JP2010112896A - 試料液測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キュベットやフローセルによる試料測定の手数省略できる測定装置を提供する。
【解決手段】本発明は、上記課題を解決するために、上方からの上側光ファイバ端と下からの下側光ファイバ端を対向させ、下側光ファイバ端の上面における試料液ＬＳを挟み、光を試料液ＬＳに透過させるようにしたものである。上側光ファイバ３Ｆと下側光ファイバ４Ｆの固定保持部２は、機台２Ｄとして示され、下側光ファイバ４Ｆの上端部は機台２Ｄに載置された試料液ＬＳの受器２Ｙの底部に取り付けられている。試料液ＬＳの受器２Ｙは機台２Ｄ上に設置され、下側光ファイバ４Ｆの端面はこの機台２Ｄと受器２Ｙの底を貫設して受器２Ｙの底面の上面まで伸びており、試料液ＬＳの受器２Ｙの底面と面一致されて固定保持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば微量の試料液の吸光度測定に関するもので、具体的には分光光度計などの分野である試料液測定装置に関する。

この種の微量の試料液の吸光度測定には、微小なキュベットやフローセルが使用されている。（特許文献１参照）
特開平１１−１４５８４号公報

微小なキュベットやフローセルを使用する測定系では多数の試料液を測定する場合、試料液の注入や交換、洗浄、乾燥に手数と手間を要する。また、キュベット、フローセルや送液／廃液用のチューブを満たすために余分の液量が必要である。さらに気泡の混入、容器の表面の汚れにより、上下方向に設置された光路に精度よく滴下されないことがある。

キュベット、フローセルの洗浄の際には、キュベットやフローセルの隅に液が残留しやすく、コンタミネーションを引き起こすことになる。また洗浄液が残留すると後の分析に影響を与えるため、乾燥を充分行う必要があるが、キュベット、フローセルの隅は乾燥しがたい状況にある。

本発明は、上記課題を解決するために、上方からの上側導光路体端と下からの下側導光路体端を対向させ、下側導光路体端の上面における試料液を挟み、光を試料液に透過させるようにしたものである。

すなわち具体的には、下方から上方に向けて伸設される下側導光路体と、この下側導光路体端を固定保持するする固定保持部と、上方から下方に向けて伸設される上側導光路体と、この上側導光路体端を前記下側導光路体端に対向し且つ下側導光路体と光軸を同一にして進退可能に保持する可動保持部とを備え、前記固定保持部の上面に下側導光路体の上端面を一致させて固定保持部の上面を試料液の受面として構成し、試料液の受面に滴下された試料液に上側導光路体端を接触させ且つ上側導光路体端からの光を前記試料液に透過させ光量の変化から試料液を測定する測定装置であって、前記試料液の受面における下側導光路体端面を除くその周辺面が疎水表面である。

したがって、上側導光路体端を試料液の頂点に接触させ、上側導光路体を介して両導光路体に投光することにより試料液の測定が行われる。この場合前記試料液の受面における下側導光路体端面を除くその周辺面が疎水表面であるため滴下された試料液は球状に近い状態が維持され、精度のよい測定が保証される。

さらに本発明は、下側導光路体端面を除くその周辺面がステンレス材で構成されていることを特徴とするものである。したがって、簡略な構成にて試料液は球状に近い状態を維持を可能とし、その正確な測定を容易にする。

さらに本発明は、下方から上方に向けて伸設される下側導光路体端を固定保持する導光路体の固定保持部と、上方から下方に向けて伸設される上側導光路体端を前記下側導光路体端に対して進退可能に固定保持する導光路体可動保持部とを備え、下側導光路体端を前期固定保持部の上面に一致させて下側導光路体端面及び前記固定保持部の上面を試料液の受面として構成し、試料液の受面に滴下された試料液に上側導光路体端面を接触させ、上側導光路体を介して試料液に投光することにより試料液の測定を行う測定装置であって、前記下側導光路体端面におけるその外周環状面が疎水表面である。したがって、下側導光路体端面上に滴下される微細な量たとえばナノ単位の量の液体についても正確な測定が保証される。

