JP2006515421A

JP2006515421A - 測光技術を使用するフローセル

Info

Publication number: JP2006515421A
Application number: JP2004571629A
Authority: JP
Inventors: ガーナー、ユーリー; シムズ、カール; シーレン、トマス、ジェイ．
Original assignee: システックインコーポレイテッド
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2006-05-25
Also published as: AU2003230887A1; EP1616166A4; WO2004099757A1; EP1616166A1

Abstract

放射エネルギ場内で流体を移送するフローセル（１０）は、自身内に延在して、自身と一体である放射エネルギ遮断部分を含む管（２０）を有するセル本体（１２）を含む。特定の実施形態では、セル本体（１２）は、流体シールを生成するために管（２０）に挿入してよい突起（４０）を有する１つまたは複数の端部キャップ（１４、１６）を含み、端部キャップ（１４、１６）は、自身を通して流体（２８、３２）および放射エネルギ（２６、３０）を移送する開放流路を含み、セル本体（１２）内の管（２０）は、端部キャップ突起（４０）から隔置された効率的な放射エネルギ透過ライニングを含み、これによってフローセルの開放流路（１８）内にギャップ・ボリュームを形成し、ギャップ・ボリュームは、様々な屈折率を有する流体を移送する個々のフローセルで放射エネルギ損を標準化できるように校正することができる。

Description

本出願は、２００１年１月１８日出願で「FLOW CELLS UTILIZING PHOTOMETRIC TECHNIQUES」と題され、本出願と同じ譲渡人に譲渡された共願特許出願第０９／７６５，４９７号の部分継続である。

本発明は概ねフローセルに関し、特に分光測光などの様々な分析化学用途で使用する放射エネルギ・フローセルに関する。本発明は、このようなフローセルを作成する方法にも関する。

様々な環境で、特に分析化学用途でサンプルを準備し、試験する際に使用するために様々な器具が設計され、実現されている。このような器具の１つがフローセルであり、これはサンプルを分析目的のために分光測光器のような分析機器へ移送し、および該フローセルを通して移送するために使用することができる。フローセルは通常、液体サンプルを移送するために使用されているが、他の流動性サンプルのタイプも実現されている。

最も一般的には、フローセルは放射エネルギ源とエネルギ検出器の間の空間を貫いてサンプル溶液を移送するために実現され、この検出器はサンプル溶液を通る関連エネルギの吸収または透過を測定する。このような検出器の例は分光測光器である。次に、様々な分析機器が結果のエネルギ「指紋」または透過波長対吸収波長を解釈して、サンプルの成分を解釈する。

しかし、サンプル溶液にエネルギを効率的に通すために、フローセルの壁は通常、集束光学系を使用し、したがってフローセルの壁に当たるエネルギが最小になる。このような集束光学系がない場合、以前のフローセル構成は、サンプル溶媒液がフローセルの壁に通常使用される材料より高い屈折率を有することを必要とした。その結果、集束光学系が使用される以前は、フローセルにおいては溶剤として有機流体が一般的に使用された。

しかし、幾つかの理由から、このような有機流体の好ましい代替物として、水性流体キャリアが探求されてきた。水性流体を使用するフローセル・システムを実現するために、フローセルには水より小さい屈折率を有する材料が必要である。このような材料の１つが、ＴｅｆｌｏｎＡＦ∞という商標でデラウェア州ウィルミントンのＤｕｐｏｎｔが開発した過フルオロ共重合体である。したがって、分析フローセルは分光測光および測光の用途で放射エネルギが効率的に伝播できるようにするために、ＴｅｆｌｏｎＡＦ∞または他の低い屈折率の材料の層を含むことが好ましい。

現在のフローセル・システムが遭遇するさらなる問題は、迷光がセルを通してその下流の測光検出器へと透過することである。概して、迷光とは、分析中のサンプルを通過せずに測光検出器に知覚される光である。このような迷光は、光がサンプル路を通過せずに透明または半透明のフローセル材料を直接透過する結果であることが最も多い。上述したように、フローセル・システムは、フローセルを通って検出器へと至る測光放射線の内部反射を最大にするように特に設計される。このようなシステムは、光がフローセル壁の端部に直接はいるのを最小限に抑え、それに応じて検出器に到達する迷光を最小限に抑えることも同時に試みる。大規模のシステムでは、機械的フォトマスク器具を実装して、少なくとも入射光がフローセル壁の端部に入るのを遮断している。しかし現在フローセル・システムが小型化されているので、このような機械的フォトマスク器具は、サンプル放射エネルギを通過させてフローセルのコアに入れながら、迷光を効果的に遮断することが極めて困難になる。

