JP3978937B2 - Detector cell and optical measuring device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detector cell having a sample flow passage of which the cross-sectional area is almost same to that of a separation capillary column, good in detection sensitivity and having productivity and an optical measuring apparatus. SOLUTION: A glass plate 1 and a silicon substrate 3 are bonded by fluoric acid. Next, the silicon substrate 3 is coated with a photoresist and an aligner is used to perform the patterning of the coated silicon substrate 3 through a photomask and the patterned silicon substrate is exposed and developed to be subjected to dry etching to form a minute flow channel groove 8 high in accuracy and having a cross section high in aspect ratio. An inlet port 2a and a discharge port 2b are provided to the glass plate 2 by a sand blasting method and the processed glass plate 2 is bonded to the silicon substrate 3 by fluoric acid. A detector cell 20 becomes a three-layered structure wherein the glass plate 2, the silicon substrate 3 and a glass plate 1 are bonded.

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極微量の液体試料中の成分を検出する場合に利用される、紫外あるいは可視領域の光線の吸収もしくは発光を測定するための検出計セル、およびこの検出計セルを用いた光学測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
紫外あるいは可視領域における検体の光吸収を測定するための検出計セルは、分析化学の分野(特に、環境分析分野、臨床分野、医薬品分野など)において、極微量成分を正確かつ迅速に分析する手法(例えば、キャピラリー電気泳動(CE)、液体クロマトグラフィー(LC)またはフローインジェクション分析(FIA)など)の検出計としてよく使用されている。この検出計セルは、通常、分析対象となる液体試料を導入するための試料導入口、液体試料の流路および液体試料を排出する試料排出口を有し、その流路中に液体試料と紫外あるいは可視領域の光線との相互作用領域となる測定室を有し、前記分析手法に用いられる分析カラムの出口に配して使用される。また測定室には測定光の入射口と出射口が設けられており、紫外あるいは可視領域の光線は、入射口を通って測定室に存在する液体試料を通過し、出射口から出て、測光光学系により検出される。
図9に移動相に液体を用いる液体クロマトグラフィー(LC)の装置構成図を示す。装置は送液部30と試料注入部31と分離部32と検出部33から構成されている。送液ポンプ30aは、70〜400kg/cm程度の吐出圧で移動相タンク30bの溶液を試料注入部31に送液する。分析する微量の試料をマイクロシリンジにより試料注入部31のセプタムから注入し、移動相と共に分離部32の分析カラム32aに送る。多孔性微粒子が充填されたクロマト管の分析カラム32aを通り、分離された試料が検出計セル33aに入る。
図10に検出計セル33aを用いた光学測定装置を示す。装置は光源21(通常光源21から出た光は分光器で単色光に分けられて試料に照射されるが、ここでは分光器を出た光を光源21として説明する)と測定室36の検出計セル33aと光検出器22とデータ分析部34とから構成されている。測定室36は、検出計セル33aとこれを保持するセルホルダーからなっている。検出計セル33aは内容積の小さいフローセルで、通常角形のものが用いられるが、特殊な形状のものも製作されており、目的に応じて使い分けられる。材質は、石英ガラスが普通であるが、ポリスチレン樹脂やアクリル樹脂のものもある。石英ガラスは紫外、可視いずれにも使用でき、他のものは可視領域で用いられる。そして、試料が移動相と共に分析カラム32aを通って分離され、入口流路25から検出計セル33aに入る。光源21からの光が検出計セル33a内の試料に照射され、試料で吸光または透過し光検出器22に検出される。検出された信号は増幅処理され、吸光度または透過パーセントとしてデータ分析部34で表示、記録される。検出計セル33aを通過した試料は出口流路28からコレクタータンク35に排出される。
