JP4473252B2 - 旋光計 - Google Patents

Description

この発明は、旋光計に関し、より詳細には、サンプルセルと該セルに収容されている液体との温度を制御するために熱電冷却器（ＴＥＣ）が用いられるサンプルセルホルダ及びサンプルセルに関する。

旋光計は、無機及び有機化合物を含む光学活性物質によって示される光学活性を測定する装置である。特に、直線偏光ビームの偏光面は、光学活性物質を通過するときに回転し、この回転は、特定の物質と物質の濃度とサンプルセルに収容される物質を介した光の光路長とによって決定され、これにより特定の物質の濃度は、測定された回転によって計算され得る。旋光度はまた、サンプルセルに収容される物質の温度によっても影響を受け、かくして、支配的な調整に要求される多くの場合において、サンプル物質の温度が正確な測定のために所定の点にあるよう制御される、ということが望まれる。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、サンプルセル１１は通常、「死空間」と称される、ライトパス内ではなくセル内にあるサンプル物質の量を最小化するように円柱チューブである。一対のフランジ１５が、サンプルセル１１の対向する端部に設けられており、それぞれは、（矢印１７で示される）偏光ビームが通過できるようにビームアパーチャー１８を有する。フランジは通常、一対のフランジが一対の平行レール１６によって構成されるセルホルダに位置するとき、ライトパスにサンプルセル１１を正確に位置させるために標準的なサイズを有する。フランジは、セルの洗浄を容易にするためにサンプルセル１１から取り外しが利くようにしてもよい。サンプル物質の温度制御は、サンプル物質１２を収容するサンプルセル１１の外部表面の周囲の水ジャケット１４に水を循環させることによって実現される。水ジャケット１４は、所定の温度の水源に接続されている水管１９に通じている外部チューブ１３によって形成されている。しかしながら、そのような水の温度制御システムは、水ジャケットおよび冷却チューブを含み、構造の点で複雑である。その上、セルを洗浄するとき及びサンプルを取り替えるときに管を接続及び分離することは不便である。温度設定点を変更するにもまた時間がかかる。

最近、熱電冷却器（thermo electric cooler：ＴＥＣ）のような熱電温度制御技術が、旋光計の温度制御のために紹介された。通常、形状が平らなプレートであるＴＥＣ装置の一側面の温度は、電流によって制御可能である。図２に示すように、ヒートシンクを有するＴＥＣ要素６３は、矩形サンプルセル６１を収容できる矩形セルホルダ６２と熱伝導性を有するよう設けられている。（矢印６７で示される）偏光ビームは、セルホルダ１２に設けられたアパーチャー６８を介してサンプルセル１１を通過する。固体ＴＥＣ要素６３は、従来の円柱セルサンプルに要求される水管の複雑さと不便さとを排除する。その上、セルホルダ６２及びしたがってサンプルセル６１の温度は、所定の点に容易にかつ素早く制御することができる。しかしながら、矩形サンプルセル６１は、高死空間を想定しており、より大きなサンプル体積が満たされることを要求する。これは、測定された物質が非常に高価である場合に多大の費用を要する。そのような矩形構造設計に伴う他の問題は、セルホルダ６２が、産業で一般に用いられる従来の標準的な円柱サンプルセルと協働し得ないことである。加えて、この設計は、適切な支配調整（governing regulation）によって要求される限界内に温度を制御することができない。なお、本出願人の知る限りにおいては、本出願に関連性を有する先行技術文献は存在しない。

本発明の目的は、ＴＥＣ要素によって制御可能な温度を有する、実質的に円柱の内部体積を有するサンプルセルを提供することである。

本発明のさらなる目的は、セルホルダによって、温度制御モードにある発明的なサンプルセルと制御された温度ではない一般的な標準セルとの両方を保持することのできるセルホルダを提供することである。これらの一般的なセルは、水ジャケット温度制御型か又は非ジャケット非温度制御型かのどちらかとすることができる。

本発明のさらなる目的は、ＴＥＣ要素によって制御可能な温度で円柱サンプルセルを保持するセルホルダを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、現在共通して使用されている一般的な標準サンプルセルと協働することのできるＴＥＣ温度制御ユニットを有するセルホルダを提供することにある。

上述の目的を達成するために、この発明のサンプルセルは、サンプルセルを所定の温度に保持するよう温度制御されたベースプレートを補足的に接触させるために露出された一面を残す絶縁外部カバーを有する実質的に円柱の内部体積を囲む熱導電物体と、測定光ビームがサンプルセルを長手方向に通過するよう所定の位置にサンプルセルを位置させる手段と、を備える。

