JP2007093492A - 示差屈折率検出器及びその調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
測定可能範囲を保ちつつＳ／Ｎを最大限に向上させる適切な光量を決定する。
【解決手段】
示差屈折率検出器の調整として、ａ）前記分割された受光素子に等分して前記スリット像を結像させる工程と、ｂ）前記測定光の光量を減少させる工程と、ｃ）前記受光素子上での前記スリット像を所定の変位量だけ平行移動させる工程と、ｄ）所定値まで前記測定光の光量を増加させる工程を経る調整を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は液体クロマトグラフなどの分析装置で検出器として用いられる示差屈折率検出器及びその調整方法に関するものである。

示差屈折率検出器では測定光の光軸に対して傾斜した間壁で仕切られた２つのセルを有しその一方に試料溶液、他方に参照溶液が通過するフローセルと、このフローセルで屈折された測定光を受光する受光素子と、スリットを介して測定光をフローセルに照射し、フローセルからの測定光を受光素子へ導き、受光素子上にスリットの像を結像させる光学系とを備え、その受光素子上のスリット像の変位量から試料溶液の屈折率変化を検出する。

図３は示差屈折率検出器の一例を概略的に表わしたものである。光源８からの光がスリット１０を通して測定光１２となり、フローセル１６の前方に置かれたレンズ１４を通してフローセル１６に照射される。フローセル１６は間壁１８で仕切られた２つのセル２０ａと２０ｂとからなり、セル２０ａは液流入口２２ｉと流出口２２ｏをもち、セル２０ｂは液流入口２４ｉと流出口２４ｏをもっている。フローセル１６の後方にはミラー２６が配置され、フローセル１６を透過した測定光がミラー２６で反射され、再びフローセル１６を透過するようになっている。フローセル１６を透過したミラー２６からの反射光はレンズ１４により受光素子３０上にスリット像として結像する。受光素子３０上でのスリット像を平行移動させるためにゼログラス２８が測定光の光路上に配置されている。ゼログラス２８はモータ駆動回路３４で駆動されるパルスモータ３２により作動させて、受光素子３０上のスリット像を平行移動させることができる。３６は受光素子３０の検出信号に基づいて屈折率変化を求めるための信号処理を行なう信号処理回路で、Ａ／Ｄ変換器などにより構成される。

従来の示差屈折率検出器では、図４（Ａ）に示されるようにスリット像６の移動方向（Ｘ方向）に垂直な直線４で２つの部分２−１と２−２に分割された受光素子が用いられており、その受光素子上のスリット像６の変位が検出される。試料溶液の屈折率が増加すると、スリット像が例えば素子部分２−２側へ移動するとすると、信号処理回路ではＳ＝Ｃ・（ｓ2−ｓ1）／（ｓ2＋ｓ1）を計算して出力している。ここで、ｓ1，ｓ2はそれぞれ受光素子部分２−１，２−２の検出出力であり、Ｃはある定数である。出力は試料の屈折率変化量に応じて変化する。この受光素子上ではスリット像６が図４（Ｂ）のように片側の受光素子部分にすべてが入ってしまうと信号が飽和してしまう。そのため測定開始時にはスリット像６が図４（Ａ）のように分離用直線４をまたいで中央にくるように調整（バランス）される。

検出器として示差屈折の原理が用いられる分析装置の使用例は液体クロマトグラフであり、液体クロマトグラフには分析と分取という２つの用途がある。分取の場合には比較的高濃度の試料が流されるため、分析用の高感度な示差屈折率検出器を用いると信号が飽和してしまう。そのため、示差屈折率検出器でフローセルを交換しなくても、受光素子とそれに続く信号処理回路によって、分析用と分取用というように高感度と低感度の両方の用途に対応できるように受光素子を４分割した示差屈折率検出器が提案されている。（特許文献１）
特許第２５０４３５６号

受光素子の性能を評価する項目としてシグナルとノイズの比（Ｓ／Ｎ）がある。Ｓ／Ｎを向上させるためには受光素子に入射する光量は多い方が良いが、光量が過多になると受光素子からの信号を読み取る回路が飽和してしまう。そのため、示差屈折率検出器は入射する光量について適度に調整が行われている。工業的には、画一的に定められた「適度な光量」に基づいて示差屈折率検出器の調整を行なっている。しかしながら示差屈折率検出器は、フローセルから受光素子までの距離、スリット幅、スリット位置などの構成部品の個体ごとの微小なばらつきがあり、生産時に画一的に設定された「適度な光量」は必ずしも「真に適度な光量」ではない。画一的に設定された適度な光量が「真に適度な光量」より少ない場合は受光素子からの信号のＳ／Ｎが悪くなり、逆に、多い場合は測定可能な最大値が低下し測定レンジが狭くなる。すなわち、画一的に設定された「適度な光量」に従って調整した示差屈折率検出器では、構成部品の組み合わせでの最良の性能が発揮されない。

