專利名稱:多波長分光光度計的制作方法
本發(fā)明涉及一種多波長分光光度計，具體地說是用于液相色層分析，更具體地說是涉及一種能夠同時監(jiān)測光譜的各波長的多波長分光光度計。
在各種多波長分光光度計中，靈敏度或者信號噪聲比(S/N)比單波長分光光度計的靈敏度或信噪比要差，因為用于多波長分光光度計中由光電二極管矩陣組成的多通道光探測器的靈敏度要劣于用在單波長分光光度計中由單個光電二極管或光電倍增管構(gòu)成的單通道光探測器的靈敏度，這是由于在多通道光探測器的光電二極管陣中，各相鄰光電二極管之間的分界面缺陷造成的。多波長分光光度計的信號/噪聲比在光源發(fā)光強度低的波長范圍內(nèi)是相當?shù)偷摹Ｄ承┕亩嗖ㄩL分光光度計，例如在1983年7月的《分析化學》第55卷第八冊第836A頁，第838A和第842A頁中所提到的那種多波長分光光度計，是采用如下解決方法以減少這一缺陷。
一種已知的分光光度計分別連續(xù)使用二種光源，例如分別在紫外波長范圍內(nèi)使用燈(D2lamp)而在可見波長范圍內(nèi)使用鎢燈(Wlamp)。這種分光光度計是相當昂貴的而且工作時十分緩慢，因為不同的波長無法同時測到，而只能依次測量。
另一種已知使用燈的分光光度計用數(shù)據(jù)處理方法來減少可見波長范圍的信號/噪聲比，這種叫作“波長束聚”的數(shù)據(jù)處理方法是對兩種預定波長之間的所有信號進行積分。然而，由此帶來波長分辨力的降低。
本發(fā)明的目的在于消除已知的多波長分光光度計的缺陷并給出一種具有高信噪比的多波長分光光度計。
按照本發(fā)明，這一目地是通過給出一種如在權(quán)項1中所定義的多波長分光光度計而達到的。
這種創(chuàng)造性的分光光度計避免了增加第二個光源所帶來的附加費用和連續(xù)監(jiān)測分光光度計的低工作速度。以及如上所述的分光光度計的低波長分辨力，并且改善了，即增加了信噪比S/N，特別是在光源發(fā)光強度低的波長范圍內(nèi)尤其如此。
本發(fā)明的最佳實施方案結(jié)合附圖將在下文描述。其中，附圖1是一個圖表，表示由一個燈(D2lamp)組成的光源的光強一波長圖附圖2是按本發(fā)明一實施方案的分光光度計光路系統(tǒng)示意圖。
附圖3是按本發(fā)明實施的一個用于處理從分光光度計的兩個光探測器送出信號的電子線路方框圖。
附圖4和附圖5是兩個圖表，表示由本發(fā)明的分光光度計第一光探測器和第二光探測器測到的一個取樣的吸收光譜。
附圖6是經(jīng)過具有發(fā)明特性的均化過程而從附圖4和附圖5推導出來的一個圖表。
附圖7是本發(fā)明的另一種光路系統(tǒng)實施方案的示意圖。
附圖1表示用一個硅光電二極管矩陣作為光探測器測量到的一個燈光強-波長圖。在可見光波長范圍內(nèi)，也就是在大約40毫微米波長之上的范圍內(nèi)，燈的發(fā)光強度是相當?shù)偷?。由于這種特性，測到的取樣信號(例如用這種燈在液體色層分析中測到的取樣信號)在可見光波長范圍內(nèi)通常具有較低的信噪比。
附圖2表示分光光度計的光路系統(tǒng)。這種分光光度計是由光源1、聚透鏡2、液流盒3和一個單色儀組成，該單色儀是由入射縫隙4、凹面光柵5和由硅光電二極管矩陣6、7構(gòu)成的兩個多通道光檢測器所組成的。凹面光柵5使光束發(fā)生色散。在正常情況下，第一波長范圍內(nèi)的第一干涉級由硅光電二極管矩陣6直接檢測到。矩陣7直接檢測到第二波長范圍的第二干涉級，第二波長范圍至少部分地與第一波長范圍相重疊。