今日使用されている大部分のフローセルは通常、効率的かつ信頼性が高い設計を実現していない。多くのフローセルは、多くの区間および多くの方向を有する管を使用し、これは「デッド・フロー」ゾーンを引き起こし、流体が漏れる危険性を高めることがある。望ましくないほど複雑であるか、現在の分析機器の幾何学的形状に実装することが困難であるか、生産費が過度に高いフローセルの設計もある。

したがって、サンプルの組成分析に使用する放射エネルギ場にサンプル溶液を曝露する改良型の手段を提供することが、本発明の主な目的である。

サンプル溶液の所望の流れ特徴を生成する改良型のフローセル設計を提供することが、本発明のさらなる目的である。

フローセルを通る流れの乱れを低下させるフレア管フローセル設計を提供することが、本発明の別の目的である。

放射エネルギ場を通って流れる様々な流体の放射エネルギ損を標準化するために校正したギャップ・ボリュームを有するフローセルを提供することが、本発明のさらなる目的である。

フローセルと係合して、密封した流体通路を形成するほぼ円錐台形の部分を有する端部キャップを含む改良型のフローセルを提供することが、本発明のさらなる目的である。

フローセル本体と係合した場合に高圧流体シールを形成するようにサイズ決定され、構成された端部キャップを有する改良型のフローセルを提供することが、本発明のさらなる目的である。

フローセルの端部キャップを提供し、端部キャップが流体および放射エネルギを移送する通路を含み、さらにフローセルとの密封関係のために改良型の密封手段を提供することが、本発明のさらなる目的である。

改良された放射エネルギ透過特徴を有するフローセルを提供することが、本発明のさらなる目的である。

検出器が受け取る迷光を最小限に抑えるか、解消するために改良されたフォトマスク特徴を有するフローセルを提供することが、本発明の別の目的である。

壁を通る迷光の透過を最小限に抑えるために、部分的に不透明な壁を有するフローセルを提供することが、本発明のさらなる目的である。

ＨＰＬＣ用途で使用する改良型のフローセルを提供することが、本発明のさらなる目的である。

改良された密封および流体移送特徴を有するフローセルを作成する方法を提供することが、本発明のさらなる目的である。

押し出し成形の管を使用するフローセルを作成する方法を提供することが、本発明のさらなる目的である。

本発明により、改良されたフローセルは、放射エネルギ場内でサンプル流体を移送する際に使用するものと想定される。このようなフローセルは、流体の密封および流体の流れ特徴を改良した構造を導入する。

本発明のフローセルの１つの実施形態は、自身内に配置された細長い第１管を有するセル構造を含むことが好ましく、管はセル構造を貫通する連続通路を形成する。管は、管を通る迷光の通過を最小限に抑えるために、自身と一体の放射エネルギ遮断部分を含む。フローセルには、セル構造と滑動状態で係合可能である少なくとも１つの端部キャップが取り付けられる。端部キャップは、自身から外方向に延在するほぼ円錐台形の部分を含むことが好ましい。組み立てた時、円錐台形部分は、第１開放流路内へと少なくとも部分的に延在することが好ましい。

第１管内の第１開放流路は、同心管を形成する１つまたは複数の層で被覆することが好ましい。最も内側の管は、過フルオロ共重合体のような低い屈折率の材料であることが好ましい。ＰＥＥＫを備えることが好ましい第２管は、第１管をほぼ同心円で囲む。ＥＥＰを備える第３管は、ＰＥＥＫ管をほぼ同心円で囲み、第１開放流路の外壁と密接に接触することが好ましい。組み立てた状態で、端部キャップの円錐台形部分は、第１開放流路の壁に対してＦＥＰ管の一部を変位させ、それによってＦＥＰ管と円錐台形部分の間に流体が漏れないシールを形成することが好ましい。

端部キャップは、サンプル流体および放射エネルギを移送する１つまたは複数の開放流路を含むことが好ましい。好ましい実施形態では、放射エネルギ流路は、セル構造内で第１開放流路とほぼ位置合わせされる。放射エネルギ流路と流体流路は、放射エネルギがサンプル流体を通過するように合流することが好ましい。

最も内側の管の少なくとも一方端は、放射エネルギおよびサンプル流体をさらに効率的に移送するために、外方向へとフレア状にすることが好ましい。最も内側の管のフレア状部分は、放射エネルギの有意の損失がない状態で、最内管の内部寸法を減少させ、さらに流体の流れの乱れを低下できるように校正される。このように流れの乱れが低下すると、サンプルの測光分析の信頼性が向上する。

