JP2970697B2 - Background removal Fourier transform spectroscopy - Google Patents
Background removal Fourier transform spectroscopyInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、干渉計を用いてインタ
フェログラムを取り出しフーリエ変換して試料の分析ス
ペクトルを得るフーリエ変換分光法に関し、特に、蛍
光、赤外線等の強いバックグラウンド放射が存在する環
境下でバックグラウンドを除去してフーリエ変換分光を
行うバックグラウンド除去フーリエ変換分光法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Fourier transform spectroscopy for obtaining an analysis spectrum of a sample by taking out an interferogram using an interferometer and performing Fourier transform on the interferogram. In particular, there is strong background radiation such as fluorescence and infrared rays. The present invention relates to background-removed Fourier transform spectroscopy that performs Fourier transform spectroscopy while removing the background in an environment.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば、ラマン分光は、測定対象(試
料)に単色光、主にレーザ光を照射し、試料から放射さ
れるラマン光を分光する方法である。しかし、ラマン励
起レーザ光の波長が試料の電子遷移に伴う吸収バンドと
重なるときには、試料から蛍光が放射される。この蛍光
は、しばしばラマン光の波長に重なる上、強い強度であ
るため、ラマン光の測定を妨害する。2. Description of the Related Art Raman spectroscopy, for example, is a method of irradiating a measurement object (sample) with monochromatic light, mainly laser light, and dispersing Raman light emitted from the sample. However, when the wavelength of the Raman-excited laser light overlaps with the absorption band associated with the electronic transition of the sample, fluorescence is emitted from the sample. The fluorescence often overlaps with the wavelength of the Raman light and has a high intensity, which hinders the measurement of the Raman light.
【0003】このような蛍光の除去には、これまでいく
つかの方法が提案、実行されている。その中の1つに、
ラマン励起にパルス発振レーザを用いて、ラマン光と蛍
光の放射時間の違いを利用し、ゲート回路により時間的
に分離する方法がある。すなわち、図8に示すように、
ラマン光はラマン励起パルスレーザ光に遅れることなく
放射するが、蛍光は遅れを伴うため、検知回路に設けた
ゲート回路で蛍光の一部を除去することができる。Several methods have been proposed and implemented to remove such fluorescence. One of them is
There is a method in which a pulse oscillation laser is used for Raman excitation, and the difference in the emission time of Raman light and fluorescence is used to temporally separate by a gate circuit. That is, as shown in FIG.
The Raman light is emitted without delay from the Raman excitation pulsed laser light, but the fluorescence is delayed, so that a part of the fluorescence can be removed by a gate circuit provided in the detection circuit.
【0004】従来は、このようなゲート回路によるバッ
クグラウンド除去は、分散型分光器に用いられていた
が、フーリエ変換分光器においては、光源をパルス動作
させること、及び、このように検知回路にゲート回路を
設けてバックグラウンドを除去することは、何れも行わ
れていなかった。Conventionally, background removal by such a gate circuit has been used in a dispersion type spectroscope. However, in a Fourier transform spectroscope, a light source is operated in a pulsed manner, and a detection circuit is thus used. In any case, no background was removed by providing a gate circuit.
【0005】このような状況の下に、本出願人はすで
に、干渉計を用いてインタフェログラムを取り出しフー
リエ変換して試料の分析スペクトルを得るフーリエ変換
分光法において、光源としてパルス光源を用い、検知器
出力から所定の周波数成分からなるインタフェログラム
を取り出し、これをフーリエ変換することにより、試料
の分析スペクトルを得ることを特徴とするパルス光源を
用いたフーリエ変換分光法を提案した(特願平2−82
126号、特願平3−66704号、特願平3−667
05号(2A89))。この方法は、光源にパルス光源
を利用するので、SOR光源やパルスレーザ励起ラマン
試料等を光源として利用することができ、しかも、測定
対象に光を照射する時間を短くし照射する光量を少なく
することができるので、光照射により影響を受ける測定
対象や連続照射等が好ましくない測定対象に対してもフ
ーリエ変換分光法を適用することができ、応用対象が広
がるものであった。Under such circumstances, the present applicant has already used a pulse light source as a light source in a Fourier transform spectroscopy in which an interferogram is taken out using an interferometer and a Fourier transform is performed to obtain an analysis spectrum of the sample. A Fourier transform spectroscopy using a pulsed light source, characterized in that an interferogram consisting of a predetermined frequency component is extracted from the output of the detector and subjected to a Fourier transform to obtain an analysis spectrum of the sample (Japanese Patent Application No. Hei. -82
No. 126, Japanese Patent Application No. 3-66704, Japanese Patent Application No. 3-667
05 (2A89)). In this method, since a pulsed light source is used as a light source, an SOR light source, a pulsed laser-excited Raman sample, or the like can be used as a light source. Therefore, the Fourier transform spectroscopy can be applied to a measurement object affected by light irradiation or a measurement object for which continuous irradiation or the like is not preferable, and the application object is widened.
