JPH01501567A - 光学装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光学装置および方法 本発明は光活性物質の分析のための装置および方法に関するものである。特に、 高圧液体クロマトグラフィにおいて用いられる装置に関するものである。

高圧液体クロマトグラフィは製薬および食料産業において、特に光活性成分の鏡 像異性体の分析のために用いられる。１つの適用は光活性生成物の生物学的によ り少ない活性鏡像異性体の不存在を論証することである。現存する検出システム はこの選択性を有しない。

米国特許第４４９８７７４号明細書において、放射線源としてガスレーザを用い る液体クロマトグラフィ検出器が説明されている。この高出力放射線源は非常に 高い最大の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を与えるため用いられる。その十分な利点に 対してこの出力を用いるため、非常に高品質の選択されたプリズム対が約ＩＱ− １０の偏光解消を与えるため必要とされ、またレーザ上の強度安定装置はフリッ カ雑音発生を減少するように出力する。低い偏光解消を維持するため空気ベース 変調器が用いられ、非常に小さい変調角度を与える。

分析は適切な信号／雑音比のため強力な光源の必要性を示し、Ｓ／Ｎは光源出力 Ｐの平方根に比例して改善される。信号／雑音比は一般に偏光解消Δと変調角度 θの関数であり、与えられたレーザ出力に対して得られる最大信号／雑音比はこ れらのパラメータに依存しない。

我々の偏光メータは本質的に低い振幅雑音特性を有する８２０ｎｍでのコリメー トされたレーザダイオード放射線源を用いる。これは１０″′５乃至１０″６の 偏光解消比を有する偏光器／分析器の使用を許容し、伝達された余分な偏光解消 光のようなガラスペースのファラデー変調器はほとんど振幅雑音を伝達しない。

外部の強度安定装置は不要である。

従来、ダイオードレーザ放射線源はマイクロポアサンプルセルを経て焦点を合わ せるのには不適当な非常に発散する出力のため光学偏光メータにおいて用いるの に適切であるとは考えられていなかった。更に、分析放射線の波長の平方の逆数 の光活性物質の特定の回転の依存性のため、短い波長が望ましかった。市販の偏 光メータはそれらの波長で高い特定の回転の利点を得るため３０２ｎｍまたは３ ６５ｎａ＋の水銀ランプ源を用いた。

ソリッドステートダイオードレーザベースの光回転検出器の使用は安定性におけ る改善と、屈折率検出器と同様にあるいはもしかするとより適切な短期信号対雑 音比を許容することがわかった。光回転検出器はまた段階的な溶出と一致してい るが、屈折率はそうではない。検出器は、例えば砂糖やポリサッカライドのよう な、得やすい紫外線クロモフォア（ｃｈｒｏｍｏｐｈｏｒｅ　）を欠いている物 質によって特に有効である。

本発明に従って、ソリッドステート放射線源と、この放射線源からの放射線が検 出器へ通る調査される物質のサンプルのためのコンテナ手段と、前記放射線源と 前記コンテナ手段との間に配置された偏光手段と、前記検出器と前記コンテナと の間に付けられた分析手段と、前記放射線源からの放射線の偏光の回転を変調す るため前記偏光手段と前記コンテナとの間に配置された変調手段とを含む光活性 物質の分析において使用するための装置が提供される。

本発明の別の実施例に従えば、放射線のソリッドステート源と、ファイバ光偏光 手段と、前記ファイバ光偏光手段を経て伝播された放射線を変調するための変調 器と、サンプルをテスト下で保持するためのサンプルセル手段と、前記偏光手段 から前記サンプルセルへ放射線を発射するための発射手段と、ファイバ光分析手 段と、前記サンプルセル手段から放射線を受取るための受信手段と、および前記 ファイバ光分析手段によって伝播された放射線を検出するための検出手段とを含 む偏光器が提供される。

