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JP2009068884A - Rotation angle measuring instrument - Google Patents

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JP2009068884A
JP2009068884A JP2007235164A JP2007235164A JP2009068884A JP 2009068884 A JP2009068884 A JP 2009068884A JP 2007235164 A JP2007235164 A JP 2007235164A JP 2007235164 A JP2007235164 A JP 2007235164A JP 2009068884 A JP2009068884 A JP 2009068884A
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JP
Japan
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phase modulation
polarizer
optical rotation
signal
light
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Withdrawn
Application number
JP2007235164A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Yamamoto
敦 山本
Kazuichi Hayakawa
和一 早川
Mitsunori Sakamoto
光徳 坂本
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Chubu University
Original Assignee
Chubu University
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable measurement of the angle of rotation by a simple signal processing, using the configuration of a device which is devised as a small-sized and compact circular dichroism detector for HPLC. <P>SOLUTION: A rotation angle measuring instrument is equipped with a circular dichroism detecting mechanism which is configured by disposing a light source 10, a polarizer 25, PEM 13, a flow cell 15 and a photodetector 19 so that light is transmitted in this sequence and by disposing a diffraction grating G between the polarizer and the PEM. In this mechanism, an analyzer is disposed between the flow cell and the photodetector so that an included angle formed by the direction of oscillation of the PEM and the direction of a transmission easiness axis of the polarizer be made smaller than π/4 enabling attainment of a maximum phase modulation width. Thereby the phase modulation width δ is set to be smaller than π/4. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、旋光度測定装置に関するもので、より具体的には、旋光度に加え円二色性の信号を測定することができるものに関する。   The present invention relates to an optical rotation measuring device, and more specifically to an apparatus capable of measuring a circular dichroism signal in addition to the optical rotation.

HPLC用に適し、迷光の影響がなく、高感度に円二色性信号を取り出すことができるHPLC用円二色性検出器としては、従来特許文献1に開示されたものがある。このHPLC用円二色性検出器は、例えば、HgXeランプ等の紫外領域の放射強度が、他の領域に比べて相対的に大きい光源を用いる。そして、その光源から出射された光を直線偏光にする偏光子と、その偏光子から出射される直線偏光を波長分散する1枚の回折格子と、その回折格子で分散された直線偏光を変調し、左円偏光と右円偏光を交互に生成可能な変調手段と、その変調手段で変調された光の光路上に配置されたフローセルと、そのフローセルを透過した光を受光するフォトダイオードとを備えて構成した。この特許文献1に開示されたHPLC用円二色性検出器は、部品の配置を適宜工夫することで、一般的な円二色性検出器に比べてコンパクトな構成を取ることを実現している。   A conventional circular dichroism detector for HPLC that is suitable for HPLC, has no influence of stray light, and can extract a circular dichroism signal with high sensitivity is disclosed in Patent Document 1. This circular dichroism detector for HPLC uses, for example, a light source whose radiation intensity in the ultraviolet region is relatively large compared to other regions, such as an HgXe lamp. Then, a polarizer that linearly polarizes the light emitted from the light source, one diffraction grating that wavelength-disperses the linearly polarized light emitted from the polarizer, and the linearly polarized light dispersed by the diffraction grating is modulated. A modulation means capable of alternately generating left circularly polarized light and right circularly polarized light, a flow cell disposed on an optical path of light modulated by the modulation means, and a photodiode for receiving light transmitted through the flow cell. Configured. The circular dichroism detector for HPLC disclosed in Patent Document 1 realizes a compact configuration as compared with a general circular dichroism detector by appropriately devising the arrangement of parts. Yes.

この装置では円二色性の測定ができるだけであり、旋光度(OR)を測定することができない。そこで、旋光度を測定するためには、通常、HPLC用旋光度計などを別に用意する必要がある。   This device can only measure circular dichroism and cannot measure optical rotation (OR). Therefore, in order to measure the optical rotation, it is usually necessary to prepare a separate HPLC polarimeter or the like.

また、円二色性検出器として一般に使用されている大型の装置では、オプションとして検光子と信号取り込みのアンプを取り付けることで、旋光度測定ができるようにしたものもある。
特開平11−201959
In addition, in a large-sized apparatus generally used as a circular dichroism detector, an optical rotation measurement can be performed by attaching an analyzer and a signal capturing amplifier as an option.
JP-A-11-201959

しかしながら、上述した従来の円二色性と旋光度の両方を測定できる装置では、以下に示す問題がある。すなわち、円二色性検出器として一般に使用されている大型装置にオプションとして検光子と信号取り込みのアンプを取り付けて旋光度測定をできるようにしたものでは、円二色性信号が50kHzに対し旋光度は100kHzとなるため、信号取り出しが難しいばかりでなく、装置は大変高価なものとなる。これらの装置は非常に大型で高価であるだけでなく調整が難しいので、実用的でない。   However, the above-described conventional apparatus capable of measuring both circular dichroism and optical rotation has the following problems. In other words, if a large-sized device generally used as a circular dichroism detector is equipped with an analyzer and a signal acquisition amplifier as an option, the optical rotation can be measured. Since the frequency is 100 kHz, not only the signal extraction is difficult, but also the apparatus becomes very expensive. These devices are not practical because they are not only very large and expensive, but also difficult to adjust.

本発明は、小型でコンパクトのHPLC用円二色性検出器として考案された装置の構成を利用しつつ、簡易な信号処理にて旋光度測定ができるようにした旋光度測定装置を提供することを目的とする。   The present invention provides an optical rotation measuring device capable of measuring optical rotation by simple signal processing while utilizing the configuration of a device devised as a small and compact circular dichroism detector for HPLC. With the goal.

上述した目的を達成するために、本発明に係る旋光度測定装置は、(1)光の透過順序が、光源、偏光子、位相変調手段、サンプルセル(実施形態では”フローセル”)、光検知手段となるように配置するとともに、前記偏光子と位相変調手段の間に、回折格子またはプリズム等の分散素子、またはモノクロメータのうちのいずれかを配置して構成される円二色性検出機構を備え、この機構においてサンプルセルと光検知手段との間に検光子を配置し、位相変調幅δをπ/4より小さく設定するようにした。   In order to achieve the above-described object, the optical rotation measuring device according to the present invention includes: (1) a light transmission sequence including a light source, a polarizer, phase modulation means, a sample cell (“flow cell” in the embodiment), and light detection; And a circular dichroism detection mechanism configured by disposing any one of a dispersion element such as a diffraction grating or a prism, or a monochromator between the polarizer and the phase modulation means. In this mechanism, an analyzer is arranged between the sample cell and the light detection means, and the phase modulation width δ is set smaller than π / 4.

(2)前記偏光子を回転させる回転手段を設け、その回転手段は前記偏光子を光軸周りに回転させて偏光方向を回転させるものであり、前記位相変調手段の振動方向と、前記偏光子の透過容易軸方向との狭角を、最大位相変調幅が得られるπ/4よりも小さくすることにより、前記位相変調幅δをπ/4より小さく設定するように構成できる。位相変調手段の振動方向と、偏光子の透過容易軸方向の狭角がπ/4の時最大の位相変調幅δが得れる。これを利用して狭角を小さくすることにより小さい位相変調巾δを得ることができる。これは、PEMの位相変調巾δを変更する目的で透過光軸を中心に偏光子の透過容易軸方向とPEMの振動方向軸の狭角を変更したものである。   (2) Rotating means for rotating the polarizer is provided, and the rotating means rotates the polarizer around the optical axis to rotate the polarization direction. The vibration direction of the phase modulation means, and the polarizer By making the narrow angle with respect to the easy transmission axis direction smaller than π / 4 at which the maximum phase modulation width is obtained, the phase modulation width δ can be set smaller than π / 4. The maximum phase modulation width δ can be obtained when the narrow angle between the vibration direction of the phase modulation means and the easy transmission axis direction of the polarizer is π / 4. By utilizing this, a smaller phase modulation width δ can be obtained by reducing the narrow angle. This is to change the narrow angle between the easy transmission axis direction of the polarizer and the vibration direction axis of the PEM around the transmission optical axis for the purpose of changing the phase modulation width δ of the PEM.

(3)前記位相変調手段の位相変調幅δをπ/2とするとともに、前記1/4波長板をサンプルセル前または前記光源側により近い光軸上の前記位相変調手段の前に設置することで、前記位相変調幅MAX点±δをS1軸上に移動設定するように構成できる。   (3) The phase modulation width δ of the phase modulation means is set to π / 2, and the quarter wavelength plate is installed in front of the sample cell or in front of the phase modulation means on the optical axis closer to the light source side. Thus, the phase modulation width MAX point ± δ can be set to move on the S1 axis.