近年、「Science、Vol.261、p.895〜897(1993)」に記載されているように、ガラス(例えば、パイレックスガラス)基板を材料とした電気泳動部材上に、液体試料を導入するための流路と液体試料を分離するための流路を、半導体製造技術を基盤とするマイクロマシニング技術を用いて形成した電気泳動装置が開発されており、従来のキャピラリー電気泳動装置と比較して、高速分析が可能、溶媒消費量が極めて少ない、装置の小型化が可能などの利点を有することが報告されている。これらの特徴は、上記した分析化学の分野において従来の分析装置では実現が困難であった、現場(オンサイト、ベッドサイド)分析を可能とするものとして、またDNA分析などの分野に対しては高速分析の視点からスクリーニングに有利なものとして有望視されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の検出計セルおよび光学測定装置は以上のように構成されているが、しかし、例えばキャピラリー電気泳動装置で使用されている従来の検出計セルは、試料を分離するガラスキャピラリーに比べて一般的に測定室の容積が大きく、極微量成分を分析する場合、キャピラリー電気泳動法の有する分離能力を生かせないことが多々あった。なぜならば、測定室の体積が大きいため、分離した微量成分の再混合や媒体中への拡散が生じるからである。
また一方、分離キャピラリーカラム自体を検出セルとして利用する方式が研究されている。この場合、分析に必要な試料体積および測定室の容積は極めて小さくできるが、光路長が短い、検出に寄与しない光(迷光)が検出器に入射してしまうなどの理由で検出感度が不足することが問題となっている。
マイクロマシニング技術を用いてガラス基板上に流路を形成し、電気泳動用チップとして用いる場合、流路が微小であるため、検出法に吸光度検出を用いる場合に光路長が短く、十分な検出感度が得られないという問題がある。高分解能を保ったまま光路長を長くするためには、高アスペクト比(流路の深さ/幅の比)の流路を形成する必要があるが、通常用いられるウエットエッチングによる流路形成方法ではエッチングが等方的に進行するため、アスペクト比が1以上の流路は形成できない。ドライエッチングを用いる場合は高アスペクト比の流路を形成することが可能であるが、一般にシリコンと比較してガラスのエッチングレートは小さく、流路形成に長時間を要する。またドライエッチングのマスク材料はガラスとのエッチング選択比を大きく取れないため、厚い膜が必要であり、高精度パターニングが困難である。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、測定室の体積が上記した各種分離分析手段の分離能力を損なわない程度、すなわち流路断面積が分離キャピラリーカラムと同程度な検出計セルを実現し、しかも、検出感度を改善するため、アスペクト比の高い流路を持つセルを、生産性よく作製することのできる検出計セルおよび光学測定装置を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明の検出計セルは、液体試料を導入するための試料導入口と、導入された液体試料の流路と、液体試料を排出する試料排出口が設けられ、前記流路のうちの少なくとも一部の領域を測定室として用いる検出計セルであって、前記検出計セルは、シリコン基板とガラス板Bとをフッ酸接合し、前記シリコン基板に流路をエッチング形成し、さらに前記試料導入口と前記試料排出口とが設けられたガラス板Aを前記シリコン基板上にフッ酸接合することにより、ガラス板Aとガラス板Bとによって流路が形成されたシリコン基板を挟設接合したことを特徴としている
【0005】
さらに、本発明の検出計セルは、前記流路の断面形状の深さ/幅の寸法比が1以上であることを特徴としている。
【0006】
そして、本発明の光学測定装置は、測定室へ検出光を照射することによって光学測定を行う光学測定装置であって、さらに前記検出計セルを位置決めする手段を備えたことを特徴としている。
【0007】
本発明の検出計セルおよび光学測定装置は上記のように構成されており、検出計セルが、ガラス板Aとシリコン基板とガラス板Bとを3層構造に接合して構成され、試料の流路となる部分がシリコン基板をドライエッチングすることによって加工され、その上部のガラス板Aには試料導入口と試料排出口とが設けられ、上下のガラス板を接合することによって形成される。そして、フォトファブリケーション技術を用いることにより、シリコン基板上の流路の断面形状の深さ/幅の寸法比が、1以上の高アスペクト比になる溝を形成することは、ガラスと比較して短時間で加工が可能である。また、エッチングマスクはフォトレジスト膜で行うことができる。その結果、検出感度に優れた検出計セルを生産性良く製作することができる。そして、高精度に形成された幅、深さともに微小で、流路断面積が分離キャピラリーカラムとほぼ同程度な流路を測定室として使用するため、各種分離分析手段の分離能力を損なわない程度に、微小な体積の測定室を実現できる。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の検出計セルおよび光学測定装置の一実施例を図1、図2を参照しながら説明する。図1は本発明の検出計セル20を示す図であり、(a)は平面図、(b)はA−A断面の側面図、(c)はB−B断面の正面図を示す。図2は本発明の検出計セル20を用いた光学測定装置を示す図である。
検出計セル20は、ガラス板2とシリコン基板3とガラス板1との3層で形成されている。ガラス板2は、可視領域から紫外領域にいたる広い範囲で透過性の良い材質、例えば石英ガラス基板が用いられ、試料を導入する導入口2aと試料を排出する排出口2bを備えている。シリコン基板3は、20μm幅、100μm深さを有する液体試料用流路として用いる微小な流路溝8が形成されている。この流路溝8の断面形状は、深さ/幅の寸法比が1以上になるように高アスペクト比で形成されている。ガラス板1は、ガラス板2と同様に石英ガラス基板が用いられる。そしてガラス板2とシリコン基板3とガラス板1とが接合すべき面を合わせて、フッ酸溶液で密着接合されている。分析カラムから出た液体試料がガラス板2の導入口2aから導入され、シリコン基板3の流路溝8に流れ、ガラス板2の排出口2bから排出される。
