JP2020508451A - 液体クロマトグラフィー用の統合型照明検出フローセル - Google Patents
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Abstract
統合された光源と、統合された検出チャンバとを含む液体クロマトグラフィーフローセルが提供される。統合された光源は、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。各ＬＥＤは、特定の波長の光を放射する。統合された光源から放射された光は、光学調整なしで、フローセルのフローチャンバ内のサンプルを通過するように導かれる。サンプルに吸収されない光は、フローチャンバから統合検出チャンバに直接流れる。非吸収光の強度は、統合チャンバに結合された検出器によって測定される。【選択図】図１
Description
本出願は、２０１７年２月２３日に出願された、「液体クロマトグラフィー用の統合型照明検出フローセル」と題された米国仮特許出願第６２／４６２，７８６号の優先権を主張する。その出願の全ての内容はここに挿入される。
従来の液体クロマトグラフィーシステム（例えば、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）、二次元ＨＰＬＣ、および超高速液体クロマトグラフィー（ＵＨＰＬＣ）など）は、サンプルの物理的性質を特定するために、特定の波長の光にサンプルを曝露するという原理に基づいて動作する。光源から発せられた光は、液体クロマトグラフィーシステムのフローセルを通って光学的に透過する。フローセルを透過した光は、フローセル内のサンプルによって部分的から完全に吸収される。吸収されなかった光は、サンプルを通って散乱し、検出システム（例えば、可変波長検出器システムまたはダイオードアレイ検出器システム）に送られる。検出プロファイルに基づいて、サンプルの構成元素または化合物の構成が生成される。
ＨＰＬＣシステムに使用される光源は、重水素ランプ、水銀アークランプ、および／またはタングステンランプを含む。これらは、ＨＰＬＣシステムの典型的なフローセルと比較して比較的大きい。さらに、これらの光源から放射される光は、空間的にもスペクトル的にも広いため、光学調整を必要とする。かなりの熱が上記の光源によって生成される。その熱は、フローセル内部のサンプルに望ましくない熱的影響をもたらす。光源はまた、使用前に予熱しなければならず、典型的には限られた寿命を有する（例えば、タングステンランプは、典型的には〜２０００時間の使用後に交換される）。これにより、ＨＰＬＣシステムを操作する時間と費用の両方を増加させている。
上記の問題に対処するための１つの例示的なアプローチは、米国特許公開第２０１４／０１９１１１７に、Ｂｌａｎｄらによって示されている。そこでは、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が、クロマトグラフィーシステムの光源として使用されている。各ＬＥＤは、異なる波長の光を放射する。ＬＥＤは、使用前の予熱を必要とせず、上述の光源よりも長持ちする。
しかしながら、本発明者らは、上述の手法では、複数の光学素子（スペクトルフィルタ、アライメントおよび集束レンズ、広帯域フィルタ、ビームスプリッタなどを含む）が光源とフローセルとの間に存在することを認識する。これは、実質的に光路長を長くし、ＨＰＬＣシステムの大きなフォームファクタ（form factor）をもたらす。ＨＰＬＣシステムの検出器は、光がフローセル内のサンプルを通って流れた後に散乱された光を検出するように配置される。これは、さらにＨＰＬＣシステムのサイズを増大させる。複数の光学素子はまた、追加のノイズ発生に寄与し、それによって信号対ノイズ比を減少させている。
本明細書の発明者らは、液体クロマトグラフィーシステムにおける上記の問題を認識し、それらを少なくとも部分的に解決する方法を開発した。１つの例示的な手法では、検出器システムは、光学的に透明な第１の壁と、光学的に透明な第２の壁とを含むフローセルを含む。光学的に透明な第２の壁は、光学的に透明な第１の壁の反対側に配置されている。また、検出器システムは、フローセル内に統合された複数の光源を含む。複数の光源は、光を発して、光学的に透明な第１の壁を通ってフローセル内に進むように構成されている。検出器システムはさらに、フローセルと統合され、フローセルから光学的に透明な第２の壁を通って、検出チャンバに通過する光を捕捉するように構成された検出チャンバを含む。このようにして、検出器システムのフォームファクタは、信号対雑音比が増加する一方で、減少される。
複数の光源は、コントローラによって、それぞれ独立して制御されている。一例では、複数の光源のそれぞれは、ＬＥＤである。複数の光源のそれぞれは、特定の波長の光を放射するように構成されている。その特定の波長の光は、光学的に透明な第１の壁を通ってフローセル内に流れ、フローセルから光学的に透明な第２の壁を通って検出チャンバ内に流れる。複数の光源のそれぞれは、フローセル内に統合された定電圧ダイオード（reference diode）に隣接している。定電圧ダイオードからの信号は、コントローラに中継される。コントローラは、次に、光源の出力レベルを制御する。さらに、検出チャンバは、それに結合された１つ以上の光検出器と、拡散反射性の内部コーティングとを含む。内部コーティングは、光学的に透明な第２の壁を通って、フローセルを出るより広い分散光が、１つ以上の光検出器によって完全に集光され、測定されることを可能にする。このようにして、検出器システムの信号対雑音比をさらに増大させる。その一方で、システムのフォームファクタをさらに減少させている。さらに、予熱する必要がなく、長寿命であるＬＥＤの使用は、液体クロマトグラフィーシステムに含まれる検出器システムを操作する、効率を高め、コストを削減する。
本明細書の上記の利点ならびに他の利点および特徴は、単独でまたは添付の図面と関連して解釈されるとき、以下の詳細な説明から容易に明らかになる。
上記の概要は、詳細な説明においてさらに説明される概念の選択を簡略化した形で紹介するために提供されることを理解されたい。特許請求の範囲に記載されている主題の重要なまたは本質的な特徴を特定することを意図するものではない。その範囲は、詳細な説明に続く特許請求の範囲によって独自に定義される。さらに、特許請求の範囲に記載の主題は、上記または本開示のいずれかの部分で指摘された不都合を解決する実施形態に限定されない。
本説明は、検出システムに関する。この検出システムは、図１に概略的に示される例示的なＨＰＬＣシステムなどのＨＰＬＣシステムに含まれる。図２は、検出システムに含まれるフローセルの例示的な構成を示す。フローセルは、液体サンプルを含む。フローセル内の液体サンプルは、少なくとも部分的に光を吸収する。残りの吸収されない光は、紫外線（ＵＶ）および／または可視光（ＶＩＳ）光検出器などの検出器に向かって流れるように向けられる。図３および図４は、統合型照明検出フローセルの第１の実施形態および第２の実施形態をそれぞれ示す。それらにおいて、検出器および光源は両方とも、光源および液体サンプルと、液体サンプルおよび検出器との間の光学素子の数を減らすために、フローセルと統合されている。これは、ＨＰＬＣシステムのフォームファクタを減少させる。統合型照明検出フローセル（integrated illumination-detection flow cell）を動作させるための方法を図５に示す。図６は、単一波長光源を備えたＨＰＬＣフローセルを示す。これは、図７〜９に示された構成例に従って配置される。図１０〜図１６は、ＨＰＬＣシステムの検出器システムに含まれる多波長照明システムの例を示す。
図１を参照すると、ＨＰＬＣシステム１００の一例の概略図が示されている。ＨＰＬＣシステム１００は、制御システム１１０と、溶媒リザーバ１２０と、ポンプ１３０と、サンプル注入器１４０と、カラム１５０と、検出システム１６０と、フラクションコレクター１７０と、廃液容器１８０とを含む。ＨＰＬＣシステム１００の複数の構成要素は、共通のハウジング１０１内に含まれている。図１に示すように、ポンプ１３０と、サンプル注入器１４０と、カラム１５０と、検出システム１６０とはすべて、共通ハウジング１０１内に収容されている。しかしながら、他の例では、より多いまたはより少ない構成要素を共通ハウジングに収容してもよい。例えば、溶媒リザーバ、フラクションコレクター、および／または廃液容器は、共通のハウジング内に収容されていてもよい。追加的または代替的に、制御システム１１０は、共通のハウジングに収容されていてもよい。
システム動作中に信号を送受信するために、制御システム１１０は、以下にさらに説明するように、（破線で示されるように）ＨＰＬＣシステムの他の構成要素に通信可能に結合される。例えば、制御システム１１０は、コントローラ（例えば、デスクトップまたはラップトップコンピュータなど）、１つまたは複数のユーザ入力装置（例えば、マウス、キーボード、タッチスクリーン）、ディスプレイシステム、および／またはコントローラを１つ以上のリモートコンピューターデバイスに結合するように動作可能な通信システムを含む。制御システム１１０は、サンプル実行を開始するために、ＨＰＬＣシステムオペレータから入力を受信する。他の例では、サンプル実行は、制御システムのメモリに格納された１つまたは複数の方法に従って、サンプル実行を開始する制御システム１１０で、自動化または半自動化される。コントローラは、電子コントローラであり、本明細書に記載の１つまたは複数の方法を実行するために、実行可能な命令を記憶するメモリを含む。さらに、コントローラは、命令を実行するように構成された、１つまたは複数のプロセッサなどの１つまたは複数の物理ロジックデバイスを含む。追加的または代替的に、コントローラ１２は、ハードウェアまたはファームウェア命令を実行するように構成されたハードウェアまたはファームウェアを含む。メモリは、光メモリ、半導体メモリ、および／または磁気メモリを含む、取り外し可能なデバイスおよび／または内蔵デバイスを含む。メモリは、揮発性、不揮発性、動的、静的、読み取り／書き込み、読み取り専用、ランダムアクセス、順次アクセス、位置指定可能、ファイル指定可能、および／または内容指定可能なデバイスを含む。メモリおよびロジックデバイスは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの１つまたは複数のハードウェアロジックコンポーネントに一緒に統合される。