具体的には、上側と下側にそれぞれ窓板または固定板などの面を対向配置し、周囲開放にして下側方向からの導光路体の端面を測定する試料液の受面として構成する。受面に滴下された試料液は挟み込む構成を採用する。窓板もしくは導光路体端面の周囲には疎水処理を施す。

試料液は自らの表面張力により、半球に近い形状をなし、光路を含んだ位置にセッティングされる。周囲の構成については、化学的に不活性かつ疎水的な材料が選択される。この要件を満たすステンレス材料、チタンなどの金属、プラスチック、ＰＥＥＫ材などが使用できる。以上の構成、すなわち疎水表面で、試料液はその球状に近い状態を維持される。疎水表面を持たない材料の場合、当業者に知られた方法で疎水表面に加工し疎水表面とすることができる。たとえば、石英材料の場合、シラン系コーティング剤、シリコン系ポリマー、フッ素系ポリマーなどで表面加工することにより、疎水表面とすることも可能である。また、材料そのものを研磨することにより疎水表面とすることも可能である。

試料液は滴下されたときその球状を維持するとともに光軸上に位置し、正確な測定が保証される。受面の汚れなどが少なく、且つ洗浄も容易でコンタミの問題も軽減される。

本発明は導光路体の端面を試料液の受面の一部として構成すること、ならびにその周辺の面が疎水表面である点を基本的な特徴とする。さらに本発明は、導光路体の端面における外周環状面を疎水表面とし、ナノレベルの微量の試料液の測定をも可能にする点に第二の特徴がある。したがって本発明はこれら２つの発明の特徴を兼ね備えた構成が最良の形態である。

以下、本発明の基本的な構成すなわち、原理的な構成と、具体的ないくつかの図示例を挙げ、各実施例を説明する。

まず本発明の基本的な構成すなわち、原理的な構成を図１にしたがって説明する。本発明の基本的な構成は、上方から下方に向けて伸設される上側導光路体３Ｌと、下方から上方に向けて伸設される下側導光路体４Ｌが主要な構成要素であり、そして上側導光路体３Ｌはその端面部が上下動可能な可動保持部１に保持され、他方、下側導光路体４Ｌはその端面部が固定配置された固定保持部２に保持されている。なお図１においては、上下両導光路体として、ロッド状の光学材で示し、さらにＢは測定基台を示している。２Ｆは固定保持部２の上面を示している。

可動保持部１の上下動機構としては種々の方式が採用されるが、図示例は可動保持部１をナット側として、固定保持部２側には、回転可能に垂設されたネジ棒６に螺合させ、ハンドル６Ｈを回転させて変移させるネジ送り機構ＮＫを採用した一例である。ネジ送り機構ＮＫのネジピッチを小さく設定することにより、上側導光路体３Ｌの上下動を綿密かつ正確に実行させて、その端面が球状の試料液ＬＳの頂点に正確に接触、停止させる。上側導光路体３Ｌの移動量は計測器ＭＳにて計測され、計測値は後述する制御装置に入力されてデータ処理され、試料の測定に利用される。

可動保持部１の上方には光源ＬＧが設置されており、この光源ＬＧからの光が上側導光路体３Ｌを介して窓板Ｗに照射され、窓板Ｗが降下して試料液ＬＳの頂点に接したとき窓板Ｗからの光が試料液ＬＳを照射、透光し測定が行われる。透光した光は、下側導光路体４Ｌに導かれて検出器５に入力される。なお、図１において、３Ｐと４Ｐは光ファイバの保持具を示し、可動保持部１に対しては螺合され、固定保持部入力に対しては、貫設固定されている。検出器５からの出力は表示機Ｄにて表示される。本発明の原理的な構成は以上のとおりである。

