降低噪声的信号处理可以通过比如移动平均法予以实现。衍 5射光栅22驱动停止后，经过一段预定的时间，启动衍射光栅22的摆动收
敛判定操作。图5中子图B示出了噪声删除后的数据。
在步骤S4中，判断最新数据之前给定时段内所获得的全部数据是否
等于或小于一指定值。如果任一数据大于所述指定值(否)，就判定衍射
光栅22的摆动尚未收敛，且过程返回步骤S1。如果全部数据都等于或小 io于所述指定值(是)，就判定衍射光栅22的摆动已经收敛，且摆动收敛判
定操作终止。图5的子图C示出了给定从最新数据到该数据之前距离该数
据某一给定长度的数据的范围内的数据同所述指定值间的关系。此后，中
央控制单元61将A/D转换的采样间隔变为间隔T2，以获取分析数据，并
执行荧光分光光度测量。 15 本发明不局限于前述实施例。举例而言，可以对其进行其他修改。
在判定衍射光栅摆动收敛后，并不将A/D转换的采样间隔从Tl变为
T2，而可以令釆样间隔保持不变，并在执行预定信号处理时对数据进行细化。
本发明还适用于包含一个波长色散元件以及用于驱动该波长色散元
20件的驱动单元的分光光度计。此外，除了荧光分光光度计，本发明还适用 于各种类型的分光光度计，如紫外、可见、近红外、和红外分光光度计。
应当注意的是，上述实施例仅仅是一个示例，显而易见，根据本发明 的精神做出的任何适当的改进、调整或附加也涵盖在本发明的范围以内。
权利要求
1. 一种分光光度计，包括a)第一光学系统，用于将光从光源传送至样品；b)光检测器，用于检测样品发出的光；c)第二光学系统，用于将光从样品引入至光检测器；d)波长色散元件，配备在所述第一光学系统和所述第二光学系统中至少一个光学系统中；e)驱动单元，用于驱动波长色散元件；f)运算处理器，用于在所述驱动单元驱动所述波长色散元件的操作停止后，以预定采样间隔对来自所述光检测器的光检测信号进行采样；对采样信号进行模拟/数字(A/D)转换；并对A/D转换后的信号执行计算处理；以及g)摆动收敛判定器，用于根据经运算处理器处理的光检测信号，判定由驱动操作引起的产生于波长色散元件中的摆动收敛。
2. 根据权利要求1所述的分光光度计，还包括间隔设置部件，用 于在所述摆动收敛判定器判定波长色散元件中抖动收敛前，将所述运算处 理器的采样间隔设置为摆动收敛判定间隔Tl，并在判定摆动收敛后，将 所述运算处理器的采样间隔设置为样品分析间隔T2。
3.根据权利要求2所述的分光光度计，其中，所述摆动收敛判定间隔Tl不大于样品分析间隔T2的一半。
4. 根据权利要求1所述的分光光度计，其中，所述摆动收敛判定器 根据光检测信号的波动范围判定波长色散元件的抖动状态。
5. 根据权利要求4所述的分光光度计，其中，如果最新数据之前给 25定时段内所获得的全部光检测信号的值都等于或小于指定值，所述摆动收敛判定器判定衍射光栅的摆动已经收敛。
全文摘要
提供了一种能够在以旋转方式驱动波长色散元件时尽可能减小摆动影响并能够提高分析精度的分光光度计。当从荧光检测器获得荧光信号时，中央控制单元以采样间隔T1对荧光信号进行A/D转换，以进行摆动收敛判定，并向数据处理器提供结果数据(S1)。在执行摆动收敛判定(S2)时，数据处理器对所获得的数据信号执行预定信号处理(S3)，并判断已获得的最新数据之前给定时段内全部数据是否均等于或小于一指定值(S4)。如果全部数据都等于或小于所述指定值，就判定衍射光栅的摆动收敛，并终止摆动收敛判定操作。此后，中央控制单元将A/D转换的采样间隔变为间隔T2，以获取分析数据，并执行荧光分光光度测量。
文档编号G01N21/64GK101393117SQ20081016170
公开日2009年3月25日 申请日期2008年9月22日 优先权日2007年9月20日
发明者湊浩之 申请人:株式会社岛津制作所