本発明の別の態様では、セル構造内の第１開放流路と各端部キャップ内の流体流路との間にギャップ・ボリュームを設ける。ギャップ・ボリュームは、別個の屈折率を有する様々な流体の中で放射エネルギ損を標準化できるように、適切なボリュームを画定するように調節自在に校正されることが好ましい。

本発明は、上述した構成要素を使用して、放射エネルギとサンプルとの相互作用を通してサンプル組成を決定する方法も想定する。

上記で列挙した目的および利点を、本発明で提示した他の目的、特徴および利点とともに、本発明の様々な可能な構成を表すように意図された添付図面に関して説明する詳細な実施形態に関して、次に提示する。本発明の他の実施形態および態様は、当業者の理解の範囲内であると認識される。

次に、参照文字により図面を、最初に図１を参照すると、本発明のフローセル１０の部分組立分解断面図が図示されている。フローセル１０は、セル本体１２、および第１および第２端部キャップ１４、１６それぞれを含む。セル本体１２は、自身を通って延在し、セル本体の全長を貫通する連続通路を形成する第１開放流路１８を含む。１つまたは複数の別個の材料層が、開放流路１８を囲むことが好ましい。このような層は、同心円管を形成するように開放流路１８を囲むことが好ましく、最内管の内径が開放流路１８を画定する。各層の同心性は、厳密に規制することが好ましい。

好ましい実施形態では、比較的低い屈折率の材料の第１層２０が、開放流路１８を同心円で囲む。低屈折率材料は、流路１８のサンプル流体を通過する放射エネルギが少ない劣化で比較的長い距離を伝播できるように、第１層２０で使用することが望ましい。分光測光器または他の計器を使用して流体の組成を分析するフローセルの用途では、流体および放射エネルギが通過する管の壁が、（内面全反射として知られる現象により）放射エネルギの効率的伝播を可能にするために、好ましくは流体より小さい屈折率を有する必要がある。したがって、高性能液体クロマトグラフィ、または内壁が流体と接触するフローセルを使用する他の分析化学用途で、サンプル分析の基礎流体として水を使用する場合、内壁材料は水より低い屈折率を有することが好ましい。

本発明ではこのような用途を想定する。このような低屈折率材料の例は、デラウェア州ウィルミントンのE. I. Dupont deNemours Corp.が開発し、販売するＴｅｆｌｏｎＡＦのような過フルオロ共重合体である。現在のところ、Teflon AFは第１層２０に使用するのに最も好ましい材料である。水またはサンプル分析で使用する他の溶剤より低い屈折率を有して容易に入手可能な唯一の材料であり、これらの溶剤の大部分と化学的に適合するからである。したがって、第１層２０は過フルオロ共重合体を備えることが好ましい。このような第１層２０の内面は、欠陥がほとんどなく、もしあっても放射エネルギの波長より小さいことが好ましい。

第１層２０は、放射エネルギが第１層を貫通する際に引き起こされる放射エネルギの損失を防止するのに十分な厚さであることが好ましい。放射エネルギはセル本体１２の第１開放流路１８を通って伝達されるので、放射エネルギはエバネッセント(evanescent)波として第１層２０を貫通し、その強度は第１層２０の深さとともに指数関数的に低下する。放射エネルギが開放流路１８を効率的に透過するために、第１層２０の厚さ「Ｔ」は、それに入射する放射エネルギの貫通深さ「Ｉ」より大きくなければならない。このような深さは、下式によって与えられ、ここでｎ_Tは第１層２０の屈折率であり、ｎ_iはサンプル流体の屈折率、Ｏ_iは入射放射エネルギの波長、ｉは流路１８に入る放射エネルギの入射角である。

本発明の好ましい実施形態では、第１層２０は開放流路１８を通過する放射エネルギの少なくとも２波長の厚さを有する。第１層２０は少なくとも１５Πｍの厚さであることが、さらに好ましい。

幾つかの実施形態では、第１層２０は管状の形態であり、セル本体１２を通る流体および放射エネルギの進行経路を画定する境界を形成することが好ましい。

本発明の好ましい実施形態では、第２および第３層２２、２４それぞれが、第１層２０の周囲に同心円で配置される。第２および第３層２２、２４は、ポリマ材料であることが好ましく、管状の形態であることが好ましい。特定の好ましい実施形態では、第２層２２はＰＥＥＫであり、第３層２４はＦＥＰである。図１で示すように、第２層２２は第１層２０と第３層２４の間に挟まれ、第１層２０および第３層２４の両方と密接に接触してよい。好ましい実施形態では、第１層、第２層および第３層それぞれの間のクリアランスは、流路１８の内部寸法の２％以内に維持する。

