JP2602809B2 - 広幅スペクトルの分光光度計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、放射被検体の複数スペクトルセグメントを
実質的に瞬時に多色検出し、記憶する広幅スペクトルの
分光光度計であって、 該分光光度計は、液体サンプルセルと、基準セルと、
放射光源と、液体サンプルセルを通過した放射光のため
の第１の回折装置と、基準セルを通過した放射光のため
の第２の回折装置と、複数の光検出器からなる第１の光
検出器配列と、複数の光検出器からなる第２の光検出器
配列と、前記第１の光検出器配列のそれぞれの光検出器
に対する第１の信号チャネルと、前記第２の光検出器配
列のそれぞれの光検出器に対する第２の信号チャネルと
を有し、 前記基準セルは、前記サンプルセルと類似の溶媒を含
有し、 前記放射光源は、放射光ビームを前記サンプルセルお
よび基準セルに照射するものであり、 前記第１および第２の回折装置は、前記放射光ビーム
の照射を受けたサンプルセルおよび基準セルからの放射
光を受け、該放射光をそれぞれ第１および第２の多色空
間発散ビームに回折させるものであり、 前記第１および第２の光検出器配列はそれぞれ、別個
の複数スペクトルセグメントからなる前記第１および第
２の多色空間発散ビームをそれぞれの光検出器が遮蔽す
るように直線的に配列されている形式の分光光度計に関
する。

従来技術 クロマトグラフィーが、高速で高度に正確な化学分析
の研究ならびに試験の双方に極めて有用な器具であるこ
とは既に知られている。典型的なクロマトグラフィーの
手順においては、組成を試験すべき物質が、１つあるい
はそれ以上の溶媒を含有している溶液中に溶解され、シ
リカあるいは樹脂のような成分を含有するクロマトグラ
フィー用溶液カラムを通るように注入される。そうする
とカラムは、被験物質の種々異なる成分をそれぞれ別々
の所定の速度でカラムを通過させる。この結果生じる、
異なる成分の存在に対応する異なる光学的顕示は、溶離
液がクロマトグラフィー用カラムから出る種々異なる時
点での観察に利用可能である。

クロマトグラフィーで読みをとる有用な方法の１つ
は、分光測光検出装置を使用することであり、それはク
ロマトグラフィー用カラムの終端におけるサンプルセル
内で、サンプルを照射する放射の実質的に単一の選択さ
れた波長における光吸収によるサンプル成分分離の図表
を提供する。換言すると、サンプルは照明の比較的広い
スペクトルで照射され（例えば紫外線領域において）、
単一の波長、例えば255ナノメートルにおける光吸収が
記録される。このような特徴の吸光度対時間のプロット
が第１図に図示されている。この図において、各ピーク
は、特定の選択された光波長で検出可能な種々異なる化
学成分の存在を明示しており、各ピークの高さは当該ピ
ークによって表わされる成分の濃度および該特定成分の
顕示によって生じる吸光度の関数である。

クロマトグラフィーと共に用いられる分光測光検出装
置の他の極めて価値ある出力は、添付図面の第２図に示
すような出力であって、これはクロマトグラフ分光開始
後のある特定の時点においてとられた吸光度対波長の特
性図である。これはスペクトルプロットあるいはスペク
トルと称する。ところが極く最近まで、カラムを通過す
る液体の流れを停止させ、分光光度計を機械的に走査
し、同一のサイクルを再三繰返して各サイクルにそれぞ
れ１つのスペクトルを得るという方法以外にこのような
プロットを得ることは不可能であった。従ってこの手順
には、極めて時間がかかり、試験毎に生じる条件の小さ
なばらつきによって精度の低下を招きかねないという問
題がある。

最近、いわゆる電荷結合ダイオード配列分光測光検出
装置を液体クロマトグラフィーに用いて、液体が液体ク
ロマトグラフィーのカラムを一回通過する間に、溶離液
の流れを停止させることなく第２図に対応するスペクト
ルプロットを得ようとする試みがなされている。このよ
うな構成は、例えば『分析化学』第55巻、第８号（1983
年７月）の第836A頁〜第842A頁に記載されているスチュ
アート・Ａ・ボーマンの「LCのための電荷結合ダイオー
ド配列検出装置（Charge-Coupled Diode Array Detecto
rs for LC）と題する論文に記載されている。

液体クロマトグラフィーのためのこのような電荷結合
ダイオード配列システムは、その意図している試みには
魅力を感じるが、それには多くの極めて重要な問題や欠
点が存在する。例えば、それらは極めて高価であるとと
もに、構造が複雑であり、動作が遅く、信号対雑音比が
低く、精度が悪く、ダイナミックレンジに限界がある。
電荷結合ダイオード配列自体が極めて高価である。配列
中のダイオードは逆バイアスされ光検出器と並列のコン
デンサとして動作する。また配列によっては、付加的な
コンデンサが配列中に組込まれているものもある。