(4)前記位相変調手段は、PEMであり、印加電圧を小さくすることで、前記位相変調幅δをπ/4より小さく設定するように構成できる。   (4) The phase modulation means is a PEM, and can be configured to set the phase modulation width δ smaller than π / 4 by reducing the applied voltage.

(5)上記(1)から(4)において、前記偏光子の偏光面に対して、前記検光子の偏光面を45°傾けるような相対位置関係にするとよい。   (5) In the above (1) to (4), the relative positional relationship may be such that the polarization plane of the analyzer is inclined by 45 ° with respect to the polarization plane of the polarizer.

(6)上記(1)から(5)において、前記光源は、HgXeランプ,Hgランプ,重水素ランプ等の、紫外領域の放射強度が、他の領域に比べて相対的に大きいものをもちいるとよい。   (6) In the above (1) to (5), the light source uses an HgXe lamp, an Hg lamp, a deuterium lamp, or the like that has a relatively large radiation intensity in the ultraviolet region compared to other regions. Good.

位相変調手段の周波数をfHzとすると、±δの位相変調Max点で信号の取り込みをすると、±δ がS3軸上の時S1軸からπ/2だけ離れているため、旋光度信号(OR信号)が2fに現れ、円二色性信号(CD信号)はS3軸上で1fとなって現れる。よって、円二色性を検出する場合は、一般にPEMなどの位相変調手段の位相変調幅δを測定波長のおおよそπ/2に設定し、光検知手段で受光した1fの信号に基づいて円二色性を求めることができる。   Assuming that the frequency of the phase modulation means is fHz, when the signal is captured at the phase modulation Max point of ± δ, since ± δ is separated from the S1 axis by π / 2 on the S3 axis, the optical rotation signal (OR signal) ) Appears at 2f, and the circular dichroism signal (CD signal) appears as 1f on the S3 axis. Therefore, when detecting circular dichroism, generally, the phase modulation width δ of the phase modulation means such as PEM is set to approximately π / 2 of the measurement wavelength, and based on the signal of 1f received by the light detection means. Color can be obtained.

一方、±δがS1軸に近い時、旋光度信号(OR信号)は1fとなり円二色性信号(CD信号)は2fとなる。そこで、位相変調ベクトルをS1軸上またはその近傍でとらえればOR信号は1f、CD信号は2fとなる。よって、旋光度測定モードでは、上記の各構成を採ることで、旋光度信号(OR信号)が1fに現れ、光検知手段で受信した信号に基づき、簡単に求めることができる。   On the other hand, when ± δ is close to the S1 axis, the optical rotation signal (OR signal) is 1f and the circular dichroism signal (CD signal) is 2f. Therefore, if the phase modulation vector is captured on or near the S1 axis, the OR signal is 1f and the CD signal is 2f. Therefore, in the optical rotation measurement mode, the optical rotation signal (OR signal) appears at 1f by adopting each of the above-described configurations, and can be easily obtained based on the signal received by the light detection means.

本発明は、小型でコンパクトのHPLC用円二色性検出器として考案された装置の構成を利用しつつ、簡易な信号処理で旋光度測定ができる。   The present invention can measure the optical rotation with simple signal processing while utilizing the configuration of a device designed as a compact and compact circular dichroism detector for HPLC.

図1は、本発明に係る旋光度検出装置の第1実施形態を示している。同図に示すように、光源10に紫外部に強い輻射強度をもつHgXeランプ,Hgランプ或いは重水素ランプを用いている。そして、その光源10から出た光は、レンズL1で平行光に集光されて回折格子Gに照射される。なお、本発明は、回折格子に限ることはなく、回折格子に替えてプリズム等の分散素子を用いたり、モノクロメータなどを用いることもできる。   FIG. 1 shows a first embodiment of an optical rotation detection device according to the present invention. As shown in the figure, an HgXe lamp, an Hg lamp, or a deuterium lamp having a strong radiation intensity in the ultraviolet region is used as the light source 10. Then, the light emitted from the light source 10 is condensed into parallel light by the lens L1 and applied to the diffraction grating G. Note that the present invention is not limited to the diffraction grating, and instead of the diffraction grating, a dispersion element such as a prism or a monochromator can be used.

回折格子Gは、保護板としての石英板付きのものを用いた。つまり、回折格子Gの格子面上に、厚さ0.5mmの石英板を置き周囲を接着剤で密封シールする。これにより、格子面の周囲は接着剤及び石英板で閉塞された密閉空間が形成される。そして、好ましくは、この密閉空間を真空にしたり、或いは窒素ガスなどの不活性ガスを封入することにより、格子面の周囲に酸素を存在させないようにすることである。紫外領域に強いHgの輝線をもつHgXeランプを用いた場合、回折格子に光を長時間照射すると、回折格子の格子面が曇って劣化するが、保護板を設けることで係る問題は解消される。   A diffraction grating G with a quartz plate as a protective plate was used. That is, a quartz plate having a thickness of 0.5 mm is placed on the grating surface of the diffraction grating G, and the periphery is hermetically sealed with an adhesive. As a result, a sealed space closed with the adhesive and the quartz plate is formed around the lattice surface. Preferably, this sealed space is evacuated or filled with an inert gas such as nitrogen gas so that oxygen does not exist around the lattice plane. When an HgXe lamp having a strong Hg emission line in the ultraviolet region is used, when the diffraction grating is irradiated with light for a long time, the grating surface of the diffraction grating becomes cloudy and deteriorates, but the problem is solved by providing a protective plate. .

光源10から回折格子Gに至る光路の途中に、偏光子25を光軸周りに回転自在に配置する。具体的には、光源10から回折格子Gに至る光路の途中に、その光路を遮るように取付板30を配置する。この取付板30には、その光路に貫通孔30aを設けて軸受け31を構成する。そして、偏光子25を両端開口した筒状のホルダ32に装着し、そのホルダ32を、軸受け31に回転自在に取り付ける。また、ホルダ32の上端には、第1ギヤ33が取り付けられている。もちろん、第1ギヤ33の中央も貫通孔が設けられ、光源10からの光は通過できるようにしている。   In the middle of the optical path from the light source 10 to the diffraction grating G, the polarizer 25 is disposed so as to be rotatable around the optical axis. Specifically, the mounting plate 30 is disposed in the middle of the optical path from the light source 10 to the diffraction grating G so as to block the optical path. The mounting plate 30 is provided with a through hole 30 a in its optical path to constitute a bearing 31. Then, the polarizer 25 is mounted on a cylindrical holder 32 having both ends opened, and the holder 32 is rotatably mounted on the bearing 31. A first gear 33 is attached to the upper end of the holder 32. Of course, the center of the first gear 33 is also provided with a through hole so that light from the light source 10 can pass therethrough.

一方、取付板30には、上記の光路から離れた位置に貫通孔30bを設け、その貫通孔30b内にベアリング35を装着する。このベアリング35に回転軸36を挿入し、回転軸36の一端(図1では上方)近傍をベアリング35により回転自在に保持させる。そして、回転軸36の一端に第2ギヤ37を取り付け、この第2ギヤ37と第1ギヤ33とを連結する。   On the other hand, the mounting plate 30 is provided with a through hole 30b at a position away from the optical path, and a bearing 35 is mounted in the through hole 30b. A rotating shaft 36 is inserted into the bearing 35, and the vicinity of one end (upper side in FIG. 1) of the rotating shaft 36 is rotatably held by the bearing 35. A second gear 37 is attached to one end of the rotating shaft 36, and the second gear 37 and the first gear 33 are connected.

また、回転軸36の他端(図1では下方)は、ベースプレート38に設けたベアリング39内を貫通させるとともに、その端部に第1プーリ40が取り付けられる。そして、この第1プーリ40が、ベルト41を介してモータ42の出力軸に装着された第2プーリ43と連係される。これにより、モータ42が回転すると、ベルト41を介して回転力が回転軸36に伝達されるので、それに追従して第2ギヤ37さらには第1ギヤ33が回転する。これにより、偏光子25も光軸周りに回転する。従って、モータ42にステッピングモータなどの回転角度の制御ができ、任意の角度で停止することのできるものを用いると、偏光子25を回転させ、偏光面の向きの調整が簡単に行える。そして、この偏光子25を回転させる際の回転範囲は、±45°程度とし、精度は±1°程度で十分調整可能である。   Further, the other end (downward in FIG. 1) of the rotating shaft 36 passes through a bearing 39 provided in the base plate 38, and a first pulley 40 is attached to the end thereof. The first pulley 40 is linked to a second pulley 43 attached to the output shaft of the motor 42 via a belt 41. As a result, when the motor 42 rotates, the rotational force is transmitted to the rotating shaft 36 via the belt 41, so that the second gear 37 and further the first gear 33 rotate accordingly. Thereby, the polarizer 25 also rotates around the optical axis. Therefore, if the motor 42 can control the rotation angle of a stepping motor or the like and can stop at an arbitrary angle, the polarizer 25 can be rotated to easily adjust the direction of the polarization plane. The rotation range when rotating the polarizer 25 is about ± 45 °, and the accuracy can be sufficiently adjusted with about ± 1 °.