このように、死空間が少ないサンプルセルの温度は、温度制御手段によって制御される。従来の円柱サンプルセルに要求される水ジャケットシステムは排除される。

好ましくは、位置決めの目的で光ビームのライトパスと関連して固定して位置決めされるベースプレートは、ＴＥＣ要素と熱伝導することによって温度制御される。

好ましい実施例では、熱伝達要素は、円柱サンプルセルが置かれるセルマウントである。セルマウントは、所定の位置のベースプレートに置かれる。

好ましくは、ベースプレートは、セルマウントが置かれる傾斜上部表面を備え、セルホルダはさらに、水平レールを備える。レールは、一方で、ベースプレート上の所定の位置でセルマウントを停止し、他方で、レールとベースプレートの傾斜上部表面とに直接置かれるフランジを支持することによって、一般的な標準円柱サンプルセルを支持することができる発明的なセルホルダを可能にする。

他の好ましい実施例では、熱伝達要素は、一対の平行レールに置かれる円柱サンプルセルに置かれるカバーである。好ましくは、熱伝達要素は、ベースプレートが異なるサイズの円柱サンプルセルに対する異なる熱伝達要素と協働することができるように、ベースプレートに分離可能に接続されている。

この発明の上述の及び他の利点及び特徴は、添付の図面を参照してこの発明の好ましい実施例の次の詳細な説明から明らかとなろう。

本発明は、同一の参照番号が同様の構成要素を示す図３Ａ〜図９に示された好ましい実施例を参照して、以下詳細に述べられる。

この発明の第１実施例に係るセルホルダが図３Ａ及び図３Ｂに示されている。セルホルダは、円柱サンプルセル１１を補足的に収容するために凹形円柱表面を有するセルマウント２２を備える。セルマウント２２は、下に熱導体（thermal electric conductor：ＴＥＣ）要素２３が取り付けられるベースプレート２１に置かれる。セルマウント２２及びベースプレート２２の両方は、セルマウント２２、したがってセルマウントの凹形円柱表面の温度がＴＥＣ要素２３によって制御されるように、熱伝導性材料から作られている。熱伝達表面のようなセルマウント２２の凹形円柱表面を用いて、サンプルセル１１はＴＥＣ要素２３と熱伝導し、これによりサンプルセルの温度は、電流によって所定の点に制御されるＴＥＣ要素２３と同じ温度に保持される。ＴＥＣ要素２３には、複数の冷却ひれを有するヒートシンク２４が設けられている。

ベースプレート２１は、セルマウント２２によって支持されるサンプルセル１１の位置決めの目的で、（矢印１７で示される）測定偏光ビームのライトパス（light path）に関連する位置に確実に固定される。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、ベースプレート２１は、その上部表面が傾斜するように傾いた姿勢を呈する。単一の水平レール１６は、以下に詳細に述べられるサンプルセル１１の位置決めのためでもあるが、ベースプレート２１の傾斜上部表面と平行に設けられている。

サンプルセル１１には、一対の円形フランジ１５が設けられており、フランジのそれぞれは、光ビーム１７がサンプルセル１１に収容されるサンプル物質１２を通過するように中央アパーチャー１８を有する。フランジ１５はレール１６の付近にあり、これにより、セルマウント２２は、ベースプレート２１の傾斜上部表面に沿ったさらなる動きから所定の位置で停止される。フランジ１５は、ベースプレート２１の傾斜上部表面に触れないように、１５ａで部分的に取り除かれている、ということに留意されたい。このように、サンプルセル１１の位置決めは、フランジ１５とレール１６との間の接触によって、及びセルマウント２２とベースプレート２１の傾斜上部表面との間の接触によって、実現される。

囲み部材２５が、セルマウント２２の凹形円柱表面と共に、サンプルセル１１に対する長手方向の完全な包囲を形成するために設けられている。囲み部材２５は、例えばヒンジ接続２６によって、セルマウント２２へ取り付けることができる。囲み部材２５は、サンプルセル１１が周囲環境にさらされるのを防ぐために、熱絶縁材料から形成されている。

あるいは、囲み部材２５は、セルマウント２２とサンプルセル１１との間の熱伝導を高めるために、熱伝導性材料から形成することができる。好ましくは、凹形表面は、サンプルセル１１上の優先的な覆いに対して囲み部材２５の内部表面に形成することができる。