【0006】また、同様に、本出願人はすでに、刺激に
対して繰り返し同じ応答を示す測定対象に刺激を周期的
に与え、ラピッドスキャン干渉計を用いた検知器の出力
をサンプリングして刺激よりある遅延時間に対するイン
タフェログラムを取得し、フーリエ変換してスペクトル
により反応状態を測定する時間分解分光測定法であっ
て、測定対象に反応周期の2倍より長い周期で繰り返し
刺激を与えると共に、検知器出力を刺激繰り返し周期の
2分の1の周期で刺激からの遅延時間を制御してサンプ
リングし、サンプリングされた信号から所定の周波数成
分からなるインタフェログラムを取り出すことにより、
励起状態の試料から得られるインタフェログラムと通常
状態の試料から得られるインタフェログラムの差のイン
タフェログラムを取り出し、この差のインタフェログラ
ムをフーリエ変換することにより、前記制御された遅延
時間での測定対象と通常状態での測定対象との差スペク
トルを得ることを特徴とする時間分解フーリエ変換分光
測定法を提案した(特願平1−335748号、特願平
3−64623号、特願平3−64624号。この方法
は、差測定法のメリットである装置の状態、測定環境の
変化に影響されないメリットを有しているものであっ
た。[0006] Similarly, the applicant has already applied the stimulus periodically to a measurement object that repeatedly shows the same response to the stimulus, sampled the output of a detector using a rapid scan interferometer, and performed the sampling. A time-resolved spectrometry for acquiring an interferogram with respect to a certain delay time, and performing a Fourier transform to measure a reaction state by a spectrum, wherein a repetitive stimulus is given to a measurement object at a cycle longer than twice the reaction cycle, and a detector is provided. The output is sampled by controlling the delay time from the stimulus at a half cycle of the stimulus repetition cycle, and an interferogram consisting of a predetermined frequency component is extracted from the sampled signal.
By taking out the interferogram of the difference between the interferogram obtained from the sample in the excited state and the interferogram obtained from the sample in the normal state, and performing the Fourier transform on the interferogram of the difference, the measurement object at the controlled delay time is obtained. A time-resolved Fourier transform spectroscopic measurement method characterized by obtaining a difference spectrum from a measurement object in a normal state has been proposed (Japanese Patent Application Nos. 1-335748, 3-64623 and 3-64624). This method had the advantage of being unaffected by changes in the state of the device and the measurement environment, which are the advantages of the difference measurement method.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
本出願人によるパルス光源を用いるフーリエ変換分光法
においては、強いバックグラウンド光やラマン分光にお
ける蛍光の除去対策は施されていない。However, in the above-described Fourier transform spectroscopy using the pulse light source by the present applicant, no measure is taken to eliminate strong background light or fluorescence in Raman spectroscopy.
【0008】本発明はこのような状況に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、上記した本出願人の提案に係
るパルス光源を用いたフーリエ変換分光法において、蛍
光等のバックグラウンド光を除去するようすることであ
る。The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to reduce background light such as fluorescence in Fourier transform spectroscopy using a pulsed light source proposed by the present applicant. To remove it.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】そのために、本発明のバ
ックグラウンド除去フーリエ変換分光法は、光源として
一定周期で発光するパルス光源又はラマン励起用パルス
レーザを用い、ラピッドスキャン干渉計を用いた検出器
出力からインタフェログラムを取得し、フーリエ変換し
て測定光のスペクトルを得るフーリエ変換分光法におい
て、検出器出力から前記光源が発光している間だけの信
号を取り出し、その信号の所定周波数範囲の成分を抽出
し、サンプリングしてフーリエ変換することにより、測
定光のスペクトルを得ることを特徴とする方法である。For this purpose, the background-removed Fourier transform spectroscopy of the present invention uses a pulsed light source emitting light at a constant period or a pulsed laser for Raman excitation as a light source and performs detection using a rapid scan interferometer. In the Fourier transform spectroscopy that obtains the interferogram from the detector output and obtains the spectrum of the measurement light by performing the Fourier transform, a signal is extracted from the detector output only while the light source emits light, and a predetermined frequency range of the signal is extracted. This method is characterized in that a component is extracted, sampled, and Fourier-transformed to obtain a spectrum of the measurement light.
【0010】この場合、検出器出力から前記光源が発光
した後の所定の遅延時間においても信号を取り出し、そ
の信号の所定周波数範囲の成分を抽出し、サンプリング
してフーリエ変換することによりバックグラウンドのス
ペクトルを得て、前記光源が発光している間だけの信号
から得たスペクトルからこのバックグラウンドスペクト
ルを差し引き処理することにより、測定光のスペクトル
を得るようにすると、蛍光等のバックグラウンドをより
確実に除去することができる。In this case, a signal is extracted from the detector output even at a predetermined delay time after the light source emits light, a component of the signal in a predetermined frequency range is extracted, sampled, and Fourier-transformed to obtain a background signal. By obtaining the spectrum and subtracting this background spectrum from the spectrum obtained from the signal only while the light source is emitting light, the spectrum of the measurement light is obtained, so that the background such as fluorescence can be more reliably obtained. Can be removed.
【0011】[0011]
【作用】本発明のフーリエ変換分光法では、ラピッドス
キャン干渉計を用いた検出器出力からパルス光源又はラ
マン励起用パルスレーザが発光している間だけの信号を
取り出し、その信号の所定周波数範囲の成分を抽出し、
サンプリングしてフーリエ変換することにより、測定光
のスペクトルを得るので、強いバックグラウンド光やラ
マン分光における蛍光を除去して、微弱なラマン光等を
正確に分光測定することができる。According to the Fourier transform spectroscopy of the present invention, a signal is extracted from a detector output using a rapid scan interferometer only while the pulsed light source or the Raman excitation pulsed laser is emitting light, and a signal within a predetermined frequency range of the signal is obtained. Extract the ingredients,
Since the spectrum of the measurement light is obtained by sampling and performing Fourier transform, strong background light and fluorescence in Raman spectroscopy are removed, and weak Raman light and the like can be accurately measured.