典型的には、電荷結合ダイオードは、動作中ダイオー
ドコンデンサが均一の電圧レベルまで充電され、入力さ
れた光に基づいて放電し、光抵抗器のように動作する。
放電の程度は、入力した光の量を表わすものと考えるこ
とができ、コンデンサの再充電のために装置はストロボ
される度毎に放電の程度を測定する。極めて重要な誤差
の原因は、デバイスを、同一レベルで、正確に、繰返し
再充電することが極めて困難であるという点にある。ま
た、デバイスには、都合の悪いことに、特に温度の変化
に応じて深刻な変化を受ける感知可能な暗放電電流が流
れる。従って、これらダイオードは、機械的なシャッタ
を用いてそれらを暗くし、全てのダイオードにストロボ
閃光を与えて暗放電電流値を導出し、これらの値を記憶
しておき、絶えずこれらの暗放電電流値を次の照射中の
読みから減算することによってこの暗放電電流に対する
較正を行なう必要がある。このことは精度に限界をもた
らし、デジタル記憶スペースと処理時間とによる費用を
かさばらせることになる。これは全プロセスを遅らせ、
一定の時間間隔の間に実行可能な走査の数に限界をもた
らす。

従って、公称測定走査時間1/100秒という短い時間で
あるが、サンプリングの公称最高繰返し速度は毎秒25回
にすぎない。電荷結合ダイオードシステムの全体的な速
度を低下させ、デジタル記憶スペースと処理時間とに費
用を増加させる別の要因は、システムが正確さに欠ける
ので４回同じ走査を行ない、それら４回の走査の読みを
平均して精度を高くするという点にある。このことが、
走査には1/100秒しかかからないのにサンプリングの最
高繰返し速度が毎秒25回にすぎない理由である。さらに
また、電荷結合ダイオード配列システムにおけるデバイ
スのストロボ動作が実質的な「雑音」（望ましくない信
号）を生じそれがいわゆる信号対雑音比（有益な信号の
雑音信号に対する比）を低下させる。

強力な光学的信号に応答して各デバイスから放電され
得る電荷の量には限度があり、従ってデバイスのダイナ
ミックレンジには固有な上限が存在する。都合が悪いこ
とには、各デバイスから放電されうる電荷の量は、放電
がすすむにつれてすぐに動作が非直線領域になるという
事実によって大きく制限される。大きな２つの量の間の
小さな差異の測定に基いて、極めて小さい光学的信号を
正確に測定するということは困難であり、それゆえダイ
ナミックレンジおよび精度には下限も存在する。従っ
て、測定は、小さい光学的信号によって極めて小さいも
のに減じられる全電荷とそれに続く再荷電量との間の差
異の測定に関連する。

１走査サイクル内で実行されるデータ取得速度があま
りにも遅すぎるので、サンプルセル内のサンプル濃度が
セルを通過する溶離液の流れによって感知可能に変化す
る前に、全走査スペクトルのスペクトルプロットをする
ために必要な全スペクトルセグメントのデータを捕捉す
ることができず、そのために精度はさらに大きい制約を
受ける。もしこの精度低下の原因を軽減しようとする
と、溶離液の流速が減少し、システムの効率が大きく低
下することになる。同様に、スペクトルの全サンプルを
順次採りうる速さは、典型的には最高毎秒25回であり、
この速度も、溶離液の流速を低下させ、その結果システ
ムの効率を低下させている。

上述した『分析化学』の論文は、光検出器配列の高い
コストを初めとして上述した多くの問題を明らかに認め
るとともに、従来の単一波長および可変波長の液体クロ
マトグラフ検出装置は電荷結合ダイオード検出器配列シ
ステムよりも安価でしかも感度が固有的に高いという事
実を指摘している。

この論文は「スペクトルにおける全波長の同時モニタ
ー」に言及しているが、これは真に「同時に」動作して
いるのではなくて、上述したように少なくとも1/100
秒、典型的には２−1/2秒もかかる１走査期間内に行な
われるのである。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、非常に高速に、実質的にはほぼ同時
に多重チャネル多色スペクトルをサンプリングすること
のできる分光光度計を提供することである。

また本発明は、２つのスペクトルの比較によりフリッ
カや光源の老化等による光学的変化を補正することので
きるダブルビーム方式を使用して上記の実質的な同時測
光を可能にしようとするものである。

課題を解決するための手段 上記課題は本発明により、第１の信号チャネルの各々
は、第１の光検出器配列の各光検出器からの信号を受信
する増幅器および該増幅器に後置接続され、その信号を
受信記憶するサンプルアンドホールド回路を有し、 第２の信号チャネルの各々も、第２の光検出器配列の
各光検出器からの信号を受信する増幅器および該増幅器
に後置接続され、その信号を受信記憶するサンプルアン
ドホールド回路を有し、 前記第１の光検出器配列に所属するサンプルアンドホ
ールド回路と前記第２の光検出器配列に所属するサンプ
ルアンドホールド回路とは１つの共通の多重スイッチに
接続されており、 該多重スイッチにはアナログ／ディジタル変換器が接
続され、該アナログ／ディジタル変換器には記憶・処理
装置が接続されており、 シーケンス接続装置が設けられており、前記多重スイ
ッチとアナログ／ディジタル変換器と記憶・処理装置と
は前記シーケンス制御装置によって制御され、 前記多重スイッチは、前記第１および第２の光検出器
配列に所属するすべてのサンプルアンドホールド回路を
前記シーケンス制御装置からの制御信号に応動して同時
にまたは実質的同時にサンプリング動作およびホールド
動作させ、 前記アナログ／デイジタル変換器も前記シーケンス制
御装置によって制御されて、ホールドされた信号をディ
ジタルに変換し、 前記記憶・処理装置は、前記第１の光検出器配列から
のホールド信号と前記第２の光検出器配列からのホール
ド信号とを比較することによって、フリッカや前記放射
光源の劣化によるシステム動作の光学的変化を補正する
ように構成して解決される。