ここで用いる偏光子25は、例えばグランテーラプリズムを用いたり(220nm以上の波長が測定可能)、石英のローションプリズムを用いたり(220nmより短い波長が測定可能)することができる。   The polarizer 25 used here may be, for example, a Grand Taylor prism (a wavelength of 220 nm or more can be measured) or a quartz lotion prism (a wavelength shorter than 220 nm can be measured).

そして、この偏光子25を通過した光は、回折格子Gで波長分散され、その分散された光がPEM13に入射し、そこを通過することにより位相変調されて交互に右円偏光と左円偏光になる。そして、PEM13から出射された円偏光が、レンズL2により集光されてフローセル15に照射される。   The light that has passed through the polarizer 25 is wavelength-dispersed by the diffraction grating G, and the dispersed light is incident on the PEM 13 and is phase-modulated by passing through the PEM 13 so that it is alternately right-polarized light and left-circularly polarized light. become. Then, the circularly polarized light emitted from the PEM 13 is collected by the lens L2 and irradiated to the flow cell 15.

フローセル15は、軸方向に貫通する試料室16と、その試料室16に対して試料を供給したり、試料室16から排出するための配管路17と、試料室16の開口部を閉塞するように取り付けられた光学的に透明な窓板18とを備えている。そして、試料室16の内部形状は、光の進行方向に沿って広くなった円錐状となっている。   The flow cell 15 is configured to close the sample chamber 16 penetrating in the axial direction, the piping 17 for supplying a sample to the sample chamber 16 and discharging the sample chamber 16, and the opening of the sample chamber 16. And an optically transparent window plate 18 attached to the. The internal shape of the sample chamber 16 is a conical shape that becomes wider along the light traveling direction.

上記レンズL2で集光された光は、この試料室16内を通過した後、フォトダイオードからなる光検出器19に照射される。測定中は試料室16内を配管路17を介して試料が流れているので、試料の円二色性に応じて右円偏光と左円偏光は、所定量だけ吸光された後出射される。そして、フォトダイオード19では、受光された光の光強度に応じた電気信号に変換され、図示省略するCPUに送られ、そこにおいて演算処理され円二色性信号として取り出される。なお、係るCPUにおける演算処理は、従来のものを用いることができるので、ここでは詳細な説明を省略する。   The light collected by the lens L2 passes through the sample chamber 16 and is then irradiated on the photodetector 19 made of a photodiode. During the measurement, the sample flows in the sample chamber 16 via the pipe line 17, so that the right circularly polarized light and the left circularly polarized light are emitted after being absorbed by a predetermined amount according to the circular dichroism of the sample. The photodiode 19 converts the received light into an electrical signal corresponding to the light intensity of the received light, sends it to a CPU (not shown), and performs arithmetic processing there to extract it as a circular dichroic signal. Note that conventional processing can be used for the arithmetic processing in the CPU, and detailed description thereof is omitted here.

そして、本実施形態では、フローセル15と光検出器19との間に、検光子46を配置している。この検光子46は、フローセル15から光検出器19に至る光路上に位置する状態と、その光路から離脱する2つの位置を採ることができる。そして、円二色性測定モードの場合には、検光子46を光路から除去し、旋光度測定モードの場合には、検光子46を光路上に位置させる。この2つの位置間の検光子46の移動は、自動的・機械的に行なうようにしても良いし、検光子46を取り付ける取付部材を設けておき、単純に、ユーザが検光子46を当該取付部材にセットしたり、取付部材から取り外すようにしたものでもよい。   In the present embodiment, an analyzer 46 is disposed between the flow cell 15 and the photodetector 19. The analyzer 46 can take a state of being located on the optical path from the flow cell 15 to the photodetector 19 and two positions of being separated from the optical path. In the circular dichroism measurement mode, the analyzer 46 is removed from the optical path. In the optical rotation measurement mode, the analyzer 46 is positioned on the optical path. The movement of the analyzer 46 between the two positions may be performed automatically or mechanically, or an attachment member for attaching the analyzer 46 is provided, and the user simply attaches the analyzer 46 to the attachment position. It may be set on a member or removed from an attachment member.

さらに本形態では、レンズL1と偏光子25の間にソレノイド44で開閉するシャッタ45を設けている。このシャッタ45により、光源10からの光を遮光可能としている。   Further, in this embodiment, a shutter 45 that is opened and closed by a solenoid 44 is provided between the lens L1 and the polarizer 25. The shutter 45 can block light from the light source 10.

本実施形態の装置を用いた円二色性の測定は、以下のようにして行なわれる。円二色性を測定する場合には、検光子46を離脱させた状態において、以下のようにする。まず、フローセル15にHO等の円二色性をもたない溶液を流した状態でモータ42を動作させて偏光子32を回転させる。この時、フォトダイオードからなる光検出器19の出力を監視し、円二色性が零となる位置でモータ42の回転を停止する。つまり、左円偏光と右円偏光の出力が等しくなるときに停止する。この停止したときは、円二色性を持たない試料についての検出結果が、「円二色性がない」であるので、光学系における偏光特性がなく、初期設定が完了したことになる。 Measurement of circular dichroism using the apparatus of this embodiment is performed as follows. When measuring circular dichroism, the analyzer 46 is detached as follows. First, the polarizer 42 is rotated by operating the motor 42 in a state where a solution having no circular dichroism such as H 2 O is allowed to flow through the flow cell 15. At this time, the output of the photodetector 19 made of a photodiode is monitored, and the rotation of the motor 42 is stopped at a position where the circular dichroism becomes zero. That is, it stops when the output of the left circularly polarized light and the right circularly polarized light becomes equal. When this is stopped, the detection result for the sample having no circular dichroism is “no circular dichroism”, so that there is no polarization characteristic in the optical system and the initial setting is completed.

すなわち、フローセル15の内壁における反射や、窓板等の偏光特性によって、たとえ円二色性を有しない試料を用いて測定しても、円二色性があるというような測定結果が得られることがある。つまり、右円偏光と左円偏光の位相がずれて出力に差が出る。従って、そのように光学系の偏光特性に基づく偽の円二色性の出力信号(出力差)が存在すると、測定精度の低下を招くので、できるだけ零に近づける補正を行いたいという要求がある。そこで、上記のように回折格子Gより光源10側に設置した偏光子25を回転させることにより、補正をする。これは、回折格子Gのもつ偏光特性を積極的に利用し、偏光子25を通過した直線偏光を回折格子Gで波長分散する際に、その直線偏光の対称性を崩す。つまり、右円偏光と左円偏光との位相をずらす。そして、この位相のずれ量は、直線偏光が回折格子Gに照射される際の角度位置により異なる。従って、直線偏光の偏光方向を回転させて回折格子Gで波長分散する際に生じる位相のずれ量を、光学系の偏光特性から生じる右円偏光と左円偏光との位相差と逆にすることにより相殺させ、上記のように補正ができるのである。   In other words, even if measurement is performed using a sample having no circular dichroism due to reflection on the inner wall of the flow cell 15 or polarization characteristics of a window plate or the like, a measurement result indicating that there is circular dichroism is obtained. There is. That is, the right circularly polarized light and the left circularly polarized light are out of phase, resulting in a difference in output. Therefore, if there is such a false circular dichroic output signal (output difference) based on the polarization characteristics of the optical system, the measurement accuracy is lowered, and there is a demand for correction as close to zero as possible. Therefore, correction is performed by rotating the polarizer 25 installed on the light source 10 side of the diffraction grating G as described above. This actively utilizes the polarization characteristics of the diffraction grating G, and when the linearly polarized light that has passed through the polarizer 25 is wavelength-dispersed by the diffraction grating G, the symmetry of the linearly polarized light is lost. That is, the phases of right circularly polarized light and left circularly polarized light are shifted. The amount of phase shift differs depending on the angular position when the linearly polarized light is irradiated onto the diffraction grating G. Therefore, the amount of phase shift that occurs when the polarization direction of linearly polarized light is rotated and wavelength-dispersed by the diffraction grating G is reversed from the phase difference between right circularly polarized light and left circularly polarized light that arises from the polarization characteristics of the optical system. Therefore, the correction can be made as described above.