【0012】なお、本発明の前提の方法と同様、光源に
パルス光源を利用するので、SOR光源やパルスレーザ
励起ラマン試料等を光源として利用することもでき、し
かも、測定対象に光を照射する時間を短くし照射する光
量を少なくすることができるので、光照射により影響を
受ける測定対象や連続照射等が好ましくない測定対象に
対してもフーリエ変換分光法を適用することができ、応
用対象が広がるものである。Since a pulsed light source is used as the light source in the same manner as in the premise of the present invention, an SOR light source, a pulsed laser-excited Raman sample, or the like can be used as a light source. Since the time can be shortened and the amount of light to be irradiated can be reduced, Fourier transform spectroscopy can be applied to measurement objects affected by light irradiation or measurement objects where continuous irradiation is not preferable. It spreads.
【0013】しかも、本発明の前提の方法に比べて、単
にゲート回路を付加すると言う単純な変更のみで、この
方法を実施する装置を構成することができる。Moreover, as compared with the method presupposed by the present invention, an apparatus for implementing this method can be constructed with only a simple change of simply adding a gate circuit.
【0014】[0014]
【実施例】以下、図面を参照にして本発明の実施例につ
いて説明するが、説明は先に出願したものを基本にす
る。図1に本発明に係るパルス光源を用いたフーリエ変
換分光法の第1の実施例の方法を実施するためのフーリ
エ変換分光装置の基本構成を示す。これは、先に示した
特願平2−82126号の方法を改良したものである。
図1において、1はラマン励起用のパルスレーザ(通常
の分光のときは、周期パルス光源を用いる。)、2は試
料、3は干渉計、4は検知器、5はプリアンプ、6はゲ
ート回路、7はローパスフィルタ、8はメインアンプ、
9はAD変換器、10はコンピュータを示す。ゲート回
路6には、パルスレーザ1の発光と同期したトリガ信号
が入力しており、パルスレーザ1の発光時間のみ開くよ
うになっている。また、パルスレーザ1の発光周期は、
AD変換器9のサンプリング周期と非同期で、検知器4
から得られるインタフェログラム信号の持っている最大
周波数fmax の2倍の逆数より短く設定されている。す
なわち、パルスレーザ1の発光周期をτとすると、τ<
1/2fmax 、又は、fmax <1/2τに設定されてい
る。これに伴って、ローパスフィルタ7の通過帯域の上
限はfmax に設定されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a basic configuration of a Fourier transform spectroscope for performing the method of the first embodiment of the Fourier transform spectroscopy using the pulse light source according to the present invention. This is an improvement of the method of Japanese Patent Application No. 2-82126 described above.
In FIG. 1, 1 is a pulsed laser for Raman excitation (a periodic pulse light source is used for ordinary spectroscopy), 2 is a sample, 3 is an interferometer, 4 is a detector, 5 is a preamplifier, and 6 is a gate circuit. , 7 is a low-pass filter, 8 is a main amplifier,
9 denotes an AD converter and 10 denotes a computer. A trigger signal synchronized with the light emission of the pulse laser 1 is input to the gate circuit 6, so that only the light emission time of the pulse laser 1 is opened. The emission cycle of the pulse laser 1 is
Asynchronously with the sampling cycle of the AD converter 9, the detector 4
Is set to be shorter than twice the reciprocal of the maximum frequency f max of the interferogram signal obtained from. That is, if the emission cycle of the pulse laser 1 is τ, τ <
1 / 2f max, or is set to f max <1 / 2τ. Accordingly, the upper limit of the pass band of the low-pass filter 7 is set to f max .
【0015】図1の装置は、先の特願平2−82126
号の場合と基本的に同じであるが、ゲート回路6を設け
た点のみで異なる。動作も基本的に上記出願のものと同
じであが、ゲート回路6を設けたことにより、ラマン励
起に伴う蛍光を除去することができる。この点が本発明
の方法の特徴であり、図2を参照にして説明する。ラマ
ン励起用に連続発振レーザを用いた場合であって蛍光が
ない場合、試料2から放射されるラマン光は干渉計3に
より変調を受け、検知器4からは図2(A)のようなイ
ンタフェログラムが得られるものとする。しかし、実際
には、試料2から時間遅れを伴って蛍光が発せられるた
め、パルスレーザ1から図2(B)のようなパルス光で
ラマン励起をすると、同図(C)に実線で示したラマン
光のデジタルインタフェログラム信号に加えて、点線で
示すような蛍光による信号が検知されてしまう。プリア
ンプ5の次にゲート回路6を設け、パルスレーザ1の発
光時間のみ開くようになっているので、図2(C)の点
線で示す蛍光による信号はカットされ、同図(D)に示
すように、本来のラマン光のデジタルインタフェログラ
ムが得られる。この信号をローパスフィルタ7を通すこ
とにより、同図(E)に示すような目的とするアナログ
インタフェログラムが得られ、これをAD変換器9でサ
ンプルしてコンピュータ10でフーリエ変換することに
より、試料2からのラマン光の分光分析ができる。The apparatus shown in FIG. 1 is disclosed in Japanese Patent Application No. 2-82126.