本発明によれば、サンプルセルに所属するサンプルア
ンドホールド回路と、基準セルに所属するサンプルアン
ドホールド回路とを共通の１つの多重スイッチにより同
時にまたは実質的同時にサンプリングおよびホールド動
作させることによって、多重チャネル多色スペクトルを
同時測光することができる。

実施例 第１図は吸光度対時間のプロットを示しており、これ
は現在、高精度の単一波長あるいは可変波長液体クロマ
トグラフィー検出装置で得られる種類のものであり、ま
た本発明による装置を単一検出器モードで動作させたと
きに得ることができるものである。このプロットにおい
て、例えば数字２で示すようなピークは、それぞれ通常
１つの特別な成分を表わしている。さらに後述するよう
に、ピーク２の立下がり側と立下がり側での対応点１と
３におけるスペクトル比較は単一の成分の存在を確認す
るのに役立つ。

第２図は、本発明の瞬時読取り多重チャネル多色分光
光度計によって得られるデータから求めることができる
ような種類の吸光度対波長のプロット（スペクトルプロ
ット）である。これは、本質的に、特定の時間にカバー
される全波長領域にわたるサンプルの吸光状態を示す
「スナップショット」である。このような「スナップシ
ョット」を次々ととることができること、すなわち、こ
のようなスナップショット」のためのデータを毎秒100
個以上の速さで次々ととることができるということが本
発明の一つの特徴である。選択された単一の波長におい
て第１図に対応するプロットを行なうためのデータをこ
れら連続した「スナップショット」から抽出することが
できる。

第３図は、第２図で表わされる全スペクトルのため
の、第１図に示している全ての情報を提供するために、
三次元モードで多重プロットを形成するためには上記デ
ータをどのように用いるかということを示している。こ
れは、離間された時間間隔で第２図のような一連のスペ
クトルのプロットをとることによって簡単に行なわれ
る。あるいはまた第３図において、異なる波長における
第１図の一連のプロットを同一のプロット図上で、プロ
ット紙面上のプロットを順次、時間軸に沿ってずらしな
がらプロットすることによって行なわれる。第１図の時
間プロット情報と第２図のスペクトルプロット情報とを
単一の図に表わす他のプロット方法も用いることができ
る。

より具体的に第４図を参照すると、例えば重水素ラン
プ10のような放射光源からの放射光が反射器12の方に指
向され、それから分析すべき物質のサンプルを溶液中に
含有するサンプルセル14を通過する。その結果、サンプ
ルセルの内容物によって変更された放射光が16で示すよ
うに放射される。例えば、セルに入射するある波長の放
射光がセル14の内容物によって部分的に吸収される。セ
ル14から出る放射光16は回析格子18の方に向けられ、回
折格子18は入射する放射を回析して20で示すような多色
空間発散ビームとし、この発散ビームを光検出器の直線
的配列22の方へ向ける。ビームのそれぞれ異なるスペク
トルセグメントを配列22の中の異なる光検出器がそれぞ
れ横切る。すべての光検出器からの信号が、それぞれ別
個に、かつ実質的同時にサンプルされ、ホールドされ、
それによって高精度の広幅スペクトルクロマトグラフに
有用なデータが得られる。

この目的を達成するために、光検出器からの信号が接
続線24を含むそれぞれ別個の信号チャネルを通って増幅
器26,28および94に印加され、これら増幅器からサンプ
ルアンドホールド回路96,98および164に入力される。途
中で番号が欠けていることから判るように、接続線24、
増幅器、およびサンプルアンドホールド回路のすべてが
図示されているわけではない。例えば配列22には35個の
光検出器が含まれ、それに関連して35個の増幅器26〜9
4、35個のサンプルアンドホールド回路96〜164が設けら
れる。