さて、本発明の主要な構成を備えたより具体的な測定装置の構成は、図２に示されている。
すなわち、図１における上側導光路体３Ｌと下側導光路体４Ｌについては、ロッド状の導光路体として説明してきたが、以下の説明では、上側導光路体３Ｌと下側導光路体４Ｌの代用部材として、上側光ファイバ３Ｆと下側光ファイバ４Ｆとして例を挙げて説明する。下側光ファイバ４Ｆの光ファイバ端は、可動保持部１にて上下に変動するが、試料液ＬＳを上下で挟持するときには、下側光ファイバ４Ｆとは常に両光軸が完全に一致するよう配置されている。

図２においては、下側光ファイバ４Ｆの固定保持部は、機台２Ｄとして示され、下側光ファイバ４Ｆの上端部は機台２Ｄに載置された試料液ＬＳの受器２Ｙの底部に取り付けられている。具体的には仮想線で示す試料液ＬＳの受器２Ｙは機台２Ｄ上に設置され、下側光ファイバ４Ｆの端面はこの機台２Ｄと受器２Ｙの底を貫設して受器２Ｙの底面の上面まで伸びており、試料液ＬＳの受器２Ｙの底面と面一致されて固定保持されている。なお、図２において図１と同一の符号は図１と同一の部品であり、詳細な説明は省略する。

図２に示すように機台２Ｄの下方にはモータ７が設置され、その回転駆動軸８を介してネジ棒６が回転駆動される。１０は可動保持枠１Ｗの基部で、ネジ棒６が螺合貫通されるとともにガイドピン１１が貫通されている。このガイドピン１１により基部１０の回転は規制され、モータ７が回転駆動されても基部１０の回転は阻止され、基部１０は上下動して上側光ファイバ３Ｆの上下動を可能にする。

ネジ棒６の回転量は上側光ファイバ３Ｆの変移量に対応し、ロータリエンコーダ９がネジ棒６の回転量を計測する。したがって、上側光ファイバ３Ｆが設定位置からスタートして、その端面が下降を始めてから球状に近い状態の試料液ＬＳの頂点に接触したまでのネジ棒６の回転量が計測され、試料液ＬＳの高さ、すなわち上側光ファイバ３Ｆの端面と下側光ファイバ４Ｆの端面の間隔（距離）が測定される。この距離における光量の変化が検出器５にて測定され、測定された上側光ファイバ３Ｆの端面と下側光ファイバ４Ｆの端面の間隔（距離）を光路長として試料液ＬＳの吸光度を求めることができる。この吸光度測定方法の点は従来と同様である。

ロータリエンコーダ９からの出力値は制御装置ＣＤに入力される。制御装置ＣＤにおける操作部Ｓには、可動保持枠１Ｗの降下スタートスイッチ１２と、上側光ファイバ３Ｆが降下して試料液ＬＳの頂点に接触したときにその降下をストップさせる降下ストップスイッチ１３がある。なお、１６はたとえば試料液ＬＳの高さ（直径）を表示する表示部で、表示用スイッチ１４を押すと表示される。

以上の構成において、本発明は、試料液ＬＳの受器２Ｙにおける受面に特殊な加工を施したものである。すなわち、図３は図２における試料ＬＳの受器２Ｙを断面して示しているが、受面の周囲の面（円垂面）が疎水加工された加工面２Ｚとなっている。この場合、試料液ＬＳの受面は、下側光ファイバ４Ｆの端面を中心としてその周辺から形成されており、下側光ファイバ４Ｆの端面を除く周辺域全面が疎水表面である。なお、図３においてＬは試料液ＬＳの径を指し、図２、図５における表示部１６に表示される。また、３Ｈは上側光ファイバ３を保持する可動保持部である。

下側光ファイバ４Ｆの下方部には、検出器５が接続されている。上側光ファイバ３Ｆの上端側には、図示されていないが光源部が接続され、この光源部からの発光が上側光ファイバ３Ｆを介して試料液ＬＳに投光され透過されて試料液ＬＳの測定が行われる。

この実施例では、試料液ＬＳの受器２Ｙを機台２Ｄに着脱自在とすることができるが、試料液ＬＳの受器２Ｙにあらかじめ疎水加工を施しその受器２Ｙを機台２Ｄに設置することができ、構造の簡略化と操作性を向上できる。