サンプル注入の前に、ＨＰＬＣシステム１００は、溶媒でプライミングされる。制御システム１１０は、ポンプ１３０を作動させる。これにより、ラインによって、ポンプ１３０と、ポンプ１３０の下流のＨＰＬＣシステム１００の他のコンポーネントとに流体接続されている溶媒リザーバ１２０から溶媒を引き出す。溶媒リザーバ１２０は、ＨＰＬＣシステムのオペレータによってＨＰＬＣシステム１００に入力されたポンプ１３０によって汲み上げられた溶媒、または、制御システム１１０のメモリに記憶されている予めプログラムされた方法に基づいて自動的に選択された溶媒とともに、１つまたは複数の溶媒（例えば、ヘキサン、酢酸エチル、ジクロロメタン、およびメタノールなど）が入る。一例では、ヘキサンなどの１つの溶媒を使用して、ＨＰＬＣシステム１００を準備する。他の例では、４：１のヘキサン：酢酸エチルまたは９：１のジクロロメタン：メタノールのように、選択された比率の２つの溶媒が使用される。他の適切な溶媒は、化学的用途、クロマトグラフィー法、カラムの種類などに適するように選択される。さらに別の例では、３つ以上の溶媒を使用することができる。使用される溶媒および比率は、精製されるべき成分に基づいて、（例えば、ＨＰＬＣオペレータまたは制御システム１１０によって）選択される。したがって、本明細書で使用されるように、用語「溶媒」は、溶媒混合物も含む。溶媒という用語は、分析物なしで、カラムを出る移動相溶出液を指す。
ポンプ１３０によって汲み上げられた溶媒は、サンプル注入器１４０を通ってカラム１５０に流れる。カラム１５０は、分析される成分に基づいて選択された固相吸着剤（例えば、シリカゲル、アルミナ、または他の官能化媒体など）を含む。カラム１５０の長さおよび直径はまた、化学的用途またはクロマトグラフィー法に基づいて選択され、ポンプを作動させる前に、ＨＰＬＣシステムオペレータによって設定される。カラムを通った後、溶媒は、検出システム１６０を通って流れる。他のタイプの検出システム（例えば、光イオン化検出器、荷電エアロゾル検出器、電気伝導度検出器、電気化学検出器、質量分析器、屈折率検出器など）が付加的または代替的に使用されるが、検出システム１６０は、本明細書にさらに記載されるように、１つ以上の光源、フローセル、および１つ以上の光検出器を含む。図１の例において、検出システム１６０は、紫外線および可視光線の透過率および吸光度を測定するように構成されている。検出システム１６０は、溶媒のベースライン吸光度値を測定する。続いて、制御システム１１０は、サンプル注入後に測定された値からこのベースライン吸光度値を差し引く。検出システム１６０を通って流れた後、溶媒は、廃液容器１８０に流される。
ＨＰＬＣシステム１００が準備されると（例えば、カラムが適切な溶媒で平衡化されると）、サンプル１４５は、サンプル注入器１４０によって、ポンプ１３０によって汲み上げられた溶媒の流路に注入される。いくつかの例において、サンプル注入器１４０は、制御システム１１０によって実行される所定の方法に従って、サンプルを注入するようにプログラムされたオートサンプラであってもよい。別の例では、ＨＰＬＣオペレータは、サンプル注入器１４０を手動で操作する。
サンプル１４５が注入されると、サンプルは、カラム１５０の樹脂上にロード（例えば、吸着）される。サンプル１４５の異なる成分は、樹脂ならびにカラム１５０を通って流れる溶媒に対して、異なる親和性を有する。したがって、樹脂との親和性が高い成分は、カラムをゆっくりと通過するが、溶媒との親和性が高い成分はカラムをより速く通過する。例えば、樹脂がシリカゲルで、溶媒の極性が低い場合（ヘキサンまたはヘキサンの比率が高い溶媒混合物など）、より極性の高い成分は、シリカゲルとの強い相互作用を有し、長時間シリカゲル上に保持される。一方、より非極性の成分は、溶媒との強い相互作用を有し、短時間でカラムから溶出する。さらに、グラジエント溶出として知られるものにおいて、溶媒混合物の極性を増加させることなどによって、使用される溶媒をサンプル実行を通して調整してもよい。他の例では、溶媒の組成は、アイソクラティック溶出として知られているものにおいて、サンプル実行全体を通して一定のままであってもよい。他の溶出方法、例えば、段階的溶出法または組み合わせ溶出法もまた使用される。
サンプル１４５の各成分がカラム１５０から溶出された後、各成分は、検出システム１６０を通過する。検出システム１６０は、本明細書でさらに説明されるように、１つまたは複数の波長の光にその成分をさらす。検出システム１６０の光源からの光が溶媒中に希釈された成分を通過すると、光の一部または全部は、吸収される。そして、成分を透過した光の量が検出システム１６０の検出器によって測定される。制御システム１１０は、検出システム１６０から受信したデータから成分の吸光度プロファイルを生成する。検出システム１６０から、各成分は、フラクションコレクター１７０に流れる。フラクションコレクター１７０は、溶出された成分で回収容器（例えば、バイアルまたは試験管など）を満たす。容器は、設定容量まで充填され、設定容量に達すると、フラクションコレクターで、次の容器に進む。別の例では、フラクションコレクターは、検出器を通過した成分の吸光度プロファイルに基づいて、次の容器に進む。吸光度プロファイルが変化すると、吸光度プロファイルの変化が異なる成分を示すので、制御システム１１０は、フラクションコレクター１７０をトリガーして、次の容器に進める。したがって、２つの構成要素を別々に保つことができる。充填された容器は、フラクションと呼ばれる。
制御システム１１０は、Ｙ軸として保持時間（成分がＨＰＬＣシステム１００を通過するのにかかる時間）に対してプロットされた吸光度（検出システム１６０によって測定されたような）および／またはＸ軸としてフラクション数を用いたクロマトグラムを生成する。クロマトグラムは、システムを通過した各分析物（例えば、成分）に対応する吸光度の明確なピークを含む。最適には、吸光度信号は、分析物の濃度に比例し、各分析物に対するピークは分離される。ＨＰＬＣシステムオペレータは、クロマトグラムおよび／または吸光度プロファイルに基づいて、目的の成分を含有するフラクションを同定する。したがって、目的の成分を含むフラクションを同定する能力は、検出システム１６０の精度および感度に依存する。
図２を参照すると、概略図は、フローセル２００を示す。これは、液体クロマトグラフィーシステムの検出システム（例えば、図１のＨＰＬＣシステム１００の検出器システム１６０）に含まれる。フローセル２００は、第１の部分２０２と、フローセル２００の第１の部分２０２の反対側にある第２の部分２０４とによって画定されたチャンバ２１０を含む。加えて、第１の光学的に透明な窓２０６と、第１の光学的に透明な窓２０６の反対側の第２の光学的に透明な窓２０８とは、チャンバ２１０を画定する。他の例では、フローセル２００がサンプルセルである場合、チャンバ２１０は、キュベットであってもよい。第１の光学的に透明な窓２０６はキュベットの第１の光学的に透明な壁であり、第２の光学的に透明な窓２０８はキュベットの第２の光学的に透明な壁である。
液体サンプル（例えば、図１のサンプル１４５）は、進入路２１６に沿って、チャンバ２１０に進入する。一例では、進入路２１６は、フローセルの第２部分２０４を通過して、チャンバ２１０内に開口する。それにより、液体サンプルをチャンバ内に供給している。液体サンプルは、チャンバ２１０に流れ込み、出口路２１８を通ってチャンバから流れ出る。一例では、出口路２１８は、図示のように、フローセル２００の第１の部分２０２を通過する。別の例では、出口路２１８は、フローセル２００の第２の部分２０４を通過する。第１の光学的に透明な窓２０６に沿った第１のガスケット２１２および第２の光学的に透明な窓２０８に沿った第２のガスケット２１４は、液体サンプルがチャンバ２１０から漏れることを防止する。
破線の矢印２２０で示されるように、光は、第１の光学的に透明な窓２０６を通ってチャンバ２１０に入り、液体サンプルを含むチャンバ２１０を通って進む。チャンバに入る光は、光源（図示せず）から生じる。一例では、光源は、複数のＬＥＤであり、複数のＬＥＤの各ＬＥＤは、異なる波長（例えば、２５４ｎｍ、２８０ｎｍ、３９５ｎｍ、５２５ｎｍなど）の光を放射する。検出器ユニット内の光源およびそれらの構成を、図３〜４および図７〜１６を参照して以下に説明する。
光がチャンバ２１０と、その中の液体サンプとルを通って進むにつれて、液体サンプル（例えば、１つまたは複数の検体と、１つまたは複数の溶媒とを含む）は、少なくとも部分的に光を吸収する。液体サンプルによる光吸収は、サンプル中に存在する成分に依存する。液体サンプルによって吸収されない光は、第２の光学的に透明な窓２０８を通ってチャンバ２１０を出る。次に、第２の光学的に透明な窓を出る非吸収光は、サンプル検出器（図示せず）に向けられる。サンプル検出器は、例えば、可変波長検出器またはダイオードアレイ検出器である。
図２は、光源およびサンプル検出器から分離しているフローセルを示す。さらに、複数の光学素子（例えば、レンズ、ミラー、フィルタ、スリット、およびビームスプリッタなど）は、光源とフローセルとの間、および／または、フローセルとサンプル検出器との間に存在してもよい。その結果、光路長が増大し、対応する検出器システムおよびＨＰＬＣシステムのフォームファクタを増大させる。さらに、サンプル検出器によって受信された光信号の信号対雑音比が減少する。したがって、光路長を最小にする、および／または、サンプル検出器によって捕捉される光量を増加させるシステムは、対応する検出器システムおよびＨＰＬＣシステムのフォームファクタを減少させ、ならびにサンプル検出器における信号対雑音比を増加させる。
図３は、統合型照明検出フローセル３００の第１の実施形態を示す。一例として、統合型照明検出フローセル３００は、ＨＰＬＣシステムの検出システム（例えば、図１に示すＨＰＬＣシステム１００の検出システム１６０など）に含まれる。統合型照明検出フローセル３００は、図２に示すフローセル２００と同様に、流路３０６を有するフローセル３０８を含む。流路３０６は、注入口３２２および排出口３２４を含む。液体サンプルは、破線３２５によって示される経路に沿って、注入口３２２を通って流れ込み、流路３０６を通って、排出口３２４を出る。流路３０６を通る液体サンプルの流速は、注入口３２２の上流のフロー調整器（図示せず）によって調整される。流路３０６は、少なくとも部分的にフローセル３０８の内側にあってもよい。
フローセル３０８は、複数のダイオード対３１１を含む。各ダイオード対３１１は、光源３１２と、光源３１２に隣接するフォトダイオード３１０とを含む。複数のダイオード対３１１は、フローセル３０８と統合され、例えば、フローセル３０８のハウジングの内部に配置される。一例では、複数のダイオード対３１１は、フローセル３０８の底面３１５に結合される。フローセルの底面３１５は、図３に示すように、流路３０６と平行である。各光源３１２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。複数のダイオード対３１１の各ＬＥＤは、異なる波長（例えば、２５４ｎｍ、２８０ｎｍ、３９５ｎｍ、５２５ｎｍなど）の光を放射する。ＬＥＤは、予熱する必要はなく、他の光源（例えば、タングステンランプ、水銀アークランプ、および／または重水素ランプなど）よりも長持ちする。各ＬＥＤは、例えば、統合型照明検出フローセル３００に結合されたコントローラ３５０によって、所望の波長の光を放射するように、独立して選択され制御される。コントローラ３５０は、例えば、図１に示されるＨＰＬＣシステム１００の制御システム１１０に含まれる。ＬＥＤは、ＬＥＤ（図示せず）に結合された電源から電力を受け取る。別の例では、各光源３１２は、レーザダイオードであり、各レーザダイオード３１２は異なる波長の光を放射する。さらに他の例では、光源３１２は、複数のダイオード対３１１のうちの１つまたは複数の中にＬＥＤを含む。一方、光源３１２は、複数のダイオード対３１１の残りの数の中にレーザダイオードを含む。
