JP6645347B2 - フローセル - Google Patents

Description

本発明は、液体クロマトグラフの吸光光度計検出器などに用いられるフローセルに関するものである。

液体クロマトグラフの検出器として吸光光度計検出器が知られている。吸光光度計検出器は、分離カラムから溶出した試料溶液を通過させる流路（セル）を内部に有するフローセルを有する（特許文献１参照。）。そして、吸光光度計検出器は、光源からそのフローセルに対して所定波長領域の光を照射し、フローセルを透過した光の強度を光検出器によって測定して所定波長領域での吸光度を求めることで、セルを流れる試料溶液中の試料成分濃度を定量する。

特開２０１４−０５５７８４号公報 特開２００２−２４３６３２号公報

かかる吸光高度計検出器に用いられているフローセルは、一般的に、セル内を流れる試料溶液の流れ方向に対して平行な光を透過させるものである。セルを透過する光の光路長は、セルボディ全体の大きさによって決まるものでもあるが、５〜１０ｍｍ程度であることが一般的である。しかし、試料溶液中に含まれる試料成分の濃度が高濃度である場合、セルを透過する光の光路長が長いために、ほぼ全ての入射光が試料によって吸収されてしまい、透過光を検出することができず、適切な吸光度測定を行なうことができない。したがって、このような場合には、試料の希釈を行なうか、よりセルの光路長が短いフローセルに交換する必要があった。

試料が高濃度の場合、１００倍から１０００倍程度の希釈が必要になることがあり、そのような試料を希釈することなく測定するためには、１００μｍ以下の光路長のセルをもつフローセルが必要になる。従来、そのような極めて光路長の短いセルをもつフローセルは存在せず、そのような短光路長のフローセルを製造することは容易でなかった。

そこで、本発明は、１００μｍ以下の光路長のセルを有するとともに、セルの光路長を試料の濃度に応じて変更することができるフローセルを提供することを目的とするものである。

本発明に係るフローセルは、積層された複数の光透過性基板の内部接合面に設けられた溝によって構成されその溝の深さによって光路長が規定された１００μｍ以下の光路長の短光路長セルを含む、互いに連続しかつ互いに光路長の異なる複数のセルを内部に有し、前記セルに通じる入口及び出口が表面に設けられた光透過性のセルブロックと、前記セルブロックを内部に収容し、前記セルブロックに光を入射させる入射窓、及び前記セルブロックを透過した光を出射させる出射窓を有するセルホルダーと、を備えたものである。

前記セルブロックは、前記複数の光透過性基板のうち間に挟みこまれている中間基板に設けられた貫通孔により構成された長光路長セルを、前記セルとして含んでいてもよい。そうすれば、光路長が１００μ以下である短光路長セルのほかに、中間基板の厚み分の光路長を有する長光路長セルを備えるため、試料の濃度に応じたセルの光路長の選択の幅が広くなり、検出器のダイナミックレンジが広くなる。

前記長光路長セルの光路長は、例えば１ｍｍ以上である。

本発明に係るフローセルの好ましい実施態様では、前記セルホルダーは、前記入射窓を有しその位置が固定された固定ブロックと、前記セルブロックを保持するとともに前記出射窓を有し、前記入射窓からの入射光の光軸上に所望の前記セルが配置されるように、前記セルブロックを前記入射窓に対して位置決めした状態で前記固定ブロックに固定される可動ブロックと、を備えている。固定ブロックに対する可動ブロックの固定位置を変更することで、入射窓からの入射光の光軸上に所望の光路長をもつセルを配置することができるので、セルの光路長の変更が容易である。

上記実施態様において、前記固定ブロックと前記可動ブロックの互いの当接面に、前記入射窓からの入射光の光軸上に所望の前記セルを配置するための前記固定ブロックと前記可動ブロックとの相対位置を規定する嵌合構造が設けられていることが好ましい。そうすれば、セルブロックの入射窓に対する位置決めが容易になる。

前記可動ブロックは、前記セルブロックの前記入口及び前記出口のそれぞれに通じる流路を内部に備えていることが好ましい。そうすれば、セルブロック内の入口及び出口に対する流路接続が容易である。