図４は固定保持部２の上面に球面凹部形の試料液ＬＳの受器２Ｋを形成させたものである。同図において図３と同一の符号は図３と同一の部品であり、詳細な説明は省略する。受器２Ｋの中心底部に下側光ファイバ４Ｆの上端面が面一致で取り付けられている。他方上方には上側光ファイバ３Ｆの可動保持部３Ｈが対向し、上側光ファイバ３Ｆの下端面が試料液ＬＳに接触した状態を示している。以上の構成において、下側光ファイバ４Ｆの端面の外周環状面が疎水表面となっている。５は検出器である。この実施例では、試料液ＬＳの受面が固定保持台に一体的であり、構成の簡略化が図られる。なお、図４においてＦは試料液ＬＳの受け面を指している。

図５においてＢＸは、上記した図２に示す測定装置をコンパクト化し可搬形にまとめたバッテリ内蔵型の測定器である。同図において図２と同一の符号は図２と同様機能を行うものであり、詳細な説明は省略するが、図２に示すとおり上方に試料液ＬＳの受部としての円台１５が形成され、上面中央の受け面に下側光ファイバ４Ｆの上端面が面一致で取り付けられている。

測定器ＢＸの前面には測定の操作部が設置されていて、Ｓ１は上側光ファイバ３Ｆの上昇用スイッチであり、Ｓ２は上側光ファイバ３Ｆの下降用スイッチである。またＳ３は下側光ファイバ４Ｆの下降用スイッチであり、Ｓ４は下側光ファイバ４Ｆの下降停止用スイッチである。１６、１７は測定結果の表示部である。

つぎに、本発明が第２に提供する発明は、下側光ファイバ４Ｆの端面の断面内において、外周環状面が疎水表面である。この発明については、図６にその構成が断面図で示されている。すなわち、一般的に光ファイバ（図１における符号３Ｌ、４Ｌを含む）には、その構造から中央の軸芯にコアＣがあり、その外周位にクラッドＱが配置され、さらにその外周囲にシースＴが配置され、そして最も外周囲には被覆Ｋで覆われている。光ファイバのそのほかの構造としては、中心から円周方向に、コアＣ及びクラッドＱのみの構造、あるいは、コアＣ、クラッドＱ及び被覆Ｋのみの構造も挙げられる。

そしてこの下側光ファイバ４Ｆの端面の断面内において最も外周辺の環状の面が疎水性を有する疎水表面４Ｚである。ここで、外周環状面とは、下側光ファイバ４Ｆの端面の断面内において、コアＣの周囲の環状面を指している。具体的には、図６の場合、クラッドＱ、シースＴ及び被覆Ｋのうち少なくとも一つの領域が外周環状面であり、本発明においてはクラッドＱ、シースＴ及び被覆Ｋのうち少なくとも一つの領域が疎水表面を有する。用いる光ファイバの材質自体が疎水性でない場合は、疎水加工により疎水表面を設けてもよい。紫外可視領域の吸収・透過測定の場合、当該領域に吸収を持たない石英ガラス製光ファイバが好ましい。石英ガラス製光ファイバは、コア及びクラッドに石英ガラスが使用されており、クラッドの疎水加工を行う場合、上述のポリマーによる表面処理、もしくは研磨加工等、当業者に知られた方法で疎水加工を行うことができる。

試料液ＬＳはこの疎水表面４Ｚにて図示のとおり維持される。
したがって、本発明によれば、光ファイバ端面にコアＣの径程度の極めて微小試料液を測定対象とする場合、その試料液ＬＳが滴下されたとき、微小試料液はコアＣ位置にて球ないし球状が維持され、正確な測定が保証される。

本発明の実施例については上記したこれら各実施例のほかにも多くの変形例を挙げることができる。特に基本的な構成として、図７に示すように発光部を下方に配設し、光検出器を上側に設置することも可能である。図７は図１とその検出部の機構が類似した構成が示されている。すなわち、検出器５からの出力は表示機Ｄにて表示される。