本発明を以下の添付図面を参照して説明する。

第１図は本発明に従ったクロマトグラフ装置の概略図である。

第２図はレーザ光回転検出器のブロック図である。

第３図はファラデー変調技術の説明のための図である。

第４図はサンプルセルの断面図である。

第５図のａおよびｂは光回転検出器を用いるアカシア樹脂サンプルのクロマトグ ラムであり、０図は濃縮樹脂サンプルで溶出中の搬送信号振幅である。

ｉ６ａ図および第６ｂ図は屈折率検出器を用いるアカシア樹脂サンプルのクロマ トグラムである。

第７図は光回転検出器システムによる結果の再生度を示すクロマトグラムである 。

ｆｆ１８図乃至第１０図は本発明に従った光回転検出器の別の実施例を示す。

ｉｌ１図はぶどう糖シロップのサンプルのクロマトグラムである。

＝１２図は流れる糖蜜上で為された回転測定を示す。

図面を参照すると、第１図は貯蔵庫１と、注入ループ３Ａおよびクロマトグラム カラム４を具備するバルブ３とへ接続されるコンスメトリック（Ｃｏｎ５ｔａａ ＋ｅｔｒｌｃ　）　ｍ　ＨＰ　Ｌ　Ｃポンプ２を用いて実施されるアイソクラテ ィックｎ５ｏｃｒａｔｔｃ　＞溶出を示す。検出は本発明によるレーザ光回転検 出５によってかあるいは比較のため屈折率計■モデル１１０９ＨＰＬＣ屈折率検 出器６によって実施された。レーザ光回転検出の装置は第２図に示されている。

コリメートされたレーザダイオード源１０からの１ミリワツトの８２０ｎｏ＋放 射線は偏光器１１および変調器１２を経てＨＰＬＣ溶出が流れる２型セル１３へ 進む。

セルからの放射線はキャリブレータ（ｃａｌｌｂｒａｔｏｒ）　１４および分析 器１５によって検出器１６へ進む。キャリブレータはＤＣ電源１７によって制御 される。検出器からの信号は位相感知検出器１ｇ　（Ｂ　ｒｏｏｋｄｅａｌ　４ ０２）へ進み、それからデータ蓄積のためのデジタルオシロスコープ及びマイク ロコンピュータへ進む。

７５０Ｈｚ発振器１９は変調器を制御する電力発振器２０を駆動し、ＰＳＤのた めの基準信号を供給する。第３図は動作原理を示す。ファラデーモジュレータへ 供給された７５０Ｈｚ信号は光の７５０Ｈｚ偏光回転への上昇を与える。正確に ９０＠で交差した偏光器の間に置かれたとき、これは変化する振幅および一定の 偏光を与える純粋な１５００Ｈｚ搬送波信号へ導く。ミスアライメントあるいは セル中に存在する光活性サンプルのいずれかのため偏光器交点からの任意の変化 は搬送信号の７５０Ｈｚ振幅変調への上昇を与える。これは増幅器／ＰＳＤ結合 によって再生される。搬送波信号の振幅はまた記録され、検出器で光束に依存す る時間の測定を行なう。更に濃縮された溶液によって、確かな設計のための著し いピークの溶出と関連する搬送波振幅における減少が存在する。これはレンズに よるレーザビームの焦点外れ、およびサンプルセル中のミスマツチされた密度に よる溶媒とサンプル部分の混合によって引起こされたシニリレーン効果のためで ある。有効でない信号がこれらの焦点外れ期間中ＰＳＤの出力で発生する可能性 がある。

焦点外れ効果のないサンプルセルが第４図に示されている。

それはテスト下の溶液の通過のための入力および出力管４１゜４２を具備するセ ルボディ４０を含む。光は平凸レンズ４３によってセルへ入り、それは保持装置 ４４、スラストワッシャ４５およびガスケット４６によって決まった場所に維持 され、同様に保持されるウィンド４７から光は出ていく。

基準は、分析器によって除去された放出放射線を受けるフォトセルによって与え られる。これは総数射線スルーブツトの指示を与え、吸収効果のための光放射線 信号を修正するため用いられても良い。

装置はアカシア樹脂、即ち高いポリサッカリン含有を有する物質の分析において テストされた。ポリサッカライドは典型的に紫外線および可視領域において吸収 するクロモフォー（ｃｒｏｍｏｐｈｏｒｅ）を一般に欠いており、従ってＵＶ　 ＨＰＬＣ検出器を用いて直接的に分析されることはできない。アカシア樹脂は菓 子製造において業務用に用いられる。サンプルは典型的に以下の成分を有する。

戎匁　比率　モル口 １、たんばく質　濃厚　４−１５％　１０６２、ポリサッカライド　濃厚　７０ ％　１０５３、可能なａｕｔｏｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ生成物　２０％　１０４分 離はサイズ排除クロマトグラフィによって可能である。クロマトグラムは“イン スタント食品化した１（容易に水溶できる）天然のアカシア樹脂から得られたシ ＴＳＫ　Ｇ５０００ＰＷカラムはＭｎｋ１０５の範囲で最適な分離を提供した。