本発明者は鋭意研究の結果、示差屈折率検出器に最良の性能を発揮させる調整方法を見出した。すなわち、本願第１の発明は、測定光の光軸に対して傾斜した間壁で仕切られた２つのセルの一方を試料溶液、他方を参照溶液が通過するフローセルにスリットを通ってきた測定光を透過させ、その透過光をミラーにより反射させて再び前記フローセルを透過させた測定光を、分割された受光素子上をまたぐようにスリット像として結像させ、前記スリット像の変位を検出する示差屈折率検出器の調整方法において、ａ）前記分割された受光素子に等分して前記スリット像を結像させる工程と、ｂ）前記測定光の光量を減少させる工程と、ｃ）前記受光素子上での前記スリット像を所定の変位量だけ平行移動させる工程と、ｄ）前記受光素子からの信号を読み取る回路が飽和する間際まで前記測定光の光量を増加させる工程とを経ることを特徴とする。

また、本願第２の発明は、光源と、前記光源からの光の光軸に対して傾斜した隔壁で仕切られた２つのセルにそれぞれ試料溶液と参照溶液が通過するフローセルと、前記フローセルで屈折された測定光を受光する分割されたの受光素子と、スリットを介して測定光を前記フローセルに照射し、フローセルからの測定光をゼログラスを介して前記受光素子へ導き、受光素子上に前記スリットの像を結像させる光学系とを備え、前記一対の受光素子の出力により試料溶液の屈折率変化を検出する示差屈折計において、前記測定光の光量を増加或いは減少させる光量調整部と、前記光学系と前記光量調整部を制御する制御部を備え、前記制御部はａ）前記分割された受光素子に等分して前記スリット像を結像させ、ｂ）前記光量調整部により前記測定光の光量を減少させ、ｃ）前記分割された受光素子上での前記スリット像を所定の変位量だけ平行移動させ、ｄ）前記光量調整部により所定値まで前記測定光の光量を増加させる動作を行うことを特徴とする。

この調整方法により、変位量を測定することができる範囲の最大値における、受光素子からの信号を読み取る回路の入力値の最大値を設定することができる。また、この構成とすることにより、操作者は適宜調整動作を行わせることができる。

測定可能な範囲を維持しつつ、高いＳ／Ｎでの検出が可能になる。示差屈折率検出器を構成する部品の組み合わせにおける現組立状態において「真に適度な光量」を設定するので最良の性能を発揮させることができ、示差屈折率検出器としての性能が落ちないようにすることができる。

図１に沿って本発明による調整動作を説明する。調整時の前準備として隔離された２つのフローセル（試料溶液側と参照溶液側）の内部は同種の液体（移動相）で満たしておく。この状態にして、まず光源から発せられた光はフローセルなどの光学系を経て受光素子上に結像されたスリット像が分割された受光素子の中央線をまたぐようにバランスされる（Ｓ１）。

次に、光源の光量を例えば１／２まで下げる（Ｓ２）。光量は受光素子からの信号強度の強弱で判断することができ、この信号強度の値を用いて光量を下げる前の半分にまで下げればよい。

続いて、ゼログラスを回転させ受光素子上のスリット像を既定の変位量だけ平行移動させる（Ｓ３〜Ｓ４）。平行移動による変位量は従来技術と同様に分割された受光素子のそれぞれの信号強度に基づいて求めることができる。ここで所定の変位量（及び単位）は装置の型式の仕様によって異なるが、示差屈折率検出器として測定可能な変位位置の最大値よりも高めの値を設定するのが良い。例えば示差屈折率の測定範囲の最大値が５００μＲＩＵ(屈折率単位)とされるなら、６００（μＲＩＵ）を所定の変位量として設定すればよい。

スリット像をずらし、所定の変位量に達した後、Ｓ２で一旦下げた光量を増加させ、所定値まで増加させる（Ｓ５〜Ｓ６）。スリット像が受光素子の中央線からずれているので、受光素子への光量を増加させるに伴って変位を示す信号が増加する。信号処理回路３６にはＡ／Ｄ変換器が含まれ、受光素子に入射する信号を検出することができる範囲はそのＡ／Ｄ変換器の入力可能範囲に依存し、信号が飽和する値を有する。Ａ／Ｄ変換器の入力可能範囲が−５Ｖ〜５Ｖであれば、上限値の５Ｖ（或いは−５Ｖ）を示すように光量を増加させればよい。測定時に入力値として入力可能範囲外の値が入力されないように余裕を持たせるために所定値を４．９Ｖ（或いは−４．９Ｖ）とするとよい。