1 is basically the same as that of FIG. 1, except that a gate circuit 6 is provided. The operation is basically the same as that of the above-mentioned application, but by providing the gate circuit 6, the fluorescence accompanying the Raman excitation can be removed. This is a feature of the method of the present invention, which will be described with reference to FIG. In the case where a continuous wave laser is used for Raman excitation and there is no fluorescence, the Raman light emitted from the sample 2 is modulated by the interferometer 3, and the detector 4 outputs an interface as shown in FIG. Program is obtained. However, in actuality, since fluorescence is emitted from the sample 2 with a time delay, when Raman excitation is performed from the pulse laser 1 with pulsed light as shown in FIG. 2 (B), it is shown by a solid line in FIG. 2 (C). In addition to the Raman light digital interferogram signal, a signal due to fluorescence as shown by a dotted line is detected. Since a gate circuit 6 is provided next to the preamplifier 5 so as to open only during the emission time of the pulse laser 1, the signal due to the fluorescence indicated by the dotted line in FIG. 2C is cut off, as shown in FIG. Then, an original digital interferogram of Raman light is obtained. By passing this signal through a low-pass filter 7, an intended analog interferogram as shown in FIG. 4E is obtained, which is sampled by an AD converter 9 and Fourier-transformed by a computer 10 to obtain a sample. 2. Spectroscopic analysis of Raman light from 2.
【0016】次の実施例は、装置としては図1の構成の
もの用いるが、パルスレーザ1の発光周期はAD変換器
9のサンプリング周期と非同期であり、かつ、パルスレ
ーザ1の発光周波数を1/τとしたとき、検知器4から
得られるインタフェログラム信号すなわち干渉計3によ
って変調されたラマン光が、m/2τ<f<(m+1)
/2τ(mは正の整数)の範囲のみに周波数成分fを有
する場合である。ローパスフィルタ7の通過周波数は1
/2τに制限される。これは、特願平3−66705号
の方法を改良したものであり、第1の実施例の場合と異
なるのは、ローパスフィルタ7を通過した信号をコンピ
ュータ10で位相補正と波数を復元する波数変換処理を
行うことである。この場合も、同様にラマン励起に伴う
蛍光を除去してフーリエ変換分光をしている。詳細は、
特願平3−66705号を参照されたい。In the following embodiment, an apparatus having the structure shown in FIG. 1 is used, but the light emission cycle of the pulse laser 1 is asynchronous with the sampling cycle of the AD converter 9 and the light emission frequency of the pulse laser 1 is 1 / Τ, the interferogram signal obtained from the detector 4, that is, the Raman light modulated by the interferometer 3 is m / 2τ <f <(m + 1)
/ 2τ (m is a positive integer) only in the case where the frequency component f is present. The pass frequency of the low-pass filter 7 is 1
/ 2τ. This is an improvement of the method of Japanese Patent Application No. 3-66705, and differs from the first embodiment in that the signal passed through the low-pass filter 7 is phase-corrected by the computer 10 and the wave number for restoring the wave number. Performing the conversion process. In this case, similarly, Fourier transform spectroscopy is performed by removing fluorescence accompanying Raman excitation. Detail is,
See Japanese Patent Application No. 3-66705.
【0017】さらに、別の実施例を図3に示す。この場
合も、パルスレーザ1の発光周期はAD変換器9のサン
プリング周期と非同期であり、かつ、パルスレーザ1の
発光周波数を1/τとしたとき、検知器4から得られる
インタフェログラム信号すなわち干渉計3によって変調
されたラマン光が、m/2τ<f<(m+1)/2τ
(mは正の整数)の範囲のみに周波数成分fを有する場
合である。図1の装置と異なるのは、ローパスフィルタ
7の代わりにバンドパスフィルタ11を設けた点であ
り、同様にラマン励起に伴う蛍光を除去してフーリエ変
換分光をしている。バンドパスフィルタ11の通過帯域
は1/2τ<f<1/τに設定される。これは、特願平
3−66704号の方法を改良したものであり、詳細は
その明細書を参照されたい。FIG. 3 shows another embodiment. Also in this case, the emission cycle of the pulse laser 1 is asynchronous with the sampling cycle of the AD converter 9, and when the emission frequency of the pulse laser 1 is 1 / τ, an interferogram signal obtained from the detector 4, ie, interference The Raman light modulated by the total 3 is m / 2τ <f <(m + 1) / 2τ
This is the case where the frequency component f is present only in the range (m is a positive integer). The difference from the apparatus of FIG. 1 is that a band-pass filter 11 is provided instead of the low-pass filter 7. Similarly, Fourier transform spectroscopy is performed by removing the fluorescence accompanying Raman excitation. The pass band of the band-pass filter 11 is set to 1 / 2τ <f <1 / τ. This is an improvement of the method disclosed in Japanese Patent Application No. 3-66704, which is described in detail in the specification.
【0018】ところで、先に述べた特願平1−3357
48号において、図9に示すように、レーザ照射に対し
て繰り返し同じ蛍光を発光する試料21について、レー
ザ照射より所定の遅延時間と通常状態の差のインターフ
ェログラムを取得して測定対象の反応過程でのスペクト
ル状態を得る時間分解分光測定法を提案した。このため
の装置は、図9に示すように、パルスレーザ33、試料
21、干渉計22、検出器23、タイマー24、分周回
路25、可変型遅延回路26、プリアンプ29、ゲート
回路32、バンドパスフィルタ30、ロックインアンプ
31、メインアンプ33、AD変換器34、コンピュー
タ35からなり、試料21は、レーザ照射に対して繰り
返し同じ応答を示す反応周期τ′の測定対象であり、タ
イマー24は、周期τ/2(≧反応周期τ′)のクロッ
ク信号を発生するものである。分周回路25は、タイマ
ー24のクロック信号を1/2分周し、その分周した周
期τの信号をパルスレーザ33及びロックインアンプ3
1に供給するものである。パルスレーザ33は、干渉計
22の持つ基準信号とは非同期で、分周回路25で生成
された信号に基づいて試料21に刺激を与えるものであ
る。可変型遅延回路26は、タイマー24のクロック信
号から一定時間Δτだけ遅延したトリガーを生成してゲ
ート回路32を制御するものである。ゲート回路32
は、周期τ/2に対して十分狭いゲート幅を持つもので
あり、トリガーのある間だけ信号を通すものである。Incidentally, the aforementioned Japanese Patent Application No. Hei.