各ダイオード対３１１の光源３１２に隣接するフォトダイオード３１０は、例えば、光検出器である。各フォトダイオード３１０は、ダイオード対３１１の対応する光源３１２用の基準検出器（reference detector）として働く。そして、複数のダイオード対３１１の各々は、コントローラ３５０に結合される。コントローラ３５０は、図５を参照して詳細に説明するように、作動した光源３１２と対になったフォトダイオード３１０から受信した信号の強度に基づいて、ダイオード対３１１の光源３１２によって放射された光の出力レベル／強度を制御する。例えば、フォトダイオード３１０によって測定された光の量が増加するにつれて、フォトダイオード３１０によって出力される電圧は増加する。
各光源３１２から放射された光は、複数の光路３１６に沿って、流路３０６に向かって直接進む。各ダイオード対３１１の各光源３１２から放射された光は、流路３０６に沿って、第１の光学的に透明な壁３１９に入射する。光路３１６からの光の第１の部分は、第１の光学的に透明な壁３１９を通過して、流路３０６に入る。一方、光路３１６からの光の第２の部分は、第１の光学的に透明な壁３１９で反射し、図３に示すように、複数の光路３１４に沿って、ダイオード対３１１のフォトダイオード３１０に進む。フォトダイオード３１０によって検出される光の量は、流路３０６に結合されている光の量に比例する。光路３１６および３１４は、ダイオード対３１１のうちの１つに関してのみ示されているが、同様の光路が複数のダイオード対３１１のそれぞれに対して存在することは理解されるべきである。
フローセル３０８の底面３１５に沿って光源３１２を一体化することによって、各光源によって放射された光が第１の光学的に透明な壁３１９に直接入射することが可能になる。一例では、光源３１２を含むフローセルの底面３１５は、第１の光学的に透明な壁３１９と平行である。底面３１５と第１の光学的に透明な壁３１９とを隔てる距離ｄ１により、底面３１５と一体化された光源３１２によって放射された光が、光学的調整なしで、第１の光学的に透明な壁に直接進むことができる。第１の光学的に透明な壁の長さＬ１は、底面の長さＬ３と完全に重なる。その結果、各光源から放射された光は、流路の第１の光学的に透明な壁３１９に隣接している光学的に不透明な壁部３２１および３２３ではなく、第１の光学的に透明な壁に入射する。フローセル内の光源は、光路３１６および光路３１４がフローセル内に存在するいかなる構造によっても妨げられないように、統合されることができる。一例では、図３に示すように、光源３１２と第１の光学的に透明な壁３１９との間に、カップリング光学系（coupling optics）が存在しなくてもよい。
第１の光学的に透明な壁３１９を通って流路３０６に入ると、光は、流路３０６の内側の液体サンプルによって少なくとも部分的に吸収される。光の吸収は、図１および図２に関して上述したように、流路中の液体サンプル中に存在する成分に依存する。吸収されなかった光は、第１の光学的に透明な壁３１９とは反対側の第２の光学的に透明な壁３１８を通って、流路を出る。第２の光学的に透明な壁３１８は、第１の光学的に透明な壁３１９と面共有接触することなく、第１の光学的に透明な壁３１９と平行である。一例では、第２の光学的に透明な壁３１８の長さＬ２は、第１の光学的に透明な壁３１９の長さＬ１と等しい。第２の光学的に透明な壁３１８は、第２の光学的に透明な壁３１８が第１の光学的に透明な壁３１９の全長に沿って平行に延びるように、第１の光学的に透明な壁３１９と整列されている。
光学的に透明なガラス、光学的に透明なプラスチック、溶融石英などは、第１の光学的に透明な壁および第２の光学的に透明な壁を形成する。一例では、第１の光学的に透明な壁３１９および第２の光学的に透明な壁３１８の透明度は、８０パーセントを超える。一例では、流路３０６がキャピラリーで構成される場合、ＬＥＤによって放射された光を受けるキャピラリーの第１の壁の光学的透明度および第１の壁の反対側の第２の壁の光学的透明度は、キャピラリーの第１および第２の壁を形成するために使用される材料の光学特性に基づく（例えば、光学的に透明なガラス、プラスチック、石英など）。別の例では、流路３０６は、代わりにキュベットであってもよい。液体サンプルは、フローセル３０８を通って流れる代わりに、開口部を通してキュベット内にロードされる。そのような例では、第１の光学的に透明な壁３１９は、キュベットの第１の壁である。そして、第２の光学的に透明な壁３１８は、第１の壁に対向して平行なキュベットの第２の壁である。
光は、検出チャンバ３０２内の複数の光路３２０に沿って、第２の光学的に透明な壁３１８を出る。検出チャンバ３０２は、複数の光路３２０からの光を集めるように構成されている。検出チャンバ３０２は、例えば、第２の光学的に透明な壁３１８を共有することによって、フローセル３０８に直接結合されて、一体化される。例えば、検出チャンバ３０２の底壁３３０は、第２の光学的に透明な壁３１８と少なくとも部分的に同じである（例えば、底壁３３０は、第２の光学的に透明な壁３１８によって少なくとも部分的に形成される）。これは、フローセル３０８の上面を少なくとも部分的に画定する。流路３０６から第２の光学的に透明な壁３１８を通って出て行く光は、複数の光路３２０に沿って、検出チャンバ３０２に直接入る。検出チャンバ３０２は、第２の光学的に透明な壁３１８と検出チャンバ３０２との間の光路３２０に沿ったいかなる構造体／光学素子もなく、第２の光学的に透明な壁３１８を通過する光が検出チャンバ３０２に直接導くように、フローセルに結合される。検出チャンバ３０２は、光路３２０に沿った全ての光を検出チャンバ３０２内に捕捉することができるように、第２の光学的に透明な壁３１８を除いて、光学的に不透明で、かつ漏れがない。
検出チャンバ３０２は、それに結合された１つ以上の光検出器を含む。示されるように、検出チャンバ３０２は、較正済み紫外線（ＵＶ）検出器３０５および較正済み可視光（ＶＩＳ）検出器３０４に結合される。ＵＶ検出器３０５は、電磁スペクトルのＵＶ部分内の波長の範囲（例えば、１９０ｎｍと３００ｎｍの間）または固定波長の光を測定するように構成される。同様に、ＶＩＳ検出器３０４は、電磁スペクトルの可視光部分内の波長の範囲（例えば、３００ｎｍと６００ｎｍの間）または固定波長の光を測定するように構成されている。したがって、ＵＶ検出器３０５およびＶＩＳ検出器３０４の両方は、サンプル検出器として機能し、流路３０６内の液体サンプルを透過した光を測定する。（例えば、第２の光学的に透明な壁３１８を介して）検出チャンバ３０２に入る光は、流路３０６内の液体サンプルの密度、液体サンプルを通る散乱および吸収の相対量、および流路３０６内の液体サンプルの有効屈折率に応じて、その分散度が異なる。したがって、検出チャンバ３０２は、（例えば、流路３０６および第２の光学的に透明な壁３１８を介して）フローセル３０８から出る、より広い分散光がＵＶ検出器３０５および／またはＶＩＳ検出器３０４によって完全に収集および測定されることができるように、小さい（例えば、１インチの立方体または円筒形）統合チャンバ３０３を含む。統合チャンバ３０３は、検出チャンバ３０２の内部に沿って、拡散反射コーティングを含む。このコーティング（内部）は、均一な散乱または拡散効果を生み出し、反射光の屈折力（optical power）を維持する。従って、検出チャンバ３０２は、統合検出チャンバとも呼ばれる。
検出チャンバ３０２におけるＵＶ検出器３０５およびＶＩＳ検出器３０４のそれぞれによって検出される光は、流路３０６内の液体サンプルを透過した光である（例えば、液体サンプルによって吸収されない）。吸光度（Ａ）は、方程式Ａ＝−ｌｏｇ１０（Ｔ）による透過率（Ｔ）に関する。これは、ＵＶ検出器３０５およびＶＩＳ検出器３０４の一方または両方からの透過率信号を所望の波長でのサンプル吸光度測定値に変換するために、コントローラ３５０によって使用される。次いで、吸光度測定値を時間の関数としてプロットして、フローセル内部の液体サンプルの吸収プロファイルを表すクロマトグラムを作成する。さらに、吸光度測定値は、ランベルト・ベールの法則（Ａ＝εｃｌ）によるサンプル濃度に関連する。ここで、Ａは吸光度であり、εは化学種の固有の性質であるモル吸光係数（例えば、モル吸光係数）である。ｃは濃度であり、ｌはサンプルの光路長である。図３の例では、光路長は、第１の光学的に透明な壁３１９と第２の光学的に透明な壁３１８との間の距離である。
図４は、液体クロマトグラフィーシステム（例えば、図１のＨＰＬＣシステム１００）において使用される統合型照明検出フローセル４００の第２の実施形態を示す。統合型照明検出フローセル４００は、図３を参照して既に上述したものと共通の特徴および／または構成を共有する。図３で先に示された成分は、同じように番号を付けられ、再度説明されない。
統合型照明検出フローセル４００内のフローセル３０８に沿った流路３０６の構成は、各光源３１２と流路３０６の第１の光学的に透明な壁３１９との間の光学素子を除いて、図３を参照して上述したものと同じである。フローセル３０８は、底面３１５に沿って複数のダイオード対３１１を含む。各ダイオード対は、光源３１２と、定電圧ダイオード３１０とを含む。特定の波長の光を放射するＬＥＤである各光源３１２から放射される光は、光路４１６に沿って、流路に向かって複数のカップリング光学系４３０のうちの１つに進む。カップリング光学系４３０のそれぞれは、各光源３１２と、流路３０６の第１の光学的に透明な壁３１９との間に配置される。各カップリング光学系４３０は、光路４１７によって示されるように、対応する光源３１２によって放射される光を第１の光学的に透明な壁３１９に方向付ける（例えば、コリメートまたは集束する）。これにより、流路３０６を介して検出チャンバ３０２に入る光の量を増加させている。各光源３１２によって放射されるいくつかの光は、図４に示されるように、対応するカップリング光学系４３０で反射され、光路４１４に沿って、ダイオード対３１１のフォトダイオード３１０へ移動する。
カップリング光学系４３０のそれぞれは、プリズム、自由形状光学系、フレネルレンズ、窓、またはボールレンズである。カップリング光学系４３０は、対応する光源３１２から第１の光学的に透明な壁３１９へ進む間、光源によって放射された光の分散／散乱を最小限に抑える。カップリング光学系４３０を含むため、底面３１５と第１の光学的に透明な壁３１９との間の距離ｄ２は、図３の統合型照明検出フローセル３００の距離ｄ１より大きい。
各カップリング光学系４３０を通る光路４１７内の光は、流路３０６に沿って、第１の光学的に透明な壁３１９に入射する。第１の光学的に透明な壁３１９を通って流路３０６に入ると、光は、流路３０６の内部を流れる液体サンプルによって、部分的に吸収される。吸収されなかった光は、第１の光学的に透明な壁３１９とは反対側の第２の光学的に透明な壁３１８を介して、流路３０６の外を出て、統合検出チャンバ３０２に入る。その光は、図３を参照して上述したように、ＵＶ検出器３０５および／またはＶＩＳ検出器３０４によって検出される。