サンプルアンドホールド回路96〜164は、接続線170を
介して供給されるシーケンス制御装置168からの制御信
号に応動する多重スイッチ166によって制御される。多
重スイッチ166は、サンプルアンドホールド回路96〜164
を同時にサンプリング動作させ、サンプリング動作を停
止させ、同時に「ホールド」させ、そしてそれから、ア
ナログ／デジタル変換器172においてアナログ形式から
デジタル形式に変換される信号によって表わされるアナ
ログ量の逐次読出しを行なわせる。アナログ／デジタル
変換器172もまたシーケンス制御装置168によって制御さ
れる。アナログ／デジタル変換の結果として生じるデジ
タル形式のデータは、アナログ／デジタル変換器172に
接続され、記憶・処理装置174として概略的に示した装
置に記憶され処理される。その結果、記憶・処理装置17
4の制御下で、記憶・処理装置174からの出力として、第
１図及び第２図に示すようなプロットがブラウン管ディ
スプレイ176に表示され、あるいはプロッタ178上にプロ
ットされる。記憶・処理装置174はデジタル記憶装置お
よびデジタル処理装置を含む従来のデジタルコンピュー
タであれば好適ではあるが、必ずしもそれに限定される
わけではない。第４図に図示する本発明の一特徴によれ
ば、ランプ10からの第２のビームが、反射器180に向け
られ、基準セル182に入射され、この基準セル182からは
システムの動作における例えばフリッカや放射光源の劣
化による変化を補償するのに用いられる信号が出力され
る。この基準セル182は通常空気を含有しているが、サ
ンプルセル14の溶液中の溶媒に類似した液体溶媒を含有
していてもよい。基準セル182から出る放射光184は回析
格子18に向けられ、そこで回析されてビーム20に対応す
るような多色空間発散ビーム186にされて光検出器の第
２の直線的配列188に向けられる。第２の光検出器配列1
88は、導体190によって増幅器192,194〜210を介してサ
ンプルアンドホールド回路212,214〜230に接続される。

図には、サンプルアンドホールド回路212,214,230に
関連する３つの信号チャネルのみが示されているが、好
ましくは総計10個のチャンネルが設けられる。第２の配
列188は好ましくは配列22と同じであるが、第２の配列1
88の光検出器は群別に配置するのが好ましく、各群に属
する全光検出器がそれぞれ並列に単一の増幅器192,194
あるいは210に接続される。これらの群に並列に分けら
れた信号は、配列22からの信号に対して例えばランプ10
の出力における変化というようなシステム変化を十分に
補償する。

第２の配列188の１つの群の並列出力は、その群の全
光検出器に対応する配列22中の１つの光検出器からの信
号を補償あるいは正規化するのに用いられる。第２の配
列188における並列の光電池は、基準セル内の照度がビ
ーム分割によって配列22の光検出器へ送られる照度より
も弱いという事実を補償するのに用いることもできる。
サンプルアンドホールド回路212,214〜230に保持される
信号は、上述した信号と全く同様に多重スイッチ166お
よびアナログ／デジタル変換器172によって処理され
る。これらの信号は、記憶・処理装置174内に格納さ
れ、そこでサンプルアンドホールド回路96,98〜164を介
して入力された信号を補償するのに用いられる。配列22
と188の光検出器は、すべて、関連する増幅器を付勢す
る電流供給モードで動作する光電池であることが好まし
い。

本発明の最大の用途は液体クロマトグラフィーにあ
る。液体クロマトグラフィー装置の各要素はサンプルセ
ル14と関連して概略的に図示されている。それらには１
種類またそれ以上の液体溶媒からなる溶媒の容器232が
含まれ、この容器232から溶媒を噴射弁238を介して汲み
出すポンプ236が設けられている。既知量の被験物質が
噴射弁238のところに設けられた注入器240を介して溶媒
中に注入され、ポンプの圧力が溶質を含んだ溶媒を接続
路242を介してサンプルセル14で終端するクロマトグラ
フィー用カラム244に送り込みそれを通過させる。排出
接続路246が設けられていて使用ずみの溶離液を図示せ
ぬ液溜めに移送する。

第４図における光学系は図を簡明に表わすために理想
化されている。すなわち、ランプ10、反射器12および1
8、サンプルセル14、および基準セル182を含む光学的要
素、および放射ビーム16および184は、それらのセンタ
ラインがすべて実質的に単一の平面内に含まれるべきで
あるし、またその平面はシステムの光学的見地からより
正確な意味でシステムを表わすためには図面の紙面に実
質的に垂直になるように90度回転させるべきである。

第４図の装置の動作モードには、第５図および第６図
に図示するような２つの基本的な好ましいモードがあ
る。第５図に示されている第１の好適な動作モードにお
いては、サンプルアンドホールド回路のすべてが同時に
サンプリングを停止してホールドを始めるようにさせら
れる。このサンプルアンドホールド回路の動作は第５図
において波形Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＺで示されてお
り、サンプルアンドホールド回路の全てが「ホールド」
動作を始める時点は、第５図の最上部にAAという符号を
つけた期間の始点であって、参照符号248で示してい
る。「ホールド」動作は期間AAの全体にわたって続き、
その終端で全てのサンプルアンドホールド回路が「サン
プリング」動作を開始しそれが期間ABの間続く。それか
らまた次の「ホールド」動作が開始されAA1で表わされ
ている期間継続される。

ホールド期間AAの間、アナログ／デジタル変換器172
が、サンプルアンドホールド回路にホールドされている
個々のチャネル上の信号を次々と読出しそれらの信号を
デジタル信号に変換する。アナログ／デジタル変換器17
2の動作は、多重スイッチ166の制御下で行なわれるが、
このアナログ／デジタル変換器の動作タイミングは第５
図でA/Dと符号をつけた波形で示されている。この波形
の正の方形パルスの各々が１つのアナログ／デジタル変
換を示している。全体の動作は極めて迅速である。例え
ば、本発明の好適実施例によれば、アナログ／デジタル
変換パルスは80マイクロ秒毎に次々とい開始され、35マ
イクロ秒間接続される。このスケジュールによれば、45
個のサンプルアンドホールド回路の全出力がわずか3,60
0マイクロ秒の間、すなわち3.6ミリ秒の間にデジタル変
換されてしまう。これに続いて、全サンプルアンドホー
ルド回路のためのサンプリング期間ABが開始される。こ
にサンプリング期間ABは同様に3.6ミリ秒間続けられ、
次のホールドとアナログ／デジタル変換の期間AA1が始
まる。