In No. 48, as shown in FIG. 9, for a sample 21 that repeatedly emits the same fluorescence upon laser irradiation, an interferogram of a difference between a predetermined delay time and a normal state from the laser irradiation is acquired and the reaction of the measurement target is performed. A time-resolved spectrometry method to obtain the spectral state in the process was proposed. As shown in FIG. 9, the apparatus for this includes a pulse laser 33, a sample 21, an interferometer 22, a detector 23, a timer 24, a frequency divider 25, a variable delay circuit 26, a preamplifier 29, a gate circuit 32, The sample 21 is a measurement target of a reaction cycle τ ′ that repeatedly shows the same response to laser irradiation, and includes a pass filter 30, a lock-in amplifier 31, a main amplifier 33, an AD converter 34, and a computer 35. , A clock signal having a period τ / 2 (≧ reaction period τ ′). The frequency dividing circuit 25 divides the clock signal of the timer 24 by 1 / and divides the signal of the divided period τ into the pulse laser 33 and the lock-in amplifier 3.
1. The pulse laser 33 stimulates the sample 21 based on the signal generated by the frequency dividing circuit 25, asynchronously with the reference signal of the interferometer 22. The variable delay circuit 26 controls the gate circuit 32 by generating a trigger delayed by a certain time Δτ from the clock signal of the timer 24. Gate circuit 32
Has a gate width sufficiently narrow with respect to the period τ / 2, and passes a signal only while a trigger is present.
【0019】このように構成して、レーザ照射後一定時
間Δτだけ遅延した状態の試料から得られるインタフェ
ログラムと通常状態の試料から得られるインタフェログ
ラムの差のインタフェログラムを取り出すことができ
る。これをA/D変換器34に通し、コンピュータ35
に取り込んでフーリエ変換を施すことにより、レーザ照
射より所定の遅延時間と通常状態の差のスペクトルが得
られる。なお、この図の場合、パルスレーザ照射の周期
がインタフェログラム信号の持っている最大周波数f
max の2倍の逆数より短いものを前提としていた。パル
スレーザ照射の周期をτとすると、τ<1/2fmax を
前提としていた。また、バンドパスフィルタ30の通過
帯域は1/2τ<f<1/τに設定されていた。With this configuration, an interferogram of a difference between an interferogram obtained from a sample in a state delayed by a certain time Δτ after laser irradiation and an interferogram obtained from a sample in a normal state can be extracted. This is passed through an A / D converter 34 and a computer 35
, And a Fourier transform is performed to obtain a spectrum of a difference between a predetermined delay time and a normal state after laser irradiation. In the case of this figure, the cycle of pulsed laser irradiation is the maximum frequency f of the interferogram signal.
It was assumed that it was shorter than the reciprocal of twice max . When the period of the pulsed laser radiation and tau, was based on the assumption τ <1 / 2f max. Further, the pass band of the band-pass filter 30 is set to 1 / 2τ <f <1 / τ.
【0020】この図9の装置において、可変型遅延回路
26の遅延時間Δτをゼロに設定することで、試料21
に励起パルスレーザ光を照射した瞬間の蛍光とレーザ光
非照射時の間の差スペクトル、すなわち、レーザ光照射
時のスペクトルから非照射時のバックグラウンドになる
スペクトルを引いたスペクトルを得ることができること
が分る。しかも、レーザ光照射時のスペクトルについて
は、ゲート回路32でパルスレーザ光照射時のみの信号
を得ているので、時間遅れの蛍光がカットされるため、
バックグラウンドが二重に除去されることになる。この
装置は、その装置構成から、蛍光スペクトル測定のみな
らず、ラマン分光測定にも用いることができる。In the apparatus shown in FIG. 9, by setting the delay time Δτ of the variable delay circuit 26 to zero, the sample 21
It can be seen that the difference spectrum between the fluorescence at the moment of irradiating the excitation pulse laser beam and the laser beam non-irradiation, that is, the spectrum obtained by subtracting the background spectrum at the time of non-irradiation from the spectrum at the time of laser beam irradiation can be obtained. You. In addition, regarding the spectrum at the time of laser light irradiation, since the signal is obtained only at the time of pulse laser light irradiation by the gate circuit 32, the fluorescence with a time delay is cut off.
The background will be removed twice. This apparatus can be used not only for fluorescence spectrum measurement but also for Raman spectroscopy because of its configuration.
【0021】図4は、以上の考え方から、差スペクトル
測定に本発明を適用した装置の構成を示すものである。
構成は、図9の場合とほぼ同様であるが、可変型遅延回
路は最早必要ない。構成要素を簡単に示すと、ラマン励
起用パルスレーザ1、試料2、干渉計3、検知器4、タ
イマー12、分周器13、プリアンプ5、ゲート回路
6、バンドパスフィルタ11、ロックインアンプ14、
メインアンプ8、AD変換器9、コンピュータ10から
なり、試料2は、レーザ照射に対して繰り返し同じ応答
を示す反応周期τ′の測定対象であり(実は、この要件
は、図1、図3の場合も必要なものである。)、タイマ
ー12は、周期τ/2(≧反応周期τ′)のクロック信
号を発生するものである。分周器13は、タイマー12
のクロック信号を1/2分周し、その分周した周期τの
信号をパルスレーザ1及びロックインアンプ14に供給
するものである。パルスレーザ1は、干渉計22の持つ
基準信号とは非同期で、分周器13で生成された信号に
基づいて試料2を励起するものである。ゲート回路32
は、周期τ/2に対して十分狭いゲート幅を持つもので
あり、トリガーのある間すなわちパルスレーザ1が発光
している期間だけ信号を通すものである。そして、パル
スレーザ1照射の周期は、インタフェログラム信号の持
っている最大周波数fmax の2倍の逆数より短く設定さ
れている。また、バンドパスフィルタ11の通過帯域
は、1/2τ<f<1/τに設定されている。このよう
な構成により、励起パルスレーザ光を照射した時のラマ
ン光から非照射時のバックグラウンドになる光を差し引
いたスペクトルを、蛍光を除去して求めることができ
る。FIG. 4 shows the configuration of an apparatus to which the present invention is applied for difference spectrum measurement based on the above concept.
