JP4686723B2

JP4686723B2 - 光学的分析装置

Info

Publication number: JP4686723B2
Application number: JP2006227512A
Authority: JP
Inventors: 藏屋英介
Original assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2026-08-24
Also published as: JP2008051630A

Description

本発明は、微小光路に被検液の液柱を形成して光学的分析を行う光学的分析装置に関するものである。

蛋白や血液などの被検液に含まれる種々の成分を分光分析する方法として、比色法と称される方法がある。この方法は、測定項目に対応した試薬を被検液に加え、これらを反応させて被検液を発色させた後、被検液の吸光度を測定して被検液中の成分濃度を求める方法であり、被検液の吸光度は例えば被検液をフローセルに導入した後、フローセルに特定波長の光を投射し、フローセルを透過した透過光の光量から被検液の吸光度を測定する方法が一般的である。

一方、フローセル等の容器に光を投射しないで被検液の吸光度を測定する方法として、レーザ光源から出射したレーザ光線を形成された液柱または液滴に照射し、液柱または液滴を挟んでレーザ光源と対向する光検出器の信号出力から被検液の吸光度を測定する方法（特許文献１）が提案されている。なかでも、マイクロ分光光度計をはじめとする微小光路間に液柱を形成して光学的分析を行なう装置では、光源に接続された光ファイバとCCDアレイ(受光部)に接続された光ファイバ間に1mmないし0.1mm程度の微小な光路間に液柱を作り、1μl度のサンプルの吸光度を測定し、蛍光色素標識蛋白や金属蛋白の定量を行っている。

特開平８−２４７９３４号公報

ところで、測定の際に被検液が形成する液柱は、その光路間が微小であるため外観から非常にわかりにくく、液柱の形成の有無にかかわらず光学的な測定が行えるので、液柱の形成を十分に確認しないと誤った定量結果を与えてしまう。さらに、蛍光光度の測定では励起光を照射するために外光を完全に遮断した測定環境が必要となるため液柱形成の確認は困難を極める。

液柱形成の確認にはいくつかの方法が考えられるが、特に微小光路に被検液の液柱を形成して光学的分析を行う装置では吸光度や励起による蛍光を測定するため光学的な手法を用いることは定量測定に大きな影響を与えてしまい、上述したレーザ光源から出射したレーザ光線を液柱または液滴に照射し液柱の形成を確認する方法では、液柱内部でのレーザの散乱や、レーザ光の照射による試料の励起にもとづく蛍光の放出などにより使用することができない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、微小光路に被検液の液柱を形成して光光学的な分析を行う光学的分析装置において、被検液の性状に影響を与えることなく、液柱形成の有無を迅速に検出できる光学的分析装置を提供することにある。

すなわち、本発明は、光源と、光源から出射した光を導出する光ファイバと、光源側ホルダーと受光部側ホルダーとの間に微小光路を有する光ファイバホルダーと、光ファイバホルダーからの光を導出する光ファイバと、受光部とを備えてなり、微小光路に被検液の液柱を形成して光学的分析を行う光学的分析装置において、光ファイバホルダーを導電性材料で構成し、微小信号源および微小交流信号検出回路を備え、光源側ホルダーと受光部側ホルダーとの間に微小な電気的信号を印加して液柱の有無を検出するようにしたことを特徴とする光学的分析装置である。

上記本発明において、印加する電気的信号が、微小な交流電流、交流電圧または直流電圧に微小な交流信号を重畳した電気信号であることがよい。また、光ファイバホルダー自体または光ファイバホルダーの接液部が、被検液に対し耐食性のある金属製、合金製または炭素製であることがよい。

本発明によれば、微小光路に被検液の液柱を形成して光学的分析を行う光学的分析装置において、外光を完全に遮断した測定環境においても微小光路間に形成された被検液の液柱形成を簡単に検出することができ、正確な分析結果を得ることが可能となった。

測液部の光ファイバホルダーを導電性材料で構成すると、受光部間に形成した液柱は、電気的な等価回路で置き換えることができ、適当な周波数の微小な交流電流を印加することにより測定系には全く影響を与えることなく、溶液の抵抗成分だけを測定することができる。液柱が形成されていないと、溶液の抵抗成分は無限大となって容易に液柱形成の検出が行え、光学的分析において外光を完全に遮断した測定環境においても被検液に影響を与えることなく吸光度を正確に測定することができる。また、本発明では、光ファイバホルダーをそのまま電気信号検出用の電極としているため測定にかかる調整は不要である。

以下、本発明の光学的分析装置について、図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明による装置構成の一例を示す概略図である。図１において、１は被検液の吸光度を測定するために必要となる光源であり、光源１より出射した光を導出するための光ファイバ２が接続されている。光源としては、重水素ランプ、タングステンランプ、キセノンランプなど吸光度を測定するのに必要なものでよい。また、光ファイバの径、長さなどについても液柱の検出に際し全く影響ないので吸光度を測定するのに必要なものでよい。３ａは、光源より導出された光を一定距離に支持するための光ファイバホルダー(以下、ホルダーという)であり、相対する同種のホルダー３ｂとの間に、蛋白や血液等の被検液を滴下し、液柱４を形成させて被検液の吸光度を測定する。ホルダー３ａと相対するホルダー３ｂとは、光ファイバ２を介しＣＣＤアレイ等の光の強度を測定する受光部７に接続されている。