本発明に係るフローセル製造方法は、光透過性基板の一表面にエッチング技術により深さが１００μｍ以下の溝を形成するエッチング工程と、前記溝の両端に通じる孔を前記光透過性基板に形成する出入口形成工程と、前記エッチング工程及び前記出入口形成工程の後、前記第１の光透過性基板と前記第２の光透過性基板を前記溝がセルを構成するように接合する接合工程と、を備えている。

本発明に係るフローセルでは、セルブロックの内部に、積層された複数の光透過性基板の内部接合面に設けられた溝によって構成されその溝の深さによって光路長が規定された１００μｍ以下の光路長の短光路長セルが設けられているので、従来のフローセルでは希釈しないと測定を行なうことのできないような高濃度の試料についても、希釈をすることなく測定を行なうことができる。さらに、セルブロックの内部には、互いに連続しかつ互いに光路長の異なる複数のセルが設けられているので、フローセルを交換することなく、試料の濃度に応じてセルの光路長を変更することができる。

ここで、光路長の異なる複数のセルを設けたフローセルが特許文献２（特開２００２−２４３６３２号公報）に開示されている。しかし、ここに開示されているフローセルのセルは光路長が１ｍｍと１０ｍｍであり、１００μｍ以下の光路長のセルを有するものでない。特許文献２に開示されているような従来のフローセルは積層基板によって構成されたものではなく、エッチング技術によって形成された溝によってセルが構成されているわけではない。他方、エッチング技術以外の方法で１００μｍ以下の光路長のセルを実現することは困難であるため、特許文献２に開示されているフローセルにおいて１００μｍ以下の光路長のセルを実現することは困難である。したがって、従来のフローセルでは、１００μｍ以下の光路長をもつセルが必要となるような高濃度の試料については考慮されていない。

これに対し、本発明では、フローセルの短光路長セルを、エッチング技術によって形成された１００μｍ以下という微細な溝によって実現している。基板表面に対するエッチング技術を用いれば、微細な溝加工を容易に行なうことができるので、１００μｍ以下の微細なセルを高精度かつ容易に形成することができる。

本発明に係るフローセル製造方法では、光透過性基板の一表面にエッチング技術により深さが１００μｍ以下の溝を形成し、その溝がセルを構成するように複数の光透過性基板を接合するものであるので、１００μｍ以下の微細なセルを高精度かつ容易に形成することができる。

一実施例のフローセルにおけるセルブロックを示す断面図である。 同実施例のフローセルの構造を概略的に示す断面図である。 同実施例のセルブロックの位置を変更した状態を示す断面図である。 他の実施例のフローセルにおけるセルブロックを示す断面図である。

以下、図面を参照してフローセルの一実施例について説明する。

まず、この実施例のフローセルにおけるセルブロック２について、図１を用いて説明する。

この実施例のフローセルに用いられるセルブロック２は、２枚の光透過性基板である石英基板４、６が接合されて構成されている。セルブロック２の内部には、セル８とそのセル８と連続するセル１０が設けられている。基板４の内部接合面とは反対側の面に、セル８の端部に通じる入口１２、及びセル１０の端部に通じる出口１４が設けられている。試料は、入口１２からセルブロック２内に流入し、セル８、セル１０を順に流れた後、出口１４からセルブロック２外へ流出する。

以下において、セルブロック２の主表面のうち、入口１２及び出口１４が設けられている側の面を「表面」、その反対側の面を「裏面」とする。

このセルブロック２は、基板４、６の表面及び裏面に対して垂直な方向（図において上下方向）に光を通過させて使用するものである。セル８の光路長ａ１は約１００μｍであり、セル１０の光路長ａ２は約１０μｍである。すなわち、このセルブロック２は１００μｍ以下の光路長を有する短光路長セルを２つ有するものである。

セルブロック２は、エッチング技術を用いて容易に製造できるものである。まず、石英基板４の一表面に、エッチング技術を用いて深さａ１とａ２の溝を形成した後、それらの溝の端部に通じる貫通孔をドリル加工やレーザ加工を用いて形成する。その後、基板４の一表面側に基板６を張り合わせ、熱融着等により両基板４、６を接合する。これにより、内部に互いに光路長の異なる２つの短光路長セル８、１０を有するセルブロック２が完成する。

次に、セルブロック２を用いたフローセルの一実施例について、図２及び図３を用いて説明する。

セルブロック２は、固定ブロック１６と可動ブロック１８からなるセルホルダー内に収容されている。可動ブロック１８は、図示されていないボルトの締結によって固定ブロック１６と固定されているが、そのボルトを緩めることによって固定ブロック１６とは相対的に固定ブロック１６との当接面に平行な方向（図において上下方向）へ移動することができる。セルブロック２は可動ブロック１８によって保持されている。