好ましい実施形態では、図１で示すように、第３層２４はセル本体１２の残りの部分によってほぼ同心円で囲まれ、該残りの部分は、ステンレス鋼のような腐食しない剛性材料であることが好ましい。しかし、例示的なステンレス鋼の代わりに他の材料も使用してよい。

第１および第２端部キャップ１４、１６は、自身を貫通する少なくとも１つの開放流路を含むことが好ましい。第２開放流路２６を第１端部キャップ１４に配置することが好ましく、第１開放流路１８と位置合わせすることが好ましい。同様に、第３開放流路３０を端部キャップ１６に配置し、流路１８と位置合わせする。図１で示すように、第２および第３開放流路２６および３０は、端部キャップ１４および１６それぞれの全長を通して延在することが好ましい。流路２６、３０は、フローセル１０を通して放射エネルギを伝達するために使用することが好ましく、様々な角度の反射特徴の結果生じ得る測定誤差を解消するために、１つの面に配置することが望ましい。好ましい実施形態では、流路２６、３０は、例えば光ファイバ材料のように、放射エネルギの伝達に効率的な材料から作成する。流路２６、３０で使用するために特に好ましい材料は、クォーツの光ファイバである。次に、流路２６、３０は、流路１８と直接、一直線に位置合わせすることが好ましい。第１、第２および第３層２０、２２、２４それぞれは、流路２６、３０とほぼ同心円で位置合わせされ、オフセットが流路１８の内部寸法の５％以内であることが、さらに好ましい。

本発明の特定の実施形態では、フォトマスクを使用して、サンプル流体を通過せずにフローセル１０を通過する迷光を最小限に抑えるか、遮断する。流路１８の内部寸法が比較的小さいフローセルの実施形態では、層２０、２２、２４、特に層２０の機械的な光のマスキングが極めて困難になる。したがって、層２０の少なくとも一部を不透明にして、それを通る迷光を効果的に遮断する。

図１から図３で示すように、放射エネルギは開放流路３０、１８および２６それぞれを通して導かれる。開放流路１８は、放射エネルギが各境界を越えて散乱せずに、流路を直接通過できるように、流路３０および２６と機械的に位置合わせすることが好ましいが、放出される放射線の一部は、流路１８内のサンプル流体を通過せずに、層２０、２２および２４のうち１つまたは複数を不都合に通過することがある。しかし、流路３０と２６の間でサンプル流体を通過しないこのような迷光は、全て層２０を通過することが最も一般的である。

上述したように、層２０は、特定の屈折率特徴のためにＴｅｆｌｏｎＡＦのような過フルオロ共重合体から製造することが好ましい。比較的小さいフローセルを機械的にマスキングをする際に伴う困難を克服するために、層２０に遮光材料を含浸するか、これで被覆することが好ましい。図４で示すように、本発明の好ましい実施形態は、層２０に配置された不透明部分７２を含む。液体遮断部分７２を、図４で示すように層２０の全長に沿って配置することが好ましい。しかし、他の実施形態では、遮光部分７２を、特定の用途に従って必要とされるように、層２０の一部にしか配置しなくてよい。

さらに図４で見られるように、遮光部分７２は、内面１９と遮光部分７２の間に不透明でない層７４が形成されるように、層２０の内面１９から隔置することが好ましい。このような不透明でない層７４は、層２０の内面１９に入射する放射エネルギを受け取り、有意のエネルギ損がない状態で効率的に反射または屈折するように、フローセル１０に組み込むことが好ましい。放射エネルギは通常、反射または屈折する前に少々材料を貫通するので、層７４のような不透明でない部分を設けて、内面１９に入射する放射エネルギの吸収を最小限に抑えることが好ましい。入射放射エネルギの貫通深さは、層２０に使用する材料によって決定される。層２０が過フルオロ共重合体を備える特定の実施形態では、不透明でない層７４が少なくとも、開放流路１８を通過する放射エネルギの約２波長の厚さを有する。層７４の厚さは、上記で定義した関係で決定することが好ましい。層７４は、遮光部分７２と一体であることが好ましいが、代替的に層７４および部分７２は、相互にすぐ隣接して配置された別個の層でよく、このような隣接層は、相互に化学的に結合することが好ましい。しかし、他の実施形態ではこのような隣接層が、その間に化学的結合がない状態で、相互に隣接して並置されてもよい。

本発明の好ましい実施形態では、遮光部分７２はカーボン・ブラックのような着色剤を含む。多様な遮光着色剤を部分７２に組み込むことができるが、第１層２０の過フルオロ共重合体材料との組み合わせで使用する場合は、炭素が特に有利であることが判明している。本発明で有用な別の遮光着色剤は二酸化チタン（ＴｉＯ₂）である。炭素は、約０．０１〜２重量％の濃度で過フルオロ共重合体溶液に懸濁させるか、分散させることが好ましい。炭素の充填は、過フルオロ共重合体溶液中に０．１〜１重量％であることが、さらに好ましい。本発明で使用するのに好ましい特定の炭素材料が、Ｅｌｆｔｅｘ１２という商標でＣａｂｏｔ（Ｒ）にて製造されている。

