JP3001806B2

JP3001806B2 - キャピラリー電気泳動装置における光検出部の構造

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Publication number: JP3001806B2
Application number: JP8081673A
Authority: JP
Inventors: 勉水口
Original assignee: Otsuka Electronics Co Ltd
Current assignee: Otsuka Electronics Co Ltd
Priority date: 1996-04-03
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 2000-01-24
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: JPH09274013A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キャピラリー電気
泳動装置に関し、特にキャピラリーの中の溶媒に光を照
射して測定を行う光検出部の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】キャピラリーは、被測定物質が含まれる
溶媒を溜める細径のガラス管のことである。このキャピ
ラリーの中の溶媒に電位をかけて、被測定物質を電気泳
動法させる方法をキャピラリー電気泳動法という。キャ
ピラリー電気泳動法では、キャピラリーの中の溶媒に含
まれる被測定物質を検出するのに、キャピラリーの一部
（光検出部という）に光（例えば紫外線）を当てて、そ
の透過光のスペクトルを測定する。

【０００３】従来では、キャピラリーの光検出部に光を
当てる場合、図９に示すように、キャピラリーの被覆を
剥がし、キャピラリーの軸方向と直角な方向から光を当
てていた。このため、溶媒の中で光が透過する部分の光
路に沿った長さ（光路長）は、実質的には、キャピラリ
ーの内径に支配される。キャピラリーの内径は非常に小
さいため、これが検出感度の低下につながっていた。ま
た、検出部表面が曲面のため迷光を防ぐことが難しく、
このことが検出感度をさらに低下させていた。

【０００４】そこで、この問題を克服するために、キャ
ピラリーの光検出部の光路長を長くする工夫がなされて
いる。例えば、キャピラリーの一部を卵形に膨らまし
て、ここを光検出部とする構造が提案されている（特開
平２−２７２３５３号公報参照）。この構造によれば、
膨らんだ部分の内径は広がるので、光路長を長くとるこ
とができるが、膨らませるという製法上光路長には限界
があり、また安定した加工精度を得ることも難しい。

【０００５】また、キャピラリーを途中で分断して、こ
の分断部を、キャピラリーの外面に嵌め込まれた透明な
円筒部材で接続した構造も提案されている（特開平３−
２２３６６７号公報参照）。この構造によれば、光検出
部の光路長をキャピラリーの内径でなく、円筒部材の内
径とすることができるので、光路長を比較的長くとるこ
とができるが、キャピラリーの外径よりも長くとること
はできない。

【０００６】さらに、キャピラリーをクランク状に１段
折り曲げ、この折り曲げた部分において、キャピラリー
の軸方向に沿って光を通す構造も提案されている（特開
平４−３６３６５５号公報参照）。この折り曲げた構造
を図示すると、図１０のようになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図１０に示された構造
では、原理的には、光路長は、クランク状になった部分
の長さ（図１０でＤで示している）に等しくなるので、
光路長をかなり長くとることができるが、次のような問
題がある。キャピラリーの肩の部分に入った光は、図１
１に示すように、ほとんど全反射され、一部のみが入射
する。しかも、入射した光の大部分はキャピラリーの内
径の中に入り込むことはなく、外径で反射を繰り返しな
がら、ほんの一部が内径の中の溶媒を通過するにすぎな
い（曲がったキャピラリーに入る光の光線解析をした文
献として、Analytical Chemistry, Vol. 65, No. 23, D
ecember 1, 1993 pp. 3454-3459 のFigure２及びその説
明を参照）。

【０００８】このため、内径の中の溶媒を通過する光の
量はごくわずかとなり、クランク状になった部分の長さ
に相当するだけの検出感度の向上につながらないという
問題がある。また、迷光が多くなり、それをカットする
スリットも必要になる。前記文献（Analytical Chemist
ry, Vol. 65, No. 23 ）では、キャピラリーの内径の中
に入射される光の入射効率を上げるために極く小さなボ
ールレンズを用いているが（前記文献のFigure３参
照）、ボールレンズを用いると、ボールレンズとキャピ
ラリーとの位置関係を厳密にする必要がある。