それゆえ、期間AAとABとの組合せ、すなわちその和
が、スペクトルクロマトグラムを作るのに用いられる完
全データ取得サイクルを表わす。このサイクルは、直ち
に、所望の回数だけ繰返すことができる。上述したよう
にこのサイクルは7.2ミリ秒間続くが、これは毎秒138個
のデータ取得サイクルを意味する。比較のために言う
と、電荷結合ダイオード配列検出装置の最も速いデータ
取得サイクルは毎秒25個である。

期間ABの間、すなわちサンプルアンドホールド回路が
サンプリング動作をしている間、記憶・処理装置174は
データ処理機能を実行してディスプレイ装置176に表示
するため、あるいはプロット178上にプロットするた
め、あるいは将来もう一度読出して処理または他の測定
値と比較すべくさらに永久的なメモリに記憶するため
に、最後に読出したものからリファインしたデータを出
力する。この記憶・処理装置174によるデータのリファ
インは典型的には（ａ）「放射光の透過パーセント」か
ら「吸光度」への変換、および（ｂ）デジタルろ波とい
うような動作を含んでいる。

第６図は第４図の装置の他の好適な動作モードを示し
ており、サンプルアンドホールド回路は同時にではな
く、順次に動作する。しかしながら全動作シーケンスが
3.6ミリ秒以内に迅速に行なわれるので、これを「実質
的同時」と云うことができる。この配置は、１つのサン
プルアンドホールド回路がその「ホールド」モードにあ
ってアナログ形式からデジタル形式に変換された出力を
有している間、他の全てのサンプルアンドホールド回路
がサンプリングモードを続けている、という特徴を有し
ている。拡張したサンプリングモードは、サンプリング
期間に信号を積分する時間を増すので、精度を増すため
には望ましい。回路の直列抵抗と並列容量とは、所望の
積分機能への適当な近似を与える。しかしながら、能動
回路を用いることによって、最適の理論的結果を得るた
めの、真の、リセット形積分機能を形成することができ
る。このようにして、第６図の実施例においては、アナ
ログ／デジタル変換が期間AAの間に第５図の実施例にお
けると同じ速さで行なわれるが、順次のアナログ／デジ
タル変換時間は個々のサンプリング期間のために用いら
れる。

その結果、各サンプリングの期間を延長することによ
って、全サイクルの時間が短縮され、精度が増加する。
アナログ／デジタル変換の他のサイクルを始める前に、
アナログ／デジタル変換され記憶・処理回路174へ転送
されたデータをその回路要素中のデータバッファレジス
タから読み出し、他に必要なデジタル処理を遂行するた
めの期間として期間CBが設けられている。この期間CBと
しては1.52ミリ秒が適当であるということが判明した。
このようにして、全サイクルは、期間AAおよびCBを含
み、この処理の実施モードでは5.12ミリ秒であって、毎
秒195サイクルの処理能力を備えるものとなる。しか
し、このモードにおけるシステム動作期間に要求される
ソフトウェアタスク（すなわちデータ取得）は、実際の
変換が完了した後の期間に全てを遂行することはでき
ず、個々のチャネルの変換窓がまだ開放している期間
（典型的なシステムではこの目的にために25ミリ秒間が
設定されている）に行なわれる。極限では、上で割当て
られた1.52ミリ秒の必要がなくなる。このような短縮が
行なわれると、サイクルの周期は3.6ミリ秒、すなわち
サイクルの速さが毎秒278サイクルとなる。これは、本
質的には、サイクルの速度が電荷結合ダイオード配列分
光測光検出システムのための最高速度より12倍も増加し
たことになる。

第５図及び第６図に図示した両方法においては、極め
て短い期間に完全なデータの組が取られ、アナログ値か
らデジタル値に変換され、そして処理される。この期間
は、第５図の動作モードでは毎秒135回繰返され、第６
図の動作モードでは毎秒278回に上昇する。このように
して、シーケンス期間は1/100秒以下であることが望ま
しい。これらの方法は、読みとる溶離液の流速を低下さ
せることを必要とせずに高速液体クロマトグラフィー装
置とともに用いることができる。