可動ブロック１８は、固定ブロック１６側に配置されて固定ブロック１６と当接する第１ブロック２４と、第１ブロック１６を挟んで固定ブロック１６とは反対側にくる第２ブロック２６によって構成されている。第１ブロック２４の第２ブロック２６側（図において右側）の表面に、セルブロック２を嵌め込むための窪み２５が設けられており、その窪み２５の底面に開口４０が設けられている。

セルブロック２は、その表面及び裏面が可動ブロック１８の移動方向（図において上下方向）と平行で、かつ、入口１２及び出口１４が設けられている表面が第２ブロック２６側にくるように、窪み２５に嵌め込まれている。開口４０は、セルブロック２の裏面のうちセル８、１０が設けられている範囲が固定ブロック１６側に露出するような大きさで設けられている。

第２ブロック２６は、セルブロック２の入口１２、出口１４にそれぞれ通じる流路３０、３２を備えている。第２ブロック２６は、流路３０、３２のセルブロック２側の端部と入口１２、出口１４との間にそれぞれＯリング３４、３６が挟み込まれた状態で、ボルト２８の締結によって第１ブロック２４と固定されている。図示は省略されているが、流路３０、３２は配管を接続するための配管接続ポートに通じている。

固定ブロック１６には、図において破線矢印で示されているように、可動ブロック１８によって保持されたセルブロック２の表面及び裏面に対して垂直な方向（図において左右方向）に光を入射させる入射窓２０が設けられている。そして、可動ブロック１８の第２ブロック２６には、入射窓２０から入射し、セルブロック２を透過した光を出射させる出射窓２２が設けられている。

固定ブロック１６と第１ブロック２４の互いの当接面には、入射窓２０に対しセルブロック２を位置決めするための嵌合構造が設けられている。この実施例では、固定ブロック１６側に突起４２が設けられ、第１ブロック２４側にその突起４２を嵌め込むための凹部４４ａ、４４ｂが設けられている。

凹部４４ａは入射窓２０からの入射光の光軸上にセル１０を配置するためのセルブロック２の位置を規定するものである。凹部４４ａに突起４２が嵌め込まれるように可動ブロック１８を位置合わせし、ボルト（図示は省略）を締めて固定ブロック１６と可動ブロック１８を固定することで、入射光がセル１０を通過するようにセルブロック２が位置決めされる（図２の状態）。

また、凹部４４ｂは入射窓２０からの入射光の光軸上にセル８を配置するためのセルブロック２の位置を規定するものである。凹部４４ｂに突起４２が嵌め込まれるように可動ブロック１８を位置合わせし、ボルト（図示は省略）を締めて固定ブロック１６と可動ブロック１８を固定することで、入射光がセル８を通過するようにセルブロック２が位置決めされる（図３の状態）。

このようにして、固定ブロック１６と可動ブロック１８との相対的な位置関係を変更することにより、入射窓２０から入射する光が通過するセルの光路長を変更することができ、フローセル自体を交換しなくても、試料の濃度に応じた光路長の変更が可能である。

なお、セルブロック２の位置決め用の嵌合構造は上記のものに限定されるものでなく、例えば第１ブロック２４側に突起４２、固定ブロック１５側に凹部４４ａ、４４ｂが設けられていてもよい。

次に、フローセルの他の実施例について説明する。なお、セルブロックを収容するとともにセルブロックの位置を変更するセルホルダーの構造は、基本的に上記実施例と同じであるため、ここではセルブロックの構造についてのみ詳細に説明する。

この実施例のフローセルに用いられるセルブロック２'は、３枚の光透過性の基板４６、４８及び５０が積層されて構成されている。基板４６、４８及び５０は、例えば石英基板である。セルブロック２'の内部には、互いに連続しかつ互いに異なる光路長をもつ３つのセル５２、５４及び５６が設けられている。このセルブロック２'は、上記実施例のセルブロック２と同様に、基板４６、４８及び５０の表面及び裏面に対して垂直な方向（図において上下方向）に光を通過させて使用するものである。セル５２の光路長ａ３は約１ｍｍ、セル５４の光路長ａ４は約１００μｍ、セル５６の光路長ａ５は約１０μｍである。

