JP7140193B2 - 光散乱検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体試料中に分散している微粒子の分子量や回転半径（サイズ）等を測定するための微粒子検出装置に利用される光散乱検出装置に関する。

液体試料中に分散しているタンパク質等の微粒子を分離するための手法として、サイズ排除クロマトグラフィ（ＳＥＣ）やゲルろ過クロマトグラフィ（ＧＰＣ）が知られている。近年、クロマトグラフィ検出装置としては、紫外線（ＵＶ）吸光度検出装置や示差屈折率検出装置に加え、多角度光散乱（ＭＡＬＳ）検出装置が用いられている。ＭＡＬＳ検出装置は、測定試料の分子量や粒子径が算出可能であるという特長がある（特許文献１および２参照）。

図１２は、ＭＡＬＳ検出装置の基本構成例の平面図を、図１３は側面図を示している。図１２および図１３において、１１０は試料セル、１１１は液体試料、１２０は光源、１７０は検出器、１８０はビームダンパである。図１２および図１３に示すように、円筒体状の試料セル１１０の内部に液体試料１１１を通液し、試料セル１１０および流路中心を通るように光源１２０から光を照射する。光源１２０としては、通常、可視レーザ光が用いられる。光の進行方向からの角度θが水平面上（ＸＹ平面上）の散乱角として定義され、異なる散乱角を検出するように試料セル１１０および流路中心を通る水平面上（ＸＹ平面上）に検出器１７０が複数配置される。

円筒状の試料セルで、検出器の配置角度と散乱角が一致するという特長がある。図１４Ａから図１４Ｃは、散乱光強度と散乱角の関係を示す説明図である。図１４Ａは粒子径１０ｎｍ、図１４Ｂは粒子径１００ｎｍ、図１４Ｃは粒子径１０００ｎｍの場合である。入射光の波長は６６０ｎｍ、粒子の屈折率１．６、溶媒の屈折率１．３３として、Ｍｉｅ散乱理論から算出した結果である。図１４Ａから図１４Ｃに示すように、散乱光強度と散乱角の関係は試料の粒子径に依存する。試料が入射光の波長に比べて十分小さい場合、散乱光は等方的に発生し、散乱光強度の散乱角依存性はない。試料の粒子径が大きくなるに従い、散乱光は前方への散乱が強くなる。複数配置した検出器の散乱光強度について、散乱角０度へ外挿することにより、粒子径や分子量を算出することができる（非特許文献１参照）。

ＭＡＬＳ検出装置は、より低い濃度の試料が測定でき、かつ、高いＳ／Ｎ比を有することが望ましい。そのためには、試料から発生する散乱光を効率的に検出器に受光させる光学系が求められる。つまりは、各検出器に入る散乱光の立体角が大きい必要がある。検出器の立体角を大きくする際に、水平方向（光軸面上）の立体角を大きくすると、各検出器の角度分解能が悪くなるため、鉛直方向の立体角を大きく設定することが望ましい。立体角を大きくすべく、検出器のサイズを大きくすることは、暗電流が増加するため、好ましくない。検出器サイズを大きくすることなく、立体角を大きく設定するためには、レンズ等で集光する方法が採られる。すなわち、試料セルの流路で発生した散乱光が結像レンズを介して、検出器上で結像する構成が採用される。

別のＭＡＬＳ検出装置の基本構成として、特許文献１および２に開示されている方式が挙げられる。この方式では、円柱状の試料セルの側面を貫通するように流路を形成し、流路に平行に光が入射する。円柱状の試料セルの側面がレンズの働きをすることで、水平方向の立体角について角度分解能を悪くせずに大きく設定することができる。しかしながら、流路に平行に光を入射するため、流路内での流れ場の乱れの影響を受けやすく、低散乱角において精度悪化が指摘されている。

特開平０７－７２０６８号公報 特開２０１５－１１１１６３号公報 「光散乱法によるタンパク質の絶対分子量と複合体形成の解析」、尾高雅文、生物工学８９巻

検出器の受光面上に結像される散乱光の像は、検出器を配置する角度によって大きさが異なる。試料セル内で試料が均一に分布している場合、試料由来の散乱光は試料セルの内径Ｌに一致する長さで発生する。検出器の配置角度をθ、セルおよび結像レンズで構成される結像光学系の倍率をＭとすると、検出器上に結像する散乱光像の長さはＭＬｓｉｎθとなる。検出器の大きさが同一の場合、検出器の配置角度によって、検出器が受光する散乱光の発生領域が異なることになる。試料セルにおいて、空気とガラスとの界面およびガラスと液体との界面で散乱光が発生するため、試料全域を補う大きな検出器を用いることは望ましくない。

各検出器で受光する散乱光発生領域が異なる場合、広い領域を受光する検出器ほど高い散乱光出力となってしまう。試料セル内で試料が均一に分布している場合、受光する散乱光発生領域で検出器の出力を補正することは可能である。しかしながら、試料セル内で試料が不均一に分布している場合、この補正は不正確となる。すなわち、散乱光出力の角度プロファイルが不正確となるため、算出する粒子径や分子量が不正確となる。

一般的なクロマトグラムでは、同一試料のピークは時間的に幅をもったピーク形状である。内部に流路を有する円筒状の試料セルの場合、ピークの立ち上がりでは流路の中心の濃度が高く、中心から離れるに従って濃度が低下する濃度分布となる。ピークの立ち下がりでは、流路の中心ほど移動相溶媒との置換が早く進むため、中心の濃度が低いプロファイルとなる。このため、検出器の配置角度により受光する散乱光発生領域が異なると、クロマトグラムにおける試料のピーク形状が異なることとなり、分子量精度や粒子径精度が悪化する。

そこで、本発明は、試料セルの通液時のピーク形状が検出器の配置角度に依存せず、分子量精度および粒子径算出精度を良好に維持することができる光散乱検出装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る光散乱検出装置は、液体試料中の微粒子を検出するための光散乱検出装置であって、液体試料を保持する透明な試料セルと、前記試料セルにコヒーレント光を照射する光源と、前記試料セルから周囲に異なる散乱角を以て散乱する光を集光する結像光学系と、前記結像光学系の入射側に配され、散乱角範囲を制限するためのスリット板と、前記結像光学系からの集光を受光する検出器と、前記結像光学系の焦点距離よりも前記検出器側に配され、開口幅によって前記検出器への受光幅を制限するアパーチャ板と、を備え、前記試料セルから前記検出器に至る検出光学系は、前記試料セルの周囲に、該試料セルの中心軸から等間隔で複数配されており、前記複数の検出器は、前記試料セルへの前記コヒーレント光の入射方向に対する角度が９０°の位置を基準として、前記基準位置により近い角度位置に配置された第１検出器と、前記基準位置により遠い角度位置に配置された第３検出器と、前記第１検出器と前記第３検出器との間の角度位置に配置された第２検出器とを含み、
前記各アパーチャ板の開口幅は、前記第１検出器、前記第２検出器、前記第３検出器の順に大きいことを特徴とする。

上記光散乱検出装置の構成において、各アパーチャ板の開口幅は、上記試料セルの中心軸から上記検出器までの距離と、各検出器の配置角度の正弦値と、を乗じた値であることが好ましい。

また、上記アパーチャ板の開口部は、少なくとも鉛直方向に沿った辺が直状であることが好ましい。

さらに、上記アパーチャ板は、上記開口幅を微調整すべく、水平方向に回動可能に配されていることが好ましい。

また、上記アパーチャ板は、上記液体試料中の溶媒の屈折率情報に基づいて、上記アパーチャ板の回動角を制御するための制御装置を備えることが好ましい。

また、上記アパーチャ板は、該アパーチャ板を回動させるための回動装置と、上記液体試料中の溶媒の屈折率情報を記憶するための記憶部と、を備えることが好ましい。

また、前記各スリット板は、開口して形成され、前記散乱角範囲を制限するスリットを有し、
前記各スリットの幅は、前記コヒーレント光の前記試料セルへの入射方向に対する配置角度が９０°のところで最大となり、配置角度が９０°から離れるにつれて小さくなることが好ましい。

さらに、前記各スリットの幅は、配置角度が９０°のときの前記スリットの幅に、各検出器の配置角度の正弦値を乗じた値であることが好ましい。

加えて、上記光源は、該光源から前記試料セルに入射するコヒーレント光の光軸が、上記試料セルおよび上記検出器を含む平面から所定の角度傾斜するように配置されていることが好ましい。

本発明によれば、試料セルの通液時のピーク形状が検出器の配置角度に依存せず、分子量精度および粒子径算出精度を良好に維持することができる光散乱検出装置を提供することができる。

本発明に係る光散乱検出装置の第１実施形態の平面図である。 第１実施形態に係る光散乱検出装置の側面図である。 第１実施形態に係る光散乱検出装置（ＭＡＬＳ）の平面図である。 配置角度６０度の検出器の受光面上の散乱光像の観察写真である。 配置角度９０度の検出器の受光面上の散乱光像の観察写真である。 アパーチャ板の開口幅が配置角度によらず一定の場合のクロマトグラフィ測定の説明図である。 アパーチャ板の開口幅が配置角度によらず一定の場合のクロマトグラフィ測定の説明図である。 アパーチャ板の開口幅を配置角度によって異ならせた場合のクロマトグラフィ測定の説明図である。 アパーチャ板の開口幅を配置角度によって異ならせた場合のクロマトグラフィ測定の説明図である。 第２実施形態に係る光散乱検出装置の平面図である。 第３実施形態に係る光散乱検出装置の平面図である。 アパーチャ板の開口幅を配置角度によって異ならせ、かつ、スリット板のスリット幅が配置角度によらず一定の場合のクロマトグラフィ測定の説明図（各配置角度における各検出器が受光する散乱光強度の相対値を示すグラフ）である。 アパーチャ板の開口幅を配置角度によって異ならせ、かつ、スリット板のスリット幅も配置角度によって異ならせた場合のクロマトグラフィ測定の説明図（各配置角度における各検出器が受光する散乱光強度の相対値を示すグラフ）である。 第４実施形態に係る光散乱検出装置の平面図である。 ＭＡＬＳ検出装置の基本構成例の平面図である。 ＭＡＬＳ検出装置の基本構成例の側面図である。 粒子径１０ｎｍの散乱光強度と散乱角の関係を示す説明図である。 粒子径１００ｎｍの散乱光強度と散乱角の関係を示す説明図である。 粒子径１０００ｎｍの散乱光強度と散乱角の関係を示す説明図である。

以下、本発明に係る光散乱検出装置の第１および第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

［第１実施形態］
〔光散乱検出装置の構成〕
まず、図１から図３を参照して、本発明に係る光散乱検出装置の第１実施形態の構成について説明する。図１は、本発明に係る光散乱検出装置の第１実施形態の側面図である。図２は、第１実施形態に係る光散乱検出装置の側面図である。図１および図２に示すように、本実施形態に係る光散乱検出装置１は、液体試料中に分散しているタンパク質等の微粒子の分子量や回転半径（サイズ）を検出する装置である。光散乱検出装置１は、試料セル１０、光源２０、ビームダンパ８０、スリット板４０、結像光学系５０、アパーチャ板６０および検出器７０を備える。以下、各構成要素ごとに説明する。

試料セル１０は、内部の流路に液体試料を保持する透明な円筒体状のセルである。試料セル１０は、例えば、無色透明な石英ガラスによって形成されている。

光源２０は、試料セル１０にコヒーレント光を照射する。「コヒーレント光」とは、光束内の任意の２点における光波の位相関係が時間的に不変で一定に保たれており、任意の方法で光束を分割した後、大きな光路差を与えて再び重ね合わせても完全な干渉性を示す光をいう。光源２０としては、例えば、可視光レーザを照射するためのレーザ光源が採用される。自然界には完全なコヒーレント光は存在せず、シングルモードで発振するレーザ光はコヒーレント状態に近い光である。

光源２０から試料セル１０に至る入射光の光路Ｌ１には、集光光学系２１が配置されている。集光光学系２１としては、例えば、単一の集光レンズが採用されている。この集光レンズは、平凸レンズであり、光源２０からの光の入射側が凸面で、出射側が平面に形成されている。本実施形態では、集光光学系２１として、単一の集光レンズを採用しているが、集光光学系２１は複数の複合レンズや集光ミラーを組み合わせて構成してもよい。

光源２０および集光光学系２１は、光源２０から試料セル１０に入射するコヒーレント光の光軸が、試料セル１０及び検出器５０を含む平面（ＸＹ平面）から所定の角度（チルト角度α）で傾斜するように配置されている。具体的には、試料セル１０に対して入射光が斜め上方から入射するように、光源２０および集光光学系２１が配置されている。試料セル１０に対して入射光をチルト（角度α）させることによって、試料セル１０のガラスと空気との界面及びガラスと流路との界面（以下、「セル界面」と総称する。）での反射光による迷光を低減させることができる。光源２０から照射されたレーザ光は、集光光学系２１を通過した後、試料セル１０の中心軸付近に集光する。

ビームダンパ８０は、試料セル１０を透過したレーザ光を遮蔽する機器である。ビームダンパ８０は、試料セル１０に入射し、該試料セル１０を透過したレーザ光が直進する位置に配置されている。ビームダンパ８０は、ビームトラップとも称され、ダンパ器内で無限にレーザ光を反射させることにより、ダンパ器外への反射を最低限に抑える。

試料セル１０からの出射光の光路Ｌ２上には、検出光学系３０が配置されている。本実施形態の検出光学系３０は、スリット板４０、結像光学系５０、アパーチャ板６０及び検出器７０から構成されている。

結像光学系５０は、試料セル１０から周囲に異なる散乱角を以て散乱する光を集光する。結像光学系５０としては、例えば、単一の結像レンズが採用されている。この結像レンズは、平凸レンズであり、試料セル１０からの散乱光の入射側が平面で、出射側が凸面に形成されている。本実施形態では、結像光学系５０として、単一の結像レンズを採用したが、結像光学系５０は複数の複合レンズや結像ミラーを組み合わせて構成してもよい。

スリット板４０は、試料セル１０からの出射光の光路Ｌ２上において、試料セル１０と結像光学系５０との間に配置されている。スリット板４０は、結像光学系５０に入射する散乱角範囲を制限する。すなわち、スリット板４０に開口されたスリット４１は、水平方向の散乱角を制限し、且つ、鉛直方向の光束を多く取り込むために、鉛直方向に縦長であって、少なくとも鉛直方向に沿った辺が直状である。具体的には、スリット４１は、鉛直方向に縦長の長方形状や長孔形状を呈している。

アパーチャ板６０は、試料セル１０からの出射光の光路Ｌ２上において、検出器７０よりも結像光学系側に配置されている。アパーチャ板６０は迷光を制限する機能を有し、その開口部６１は検出器７０の受光面前で開口している。アパーチャ板６０の開口部は、少なくとも鉛直方向に沿った辺が直状である。具体的には、アパーチャ板６０の開口部６１は、鉛直方向に縦長の長方形状や長孔形状を呈している。

図１および図３に示すように、試料セル１０から検出器７０に至る検出光学系３０は、試料セル１０の周囲に、その中心軸Ｓから等間隔ｄで複数配されている。光の進行方向からの角度θが水平面上（ＸＹ平面上）の散乱角として定義される。異なる散乱角を検出できるように、試料セル１０の中心軸Ｓを通る水平面上（ＸＹ平面上）に検出器７０が複数配置される。図１の態様では、θ１，θ２の配置角度で検出光学系３０、３１が２系配置されている。また、図１の態様では、試料セル１０のコヒーレント光の入射方向に対する角度が９０°の位置を基準位置とした場合、検出光学系３０の検出器７０は、基準位置により近い位置に配置された、すなわち、配置角度θ１に位置する第１検出器となっており、検出光学系３１の検出器７０は、基準位置により遠い位置に配置された、すなわち、配置角度θ１よりも大きい配置角度θ２に位置する第２検出器となっている。図３の態様では、試料セル１０の周囲に等間隔ｄで１４個の検出器７０が配置されている。なお、図３では、集光光学系、スリット板、結像光学系およびアパーチャ板を省略図示している。

このように試料セル１０の周囲に複数の検出器７０が配置されているので、各アパーチャ板６０の開口幅は、試料セル１０に対する各検出器７０の配置角度に応じて異ならせている。すなわち、各アパーチャ板６０の開口幅は、試料セル１０へのコヒーレント光の入射方向に対する配置角度が９０°のところで最大となり、配置角度が９０°から離れるにつれて小さくなっている。そして、本実施形態では、各アパーチャ板６０の開口幅は、試料セル１０の中心軸から検出器７０までの距離と、各検出器７０の配置角度の正弦値と、を乗じて設定された値となっている。なお、この値には、本発明の目的を達成することができるのであれば、若干の補正を加えた値も、本発明の範囲内に含まれる。