【0009】
検出計セル20を用いて光学測定をする光学測定装置は、光源21と、検出計セル20と、その検出計セルをセットするステージ23と、測定室8aを透過した光を検出する光検出器22とから構成されている。
光源21は、重水素ランプ、タングステンランプ等が用いられ、分光器により所定の単波長に分光されて、測定室8aに照射するもので、紫外領域から可視領域までの所定の波長の光を出すことができる。
ステージ23は、検出計セル20を正確に位置決めできる凹部24を有し、検出計セル20を凹部24に挿入することにより、ステージ23に形成された入口流路25と検出計セル20の導入口2aとが密着でき、同時にステージ23に形成された出口流路28と排出口2bとが密着できる。そして、光源21からの光が検出計セル20の測定室8aを照射する位置になり、また、測定室8aを透過した検出光11が光検出器22に入射する位置になる。これにより、ステージ23の凹部24に検出計セル20をセットするだけで、光学測定が可能になる。
光検出器22は、光電管、光電子増倍管、光電池、光伝導セル、フォトダイオードアレイ検出器等を使用し、測定室8aの液体試料を透過して透過光を検出する。その信号は増幅処理され、データ分析部で吸光度又は透過パーセントとして表示される。
【0010】
次に、検出計セルおよび光学測定装置の操作について説明する。まず、検出計セル20をステージ23にセットし、分析装置を動作させる。分析カラムから分離されて出てきた液体試料は、入口流路25から検出計セル20の導入口2aに導入され、検出計セル20の流路溝8に流れる。この流路溝8の一部を測定室8aとしているので、この十分に微小な体積の測定室8aを液体試料は流れる。この流路溝8の断面形状は、深さ/幅の寸法比が1以上になるように高アスペクト比で形成されているので、光路長が深さの方向に長くなる。そして、光源21からの光が検出計セル20に入射し、液体試料用流路溝8の一部である測定室8aのみを光が通過し、それ以外の光はスリットとして機能するシリコン基板3によって遮られ、検出光11は光検出器22に入る。このために、従来に比べて迷光を減少させることができ、検出感度が向上する。検出が終わった液体試料は検出計セル20の排出口2bから出口流路28を通過して、外部のコレクタータンクに排出される。
【0011】
次に、検出計セル20の製作プロセスについて説明する。製作プロセスはシリコンーガラス接合工程(a)、製作前工程(b)、流路製作工程(c)、ガラス板加工工程(d)、アッセンブリ工程(e)で行われる。図3に示すシリコンーガラス接合工程では、手順a−1としてシリコン基板3とガラス板1を洗浄し、シリコン基板3の表面に熱酸化により酸化膜37を形成する。そして、手順a−2としてシリコン基板3とガラス板1を接合面に1%フッ酸水溶液を塗布し、両者を合わせて上部から1MP程度の荷重を印加しつつ、室温で24時間放置する手順a−3としてシリコン基板3の表面の酸化膜37をフッ酸溶液で除去する。図4に示す製作前工程(b)では、手順b−1としてシリコン基板3とガラス基板1を接合したものを回転台にセットして、表面にフォトレジスト6、例えばAZ4620を、3000rpmの回転スピードで40秒間、スピンコーティングを行う。このとき、フォトレジスト6の厚みは約7μmとなる。使用するフォトレジスト6の材質及び厚みは、特に限定されるものではなく、後のエッチング工程に耐える材質および厚みであればよい。手順b−2としてフォトレジスト6は、フォトマスク7を用いてUV光で露光され、その後現像される。ここで、フォトレジスト6の露光は、一般に半導体製造に用いられているアライナーを使用することができる。さらに、フォトレジスト6を現像する現像液は、用いるフォトレジスト6を現像するために使用されているものであれば、特に限定されるものではない。図5に示す流路製作工程(c)では、手順C−1としてSFとCHFとArの混合ガス中で高周波プラズマを用いたドライエッチングによりシリコン基板3をエッチングする。このときに流路溝8が形成される。ここで使用されるエッチングガスは、特に限定されるものではなく、シリコン基板3の高アスペクト比の流路溝8の加工が可能なガスであれば何れでも良い。手順C−2としてフォトレジスト6を除去する。そして、手順C−3としてシリコン基板3を加熱し、表面に酸化膜37を形成する。図6に示すガラス板加工工程(d)では、ガラス板2を例えばサンドブラストなどの加工により、液体試料の導入口2aと排出口2bを加工し、貫通穴を形成する。図7に示すアッセンブリ工程(e)では、(a)〜(c)の工程により試料用の流路溝8を形成したシリコン基板3、ガラス板1と、(d)の工程により貫通穴を形成したガラス板2を重ね合わせ、シリコンーガラス接合工程(a)と同様の接合方法によって接合し、ガラス板2とシリコン基板3とを接着させて検出計セル20を完成させる。
【0012】
上記の実施例では、シリコン基板3に流路溝8として一流路を形成した場合を説明したが、図8に示すように、シリコン基板3に複数の流路溝8を形成することもできる。シリコン基板3に対する深いドライエッチング技術は確立されており、例えば幅10μm、深さ100μmの溝を20μm間隔で並べて形成することもできる。この場合、複数の分析を同時に行うことが可能であり、分析のスループットを向上させることができる。
【0013】
また、シリコン基板3上に2本の交わった流路溝8を形成することもできる。この場合、一方の流路をサンプル導入用とし、他方を分離用として用いることにより、高精度なサンプル注入が可能である。