由于第二干涉級的散射比第一干涉級的散射高出一倍，并且光電二極管陣7檢測的波長范圍比光電二極管陣6所檢測的波長范圍少一半，所以光電二極管矩陣6和7可以用相同的光電二極管陣。
附圖3中，驅(qū)動器9和10依照從處理器8送出的指令信號，產(chǎn)生驅(qū)動脈沖φ1和φ2以分別驅(qū)動光電二極管陣6和7，驅(qū)動器9進一步給出一個起動脈沖SP送到光電二極管陣6。光電二極管陣6送出一個波長掃描終了脈沖EOS(終掃脈沖End of scan)到光電二極管陣7作為光電二極管陣7的起動脈沖，再從光電二極管陣7送回處理器8。光電二極管矩陣6和7的輸出信號AS(Array Signal)通過放大器11和12以及取樣和保持電路13與14送到A/D轉(zhuǎn)換器15。指令信號C也送到A/D轉(zhuǎn)換器15。A/D轉(zhuǎn)換器15接到指令信號C將上述輸出信號AS轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并送入處理器8。
附圖4表示一例液體樣品的吸收光譜的第一干涉級次，它是由光電二極管矩陣6在200毫微米到600毫微米的波長范圍內(nèi)在一次色層分析中測到的。在400毫微米以上的波長范圍中顯示出大量噪聲，在這些波長范圍，燈的光強度較低。
附圖5表示同一液體樣品的吸收光譜的第二干涉級次，它是通過光電二極管矩陣7在波長為400毫微米到600毫微米的范圍內(nèi)測到的。
處理器8對圖4和圖5中所示的光電二極管矩陣6和7的輸出信號按下述兩個步驟進行平滑或平均運算。
設光電二極管矩陣7的通道1、2、3、……60的輸出信號為B(1)，B(2)，B(3)，……B(60)，平均運算的第一步是對兩個相鄰通道的輸出信號取平均值，如(B(1)+B(2))/2 ， (B(3)+B(4))/2 ，…… (B(59)+B(60))/2 。
由此得到的這些信號基本上具有與光電二極管矩陣6每一通道的輸出信號相同的6毫微米波長的分辨力。這一點可以從下述方法得到。
平均運算的第二步驟，設光電二極管矩陣6的通道1、2、3……60，的輸出信號為A(1)、A(2)、A(3)、……A(60)，輸出信號A(31)，A(32)，……A(60)表示400毫微米以上的光譜信號。由平均運算的第二步驟得到的平均信號為A (31) +B(1) + B(2)2,2,A(32) +B (3) +B (4)2,2,]]>……A(60)+B(59)+B(60)22]]>包含這些信號的光譜表示在附圖6中。這個光譜表示出在400毫微米到600毫微米的可見光波長范圍有高信噪比。
依照附圖4和5中的光譜信噪比，可做如下加數(shù)平均K1· A( 31) + K2B( 1 ) + B(2)2K1+ K2,K1·A (32) + K2B(3)+B(4)2K1+K2,]]>……
如果光電二極管矩陣6(如附圖4中所示)的輸出信號的信噪比高于光電二極管矩陣7(附圖5中的)的輸出信噪比，就取一個比加權(quán)因子K2大的加權(quán)因子K1。
以上的敘述涉及光譜數(shù)據(jù)，在記錄色層分離的情況下，是用一個固定波長來測量的。
附圖7給出另一種光電二極管陣的檢測器實施方案。射散光由一個具有150個通道的光電二極管矩陣60所檢測，通道1至60檢測從波長200毫微米到600毫微米這一范圍內(nèi)的第一干涉級。通道61到150檢測波長303毫微米到600毫微米這一范圍內(nèi)的第二干涉級。由于僅僅使用了一個光電二極管矩陣60，所以在圖3的電路中只需要一套光電二極管矩陣驅(qū)動器，一個放大器和一個取樣和保持電路。