図３Ａ及び図３Ｂにおけるセルホルダの一つの重要な利点は、セルホルダが、水温度制御システムを有するか又は有せずに一般的な標準円柱サンプルセルと協働することもできることである。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、一般的な標準円柱サンプルセル１１の一対のフランジ１５は、単一のレール１６とベースプレート２１の傾斜上部表面とに直接置くことができる。サンプルセル１１の位置決めは、フランジ１５とレール１６との間の接触によって、及びフランジ１５とベースプレート２１の傾斜上部表面との間の接触によって、実現される。

このように、図３Ａ及び図３Ｂに示されるセルホルダは、産業で現在広く使われている水ジャケット温度制御システムを有する一般的な標準円柱サンプルセルと、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように部分的に除去されたフランジを有する新奇な円柱サンプルセル１１と、の両方と協働することができる。

セルホルダの他の実施例が図５Ａ及び図５Ｂに示されており、図においてレール１６は、ベースプレート２１の傾斜上部表面上の所定の位置でセルホルダを停止するために、セルマウント２２の側面に直接隣接している。この実施例における円柱サンプルセル１１は、フランジを必要とせず、かくして実質的に製造のコストを減少させる。サンプルセル１１の位置決めはまた、図３Ａ及び図３Ｂに示された場合のように、フランジからサンプルセルに加わる力がないように改善される。

この実施例において、凹形円柱表面が設けられているセルマウント２２の上部表面は一般に、サンプルセル１１を安定して支持するよう水平である。光ビームアパーチャー１８を有する一対のキャップ２０は、サンプルセルの洗浄を容易にするために対向する端部（opposite ends）に設けられている。この実施例のセルホルダはまた、図４Ａ及び図４Ｂに示すような一般的な標準円柱サンプルセルと協働することができる。

温度センサは、サンプルセルを挿入することによって、及び／又は公知の技術に従ってベースプレートのそのようなセンサを永久的に埋め込むことによって、用いることができる。そのような技術、及び他のものは、当技術で知られており、ここでは詳細に述べない。

図６Ａ及び図６Ｂは、この発明の第３実施例に係るセルホルダを示し、図において、ベースプレート２１は、水平に位置決めされており、かくして図３〜図５におけるレール１６の必要性が排除される。凹形円柱熱伝達表面で円柱サンプルセル１１を支持するセルマウント２２は、ベースプレート２１の水平上部表面に置かれている。図３〜図５の実施例と同様に、ベースプレート２１は、セルマウント２２の、したがってサンプルセル１１の位置決めの目的で、ライトパスと関連する位置に確実に固定される。セルマウント２２の横方向の動きを防止するために、側壁の形態とすることができるストッパ２７が、セルマウント２２を停止するためにベースプレート２１の上部表面に設けられる。付勢スプリング力（bias spring force）がまた、セルマウント２１がストッパ２７に対抗して隣接することを確実にするために設けられ得る（図６Ｂ参照）。

図７Ａ及び図７Ｂは、この発明の第４実施例に係るセルホルダを示し、この図は図６Ａ及び図６Ｂに示されたものと同様であり、したがって異なる特徴のみをここで述べる。この実施例では、ベースプレート２１におけるセルマウント２２の位置決めは、ストッパ２７の代わりに、複数の位置決めピンホール接続２８（これら位置決めピンホール接続のうち２つが図７Ｂに示されている）によって実現される。この実施例ではベースプレート２１の側壁に取り付けられるようにＴＥＣ要素２３が示されていることにも留意されたい。

この発明の第５実施例に係るセルホルダは、図８Ａ及び図８Ｂに示されている。図３〜図７に示された以前の実施例とは異なり、この実施例のＴＥＣ温度制御ユニットは、円柱サンプルセル１１上を覆う熱伝達要素として実施される。特に、この実施例のベースプレート２１は、以前の実施例のようにビームライトパス（beam light path）と関連して固定されておらず、かくして位置決め機能を有さない。

この実施例のＴＥＣ温度制御ユニットは、円柱サンプルセル１１の外部表面で優先的に覆うための凹形円柱熱伝達表面が設けられた熱伝達要素２２を備える。熱伝達要素２２は、ベースプレート２１が異なるサイズのサンプルセル１１に対して異なる熱伝達要素２２と接続され得るように、例えばあり継ぎ接続２９によってベースプレート２１と分離可能に接続されている。ＴＥＣ要素２３は、ベースプレート２１及び熱伝達要素２２を通じてサンプルセル１１に対して温度制御を与えるために、ベースプレート２１に取り付けられている。ＴＥＣ要素２３の温度は、当技術でよく知られているように、電流によって所定の点に制御可能である。ＴＥＣ要素２３にはまた、複数の冷却ひれを備えるヒートシンク２４が設けられている。