The configuration is almost the same as that of FIG. 9, but the variable delay circuit is no longer necessary. In brief, the components are: a Raman excitation pulse laser 1, a sample 2, an interferometer 3, a detector 4, a timer 12, a frequency divider 13, a preamplifier 5, a gate circuit 6, a band pass filter 11, a lock-in amplifier 14. ,
The sample 2 is composed of a main amplifier 8, an AD converter 9, and a computer 10. The sample 2 is an object to be measured for a reaction period τ ′ that repeatedly shows the same response to laser irradiation (actually, this requirement is shown in FIGS. 1 and 3). The timer 12 generates a clock signal having a period τ / 2 (≧ reaction period τ ′). The frequency divider 13 has a timer 12
Is divided into, and a signal of the divided cycle τ is supplied to the pulse laser 1 and the lock-in amplifier 14. The pulse laser 1 excites the sample 2 based on the signal generated by the frequency divider 13 asynchronously with the reference signal of the interferometer 22. Gate circuit 32
Has a gate width sufficiently narrow with respect to the period τ / 2, and allows a signal to pass only during a trigger, that is, a period during which the pulse laser 1 emits light. The period of irradiation of the pulse laser 1 is set shorter than the reciprocal of twice the maximum frequency f max of the interferogram signal. The pass band of the band-pass filter 11 is set to 1 / 2τ <f <1 / τ. With such a configuration, a spectrum obtained by subtracting the light that becomes the background when no irradiation is performed from the Raman light when the excitation pulse laser light is irradiated can be obtained by removing the fluorescence.
【0022】この場合も、図1、図2の場合と同様、パ
ルスレーザ1の発光周期がAD変換器9のサンプリング
周期と非同期で、かつ、パルスレーザ1の発光周波数を
1/τとしたとき、干渉計3によって変調されたラマン
光が、m/2τ<f<(m+1)/2τ(mは正の整
数)の範囲のみに周波数成分fを有する場合に適用でき
る。この場合は、図5に示すように、図4のバンドパス
フィルタ11の代わりにローパスフィルタ7を用いる。
これは、前記した特願平3−64623号及び特願平3
−64624号の方法を改良したものであり、詳細はそ
の明細書を参照されたい。この場合も、図4の場合と同
様に、励起パルスレーザ光を照射した時のラマン光から
非照射時のバックグラウンドになる光を差し引いたスペ
クトルを、蛍光を除去して求めることができる。なお、
図5において、ロックインアンプ14を省き、その代わ
りに、ローパスフィルタ7を通過した信号をコンピュー
タ10で位相補正と波数を復元する波数変換処理を行う
ようにしてもよい。Also in this case, as in the case of FIGS. 1 and 2, when the light emitting cycle of the pulse laser 1 is asynchronous with the sampling cycle of the AD converter 9, and the light emitting frequency of the pulse laser 1 is 1 / τ. This can be applied to a case where the Raman light modulated by the interferometer 3 has the frequency component f only in the range of m / 2τ <f <(m + 1) / 2τ (m is a positive integer). In this case, as shown in FIG. 5, a low-pass filter 7 is used instead of the band-pass filter 11 of FIG.
This is based on the aforementioned Japanese Patent Application Nos. Hei 3-64623 and Hei 3
It is a modification of the method of U.S. Pat. No.-64624, the details of which are incorporated herein by reference. Also in this case, similarly to the case of FIG. 4, the spectrum obtained by subtracting the background light without irradiation from the Raman light when the excitation pulse laser light is irradiated can be obtained by removing the fluorescence. In addition,
In FIG. 5, the lock-in amplifier 14 may be omitted, and instead, the signal passing through the low-pass filter 7 may be subjected to phase correction and wave number conversion processing for restoring the wave number by the computer 10.