【０００９】しかしキャピラリー自体が一品一品ごとに
曲げて加工されるものであるため寸法のばらつきがある
ことを考えると、ボールレンズとキャピラリーとの位置
関係の厳密化は、熟練のいる手作業を要し、極めて困難
なことである。本発明は、前記の問題を解決するために
なされたものであり、目的の寸法に応じた長い光路長の
光検出部を容易に設けることができ、迷光が少なく、し
かも、安定した加工精度を得ることのできるキャピラリ
ーの光検出部の構造を実現することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の光検出部の構造
は、不透明な絶縁体の中に、両端が開口した光透過用の
中空部を形成し、当該中空部の両開口端をそれぞれ、検
出しようとする波長の光を透過させる透明窓で塞ぎ、当
該中空部の異なる位置に絶縁体外と通じる孔をそれぞれ
設け、各溶媒槽につながるキャピラリーの各端を、前記
中空部に通じる孔にそれぞれ接続したものである（請求
項１）。

【００１１】この光検出部の構造を具体的に示すと、図
１のようになる。図１において、絶縁体１の中に、細長
い中空部２を形成し、当該中空部２の両端を光検出用の
透明窓３ａ，３ｂで塞ぎ、当該中空部２の二つの位置に
絶縁体外と通じる垂直な孔４ａ，４ｂをそれぞれ設けて
いる。絶縁体１は、不透明な物質、すなわち検出しよう
とする波長の光を透過、吸収しない物質を使用してい
る。

【００１２】これらの孔４ａ，４ｂに、キャピラリー５
ａ，５ｂをそれぞれ挿入し、中空部２にも溶媒が満たさ
れるようにしている。光源の光が透明窓３ｂを通して中
空部２に入り透明窓３ａを通して出るように、前記の構
造の光検出部を光路の中に配置すると、溶媒を透過する
実質的な光路長は、孔４ａ，４ｂを形成した「中空部の
異なる位置」の間の距離となる。この距離を図１に符号
Ｄで示す。

【００１３】「中空部の異なる位置」は、透明窓３ａ，
３ｂ間の距離、すなわち絶縁体の高さＨの範囲内で自由
に設定することができるので、光路長Ｄを十分長くとる
ことができる。また、キャピラリー５ａ，５ｂは、直線
状のものをカットするか、直線状のものを２本用いれば
よく、特に複雑な形状に加工する必要はないので、加工
精度が問題になるようなこともない。

【００１４】透明窓３ｂと、透明窓３ａとは、ほぼ垂直
に光が入射されることが好ましい（請求項２）。こうす
れば、光を透明窓３ｂからほぼ垂直に入射させ、透明窓
３ａからほぼ垂直に出射させることができるので、光を
中空部２の中に最も効率よく入射させることができ、迷
光を減らすことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面を参照しながら詳細に説明する。図２(a) は２本
のキャピラリーを挿入する円柱体を示す平面図、図２
(b) は断面図である。以下、円柱体の中心軸を垂直方向
として、説明する。円柱体１１の中心軸部には、両端が
開口した細孔１４が垂直方向に形成され、この細孔１４
の上下側部から、それぞれ水平方向にキャピラリー１２
ａ，１２ｂを挿入する挿入孔１５ａ，１５ｂが形成さ
れ、各挿入孔１５ａ，１５ｂは円柱側面に向かって延び
ている。

【００１６】円柱側面には、接着剤を設ける窪み１６
ａ，１６ｂが形成されていて、各挿入孔１５ａ，１５ｂ
は円柱側面に向かって延びていき、この窪み１６ａ，１
６ｂに到達している。前記挿入孔１５ａ，１５ｂの途中
には、外部から挿入されるキャピラリー１２ａ，１２ｂ
を食い止めるための段部１７ａ，１７ｂが設けられてい
て、この段部１７ａ，１７ｂから細孔１４に至るまで
は、より細い内径となっている。

【００１７】なお、前記窪み１６ａ，１６ｂには、キャ
ピラリー１２ａ，１２ｂが挿入孔１５ａ，１５ｂに挿入
された状態で、接着剤１３が付着される。これは、キャ
ピラリー１２ａ，１２ｂの中を通る泳動溶媒が外に漏れ
ないように水密構造にするためである。前記円柱体１１
の材質は、不透明な絶縁体であれば何でもよいが、例え
ばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を使用する
ことができる。

【００１８】図３(a) は前記円柱体１１を支持するホル
ダーを示す平面図、図３(b) は断面図である。ホルダー
は、上下２ピース２１，２２に分割可能で、上下ピース
２１，２２の間に、上下に板状のセル窓２３，２４を挟
んだ円柱体１１を支持することができるようになってい
る。セル窓２３，２４の材質は、透明な絶縁体であれば
何でもよいが、例えば石英を使用することができる。

