JP2004340636A - キャピラリーチューブフローセル - Google Patents

Abstract

【課題】微少流量での分析、とりわけ液体クロマトグラフ分析に使用するキャピラリーフローセルであって、入射光の弱い場合でも、高い検出感度と低ノイズを実現できるようにする。
【解決手段】液体試料を収容し、分析のために液体試料を放射光にさらすフローセルであって、入射屈曲部と出射屈曲部を有し、その間に適宜長の直線状の通路を形成したキャピラリーチューブより成り、キャビラリーチューブの通路部分はスリットを挿通し、該スリットには光通過阻止部を設ける。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体クロマトグラム分析、就中微少流量での分析に使用するキャピラリーフローセルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】微少流量の分析に於て、キャピラリーチューブフローセルを使用することが、その検知感度が高いために多用されるようになっている。
例えば、キャピラリー電気泳動法や液体クロマトグラフの検知器として質量分析器を使用する場合、特に吸光度蛍光等の検出が行われる場合等によく使用されている。
【０００３】
キャビラリーチューブをセルの光通路に挿通して、その両端を加熱してキャピラリー材質を軟化させ、該両端を折曲してＺ又はＵ字状に形成し、キャピラリーフローセルを構成することは米国特許第５０５７２１６号（特許文献１）に記載されている。
そして、この折曲について、キャピラリーチューブに細管を通し、該細管を細管固定用支持器と云われる上下に分割した上下の台間に挟持ちし、その両端を加熱し、台の外側のキャピラリーチューブを自重により垂れさせ、曲げる方法が特開２００２−２６７５９７（特許文献２）に記載されている。
【０００４】
キャピラリーチューブを使用するフローセルに於いて、キャピラリーチューブの流路と同方向に光を入射させる場合、光路長を数ｍｍ取る事ができ、これにより検出感度を向上させることができる。
従来、キャピラリーチューブを使用するフローセルの製作に於いて、光を透過する部分のポリイミド被覆をガスバーナ等により剥がす必要があり、その後にキャピラリーチューブをＵ字型若しくはＺ字型に折曲加工している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】然して、これらキャピラリーチューブは流量の微小化により、益々細くなり、詰まりが生じ易く、且つ又試料の多様化により、試料によって径を変える必要があり、キャピラリーチューブの交換の必要性が大きくなっている。然し、その交換作業は極めて難しく、専門的な知識と経験を要し、時間も掛かるため、一般のユーザーに簡単に交換できる状態ではない。特に、その光学系の調整は時間が掛かり、分析作業を難しくしている処である。
【０００６】
又、キャピラリーチューブを折曲する際に、キャピラリーチューブのポリイミド被覆を剥がした部分には、スリットを設置して光軸以外の光（迷光）を遮断する必要があるが、このときにスリットの径が小さすぎるとキャピラリーの透過光量が小さいために検出のノイズが増大する。
又、透過光を供給する場合、特に入射光が弱い場合には、検出器のノイズの増大が性能面で重大な問題となる。更に、キャピラリーを使用した液体クロマトグラフ分析では、微少流量を扱うため、流速が小さくなるので、配管が長いと分析に時間が掛かり、温度、光量等による変化を来たし、正確な検知が阻害される虞れがある。
このため、キャピラリーチューブの簡単な交換手段が求められている。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第５０５７２１６号明細書
【特許文献２】特開２００２−２６７５９７号公報
【０００８】