換言すると、偏光子25を透過した光は、右円偏光と左円偏光の位相が一致した(ずれが零)光である。この光を僅かに偏光特性をもつ回折格子Gを通すと位相のズレが現われる。PEM13を透過する前に左右円偏光間の位相がずれている為、PEM変調角が「最初の位相のズレ角±PEM変調角」となる。これにより変調位相角の異なる左右楕円偏光となる。フローセル15内で生じる反射及び偏光の作用がこの変調位相の異なる楕円偏光を変調位相角の等しい楕円偏光または円偏光に戻すように作用することで偽円二色性が完全に除去されるものと考えられる。   In other words, the light transmitted through the polarizer 25 is light in which the phases of the right circularly polarized light and the left circularly polarized light coincide with each other (the deviation is zero). When this light passes through a diffraction grating G having a slight polarization characteristic, a phase shift appears. Since the phase between the left and right circularly polarized light is shifted before passing through the PEM 13, the PEM modulation angle becomes “shift angle of the first phase ± PEM modulation angle”. As a result, left and right elliptically polarized light having different modulation phase angles are obtained. The effect of reflection and polarization generated in the flow cell 15 is to return the elliptically polarized light having different modulation phases to the elliptically polarized light or the circularly polarized light having the same modulation phase angle, thereby completely removing the false circular dichroism. Conceivable.

さらに、補正すべき偽円二色性に基づく出力信号を正確に測定しCPUに呼び込むため、本形態では、レンズL1と偏光子25の間にシャッター45を挿入して光を遮断した状態での出力信号を読み込み、その出力信号のベースラインを求める。次いでシャッター45を開いた状態で測定し、その出力信号から右円偏光と左円偏光の位相差のズレが零になる様に偏光子を回転する。   Furthermore, in order to accurately measure an output signal based on the false circular dichroism to be corrected and call it into the CPU, in this embodiment, the shutter 45 is inserted between the lens L1 and the polarizer 25 to block the light. Read the output signal and determine the baseline of the output signal. Next, measurement is performed with the shutter 45 opened, and the polarizer is rotated so that the phase difference between the right circularly polarized light and the left circularly polarized light becomes zero from the output signal.

なお、偏光子25をモータ42で回転するようにしているが、手動で回転させるようにしてもよい。また、直線偏光の偏光方向と回折格子Gの相対角度が変更できればよいので、本形態のように偏光子を回転させるのではなく、回折格子Gをその法線方向を中心として回転させるようにしてもよい。但し、偏光子を回転させる方が機構並びに制御が簡単で好ましい。   Although the polarizer 25 is rotated by the motor 42, it may be rotated manually. In addition, since it is sufficient that the polarization direction of the linearly polarized light and the relative angle between the diffraction grating G can be changed, the polarizer G is not rotated as in the present embodiment, but the diffraction grating G is rotated around its normal direction. Also good. However, it is preferable to rotate the polarizer because the mechanism and control are simple.

そして、このようにして初期設定(補正)を行なった装置において、フローセル15に測定対象の試料を供給し、PEM13にて位相変調を掛けた光を試料に照射し、試料を透過してフローセル15から出射した光をフォトダイオードからなる光検出器19にて検出する。光検出器19では、受光された光の光強度に応じた電気信号に変換され、図示省略するCPUに送られ、そこにおいて演算処理され円二色性信号として取り出される。なお、係るCPUにおける円二色性を求める演算処理は、従来のものを用いることができるので、ここでは詳細な説明を省略する。   In the apparatus that has been initially set (corrected) in this way, the sample to be measured is supplied to the flow cell 15, the sample is irradiated with light subjected to phase modulation by the PEM 13, and the sample is transmitted through the flow cell 15. The light emitted from the light is detected by a photodetector 19 made of a photodiode. In the photodetector 19, it is converted into an electrical signal corresponding to the light intensity of the received light, sent to a CPU (not shown), where it is processed and extracted as a circular dichroic signal. In addition, since the conventional calculation process for obtaining circular dichroism in the CPU can be used, detailed description thereof is omitted here.

次に、本実施形態の装置を用いた旋光度の測定原理について説明する。旋光度測定モードでは、フローセル15と光検出器19との間に、検光子46を配置する。そして、位相変調幅δをδ<π/4と小さく設定し、円複屈折性信号を取り出す方法で旋光度信号を取り出す。   Next, the principle of optical rotation measurement using the apparatus of this embodiment will be described. In the optical rotation measurement mode, the analyzer 46 is disposed between the flow cell 15 and the photodetector 19. Then, the phase modulation width δ is set as small as δ <π / 4, and the optical rotation signal is extracted by a method of extracting the circular birefringence signal.

このように、位相変調幅δを小さくするための具体的な手法としては、例えば、偏光子25の回転により+45°または−45°に傾けたその偏光面に対して検光子46の偏光面を45°傾けるような相対位置関係になるように設定することにより実現できる。これによりPEM13による位相変調幅が、0になる。この光は楕円偏光であるため変調幅δは零近傍となる。これで光検出器(フォトダイオード)19に受光される信号は旋光度(OR)信号となる。   Thus, as a specific method for reducing the phase modulation width δ, for example, the polarization plane of the analyzer 46 is set to the polarization plane tilted to + 45 ° or −45 ° by the rotation of the polarizer 25. This can be realized by setting the relative positional relationship to be inclined by 45 °. As a result, the phase modulation width by the PEM 13 becomes zero. Since this light is elliptically polarized, the modulation width δ is near zero. Thus, a signal received by the photodetector (photodiode) 19 becomes an optical rotation (OR) signal.

光信号が旋光度信号(OR信号)として取り出される様子をミュラーマトリックスで表示して考察すると以下の通りである。   When the state in which the optical signal is extracted as an optical rotation signal (OR signal) is displayed in the Mueller matrix and considered, it is as follows.

偏光子を経て光軸が水平方向の光のストークス・ベクトル強度

Figure 2009068884

但し、
=Ax+Ay :光のエネルギー
=Ax−Ay :水平または垂直偏光
=2AxAycos Φ :45度傾いた平面偏光
=2AxAysin Φ :右または左円偏光
A:平行平面波の光を進行方向から見た光の電界振幅
x:光を進行方向から見た光波面の電界の水平方向表示の添字
y:光を進行方向から見た光波面の電界の垂直方向表示の添字
Φ:この光の右円偏光と左円偏光間の位相のずれ
(以下に示す各式中のΦは、回折格子の偏光特性により生じる左右円偏光間の位相ずれを意味する)

は、下記式に示すように、S=1,S=1,S=0,S=0となる。
Figure 2009068884
Stokes vector intensity of light with a horizontal axis through the polarizer
Figure 2009068884

However,
S 0 = Ax 2 + Ay 2 : Light energy S 1 = Ax 2 −Ay 2 : Horizontal or vertical polarization S 2 = 2AxAycos Φ: Plane polarized at 45 degrees S 3 = 2AxAysin Φ: Right or left circular polarization A: Parallel Electric field amplitude of light when plane wave light is viewed from traveling direction x: Subscript of horizontal display of electric field of light wavefront when light is viewed from traveling direction y: Vertical display of electric field of light wavefront when light is viewed from traveling direction Subscript Φ: Phase shift between right circular polarization and left circular polarization of this light (Φ in the following equations means phase shift between left and right circularly polarized light caused by the polarization characteristics of the diffraction grating)

As shown in the following equation, S 0 = 1, S 1 = 1, S 2 = 0, and S 3 = 0.
Figure 2009068884

直交級数展開(Fourier−Bessel展開)の公式からPEMの位相変調角を±δとし変調周波数をfHzとすると、PEMのリタデーションγはγ=δsin(2πft)となる。従って、
cos γ=J(δ)+2J(δ)cos (4πft)
+2J(δ)cos (8πft)
sin γ=2J(δ)sin (2πft)
+2J(δ)sin (6πft)
+2J(δ)sin (10πft)
と展開されるので2次までとって3次以上を無視すれば、
cos γ=J(δ)+2J(δ)cos (4πft) → 2f成分に対応
sin γ=2J(δ)sin (2πft) → 1f成分に対応

ここで、J(δ)は、n次の第一種Bessel関数を表し、δは、PEMの振動により生じる位相変調角であり、γは、PEM変調によるリタデーションである。
If the phase modulation angle of the PEM is ± δ and the modulation frequency is fHz from the formula of orthogonal series expansion (Fourier-Bessel expansion), the retardation γ of the PEM is γ = δsin (2πft). Therefore,
cos γ = J 0 (δ) + 2J 2 (δ) cos (4πft)
+ 2J 4 (δ) cos (8πft)
sin γ = 2J 1 (δ) sin (2πft)
+ 2J 3 (δ) sin (6πft)
+ 2J 5 (δ) sin (10πft)
So if you take the second order and ignore the third and higher,
cos γ = J 0 (δ) + 2J 2 (δ) cos (4πft) → corresponds to 2f component
sin γ = 2J 1 (δ) sin (2πft) → corresponds to 1f component

Here, J n (δ) represents an nth-order first-type Bessel function, δ is a phase modulation angle generated by vibration of PEM, and γ is retardation by PEM modulation.