【0014】
【発明の効果】
本発明の検出計セルおよび光学測定装置は上記のように構成されており、検出計セルにおける試料流路となる溝は、フォトファブリケーション技術を用いて、シリコン基板上に形成されているため、その溝幅と深さは微小に高精度に加工され、流路断面積が分離キャピラリーカラムとほぼ同程度で測定室に使用でき、各種分離分析手段の分離能力を損なわない程度に、微小な体積の測定室を実現できる。そしてシリコン基板を加工して、高アスペクト比の試料の流路を形成しているため、吸光度分析における光路長を長くとることができる。さらに流路部を通過する以外の入射光は、シリコンで遮られる構成であるため、検出器に入射する迷光が低減でき、従来に比べて検出感度が向上する。また、本発明の検出計セルは半導体製造技術を用いて製造されるため、検出計セル全体が小型・高精度に加工されており、さらに複数の検出計セルを一括して生産することができるため、コストの低減になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の検出計セルの一実施例を示す図である。
【図2】 本発明の光学測定装置の一実施例を示す図である。
【図3】 本発明の検出計セルのシリコンーガラス接合工程を示す図である。
【図4】 本発明の検出計セルの製作前工程を示す図である。
【図5】 本発明の検出計セルの流路製作工程を示す図である。
【図6】 本発明の検出計セルのガラス板加工工程を示す図である。
【図7】 本発明の検出計セルのアッセンブリ工程を示す図である。
【図8】 本発明の検出計セルの他の実施例を示す図である。
【図9】 従来の液体クロマトグラフィの分析装置を示す。
【図10】 従来の光学測定装置を示す図である。
【符号の説明】
1…ガラス板 2…ガラス板
2a…導入口 2b…排出口
3…シリコン基板 6…フォトレジスト
7…フォトマスク 8…流路溝
11…検出口 20…検出計セル
20a…検出計セル 21…光源
22…光検出器 23…ステージ
24…凹部 25…入口流路
28…出口流路 30…送液部
30a…送液ポンプ 30b…移動相タンク
31…試料注入部 32…分離部
32a…分析カラム 33…検出部
33a…検出計セル 34…データ分析部
35…コレクタータンク 36…測定室
37…酸化膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a detector cell for measuring absorption or emission of light in the ultraviolet or visible region, and optical measurement using this detector cell, which are used when detecting components in a very small amount of liquid sample. Relates to the device.
[0002]
[Prior art]
A detector cell for measuring the light absorption of a specimen in the ultraviolet or visible region is a method for accurately and rapidly analyzing trace components in the field of analytical chemistry (especially in the environmental analysis field, clinical field, pharmaceutical field, etc.). It is often used as a detector (for example, capillary electrophoresis (CE), liquid chromatography (LC) or flow injection analysis (FIA)). This detector cell usually has a sample inlet for introducing a liquid sample to be analyzed, a flow path for the liquid sample, and a sample outlet for discharging the liquid sample. Or it has a measurement chamber which becomes an interaction area | region with the light ray of a visible region, and it distributes and uses it at the exit of the analysis column used for the said analysis method. In addition, the measurement chamber is provided with an entrance and an exit for measurement light, and light in the ultraviolet or visible region passes through the liquid sample existing in the measurement chamber through the entrance and exits from the exit for photometry. It is detected by an optical system.