【課題を解決するための手段】そこで本発明に於いては、キャピラリーチューブを使用するフローセルに於いて、ユーザー誰でもがキャピラリーチューブの交換の必要時に簡単に短時間に何等の調整作業を要さずに交換を行うことが出来るキャピラリーチューブを提案することを目的とする。
又、本発明に於いては、キャピラリーフローセルを検出器本体から離間して設置させることができることにより、カラムの近くにキャピラリーフローセルを配置でき、配管を短くすること、ＬＣ／ＭＳのモニターとしてインターフェースとの最短接続が可能なこと、オーブン中にキャピラリーフローセルを入れることが可能になり、温度変動にも安定した検知性能を発揮することができるようにすることを目的とする。
又、本発明に於いては、入射光が弱い場合でも、高い検知感度と低ノイズを実現でき、且つ光ファイバーによる入射光の取入れができるようにすることを目的とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図に示す実施例により、本発明を詳細に説明する。
先ず、図１乃至図５に示す基本形状につてい説明する。
１はキャピラリーフローセルで、キャピラリーチューブ２を屈曲形成してＵ字型又はＺ字型に構成してある。キャピラリーチューブ２は石英管でポリイミド樹脂でコーティングしてある。第１の屈曲部を入射屈曲部２１、第２の屈曲部を出射屈曲部２２とする。この入射屈曲部２１と出射屈曲部２２間の直線状の通路部分を中央脚部２３とする。
この２つの屈曲部の形成については、図４に示してあるように、屈曲する部位に長いパイプ３を挿入通し、パイプ３端のキャピラリーチューブ２を加熱し、屈曲する（図４Ａ）。このとき、長いパイプ３を使用して加工するのは、キャピラリーチューブ２の片側を加工する際に、過熱成形の炎がパイプ３の反対側に回り込み、意図しない部分が加工されるのを避けるためである。又、加熱成形中にキャピラリーチューブ２のポリイミド被膜は剥がれる。
キャピラリーチューブ２で長いパイプ３に覆われていた部分はポリイミド被膜が剥がれていないので、この部分のポリイミド被膜を剥がす（図４Ｂ）。ポリイミド被膜を剥がす部分の長さは光路長、即ち中央脚部２３＋２ｍｍ程度あれば充分である。
【００１０】
次に、スリットとなるパイプ４をキャピラリーチューブ２に差込む。パイプ４の長さは光路長よりやや短いのがよく、−１乃至−２．５ｍｍがよい。
パイプ４は熱伝導性があればキャピラリーチューブ加工時便利であるので、金属製、例えばＳＵＳが使用される。
ここで、キャピラリーチューブ２の曲がっていない側を加熱して折曲する（図４Ｃ）。
パイプ４の片側端若しくは両側端にパイプ４の内径と同じかそれより若干小さい内径と、後述の三角溝よりも大きい外径のリング４１を取付ける。この場合、始からフランジ付きのパイプでも効果は同じである（図５Ａ，Ｂ）。
パイプ４の内径はキャピラリーチューブ２の外径よりも０．０５〜０．７ｍｍ程度大きなものを使用するのがよい。パイプ４の内径が小さくなれば、検出感度が上がるが、ノイズも増える。本実施例では、キャピラリーチューブ２の外形０．３７５ｍｍに対して、内径０．８ｍｍのパイプ４を使用した。
又、スリットをセル部光学系の如く透孔にした場合、透孔に隣接してリング４１を設置することができる。
【００１１】
５１，５２はボールレンズで、ボールレンズ５１はキャピラリーチューブ２の入射屈曲部２１に対し、ボールレンズ５２は出射屈曲部２２に対し、夫々その設置側に於いて対峙設置され、且つボールレンズ５１はその通過光は中央脚部２３に集中して通るように設置され、又、ボールレンズ５２は中央脚部２３を通過した光線を効率よく検出部６に送るように設計設置されている。
又、ボールレンズ５１は、光がキャピラリーチューブ２の壁面に当たるのを出来るだけ少なくし、平行光線が中央脚部２３を通るように設置されるのがよい。