遮光部分７２は、所望の着色剤材料を含む重合体溶液から形成することが好ましい。特定の例では、ＴｅｆｌｏｎＡＦのような過フルオロ共重合体をＡｕｓｉｍｏｎｔ（商標）ＨＴ−５５または３Ｍ（Ｒ）のＦＣ−７５のような市販の溶剤に溶解することができる。次に、粉末状にした炭素を過フルオロ共重合体溶液に懸濁させるか、直接分散させ、遮光重合体材料を形成することができる。本発明の層２０を形成する１つの方法は、層７４によって画定された事前形成の管上に遮光溶液を押し出し成形する。遮光層７２の過フルオロ共重合体を、不透明でない層７４の過フルオロ共重合体に化学的に結合して、連続的な第１層２０を形成することが好ましい。

層２０を形成する代替方法は、層７４を囲む関係で層７２が形成されるように、層７４によって画定された事前形成の管を、炭素充填の過フルオロ共重合体溶液に浸漬することを含む。層７２を層７４に化学的に結合して、遮光部分７２を有する一体層２０を形成することが好ましい。事前形成の管７４は、表面改質した光ファイバの管を過フルオロ共重合体溶液に浸漬し、その後にここで形成された過フルオロ共重合体管７４の中から光ファイバの管を取り出すことによって形成することができる。このような表面改質は、光ファイバ管をポリイミド材料のような安定した非結合性化合物で被覆することを含む。

自身と一体の遮光部分７２を有する層２０を形成する好ましい方法は、１段階の押し出し成形プロセスによるものである。適切な溶剤中に存在し、約０．０１から約２重量％の懸濁または分散している炭素を含む過フルオロ共重合体などの重合体溶液を、ピン上に押し出し成形して、所望の寸法の管を形成することができる。炭素を充填した過フルオロ共重合体などの重合体材料を押し出し成形するこのような１段階の押し出し成形プロセスは、炭素または他の遮光材料がほぼない内部分７４を形成することが好ましいと判断されている。このような方法で、着色剤がない部分７４でほぼ囲む関係の遮光部分７２を有する１段階押し出し成形管は、このような１段階の押し出し成形プロセスで効率的に製造することができる。

この方法の特定の例は、スクリュー型押し出し機で直接混合することを含む。この方法で、過フルオロ共重合体を適切な量の炭素または他の不透明材料と乾燥混合し、その後に押し出し機に供給する。押し出し機での溶解プロセス中に、炭素は過フルオロ共重合体で被覆され、したがって管の押し出し成形プロセス中に層を形成する。押し出し成形した管は、数波長分以上ある純粋な過フルオロ共重合体の層を含む。

遮光部分７２は、所望に応じて第２層２２および第３層２４にも組み込んでよい。各層に遮光着色剤を含浸する同様の方法を使用してもよい。

図５で示すような本発明の別の実施形態では、上述したような顔料充填溶液を第１層２０の端面２１に被覆して、迷光の通過を最小限に抑えることができる。したがって、遮光材料８２を、放射エネルギに曝露する表面に「塗装」する。材料８２は、入射放射エネルギに対する遮蔽剤として作用することが好ましく、これによって入射放射エネルギは開放流路１８を通して配向される。遮光材料８２は、遮光部分７２で使用するものと同じであることが好ましく、所望に応じて第１層２０とは別の層、または第１層２０に追加して塗布することができる。遮光層８２は、入射放射エネルギの通過を阻止するのに十分な厚さであることが好ましい。

本発明の好ましい実施形態では、流体流路２８が端部キャップ１４に配置され、前記第２流路２６から端部キャップ１４の外面へと延在する。図１で示すように、流体流路２８は、端部キャップの全寸法を通って延在することが好ましく、したがって流体は流体流路２８を通って端部キャップ１４の外面と開放流路１８の間で流れることができる。流体流路２８を形成する壁は、端部キャップ１４と同じ材料であるか、特定の用途にとって望ましい他の材料で裏打ちするか、被覆してもよい。

図１で示す実施形態では、端部キャップ１６は端部キャップ１４と同様であることが好ましい。端部キャップ１６は、自身を通り、開放流路１８に関連する面と一致する面に延在する第３開放流路３０を含むことが好ましい。さらに、端部キャップ１６は、このような第３開放流路３０から端部キャップ１６の外面へと延在する流体流路３２を含むことが好ましく、これによって流体が開放流路１８と端部キャップ１６の外部との間を通る流路を提供する。