FIG. 9 shows an apparatus configuration diagram of liquid chromatography (LC) using a liquid as a mobile phase. The apparatus includes a liquid feeding unit 30, a sample injection unit 31, a separation unit 32, and a detection unit 33. The liquid feed pump 30 a sends the solution in the mobile phase tank 30 b to the sample injection unit 31 with a discharge pressure of about 70 to 400 kg / cm 2 . A small amount of sample to be analyzed is injected from the septum of the sample injection unit 31 by a microsyringe, and sent to the analysis column 32a of the separation unit 32 together with the mobile phase. The separated sample enters the detector cell 33a through the analysis column 32a of the chromatographic tube filled with the porous fine particles.
FIG. 10 shows an optical measuring device using the detector cell 33a. The apparatus uses a light source 21 (normally the light emitted from the light source 21 is split into monochromatic light by a spectroscope and irradiated on the sample. Here, the light exiting the spectroscope will be described as the light source 21) and the detection of the measurement chamber 36. The measuring cell 33a, the photodetector 22, and the data analysis unit 34 are included. The measurement chamber 36 includes a detector cell 33a and a cell holder that holds the detector cell 33a. The detector cell 33a is a flow cell having a small internal volume and is usually a rectangular cell, but a special cell is also produced and can be used properly according to the purpose. The material is usually quartz glass, but there are also polystyrene resins and acrylic resins. Quartz glass can be used for both ultraviolet and visible, and others are used in the visible region. Then, the sample is separated together with the mobile phase through the analysis column 32a, and enters the detector cell 33a from the inlet channel 25. Light from the light source 21 is irradiated onto the sample in the detector cell 33a, and the sample 22 absorbs or transmits light and is detected by the photodetector 22. The detected signal is amplified and displayed and recorded by the data analysis unit 34 as absorbance or transmission percentage. The sample that has passed through the detector cell 33 a is discharged from the outlet channel 28 to the collector tank 35.
In recent years, as described in “Science, Vol. 261, p. 895-897 (1993)”, a liquid sample is introduced onto an electrophoretic member made of a glass (for example, Pyrex glass) substrate. An electrophoretic device has been developed that uses a micromachining technology based on semiconductor manufacturing technology to separate the flow channel and the flow channel for separating the liquid sample. Compared to conventional capillary electrophoresis devices, It has been reported that there are advantages that high-speed analysis is possible, solvent consumption is extremely small, and the apparatus can be miniaturized. These features make it possible to perform on-site (on-site, bedside) analysis, which has been difficult to achieve with conventional analyzers in the field of analytical chemistry described above, and for fields such as DNA analysis. It is considered promising as an advantage for screening from the viewpoint of high-speed analysis.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Conventional detector cells and optical measuring devices are configured as described above. However, for example, conventional detector cells used in capillary electrophoresis devices are more common than glass capillaries that separate samples. In addition, when the volume of the measurement chamber is large and a trace amount component is analyzed, there are many cases where the separation ability of capillary electrophoresis cannot be utilized. This is because the volume of the measurement chamber is large, so that the separated trace components are remixed and diffused into the medium.
On the other hand, a method of using the separation capillary column itself as a detection cell has been studied. In this case, the sample volume required for analysis and the volume of the measurement chamber can be made extremely small, but the detection sensitivity is insufficient because the light path length is short and light that does not contribute to detection (stray light) enters the detector. Is a problem.