【0023】同様な差スペクトル測定は、図1、図3に
示したような測定チャンネルを2系列設けることによっ
ても構成できる。すなわち、図6は、図1の場合と同
様、パルスレーザ1の発光周期τが検知器4から得られ
るインタフェログラム信号の持っている最大周波数f
max の2倍の逆数より短く設定されている場合の差スペ
クトルを測定するための構成を示すもので、図1のプリ
アンプ5より後に、ゲート回路6、ローパスフィルタ
7、メインアンプ8、AD変換器9、コンピュータ10
からなるチャンネルと同様の、ゲート回路6′、ローパ
スフィルタ7′、メインアンプ8′、AD変換器9′、
コンピュータ10′からなるチャンネル(図示の場合
は、コンピュータ10′はコンピュータ10と共用して
いる。)を並列にもう1つ設けて構成している。そし
て、ゲート回路6′を遅延回路15によりパルスレーザ
1が発光した時間より後の所定の遅延時間Δτにおいて
のみ開くように構成されている。したがって、この遅延
時間Δτにおいて測定する追加のチャンネルからは、励
起パルスレーザ光非照射時の蛍光、バックグラウンド光
等のスペクトル分布が得られるので、遅延時間なしのチ
ャンネルで測定した励起パルスレーザ光照射時の測定ス
ペクトルからこの非照射時のスペクトルを差し引くこと
により、より正確なラマンスペクトルを得ることができ
る。この差し引き処理は、コンピュータ10にて行われ
る。ところで、図8を参照にして、蛍光はラマン励起パ
ルスレーザ光から遅れて発光すると説明したが、図8か
らも明らかなように、ラマン励起とほぼ同時に多少なり
とも蛍光を発する。したがって、遅延時間をおかないで
ゲートをかけて測定した測定値には、この同時発光蛍光
分が含まれてしまう。遅延時間Δτにおいてもその遅延
時間に応じた強度の蛍光を発しているので、このような
蛍光分を完全に取り除くには、ラマン励起時と遅延時間
Δτにおける蛍光強度の比が予め既知であれば、上記差
し引き処理において、遅延時間Δτで測定した値にその
比の逆数を掛けて差し引きするようにすればよい。この
ような処理が可能な点は、図6のものの図4ないし図5
のものに対するメリットと言える。なお、遅延時間Δτ
時間は調整可能に構成するのが望ましい。A similar difference spectrum measurement can also be configured by providing two measurement channels as shown in FIGS. That is, FIG. 6 shows that the light emission period τ of the pulse laser 1 is the maximum frequency f of the interferogram signal obtained from the detector 4 as in the case of FIG.
1 shows a configuration for measuring a difference spectrum in a case where the difference spectrum is set to be shorter than twice the reciprocal of max . After the preamplifier 5 in FIG. 1, a gate circuit 6, a low-pass filter 7, a main amplifier 8, an AD converter 9. Computer 10
Gate circuit 6 ', low-pass filter 7', main amplifier 8 ', AD converter 9',
Another channel (computer 10 'is shared with computer 10 in the illustrated case) comprising computer 10' is provided in parallel. The gate circuit 6 'is configured to open only at a predetermined delay time Δτ after the time when the pulse laser 1 emits light by the delay circuit 15. Therefore, from the additional channel measured at the delay time Δτ, a spectrum distribution of fluorescence, background light, and the like when the excitation pulse laser beam is not irradiated can be obtained. By subtracting the non-irradiated spectrum from the measured spectrum at the time, a more accurate Raman spectrum can be obtained. This deduction processing is performed by the computer 10. By the way, with reference to FIG. 8, it has been described that the fluorescent light is emitted with a delay from the Raman-excited pulsed laser light. However, as is apparent from FIG. 8, the fluorescent light is emitted to some extent almost simultaneously with the Raman excitation. Therefore, the measurement value obtained by applying a gate without a delay time includes the simultaneous emission fluorescent light component. Even in the delay time Δτ, fluorescence having an intensity in accordance with the delay time is emitted.To completely remove such fluorescence, if the ratio of the fluorescence intensity at the time of Raman excitation and the delay time Δτ is known in advance. In the subtraction process, the value measured by the delay time Δτ may be subtracted by multiplying the value measured by the reciprocal of the ratio. The point that such a process is possible is shown in FIGS.
It can be said that it is an advantage for the thing. Note that the delay time Δτ
Preferably, the time is adjustable.
【0024】図7の場合は、図3の場合と同様、干渉計
3によって変調されたラマン光が、m/2τ<f<(m
+1)/2τ(mは正の整数)の範囲のみに周波数成分
fを有する場合の差スペクトルを測定するための構成を
示すもので、図3のプリアンプ5より後に、ゲート回路
6、バンドパスフィルタ11、メインアンプ8、AD変
換器9、コンピュータ10からなるチャンネルと同様
の、ゲート回路6′、バンドパスフィルタ11′、メイ
ンアンプ8′、AD変換器9′、コンピュータ10′か
らなるチャンネル(図示の場合は、コンピュータ10′
はコンピュータ10と共用している。)を並列にもう1
つ設けて構成している。作用は以上の説明より明らかで
あるので、省略する。In the case of FIG. 7, as in the case of FIG. 3, the Raman light modulated by the interferometer 3 is m / 2τ <f <(m
+1) / 2τ (m is a positive integer) and shows a configuration for measuring a difference spectrum when the frequency spectrum has a frequency component f. The gate circuit 6 and the band-pass filter are provided after the preamplifier 5 in FIG. 11, a channel comprising a gate circuit 6 ', a bandpass filter 11', a main amplifier 8 ', an AD converter 9', and a computer 10 '(similar to the channel comprising the main amplifier 8, the AD converter 9, and the computer 10). , The computer 10 '
Are shared with the computer 10. ) Another one in parallel
One is provided. The operation is clear from the above description, and will not be described.
【0025】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
るものではなく、種々の変形が可能である。また、本発
明のバックグラウンド除去フーリエ変換分光法を時間分
解分光測定法に適用することもできる。It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. The background-eliminated Fourier transform spectroscopy of the present invention can also be applied to time-resolved spectroscopy.