【００１９】また、上下ピース２１，２２には、セル窓
２３，２４に光を導くためのくり抜き部２１ａ，２２ａ
がそれぞれ形成されている。キャピラリー１２ａ，１２
ｂが挿入された円柱体１１を支持した上下ピース２１，
２２を固定し、キャピラリー１２ａ，１２ｂに泳動溶媒
を満たし、被測定物質をキャピラリーの一端から注入
し、電位をかけて泳動させていくとともに、一方のセル
窓２３を通して円柱体１１の中心軸部に形成された細孔
１４に光（例えば紫外線）を当て、他方のセル窓２４を
通して観察すると、キャピラリー電気泳動の測定をする
ことができる。

【００２０】円柱体１１の中心軸部に形成された細孔１
４の縦方向に沿って光が当てられるので、泳動溶媒を通
る光の光路長は、実質的には、円柱体１１の高さＨ（図
２参照）と等しくなる。したがって、被測定物質の吸光
度が見かけ上大きくなり、測定感度の向上を実現するこ
とができる。また、キャピラリー１２ａ，１２ｂ自体に
は何の加工も必要としないので、歩留りをよくすること
ができる。さらに、光が乱反射することもないので、迷
光が少なくなる。

【００２１】

【実施例】図４に示す機器配置によって、電気泳動の測
定を行った。光源３１にはＤ₂ランプ、検出器３３には
フォトダイオードアレイを用い、石英製キャピラリーを
用いた。＜実施例＞キャピラリーの光検出部３２には、図２、図
３に示したような、キャピラリーが挿入された円柱体を
ホルダーで支持する本発明の構造を採用した。主要な部
分の寸法は、円柱体１１の高さＨ：１．５ｍｍ円柱体１１の直径：５ｍｍ円柱体１１の中心軸部に形成された細孔１４の内径：
０．１ｍｍキャピラリーを挿入する挿入孔１５ａ，１５ｂの内径：
０．２ｍｍキャピラリーを挿入する挿入孔１５ａ，１５ｂの段部１
７ａ，１７ｂから先の内径：０．１ｍｍキャピラリーの内径：７５μｍである。泳動溶媒として２０ｍＭりん酸緩衝溶液(pH 6.
0)を用い、サンプルとして100 ppm アデノシンを用い
た。

【００２２】まず、セル光路長の実効値の測定をするた
めに、キャピラリー１２ａ，１２ｂ、挿入孔１５ａ，１
５ｂ及び細孔１４にサンプルのみを満たして吸光度−ｌ
ｏｇ（Ｉ／Ｉ₀）〔Ｉはサンプルのみを満たしたときの
検出器３３で測定した強度、Ｉ₀は泳動溶媒のみを満た
して検出器３３で測定しておいたリファレンス強度〕を
測定したところ、２６０ｎｍの波長で０．６１３であっ
た。

【００２３】次に、実際に電気泳動をさせて測定を行っ
た。泳動溶媒を満たしたキャピラリーの両端を傾けてサ
ンプルを注入し、同じ泳動溶媒が満たされた容器に漬け
て、電圧１５ｋＶをかけた。吸光度−ｌｏｇ（Ｉ／
Ｉ₀）〔Ｉは検出器３３で測定した強度、Ｉ₀は泳動溶
媒のみを満たして検出器３３で測定しておいたリファレ
ンス強度〕を時間をかけて測定したところ、図５に示す
ような吸光度のグラフが得られた。ピークの時刻ｔ₁=
4.78 min での吸光度は、約０．４８であった。

【００２４】また、吸光度のピークの時刻ｔ₁=4.78 mi
n での吸光スペクトルを測定したところ、図６に示すグ
ラフが得られた。これと同じ条件で測定を繰り返し、計
５回測定して平均を求めたところ、ピークの時刻での吸
光度の平均値は０．４６７であった。＜比較例＞被覆を剥がしたキャピラリーに側面から光を
入射させる従来からの構造（図９参照）を採用して、前
記＜実施例＞と同様に、サンプルのみを満たしたキャピ
ラリーの吸光度を測定したところ２６０ｎｍの波長で
０．０２６であった。次に、実際に電気泳動をさせて測
定をしたところ、図７に示すような吸光度のグラフが得
られた。ピークの時刻ｔ₂=3.15 minでの吸光度は、約
０．０３８であった。

【００２５】また、吸光度のピークの時刻ｔ₂=3.15 min
での吸光スペクトルを測定したところ、図８に示すグラ
フが得られた。これと同じ条件で測定を繰り返し、計５
回測定して平均を求めたところ、ピークの時刻での吸光
度の平均値は０．０３８３であった。＜検討＞実施例では、泳動溶媒又はサンプルを通る光の
光路長は、円柱体１１の高さＨと等しくなるので、光路
長は１．５ｍｍとなる。一方、比較例では、キャピラリ
ーの内径が７５μｍ程度であるので、光路長は最大部で
７５μｍ、平均で６７μｍとなる。したがって、光路長
の比は、理論的には約２２．４倍となる。