さらに、上側光ファイバ３Ｆの上下動作については、ネジ送り機構ＮＫ以外にレバーとカム機構を利用して揺動動作させるレバー方式を採用することも可能である。しかもこのレバーを電動式で自動的に操作できるようにすることもできる。このように本発明の特徴的な機構を備えたすべての変形例は、本発明に含まれるものである。

また導光路体の変移の測定についても図１に示すような計測器に限定されるものではなく、リニアスケールなどをはじめとする種々の方式による計測器を利用できることは当然である。なお、この計測器は設置を必須とするものでもない。両導光路体の対向間隔距離を試料液の大きさに関係なく、あらかじめ設定しておく方式とすることもできる。

本発明が提供する試料液測定装置の原理的な構成を示す図である。 本発明が提供する試料液測定装置の具体的な構成を示す図である。 試料液の受器における上光ファイバと下光ファイバの関係を示す図である 本発明が提供する試料液測定装置における試料液の受器の構成を示す図である。 本発明による試料液測定装置を可搬形に構成した実施例を示す図である。 本発明が第２に提供する試料液測定装置の構成を示す縦断面図である。 本発明の基本的な構成の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 可動保持部
１Ｗ 可動保持枠
２ 固定保持部
２Ｄ 機台
２Ｆ 上面
２Ｋ 受器
２Ｙ 受器
２Ｚ 加工面
３Ｌ 上側導光路体
３Ｈ 可動保持部
３Ｐ 保持具
４Ｌ 下側導光路体
３Ｆ 上側光ファイバ
４Ｆ 下側光ファイバ
４Ｐ 保持具
４Ｚ 疎水表面
５ 検出器
６ ネジ棒
６Ｈ ハンドル
７ モータ
８ 回転駆動軸
９ ロータリエンコーダ
１０ 基部
１１ ガイドピン
１２ 降下スタートスイッチ
１３ 降下ストップスイッチ
１４ 表示用スイッチ
１５ 円台
１６ 表示部
１７ 表示部
Ｃ コア
Ｄ 表示機
Ｆ 受面
Ｑ クラッド
Ｔ シース
Ｋ 被覆
Ｓ 操作部
Ｂ 測定基台
ＢＸ 測定器
ＣＤ 制御装置
ＮＫ ネジ送り機構
ＭＳ 計測器
Ｌ 径
ＬＧ 光源
ＬＳ 試料液
Ｓ１ 上昇用スイッチ
Ｓ２ 下降用スイッチ
Ｓ３ 下降用スイッチ
Ｓ４ 下降停止用スイッチ
Ｗ 窓板

Claims (3)

1. 下方から上方に向けて伸設される下側導光路体と、この下側導光路体端を固定保持する固定保持部と、上方から下方に向けて伸設される上側導光路体と、この上側導光路体端を前記下側導光路体端に対向し且つ下側導光路体と光軸を同一にして進退可能に保持する可動保持部とを備え、前記固定保持部の上面に下側導光路体の上端面を一致させて固定保持部の上面を試料液の受面として構成し、試料液の受面に滴下された試料液に上側導光路体端を接触させ且つ上側導光路体端からの光を前記試料液に透過させ光量の変化から試料液を測定する測定装置であって、前記試料液の受面における下側導光路体端面の周辺面が疎水表面であることを特徴とする試料液測定装置。
2. 下側導光路体端面を除くその周辺面がステンレス材で構成されていることを特徴とする請求項１記載の試料液測定装置。
3. 下方から上方に向けて伸設される下側導光路体と、この下側導光路体を固定保持する固定保持部と、上方から下方に向けて伸設される上側導光路体と、この上側導光路体の先端を前記下側導光路体の先端に対し且つ下側導光路体と光軸を同一にして進退可能に保持する可動保持部とを備え、前記固定保持部の上面に下側導光路体の上端面を一致させて固定保持部の上面を試料液の受面として構成し、試料液の受面に滴下された試料液に上側導光路体端を接触させ且つ上側導光路体端からの光を前記試料液に透過させ光量の変化から試料液を測定する測定装置であって、前記試料液の受面において下側導光路体端面におけるその外周環状面が疎水表面であることを特徴とする試料液測定装置。

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