図２に示すように、ホルダー３ａと光源１、ホルダー３ｂと受光部７に、それぞれファイバ２を接続し、それぞれの端面から光ファイバの出射口２ａ、光ファイバの受光口２ｂを配してある。これによって、吸光度の測定と同時に液柱形成の検出を行える構成としている。

ホルダー３ａ、３ｂの材質は、被検液に対して耐食性のある不活性な材料であると同時に導電性が必要であり、例えば、金、白金またはそれらを主成分とする金属化合物、ステンレス、ニッケル、ニッケルを主成分とする金属化合物、チタン、グラッシーカーボンのような炭素質などが望ましい。このホルダーを非導電性プラスチック製とする場合においても、接液部分を被検液に対し耐食性のある金属メッキなどを施すことで液柱形成の検出に使用することが可能となり、本発明に含まれる。

微小交流信号源５は、ホルダー３ａを介し被検液の液柱４と電気的に接続されている。印加する電気信号は、被検液の種類に応じ、微小な交流電流、交流電圧または直流電圧に微小な交流信号を重畳した電気信号など被検液の溶液組成に影響を与えない交流信号であればよい。印加する交流信号の大きさは、交流信号の応答振幅が５〜１００mVであるのが望ましく、溶液の組成や電気伝導度の大きさに応じて調整できる交流信号源を用いるのが望ましい。

また、被検液の電気伝導度が非常に小さい場合には、液柱形成時とそうでない場合が判断できる程度の交流信号を印加できるように調整し、液柱形成の有無の信頼性および汎用性を高めるのが好ましい。

微小交流信号検出回路６は、ホルダー３ａ、３ｂならびに被検液による液柱４を介して微小交流信号源５より印加した微小な交流信号を検出するための回路で、電気的にホルダー３ｂに接続しておく。微小交流信号検出回路６は、500Hz〜10kHz程度の交流電流、交流電圧を測定できるものが望ましい。

被検液による液柱４が形成しない場合は、ホルダー３ａ、３ｂ間のインピーダンスは無限大となり、交流信号を印加しても微小交流信号検出回路６へ信号は流れないが、液柱４が形成されると交流信号が流れるため、信号の応答から液柱４の有無を判断することができる。微小交流信号検出回路の出力を装置の制御回路やコンピューターに接続して自動的に検出する構成にしてもよい。また、微小交流信号源５ならびに微小交流信号検出回路６は装置を構成する上で、一体の装置としてもよい。

なお、上記の実施例では光ファイバ２ならびにホルダー３ａ、３ｂを垂直に配置しているが、水平方向に配置して吸光度の測定ならびに液柱の検出を行ってもよい。

比較例
以下、従来の光学的分析装置について図３により説明する。
図３において、被検液の吸光度を測定するための光源１１より出射した光を導出するための光ファイバ１２が接続されている。１３ａは、光源より導出された光を一定距離に支持するためのホルダーであり、相対するホルダー１３ｂとの間に蛋白や血液等の被検液を滴下して液柱１４を形成させて、光ファイバの出射口１２ａより測定のための光を出射させ、被検液の液柱１４を透過させる。透過させた光は、光ファイバの受光口１２ｂで受光し、光ファイバ１２を経て受光部１５により被検液の液柱１４を透過させた時の光の強度を測定し吸収率を求めるように構成されている。

従来の装置では、光ファイバの出射口１２ａより出射された光は、被検液の液柱１４があるなしにかかわらず、出射された光が光ファイバの受光口１２ｂに到達して光の強度が測定できてしまうので、液柱１４が形成されないと誤った測定値を与えてしまう。このため、従来までは測定前に被検液１４の液柱の形成を目視により確認して測定を行っていたが、光路間が１mm以下と短いために目視では確認しにくい。また、測定する波長によってはホルダー部を暗箱にいれた状態で測定しなければならず、目視による液柱形成の確認は困難を極める。

本発明による装置構成の一例を示す概略図。光ファイバホルダーの一例を示す図面。従来の光学的吸光度測定装置の構成例を示す図面。

符号の説明

１…光源、２…光ファイバ、２ａ…光ファイバの出射口、２ｂ…光ファイバの受光口、３ａ…光源側ホルダー、３ｂ…受光側ホルダー、４…被検液による液柱、５…微小交流信号源、６…微小交流信号検出回路、７…受光部

Claims

光源と、光源から出射した光を導出する光ファイバと、光源側ホルダーと受光部側ホルダーとの間に微小光路を有する光ファイバホルダーと、光ファイバホルダーからの光を導出する光ファイバと、受光部とを備えてなり、微小光路に被検液の液柱を形成して光学的分析を行う光学的分析装置において、光ファイバホルダーを導電性材料で構成し、微小信号源および微小交流信号検出回路を備え、光源側ホルダーと受光部側ホルダーとの間に微小な電気的信号を印加して液柱の有無を検出するようにしたことを特徴とする光学的分析装置。