【００２６】実施例のサンプルのみを満たしたときの吸
光度が０．６１３であったのに対して、比較例では吸光
度は０．０２６であり、両者の比は約２３．６倍で、ほ
ぼ理論どおりの値が得られた。実測値が理論値よりも大
きくなっているのは、比較例では防ぎにくかった迷光
を、実施例では低減することができたためと考えられ
る。

【００２７】実際の電気泳動による測定では、実施例の
ピーク時刻での吸光度の平均値は０．４６７であったの
に対して、比較例でのピーク時刻での吸光度の平均値は
０．０３８３であり、両者の比は約１２倍である。泳動
サンプルの検出部でのバンド幅が円柱体１１の高さＨよ
り短かったため理論値に到らなかったと考えられるが、
それでも十分な吸光度の増加が得られている。また、こ
のようなバンド幅のときには、円柱体１１の高さＨを任
意に設定できることから、サンプルに適した光路長を容
易に実現することが可能である。

【００２８】また、ピーク時刻での時間波形を比較して
も（図５と図７）、スペクトル波形を比較しても（図６
と図８）、形はほとんど変わっていない。したがって、
本実験により、分離度の低下やスペクトル形状の変化を
もたらすことなしに、泳動溶媒を通る光の光路長が長く
なった分だけ、吸光度の増加が確認できたということが
できる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明のキャピラリー電気
泳動装置における光検出部の構造によれば、光検出部の
光路長が、絶縁体の中の、両端が開口した中空部の両開
口端の長さで決まるので、従来のようにキャピラリーの
内径で決められていた場合と比較して、十分長くとるこ
とができる。

【００３０】また、光を中空部の中に効率よく入射させ
ることができる。さらに、キャピラリーは、特に複雑な
形状に加工する必要はない。したがって、加工の精度を
要しないで歩留りのよいキャピラリーの光検出部の構造
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における光検出部の構造を具体的に示す
図である。

【図２】２本のキャピラリーが挿入される円柱体を示す
図であり、(a) は平面図、(b)は断面図である。

【図３】円柱体を支持するホルダーを示す図であり、
(a) は平面図、(b) は断面図である。

【図４】電気泳動の測定を行った際の機器配置図であ
る。

【図５】本発明における光検出部の構造を使用して測定
した吸光度のグラフである。

【図６】本発明における光検出部の構造を使用して測定
した吸光スペクトルのグラフである。

【図７】従来の光検出部の構造（図９）を使用して測定
した吸光度のグラフである。

【図８】従来の光検出部の構造（図９）を使用して測定
した吸光スペクトルのグラフである。

【図９】キャピラリーの被覆を剥がし、キャピラリーの
軸方向と直角な方向から光を当てる、従来の光検出部の
構造を示す図である。

【図１０】キャピラリーをクランク状に１段折り曲げ、
この折り曲げた部分において、キャピラリーの軸方向に
沿って光を通す、従来の光検出部の構造を示す図であ
る。

【図１１】キャピラリーの肩の部分に入った光の光線追
跡をした結果を示す断面図である。

【符号の説明】

１絶縁体２中空部３ａ，３ｂ透明窓４ａ，４ｂ孔５ａ，５ｂキャピラリー１１円柱体１２ａ，１２ｂキャピラリー１３接着剤１４細孔１５ａ，１５ｂ挿入孔１６ａ，１６ｂ窪み１７ａ，１７ｂ段部２１上ピース２２下ピース２１ａ，２２ａくり抜き部２３，２４セル窓

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/447 G01N 30/74

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】試料を電気泳動させるためのキャピラリー
と、このキャピラリーの両端に設けられた溶媒槽と、各
溶媒槽に電位を与える電極とを有するキャピラリー電気
泳動装置に使用される光検出部の構造であって、不透明な絶縁体の中に、両端が開口した光検出用の中空
部を形成し、当該中空部の両開口端をそれぞれ、検出し
ようとする波長の光を透過させる透明窓で塞ぎ、当該中
空部の異なる位置に絶縁体外と通じる孔をそれぞれ設
け、各溶媒槽につながるキャピラリーの各端を、前記中空部
に通じる孔にそれぞれ接続したことを特徴とする光検出
部の構造。
【請求項２】前記中空部の両開口端を塞ぐ透明窓に、ほ
ぼ垂直に光が入射されることを特徴とする請求項１記載
の光検出部の構造。