Ｓ１〜Ｓ６の工程を経た後、受光素子上のスリットは分割された受光素子の中央線をまたぐようにバランスされ、調整を終える。

測定が開始され、試料溶液側セルに対象物質が流入すると、試料溶液側の液と参照溶液側の液の屈折率に差が生じて、受光素子上に結像されるスリット像が変位し、その変位量に基づいて受光素子は信号を発し示差屈折率検出器として機能する。

図２に本願第２の発明に係る示差屈折率検出器の該略図を示した。光源８から発せられる光量を調整するための光量調整部３８が備えられ、制御部４０により制御される。操作者が調整を要求する操作を行ったとき、制御部４０は光量調整部３８やモータ駆動回路３４を制御し、図１に示した調整動作を行う。

上記の調整動作は例えば示差屈折率検出器の起動時に自動的に行われる。示差屈折率検出器の起動時以外でも、試料の測定を行っていない状態やメンテナンス・部品交換後に本発明の調整方法を行うようにすれば、示差屈折率検出器は「真に適度な光量」を設定することが可能となり、常に最良の性能を発揮することができる。

上記実施例は本発明の単なる一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正したものも本発明に包含されることは明らかである。

本発明に係る示差屈折率検出器は、分析・分取の用に供される液体クロマトグラフ装置の検出器として用いられる。

本願発明に係る示差屈折率検出器の調整手順を示すフローチャートである。 本願発明に係る示差屈折率検出器の構成を示す図である。 一般的な示差屈折率検出器の構成を示す図である。 一般的な示差屈折率検出器の原理を示す図である。

符号の説明

２−１・・・素子部分
２−２・・・素子部分
６・・・・・スリット像
８・・・・・光源
１０・・・・・スリット
１２・・・・・測定光
１４・・・・・レンズ
１６・・・・・フローセル
１８・・・・・間壁
２０ａ，ｂ・・セル
２２ｉ・・・・液流入口
２２ｏ・・・・流出口
２４ｉ・・・・液流入口
２４ｏ・・・・流出口
２６・・・・・ミラー
２８・・・・・ゼログラス
３０・・・・・受光素子
３２・・・・・パルスモータ
３４・・・・・モータ駆動回路
３６・・・・・信号処理回路
３８・・・・・光量調整部
４０・・・・・制御部

Claims (2)

1. 測定光の光軸に対して傾斜した間壁で仕切られた２つのセルの一方を試料溶液、他方を参照溶液が通過するフローセルにスリットを通ってきた測定光を透過させ、その透過した光をミラーにより反射させ再び前記フローセルを透過させた測定光を分割された受光素子上をまたぐようにスリット像として結像させ、前記スリット像の変位を検出する示差屈折率検出器の調整方法において、
   ａ）前記分割された受光素子に等分して前記スリット像を結像させる工程と、
   ｂ）前記測定光の光量を減少させる工程と、
   ｃ）前記分割された受光素子上での前記スリット像を所定の変位量だけ平行移動させる工程と、
   ｄ）所定値まで前記測定光の光量を増加させる工程と、
   を経ることを特徴とする示差屈折率検出器の調整方法。
2. 光源と、
   前記光源からの光の光軸に対して傾斜した隔壁で仕切られた２つのセルにそれぞれ試料溶液と参照溶液が通過するフローセルと、
   前記フローセルで屈折された測定光を受光する分割された受光素子と、
   スリットを介して測定光を前記フローセルに照射し、フローセルからの測定光をゼログラスを介して前記受光素子へ導き、受光素子上に前記スリットの像を結像させる光学系とを備え、前記一対の受光素子の出力により試料溶液の屈折率変化を検出する示差屈折計において、
   前記測定光の光量を増加或いは減少させる光量調整部と、
   前記光学系と前記光量調整部を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、
   ａ）前記分割された受光素子に等分して前記スリット像を結像させ、
   ｂ）前記光量調整部により前記測定光の光量を減少させ、
   ｃ）前記分割された受光素子上での前記スリット像を所定の変位量だけ平行移動させ、
   ｄ）前記光量調整部により所定値まで前記測定光の光量を増加させる
   動作を行うことを特徴とする示差屈折率検出器。
   

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