JP6784038B2

JP6784038B2 - 液体クロマトグラフ用検出器

Info

Publication number: JP6784038B2
Application number: JP2016044943A
Authority: JP
Inventors: 悠佑長井
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2020-11-11
Anticipated expiration: 2036-03-08
Also published as: JP2017161318A

Description

本発明は、吸光度測定装置、蛍光測定装置、ラマン分光測定装置、示差屈折率測定装置等の、光源を用いる分析装置に関する。

試料の成分を定性、定量評価する際、吸光度測定や蛍光測定、ラマン分光測定、示差屈折率測定などの光学的手法が有効である。これらの測定を行う装置（分析装置）では、試料に光を照射し、試料から反射された光や透過した光、或いは散乱光を検出し、検出した光のスペクトルや光量を解析することにより、試料の定性、定量情報を得る。

こうした試料の分析において、複数の分析、複数の試料の分析結果を比較する場合には、それらの分析条件を揃える（一定にしておく）ことが重要である。そのため、試料に照射する光の量も一定にしておかねばならない。その場合、測定を高精度、高感度に行うためには、測定光（反射光、透過光等の試料に関する光）による信号がノイズに起因する信号よりも十分大きいことが望まれることから、それら分析装置においては一般に、光源の発光量ができるだけ大きくなるように設定される。

特開2007-093410号公報

これらの分析装置で用いられる光源には、タングステンランプ等のジュール発光を利用したものや重水素ランプ等の放電現象を利用したものがあるが、いずれにおいても光源に電流を流すことにより発光させる。もちろん、光源に流される電流又はそれに印加される電圧（すなわち、光源に投入される電力）が大きいほど、光源が発する光量は大きくなるが、寿命は投入電力が大きいほど短くなる。例えばタングステンランプの場合、寿命は印加電圧の12乗に反比例すると言われており、定格電圧の1.05倍の電圧で駆動すると寿命は定格寿命の約半分となる。

このように、光源は消耗部品であり、多くの分析装置において最も交換頻度の高い消耗部品となっている。従って、長時間の分析を連続的に繰り返すという使い方をする分析装置においては、光源の寿命が連続分析の数、長さを律速し、場合によっては実際の寿命よりもかなり早期に交換をせざるを得ないことがある。

本発明が解決しようとする課題は、光源を使用する分析装置の光源の寿命を延ばし、分析装置の連続使用可能時間をできるだけ延長することである。

上記課題を解決するために成された本発明に係る液体クロマトグラフ用検出器は、
送液ポンプ、試料注入部、分析カラムおよび検出器を備える液体クロマトグラフにおける前記検出器であって、
前記分析カラムから溶出した試料を含む移動相が流れるフローセルと、
前記フローセルを流れる試料を分析するために試料に照射される光を発生する光源と、
前記フローセルを流れる試料からの光の光量を検出する検出素子と、
前記光源に電力を供給する電源と、
外部からの信号に基づき、前記液体クロマトグラフによる分析又は分取の種別に応じて、前記電源が該光源に供給する電力を変化させる電力可変部と
を備えることを特徴とする。

本発明に係る光源を用いる分析装置において、上記電力可変部は、光源に供給する電力を変化させるために、光源の種類に応じて、光源に流す電流を変化させるものであってもよいし、光源に印加する電圧を変化させるものであってもよい。もちろん、可能である場合には双方を変化させるものであってもよい。

上記電力可変部が受ける外部からの信号としては、本分析装置の使用者がスイッチやつまみ等を操作することにより生成されるアナログ指令信号或いはデジタル指令信号であってもよいし、本分析装置がコンピュータにより制御されている場合には該コンピュータ（制御プログラム）が生成する信号であってもよい。

電源が光源に供給する電力を変化させる場合、連続的に変化させてもよいし、段階的に（ステップ状に）変化させるようにしてもよい。例えば、幅広い試料について高精度又は高感度の分析を行う必要があるときは光源に供給可能な最大の電力を供給する一方、そのような精度や感度が必要なく、限定された範囲の試料の中で一の試料と他の試料の違いを検出できれば良いだけの場合等には、予め実験により求めておいた、そのような目的の分析に必要な最小限の電力を供給すれば良い。例えば、前者を「高感度モード」、後者を「長寿命モード」等として、使用者に分かりやすい表示としたスイッチやつまみを設けたり、コンピュータ上の制御プログラムの表示を設定することも本発明に係る分析装置の一つの具体的な実施形態として挙げることができる。