在附圖2中所示的第一種實施方案中，光電二極管矩陣7可以用于檢測的負第一干涉級次而不是檢測第二干涉級次。
以上敘述已涉及一個燈和硅光電二極管矩陣。然而本發(fā)明也同樣可以適用于其它的光源和/或檢測器，例如用于一個鎢燈(Wlamp)或是一個微通道板等。
權(quán)利要求
1.多波長分光光度計，特別是用于液體色層分析，包括光源(1)，采樣盒(3)，用于對從所說的光源(1)射出的光束進行散射的光柵(5)和用于在第一波長范圍內(nèi)檢測被所說的光柵(5)所散射的光的第一多通道光檢測器器，其特征在于利用第二個多通道光檢測器(7)在第二波長范圍內(nèi)檢測被所說的光柵(5)所散射的光，第二波長范圍與所說的第一波長范圍至少部分重疊，如上所述的由上述第二多通道光檢測器檢測到的光與所說的第一多通道光檢測器(6)所檢測到的上述的光具有不同的干涉級次，利用處理器(8)來平均所說的第一和第二光檢測器(6，7)的每一個輸出信號。
2.如權(quán)項1中所述的分光光度計，其特征在于所說的第二光檢測器(7)是用于在所說的光源(1)的發(fā)光強度較低的波長范圍內(nèi)檢測光。
3.如權(quán)項1或2中所述的分光光度計，其特征在于所說的第一光檢測器(6)檢測第一干涉級，第二光檢測器(7)檢測第二干涉級。
4.權(quán)項1到3中任一權(quán)項所述的分光光度計，其特征在于所說的光源(1)是一個燈(deuterium lamp)，所說的第一光檢測器(6)檢測紫外和可見光波長范圍的第一干涉級，并且所說的第二光檢測器(7)檢測可見光波長范圍內(nèi)的第二干涉級。
5.如權(quán)項4中所述的分光光度計，其特征在于所說的第一光檢測器(6)檢測在200到600毫微米波長范圍內(nèi)的光，并且所說的第二光檢測器(7)檢測從400到600毫微米波長范圍內(nèi)的光。
6.如權(quán)項3到5中任一權(quán)項中所述，其特征在于兩個光檢測器(6，7)具有完全相同的光電二極管矩陣，并且兩個光電二極管矩陣(6，7)的輸出信號按照下述公式進行平均K1A +K2B(1) +B(2)2K1+ K2]]>其中，A是第一光電二極管矩陣(6)中光電二極管的輸出信號，該信號覆蓋預定的波長范圍，B(1)和B(2)是第二光電二極管矩陣(7)的兩個相鄰光電二極管的輸出信號，這兩個輸出信號一起覆蓋同一預定的波長范圍，而且K1，K2是輸出信號A和 (B(1)+B(2))/2 的加權(quán)因子。
7.如上述權(quán)項1到5中任何一個權(quán)項所要求的，其特征在于所說的第一光檢測器和所說的第二光檢測器被整體地結(jié)合在一起，因此所說的一個單體光檢測器(60)的一部分檢測一個干涉級次，它的另一部分用于檢測另一個干涉級次。
專利摘要
從光源射出的光被光柵散射。用兩個多通道光檢測器來檢測被散射的光。在相互重迭的波長范圍內(nèi)，用一個光檢測器檢測第一干涉級次，用另一個光檢測器檢測第二干涉級次。對兩個光檢測器的輸出進行平均值運算以改進信號/噪聲比，特別是在光源的發(fā)光強度較低的波長范圍內(nèi)。
文檔編號G01J3/12GK85101174SQ85101174
公開日1987年1月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者野上太郎 申請人:株式會社日立制作所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan