JP4171672B2

JP4171672B2 - 分光測定用試料容器

Info

Publication number: JP4171672B2
Application number: JP2003171600A
Authority: JP
Inventors: 信之坂柳
Original assignee: Jasco Corp
Current assignee: Jasco Corp
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2023-06-17
Also published as: JP2005009910A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は分光測定装置、特に分光光度計、円二色性分散計に用いられる試料容器の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透過率、吸収率スペクトルや円二色性分散等、物質の光学的性質に関するスペクトル測定は、物質の諸性質を調べる上で重要な測定手段である。例えば、円二色性分散計は、左右円偏光に対する吸収率の違いを測定する装置であり、分子の立体構造の研究には不可欠な装置である。
円二色性分散計を用いて測定される重要な測定対象としては、蛋白質が挙げられる。蛋白質は分子量だけでなく、立体構造により生理活性が異なるため、その立体構造の研究が必要であるからである。さらに、その立体構造は温度に依存するため、温度を変化させ、異なる複数の温度の下で上記のスペクトル測定を行うことが重要となってくる。
【０００３】
例えば、大気圧以上の圧力の下では、水の沸点は１００℃以上であり、そのような条件での蛋白質の研究が注目されている。例えば、海底火山付近には、１２０℃で生命活動を行っている微生物の存在が確認されており、これらの微生物は高温時でも生理活性のある特殊な蛋白質を生命保持に利用していると予想されている。また、１００℃以下ではあるが、高温で機能する酵素は遺伝子配列の決定に利用されてすでに実用化されている。さらに、１００℃以上では生物の存在は限られるので、高温で機能する蛋白質の実用的な新しい応用が可能になることが予想される。
【０００４】
【非特許文献１】
池田照樹、久保佳子、山内芳雄、斎藤宗雄、「ラマン分光法による超臨界ＣＯ_２中のアゾベンゼンおよび誘導体の構造解析」、ＪａｓｃｏＲｅｐｏｒｔ、日本分光株式会社、平成９年５月８日、超臨界最新技術特集号、ｐ．６６〜６７
【非特許文献２】
山内芳雄、小西秀樹、斎藤宗雄、「超臨界流体の高度利用に関する装置技術」、ＪａｓｃｏＲｅｐｏｒｔ、日本分光株式会社、平成９年５月８日、超臨界最新技術特集号、ｐ．７２〜７４
【非特許文献３】
荒井康彦監修、「超臨界流体のすべて Fundamentals and Applications of Supercritical Fluids」、初版第１刷、株式会社テクノシステム、２００２年１０月２０日、ｐ．５８５〜５９３
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように温度変化に伴う物質の性質の変化を研究することは重要なテーマであるが、従来温度変化を伴った場合の分光測定は満足には行われていなかった。その理由として、大気圧の環境で試料の温度を変化させて測定を行っていたため、１００℃以上の高温では水が沸騰してしまい測定が困難であったことがあげられる。また、圧力を上げて測定するための耐圧セルも存在したが、この耐圧セルは本体を金属で作成し石英等の窓を取り付けたものであった(例えば、非特許文献１〜３を参照)。そのため、蛋白質等がセル本体の金属に吸着してしまい正確な測定を継続的に行うことは困難であった。
本発明は上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は温度可変な測定を可能とする分光測定用の試料容器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る分光測定用試料容器は、試料を封入するための試料セルと、該試料セルを内部に設置するための圧力容器と、該圧力容器内の圧力を一定に保つための圧力制御手段と、前記試料セルの温度の制御をするための温度制御手段と、を備え、前記圧力容器には試料に測定光を照射するための窓部が設けられ、前記圧力容器内の圧力を一定に保ちながら、試料の温度を変更できることを特徴とする。
【０００７】
上記の分光測定用試料容器において、前記圧力制御手段が、高圧ガスボンベと、圧力レギュレータと、で構成され、前記圧力容器内に前記高圧ガスボンベからの不活性ガスを注入し、前記圧力レギュレータによって前記圧力容器内の気圧を一定に保つことが好適である。
上記の分光測定用試料容器において、前記圧力容器と前記高圧ガスボンベとの配管の途中にリークバルブを備え、前記圧力容器内の気体が前記リークバルブから僅かに漏れるようにすることで、前記圧力容器内の気圧を一定に保つことがさらに好適である。
【０００８】
上記の分光測定用試料容器において、温度制御手段として、前記試料セルを加熱するためのヒータと、試料セルの温度を検知する温度センサと、ヒータへ流す電流を制御するための温度コントローラーと、を備えたことが好適である。
上記の分光測定用試料容器において、前記ヒータの熱を伝えやすくするために前記試料セルを熱伝導体で保持し、該熱伝導体と前記圧力容器の間に断熱材を設けることがさらに好適である。
上記の分光測定用試料容器セルは、円二色性分散計用の高温恒圧セルとして好適に用いることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の分光測定用試料容器の好適な実施形態である。図１の分光測定用試料容器１０は、試料を封入するための試料セル１２と、試料セル１２を内部に設置するための圧力容器１４と、該容器内の圧力を制御するための圧力制御手段１６と、試料セル１２の温度を制御するための温度制御手段１８と、を備える。圧力容器１４には測定光を透過するための窓部２０ａ、２０ｂが設けられており、この窓部を通して試料に光を照射し分光測定を行う。つまり、光源から照射された光は、窓部２０ａを通り試料セル１２へと照射される。さらに、試料セル１２を透過した光は窓部２０ｂを通り、検出器へと向かう。また、試料を封入するための試料セルとしては、分光光度計による測定で一般に用いられている石英試料セル等を用いればよい。
【００１０】
本発明では、試料をまず試料セル１２に封入し、その試料セル１２を圧力容器１４内に設置し、圧力や温度の制御を該圧力容器１４内で行うように構成した。この結果、試料自身が圧力容器１０の金属部分と接触しないようになっているため、試料、例えば蛋白質、が金属部分に吸着してしまうということがなく、正確な測定を継続的に行うことが可能となった。また、圧力容器１４内の圧力を高圧にすることで、１００℃以上の高温にしても水が沸騰することがなく、１００℃以上の高温での蛋白質の測定が可能となった。
【００１１】
次に圧力制御手段及び温度制御手段の本実施形態の具体的な構成を述べる。
圧力制御手段１６は、不活性なガス、例えば窒素を封入した高圧ボンベ２２と、圧力レギュレータ２４と、リークバルブ２６と、によって構成される。高圧ボンベ２２は圧力レギュレータ２４を取り付けられ、さらに、リークバルブ２６を介して圧力容器１４に接続されている。
【００１２】
高圧ガスボンベ２２内の高圧ガスは、圧力レギュレータ２４によって気圧を制御されて圧力容器１４に送られる。そして、圧力容器１４内の気圧と、圧力レギュレータ２４によって制御された気圧とがつりあった平衡状態に落ち着く。このように、圧力容器１４内の気圧を一定にすることで、試料セル１２にかかる圧力を一定に保つことができる。
【００１３】
さらに、圧力容器１４内の気体はリークバルブ２６によって所定量だけ漏れることができるように構成されている。このように容器内の気体が僅かに漏れるようにすれば、圧力容器１４内の温度を変化させた場合、容器内の気体が温度上昇のため膨張しても、膨張分の気体はリークバルブ２６から漏れ出す。よって、圧力容器１４内の気圧は、圧力レギュレータ２４で設定した値に保たれる。また、容器内の温度を一定に保っている場合にも、高圧ガスボンベ２２から新たに気体が供給されるため、容器１４内の気圧は一定に保たれている。
【００１４】
このように、温度を変化させた時でも容器内の圧力が一定に保たれるため、圧力容器１４の窓部２０ａ、２０ｂにかかる負荷も一定となり、窓の歪みが変化しない。また、試料セル自身にかかる圧力も一定に保たれるため、試料セル自身の歪みも変化しない。よって、ひずみの変化によって生じる窓部２０ａ、２０ｂ等の屈折率変化がないため、好適な分光測定を行うことが可能となる。窓のひずみの変化は特に光の偏光状態に大きく影響を与えるため、偏光測定を行う円二色性分散計では特に深刻な問題となる。しかし、本発明によれば、温度を変化させた場合でも窓部のひずみの変化が生じないため、円二色性分散計に最適な試料容器が提供できる。
また、圧力制御手段のその他の実施形態として、油圧プレスと圧力センサとを圧力制御手段にもちいることも可能である。この場合、さらに高圧な状態を実現でき、２００℃以上の高温での測定も可能となる。
【００１５】
温度制御手段１８は、ヒータ３０と、ヒータ３０へ流す電流を制御する温度コントローラー３２と、試料セル１２の温度を検知するための温度センサ２８と、で構成されている。ヒータ３０上には試料セル１２が設置され、また熱伝導体３４が試料セル１２を取り囲むように保持されている。このように試料セル１２を熱伝導体３４で保持することによってヒータ３０からの熱を効率良く試料セル１２に伝えることができる。熱伝導体３４としては、例えば熱伝導率のよい金属、例えば銅ブロック等、を用いればよい。また、熱伝導体３４と圧力容器１４の間は断熱材３６によって断熱されており、試料の温度を安定に保つよう工夫されている。ただし、これらの熱伝導体１２及び断熱材３６の設置は、試料セル１２への測定光の照射を妨げないように行う。また、図１の圧力容器１４の上部に設けられた空隙は、試料の取り出しのために設けたものである。
上記の温度制御手段の作用は従来通りのものである。つまり、温度センサ２８によって測定された試料の温度に基づき、温度コントローラー３２はヒータ３０に流す電流を制御する。この温度制御手段によって試料セルの温度を任意の温度に設定することができる。
【００１６】
図２は円二色性分散計の光路図である。この円二色分散計は、従来と同様な構成をとっており、光照射手段１１２(光源１１８、分光器１２０)と、偏光変調手段１１４(偏光子１２２、光弾性変調子１２４)と、光検出器１１６と、を備える。ただし、試料の容器として本発明の分光測定用試料容器１１０を用いる。
光源１１８から照射された光は、分光器１２０によって任意波長の単色光とされ、偏光子１２２へと向かう。偏光子１２２の軸は、光弾性変調子１２４の軸方位と所定の角度になるよう設置されており、偏光子１２２、光弾性素子１２４を通った光は所定の変調周波数で偏光状態が周期的に変調された光となる。この変調された光が、試料容器１１０内部の試料セルに照射され、試料セルを透過した光が光検出器１１６によって検出される。光検出器１１６で検出された検出信号に基づき試料の円二色性が算出される。この測定を光の波長を走査して行うことで、試料の円二色性スペクトルが得られる。
【００１７】
【実施例】
図２に示した構成で、複数の温度での円二色性スペクトルを測定した。試料容器としては、図１に示した構成のものを用いた。試料セルとしては一般に分光光度計等で使用される石英試料セルを用いた。また、高圧ガスボンベとして、約１５０気圧(１５ＭＰａ)の窒素ボンベを用いた。さらに、窒素ボンベは、１ＭＰａの圧力レギュレータが取り付けられ、三方リークバルブを介して圧力容器に接続されている。また、試料を保持する熱伝導体として銅ブロックを用い、断熱材として石英ウールを用いた。
【００１８】
圧力容器内の圧力は、１ＭＰａ(１０気圧)に設定して測定を行った。この気圧では約１８０℃まで水が沸騰しないようにできるため、１７０℃の蛋白質水溶液の測定が可能となる。図３のグラフがその結果である。図３のグラフは、５０℃と１７０℃における、アンモニウムｄ−１０カンファスルホン酸の水溶液の円二色性スペクトルを示している。二つの温度でのＣＤスペクトルのピーク位置の変化がグラフから明白に読み取れる。
このように、本発明の分光測定用試料容器によれば、試料の温度を変化させた場合のＣＤスペクトルの測定も容易に行うことができる。また、１００℃以上の高温下での測定も可能となった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、試料を封入する試料セルを圧力容器内に設置し、該圧力容器内の気圧及び温度を制御することで、恒圧かつ温度可変な分光測定用の試料容器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分光測定用試料容器の概略説明図。
【図２】円二色分散計の光路図。
【図３】本発明の試料容器を用いて測定したＣＤスペクトルのグラフ。
【符号の説明】
１０分光測定用試料容器
１２試料セル
１４圧力容器
１６圧力制御手段
１８温度制御手段
２０a、２０ｂ窓部