上記光源は、ジュール発光型光源や放電型光源のいずれでも良いが、放電型光源では駆動電圧又は電流が低すぎると放電が維持できず、発光自体ができなくなってしまうため可変幅が小さいことから、タングステンランプ等のジュール発光型光源を用いることが望ましい。

本発明に係る光源を用いる分析装置において光源としてさらに望ましいのは、LED等の半導体光源である。同じ光量を出力するタングステンランプ等のジュール発光型光源と比較すると駆動電力（電流）が小さくて済むため、電源を小さくすることができるとともに、その電力を変化させるための電力可変部（制御部）も小型化することができる。ジュール発光型光源と比較すると寿命が非常に長いことも利点である。

本発明に係る光源を用いる分析装置では、例えば、高精度又は高感度の分析を行う必要があるときは光源に供給可能な電力の最大値を供給する一方、そのような精度や感度が必要なく他の試料との違いを検出できれば良いだけの場合等にはそのような目的の分析に必要な最小限の電力を供給する、という、目的に則した使い分けをすることができる。そのため、そのような設定をすることができない従来の分析装置よりも光源の寿命を延ばすことができ、多くの分析装置において最も交換頻度の高い消耗部品である光源の交換頻度を下げることができる。これにより、長時間の分析を連続的に繰り返すという使い方をする場合でも、従来よりもより多くの繰り返し回数、長時間の分析を行うことができる。

本発明に係る分析装置の一実施形態である高速液体クロマトグラフ（HPLC）における、検出器に関する構成を示す概略図。本実施形態のHPLCの全体構成を示す概略図。本実施形態のHPLCで用いるフローセルを示す概略図。

本発明に係る分析装置の一実施形態として、カラムから溶出する試料を検出する検出器用の光源を有する高速液体クロマトグラフ（High Performance Liquid Chromatograph：HPLC）について説明する。

図１に本実施形態のHPLC１における検出部１０に関する構成の概略図を示し、図２に本実施形態のHPLC１の全体構成を示す。HPLC１は、移動相Ｍが流れる流路２上に、送液ポンプ３、試料注入部４、分析カラム５及び検出部１０がこの順に設けられている。送液ポンプ３は移動相Ｍを試料注入部４側に送液するポンプである。試料注入部４は、流路２を流れる移動相Ｍに試料Ｓを注入するものである。分析カラム５は、試料注入部４で注入された試料Ｓに含まれる成分毎の溶出時間の相違を利用して各成分を分離するものである。

検出部１０は、分析カラム５から溶出した試料を含む移動相Ｍが流れるフローセル２０において該試料を検出するものであり、図１に示すように、光源１１と、レンズ１２と、スリット１３と、回折格子１４と、フォトダイオード１５を有する。光源１１は、所定の波長帯内の種々の波長を含む光を発する光源であり、本実施形態ではジュール発光型光源の一種であるタングステンランプを用いている。光源１１、レンズ１２、スリット１３及び回折格子１４は、光源１１からの光がレンズ１２及びスリット１３を通して回折格子１４の格子面の全体に照射されるように配置されている。回折格子１４はパルスモータ（図示せず）により回動させることができ、この回動により、所定方向に進行する光の波長が制御される。

フローセル２０には、図３に示すように、フローセル内流路２１と、入射レンズ２２と、出射レンズ２３を有する。フローセル内流路２１は、向きが90°変化する屈曲部が2箇所設けられており、そのうちの上流側である第１屈曲部２１１に接するフローセル内流路２１の壁に入射レンズ２２が、下流側である第２屈曲部２１２に接するフローセル内流路２１の壁に出射レンズ２３が、それぞれ設けられている。入射レンズ２２と出射レンズ２３は、第１屈曲部２１１と第２屈曲部２１２の間のフローセル内流路２１Ａを挟んで対向して設けられている。フローセル２０は、回折格子１４で回折された光のうち前記所定方向に進行する光、すなわち回折格子１４の回動により制御された所定波長の光が入射レンズ２２に入射し、フローセル内流路２１Ａを通過して出射レンズ２３から出射するように配置されている。フォトダイオード１５は、出射レンズ２３から出射した光が入射する位置に配置されており、フローセル内流路２１Ａを通過する移動相中の試料による光の吸収を受けて変化した光量を検出する。