この実施例においては、ＴＥＣ温度制御ユニットは、サンプルセル１１の位置決めを妨げないので、旋光計とは物理的に独立した個別の装置として与えられ得る。

この実施例における円柱サンプルセル１１の位置決めは、ちょうど図１Ａ及び図１Ｂに示された従来の方法のように、一対のフランジ１５が置かれる一対の平行レールによって単独で実現される。したがって、この実施例のセルホルダはまた、一般的な標準円柱サンプルセルと良く協働する。図３Ａ及び図３Ｂに示された実施例とは異なり、ここでのフランジ１５は、形が完全な円形であり、部分的に除去される必要はない。

図９は、円柱穴９０１が材料９０２によって囲まれているこの発明の付加的な実施例を示す。図９の実施例は、周囲の材料９０２がセルに接続されるようになる個別の部分でない点で、他の実施例とはいくぶん異なる。その代わりに、材料９０２及び穴９０１は、単一の構成部分から形成されている。特に、ここで用いられるような、セルと接触する凹形円柱熱伝達表面は、図９のような実施例の場合における材料９０２と穴９０１との間の結合部を覆うよう意図されており、ここで２つは単一の部分から形成される。

上では、この発明の好ましい典型的な実施例を述べた。しかしながら、この発明の要点を逸脱することなく当業者に多くの変形、修正、及び変更が可能であることを理解されたい。例えば、図５Ａ及び図５Ｂの実施例では、レール１６の代わりとして、所定の位置でセルマウント２２を停止する目的で、ベースプレート２１の傾斜上部表面にブロックが設けられ得る。図８Ａ及び図８Ｂの実施例では、それぞれのサイズの円柱サンプルセル１１に対して一体の装置を形成するために、熱伝達要素２２がＴＥＣ要素２３に直接接続されている場合には、ベースプレート２１は除去することができる。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってもっぱら規定されるべきである。

従来技術の一般的な標準円柱サンプルセルとサンプルセルを支持する位置決めレールとを示す透視図である。 従来技術の一般的な標準円柱サンプルセルとサンプルセルを支持する位置決めレールとを示す断面図である。 温度制御のためのＴＥＣ要素を有する矩形サンプルセルを保持するための従来技術の矩形セルホルダを示す透視図である。 この発明に係るセルホルダの第１実施例を示す透視図である。 この発明に係るセルホルダの第１実施例を示す断面図である。 一般的な標準円柱サンプルセルと共に用いられる場合の図３Ａにおける第１実施例を示す透視図である。 一般的な標準円柱サンプルセルと共に用いられる場合の図３Ｂにおける第１実施例を示す断面図である。 この発明に係るセルホルダの第２実施例を示す透視図である。 この発明に係るセルホルダの第２実施例を示す断面図である。 この発明に係るセルホルダの第３実施例を示す透視図である。 この発明に係るセルホルダの第３実施例を示す断面図である。 この発明に係るセルホルダの第４実施例を示す透視図である。 この発明に係るセルホルダの第４実施例を示す断面図である。 この発明に係るセルホルダの第５実施例を示す透視図である。 この発明に係るセルホルダの第５実施例を示す断面図である。 サンプルを保持するセルと周辺材料との位置が互いに一体となった本発明の代替実施例を示す図である。

符号の説明

１１ サンプルセル
１２ セルホルダ
１４ 水ジャケット
１５ フランジ
１６ 水平レール
２１ ベースプレート
２２ セルマウント

Claims (3)

1. 旋光計内の円柱形状のサンプルセルの温度を制御する温度制御装置であって、
   前記旋光計は、光が前記サンプルセルを長手方向に伝播するよう配置された光生成手段を有し、前記温度制御装置は、前記サンプルセルを支持するセルホルダを備え、
   前記セルホルダが、前記サンプルセルの円筒形外表面を緊密な態様で被覆する円筒形熱伝達凹所を有したセルマウントを備え、
   前記円筒形熱伝達凹所と共に、周囲温度と離れて前記サンプルセルを保持するために、前記サンプルセルの周囲に長手方向完全エンクロージャを形成するための、囲み部材をさらに備えることを特徴とする温度制御装置。
2. 請求項１記載の温度制御装置において、
   前記囲み部材は、熱絶縁材料から形成されていることを特徴とする温度制御装置。
3. 請求項２記載の温度制御装置において、
   前記囲み部材は、熱伝導性材料から形成されていることを特徴とする温度制御装置。

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