Claims

試料を封入するための試料セルと、
前記試料セルが内部に設置され、試料に測定光を照射するための窓部が設けられた圧力容器と、
前記試料セルの温度の制御をする温度制御手段と、
温度が変化しても該圧力容器内の圧力を一定に保つように制御する圧力制御手段と、を備え、
前記圧力容器内の圧力を一定に保ちながら、試料の温度を変更できることを特徴とする分光測定用試料容器。
請求項１の分光測定用試料容器において、
前記圧力制御手段が、高圧ガスボンベと、圧力レギュレータと、で構成され、前記圧力容器内に前記高圧ガスボンベからの不活性ガスを注入し、前記圧力レギュレータによって前記圧力容器内の気圧を一定に保つことを特徴とする分光測定用試料容器。
請求項２の分光測定用試料容器において、
前記圧力容器と前記高圧ガスボンベとの配管の途中にリークバルブを備え、前記圧力容器内の気体が前記リークバルブから僅かに漏れるようにすることで、前記圧力容器内の気圧を一定に保つことを特徴とする分光測定用試料容器。
請求項１〜３の分光測定用試料容器において、
温度制御手段として、前記試料セルを加熱するためのヒータと、試料セルの温度を検知する温度センサと、ヒータへ流す電流を制御するための温度コントローラーと、を備えたことを特徴とする分光測定用試料容器。
請求項４の分光測定用試料容器において、
前記ヒータの熱を伝えやすくするために前記試料セルを熱伝導体で保持し、該熱伝導体と前記圧力容器の間に断熱材を設けたことを特徴とする分光測定用試料容器。
請求項１〜５の分光測定用試料容器において、
円二色性分散計用の高温恒圧セルとして用いることを特徴とする分光測定用試料容器。