光源１１には、該光源に電力を供給する電源１６が接続されている。電源１６は、外部電源である商用電源３０の交流電力を脈流（直流）電力に変換するブリッジ回路１６１と、ブリッジ回路１６１から出力された脈流電力を商用電源３０の交流電力の2倍の周期でON/OFFするスイッチング素子１６２とを有する。使用する電圧に応じて、商用電源３０とブリッジ回路１６１の間に変圧器を設けてもよい。

検出部１０はさらに、電源１６から光源１１に供給される電力を設定する電力設定部１７を有する。電力設定部１７は、使用者が操作するスイッチやつまみ等のハードウエアであってもよいし、コンピュータを動作させるソフトウエアであってもよい。電力設定部１７で使用者が設定する値は、電力であってもよいし、光源１１の光量であってもよい。電力設定部１７は、設定された電力又は光量に対応して、スイッチング素子１６２におけるONの時間とOFFの時間の比（デューティ比）を設定する。スイッチング素子１６２はこの電力設定部１７による設定に基づいてON/OFFを行い、デューティ比に応じた電力を光源１１に供給する。このスイッチング素子１６２が上記電力可変部に該当する。

電源１６から光源１１に供給する電力は、以下の方針で使用者が設定すればよい。高精度又は高感度の分析を行いたい場合には、電力を、電源１６から光源１１に供給可能な最大値にする。それに対して、精度や感度をさほど高くする必要が無い場合には、目的の分析に必要な最小値の電力を光源１１に供給することにより、光源１１の寿命を延ばすことができる。また、精度や感度と光源１１の寿命のバランスを取って、電力を最大値と最小値の中間の値に設定してもよい。この場合、最大値と最小値の間の値を複数段階設けて、それら複数の段階から使用者が選択するようにしてもよい。

一方、HPLC１を用いて試料の分取を行う場合には、通常のHPLCにおける分析時よりも高濃度で試料Ｓがフローセル内流路２１を通過し、光源１１からの光の透過率が低下する。そのため、フォトダイオード１５での光量を多くするために電力を大きくするとよい。従来、HPLCにおいて通常の分析から試料の分取に切り替える場合には、フローセルを、光源からの光が通過するフローセル内流路２１Ａがより短いものに付け替える操作を行っていたが、本実施形態では光源１１に供給する電力の設定値を変更するだけで通常の分析から試料の分取に切り替えが可能になり、操作を簡略化することができる。

ここまで、HPLCの検出器を例として本発明の一実施形態を説明したが、蛍光測定装置、ラマン分光測定装置、示差屈折率測定装置等の、光源を用いる分析装置にも同様に本発明を適用することができる。

１０…検出部
１１…光源
１２…レンズ
１３…スリット
１４…回折格子
１５…フォトダイオード
１６…電源
１６１…ブリッジ回路
１６２…スイッチング素子
１７…電力設定部
２０…フローセル
２１…フローセル内流路
２１１…第１屈曲部
２１２…第２屈曲部
２１Ａ…第１屈曲部と第２屈曲部の間のフローセル内流路
２２…入射レンズ
２３…出射レンズ
３０…商用電源
１…HPLC
２…流路
３…送液ポンプ
４…試料注入部
５…分析カラム
Ｍ…移動相
Ｓ…試料

Claims

送液ポンプ、試料注入部、分析カラムおよび検出器を備える液体クロマトグラフにおける前記検出器であって、
前記分析カラムから溶出した試料を含む移動相が流れるフローセルと、
前記フローセルを流れる試料を分析するために試料に照射される光を発生する光源と、
前記フローセルを流れる試料からの光の光量を検出する検出素子と、
前記光源に電力を供給する電源と、
外部からの信号に基づき、前記液体クロマトグラフによる分析又は分取の種別に応じて、前記電源が該光源に供給する電力を変化させる電力可変部と
を備え、
前記電力可変部は、
幅広い試料について高精度または高感度の分析を行う場合には、前記電源から前記光源に、第１の電力を供給させ、
限定された範囲の試料の中で一の試料と他の試料の違いを検出する場合には、前記電源から前記光源に、前記第１の電力よりも小さい第２の電力を供給させる、液体クロマトグラフ用検出器。