上述したように、試料セル１０の内径をＬ、検出器７０の配置角度をθ、セルと結像レンズで構成される結像光学系の倍率をＭとすると、検出器７０上に結像する散乱光像の長さはＭＬｓｉｎθとなる。ここで、試料セル１０の内径Ｌおよび結像光学系の倍率Ｍは、全ての検出光学系３０、３１…で同じである。したがって、試料セル１０の周囲に検出光学系３０、３１が等間隔ｄで複数配されている場合に、各検出器前のアパーチャ板６０の開口幅は、試料セル１０に対する各検出器７０の配置角度θ１、θ２…に応じて異ならせている。アパーチャ板６０の開口幅は、試料セル１０の中心軸Ｓから検出器７０までの距離ｄと、各検出器７０の配置角度θ１、θ２の正弦値と、を乗じて設定される。具体的には、配置角度θ１のアパーチャ板６０の開口幅は、ｄｓｉｎθ１の幅で設定される。また、配置角度θ２のアパーチャ板６０の開口幅は、ｄｓｉｎθ２の幅で設定される。

検出器７０は、結像光学系５０からの集光を受光する。すなわち、結像光学系５０の焦点に、検出器７０の受光面が位置している。本実施形態の検出器７０としては、例えば、フォトダイオード（ＰＤ）を採用しているが、２次元ＣＭＯＳ等のアレイ検出器を採用してもよい。

〔光散乱検出装置の作用〕
次に、図１から図８を参照して、本実施形態に係る光散乱検出装置の作用について説明する。

図１に示すように、円筒体状の試料セル１０の流路に液体試料１１が通液される。液体試料１１の通液が完了すると、光源２０から集光光学系２１を介してコヒーレント光である可視レーザ光が照射される。可視レーザ光は、光路Ｌ１に沿って進むことにより、レーザ光が試料セル１０の流路内の液体試料１１に入射する。液体試料にレーザ光が入射されると、その光は液体試料１１に含まれる微粒子に当たって所定の散乱角を以て散乱する。そして、試料セル１０から出射した散乱光は、スリット板４０のスリット４１を通過した後、結像光学系５０およびアパーチャ板６０を経て、検出器７０の受光面上に受光される。他方、試料セル１０に入射し、透過して直進したレーザ光は、ビームダンパ８０によって吸収される。

試料セル１０から散乱光が出射する際、試料セル１０の空気とガラスとの界面およびガラスと液体との界面において、反射光ＲＬが迷光として生じる。スリット板４０は、鉛直方向に縦長のスリット４１によって結像光学系５０へ入射する散乱光の散乱角範囲を制限する。結像光学系５０は散乱光を集光し、検出器７０の受光面上に結像するが、検出器前においてさらにアパーチャ板６０の開口部６１の開口幅によって検出器７０への受光幅を制限する。

図１および図３に示すように、試料セル１０から検出器７０に至る検出光学系３０は、試料セル１０の周囲に等間隔ｄで複数配されている。検出器７０の受光面上に結像される散乱光の像は、検出器７０を配置する角度によって大きさが異なる。上述したように、試料セル１０内で液体試料１１が均一に分布している場合、試料セル１０の内径をＬ、検出器の配置角度をθ、セルと結像レンズで構成される結像光学系の倍率をＭとすると、検出器上に結像する散乱光像の長さはＭＬｓｉｎθとなる。

ここで、試料セル１０の内径Ｌおよび結像光学系の倍率Ｍは、全ての検出光学系３０、３１…で同じであるので、各検出器前のアパーチャ板６０の開口幅は、試料セル１０に対する各検出器７０の配置角度θ１、θ２に応じて異ならせている。すなわち、アパーチャ板６０の開口幅は、試料セル１０の中心軸Ｓから検出器７０までの距離ｄと、各検出器７０の配置角度θ１、θ２の正弦値と、を乗じて設定される。このようにアパーチャ板６０の開口幅を各検出器７０の配置角度θ１、θ２に応じて異ならせることにより、検出器７０への受光幅を最適な幅に設定することができる。

〔検出器の受光面上の散乱光像の観察〕
第１実施形態の作用効果を確認すべく、検出器に結像された散乱光像を撮像観察した。図４は、配置角度６０度の検出器の受光面上の散乱光像の観察写真である。図５は、配置角度９０度の検出器の受光面上の散乱光像の観察写真である。図４および図５において、ＳＬは溶媒由来の散乱光、ＧＬはガラス由来の散乱光である。

撮像条件は、次のように設定した。試料セル１０は、例えば、内径が１．６ｍｍで、外径が８．０ｍｍの透明な円筒体状のセルである。試料セル１０の中心軸Ｓから５０ｍｍの位置には、結像レンズ（平凸レンズ）が配置されている。結像レンズは、例えば、凸径がφ１２．７ｍｍで、焦点距離が３８ｍｍに形成されている。試料セル１０の中心軸Ｓから１００ｍｍの位置には、アパーチャ板６０および検出器（ＰＤ）７０が配置されている。