そのためには、ボールレンズ５１はボールレンズに入る光をキャピラリーチューブ２の入射屈曲部２１、就中スリット４の寸前、入口の処に集中させるように設置する（図３Ａ）。
【００１２】
Ｕ字型又はＺ字型に折曲したキャピラリーチューブ２には、入射屈曲部２１、出射屈曲部２２には、曲げＲが出現するものであるが、この入射屈曲部２１に入射光を集中させると、光は中央脚部２３方向以外にも放射、放散し、光の損失が大きくなるので、これを防ぐ必要があ。又、このボールレンズ５１の使用により、入射屈曲部２１の外側面に直接放射光を当てた場合に、反射されて中央脚部２３への光が減少することになるのを防ぐ必要がある。
そのための構成が、ボールレンズ５１を設置し、且つスリット４の寸前に集光させることである。
【００１３】
【実施例】次に、図６乃至図１１に示す実施例につき説明する。
７はキャピラリーチューブユニットで、図１に示すキャピラリーチューブ２とボールレンズ５１，５２を組込んだ具体的構成の実施例である。キャピラリーチューブ２は図６に於いてはＵ字状を他図はＺ字状に形成したキャピラリーチューブ２を使用している。キャピラリーチューブユニット７は、一方に於いてはセンサー系ユニット８、他方に於いては光入射ユニット９に接続してある。
【００１４】
キャピラリーチューブユニット７を、図６乃至図１１により説明する。
キャピラリーチューブ２はＵ字型乃至Ｚ字型に形成され、中央脚部２２にはスリット４が嵌挿され、その両端部にリング４１，４１を形成させている。
キャピラリーチューブユニット７は、円柱状に形成されたセルボディ７１とその外側を被覆する合成樹脂製のカバー７２により構成される。この合成樹脂はポリアセタール、ピーク、ポリカーボネート等の断熱性を有するものを使用することが推奨される。又、このカバー７２は略同形の半ドーナツ状に形成し、セルボディ７１を挟持し、固定するのが便である。
この構成により、周囲温度の変化に強くなり、キャピラリーチューブユニットをオーブンに入れて温度管理する必要が少ない。セルボディ７１には、中央部に適宜幅の半円状の切欠部７０を構成し、又、円柱状の中心に両側から、レンズホルダー８，８を挿通収納する透孔７４，７４を穿設し、両透孔７４，７４間の壁７５にはスリット４の載置される溝７６を形成してある。
【００１５】
又、壁７５に連通して切欠部７０に、キャピラリーチューブ２のスリット４を壁７５に形成した溝７６の載置した際、キャピラリーチューブ２の入る溝７３，７３を形成し、Ｕ字型のキャピラリーチューブ２を溝７６、溝７３，７３に載置する。Ｚ字型のキャピラリーチューブ２を設置するときは、図１０、図１１に示す如く、溝７３，７３の位置が溝７６に対し、対象形に形成される。
次いで、スリット４を押さえる押え板７７，７８を以ってキャピラリーチューブ２をビス等により固定させる。その際、押え板７７は、溝７６を三角溝とし、それに対応して三角溝７７１を形成することは推奨される。又、切欠部７０を半円状板体にて覆うことは推奨される。
又、これら押え板７７，７８、或いは切欠部７０を覆う円状板体は、セルボディ７１の残部を形成する部分と一体に形成することも可能である。
【００１６】
レンズホルダー５３には、ボールレンズ５１又は５２が設置され、その上にレンズカバー５４が夫々挿通されてボールレンズ５１又は５２を固定してある。
前記溝７６と押さえ板７８に形成された三角溝７８１は、スリット４を押え、キャピラリーチューブ２中央脚部２２の位置を特定し、中央脚部２２を光軸と一致させるものである。このため、ボールレンズ５１、中央脚部２２、ボールレンズ５２は何等の調整なしに位置が定まる。
又、キャピラリーチューブ２の固定の際に、キャピラリーチューブ２に合成樹脂パイプ２５を被覆して保護することは推奨される。
【００１７】