When a flow path is formed on a glass substrate using micromachining technology and used as an electrophoresis chip, the flow path is very small, so the optical path length is short and sufficient detection sensitivity is obtained when absorbance detection is used for the detection method. There is a problem that cannot be obtained. In order to increase the optical path length while maintaining high resolution, it is necessary to form a flow channel with a high aspect ratio (ratio of flow channel depth / width). Then, since the etching proceeds isotropically, a channel having an aspect ratio of 1 or more cannot be formed. When dry etching is used, it is possible to form a flow path with a high aspect ratio, but generally the etching rate of glass is smaller than that of silicon, and it takes a long time to form the flow path. Also, since the mask material for dry etching cannot have a high etching selectivity with glass, a thick film is required, and high-precision patterning is difficult.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the detection is performed so that the volume of the measurement chamber does not impair the separation ability of the various separation analysis means described above, that is, the flow path cross-sectional area is the same as that of the separation capillary column. An object of the present invention is to provide a detector cell and an optical measuring device capable of producing a cell having a flow path with a high aspect ratio with high productivity in order to realize a meter cell and improve detection sensitivity.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the detector cell of the present invention is provided with a sample inlet for introducing a liquid sample, a flow path for the introduced liquid sample, and a sample outlet for discharging the liquid sample. A detector cell that uses at least a part of a channel as a measurement chamber, wherein the detector cell is formed by bonding a silicon substrate and a glass plate B with hydrofluoric acid and etching the channel on the silicon substrate. Further, the glass substrate A provided with the sample introduction port and the sample discharge port is bonded to the silicon substrate with hydrofluoric acid, so that a flow path is formed by the glass plate A and the glass plate B. It is characterized by sandwiching and joining .
[0005]
Furthermore, the detector cell of the present invention is characterized in that the cross-sectional depth / width dimension ratio of the flow path is 1 or more.
[0006]
The optical measurement apparatus of the present invention is an optical measurement apparatus that performs optical measurement by irradiating detection light to a measurement chamber, and further includes means for positioning the detector cell.
[0007]
The detector cell and the optical measuring device of the present invention are configured as described above, and the detector cell is configured by joining a glass plate A, a silicon substrate, and a glass plate B in a three-layer structure, A portion to be a path is processed by dry etching the silicon substrate, and a glass inlet A is provided with a sample introduction port and a sample discharge port, and is formed by joining the upper and lower glass plates. And by using photofabrication technology, forming a groove having a high aspect ratio of 1 or more in the depth / width dimension ratio of the cross-sectional shape of the flow path on the silicon substrate is compared with glass. Processing is possible in a short time. The etching mask can be made of a photoresist film. As a result, a detector cell having excellent detection sensitivity can be manufactured with high productivity. In addition, since the flow channel, which is formed with high precision in both width and depth and has a cross-sectional area of approximately the same size as the separation capillary column, is used as a measurement chamber, it does not impair the separation ability of various separation analysis means. A measurement chamber with a minute volume can be realized.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the detector cell and the optical measuring device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B are diagrams showing a detector cell 20 of the present invention, where FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is a side view of the AA cross section, and FIG. 1C is a front view of the BB cross section. FIG. 2 is a diagram showing an optical measuring device using the detector cell 20 of the present invention.
Detector cell 20 is formed of three layers of glass plate 2, silicon substrate 3 and glass plate 1. The glass plate 2 is made of a material having good transparency in a wide range from the visible region to the ultraviolet region, for example, a quartz glass substrate, and includes an inlet 2a for introducing a sample and an outlet 2b for discharging the sample. The silicon substrate 3 is formed with minute channel grooves 8 used as a liquid sample channel having a width of 20 μm and a depth of 100 μm. The cross-sectional shape of the flow channel 8 is formed with a high aspect ratio such that the depth / width dimension ratio is 1 or more. As the glass plate 1, a quartz glass substrate is used similarly to the glass plate 2. The glass plate 2, the silicon substrate 3 and the glass plate 1 are joined together with a hydrofluoric acid solution, with the surfaces to be joined together. The liquid sample coming out of the analysis column is introduced from the inlet 2a of the glass plate 2, flows into the flow channel groove 8 of the silicon substrate 3, and is discharged from the outlet 2b of the glass plate 2.
[0009]
An optical measurement apparatus that performs optical measurement using the detector cell 20 includes a light source 21, a detector cell 20, a stage 23 that sets the detector cell, and a photodetector that detects light transmitted through the measurement chamber 8a. 22.
The light source 21 is a deuterium lamp, a tungsten lamp, or the like, which is split into a predetermined single wavelength by a spectroscope and irradiates the measurement chamber 8a, and emits light having a predetermined wavelength from the ultraviolet region to the visible region. be able to.
The stage 23 has a recess 24 that can accurately position the detector cell 20. By inserting the detector cell 20 into the recess 24, the inlet channel 25 formed in the stage 23 and the introduction port of the detector cell 20 are provided. 2a can be in close contact with each other, and at the same time, the outlet channel 28 formed on the stage 23 and the discharge port 2b can be in close contact with each other. Then, the light from the light source 21 becomes a position where it irradiates the measurement chamber 8a of the detector cell 20, and the detection light 11 transmitted through the measurement chamber 8a becomes a position where it enters the photodetector 22. Thereby, the optical measurement can be performed only by setting the detector cell 20 in the concave portion 24 of the stage 23.