本発明の重要な特徴は、極めて正確でかつ有用なスペ
クトルモード走査（第２図に図示するような）が光検出
器の数僅か35個のスペクトルセグメントに基づいて得ら
れることである。僅か35個あるいはそれ以下のスペクト
ルセグメントからデータを取るということは、多数個の
セグメントを取ってそれらを処理するのに比べて処理時
間を短縮し、データ処理動作を軽減させるという点に重
要な利点がある。35個の点でプロットされてできた曲線
は、好適に滑かであり、出力した曲線中では、35個の明
確に区別されるような点は判明しない。この滑かさは、
好ましくは、第４図の記憶・処理装置174においてデジ
タルデータ処理によって遂行される。連続する点の間を
滑かな曲線で満たすためには種々の既知の数学的手法を
用いることができる。スペクトル走査を行なうのに僅か
35個ばかりの点を用いるということはクロマトグラフィ
ーの分野における常識では驚くべきことである。クロマ
トグラフィーを行なう人は、通常極めて細かいスペクト
ル分解能を考える。例えば、電荷結合デバイス配列シス
テムは、典型的には少なくとも100個の検出器を、より
典型的には250個乃至500個の検出器を必要とする。これ
は明らかに高分解能を実現しようとするからである。し
かし、本発明によれば、通常のスペクトル走査のために
はおよそ35個の検出器からなる配列、好ましくは40個以
下の検出器の配列が望ましい。35個の検出器を備えた好
ましい実施例においては、個々の光検出器によって横切
られる個々のスペクトルセグメントが、それぞれ約５ナ
ノメートルの波長範囲をカバーすることが望ましい。従
って紫外線領域に用いるときには、35個の検出器でカバ
ーできる全領域は５ナノメートルのスペクトルセグメン
トで190ナノメートルに広がる。

例えば第２図に図示するように、スペクトル走査の実
用的な最重要モードの１つは、例えば第１図のピーク２
における点１のような時間走査ピークの立上りにおける
１つの点に対応する時点におけるスペクトル走査を、第
１図の点３で示すような立下りにおけるある瞬間に対応
してとられたスペクトル走査と比較することである。も
しこの２つのスペクトル走査が、密に一致するならばピ
ーク２は単一の成分を表わしていることの確証となる。
しかし、スペクトル走査が一致しなければ、他の成分が
このピークに影響を及ぼしていることの強い証拠であ
り、分析をさらに精密にしなければならない。電荷結合
ダイオード配列システムの最も重大な問題の１つは、検
出器配列を走査するのに必要なかなり長い時間が重大な
歪みをひきおこすばかりでなく、ピークの立上りにおけ
る歪みがピークの立下りにおける歪みと相違する、とい
うことである。従って、２つの異なる歪みの累積が、２
つのスペクトル走査の正確な比較を極めて困難なものと
するということである。これに反して、本発明の装置
は、速い走査速度をもって（第５図の方法では瞬時に、
第６図の方法では実質的瞬時に）正確な比較のための高
度に安定しかつ再現可能なスペクトル走査を行なうこと
ができる。この明細書中で用い、特許請求の範囲に記載
した言語「実質的瞬時」とは「瞬時」を含む概念である
と理解される。

本発明を実施するにあたって配列22と第２の配列188
のためには種々の光起電力装置を用いることができる。
しかしながら、単一の基板上に支持されたPN接合の直線
的配列を用いることが好ましい。このような極めて満足
すべき配列は、ニュージャージー州08846、ミドルセッ
クス、サウスアベニュー420のハママツコーポレーショ
ンから製品番号S1592-01として入手可能である。この配
列は、元々同時に１つか２つのチャネルが使用されるよ
うな種類の多重チャネル分光光度計システムとして設計
されたものである。好運なことに、この配列は本発明の
システムに用いても極めて実用的である。

配列中の光検出器の数を限定することのもう１つの重
要な利点は、典型的には円形をしているサンプルセル14
の出口孔の光学的に形成された像を受けそれに応答する
ための、個々の光検出器の光検出領域の形状が正方形に
近い形をしているということである。本発明のシステム
においては、そのような孔が設けられ、配列において結
像することが好ましい。

例えば、上述した市販のハママツコーポレーションの
配列において、配列の長さ方向の各素子の長さ対各素子
の幅の割合は約１対4.5であり、一方電荷結合デバイス
配列におけると同じ割合が約１対10である。このこと
は、本発明の構成が優れているもう１つの点である。

以上、本発明を、主として紫外線領域における吸光度
検出用の検出装置として説明してきた。しかしながら、
本発明は、可視光線領域で動作しかつ吸光度の代りに蛍
光を検出する検出装置として用いることもできる。さら
にまた、これらの検出モードは、結果が吸光度や蛍光に
よって検出可能な液体クロマトグラフィーの種々の公知
技術の全てとともに用いることもできる。本装置を紫外
線吸光度検出装置として用いるときは190乃至364ナノメ
ートルの波長領域で動作することが好ましい。また蛍光
検出器として動作させるときには、それは典型的には波
長で300乃至475ナノメートルの領域あるいは426乃至600
ナノメートルの領域内における蛍光放射を検出するよう
動作させることができる。

第４図ではただ１個のアナログ／デジタル変換器172
を示したが、同時に動作することができるアナログ／デ
ジタル変換器を付加的に設ければ、全装置の動作がさら
にスピードアップできることはいうまでもない。