そこで、PEMの位相変調角を±δとし変調周波数をfHzとすると、PEMのリタデーションγは、γ=δsin (2πft)となり、これをミュラーマトリクスで表すと、以下のようになる。

Figure 2009068884
Therefore, if the phase modulation angle of the PEM is ± δ and the modulation frequency is fHz, the retardation γ of the PEM is γ = δsin (2πft).
Figure 2009068884

従って、PEMを透過すると、以下に示すPEM変調波となる。

Figure 2009068884
Therefore, when the PEM is transmitted, the following PEM modulated wave is obtained.

Figure 2009068884

更に、円複屈折性(S平面上への射影が旋光度になる)Δ,円二色性Ψを持った試料が導入されたフローセル15をミュラーマトリックスで表すと、

Figure 2009068884

となるので、先のPEM変調波がこのフローセルを透過した信号は、下記のようになる。
Figure 2009068884
Furthermore, when the flow cell 15 into which a sample having a circular birefringence (projection onto the S 1 S 2 plane becomes an optical rotation) Δ and a sample having a circular dichroism ψ is represented by a Mueller matrix,
Figure 2009068884

Therefore, a signal obtained by transmitting the previous PEM modulated wave through the flow cell is as follows.
Figure 2009068884

そして、フローセル15透過後の光は、透過軸を45度回転させ検光子を通過するため、通過後の光強度は、下記式のようになる。

Figure 2009068884
And since the light after passing through the flow cell 15 passes through the analyzer by rotating the transmission axis by 45 degrees, the light intensity after passing is expressed by the following equation.
Figure 2009068884

この式の右辺を行列演算することで、フローセル内の円二色性Ψ,円複屈折性Δが求められる。具体的には、以下の通りである。

Figure 2009068884
By performing matrix operation on the right side of this equation, circular dichroism Ψ and circular birefringence Δ in the flow cell are obtained. Specifically, it is as follows.
Figure 2009068884

上記式から明らかなように、信号S成分は、
1−sin γcos 2Ψ − cos γsin 2Ψ sin △
で表される。ここでsin γがフーリエ展開項の奇数次、cos γが偶数次に対応するので、2次までとすればsin γは1f成分、cos γは2f成分と直流成分に対応する。そして、SはγがS軸上、即ち−π/2≦γ≦π/2の場合に成り立つ式であることから次の置き換えができる
δが小さい場合、”γ”は、”π/2−γ”と置き換えることができ、すると、
sin γ→sin (π/2−γ)→cos γ
cos γ→cos (π/2−γ)→sin γ
となる。
As is apparent from the above equation, the signal S 0 component is
1-sin γcos 2Ψ − cos γsin 2Ψ sin △
It is represented by Here, sin γ corresponds to the odd order of the Fourier expansion term, and cos γ corresponds to the even order, so if it is up to the second order, sin γ corresponds to the 1f component, and cos γ corresponds to the 2f component and the DC component. Since S 0 is an expression that holds when γ is on the S 3 axis, that is, −π / 2 ≦ γ ≦ π / 2, the following replacement can be made. When δ is small, “γ” is “π / 2-γ ", then
sin γ → sin (π / 2−γ) → cos γ
cos γ → cos (π / 2−γ) → sin γ
It becomes.

従って、本実施形態のように、位相変調角を小さくした状態で検光子を通過させた場合、上記の置き換えから、光検出器19で受光する信号は、
1−2J(δ)sin (2πft)sin (△)sin (2Ψ)−J(δ)cos (2Ψ)
−2J(δ)cos (4πft)cos (2Ψ)
となり、1f成分に旋光度△が現れ、2f成分に円二色性が極めて小さく現れることになる。
Therefore, when the analyzer is passed with the phase modulation angle reduced as in this embodiment, the signal received by the photodetector 19 from the above replacement is
1-2J (δ) sin (2πft) sin (Δ) sin (2Ψ) −J 0 (δ) cos (2Ψ)
-2J 2 (δ) cos (4πft) cos (2Ψ)
Thus, the optical rotation Δ appears in the 1f component, and the circular dichroism appears in the 2f component very small.

このように、検光子46を除去して測定する円二色性信号と、検光子46を配置した測定する旋光度信号は、ともに1f成分(50Hz)となり、簡易な信号処理回路で旋光度を求めることができる。   Thus, the circular dichroism signal measured by removing the analyzer 46 and the optical rotation signal measured by arranging the analyzer 46 are both 1f components (50 Hz), and the optical rotation can be obtained by a simple signal processing circuit. Can be sought.

図2は、位相変調角δが小さいの場合のポアンカレ球をS軸方向から眺めた図である。簡単のため、位相の回転Φは小さいとして無視した場合を考える。図において、矢印と点線は、位相変調の範囲を示し、ポアンカレ球上をB点を中心にB−A、B−Cと位相変調される状態を示している。太矢印は位相変調ベクトルを示す。+δ点での円偏光複屈折はO−Aを半径として紙面に垂直な円周上への太矢印ベクトル|O−A>の回転として現れる。このベクトルの影がS1S2平面上に射影される。S2軸方位からこのベクトルを観察することが45°傾けた偏光子(検光子)をおいて信号を観察することになる。即ち太矢印ベクトルのS2軸への射影が信号として観測される。−δ点での円偏光複屈折はO−Cを半径として紙面に垂直な円周上での太矢印ベクトル|O−C>の回転として現れる。このベクトルのS2 軸への射影が信号として観測されることになる。 Figure 2 is a diagram of the Poincare sphere in the case of phase modulation angle δ is small viewed from S 2 axially. For simplicity, let us consider a case where the phase rotation Φ is negligible. In the figure, arrows and dotted lines indicate the range of phase modulation, and indicate a state in which phase modulation is performed on the Poincare sphere with B-A and B-C around the point B. A thick arrow indicates a phase modulation vector. The circularly polarized birefringence at the point + δ appears as a rotation of the thick arrow vector | OA> on the circumference perpendicular to the paper surface with OA as the radius. The shadow of this vector is projected onto the S1S2 plane. Observing this vector from the S2 axis orientation will observe the signal with a polarizer (analyzer) tilted 45 °. That is, the projection of the thick arrow vector onto the S2 axis is observed as a signal. The circularly polarized birefringence at the point −δ appears as a rotation of a thick arrow vector | OC> on a circumference perpendicular to the paper surface with O-C as a radius. The projection of this vector onto the S2 axis is observed as a signal.

この場合S2軸へのベクトル|O−A>、|O−C>の円複屈折による射影成分は+−と振り分けられ1f成分として現れる。ここで位相の回転Φが加わるとベクトル|O−C>、|O−A>がS1軸に近づく方が円複屈折信号によるS2軸への射影成分が大きくなるので旋光度信号の対称性が崩れる。   In this case, the projection component due to the circular birefringence of the vectors | O−A> and | O−C> to the S2 axis is distributed as + − and appears as a 1f component. Here, when the phase rotation Φ is added, as the vectors | OC> and | OA> approach the S1 axis, the projected component of the circular birefringence signal onto the S2 axis increases, and therefore the symmetry of the optical rotation signal is increased. Collapse.

図3は、位相の回転Φを考慮した場合におけるポアンカレー球をS2軸方向から眺めた図である。この図においても、矢印と点線は位相変調の範囲を示す図である。即ちポアンカレ球上をA−B−Cと位相変調される状態を示す。正確にはOを中心に固定されたベクトル先端がポアンカレ球上をBを中心にB−C、B−Aと位相変調される。即ち+δ、−δに変調される様子を示す。太矢印は位相変調ベクトルを示す。+δ点での円偏光複屈折はO−Aを半径として紙面に垂直な円周上への太矢印ベクトル|O−A>先端の回転として現れる。このベクトルがS平面上に射影される。S軸方位からこのベクトルを観察することが45°傾けた偏光子(検光子)をおいて信号を観察することになる。即ち太矢印ベクトルのS軸への射影が信号として観測される。−δ点での円偏光複屈折はO−Cを半径として紙面に垂直な円周上での太矢印ベクトル|O−C>先端の回転として現れる。このベクトルのS 軸への射影が信号として観測される。この場合S軸へのベクトル|O−A>、|O−C>の円複屈折による射影成分は+−と振り分けられ1f成分として現れる。 FIG. 3 is a view of the Poincare sphere viewed from the S2 axis direction when the phase rotation Φ is considered. Also in this figure, arrows and dotted lines are diagrams showing the range of phase modulation. That is, it shows a state where the phase of the Poincare sphere is phase-modulated with ABC. Precisely, the vector tip fixed around O is phase-modulated on the Poincare sphere as B-C and B-A around B. That is, it shows a state of being modulated to + δ and −δ. A thick arrow indicates a phase modulation vector. The circularly polarized birefringence at the point + δ appears as a rotation of the thick arrow vector | OA> tip on the circumference perpendicular to the paper surface with OA as the radius. This vector is projected onto the S 1 S 2 plane. Observing the vector from S 2 axis orientation is to observe the signal at the polarizer is tilted 45 ° (analyzer). That projection of the S 2 axis bold arrow vector is observed as a signal. The circularly polarized birefringence at the −δ point appears as a rotation of the thick arrow vector | OC> on the circumference perpendicular to the paper surface with OC as the radius. Projection of S 2 axis of the vector is observed as a signal. In this case the vector of the S 2 axis | O-A>, | projection component by circular birefringence of the O-C> is + - sorted to appear as 1f component.