使用に当たり、キャピラリーチューブ２に試料溶液を流しつつ、光源からの光をボールレンズ５１を介してキャピラリーチューブ２に導入する。然るとき、ボールレンズ５１により、キャピラリーチューブ２の入射屈曲部２１、スリット４の寸前に集光させるようになっており、且つキャピラリーチューブ２の中央脚部２２に光軸に平行な放射光を与える構成のため、無駄のない効率的な光の供給が行われる。
キャピラリーチューブ２内に光が導入される際に、液体の屈折率がキャピラリーチューブ２の周りの空気の屈折率（ｖ＝１）よりも大きいため、光がキャピラリーチューブ２内に伝わっていく（図２）。
その際、スリット４の内径を大きくすることで、光量を増やし、ノイズを低減させることが可能である。
【００１８】
然して、セルボデイ７１の溝７６と押さえ板７７の溝７７１を三角溝にしてスリット４を正確に位置決めし、位置あわせを不要としたが、その際にスリット４と溝７６と溝７７１との間に隙間が生じる虞があった。この際に、光軸以外の光（迷光）が入ると、検出感度に影響が出るものであり、このため、迷光を遮断するリング４１を構成したものである。
【００１９】
図６、図１０に於いて、キャピラリーチューブユニット７、センサー部ユニット８、光入射ユット９が接続してあるが、図１２に示すように、ピン用孔７９，７９にて夫々接続自在としてある。
センサー部ユニット８は、台８３にセンサー８１がセットされ夫々の試料に応じて検出部６への伝達機能８２を有せしめてある。光入射ユニット９は、台９１に透孔９２を構成し、光ファイバー９３を挿通してある。
この光ファイバー９３の先端は、キャピラリーチューブユニット７のボールレンズ５１を押えているレンズカバー５４端に接している。
【００２０】
光ファイバー９３への入光部１０は、ファイバーホルダー１０１に設けた透孔１０２に光ファイバー９３端を挿通固定して形成される。該透孔１０２端に直角に光路１０５を形成し、この光路１０５及び透孔１０２に対し４５°平面ミラー１０３を設置し、光路１０５上に平凸レンズ１０４をレンズ押え１０６により設置して、平凸レンズ１０４を光源と対峙させてある。
【００２１】
上記の構成によれば、光ファイバー９３を使用して、ボールレンズ５１を介してキャピラリーチューブ２の中央脚部２３に光を入射できる。一般に光ファイバーから光を供給する場合、入射光が弱く、通常ではラインノイズが大きく、使用は困難である。本願発明に於いては、中央脚部２３にスリット４を設置すると共に、透過光量を増やしたので、検出器のラインノイズを減少させることができ、使用できるのである。
然し、スリット４の径を大きくし過ぎると、検出感度が落ちるので、スリット選択の必要がある。本発明に於いては、内径０．０７５ｍｍ、外径０．３７５ｍｍのキャピラリーチューブの場合、内径０．８ｍｍ、外径１／１６゛のパイプを使用した。
又、このスリット４の場合、リング４１により光軸から離れた光のカットが確実に行われ、検出器のラインノイズの減少に寄与している。
【００２２】
図１７，１８，１９について説明する。
図１７に於いて、キャピラリーチューブユニット７を光入射ユニット９を介して光ファイバー９３にてＵＶ検出器２０１の光源と連結し、キャピラリーチューブ２はインジェクター２０２、配管２０３を介してポンプ２０４に連結してある。キャピラリーチューブユニット７はＬＣ／ＭＳ２０５に連結してある。
図１８，１９はキャピラリーチューブユニット７、光入射ユニット９、センサー部ユニット８をオーブン２０６に収納設置した実施例を示す。即ち、該キャピラリーチューブユニット７、光入射ユニット９、センサー部ユニット８をオーブン２０６に収納し、上記図１７と同様光ファイバー９３を介して光源に接続し、キャピラリーチューブユニット７のキャピラリーチューブ２はカラム２０７、配管２０３、インジェクター２０２を介してポンプ２０４に接続してある。