第５図、第６図で示し説明した動作シーケンスは、本
発明のシステムのために好ましい動作シーケンスである
が、本発明のシステムは、もし所望ならば他のシーケン
スで動作させることも可能である。このようにして、種
々異なるサンプルアンドホールド回路の走査をさらに速
い走査速度で実行するよう（長い走査期間を必要としな
い時に）選択的にプログラム可能にすることができ、ま
た、さらに精密にすることを所望するならば、サンプリ
ング期間を増加することもできる、ということも本発明
の特徴、利点の一つである。さらにまたこのシステム
は、ただ１つあるいは数個の選択されたスペクトルセグ
メントを見つけ出すように、あるいはまた１つのセグメ
ントから他のセグメントへ任意の順序でスキップするよ
うに、あるいはまた種々の信号の商、差、和を作り出す
ようにプログラムすることもできる。これに反して、電
荷結合ダイオード配列システムは、電荷結合ダイオード
が速すぎもせず遅すぎもしない一定の時間で全てを走査
しなければならないので、上記のような柔軟性をもた
ず、本発明のシステムにおけるような選択的にプログラ
ム可能な柔軟性を提供することができない。

さらに本発明のシステムを従来の電荷結合ダイオード
配列システムと比較すると、前者すなわち本発明のシス
テムにおける配列そのもののコストが、後者のより複雑
な電荷結合ダイオード配列のコストの約10分の１であ
り、前者の全システムのコストは、後者の電荷結合ダイ
オード配列システムの約４分の１である。同時にまた、
本発明のシステムは、より速いデータ速度（実質的同
時）を提供する他に信号対雑音比を約10対１に改善す
る。

本発明は、従来の極めて正確な単一の可変波長検出器
に匹敵する性能を有し、それゆえその所産物は現在使用
されている単一波長、可変波長の検出器に矛盾なくとっ
て代ることができる。これに比べて電荷結合ダイオード
配列は、高価でかつ感度も低いので、上記した『分析化
学』におけるスチュアートボールマンの論文に記載され
ているように、単一波長、可変波長液体クロマトグラフ
ィー検出器装置にとって代ることができない。

本発明によるシステムは、従来の電荷結合ダイオード
配列システムに比較して極めて簡単なので、結果として
のスペクトル情報を作り表示するために記憶・処理装置
174に使用するプログラムは、他のシステムに要求され
るコンピュータプログラムに比較して極めて簡単であ
る。さらにまた、必要な処理時間、能力もまたそれだけ
減少できる。スペクトルデータからピークの純粋さ、ピ
ークの同一性を決定するソフトウェアプログラムについ
ても同様である。

本発明は特定の好適実施例について示したが、当業者
にとって種々の変化、変更が生じるであろう。従って特
許請求の範囲の記載は、従来技術に対する本発明の有効
な範囲を規定するとともに、本発明の真実の精神および
有効な範囲に属するすべての変化および変更をカバーす
ることを意図している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が液体クロマトグラフ装置に用いられ液
体クロマトグラフ装置からの溶離液の通過期間単一の紫
外線波長を検出したときに出力される吸光度対時間のプ
ロット図であり、第２図は本発明による装置から得るこ
とができ、液体クロマトグラフ装置の動作中の特定の時
点における実質的スペクトル領域にわたる吸光度を表わ
すスペクトルプロット図であり、第３図は種々異なる多
くの波長において第１図の図表に対応する多くのプロッ
トを３次元的に表わしたものであって、溶離液が液体ク
ロマトグラフカラムを１回通過する間に本発明の装置に
よって出力される全データを表わし、従って第１図と第
２図のプロットの多数個を組合わせて表わす図であり、
第４図は本発明の好適実施例を実施するための液体クロ
マトグラフシステムの概略図であり、第５図は信号サン
プリングが同時に行われる第４図のシステムの好適動作
モードを図示するタイムチャートであり、第６図は信号
のサンプリングが実質的同時に行われるといえるような
高速シーケンスで順次に行なわれる第２の好適動作モー
ドを図示するタイムチャートである。 符号の説明 10……放射源、12……反射器、14……サンプルセル、18
……回析格子、20……多色空間発散ビーム、22……光検
出器配列、26〜94……増幅器、96〜164……サンプルア
ンドホールド回路、164……シーケンス制御装置、166…
…多重スイッチ、172……アナログ／デジタル変換器、1
74……記憶・処理装置、176……ディスプレイ、178……
プロッタ、180……第２の反射器、182……基準セル、18
6……第２の多色空間発散ビーム、188……第２の光検出
器配列、192〜210……増幅器、212〜230……サンプルア
ンドホールド回路、232……溶媒の容器、236……ポン
プ、244……クロマトグラフカラム