ここで位相の回転Φが加わるとベクトル|O−C>、|O−A>がS軸に近づく方が円複屈折信号によるS軸への射影成分が大きくなるので旋光度信号の大きさには影響する。しかし旋光度の対称性には影響しないことがわかる。なお、円二色性測定(CD測定)の場合は、位相変調ベクトルのS軸への射影であるためΦがそのまま対称性に影響する。しかし2f成分となるので1f成分に影響しない。 Here, if the rotation of the phase Φ is applied vector | O-C>, | because O-A> is the projection component to the S 2 axis by the circular birefringence signal person approaching the S 1 axis is greater optical rotation signal magnitude It affects. However, it can be seen that the symmetry of the optical rotation is not affected. In the case of circular dichroism measurement (CD measurement), since the projection of the S 3 axis of the phase modulation vector Φ it is directly affects the symmetry. However, since it becomes the 2f component, it does not affect the 1f component.

位相変調幅δが小さくなる為に旋光度(OR)が1f成分に現われる以外に、偏光子の次に配置される回折格子の偏光特性の効果により現れるΦの位相回転は、以下に示す1/4波長板を挿入したものに似た効果を及ぼし、OR信号が1f成分に現れるようになることが考えられる。   In addition to the fact that the optical rotation (OR) appears in the 1f component because the phase modulation width δ becomes small, the phase rotation of Φ that appears due to the effect of the polarization characteristics of the diffraction grating arranged next to the polarizer is 1 / It is considered that an effect similar to that obtained by inserting a four-wavelength plate is exerted, and the OR signal appears in the 1f component.

このことを、ミュラーマトリクスを使って検討すると、以下の通りである。図6(a)に示すように、回折格子刻線と平行な平面偏光が入射する場合、S偏光、P偏光とも回折格子面とはπ/4をなすため、位相差は生じないため、直線偏光のままとなる。これに対し、図6(b)に示すように、回折格子刻線と偏光の軸を傾けると、S偏光、P偏光の回折格子面となす角が変わるため、位相差が生じ、楕円偏光になる。旋光度を測定する場合には、偏光子25を回転させることから、図6(b)に示すようになり、楕円偏光がPEM13に与えられることになる。   When this is examined using the Mueller matrix, it is as follows. As shown in FIG. 6A, when plane polarized light parallel to the diffraction grating engraving is incident, both S-polarized light and P-polarized light form π / 4 with respect to the diffraction grating surface. It remains polarized. On the other hand, as shown in FIG. 6B, when the axis of the diffraction grating engraving line and the polarization axis is tilted, the angle between the S-polarization and P-polarization diffraction grating planes changes, so that a phase difference occurs, resulting in elliptical polarization. Become. In the case of measuring the optical rotation, the polarizer 25 is rotated, and as shown in FIG. 6B, elliptically polarized light is given to the PEM 13.

係る事項を考慮し、回折格子での位相の回転を考慮した場合の旋光度信号として取り出される様子を、ミュラーマトリクスで表示して考察すると、以下の通りである。位相差板をミュラー・マトリクスで表示すると次のようになる。ここで、Φは回折格子での反射に伴うリターデーション(回折格子の偏光特性による位相の回転)を表す。

Figure 2009068884

Considering such matters, the situation of taking out as an optical rotation signal when the phase rotation in the diffraction grating is taken into consideration is displayed as a Mueller matrix and considered as follows. When the retardation plate is displayed in the Mueller matrix, it is as follows. Here, Φ represents retardation associated with reflection at the diffraction grating (phase rotation due to polarization characteristics of the diffraction grating).

Figure 2009068884

偏光子の回転角(偏光子の透過容易軸方向の水平方位からの回転角)をα、そのときの位相変化をΦとすればΦ=f(α)となる。ここでf(α)は偏光子を光軸のまわりにαだけ回転したときに生じる位相回転Φを示す関数である。ΦはPEM変調方向での位相の回転であると仮定すれば、回折格子で反射した平面偏光の信号は次のように表される。

Figure 2009068884
If the rotation angle of the polarizer (rotation angle from the horizontal direction in the direction of the easy axis of transmission of the polarizer) is α, and the phase change at that time is Φ, then Φ = f (α). Here, f (α) is a function indicating the phase rotation Φ generated when the polarizer is rotated by α around the optical axis. Assuming that Φ is a phase rotation in the PEM modulation direction, the signal of plane polarized light reflected by the diffraction grating is expressed as follows.
Figure 2009068884

PEMの変調角を±δとし、変調周波数をfHzとすると、PEMのリタデーションγは、
γ=δsin (2πft)
となる。従って、先の平面偏光がPEMを透過すると、以下に規定するPEM変調波になる。なお、平面偏光入射の場合のΦは0になり、楕円偏光入射の場合のΦは0以外となる。

Figure 2009068884
When the modulation angle of PEM is ± δ and the modulation frequency is fHz, the retardation γ of PEM is
γ = δsin (2πft)
It becomes. Therefore, when the plane polarized light passes through the PEM, the PEM modulated wave specified below is obtained. In the case of plane polarized light incidence, Φ is 0, and in the case of elliptically polarized light incidence, Φ is other than 0.
Figure 2009068884

更に、円複屈折性Δ,円二色性Ψを持った試料が導入されたフローセル15をミュラーマトリックスで表すと、

Figure 2009068884

となる。よって、先の変調波がこの試料が供給されるフローセルを透過した信号は、
Figure 2009068884

となる。 Furthermore, when the flow cell 15 into which a sample having a circular birefringence Δ and a circular dichroism Ψ is introduced is represented by a Mueller matrix,
Figure 2009068884

It becomes. Therefore, the signal that the previous modulated wave has passed through the flow cell supplied with this sample is
Figure 2009068884

It becomes.

これは、信号出力のフーリエ展開式は第1種ベッセル関数式を使って以下のようになる。

1−cos (2Ψ)(sin (γ)cos (Φ)+cos (γ)sin (Φ))
=1−J(δ)cos (2Ψ)sin (Φ)
−2J(δ)cos (2Ψ)sin (2πft)cos (Φ)
−2J(δ)cos (2Ψ)cos (4πft)sin (Φ)
−2J(δ)cos (2Ψ)sin (6πft)cos (Φ)
−2J(δ)cos (2Ψ)cos (8πft)sin (Φ)
−2J(δ)cos (2Ψ)sin (10πft)cos (Φ)
≒1−2J(δ)sin (2πft)cos (2Ψ+Φ)
−2J(δ)sin (6πft)cos (2Ψ+Φ)
−2J(δ)sin (10πft)cos (2Ψ+Φ)

と近似できる。この式は一般のCD測定装置の信号出力のフーリエ展開式のcos (2Ψ)をcos (2Ψ+Φ)と置き換えたものと同じである。これは図1に示す偏光子を光軸を中心に回転することによって生ずる位相ズレΦである。このΦを利用して実際のCD測定に直接関係する2Ψに含まれるアーテイファクト信号を打ち消すことが可能となる。
This is because the Fourier expansion formula of the signal output is as follows using the first type Bessel function formula.

1-cos (2Ψ) (sin (γ) cos (Φ) + cos (γ) sin (Φ))
= 1−J 0 (δ) cos (2Ψ) sin (Φ)
-2J 1 (δ) cos (2Ψ) sin (2πft) cos (Φ)
-2J 2 (δ) cos (2Ψ) cos (4πft) sin (Φ)
-2J 3 (δ) cos (2Ψ) sin (6πft) cos (Φ)
-2J 4 (δ) cos (2Ψ) cos (8πft) sin (Φ)
-2J 5 (δ) cos (2Ψ) sin (10πft) cos (Φ)
≒ 1-2J 1 (δ) sin (2πft) cos (2Ψ + Φ)
-2J 3 (δ) sin (6πft) cos (2Ψ + Φ)
-2J 5 (δ) sin (10πft) cos (2Ψ + Φ)

Can be approximated. This equation is the same as the one in which cos (2ψ + Φ) in the Fourier expansion equation of the signal output of a general CD measuring device is replaced with cos (2ψ + Φ). This is a phase shift Φ caused by rotating the polarizer shown in FIG. 1 about the optical axis. Using this Φ, it becomes possible to cancel the artifact signal included in 2Ψ directly related to the actual CD measurement.