【0026】[0026]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のバックグラウンド除去フーリエ変換分光法によれば、
ラピッドスキャン干渉計を用いた検出器出力からパルス
光源又はラマン励起用パルスレーザが発光している間だ
けの信号を取り出し、その信号の所定周波数範囲の成分
を抽出し、サンプリングしてフーリエ変換することによ
り、測定光のスペクトルを得るので、強いバックグラウ
ンド光やラマン分光における蛍光を除去して、微弱なラ
マン光等を正確に分光測定することができる。As is apparent from the above description, according to the background-eliminated Fourier transform spectroscopy of the present invention,
Extracting a signal from the detector output using a rapid scan interferometer only while the pulsed light source or the pulsed laser for Raman excitation is emitting light, extracting a component of the signal in a predetermined frequency range, sampling, and performing Fourier transform. As a result, since the spectrum of the measurement light is obtained, strong background light and fluorescence in Raman spectroscopy are removed, and weak Raman light and the like can be accurately spectroscopically measured.
【0027】なお、本発明の前提の方法と同様、光源に
パルス光源を利用するので、SOR光源やパルスレーザ
励起ラマン試料等を光源として利用することもでき、し
かも、測定対象に光を照射する時間を短くし照射する光
量を少なくすることができるので、光照射により影響を
受ける測定対象や連続照射等が好ましくない測定対象に
対してもフーリエ変換分光法を適用することができ、応
用対象が広がるものである。Since a pulsed light source is used as the light source as in the premise of the present invention, an SOR light source, a pulsed laser-excited Raman sample, or the like can be used as the light source, and the object to be measured is irradiated with light. Since the time can be shortened and the amount of light to be irradiated can be reduced, Fourier transform spectroscopy can be applied to measurement objects affected by light irradiation or measurement objects where continuous irradiation is not preferable. It spreads.
【0028】しかも、本発明の前提の方法に比べて、単
にゲート回路を付加すると言う単純な変更のみで、この
方法を実施する装置を構成することができる。Moreover, as compared with the method presupposed by the present invention, an apparatus for implementing this method can be constructed with only a simple change of simply adding a gate circuit.
【図1】本発明に係るバックグラウンド除去フーリエ変
換分光法を実施するためのフーリエ変換分光装置の実施
例1、2の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a first or second embodiment of a Fourier transform spectroscope for performing a background removal Fourier transform spectroscopy according to the present invention.
【図2】図1の装置のバックグラウンド除去作用を説明
するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a background removing operation of the apparatus of FIG. 1;
【図3】本発明の方法を実施するための装置の別の実施
例の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of another embodiment of an apparatus for performing the method of the present invention.
【図4】さらに別の実施例の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration of still another embodiment.
【図5】もう1つの実施例の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of another embodiment.
【図6】差測定のための別の実施例の構成を示す図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of another embodiment for difference measurement.
【図7】差測定のためのさらに別の実施例の構成を示す
図である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of still another embodiment for difference measurement.
【図8】ラマン励起パルスレーザ光とそれに伴うラマン
光、蛍光、ゲート信号の関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the Raman pump pulsed laser light and the accompanying Raman light, fluorescence, and gate signal.
【図9】本発明の前提になる時間分解フーリエ変換分光
装置の1つの構成を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining one configuration of a time-resolved Fourier transform spectrometer that is a premise of the present invention.
1…パルスレーザ 2…試料 3…干渉計 4…検知器 5…プリアンプ 6、6′…ゲート回路 7、7′…ローパスフィルタ 8、8′…メインアンプ 9、9′…AD変換器 10…コンピュータ 11、11′…バンドパスフィルタ 12…タイマー 13…分周器 14…ロックインアンプ 15…遅延回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pulse laser 2 ... Sample 3 ... Interferometer 4 ... Detector 5 ... Preamplifier 6, 6 '... Gate circuit 7, 7' ... Low-pass filter 8, 8 '... Main amplifier 9, 9' ... AD converter 10 ... Computer 11, 11 ': bandpass filter 12: timer 13, frequency divider 14: lock-in amplifier 15: delay circuit
Claims (2)
源又はラマン励起用パルスレーザを用い、ラピッドスキ
ャン干渉計を用いた検出器出力からインタフェログラム
を取得し、フーリエ変換して測定光のスペクトルを得る
フーリエ変換分光法において、検出器出力から前記光源
が発光している間だけの信号を取り出し、その信号の所
定周波数範囲の成分を抽出し、サンプリングしてフーリ
エ変換することにより、測定光のスペクトルを得ること
を特徴とするバックグラウンド除去フーリエ変換分光
法。An interferogram is obtained from a detector output using a rapid scan interferometer, and a spectrum of a measurement light is obtained by performing a Fourier transform using a pulse light source emitting light at a constant period or a pulse laser for Raman excitation as a light source. In Fourier transform spectroscopy, a signal is extracted from a detector output only while the light source is emitting light, a component in a predetermined frequency range of the signal is extracted, sampled, and subjected to Fourier transform to obtain a spectrum of the measurement light. Background removal Fourier transform spectroscopy.
所定の遅延時間においても信号を取り出し、その信号の
所定周波数範囲の成分を抽出し、サンプリングしてフー
リエ変換することによりバックグラウンドのスペクトル
を得て、前記光源が発光している間だけの信号から得た
スペクトルからこのバックグラウンドスペクトルを差し
引き処理することにより、測定光のスペクトルを得るこ
とを特徴とする請求項1記載のバックグラウンド除去フ
ーリエ変換分光法。2. A signal of a background is obtained by extracting a signal from a detector output even at a predetermined delay time after the light source emits light, extracting a component of the signal in a predetermined frequency range, sampling and performing Fourier transform. 2. The background removal according to claim 1, wherein the background spectrum is subtracted from a spectrum obtained from a signal only while the light source emits light, thereby obtaining a spectrum of the measurement light. Fourier transform spectroscopy.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP9511591A JP2970697B2 (en) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | Background removal Fourier transform spectroscopy |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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