The photodetector 22 uses a photoelectric tube, a photomultiplier tube, a photovoltaic cell, a photoconductive cell, a photodiode array detector, or the like, and detects the transmitted light through the liquid sample in the measurement chamber 8a. The signal is amplified and displayed as absorbance or percent transmission in the data analyzer.
[0010]
Next, the operation of the detector cell and the optical measuring device will be described. First, the detector cell 20 is set on the stage 23 and the analyzer is operated. The liquid sample separated from the analytical column is introduced from the inlet channel 25 to the inlet 2a of the detector cell 20 and flows into the channel groove 8 of the detector cell 20. Since a part of the channel groove 8 is used as the measurement chamber 8a, the liquid sample flows through the measurement chamber 8a having a sufficiently small volume. Since the cross-sectional shape of the channel groove 8 is formed with a high aspect ratio so that the depth / width dimension ratio is 1 or more, the optical path length becomes longer in the depth direction. Then, the light from the light source 21 enters the detector cell 20, the light passes only through the measurement chamber 8 a that is a part of the liquid sample channel groove 8, and the other light functions as a silicon substrate 3 that functions as a slit. And the detection light 11 enters the photodetector 22. For this reason, stray light can be reduced as compared with the prior art, and detection sensitivity is improved. The liquid sample that has been detected passes through the outlet channel 28 from the outlet 2b of the detector cell 20 and is discharged to an external collector tank.
[0011]
Next, the manufacturing process of the detector cell 20 will be described. The production process is performed in a silicon-glass bonding step (a), a pre-production step (b), a flow path production step (c), a glass plate processing step (d), and an assembly step (e). In the silicon-glass bonding step shown in FIG. 3, the silicon substrate 3 and the glass plate 1 are cleaned as a procedure a-1, and an oxide film 37 is formed on the surface of the silicon substrate 3 by thermal oxidation. Then, as a procedure a-2, the silicon substrate 3 and the glass plate 1 are coated with a 1% hydrofluoric acid aqueous solution on the joint surface, and both are left together at room temperature for 24 hours while applying a load of about 1 MP from the top . As a procedure a-3, the oxide film 37 on the surface of the silicon substrate 3 is removed with a hydrofluoric acid solution. In the pre-production step (b) shown in FIG. 4, as a procedure b-1, a silicon substrate 3 and a glass substrate 1 bonded together are set on a turntable, and a photoresist 6 such as AZ4620 is rotated on the surface at a rotation speed of 3000 rpm. Spin coat for 40 seconds. At this time, the thickness of the photoresist 6 is about 7 μm. The material and thickness of the photoresist 6 to be used are not particularly limited as long as the material and thickness can withstand a subsequent etching process. In step b-2, the photoresist 6 is exposed to UV light using a photomask 7 and then developed. Here, the aligner generally used for semiconductor manufacture can be used for exposure of the photoresist 6. Furthermore, the developing solution for developing the photoresist 6 is not particularly limited as long as it is used for developing the photoresist 6 to be used. In the flow path manufacturing step (c) shown in FIG. 5, the silicon substrate 3 is etched by dry etching using high frequency plasma in a mixed gas of SF 6 , CHF 3 and Ar as a procedure C-1. At this time, the flow channel 8 is formed. The etching gas used here is not particularly limited, and any gas may be used as long as it can process the high-aspect-ratio channel groove 8 of the silicon substrate 3. As a procedure C-2, the photoresist 6 is removed. In step C-3, the silicon substrate 3 is heated to form an oxide film 37 on the surface. In the glass plate processing step (d) shown in FIG. 6, the glass sample 2 is processed into a liquid sample introduction port 2a and discharge port 2b by processing such as sand blasting to form through holes. In the assembly step (e) shown in FIG. 7, the silicon substrate 3 and the glass plate 1 in which the sample channel grooves 8 are formed by the steps (a) to (c), and the through holes are formed by the step (d). The laminated glass plates 2 are overlapped and bonded by the same bonding method as in the silicon-glass bonding step (a), and the glass plate 2 and the silicon substrate 3 are bonded to complete the detector cell 20.