フロントページの続き (72)発明者 ラルフ・デイー・コンロン アメリカ合衆国コネチカツト・ウイルト ン・ツイン・オーク・レイン 43 (72)発明者 エドワード・ビー・デイレイニ アメリカ合衆国コネチカツト・リツジフ イールド・パウダー・ホルン・ドライヴ 20 (56)参考文献 特開 昭58−58423（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−94020（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−57123（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−43321（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−58622（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−185652（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭57−11228（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放射被検体の複数スペクトルセグメントを
   実質的に瞬時に多色検出し、記憶する広幅スペクトルの
   分光光度計であって、 該分光光度計は、液体サンプルセル（14）と、基準セル
   （182）と、放射光源（10）と、液体サンプルセル（1
   4）を通過した放射光のための第１の回折装置（18）
   と、基準セル（182）を通過した放射光のための第２の
   回折装置（18）と、複数の光検出器からなる第１の光検
   出器配列（22）と、複数の光検出器からなる第２の光検
   出器配列（188）と、前記第１の光検出器配列（22）の
   それぞれの光検出器に対する第１の信号チャネル（24）
   と、前記第２の光検出器配列（188）のそれぞれの光検
   出器に対する第２の信号チャネル（190）とを有し、 前記サンプルセル（14）はクロマトグラフィー用カラム
   内で溶媒中に分析すべき物質を含有し、 前記基準セル（182）は、前記サンプルセル（14）と類
   似の溶媒を含有し、 前記放射光源は、放射光ビームを前記サンプルセル（1
   4）および基準セル（182）に照射するものであり、 前記第１および第２の回折装置（18）は、前記放射光ビ
   ームの照射を受けたサンプルセル（14）および基準セル
   （182）からの放射光を受け、該放射光をそれぞれ第１
   および第２の多色空間発散ビーム（20、186）に回折さ
   せるものであり、 前記第１および第２の光検出器配列はそれぞれ、別個の
   複数スペクトルセグメントからなる前記第１および第２
   の多色空間発散ビーム（20、186）をそれぞれの光検出
   器が遮蔽するように直線的に配列されている形式の分光
   光度計において、 前記第１の信号チャネル（24）の各々は、第１の光検出
   器配列（22）の各光検出器からの信号を受信する増幅器
   （26〜94）および該増幅器に後置接続され、その信号を
   受信記憶するサンプルアンドホールド回路（96〜164）
   を有し、 前記第２の信号チャネル（190）の各々も、第２の光検
   出器配列（188）の各光検出器からの信号を受信する増
   幅器（192〜210）および該増幅器に後置接続され、その
   信号を受信記憶するサンプルアンドホールド回路（212
   〜230）を有し、 前記第１の光検出器配列（22）に所属するサンプルアン
   ドホールド回路（96〜164）と前記第２の光検出器配列
   （188）に所属するサンプルアンドホールド回路（212〜
   230）とは１つの共通の多重スイッチ（166）に接続され
   ており、 該多重スイッチ（166）にはアナログ／ディジタル変換
   器（172）が接続され、該アナログ／ディジタル変換器
   （172）には記憶・処理装置（174）が接続されており、 シーケンス制御装置（168）が設けられており、前記多
   重スイッチ（166）とアナログ／ディジタル変換器（17
   2）と記憶・処理装置（174）とは前記シーケンス制御装
   置（168）によって制御され、 前記多重スイッチ（166）は、前記第１および第２の光
   検出器配列（22、188）に所属するすべてのサンプルア
   ンドホールド回路（96〜164、212〜230）を前記シーケ
   ンス制御装置（168）からの制御信号に応動して同時に
   または実質的同時にサンプリング動作およびホールド動
   作させ、 前記アナログ／ディジタル変換器も前記シーケンス制御
   装置（168）によって制御されて、ホールドされた信号
   をディジタルに変換し、 前記記憶・処理装置（174）は、前記第１の光検出器配
   列（22）からのホールド信号と前記第２の光検出器配列
   （188）からのホールド信号とを比較することによっ
   て、フリッカや前記放射光源（10）の劣化によるシステ
   ム動作の光学的変化を補正する、ことを特徴とする、広
   幅スペクトルの分光光度計。
2. 【請求項２】前記第１の回折装置に前記第２の回折装置
   が一体に結合されている、特許請求の範囲第１項記載の
   分光光度計。
3. 【請求項３】第２の光検出器配列（188）の光検出器の
   ための信号チャネルの数は、第１の光検出器配列（22）
   の光検出器の数より少なく、 該第２の光検出器配列の光検出器は、隣接するものから
   なる複数個の群に組分けされており、 各群の光検出器は単一の信号チャネルに並列に接続され
   ている、特許請求の範囲第２項記載の分光光度計。
4. 【請求項４】前記シーケンス制御装置（168）により制
   御するシーケンスの周期が1/100秒以下である、特許請
   求の範囲第１項記載の分光光度計。
5. 【請求項５】前記複数の光検出器が光起電力装置であ
   る，特許請求の範囲第１項記載の分光光度計。
6. 【請求項６】前記光検出器の光起電力装置がPN接合デバ
   イスである、特許請求の範囲第５項記載の分光光度計。
7. 【請求項７】前記PN接合が単一の基板上に一体的に形成
   されている、特許請求の範囲第６項記載の分光光度計。
8. 【請求項８】前記液体サンプルセルが液体クロマトグラ
   フィー用カラムの下端部に接続されている、特許請求の
   範囲第１項記載の分光光度計。
9. 【請求項９】前記光検出器配列の個々の光検出器からの
   信号のすべてを0.01秒よりも短い時間間隔でシーケンシ
   ャルにサンプリングしてホールドするサンプル−アンド
   ホールド回路と、 該信号の全てを、前記0.01秒以下の時間間隔内の前記サ
   ンプリングホールド動作に同期してアナログ／デジタル
   変換するアナログ／デジタル変換器とを有する、特許請
   求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項記載の分
   光光度計。