図１で示した実施形態の好ましい特徴は、各端部キャップ１４、１６から延在する突起４０である。突起４０は、セル本体と各端部キャップ１４、１６の間の境界面に流体シールが形成されるように、セル本体１２で受けるような構成である。第２および第３開放流路２６、３０それぞれは、各突起４０の外面に第２および第３開放流路への各開口が配置されるように、突起４０を通って延在することが好ましい。本発明の特に好ましい実施形態では、突起４０は、各端部１４、１６から延在する円錐台形部分をほぼ形成する。図１で示すように、第２および第３開放流路２６、３０は、前記突起４０の台部分を通って延在することが好ましい。

好ましい円錐台形の形状は、端部キャップ／セル本体の境界面に所望の流体密封特徴を提供する。図２で示し、図３ではさらに明瞭に示すように、第１層２０の断面は外方向にフレア状である。第１層２０のフレア状区間は、高度に研磨して加熱した円錐構造を、第１層２０により形成された流路１８に挿入することによって形成することが好ましい。第１層２０がＴｅｆｌｏｎＡＦ∞を有する実施形態では、円錐構造を、ＴｅｆｌｏｎＡＦ∞の遷移点（２４０℃）に近いが、ＴｅｆｌｏｎＡＦ∞の融点より低い温度まで加熱する。したがって、加熱した円錐構造は、第１層２０の一部を形成して、円錐構造の外面形状にする。

幾つかの実施形態では、第１層２０がフレア状になって開放流路１８の内部寸法を変更し、流体を開放流路１８から、そして開放流路へと、さらに効率的に通過させることができる。第１層２０のフレア状区間は、流路１８における流体の乱流を減少させ、それによって層流の程度を高める。流体の乱流は、流体を通過する放射エネルギを分散させるので、乱流の減少は、放射エネルギ透過の現象分析における「散乱ノイズ」を所望通りに低下させ、したがって分光測光の正確さが向上する。

第１層２０の端部区間５０は、端部区間５０における開放流路１８の内部寸法が開放流路２６の内部寸法とほぼ等しくなるように、外側へとフレア状になることが好ましい。第１層２０の一部を外側にフレア状にすることによって、開放流路１８の内部寸法が相応して減少する。開放流路１８の内部寸法がこのように減少すると、それに対応して第１層２０の内部寸法が減少し、これによって開放流路１８の内部ボリュームを小さくして、開放流路１８を透過する放射エネルギを大幅に減少させずに流路へのサンプル帯の広がりを減少させることができる。さらに、第１層２０のフレア状区間５０によって、開放流路２６と流路１８のフレア状区間５０の間の屈曲角度による有意の放射エネルギ損がない状態で、第１層２０の内部寸法を開放流路２６より小さい寸法まで減少させることができる。このような最小限の放射エネルギ損は、放射エネルギの入射角と組み合わせたフレア状部分の角度が、放射エネルギの受光角Ｔより小さい限り可能である。このような受光角Ｔは、以下の関係式で決定することができ、ここでＮＡは流路１８の開口数、ｎ_fはサンプル流体の屈折率、ｎ_f1は第１層の屈折率である。

第１層２０の外側へとフレア状になった区間５０は、第２層２２の面取り部分５２と密封状態で密接に接触することが好ましい。

図３で示すように、突起４０は第３層２４の部分をセル本体１２に対して外側へと変位させることが好ましい。このような外側への変位は、第３層の圧縮部分５４に潜在的な膨張力を生成する。この膨張力は、突起４０の固定を補助し、突起４０と第３層２４の間に流体シールを形成するように作用することが好ましい。

突起４０は、図３では概ね円錐台形の形状を有し、各端部キャップ１４、１６からほぼ直角に延在するように図示されている。このような円錐台形の形状は、所望の位置合わせおよび密封特徴を提供するために好ましい。各突起４０の円錐台形部分４２は、第１層２０にしっかり載り、各端部キャップ１４、１６がセル本体１２に組み付けられて、フローセル１０を形成すると、第３層の部分を変位することが好ましい。このような高圧密封は、１平方インチ当たり２０００〜３０００ポンドまでの流体圧力に耐えることが好ましい。また、セル本体１２の台部分４２への係合は、層２２と２４の間の境界面に高圧流体シールを提供する。台部分４２は、開放流路１８を第２および第３開放流路２６、３０と直線上に位置合わせするように配置構成することが好ましい。