このカラム２０７とＬＣ／ＭＳとをキャピラリーチューブユニット７と近接して最短接続が可能である。又、オーブン中に各ユニットとカラムを収容することもできるが、キャピラリーチューブユニット７は断熱材にて被覆されているので、オーブンに収納しなくてもよい。
【００２３】
〔実施例１〕 本発明は、図１に示す機構を用い、従来例として、キャピラリーチューブ流路と直角に交わる方向に光を入射させる光学系は図１４に示す機構を用い、下記の条件にて吸光度の比較実験を行った。
条件
波長：２５４ｎｍ
移動相：ＭｅＣＮ／Ｈ_２Ｏ＝６５：３５
流量：５μ１／ｍｉｎ
評価標準サンプル：アセトフェノン、ベンゼン、トルエン、ナフタレンを含んだサンプル溶液（ＭｅＣＨ／Ｈ_２Ｏ＝６５：３５）
カラム：イナートシル（登録商標）ＯＤＳ−３（０．３ｍｍｉ．ｄ．ｘ１５ｃｍ）
カラム温度：室温（２３℃）
この結果、図１５に示すクロマトグラムが得られた。
その吸光度の際は歴然であり、本発明では感度高くピークが検出された。
【００２４】
〔実施例２〕 本発明の図１に示す機構を用い、他は図１の機構よりリング４１を除去したものを用いて下記の条件にて吸光度検出器のレスポンス実験を行った。
条件
検出器のレスポンス ０．１ｓｅｃ〜
波長：２５４ｎｍ
移動相：ＭｅＣＮ／Ｈ_２Ｏ＝６５：３５
流量：５μ１／ｍｉｎ
カラム温度：室温（２３℃）
この結果、図１６に示すクロマトグラムが得られた。
その検出レスポンスのノイズの程度の差は歴然であり、本発明ではノイズは小さくおさえられ、安定性も良好である。
【００２５】
【発明の効果】上記の本願発明請求項１によれば、液体試料を収容し、分析のために液体試料を放射光にさらすフローセルであって、入射屈曲部と出斜屈曲部を有し、その間に適宜長の直線状の通路を形成したキャピラリーチューブより成り、キャピラリーチューブの通路部分はスリットに挿通されスリットには光通過阻止部を設けたので、キャピラリーチューブに導入された光を中央脚部に集中することが出来る。このため光ファイバーなどの弱い光でも光量の増加と共に、検出器のノイズの増大を防ぐことができ、入射光の弱い場合でも、高い検出感度と低ノイズを実現できる。又、迷光はリングにより遮断され、光の集中を助長する。又、このために光ファイバーをその入射光の弱さにもかかわらず、使用可能としたものである。
【００２６】
又、請求項７によれば、セルボディに入射屈曲部と出射屈曲部と、その中間に中央脚部を有するキャピラリーチューブを設け、ボールレンズを入射屈曲部と出射屈曲部の外側に対峙位置させてキャピラリーチューブユニットを構成し、一方のボールレンズには光源に連通する光供給部を有する光入射ユニットを、他方のボールレンズにはセンサーを有するセンサー部ユニットを夫々着脱自在に設けたので、光ファイバーによりキャピラリーチューブに光を入射できるので、キャピラリーチューブユニットを検出器本体から離間して設置することができることになり、この結果、カラムとの最短接続が可能となり、ＬＣ／ＭＳのモニターとしてインターフェースとの最短接続も可能、又、オーブンの中にキャピラリーフローセルを入れることが可能になり、更に温度変動にも安定した性能を発揮できる。
【００２７】
上記の本願発明の最大の利点は、キャピラリーチューブユニットとしてキャピラリーチューブとボールレンズを一体化し、しかも、このキャピラリーチューブユニットをセンサー部ユニット、光入射ユニットと接続分離自在としてことにより、この部分は完全な部品として何等の光学系の調整も一切不要で簡単に替えることができることである。
このため、キャピラリーチューブの目詰まりや、流量に合せたキャピラリーチューブの内径の変更要求にも簡単に誰でも対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明概略説明図
【図２】中央脚部における入射光の挙動説明図
【図３Ａ】本発明における入射光の集光状態説明図
【図３Ｂ】本発明異なる入射光の集光状態説明図