セルブロック２'の基板４６側の表面に、セル５２の端部に通じる入口５８とセル５６の端部に通じる出口６０が設けられている。試料は、入口５８からセルブロック２'内に流入し、セル５２、セル５４及びセル５６を順に流れた後、出口６０からセルブロック２'外へ流出する。

このセルブロック２'も、上記実施例のセルブロック２と同様に、エッチング技術を用いて容易に製造できるものである。この実施例のセルブロック２'は、基板４６と基板５０との間に挟み込まれた中間基板４８に設けられた貫通孔によってセル５２が形成されている。セル５４とセル５６は、基板４６の一表面に設けられた溝によって形成されている。

このセルブロック２'を用いたフローセルでは、入射窓からの入射光の光軸上に、セル５２、５４及び５６のいずれかを配置することで、試料の流れるセルを通過する光の光路長を変更することができる。特に、この実施例のセルブロック２'は、１００μｍ以下の光路長を有する短光路長セル５４及び５６のほかに、基板４８の厚みａ３と同じ長さの比較的長い光路長を有するセル５２が設けられているので、試料の濃度に応じた光路長の選択の幅が広く、検出器のダイナミックレンジを広くとることができる。

２，２' セルブロック
４，６，４６，４８，５０ 光透過性基板
８，１０，５２，５４，５６ セル
１２，５８ 入口
１４，６０ 出口
１６ 固定ブロック
１８ 可動ブロック
２０ 入射窓
２２ 出射窓
２４ 第１ブロック
２６ 第２ブロック
３０，３２ 流路
３４，３６ Ｏリング
４０ 開口
４２ 突起
４４ａ，４４ｂ 凹部

Claims (7)

1. 互いに連続しかつ互いに光路長の異なる複数のセルを内部に有し、前記セルに通じる入口及び出口が表面に設けられた光透過性のセルブロックであって、前記複数のセルは、互いに積層された複数の光透過性基板のうち１つの前記光透過性基板の表面に形成された互いに深さが異なりかつ互いに連続する複数の溝によって構成され、前記複数のセルのそれぞれの光路長は前記溝の深さによって規定され、前記複数のセルのうち少なくとも１つのセルが１００μｍ以下の光路長をもつ短光路長セルである、セルブロックと、
   前記セルブロックを内部に収容し、前記セルブロックに光を入射させる入射窓、及び前記セルブロックを透過した光を出射させる出射窓を有するセルホルダーと、を備えたフローセル。
2. 前記セルブロックは、前記複数の光透過性基板のうち間に挟みこまれている中間基板に設けられた貫通孔により構成された長光路長セルを有する請求項１に記載のフローセル。
3. 前記長光路長セルの光路長は１ｍｍ以上である請求項２に記載のフローセル。
4. 前記セルホルダーは、
   前記入射窓を有しその位置が固定された固定ブロックと、
   前記セルブロックを保持するとともに前記出射窓を有し、前記入射窓からの入射光の光軸上に所望の前記セルが配置されるように、前記セルブロックを前記入射窓に対して位置決めした状態で前記固定ブロックに固定される可動ブロックと、を備えている請求項１から３のいずれか一項に記載のフローセル。
5. 前記固定ブロックと前記可動ブロックの互いの当接面に、前記入射窓からの入射光の光軸上に所望の前記セルを配置するための前記固定ブロックと前記可動ブロックとの相対位置を規定する嵌合構造が設けられている請求項４に記載のフローセル。
6. 前記可動ブロックは、前記セルブロックの前記入口及び前記出口のそれぞれに通じる流路を内部に備えている請求項４又は５に記載のフローセル。
7. 第１の光透過性基板の一表面に、深さが１００μｍ以下の第１の溝と前記第１の溝と連続しかつ前記第１の溝よりも深い第２の溝とを含む互いに連続した複数の溝を、エッチング技術により形成するエッチング工程と、
   前記複数の溝の両端に通じる出入口となる孔を前記第１の光透過性基板又は前記光透過性基板とは別の第２の光透過性基板に形成する出入口形成工程と、
   前記エッチング工程及び前記出入口形成工程の後、前記第１の光透過性基板と前記第２の光透過性基板を前記溝がセルを構成するように接合する接合工程と、を備えたフローセル製造方法。
   

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