図４および図５に示すように、溶媒として水を封入した状態での配置角度９０度および６０度の検出器（ＰＤ）の受光面上での水の散乱光像を撮像観察している。散乱光像の長さは上述の通りＭＬｓｉｎθの関係があり、配置角度６０度の検出器前のアパーチャ板６０の開口幅は配置角度θの正弦分だけ短くなっている。

〔クロマトグラフィ測定〕
図６Ａおよび図６Ｂは、アパーチャ板の開口幅が配置角度によらず一定の場合のクロマトグラフィ測定の説明図である。すなわち、サイズ排除クロマトグラフィ測定におけるＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）単量体に相当する、配置角度θ１とθ２の検出器（ＰＤ）の出力を示す。図６Ａは、単量体ピークの最大値（１０３０ｓｅｃ）で規格化した結果である。図６Ｂはθ２の出力をθ１の出力で除算した結果である。カラムで分離された同一特性の試料であるため、図６Ａにおいθ１とθ２のピーク形状は等しくなり、図６Ｂにおいてθ２の値は傾き０となることが理想であるが、時間の経過とともに右肩上がりの結果となっている。この結果から、分子量や粒子径を算出すると、ピーク内で算出結果が異なることとなり、算出精度が悪化する。

他方、図７Ａおよび図７Ｂは、アパーチャ板の開口幅を配置角度によって異ならせた場合のクロマトグラフィ測定の説明図である。すなわち、検出器（ＰＤ）が同一の試料領域からの散乱光を受光するようにアパーチャ板の開口幅を調整した結果である。図６Ａおよび図６Ｂと比較して、θ２の変動は小さく、分子量および粒子径の算出値のピーク内での変動は小さくなる効果がある。

以上説明したように、第１実施形態の光散乱検出装置１は、各検出器前のアパーチャ板６０の開口幅を試料セル１０に対する各検出器７０の配置角度θ１、θ２に応じて異ならせているので、検出器７０への受光幅を最適な幅に設定することができる。したがって、第１実施形態の光散乱検出装置１によれば、試料セル１０の通液時のピーク形状が検出器７０の配置角度に依存せず、分子量精度および粒子径算出精度を良好に維持することができる。

［第２実施形態］
次に、図８を参照して、第２実施形態に係る光散乱検出装置２について説明する。図８は、第２実施形態に係る光散乱検出装置の側面図である。なお、第１実施形態と同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

図８に示すように、第２実施形態に係る光散乱検出装置２は、アパーチャ板２６０が開口幅を微調整すべく、水平方向に回動可能に配されている点が、第１実施形態と異なる。すなわち、アパーチャ板２６０には、例えば、鉛直方向の中心部に不図示の回動軸で支持されており、水平方向に回動可能に構成されている。アパーチャ板２６０は、当該アパーチャ板２６０を回動させるための回動装置２１０と、液体試料中の溶媒の屈折率情報を記憶するための記憶部２３０と、溶媒の屈折率情報に基づいて、アパーチャ板２６０の回動角を制御するための制御装置２２０と、を備える。

回動軸は、例えば、ステッピングモータ等の回動装置２１０に接続され、回動軸を駆動することにより、アパーチャ板２６０を回動させる。記憶部２３０には、各種の液体試料中の溶媒の屈折率情報が記憶されている。制御装置２２０は、記憶部２３０から分析対象となる液体試料１１０の溶媒の屈折率情報を抽出する。制御装置２２０は、抽出した溶媒の屈折率情報に基づいて、回動装置２１０を駆動し、アパーチャ板２６０の回動角を制御する。アパーチャ板２６０の回動角を制御することにより、当該アパーチャ板２６０が水平方向に傾斜して、実質的に開口幅が微調整される。

第２実施形態に係る光散乱検出装置２は、基本的に第１実施形態に係る光散乱検出装置１と同様の作用効果を奏する。特に、第２実施形態に係る光散乱検出装置２は、アパーチャ板２６０が開口幅を微調整すべく、水平方向に回動可能に配されている。また、アパーチャ板２６０は、当該アパーチャ板２６０を回動させるための回動装置２１０と、液体試料中の溶媒の屈折率情報を記憶するための記憶部２３０と、溶媒の屈折率情報に基づいて、アパーチャ板の回動角度を制御するための制御装置２２０と、を備える。したがって、第２実施形態に係る光散乱検出装置２によれば、液体試料中の溶媒の屈折率情報に応じて、アパーチャ板２６０の開口幅を微調整することができる。結像光学系の倍率Ｍは、溶媒の屈折率に依存する。屈折率に応じて、アパーチャ開口幅を調整することで、溶媒に依らず、流路内の同一領域の散乱光を受光することができる。したがって、分子量精度および粒子径算出精度を良好に維持することができるという有利な効果を奏する。