[0012]
In the above embodiment, the case where one channel is formed as the channel groove 8 in the silicon substrate 3 has been described, but a plurality of channel grooves 8 may be formed in the silicon substrate 3 as shown in FIG. A deep dry etching technique for the silicon substrate 3 has been established. For example, grooves having a width of 10 μm and a depth of 100 μm can be arranged at intervals of 20 μm. In this case, a plurality of analyzes can be performed simultaneously, and the analysis throughput can be improved.
[0013]
In addition, two intersecting channel grooves 8 can be formed on the silicon substrate 3. In this case, it is possible to inject a sample with high accuracy by using one flow path for sample introduction and the other for separation.
[0014]
【The invention's effect】
The detector cell and the optical measuring device of the present invention are configured as described above, and the groove serving as the sample flow path in the detector cell is formed on the silicon substrate using photofabrication technology. The groove width and depth are processed to a very high degree of accuracy, and the cross-sectional area of the flow path is almost the same as that of a separation capillary column, so that it can be used in a measurement chamber. A measurement room can be realized. Since the silicon substrate is processed to form a high-aspect-ratio sample flow path, the optical path length in the absorbance analysis can be increased. Furthermore, since the incident light other than passing through the flow path portion is blocked by silicon, stray light incident on the detector can be reduced, and the detection sensitivity is improved as compared with the conventional case. In addition, since the detector cell of the present invention is manufactured using semiconductor manufacturing technology, the entire detector cell is processed with small size and high precision, and a plurality of detector cells can be produced collectively. Therefore, the cost is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a detector cell according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of an optical measurement apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a silicon-glass bonding process of the detector cell of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a pre-production process of a detector cell according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a flow path manufacturing process of the detector cell of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a glass plate processing step of the detector cell of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an assembly process of a detector cell according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing another embodiment of the detector cell of the present invention.
FIG. 9 shows a conventional liquid chromatography analyzer.
FIG. 10 is a diagram showing a conventional optical measurement apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Glass plate 2 ... Glass plate 2a ... Inlet port 2b ... Discharge port 3 ... Silicon substrate 6 ... Photoresist 7 ... Photomask 8 ... Channel groove 11 ... Detection port 20 ... Detector cell 20a ... Detector cell 21 ... Light source DESCRIPTION OF SYMBOLS 22 ... Optical detector 23 ... Stage 24 ... Recessed part 25 ... Inlet channel 28 ... Outlet channel 30 ... Liquid feeding part 30a ... Liquid feeding pump 30b ... Mobile phase tank 31 ... Sample injection part 32 ... Separation part 32a ... Analysis column 33 ... detector 33a ... detector cell 34 ... data analyzer 35 ... collector tank 36 ... measuring chamber 37 ... oxide film

Claims (3)

液体試料を導入するための試料導入口と、導入された液体試料の流路と、液体試料を排出する試料排出口が設けられ、前記流路のうちの少なくとも一部の領域を測定室として用いる検出計セルであって、前記検出計セルは、シリコン基板とガラス板Bとをフッ酸接合し、前記シリコン基板に流路をエッチング形成し、さらに前記試料導入口と前記試料排出口とが設けられたガラス板Aを前記シリコン基板上にフッ酸接合することにより、ガラス板Aとガラス板Bとによって流路が形成されたシリコン基板を挟設接合したことを特徴とする検出計セル。A sample inlet for introducing a liquid sample, a channel for the introduced liquid sample, and a sample outlet for discharging the liquid sample are provided, and at least a part of the channel is used as a measurement chamber. a detection meter cell, the detection meter cell, the silicon substrate and the glass plate B are joined hydrofluoric acid, the channel in the silicon substrate was etched, and further provided said sample inlet and said sample outlet A detector cell comprising: a glass substrate having a flow path formed by glass plate A and glass plate B sandwiched and bonded by hydrofluoric acid bonding of the obtained glass plate A to the silicon substrate . 請求項1記載の検出計セルにおいて、ドライエッチングによって前記流路を形成し、断面形状の深さ/幅の寸法比を1以上としたことを特徴とする検出計セル。 The detector cell according to claim 1 , wherein the flow path is formed by dry etching, and a cross-sectional depth / width dimension ratio is 1 or more. 請求項1または請求項2に記載され検出計セルの測定室へ検出光を照射することによって光学測定を行う光学測定装置であって、さらに前記検出計セルを位置決めする手段を備えたことを特徴とする光学測定装置。 An optical measurement apparatus for performing optical measurement by irradiating a detection light to the measurement chamber of the detection meter cell according to claim 1 or claim 2, further comprising means for further positioning the detection meter cell An optical measuring device.
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