このようにして、図３および図４に示された統合型照明検出フローセルシステムの実施形態は、光源と、フローセルと一体化された検出チャンバとの両方を有する。その結果、光源から流路を通って検出チャンバへの光路は、光学素子を通過せず（図３）または非常に少ない光学素子を通過する（すなわち、図４に示す１つのカップリング光学系４３０）。対照的に、非統合光源、フローセル、および検出器システム（例えば、従来のダイオードアレイ検出器システムまたは可変波長検出器システムなど）は、光源と検出器との間に複数の光学素子（例えば、１つ以上のミラー、レンズ、フィルタ、スリット、およびビームスプリッタ）を含む。これにより、より長い光路（したがって、液体クロマトグラフィーシステムのフォームファクタ）およびノイズの発生につながる。光源、フローセル、および検出器を単一のユニットに統合することによって、検出器ユニット、すなわち、液体クロマトグラフィーシステムのより小さなフォームファクタが達成される。さらに、ＵＶおよびＶＩＳ検出器における信号対雑音比は、短い光路長およびより少ない光学部品が原因で、より高い信号およびスペクトル純度のために増加する。さらに、従来のダイオードアレイ検出器システムおよび可変波長検出器システムは、光源として、重水素またはタングステンランプを使用する。それらは、使用前に少なくとも１５〜２０分間予熱されなければならず、そして、約２０００時間の寿命を有する。対照的に、ＬＥＤ光源（例えば、図３および図４の統合型照明検出フローセルシステムで使用される）は、予熱する必要がない。なぜなら、ＬＥＤの出力は、スイッチオン時に公称出力の±２％以内であり、長い寿命を有するからである（例えば、＞１０，０００時間）。その結果、統合型照明検出フローセルシステムは、遅延なく使用され、従来のダイオードアレイ検出器システムおよび可変波長検出器システムよりも少ないメンテナンスで済む。
液体クロマトグラフィー検出器システムを操作するための方法例５００を図５に示す。一例では、方法５００は、図３および図４に示された統合型照明検出フローセル３００または統合型照明検出フローセル４００を動作させるために使用される。方法５００を実行するための命令は、検出器システム（例えば、図３および図４に示されるフォトダイオード３１０およびＵＶ検出器３０５および／またはＶＩＳ検出器３０４など）の光検出器からコントローラによって受信された信号と共に、コントローラのメモリに記憶された命令に基づいて、コントローラ（例えば、図３および図４のコントローラ３５０など）によって実行される。
方法５００は、５０２で、所望の波長の光を放射する光源を作動させることによって開始する。例えば、光源は、ＬＥＤまたはレーザダイオード（例えば、図３および図４の各光源３１２など）である。所望の波長は、目的の分析物に基づいて選択される。例えば、２５４ｎｍは、芳香族化合物を検出するために選択される。コントローラは、所定のデューティサイクルで電圧を供給することによって光源を起動して、光源に所望の出力レベル（例えば、光強度または光出力）で所望の波長の光を放射させる。一例では、複数の光源の各光源は、独立して起動および制御されてもよく、他の光源と同時に動作されなくてもよい。
光が作動した光源によって放出されると、方法５００は、５０４に進む。５０４において、方法５００は、作動した光源の出力レベルを調整する工程を含む。５０６に示すように、光源の出力レベルは、基準検出器（例えば、作動した光源に隣接するフォトダイオードなど）からコントローラによって受信された信号に基づいて、光源に結合されたコントローラによって調整される。所与の光源の出力レベルは、対になって隣接する基準フォトダイオードにおいて発生した信号に対して線形である。一例では、自動電力制御（ＡＰＣ）モードにおいて、アナログループは、コントローラに送信された基準フォトダイオードからの信号に基づいて、光源の一定の出力レベルを維持するために使用される。基準フォトダイオード（reference photodiode）によって生成されたアナログ信号は、コントローラに中継される。コントローラによって受信されたアナログ信号に基づいて、コントローラは、光源によって放出された光を変調（例えば、増加または減少）する。そして、液体サンプルおよび／または流路（例えば、図３および図４に示す流路３０６の第１の光学的に透明な壁３１９）に入射する光の一定の出力を維持する。
さらに、光源の出力レベルは、５０８に示すように、流路内の液体サンプルによる光の吸収に基づいて、および、検出器の最小および最大閾値に基づいて調整される。各検出器の最小閾値は、検出の下限に対応する。これは、電圧出力（それ以下に光強度が変化する）がノイズと区別することができないことをいう。各検出器の最大閾値は、飽和点に対応する。これは、出力電圧（それ以上に光強度が変化する）が検出器の電圧出力を増加させない（あるいは、直線的に増加させない）ことをいう。別の例では、各検出器の最小閾値は、検出下限を超える。各検出器の最大閾値は、飽和点を下回る。その結果、出力レベルは、検出器の線形範囲内に維持される。検出器は、図３および図４の検出チャンバ３０２のような統合型検出チャンバに結合される。光源の出力レベルは、例えば、検出器がその最大閾値に達したときに出力レベルを下げることによって、ＵＶ検出器および／またはＶＩＳ検出器が飽和するのを回避するように調整される。逆に、光源の出力レベルは、弱い信号および低い信号対雑音比を回避するために、検出器がその最小閾値に到達したときに、調整（例えば、増加）される。コントローラは、別個のＡＰＣ制御ループを使用して、ＵＶまたはＶＩＳ検出器の応答レベルに基づいて、信号対雑音比を最適範囲に調整する。選択された光源の出力レベルは、ノイズ信号が最小化され、サンプル信号が最大化されるように調整される（こうして、最適な信号対雑音比を生成する）。
一例では、フローセルの内側の液体サンプルによって吸収される光の量が多い場合、検出チャンバに入る光は、検出器の最小閾値より下である。したがって、作動した光源の出力レベルは、検出チャンバ内に捕捉される光を増加させるために増加される。別の例では、液体サンプルで吸収される光の量が少ない場合、検出チャンバに入る光は、検出器の最大閾値を超える。その結果、飽和信号が生じる。したがって、作動した光源の出力レベルは、検出チャンバ内に捕捉された光を減少させるために低減される。
方法５００は、５１０に進み、検出器によって、液体サンプルを通って検出チャンバ内に透過した光を測定する工程を含む。流路内の液体サンプルによって吸収されない光は、検出チャンバに入る。検出チャンバの内側の光は、図３および図４を参照して上述したように、検出チャンバに結合されたＵＶ検出器および／またはＶＩＳ検出器によって検出される。
５１２において、方法５００は、流路内の液体サンプルの吸光度スペクトルを生成する工程を含む。例えば、コントローラは、５１０で検出されるように、液体サンプルを透過した光を吸光度値に（例えば、Ａ＝−ｌｏｇ１０Ｔにしたがって）変換する。これは、クロマトグラム上で時間（および／またはフラクション数）に対してプロットされる。吸光度スペクトルは、フローセルを通過する液体サンプルの構成元素組成に関する情報を提供する。一例では、第１の吸光度スペクトルは、ＵＶ検出器によって検出された透過光について生成される。第２の吸光度スペクトルは、ＶＩＳ検出器によって検出された透過光について生成される。いくつかの例では、第１および第２の吸光度スペクトルの両方を単一のクロマトグラムにプロットする。方法５００は、その後終了する。
このようにして、ＬＥＤなどの複数の光源を液体クロマトグラフィーシステムのフローセルの壁内に一体化して、所望の波長の光を提供する。複数の光源のそれぞれによって放射された光の少なくとも一部は、複数の光学素子を通過することなく、サンプルを含むフローセルチャネルに直接進む。フローセルチャネルに到達する光の少なくとも一部は、フローセル内のサンプルによって吸収される。吸収の程度は、液体サンプルの構成物（例えば、成分）に依存する。フローセル内の液体サンプルによって吸収（例えば、透過）されない光は、フローセルを出て、（光学素子を通過せずに）統合型検出チャンバに直接入る。これは、それに結合された１つ以上の光検出器および統合チャンバを含む。
光源および検出チャンバをフローセルと一体化することにより、光学素子の使用が減少する。それによって、液体クロマトグラフィーシステムのフォームファクタを低減させている。さらに、光源と液体サンプルとの間、および、液体サンプルと検出チャンバとの間に光学素子をまったくまたはほとんど使用しないことで、信号対雑音比が向上する。さらに、寿命が長く、使用前に予熱する必要がないＬＥＤの使用は、効率を向上させ、液体クロマトグラフィーシステムを動作させるコストを削減する。
一例は、液体クロマトグラフィー装置を提供する。装置は、フローチャンバの透過窓またはキャピラリー壁を有するフローセルを含む。透過窓またはキャピラリー壁は、液体サンプルを収容するように構成されている。装置はさらに、フローセル内に一体化された１つまたは複数のＬＥＤまたはレーザダイオード（ＬＤ）光源と、光源の放射レベルを調整するための、ＬＥＤに隣接した１つまたは複数のフォトダイオードとを含む。フローセルは、適切な検出器（例えば、ＵＶおよび／またはＶＩＳ検出器）を含む検出チャンバに連結されている。検出チャンバは、フローチャンバの透過窓またはキャピラリー壁のうちの１つによって部分的に形成される。したがって、検出チャンバは、ＬＥＤ／ＬＤから放射され、液体サンプルを通過する光を受け取る。検出チャンバは、実質的にすべての角度からの光を検出器に等しく向けるように構成されている一体型球状体または他の適切な構造である。ハウジング／シャーシは、フローセルおよび検出チャンバアセンブリを支持する。
１つ以上のＬＥＤまたはＬＤ源はそれぞれ、特定の波長の光を放射するように構成されている。例えば、第１のＬＥＤは２５４ｎｍの光を放射し、第２のＬＥＤは２８０ｎｍの光を放射し、第３のＬＥＤは３９５ｎｍの光を放射し、第４のＬＥＤは５２５ｎｍの光を放射する。電源は、１つ以上のＬＥＤまたはＬＤ源を活性化するためのエネルギーを供給するために、（例えば、フローセルの内部または外部のいずれかに）提供される。
装置は、さらにコントローラを含む。コントローラは、１つまたは複数のＬＥＤまたはＬＤ光源のうちの１つまたは複数を作動させるように構成されている。一例では、コントローラは、選択されたＬＥＤまたはＬＤを電源に結合して、選択されたＬＥＤまたはＬＤを独立して起動するように構成される。例えば、特定の波長（例えば、５２５ｎｍ）を選択するために入力を受信する。その入力を受信することに応答して、コントローラは、その波長（例えば、第４のＬＥＤ）を電源に出力するように構成されたＬＥＤまたはＬＤを結合する。従って、そのＬＥＤまたはＬＤを作動させる。