［第３実施形態］
次に、図９、図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して、第３実施形態に係る光散乱検出装置３について説明する。図９は、第３実施形態に係る光散乱検出装置の平面図である。図１０Ａは、アパーチャ板の開口幅を配置角度によって異ならせ、かつ、スリット板のスリット幅が配置角度によらず一定の場合のクロマトグラフィ測定の説明図（各配置角度における各検出器が受光する散乱光強度の相対値を示すグラフ）である。図１０Ｂは、アパーチャ板の開口幅を配置角度によって異ならせ、かつ、スリット板のスリット幅も配置角度によって異ならせた場合のクロマトグラフィ測定の説明図（各配置角度における各検出器が受光する散乱光強度の相対値を示すグラフ）である。本実施形態では、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。また、第１実施形態と同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。また、図１０Ａおよび図１０Ｂ示すグラフは、いずれも、セル中心（Ｘ＝０）で発生する散乱光を受光する光強度を１とし、受光する散乱光強度相対値のセル位置依存性（Ｘ依存性）を計算した結果である。

図９に示すように、第３実施形態に係る光散乱検出装置３では、試料セル１０の周囲に複数のスリット板３４０が配置されている。そして、各スリット板３４０の各スリット３４１の幅は、各アパーチャ板６０の開口幅と同様に、コヒーレント光の試料セル１０への入射方向に対する配置角度が９０°のところで最大となり、配置角度が９０°から離れるにつれて小さくなっている。また、本実施形態では、各スリット３４１の幅は、配置角度が９０°のときのスリット３４１の幅に、各検出器７０の配置角度の正弦値を乗じて設定された値となっている。例えば、配置角度が９０°のときのスリット３４１の幅をｗ０としたとき、配置角度θ１のスリット３４１の幅は、ｗ０×ｓｉｎθ１の幅で設定される。また、配置角度θ２のスリット３４１の幅は、ｗ０×ｓｉｎθ２の幅で設定される。このように本実施形態では、スリット３４１の幅を各検出器７０の配置角度θ１、θ２に応じて異ならせている。なお、配置角度が９０°のときのスリット３４１の幅に、各検出器７０の配置角度の正弦値を乗じて設定された値には、本発明の目的を達成することができるのであれば、若干の補正を加えた値も、本発明の範囲内に含まれる。

ところで、各アパーチャ板６０の開口幅を配置角度によって異ならせるが、各スリット３４１の幅については、配置角度によらず一定の場合、すなわち、各スリット３４１の幅を配置角度に応じて異ならせるのを省略した場合、図１０Ａに示すグラフのような結果が得られる。図１０Ａに示すグラフから明らかなように、各検出器７０での光強度は、配置角度が小さくなれば小さくなるほど（例えば配置角度が１５度や３０度の場合）、配置角度が大きいときの光強度に対して乖離が生じる傾向にあることが分かる。なお、前記配置角度が小さい検出器７０を用いない場合には、この乖離が、タンパク質等の微粒子の分子量や回転半径の検出結果に対して、影響を与えるのが防止される。

そこで、光散乱検出装置３は、配置角度の大小における光強度の乖離を防止するべく、前述したように、各アパーチャ板６０の開口幅を配置角度によって異ならせるとともに、各スリット３４１の幅も配置角度によって異ならせる構成となっている。この場合、図１０Ｂに示すグラフのような結果が得られる。図１０Ｂに示すグラフから明らかなように、配置角度の大小によらず、各配置角度に対応する光強度のグラフは、互いにほぼ重なっており、前記乖離が生じるのが防止されている。これにより、検出器７０の配置箇所によらず、タンパク質等の微粒子の分子量や回転半径を高精度に検出することができる。

［第４実施形態］
次に、図１１を参照して、第４実施形態に係る光散乱検出装置４について説明する。図１１は、第４実施形態に係る光散乱検出装置の側面図である。前述した第３実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。また、第３実施形態と同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