【図４Ａ】キャピラリーチーブ屈曲説明図
【図４Ｂ】キャピラリーチーブ屈曲説明図
【図４Ｃ】キャピラリーチーブ屈曲説明図
【図５Ａ】本発明一実施例スリット部分の要部説明図
【図５Ｂ】本発明一実施例スリット部分の要部説明図
【図６】本発明一実施例ユニット部分の要部説明図
【図７】本発明一実施例キャピラリーチューブユニット部分の要部分解斜面図
【図８】同上分解平面平面図
【図９Ａ】同上分解拡大説明図
【図９Ｂ】同上分解拡大説明図
【図９Ｃ】同上分解拡大説明図
【図１０】本発明一実施例ユニット部分の一部縦断拡大説明図
【図１１】本発明一実施例キャピラリーチューブユニット分解縦断拡大説明図
【図１２】本発明一実施例キャピラリーチューブユニット正面図
【図１３Ａ】光入射ユニット一部拡大縦断説明図
【図１３Ａ】光入射ユニット一部拡大縦断説明図
【図１４】従来のセル部光学系模式説明図
【図１５】本発明と従来の光学系を使用した実験で得られたクロマトグラム
【図１６】本発明光学系を使用した実験でリングの有無により得られたクロマトグラム
【図１７】本願発明をＬＣ／ＭＳと配管し使用する実施例概略説明図
【図１８】本願発明をＬＣ／ＭＳと配管し、オーブンを使用する実施例概略説明図
【図１９】同上オーブン設置使用例説明図
【符号の説明】
１ キャピラリーフローセル
２ キャピラリーチューブ
３ パイプ
４ パイプ
５１ ボールレンズ
５２ ボールレンズ
６ 検出部
７ キャピラリーチューブユニット
８ センサー系ユニット
９ 光入射ユニット

Claims (9)

1. 液体試料を収容し、分析のために液体試料を放射光にさらすフローセルであって、入射屈曲部と出射屈曲部を有し、その間に適宜長の直線状の通路を形成したキャピラリーチューブより成り、キャビラリーチューブの通路部分はスリットを挿通し、該スリットには光通過阻止部を設けたことを特徴とするキャピラリーチューブフローセル。
2. 光通過阻止部はリング状に形成され、スリットに嵌合乃至形成されることを特徴とする請求項１に記載のキャピラリーチューブフローセル
3. スリットはキャピラリーチューブの通る径のパイプを用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のキャピラリーチューブフローセル。
4. スリットの径はキャピラリーチューブより０．０５〜１ｍｍ大きく形成させたことを特徴とする請求項１乃至３に記載のキャピラリーチューブフローセル。
5. セルボディに両側面に透孔を形成し、ボールレンズを収容するレンズホルダーを挿入固定自在とし、その透孔間に壁を形成すると共に、該壁には溝を形成し、キャピラリーチューブをそこに挿通したパイプ型スリットにより設置し、チューブ押さえにて固定したことを特徴とする請求項１乃至４に記載のキャピラリーチューブフローセル。
6. 溝は三角溝であることを特徴とする請求項５に記載のキャピラリーチューブフローセル
7. セルボディは断熱性合成樹脂カバーにて被覆したことを特徴とする請求項５に記載のキャピラリーチューブフローセル
8. セルボディに入射屈曲部と出射屈曲部と、その中間に通路部を有するキャピラリーチューブを設け、ボールレンズを入射屈曲部と出射屈曲部の外側に対峙位置させてキャピラリーチューブユニットを構成し、一方のボールレンズには光源に連通する光供給部を有する光入射ユニットを、他方のボールレンズにはセンサーを有するセンサー部ユニットを夫々着脱自在に設けたことを特徴とするキャピラリーチューブフローセル。
9. 光源とキャピラリーチューブユニットに着脱自在の光入射ユニットを光ファイバーにて接続すると共に、キャピラリーチューブユニットをＬＣ／ＭＳと接続することを特徴とする請求項８に記載のキャピラリーチューブフローセル

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