一例では、作動されたＬＥＤまたはＬＤによって出力される光の強度は、自動電力制御（ＡＰＣ）回路によって制御される。ＡＰＣ回路は、フォトダイオードの出力からＬＥＤ／ＬＤの入力までの適切なフィードバックループである。そのフィードバックループは、隣接するフォトダイオードによって検出された光の機能（function）として、ＬＥＤ／ＬＤ光出力を調整するように構成されている。ＡＰＣ回路は、適切な回路素子（例えば、入力サンプリング抵抗、オペアンプ、コンデンサ、チューニングトランジスタ、トランスミッタ光サブアセンブリなど）を含む。
いくつかの例では、コントローラは、検出器からの出力をＬＥＤ／ＬＤ入力へフィードバックとして使用することによって、検出チャンバでの信号対雑音比（ＳＮＲ）を調整するように構成される。例えば、コントローラは、検出器から出力を取得する。そして、出力が上限閾値を上回るかまたは下限閾値を下回る場合、ＬＥＤ／ＬＤの出力強度は、調整される。
単一の広域スペクトル光源に頼るよりむしろ、統合型フォトダイオードを含む複数の独立して制御可能な離散波長光源をフローセルに含めることによって、高価および／またはかさ高い光学素子（例えば、格子、ビームスプリッタなど）が省かれる。そのように、ＬＥＤ／ＬＤ源は、介在する光学素子なしで、フローセルの透過窓またはキャピラリー壁に密接に結合される。このように、装置は、比較的小さいフォームファクタを有する。しかしながら、いくつかの例では、カップリング光学系（例えば、フレネルレンズ、プリズム）は、ＬＥＤまたはＬＤと、フローセルの透過窓との間に設けられ、ＬＥＤ／ＬＤからの光の量を増やす。その光は、フローセル内の液体サンプルおよび検出器チャンバに向けられる。
図３および図４は、光源および検出器をフローセルと統合する例を示しているが、他の検出器システム構成も可能である。特に、多波長照明を可能にする検出器システムは、さらなるサンプル検出の柔軟性を提供する。図６は、図１のＨＰＬＣシステム１００などの液体クロマトグラフィーシステムに含まれる例示的な検出器システム６００を示す。検出器システム６００は、基板６０１に結合された（例えば、搭載されたまたは接着された）光源６０２と、第１のコリメートレンズ（または光学系）６０４と、第２のコリメートレンズ（または光学系）６０５とを含む。基板６０１は、適切な基板（例えば、チップオンサブマウント、ＴＯカン、Ｃマウント、またはバタフライマウントなど）を含む。第１のコリメートレンズ６０４および第２のコリメートレンズ６０５は、光源６０２によって放射された光を、フローセル６１１の流路６１０を介して、信号検出器６０８に向けるように構成されている。例えば、検出システム６００がＨＰＬＣシステムに含まれる場合、液体サンプルは、ＨＰＬＣカラム（例えば、図１のカラム１５０）から溶出した後、フラクションコレクター（例えば、図１のフラクションコレクター１７０）に到達する前に、フローセル６１１を通って流れる。流路６１０のサンプル調査領域では、液体サンプルは、光源６０２によって放出された光にさらされる。本明細書で使用されるように、「流路」は、液体サンプルを流すように構成され、また光を受けて通過させるように構成されるフローセルの領域（例えば、キャピラリーの一部によって画定される）を指す。図示のように、信号検出器６０８は、フローセル６１１の反対側で、光源６０２と平行に配置されている。さらに、基準検出器（例えば、フォトダイオード）６０６は、フローセル６１１と同じ側で、光源６０２と垂直に配置されている。
光源６０２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）、またはレーザーダイオード（ＬＤ）などの狭帯域光源である。一例では、光源６０２は、単一波長（または赤色光を放射するＬＥＤの場合は６２０〜６４０ｎｍなどの単一波長範囲）の光を放射する単一エミッタであってもよい。別の例では、光源６０２によって放射される光は、波長可変レーザダイオードなどの可変波長のものであってもよい。さらに別の例では、光源６０２は、複数の発光体を含む。複数の発光体の各発光体は、図１２Ａ〜１２Ｂに関してさらに説明されるように、単一波長の光（例えば、ＬＥＤのアレイ（例えば、「多色ＬＥＤ」または「ＲＧＢ−ＬＥＤ」など））、または、可変波長の光（例えば、レーザーダイオードのアレイ）を放射する。さらに、複数のエミッタは、一緒にまたは別々に包装される。
光源６０２によって放射された光は、第１のコリメートレンズ６０４および第２のコリメートレンズ６０５を通過して、光路６０３に沿って、フローセル６１１の流路６１０に入射する。一例では、光路６０３は、長手方向フローセルの流路６１０内のサンプルの流れ方向と平行である。別の例では、光路６０３は、横型フローセル用のサンプルの流れの方向に対して垂直である。縦型フローセル構成は、横型フローセル構成よりも（ピーク幅を広げることになる、フローセル体積を増加させることなく、または、断面積変化を導入することなく）長い経路長を可能にする。それによって、流路６１０内の液体サンプルと光路６０３内の光との間に、より多くの相互作用を生じさせることが可能になり、サンプルの吸光度が向上する。フローセル６１１に入る光の少なくとも一部は、流路６１０内のサンプルによって吸収される。吸収されなかった光は、フローセルを出て、信号検出器６０８によって光の量で検出される。信号検出器６０８によって検出された光の量は、光源６０２によって放射された光の強度および流路６１０内のサンプルの吸光度特性の両方に基づいて変化する。信号検出器６０８によって検出された光の量は、サンプルの吸光度スペクトルを生成するために使用される。これは、サンプルの成分を決定するために使用さる。
基準検出器６０６は、光源６０２の出力を制御する。一例では、基準検出器６０６の位置は、光源６０２に隣接する。別の例では、基準フォトダイオードは、コリメートレンズ６０４および６０５に隣接する。基準検出器６０６の相対的な位置決めは、図７〜９に関連して以下で説明される。光源６０２の出力は、図５を参照して上述したように、フローセル内のサンプルによって吸収された光、信号検出器６０８からのフィードバックなどを含む様々な要因に基づいて、基準検出器によって調整される。光源６０２の出力は、様々な制御ループストラテジー（例えば、アナログ回路、比例積分微分（ＰＩＤ）などのデジタル制御アルゴリズムなど）によって制御される。
図７〜９は、検出器システム内の光学素子の相対的位置決めの、第１の構成７００と、第２の構成８００と、第３の構成９００とをそれぞれ概略的に示す。第１の構成７００と、第２の構成８００と、第３の構成９００とは、互いに共通の特徴を共有し、図６の検出器システム６００と共通の特徴を共有する。それらは、同様に番号付けされており、再度説明されない。例えば、第１の構成７００、第２の構成８００、または第３の構成９００は、図６の検出器システム６００に含まれる。図７〜９をまとめて説明する。
光は、基板６０１上に配置された光源６０２から放射され、光路６０３に沿って進むにつれて、第１のコリメートレンズ６０４および第２のコリメートレンズ６０５を通過する。他の例では、追加の光学素子が光路に沿って存在する。それは、追加のレンズ（例えば、ボールレンズ、コリメートレンズ、フレネルレンズ）、コリメータ、ライトガイド、および／または他の光学系を含む。光源６０２、第１のコリメートレンズ６０４、第２のコリメートレンズ６０５、流路６１０、および信号検出器６０８はすべて、光路６０３を横切る共通軸に沿って配置されている。第２のコリメートレンズ６０５を出る光は、第１のレンズまたは窓７４２を介して、フローセル６１１の流路６１０に入る。光路６０３内の光が流路６１０内の液体サンプルを通過するとき、光の少なくとも一部は、液体サンプルに吸収される。透過した（例えば、吸収されていない）光は、第２のレンズまたは窓７４４を通ってフローセル６１１を出て、信号検出器６０８によって検出される。信号検出器６０８は、例えば、波長可変検出器またはダイオードアレイである。信号検出器６０８は、光路６０３に沿って、流路６１０（およびその中の液体サンプル）を透過した光の強度（Ｉ）または屈折力に関連する信号（例えば、ボルトまたはアンペア）を出力する。例えば、流路６１０を透過する光の強度が増加するにつれて、信号検出器６０８の電圧出力は増加する。信号検出器６０８によって出力された信号は、コントローラによって受信される。コントローラは、本明細書でさらに説明されるように（例えば、図５に関して）、信号検出器６０８からのデータを記憶し、様々なデータ処理動作を実行する。
いくつかの条件では、光源６０２によって放射される光は、変動する場合がある（たとえば、強度および／または波長）。例えば、光源に供給される電流の変動および／または光源の温度の変動は、光源によって出力される強度および／または波長の変化をもたらす。光源のこのような変動は、考慮されない場合、誤ったサンプル吸光度測定につながる。したがって、検出器システムは、一般に、サンプルを通過しない光源からの光出力を測定する別個の基準検出器（例えば、フォトダイオード）を含む。いくつかの例では、ビームスプリッタは、光源によって出力された光の一部を基準検出器に向け直す。ただし、ビームスプリッタは、検出器ユニットにコストと複雑さを追加する。
したがって、図７〜９の構成例に示されるように、基準検出器６０６は、検出器システム内のカップリング光学系または他の構造で反射または後方散乱した検出器システム内の光を検出するように配置される。図７に示される一例において、光の一部は、第２コリメートレンズ６０５および第１コリメートレンズ６０４によって反射または後方散乱される。基準検出器６０６は、光源６０２、第１コリメートレンズ６０４、第２のコリメートレンズ６０５、流路６１１、および信号検出器６０８の共通軸から軸外に配置され、後方散乱または反射される光の一部を受け取る。したがって、光の一部は、基準信号を提供する。基準検出器６０６は、信号検出器６０８と同様に動作し、検出された光の強度に対する電圧を出力する。制御システムは、例えば、基準検出器６０６によって測定された光強度の変動を信号検出器６０８によって測定された光強度の変動と相関させて、基準補正を生成する。
図８に示す別の例では、基準検出器６０６は、光源６０２と第１のコリメートレンズ６０３との間で、光源６０２と、第１のコリメートレンズ６０４と、第２のコリメートレンズ６０５と、流路６１１と、信号検出器６０８との共通軸から軸外に配置される。図８に示されるように、基準検出器６０６は、光源６０２によって放射され、第１のコリメートレンズ６０４によって反射または後方散乱される光の一部を受け取るように配置される。図９に示されるさらなる例で、基準検出器６０６は、基板６０１に結合された光源６０２に隣接して存在する。それにより、より効率的なパッケージングおよび小型化を可能にする。図７の第１の構成７００と、図８の第２の構成８００と同様に、基準検出器６０６は、光源６０２、第１コリメートレンズ６０４、第２コリメートレンズ６０５、流路６１１、および信号検出器６０８の共通軸から軸外に配置され、第１コリメートレンズ６０４により反射または後方散乱される光を受け取るように構成されている。