図１１に示すように、第４実施形態に係る光散乱検出装置４は、各スリット３４１幅を微調整すべく、水平方向に回動可能に配されている点が、第３実施形態と異なる。すなわち、スリット板３４０には、例えば、鉛直方向の中心部に不図示の回動軸で支持されており、水平方向に回動可能に構成されている。スリット板３４０は、当該スリット板３４０を回動させるための回動装置４１０と、スリット板３４０の回動角を制御するための制御装置４２０と、を備える。

回動軸は、例えば、ステッピングモータ等の回動装置４１０に接続され、回動軸を駆動することにより、スリット板３４０を回動させる。制御装置４２０は、回動装置４１０を駆動し、スリット板３４０の回動角を制御する。そして、各スリット板３４０に同じスリット板３４０を用いて、当該各スリット板３４０の回動角を制御することにより、当該各スリット板３４０の姿勢が変化する。これにより、各スリット３４１の幅を配置角度に応じて異ならせることができる。また、各スリット板３４０を回動させるよう構成されていることにより、各スリット３４１の幅の微調整も可能となる。

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
また、本発明の光散乱検出装置は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

１、２、３、４…光散乱検出装置
１０…試料セル
２０…光源
３０…検出光学系
４０、３４０…スリット板
４１、３４１…スリット
５０…結像光学系
６０、２６０…アパーチャ板
６１…開口部
７０…検出器
２１０、４１０…回動装置
２２０、４２０…制御装置
２３０…記憶部

Claims (9)

1. 液体試料中の微粒子を検出するための光散乱検出装置であって、
   液体試料を保持する透明な試料セルと、
   前記試料セルにコヒーレント光を照射する光源と、
   前記試料セルから周囲に異なる散乱角を以て散乱する光を集光する結像光学系と、
   前記結像光学系の入射側に配され、散乱角範囲を制限するためのスリット板と、
   前記結像光学系からの集光を受光する検出器と、
   前記結像光学系の焦点距離よりも前記検出器側に配され、開口幅によって前記検出器への受光幅を制限するアパーチャ板と、
   を備え、
   前記試料セルから前記検出器に至る検出光学系は、前記試料セルの周囲に、該試料セルの中心軸から等間隔で複数配されており、
   前記複数の検出器は、前記試料セルへの前記コヒーレント光の入射方向に対する角度が９０°の位置を基準として、前記基準位置により近い角度位置に配置された第１検出器と、前記基準位置により遠い角度位置に配置された第３検出器と、前記第１検出器と前記第３検出器との間の角度位置に配置された第２検出器とを含み、
   前記各アパーチャ板の開口幅は、前記第１検出器、前記第２検出器、前記第３検出器の順に大きいことを特徴とする光散乱検出装置。
2. 各アパーチャ板の開口幅は、前記試料セルの中心軸から前記検出器までの距離と、各検出器の配置角度の正弦値と、を乗じた値である、請求項１に記載の光散乱検出装置。
3. 前記アパーチャ板の開口部は、少なくとも鉛直方向に沿った辺が直状である、請求項１または請求項２に記載の光散乱検出装置。
4. 前記アパーチャ板は、前記開口幅を微調整すべく、水平方向に回動可能に配されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の光散乱検出装置。
5. 前記アパーチャ板は、前記液体試料中の溶媒の屈折率情報に基づいて、前記アパーチャ板の回動角を制御するための制御装置を備える、請求項４に記載の光散乱検出装置。
6. 前記アパーチャ板は、該アパーチャ板を回動させるための回動装置と、前記液体試料中の溶媒の屈折率情報を記憶するための記憶部と、を備える、請求項５に記載の光散乱検出装置。
7. 前記各スリット板は、開口して形成され、前記散乱角範囲を制限するスリットを有し、
   前記各スリットの幅は、前記コヒーレント光の前記試料セルへの入射方向に対する配置角度が９０°のところで最大となり、配置角度が９０°から離れるにつれて小さくなる、請求項１から６のいずれか１項に記載の光散乱検出装置。
8. 前記各スリットの幅は、配置角度が９０°のときの前記スリットの幅に、各検出器の配置角度の正弦値を乗じた値である、請求項７に記載の光散乱検出装置。
   
9. 前記光源は、該光源から前記試料セルに入射するコヒーレント光の光軸が、前記試料セルおよび前記検出器を含む平面から所定の角度傾斜するように配置されている、請求項１から８のいずれか１項に記載の光散乱検出装置。

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