そして、45°偏光子を透過し、光検出器19で受光される最終信号は、以下の通りである。

Figure 2009068884
The final signal that passes through the 45 ° polarizer and is received by the photodetector 19 is as follows.
Figure 2009068884

そして、信号成分のフーリエ展開を行なうと、以下のようになる。
1−cos 2Ψ(sin (γ)cos (Φ)+cos (γ)sin (Φ))
−sin 2Ψsin △(cos (γ)cos (Φ)−sin (γ)sin (Φ))
≒1−2J1(δ)sin (2πft)cos (2Ψ+Φ)
−2J3(δ)sin (6πft)cos (2Ψ+Φ)
−2J5(δ)sin (10πft)cos (2Ψ+Φ)
−J0(δ)sin (△)sin (2Ψ+Φ)
−2J2(δ)cos (4πft)sin (△)sin (2Ψ+Φ)
−2J4(δ)cos (8πft)sin (△)sin (2Ψ+Φ)
When Fourier expansion of the signal component is performed, the result is as follows.
1-cos 2Ψ (sin (γ) cos (Φ) + cos (γ) sin (Φ))
−sin 2Ψsin △ (cos (γ) cos (Φ) −sin (γ) sin (Φ))
≒ 1-2J1 (δ) sin (2πft) cos (2Ψ + Φ)
-2J3 (δ) sin (6πft) cos (2Ψ + Φ)
-2J5 (δ) sin (10πft) cos (2Ψ + Φ)
-J0 (δ) sin (△) sin (2Ψ + Φ)
-2J2 (δ) cos (4πft) sin (△) sin (2Ψ + Φ)
-2J4 (δ) cos (8πft) sin (△) sin (2Ψ + Φ)

上の計算では図1の偏光子を回転した角度αによる位相変調角度が小さくなる効果を無視した計算である。しかし実際には位相変調角はδ=(π/2)−2αと変化する。そして、αがπ/4に近づくとsin (δ−π/2)、cos (δ−π/2)が−cos (δ)、sin (δ)となることから1f成分と2f成分とが入れ替わる。すなわち、CD信号が消えてて旋光度信号が現れる。   In the above calculation, the effect of reducing the phase modulation angle due to the angle α obtained by rotating the polarizer of FIG. 1 is ignored. However, the phase modulation angle actually changes as δ = (π / 2) −2α. When α approaches π / 4, sin (δ−π / 2) and cos (δ−π / 2) become −cos (δ) and sin (δ), so that the 1f component and the 2f component are switched. . That is, the CD signal disappears and the optical rotation signal appears.

更に、図1の偏光子の回転角αがπ/4に近づくと、上記信号は下記式のように近似できる。

1−2J1(δ)sin (2πft)sin (△)sin (2Ψ+Φ)
−2J3(δ)sin (6πft)sin (△)sin (2Ψ+Φ)
−2J5(δ)sin (10πft)sin (△)sin (2Ψ+Φ)
−J0(δ)cos (2Ψ+φ)
−2J2(δ)cos (4πft)cos (2Ψ+Φ)
−2J4(δ)cos (8πft)cos (2Ψ+Φ)
Furthermore, when the rotation angle α of the polarizer in FIG. 1 approaches π / 4, the above signal can be approximated by the following equation.

1-2J1 (δ) sin (2πft) sin (Δ) sin (2Ψ + Φ)
-2J3 (δ) sin (6πft) sin (Δ) sin (2Ψ + Φ)
-2J5 (δ) sin (10πft) sin (Δ) sin (2Ψ + Φ)
-J0 (δ) cos (2Ψ + φ)
-2J2 (δ) cos (4πft) cos (2Ψ + Φ)
-2J4 (δ) cos (8πft) cos (2Ψ + Φ)

この場合、後述するように1/4波長板を挿入しなくても偏光子の回転角αを大きくすれば△が1f成分で検出される。この信号には2f成分の交流成分がベースに現れる。   In this case, as will be described later, even if a quarter-wave plate is not inserted, Δ is detected as a 1f component if the rotation angle α of the polarizer is increased. In this signal, an alternating current component of 2f appears on the base.

また、本実施形態のように、δを小さくする手法は、PEM13の変調電圧を直接制御する方法で位相変調幅δを小さくすることと同じであり、この場合はCD測定の時は検光子46をとりはずし調整ノブ42bを回転角0°に設定してPEM13の印加電圧を大きくして位相変調幅をπ/2に設定してCD(円二色性)測定をする。次に旋光度測定の場合は検光子46の偏光面を偏光子25の偏光面に対し45°傾けて取り付ける。更にPEM13の印加電圧を小さくして位相変調幅を約π/9に小さく設定することで旋光度が測定できる。これにより信号処理を何も変更することなく出力信号にCD信号を取り出すこともOR信号を取り出すことも簡単に実施できるようになる。前記方法はPEMの印加電圧を大きくして位相変調幅δをπにしても同じ結果が得られる。   Further, as in this embodiment, the method of reducing δ is the same as the method of reducing the phase modulation width δ by directly controlling the modulation voltage of the PEM 13, and in this case, the analyzer 46 is used for CD measurement. The adjustment knob 42b is set to a rotation angle of 0 °, the voltage applied to the PEM 13 is increased, the phase modulation width is set to π / 2, and CD (circular dichroism) measurement is performed. Next, in the case of measuring the optical rotation, the polarization plane of the analyzer 46 is attached at an angle of 45 ° with respect to the polarization plane of the polarizer 25. Further, the optical rotation can be measured by reducing the voltage applied to the PEM 13 and setting the phase modulation width to about π / 9. As a result, it is possible to easily extract the CD signal and the OR signal from the output signal without changing any signal processing. The above method can obtain the same result even if the applied voltage of PEM is increased and the phase modulation width δ is π.

図4は、本発明の第2実施形態を示している。本実施形態では、上述した第1実施形態の装置を基本とし、PEM13とレンズL2との間に、1/4波長板50を挿入配置した。なお、1/4波長板50の挿入位置は、図示のものに限ることはなく、レンズL2とフローセル15との間に設けても良い。また、偏光子25からPEM13に至る光路のいずれかに設けることもできる。   FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the quarter wavelength plate 50 is inserted between the PEM 13 and the lens L2 based on the apparatus of the first embodiment described above. Note that the insertion position of the quarter-wave plate 50 is not limited to the illustrated one, and may be provided between the lens L2 and the flow cell 15. Further, it can be provided in any one of the optical paths from the polarizer 25 to the PEM 13.

上述したように、式(8)で示した信号S成分(1−sin γcos 2Ψ − cos γsin 2Ψ sin △)は、sin γがフーリエ展開項の奇数次、cos γが偶数次に対応するので、2次までとすればsin γは1f成分、cos γは2f成分と直流成分に対応する。そして、SはγがS軸上、即ち−π/2≦γ≦π/2の場合に成り立つ式であることから、1/4波長板50を挿入した場合、γは、γ−π/2と置き換えることができる。 As described above, the signal S 0 component (1-sin γcos 2Ψ−cos γsin 2Ψ sin Δ) shown in the equation (8) corresponds to sin γ corresponding to the odd order of the Fourier expansion term and cos γ corresponding to the even order. If up to the second order, sin γ corresponds to the 1f component, and cos γ corresponds to the 2f component and the DC component. Since S 0 is an equation that holds when γ is on the S 3 axis, that is, −π / 2 ≦ γ ≦ π / 2, when ¼ wavelength plate 50 is inserted, γ is γ−π. / 2.

これに伴い、
sin γ→sin (γ−π/2)→−cos γ
cos γ→cos (γ−π/2)→sin γ
と置き換えることができる。
Along with this,
sin γ → sin (γ−π / 2) → −cos γ
cos γ → cos (γ−π / 2) → sin γ
Can be replaced.

よって、1/4波長板を挿入させた場合、上記の置き換えから、光検出器19で受光する信号であるS成分の式は、
1−2J(δ)sin (2πft)sin (△)sin (2Ψ)+J(Δ)cos (2Ψ)
+2J(δ)cos (2Ψ)cos (4πft)
となり、1f成分に旋光度△が現れ、2f成分に円二色性CD信号の2Ψが小さく現れる。
Therefore, when a quarter-wave plate is inserted, from the above replacement, the equation of the S 0 component that is a signal received by the photodetector 19 is
1-2J 1 (δ) sin (2πft) sin (Δ) sin (2Ψ) + J 0 (Δ) cos (2Ψ)
+ 2J 2 (δ) cos (2Ψ) cos (4πft)
Thus, the optical rotation Δ appears in the 1f component, and 2Ψ of the circular dichroic CD signal appears small in the 2f component.