図１から図３のフローセルは、上述したような端部キャップ、および自身を通って延在する開放ボアを有するセル本体を設けることによって形成することが好ましい。ＴｅｆｌｏｎＡＦ管の区間を、開放ボア内で第１層として使用するために選択する。ＴｅｆｌｏｎＡＦ管は、押し出し成形プロセス、またはこのような管を効果的に生成する他のプロセスで形成することができる。次に、ＴｅｆｌｏｎＡＦ管区間をＰＥＥＫ管の区間内に位置決めすることが好ましく、ＰＥＥＫ管は開放ボア内で第２層を形成する。好ましい実施形態では、ＰＥＥＫ管区間はＴｅｆｌｏｎＡＦ管と密接に接触する。ＰＥＥＫ管区間の少なくとも１つの端部分の内面は、外側へと面取りして、概ね円錐形の端部分を形成することが好ましい。その後に、加熱した円錐を所望の距離だけＴｅｆｌｏｎＡＦ管の対応する部分に挿入し、外側に配置されたＰＥＥＫ管の面取り部分に対してこのようなＴｅｆｌｏｎＡＦ管区間を外側へとフレア状にする。次に、組み合わせたＰＥＥＫ／ＴｅｆｌｏｎＡＦ（ＰＴ）管区間を、縁部の歪みまたはバリが少ない、または全くない明確な縁部を形成するような方法で、精密な長さに切断する。

ＦＥＰ管の区間を、ＰＴ管区間より長い長さへ切断し、ＰＴ管区間をそれに挿入して、多層管区間を形成する。次に、多層管区間をセル本体の開放ボアに挿入する。本発明の好ましい実施形態では、ＦＥＰ管区間を、材料が多少柔軟になる温度まで加熱する。加熱した管区間を、次に伸張して薄くし、セル本体の開放ボアを通して引っ張り、その後に所望の長さに切断する。ＦＥＰ区間が冷めたら、ＰＥＴ管区間をＦＥＰ管区間に挿入し、それによってセル本体内に多層管アセンブリを形成する。ＰＴ管区間は、ＦＥＰ管区間内で摩擦嵌合することが好ましい。

多層管アセンブリがセル本体内に位置決めされたら、突起が開放ボア内に少なくとも部分的に延在するように、各端部キャップをセル本体と係合させる。図２および図３で示すように突起４０はセル本体に対してＦＥＰ層の一部を変位させ、それによって各突起４０とＦＥＰ層２４の間、およびＰＥＥＫ層２２とＦＥＰ層２４の間に流体が漏れないシールを形成する。さらに、多層管アセンブリは、各端部キャップ１４、１６とセル本体４０内の間に効果的に固定される。ＴｅｆｌｏｎＡＦの内部寸法によって形成された開放流路１８は、第２および第３開放流路２６、３０に対して位置合わせされ、それによってフローセル１０に流体および放射エネルギを効率的に流すことができることが好ましい。

図３で示すように、端部キャップ１４の円錐台形部分４２と流路１８の端部の間にギャップ６０を残すことが好ましい。動作時には、サンプル流体がギャップ６０を充填し、それによって第１層２０を透過する効率的な放射エネルギがない流体充填ギャップを放射エネルギが通過するにつれ、計算可能な放射エネルギ損が生じる。したがって、ギャップ６０に入る放射エネルギは、ギャップ６０によって形成されたボリューム全体に分散され、これによって放射エネルギが部分的に拡散するか、失われる。比較的高い屈折率を有する流体の場合、比較的低い屈折率を有する流体と比較して、放射エネルギ損の程度が高くなる。このような放射エネルギ損は、以下の関係式によって計算することができる。

ここで「Ｅ」は放射エネルギ損、「ａ」は、ギャップ６０として定義される端部キャップ１４の円錐台形部分４２と流路１８との間の距離、ＮＡは流路１８の開口数、Ｄは流路の内部寸法、ｎ_fはサンプル流体の屈折率である。このような関係式を使用して、本発明の設計者は、適切なギャップ６０の寸法を選択して、異なる屈折率を有する様々な流体について第１開放流路１８の放射エネルギ損をオフセットし、それによって様々な流体のこのようなエネルギ損を標準化することができる。このようなエネルギ損は、壁表面に固有の欠陥のせいで実際のどの開放流路１８にも不可避的に発生し、その結果、比較的高い屈折率を有する流体と比較して、比較的低い屈折率を有する流体で、放射エネルギ損の程度が上昇する。ギャップ６０／流路１８内部寸法の比率（ａ／Ｄ）の典型的な範囲は、約０．１と約１．０の間である。