図５および図６を参照して上述したように、基準検出器６０６および／または信号検出器６０８は、光源６０２の出力を制御する。一例では、光源６０２の出力は、信号検出器６０８で一定の応答レベルを維持するように調整される。フローセル内のサンプルを通過する光の吸収が増加すると（例えば、サンプルの分子組成／濃度により）、光源の出力も増加して、信号検出器６０８で一定の信号を維持する。一例では、出力変化の連続モードが発生する。光源の出力は、スムーズに変化する。別の例では、出力を維持する範囲選択モードが使用される。光の出力は、第１の範囲／モードから第２の範囲／モードに変更される。これにより、特に高濃度のサンプルを分析する場合、信号検出器６０８は感度曲線のより直線的な範囲で動作することができ、システムはがより広いダイナミックレンジを得ることができる。
図６〜９に示す実施形態では、光は、フローセルを縦方向に通過して、ランベルト・ベールの関係に従って、光路長と、関連するサンプルの吸光度とを最大にする。別の例では、フローセルを通過する光は、フローセルの壁からの内部全反射を利用して、フローセル内部のサンプルの分子と相互作用する光の光子の有効光路長を増加させる。材料（例えば、金属、ポリマー、セラミック、石英、ガラスなどの機械加工ブロックなど）で形成されたフローセルにおいて、または、フローセルが接着された透明プレートで形成されたラボオンチップ用途において、フローセルの壁の反射率は、フローセル内のサンプルと相互作用する光の有効光路長を増加させる。
図１０は、二色性ビームコンバインシステム１０００の実施形態を開示する。これは、液体クロマトグラフィーシステム（例えば、図１のＨＰＬＣシステム１００）に含まれる。二色性ビームコンバインシステム１０００は、光源１０１０ａ、１０１０ｂ、１０１０ｃ、および１０１０ｄを備えたフローセル１００２を含む。光源のそれぞれは、異なる波長の光を放出する。別の例では、光源はそれぞれ、同じ波長の光を放射する。いくつかの例では、４つ以上または４つ未満の光源が存在する。二色性ビームコンバインシステム１０００は、直角プリズム、ミラー、または菱形プレートによる二色性ビーム合成を使用する。これらは、それぞれ、高波長光が通過し、低波長光を反射させることができる。例えば、光源１０１０ａ、１０１０ｂ、１０１０ｃ、および１０１０ｄは、波長の減少順に配列されたＬＥＤまたはＬＤ光源の線形アレイに含まれる。その結果、光源１０１０ａは、最も長い波長（例えば、赤色光）を有し、光源１０１０ｄは、最も短い波長（例えば、ＵＶ光）を有する。
各光源から放射された光は、各光源で対応する第１のコリメートレンズ１００８ａ、１００８ｂ、１００８ｃ、及び１００８ｄを通過し、光路１０１１に沿って、対応する第２のコリメートレンズ１００６ａ、１００６ｂ、１００６ｃ、及び１００６ｄに入射する。各光源によって放射された光は、異なる線種（例えば、光源１０１０ａでは大きな破線、光源１０１０ｂでは点線、光源１０１０ｃでは短い破線、光源１０１０ｄでは実線）で表される。第１および第２のコリメートレンズの数は、それぞれ光源の数に等しい。第１および第２のコリメートレンズは、対応する光源から放射される光の角度広がりを低減する。
第２のコリメートレンズのそれぞれを出る光は、二色性結合ブロック１００４に入る。二色性結合ブロック１００４は、複数のプレート１００５を含む。一例では、プレート１００５は、十分な表面形状（例えば、対応する光源によって放射される光の波長の１／２０未満）で、光学的に透明である。各プレート１００５は、隣接するプレートと物理的および光学的に接触し、高屈折率の材料（例えば、サファイア、溶融石英など）で作られている。一例では、プレート１００５は、接着剤なしに、ファンデルワールス力によって一緒に保持される。別の例では、目的の波長で適切な光透過特性を有する接着剤または他の界面材料を使用してもよい（例えば、ＮＯＡ８８などの接着剤、ＣＹＴＯＰなどのフルオロポリマー）。さらに他の例では、空隙がプレート間に存在する。プレート１００５は、互いに対して平行な構成で配置されてもよい（例えば、１秒角未満の角度差で）。
第２のコリメートレンズのそれぞれを出る光は、プレート１００５のそれぞれの入射面１０２０を通って二色性結合ブロック１００４に入る。光チャネルからの光は、出口面１０２２を通って二色性結合ブロック１００４から集合的に出て、光路１０１２に沿って、フローセル１００２の流路１００３に入る。このようにして、各光源から別々に放射された光は、単一のビームに結合される。追加の集束光学系を出口面１０２２とフローセル１００２との間に配置してもよい。さらに、追加の面は、例えば、パッケージングの制約のため、フローセル１００２の相対的配置に基づいて、二色性結合ブロック１００４で光を折り畳むために提供される。図１０に示されるように、信号検出器１０２４は、二色性結合ブロック１００４からフローセル１００２の反対側で、流路１００３および光路１０１２との共通軸上に配置される。
プレート１００５は、二色性コーティングを含み、光チャネルに入る光ビームを同一線上に向け直す。追加の二色性コーティングは、光の反射損失を減らすために、光チャネルの入口面と出口面に追加される。
図１０に示される光学素子のそれぞれは、例えば、接着剤および／または機械的手段により、構造シャーシ上に配置および固定される。図１０の例は、４つの光源１０１０ａ、１０１０ｂ、１０１０ｃおよび１０１０ｄ用の４つのプレート１００５を示す。しかし、他の例では、２つ以上のプレート１００５は、３つの光源によって放射される光を組み合わせるために含まれる。
別の実施形態では、複数の二色性結合ブロックを並列に配置する。例えば、４つの光源の第１のセットは、第１の二色性結合ブロックを供給する。４つの光源の第２のセットは、第２の二色性結合ブロックを供給する。第１の二色性結合ブロックにより結合された光と、第２の二色性結合ブロックにより結合された光は、第３の二色性結合ブロックに向けられ、組み合わされた８波長の光を達成する。これは、次にフローセルに向けられる。そのような構成により、単純化された光学フィルタの選択は、互いに近いピーク波長（たとえば、小さな波長差内）と光源を結合することができる。
二色性結合（dichronic combining）により、複数波長の光を効率よく同一線上に合成できるため、フォームファクタが小さくなる。これは、ポータブルシステムに理想的である。二色性結合により、シャーシのサイズを変更せずに、２〜８波長の光を提供する。上記の二色性結合の構成は、振動および衝撃荷重に対して安定した固定アライメントを提供する。
図１１は、液体クロマトグラフィーシステム（例えば、図１のＨＰＬＣシステム１００）に含まれるファイバー結合ビームコンバインシステム１１００を示す。ファイバー結合ビームコンバインシステム１１００は、光ファイバーを使用して、同軸ビーム結合を実現する。複数の光源１１１２のそれぞれは、対応する基板１１１３上に配置される。一例では、各光源１１１２は、異なる波長の光を放出する。別の例では、各光源は、同じ波長の光を発してもよい。一例では、複数の光源１１１２のそれぞれは、ＬＥＤまたはＬＤ光源である。一例として、複数の光源１１１２のそれぞれが同じ波長の光を発する場合、複数の光源１１１２は、高波長ＬＥＤよりも低出力の光を発する低波長ＬＥＤ（例えば、２５５ｎｍまたは２３０ｎｍ）である。
一例では、光源１１１２のそれぞれは、対応する別個の基板１１１３に結合される。一方、別の例では、複数の光源１１１２は、共通の基板に結合される。別の例では、２つ以上の光源は、各基板１１１３に結合されてもよい。さらなる実施形態では、基板と光源は、異なる比率で存在してもよい。基板１１１３は、低コストの材料（例えば、金属コア回路基板）で作られる。これにより、コストの削減および基板の構成により大きな柔軟性を可能にする。最適な熱放散および／またはパッケージングの制約を満たすために、光源と基板のそれぞれを必要に応じて間隔を空ける。
光源１１１２のそれぞれは、結合ノード１１１０で、対応する光ファイバー１１０８に結合される。結合ノード１１１０での結合は、接着剤または融着ファイバー結合器を介した、機械的結合である。光ファイバー１１０８のそれぞれは、共通ノード１１０６で結合する。共通ノード１１０６から放出される同軸ビーム１１０４は、フローセル１１０２の流路１１０３に送られる。例えば、光ファイバー１１０８は、フローセルへのコンパクト光路のために間隔をあけられている。図１１に示すように、信号検出器１１２４は、共通ノード１１０６からフローセル１１０２の反対側に配置され、流路１１０３および同軸ビーム１１０４との共通軸上に配置される。
図１２Ａは、光ビームを結合し、結合された光ビームをフローセル１２０２に向けるための導波路１２０６を有する導波路ビームコンバインシステム１２００を示す。導波路ビームコンバインシステム１２００は、光源１２０８の配列を有する基板１２０９を含む。一例において、基板１２０９に結合された光源１２０８の配列は、図１２Ｂに示されるように、２×２アレイに位置された４つの光源（例えば、ＬＥＤまたはＬＤ）を含む。光源１２０８の配列内の光源のそれぞれは、異なる波長の光を放出する。他の例では、基板１２０９上の光源の数と配置は、異なっていてもよい。
図１２に示すように、光源１２０８の配置は、導波路１２０６の入口１２０５に位置される。光源１２０８の配列から放出された光は、導波路１２０６に沿って進み、出口１２０７で導波路を出て、光路１２１１に沿って、コリメート光学系１２０４に入る。一例では、複数のコリメート光学系が、導波路１２０６とフローセル１２０２との間に存在する。コリメート光学系１２０４を出る光は、フローセル１２０２の流路１２０３に入り、サンプルを含む流路１２０３の長手方向の長さに沿って進む。フローセル１２０２の流路１２０３を出る光は、信号検出器１２１０によって検出される。
導波路１２０６は、光ビームが入口を通って入り、導波路を通って出口まで進むことができるように、中空および円筒形、三角形、正方形、六角形、または他の形状である。一例では、導波路１２０６は、反射性内壁を含み、適切なガスで満たされるか、最適な光混合を可能にするために真空を有する。一例では、導波路１２０６の内壁は、アルミニウム表面ミラーを含む。
導波路ビームコンバインシステム１２００は、導波路１２０６内で混合した後、非常に均一な光をフローセル１２０２に送る。導波路に入る光は、光源１２０８の配列における各光源から放出される様々な波長の光を含む。光が導波路１２０６に沿って進むと、様々な波長の光が混合する。その結果、導波路を出る光は、様々な波長の光の均一な混合物を有する。市販の部品の使用と、導波路ビームコンバインシステム１１００の部品の単純なアライメントにより、低コストの製造が可能になる。
図１３は、統合チャンバビームコンバインシステム１３００を示す。そのシステム１３００は、光ビームがフローセル１３０２の流路１３０３を通過する前に、複数波長の光を単一の光ビームに結合するための統合チャンバ１３０６を含む。
基板１３０９に結合された光源１３０８の配列の各光源は、統合チャンバ１３０６に入る光を放出する。一例では、基板１３０９に結合された光源１３０８の配列は、２×２アレイに配置される４つの光源（例えば、ＬＥＤまたはＬＤ）を含む（例えば、図１２に示されるような光源１２０８の配置）。光源１３０８の配列内の各光源は、異なる波長の光を放出する。他の例では、基板１３０９上の光源の数と配置は、異なっていてもよい。一例では、光源１３０８は、統合チャンバ１３０６の周囲に沿って位置される。