このように、検光子46を除去して測定する円二色性信号と、検光子46を配置した測定する旋光度信号は、ともに1f成分(50Hz)となり、簡易な信号処理回路で旋光度を求めることができる。   Thus, the circular dichroism signal measured by removing the analyzer 46 and the optical rotation signal measured by arranging the analyzer 46 are both 1f components (50 Hz), and the optical rotation can be obtained by a simple signal processing circuit. Can be sought.

なお、実際のCD値は、2Ψ=CD−(π/2)で表示される。従って、
cos(2Ψ)=cos(CD−(π/2))=sin(CD)
となり、sin(CD)は、CDとほぼ等価となるので、CD信号が取り出される。
The actual CD value is represented by 2Ψ = CD− (π / 2). Therefore,
cos (2Ψ) = cos (CD− (π / 2)) = sin (CD)
Since sin (CD) is substantially equivalent to CD, a CD signal is extracted.

図5は、1/4波長板50を挿入した場合のポアンカレ球をS軸方向から眺めた図である。図2,図3と同様に、矢印と点線は位相変調の範囲を示す図である。即ちポアンカレ球上をA−B−Cと位相変調されている状態を示す図である。B点を中心にB−A、B−Cと位相変調される。太矢印は位相変調ベクトルを示す。+δ点での円偏光複屈折はO−Aを半径として紙面に垂直な円周上への太矢印ベクトル|O−A>の回転として現れる。このベクトルの影がS1S2平面上に射影される。S2軸方位からこのベクトルを観察することが45°傾けた偏光子(検光子)をおいて信号を観察することになる。即ち太矢印ベクトルのS2軸への射影が信号として観測される。−δ点での円偏光複屈折はO−Cを半径として紙面に垂直な円周上での太矢印ベクトル|O−C>の回転として現れる。このベクトルのS2 軸への射影が信号として観測されることになる。この場合円偏光複屈折によるベクトル|O−A>、|O−C>のS2 軸への射影は+−と振り分けられ1f成分となって現れる。この実施形態では、円複屈折によるベクトルの回転と旋光度平面が完全に一致するので旋光度測定には最良の条件となる。 Figure 5 is a view when 1/4 Poincare sphere when inserting a wavelength plate 50 from S 2 axially. As in FIGS. 2 and 3, the arrows and dotted lines indicate the phase modulation range. That is, it is a diagram showing a state where the phase of the Poincare sphere is phase-modulated with ABC. The phase is modulated with B-A and B-C around the point B. A thick arrow indicates a phase modulation vector. The circularly polarized birefringence at the point + δ appears as a rotation of the thick arrow vector | OA> on the circumference perpendicular to the paper surface with OA as the radius. The shadow of this vector is projected onto the S1S2 plane. Observing this vector from the S2 axis orientation will observe the signal with a polarizer (analyzer) tilted 45 °. That is, the projection of the thick arrow vector onto the S2 axis is observed as a signal. The circularly polarized birefringence at the point −δ appears as a rotation of a thick arrow vector | OC> on a circumference perpendicular to the paper surface with O-C as a radius. The projection of this vector onto the S2 axis is observed as a signal. In this case, the projections of the vectors | O-A> and | O-C> due to circularly polarized birefringence onto the S2 axis are distributed as +-and appear as 1f components. In this embodiment, the rotation of the vector due to circular birefringence and the optical rotation plane completely coincide with each other, so that the optical rotation measurement is the best condition.

上述した各実施形態並びに変形例では、HPLC用円二色性検出器に加工して検光子46を入射光側に取り付けた構造のもの作って測定する方法で実施した。そのためPEM13の印加電圧は固定で製品仕様のまま使用したが、印加電圧を変動するのは妨げない。更に、本発明の方式は特開平11−201959の記述で図示された全ての光学システムに適応できる。   In each of the above-described embodiments and modifications, the measurement was performed by making a measurement using a circular dichroism detector for HPLC and having an analyzer 46 attached to the incident light side. For this reason, the applied voltage of the PEM 13 is fixed and used in the product specifications, but it does not prevent the applied voltage from fluctuating. Furthermore, the system of the present invention can be applied to all the optical systems shown in the description of JP-A-11-201959.

本発明に係る旋光度測定装置の第1実施形態を示す図である。It is a figure which shows 1st Embodiment of the optical rotation measuring apparatus which concerns on this invention. 動作原理を説明する図である。It is a figure explaining an operation principle. 動作原理を説明する図である。It is a figure explaining an operation principle. 本発明に係る旋光度測定装置の第2実施形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the optical rotation measuring apparatus which concerns on this invention. 動作原理を説明する図である。It is a figure explaining an operation principle. 作用を説明する図である。It is a figure explaining an effect | action.

符号の説明Explanation of symbols

10 光源
13 PEM
15 フローセル
18 石英板
19 光検出器
25 偏光子
46 検光子
50 1/4波長板
G 回折格子
10 Light source 13 PEM
15 Flow cell 18 Quartz plate 19 Photo detector 25 Polarizer 46 Analyzer 50 1/4 wavelength plate G Diffraction grating

Claims (6)

光の透過順序が、光源、偏光子、位相変調手段、サンプルセル、光検知手段となるように配置するとともに、前記偏光子と位相変調手段の間に、回折格子またはプリズム等の分散素子、またはモノクロメータのうちのいずれかを配置して構成される円二色性検出機構を備え、
この機構においてサンプルセルと光検知手段との間に検光子を配置し、
位相変調幅δをπ/4より小さく設定したことを特徴とする旋光度測定装置。
The light transmission sequence is a light source, a polarizer, a phase modulation unit, a sample cell, and a light detection unit, and a dispersive element such as a diffraction grating or a prism, or between the polarizer and the phase modulation unit, Provided with a circular dichroism detection mechanism configured by arranging any of the monochromators,
In this mechanism, an analyzer is arranged between the sample cell and the light detection means,
An optical rotation measuring device characterized in that the phase modulation width δ is set smaller than π / 4.
前記偏光子を回転させる回転手段を設け、その回転手段は前記偏光子を光軸周りに回転させて偏光方向を回転させるものであり、
前記位相変調手段の振動方向と、前記偏光子の透過容易軸方向との狭角を、最大位相変調幅が得られるπ/4よりも小さくすることにより、前記位相変調幅δをπ/4より小さく設定するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の旋光度測定装置。
Rotating means for rotating the polarizer is provided, and the rotating means rotates the polarizer around the optical axis to rotate the polarization direction.
By making the narrow angle between the vibration direction of the phase modulation means and the easy transmission axis direction of the polarizer smaller than π / 4 that provides the maximum phase modulation width, the phase modulation width δ is less than π / 4. 2. The optical rotation measuring device according to claim 1, wherein the optical rotation measuring device is set to be small.
前記位相変調手段の位相変調幅δをπ/2とするとともに、1/4波長板を前記サンプルセル前または前記光源側により近い光軸上の前記位相変調手段の前に設置することで、前記位相変調幅Max点±δをS1軸上に移動設定するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の旋光度測定装置。   The phase modulation width δ of the phase modulation means is set to π / 2, and a quarter wave plate is installed in front of the sample cell or in front of the phase modulation means on the optical axis closer to the light source side, 2. The optical rotation measuring apparatus according to claim 1, wherein the phase modulation width Max point ± δ is set to move on the S1 axis. 前記位相変調手段は、PEMであり、そのPEMに印加する印加電圧を小さくすることで、前記位相変調幅δをπ/4より小さく設定するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の旋光度測定装置。   2. The phase modulation means according to claim 1, wherein the phase modulation means is a PEM, and the phase modulation width δ is set smaller than π / 4 by reducing an applied voltage applied to the PEM. Optical rotation measuring device. 前記偏光子の偏光面に対して、前記検光子の偏光面を45°傾けるような相対位置関係にしたことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の旋光度測定装置。   5. The optical rotation measuring apparatus according to claim 1, wherein a relative positional relationship is made such that a polarization plane of the analyzer is inclined by 45 ° with respect to a polarization plane of the polarizer. 6. 前記光源は、HgXeランプ,Hgランプ,重水素ランプ等の、紫外領域の放射強度が、他の領域に比べて相対的に大きいものとしたことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の旋光度測定装置。   6. The light source according to claim 1, wherein the radiation intensity of the ultraviolet region, such as an HgXe lamp, an Hg lamp, or a deuterium lamp, is relatively large compared to other regions. The optical rotation measuring device according to item.
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