特許法に適合し、必要に応じて本発明の新規の原理を適用し、実施形態を構築して、使用するために必要な情報を当業者に提供するために、本明細書では本発明を非常に詳細に説明してきた。しかし、本発明は各種の異なる装置で実行することができ、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な改造を遂行できることを理解されたい。

本発明のフローセルの部分組立分解断面図である。図１で示したフローセルの断面図である。図２で示したフローセルの拡大断面図である。自身の長さに沿って配置された放射エネルギ遮断部分を含む管の断面図である。管の個々の端面に配置された放射エネルギ遮断部分を有する管の断面図である。

Claims

放射エネルギ場で流体を移送するフローセルであって、
（ａ）自身内に配置された細長い第１管を有するセル構造を有し、前記第１管は、自身と一体である放射エネルギ遮断部分を含み、さらに自身を通って延在する第１開放流路を有し、前記第１開放流路が前記セル構造を貫通する連続的通路を形成するものであるフローセル。
前記セル構造と密封状態で係合可能である第１端部キャップを含み、前記端部キャップが、前記第１開放流路内へ少なくとも部分的に延在する突起を有し、さらに前記第１開放流路とほぼ位置合わせされて、前記第１端部キャップを貫いて前記連続的通路を延長する第２開放流路を有する、請求項１に記載のフローセル。
前記セル構造の対向する端部に配置され、これと密封状態で係合可能な第２端部キャップを含み、前記第２端部キャップは、前記第１開放流路内へと少なくとも部分的に延在する突起を有し、さらに前記第２端部キャップを貫いて前記連続的通路を延長するように、前記第１開放流路とほぼ位置合わせされる第３開放流路を有する、請求項１に記載のフローセル。
前記第１管の周囲にほぼ同心円で配置された第２管と、前記第２管の周囲にほぼ同心円で配置された第３管とを含む、請求項２に記載のフローセル。
前記第１管が過フルオロ共重合体を有する、請求項１に記載のフローセル。
前記第２管がＰＥＥＫを有する、請求項４に記載のフローセル。
前記第３管がＦＥＰを有する、請求項４に記載のフローセル。
前記放射エネルギ遮断部分が、前記第１管の全長に沿って配置される、請求項１に記載のフローセル。
前記放射エネルギ遮断部分が、少なくとも放射エネルギの２波長分だけ、前記第１管の内面から隔置される、請求項８に記載のフローセル。
前記放射エネルギ遮断部分が前記第１管に化学的に結合される、請求項１に記載のフローセル。
前記放射エネルギ遮断部分が前記第１、第２および第３管のそれぞれに化学的に結合される、請求項４に記載のフローセル。
前記放射エネルギ遮断部分が、前記第１管の各端面に配置される、請求項１に記載のフローセル。
前記放射エネルギ遮断部分が炭素を含む、請求項１に記載のフローセル。
前記第１および第２端部キャップの前記突起が、前記第３層の対応する部分を変位し、それによって前記第３層と前記突起の間に流体が漏れないシールを形成するように位置決めされる、請求項２に記載のフローセル。
前記第２端部キャップ突起が前記層の各端部から変位し、それによって内部に存在する流体のためにギャップ・ボリュームが形成される、請求項３に記載のフローセル。
放射エネルギ損が、様々な屈折率を有する流体を移送する個々のフローセルで標準化されるように、前記ギャップ・ボリュームが校正される、請求項１５に記載のフローセル。
前記第１管が１段階の押し出し成形プロセスで形成される、請求項１に記載のフローセル。
放射エネルギの相互作用によりサンプル組成を測定する方法であって、
（ａ）自身を通って延在する開放ボアを有するセル本体を提供することと、
（ｂ）前記開放ボアを裏打ちする材料の１つまたは複数の層を提供することとを含み、前記層の少なくとも１つが、自身と一体である放射エネルギ遮断部分を有し、さらに、
（ｃ）１つまたは複数の端部キャップを前記セル本体に取り付けることを含み、前記端部キャップが、自身から延在する突起を含み、前記突起が前記開放ボア内へと少なくとも部分的に延在し、したがって前記１つまたは複数の材料の層と前記突起の間に流体が漏れないシールが形成され、前記端部キャップがさらに、前記開放ボアとほぼ位置合わせされた１つまたは複数の開放流路を含み、さらに、
（ｄ）放射エネルギがサンプル流体を通過するように、前記開放ボアを通してサンプル流体および放射エネルギを移送することと、
（ｅ）サンプル流体を通過した放射エネルギを受け取り、解釈することとを含む方法。
前記放射エネルギ遮断部分が、前記層の少なくとも１つに化学的に結合される、請求項１８に記載の方法。
前記放射エネルギ遮断部分が炭素を有する、請求項１９に記載の方法。