統合チャンバ１３０６の内面は、所望の波長範囲にわたって高い反射率を有する反射材料で作られる。一例では、広い波長範囲が望まれる場合、２００ｎｍから可視光範囲までの範囲の光を反射できる拡散反射材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）など）が使用される。別の例では、鏡面反射面が使用される。例えば、コーティングされていないアルミニウムを統合チャンバ１３０６の内部で使用する。統合チャンバ１３０６は、統合球の半分と同様の半球である。統合チャンバ１３０６の他の形状も適切である。
統合チャンバを出る光は、統合チャンバ１３０６内での混合のために、均一な波長である。光は、光ファイバー１３０４に沿って進み、光路１３１２に沿って向けられ、フローセル１３０２の流路１３０３に入る。一例では、複数の光ファイバーが統合チャンバからフローセルに向かって光を運ぶ。フローセル１３０２を出る光は、信号検出器１３１０によって検出される。一例では、１つ以上のコリメート光学系は、フローセル１３０２の流路１３０３に光を向けるために、統合チャンバ１３０６とフローセル１３０２との間に存在する。
複数の光源１４２０から放出された光を合成するプリズムビーム合成器１４０４を備えた多角形プリズムビームコンバインシステム１４００は、図１４に示される。プリズムビーム合成器１４０４は、各対応する光源１４２０用の平坦な入力面１４１０と、混合光ビーム１４０６をフローセル１４０２の流路１４０３に向けるための１つの平坦な出力面１４１１とを有するモノリシック透明ポリゴンである。一例において、プリズムビーム合成器は、二色性コーティングを施した反射光学プレートでできている。
一例では、プリズムビーム合成器１４０４は、５つの平坦な表面を有する五角形である。そのうちの４つの平坦な入力表面は、対応する光源から放射される光を受け取る。一方、プリズムビーム合成器の第５の平坦な出力表面は、プリズムビーム合成器１４０４から流路１４０３に混合光ビーム１４０６を導くフローセル１４０２に面する。別の例では、プリズムビーム合成器１４０４は、６つの平坦な表面を有する。６つの平坦な表面のうちの５つが、対応する光源からの光を受け取る。そして、混合光ビーム１４０６は、第６の平坦面を通って、流路１４０３に向けられる。したがって、辺の総数が光源の数よりも１つ多くなるように、多角形に対して任意の数の辺を選択する。
各光源１４２０は、基板１４２１に結合されている。各光源１４２０によって放射された光は、対応する第１のコリメートレンズ１４１４および対応する第２のコリメートレンズ１４１６を通って対応する光路１４２２に沿って進み、プリズムビーム合成器１４０４の対応する平坦な入力面に入射する。光源１４２０のそれぞれによって放射される光は、異なる線種（例えば、実線、短い破線、長い破線、および点線）によって示されている。各光源１４２０からの光は、プリズムビーム合成器１４０４の内部で混合し、混合光ビーム１４０６として平坦な出力面１４１１を出て、流路１４０３に入る。それは、信号検出器１４２４に送信される前に、流路の内部の液体サンプルによって少なくとも部分的に吸収される。光源１４２０およびフローセル１４０２と一緒のプリズムビーム合成器１４０４は、すべて、機械的シャーシに沿って配置される。これは、振動および衝撃に対して安定な固定アライメントを可能にする。プリズムビーム合成器により、プリズムのサイズを大きくすることなく、複数の波長の光を結合することができる。
図１５は、統合ロッド１５０６に結合された複数の光ファイバー１５０８を含む複合型ビームコンバインシステム１５００を示す。統合ロッド１５０６は、全反射（ＴＩＲ）光学系１５０４に結合されている。各基板１５２１に結合された複数の光源１５２０は、光を放射する。光源１５２０のそれぞれは、一例では、同じ波長の光を放出するＬＥＤである。別の例では、各ＬＥＤは、異なる波長の光を放出してもよい。対応する基板１５２１に結合された光源１５２０のそれぞれは、熱流束密度を低くするために、および、効率的な熱管理のために、空間的に互いに分離されている。
各光源１５２０から放出された光は、ジョイント１５２４で光源に結合された対応する光ファイバー１５０８を通して導かれる。一例では、接着剤は、対応する光ファイバー１５０８を各光源１５２０に結合（例えば、接着）する。別の例では、結合は、機械的（例えば、突合せ継手）であってもよい。光ファイバー１５０８のそれぞれは、例えば、大きなコア、大きな開口数のマルチモード光ファイバーである。
各光ファイバー１５０８を通って進む光は、統合ロッド１５０６に入り、その結果、統合ロッド１５０６の内部で光が混合される。一例では、統合ロッド１５０６は、溶融シリカで作られる。別の例では、反射壁の統合ロッドまたは統合チャンバを使用して、光ファイバー１５０８によって受け取られた光ビームを混合する。一例では、統合ロッドの壁は、ＵＶ透過性アルミニウムコーティング表面ミラーでできている。
ＴＩＲ光学素子１５０４は、統合ロッド１５０６から出る光を描く（image）。ＴＩＲ光学素子は、第１の楕円焦点１５０４ａを含む。この焦点１５０４ａは、ＴＩＲ光学素子１５０４の外面上の統合ロッド１５０６の出射面の中心に位置する。第１の楕円焦点１５０４ａは、フローセル１５０２の光入口（optical inlet）に位置する第２の楕円焦点１５０４ｂに高角度／高開口数光線を描く（例えば、向ける）。これにより、高開口数光線の角度を効果的に低減する。内部に位置するＴＩＲ光学素子の第３の光学表面は、実質的に平面であり、統合ロッド１５０６を出る低角度光線を描く。ＴＩＲ光学素子を出る光は、フローセルの縦の長さに沿った光路１５２２に沿って、フローセル１５０２の流路１５０３に入る。
一例では、ＴＩＲ光学素子は、ダイヤモンド旋盤加工結晶である。別の例では、ＴＩＲ光学素子は、フッ化カルシウムまたはフッ化マグネシウム、溶融石英、高ＵＶ透過シリコーン、またはフルオロポリマーなどの成形材料である。
別の例では、反射光学系および別個のレンズは、ＴＩＲ光学素子１５０４の代わりに使用される。別の例では、光ファイバー１５０８および統合ロッド１５０６の代わりに、溶融ファイバーコンバイナーを使用してもよい。
図１６は、フローセル（図示せず）を通って進む光を導くため多重化システム１６００を示す。多重化システム１６００は、軸１６０１に沿って回転する反射面１６０４を含む。一例では、反射面は、鏡である。別の例では、反射面１６０４は、反射プリズムである。さらなる例では、反射面１６０４は、２軸ジンバル式ミラーである。
反射面１６０４は、軸１６０１に沿って回転するステージ１６１０上に配置される。ステージ１６１０は、心棒１６０８を介して、モータ１６１２に結合する。モータ１６１２は、ステージと、時計回りおよび／または反時計回りの方向に所望の回転速度で反射面１６０４とを回転させるように動作する。一例では、反射面１６０４は、一定の速度で回転される。別の例では、反射面１６０４は、１つの位置から次の位置までインデックス付けされる。モータ１６１２は、検流計、制限角度モータ、または他の適切なモータである。モータによる回転により発生するノイズは、多重化システム１６００に結合されたロックイン増幅器（図示せず）によって低減される。別の例では、マイクロマシンマイクロ光学電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）ミラーは、反射面１６０４とモータ１６１２の代わりに使用される。
複数の光源１６２０は、ステージ１６１０の周囲に放射状に配置される。光源１６２０は、ＬＥＤまたはＬＤ光源である。各光源は、異なる波長の光を放出する。複数の光源１６２０における光源の数は、異なっていてもよい。例えば、８つの光源１６２０は、図１６に示されている。他の例では、光源の数は、８個より少なくても多くてもよい。一例では、各光源は、反射面１６０４に対して同様に間隔をあけて角度を付けられる。別の例では、光源１６２０は、パッケージングの制約を満たすために、反射面１６０４に対して互い違いの距離および異なる角度で配置される。光源のそれぞれは、所望の波長の光を発するように個別に選択される。
反射面１６０４を備えたステージの回転および選択された光源１６２０と反射面１６０４との位置合わせに基づいて、選択された光源１６２０によって発せられた光は、反射面１６０４に入射する。次に、反射面から反射された光は、サンプル（図示せず）を有するフローセルに向けられる。１つ以上のコリメート光学系は、各光源１６２０と反射面１６０４との間、および、反射面１６０４とフローセル（図示せず）との間に存在する。代替例では、反射面１６０４は、静止している。一方、光源１６２０は、選択された光源１６２０から放射された光が反射面１６０４に入射するように回転可能である。多重化システム１６００は、フローセル内のサンプルの特性に応じて、選択された光源１６２０の一時的な切り替えを可能にする。
このようにして、図６〜１６を参照して上述した光学素子の様々な構成は、パッケージング効率の向上のために、過剰な熱の放散のために、複数の光源からの光の均一な混合のために、および、正確なサンプル分析のための光学素子の安定した費用対効果の高いアライメントのために、液体クロマトグラフィーフローセルで使用される。
一例として、検出器システムは、光学的に透明な第１の壁および光学的に透明な第２の壁を含むフローセルを含む。光学的に透明な第２の壁は、光学的に透明な第１の壁の反対側に配置される。検出器システムは、フローセル内に統合された複数の光源を含む。複数の光源は、光学的に透明な第１の壁を通って、フローセルに移動する光を放出するように構成されている。そして、検出器システムは、フローセルと統合され、フローセルから光学的に透明な第２の壁を通って、検出チャンバに出て行く光を捕捉するように構成された検出チャンバを含む。前述の例では、追加または任意に、検出チャンバの内部に、捕捉された光を均一に散乱させる拡散反射コーティングが含まれる。前述の例のいずれかまたはすべてにおいて、追加または任意に、複数の光源のそれぞれは、フローセル内に統合された基準フォトダイオードに隣接する。基準フォトダイオードは、隣接する光源によって放出される光を検出するように構成される。前述の例のいずれかまたはすべてにおいて、検出器システムは、追加的にまたは任意に、検出チャンバに結合された光検出器をさらに含む。前述の例のいずれかまたはすべてにおいて、追加的または任意に、光検出器は、紫外線および／または可視光を検出するように構成される。前述の例のいずれかまたはすべてにおいて、追加的または任意に、検出器システムは、複数の光源のそれぞれと、フローセルの第１の透明壁との間に、カップリング光学系をさらに含む。前述の例のいずれかまたはすべてでは、追加的または任意に、カップリング光学系は、検出器システムに含まれない。前述の例のいずれかまたはすべてにおいて、追加的または任意に、検出器システムは、高速液体クロマトグラフィーシステムに含まれる。前述の例のいずれかまたはすべてにおいて、追加的または任意に、検出器システムは、非一時的メモリに実行可能な命令を格納するコントローラを含む。その検出器システムは、実行時に、コントローラが複数の光源のある光源を起動させ、所望の波長の光を放射させ、光源に隣接する基準フォトダイオードから受け取った入力に基づいて、起動した光源の出力レベルを制御する。
別の例として、方法は、フローセル内に統合された複数のＬＥＤから１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を駆動する工程と、１つのＬＥＤに隣接する基準フォトダイオードからの信号に基づいて、１つのＬＥＤの出力を調整する工程とを含む。その１つのＬＥＤの出力は、フローセルの第１の光学的に透明な壁を通過して、フローセルのサンプルチャンバに入る。方法はまた、フローセルと一体化された検出チャンバに結合された１つ以上の光検出器によって、第１の光学的に透明な壁の反対側のフローセルの第２の光学的に透明な壁を通してサンプルチャンバを透過した光の量を検出する工程を含む。前述の例では、追加または任意に、複数のＬＥＤのそれぞれは、異なる波長の光を放出する。前述の例のいずれかまたはすべてにおいて、追加または任意に、検出チャンバは、統合チャンバである。検出チャンバの底面は、少なくとも部分的に第２の光学的に透明な壁で構成される。前述の例のいずれかまたはすべてにおいて、この方法は、追加的または任意に、サンプルチャンバを透過した光の検出量に基づいて、サンプルチャンバ内のサンプルの吸光度を特定する工程をさらに含む。前述の例のいずれかまたはすべてでは、追加または任意に、１つのＬＥＤに隣接する基準フォトダイオードからの信号に基づいて、１つのＬＥＤの出力を調整する工程は、定電圧ダイオードによって測定される光の量が一定になるように、１つのＬＥＤの出力を変調する工程を含む。前述の例のいずれかまたは全てにおいて、方法は、追加または任意に、信号対雑音比に基づいて、１つまたは複数の光検出器によって測定された信号に基づいて、１つのＬＥＤの出力レベルを調整する工程をさらに含む。
別の例として、多波長照明システムは、複数の光源から放射された光を受け取るように構成されたフローセルと、光がフローセルによって受け取られる前に、複数の光源によって発せられた光を混合するための少なくとも１つの光合成デバイスと、少なくとも１つの光合成デバイスからフローセルに光を向けるための少なくとも１つのコリメート光学系と、フローセルから出る光を検出する検出器とを含む。上記の例では、追加的にまたは任意に、少なくとも１つの光合成デバイスは、光ファイバーケーブルを含む。前述の例のいずれかまたは全てにおいて、追加的にまたは任意に、少なくとも１つの光合成デバイスは、導波路を含む。前述の例のいずれかまたは全てにおいて、追加的にまたは任意に、少なくとも１つの光合成デバイスは、二色性コーティングを有する。前述の例のいずれかまたは全てにおいて、追加的にまたは任意に、少なくとも１つの光合成デバイスは、多角形プリズムを含む。
本明細書で使用されるように、単数形で列挙され、単語「a」または「an」で始まる要素または工程は、そのような除外が明示的に述べられない限り、複数の前記要素または工程を除外しないと理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、列挙された特徴も組み込む追加の実施形態の存在を除外するものとして解釈されることを意図していない。さらに、明確に反対の記述がない限り、特定の特性を有する要素または複数の要素を「含む（comprising）」、「含む（including）」、または「有する（having）」実施形態は、その特性を持たない追加のそのような要素を含む。「含む（including）」および「内（in which）」という用語は、「を含む（comprising）」および「内（wherein）」のそれぞれの用語の平易な同等物として使用される。さらに、「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、単なるラベルとして使用され、オブジェクトに数値要件または特定の位置順序を課すことを意図していない。
図１〜４および図６〜１６は、さまざまなコンポーネントの相対的な配置を有する構成例を示す。互いに直接接触している、または直接結合していることが示されている場合、そのような要素は、少なくとも一例では、それぞれ直接接触または直接結合していると呼ばれる場合がある。同様に、少なくとも一例では、互いに近接または隣接して示される要素は、それぞれ互いに近接または隣接してもよい。一例として、互いに面を共有する接触状態にあるコンポーネントは、面を共有する接触状態と呼ばれる場合がある。別の例として、少なくとも１つの例では、間に空間のみを有し、他の構成要素はない状態で、互いに離れて位置される要素は、そのように呼ばれてもよい。さらに別の例として、互いの上または下、互いの反対側、または、互いの左右に示される要素は、互いに関して、そのように呼ばれる。さらに、図に示されるように、少なくとも１つの例において、最上部の要素または要素の点は、コンポーネントの「上部」と呼ばれる場合があり、最下部の要素または要素の点は、コンポーネントの「底部」と呼ばれる場合がある。本明細書で使用されるように、上／底、上側／下側、上／下は、図の垂直軸に対するものであり、互いに対する図の要素の位置決めを説明するために使用される。したがって、一例では、他の要素の上に示される要素は、他の要素の上に垂直に配置される。さらに別の例として、図内に描かれた要素の形状は、それらの形状（例えば、円形、直線、平面、湾曲、丸み、面取り、角度など）を有すると呼ばれる場合がある。さらに、少なくとも１つの例では、互いに交差するように示される要素は、交差する要素または互いに交差すると呼ばれる場合がある。さらに、一例では、別の要素内に示される要素、または別の要素の外側に示される要素は、そのように呼ばれる。
この書面の説明は、ベストモードを含む本発明を開示する一例である。これは、当業者が任意のデバイスまたはシステムの作成および使用、および、組み込まれた方法の実行を含む本発明を実施できるようにする。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の例を含む。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を持っている場合、または、特許請求の範囲の文言と実質的な違いを持たない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図する。
Claims (20)
- 光学的に透明な第１の壁と、前記光学的に透明な第１の壁の反対側に配置される光学的に透明な第２の壁とを含むフローセルと、
前記フローセル内に統合され、前記光学的に透明な第１の壁を通って前記フローセルに移動する光を放出するように構成された複数の光源と、
前記フローセルと統合され、前記フローセルから前記光学的に透明な第２の壁を通って出る光を捕捉するように構成された検出チャンバと、
を含むことを特徴とする検出器システム。 - 前記検出チャンバの内部は、前記捕捉された光を均一に散乱させる拡散反射コーティングを含む請求項１に記載の検出器システム。
- 前記複数の光源の各々は、前記フローセル内に統合された基準フォトダイオードに隣接し、
前記基準フォトダイオードは、前記隣接する光源によって放射される光を検出するように構成される請求項１に記載の検出器システム。 - 前記検出チャンバに結合された光検出器をさらに含む請求項１に記載の検出器システム。
- 前記光検出器は、紫外線および／または可視光を検出するように構成されている請求項４に記載の検出器システム。
- 前記複数の光源のそれぞれと前記フローセルの前記透明な第１の壁との間にカップリング光学系をさらに含む請求項１に記載の検出器システム。
- 前記検出器システムにカップリング光学系を含まない請求項１に記載の検出器システム。
- 前記検出器システムは、高速液体クロマトグラフィーシステムに含まれる請求項１に記載の検出器システム。
- 非一時的メモリに実行可能な命令を格納するコントローラをさらに含み、
実行時、前記コントローラは、
所望の波長の光を放射するために、前記複数の光源のうちの１つの光源を起動し、
前記光源に隣接する前記基準フォトダイオードから受信した入力に基づいて、駆動された光源の出力レベルを制御する請求項３に記載の検出器システム。 - フローセル内に統合された複数のＬＥＤから１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を作動させる工程と、
前記１つのＬＥＤに隣接する基準フォトダイオードからの信号に基づいて、前記フローセルの第１の光学的に透明な壁を通過して、前記フローセルのサンプルチャンバに入る、前記１つのＬＥＤの出力を調整する工程と、
前記フローセルと統合された検出チャンバに結合された１つ以上の光検出器によって、前記第１の光学的に透明な壁の反対側の、前記フローセルの第２の光学的に透明な壁を通して前記サンプルチャンバを透過した光の量を検出する工程と、を有することを特徴とする方法。 - 前記複数のＬＥＤのそれぞれは、異なる波長の光を放出する請求項１０に記載の方法。
- 前記検出チャンバは、統合チャンバであり、
前記検出チャンバの底面は、少なくとも部分的に、前記第２の光学的に透明な壁で構成されている請求項１０に記載の方法。 - 前記サンプルチャンバを透過した前記検出された光の量に基づいて、前記サンプルチャンバ内のサンプルの吸光度を特定する工程をさらに含む請求項１０に記載の方法。
- 前記１つのＬＥＤに隣接する前記基準フォトダイオードからの前記信号に基づいて、前記１つのＬＥＤの前記出力を調整する工程は、前記基準フォトダイオードによって測定される光の量が一定のままであるように、前記１つのＬＥＤの前記出力を変調する工程を含む請求項１０に記載の方法。
- 信号対雑音比に基づいて、前記１つ以上の光検出器によって測定された信号に基づいて、前記１つのＬＥＤの前記出力レベルを調整する工程をさらに含む請求項１０に記載の方法。
- 複数の光源から放射された光を受け取るように構成されたフローセルと、
前記光が前記フローセルによって受け取られる前に、前記複数の光源によって発せられた前記光を混合するための少なくとも１つの光合成デバイスと、
前記少なくとも１つの光合成デバイスからの光を前記フローセルに向けるための少なくとも１つのコリメート光学系と、
前記フローセルから出る前記光を検出する検出器と、
を含むことを特徴とする多波長照明システム。 - 前記少なくとも１つの光合成デバイスは、光ファイバーケーブルを含む請求項１６に記載の多波長照明システム。
- 前記少なくとも１つの光合成デバイスは、導波路を含む請求項１６に記載の多波長照明システム。
- 前記少なくとも１つの光合成デバイスは、二色性コーティングを有する請求項１６に記載の多波長照明システム。
- 前記少なくとも１つの光合成デバイスは、多角形プリズムを含む請求項１６に記載の多波長照明システム。
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