第５図および第６図は可動位相として水成の、幾分アルカリ性のバッファ（Ｉ　 Ｍ　（Ｎ　Ｈ４）　２Ｃ０３）を用いるＯＲおよびＲＩ検出の比較を示す。たん ばく質濃厚部分Ｆ１は主要部分Ｆ２のＲＩおよびＯＲピークへの肩部として現わ れ、それは１６分で溶出した。Ｒ１痕跡は正であり、一方ＯＲ信号は負である。

Ｒ１は１９．１分で一層小さい正のピークを示し、２０．０分で逆のピークを示 す。ＯＲは１９．５分で大きい急激な負の回転部分を示し、２０．０分でより広 い正の回転ピークを示す。これらをＦ３および１４部分と呼ぶ。

第６図はＭｒＬ−６０００および２１０のポリエチレングリコールマーカーを含 むＲ１痕跡を示す。２３部分は短時間でＭｒＬ−６０００マーカーへ溶出し、一 方Ｆ４部分は溶媒およびＭｒＬ−２１０マーカーによって溶出する。

樹脂サンプルは第５図ａについてファクタ１ｏによって稀薄されたが、それはＦ ３および１４部分を示す。０．１　ｃｍ’注入によって総負荷は５０μｇだった 。ＯＲ検出器が１ミリ度回転以下の低濃度サンプルを容易に取扱うことがわかっ た。

Ｒ，Ｍ、Ｓ雑音レベルは０．００４　ｍ＠である。再生度は第７図に示されてい るが、０．１　ａｍ’サンプルが３分毎に注入される。

ピークの高さは一３３９±７μ０および＋１９３±１０μ０である。

ベースラインドリフトは無視してよいが、５０Ｘ　１０’　ＲＩ　Ｕスケールで 約２×ｌＯ〜ＲＩＵのＲ１検出器において無視できないドリフトが存在した。こ れは０．０２％樹脂溶液のための主なポリサッカライド濃厚部分の振幅に匹敵す る。長時間にわたる適切な温度制御および動作にもかかわらず、この装置のため 明示された２Ｘ　ＩＰ　ＲＩ　Ｕｈｒ−”の低いドリフト形態を達成することは 不可能だった（第１表）。ＯＲ検出器は、２〜３時間のスイッチオン状態中、短 期間雑音に匹敵する、く４μ　。

”　ｈｒ’のドリフトを定期的に達成する。この時間は更に新しいＰ　Ｓ　Ｄ　 （Ｂ　ｒｏｏｋｄｅａｌ　９５０３および５２０７）を用いて非常に減少された 。ＯＲ検出器は温度を自動に調整されなかった。ピーク領域はサンプルの総光学 的回転に対する部分の関連する貢献を発見するため計算された。この領域は以下 の比率である。

部分　Ｆ１十Ｆ２　Ｆ３　Ｆ４ 関連するピーク領域　−２，５−１，４＋１部分４はＲ１において見られなかっ たが、なぜならそれは溶液によって溶出するからである。

２つの検出器の実施データは第１表に要約されている。

屈折率と光回転検出器の特性の比較 ＲＩＤ３　１ｈｌ　４ｘｌＯ−８ＲＩＵ　３ｘｌＯ−’　２ＸｌＯ−ＲＩＵｈｒ −’　１．４ＸｌＯ″６０Ｒ２ｈｌ　４ＸｌＯ″”　５Ｘ１０−’　＜４刈ｏ４ °ｈｏｕｒ−’　＜　５刈０−７（１）セル中の静止水によって測定されたＲ１ 雑音、０．５秒時定数（製造者詳述）。使用において測定されたＯＲ雑音、３秒 時定数。更に小さい形が、この計画において用いられた２ｍＷダイオードの代わ りに、Ｍｕｌｌａｒｄによって製造された２０ｍ　Ｗｃｏｌ　ｌ　１ｓａｔｅｄ ダイオードレーザを用いて潜在的に得られる。

（２）自動温度調節された検出器によって１時間にわたって測定されたＲ１ドリ フト、即ち％１℃の大気温度は最大値を変える（製造者詳述）。動作において測 定されたＯＲドリフトは温度を調節しない。

第１＋図はスフエリソーブ（Ｓ　ｐｈｅｒｉｓｏｒｂ　）　Ｓ　５カラム上のロ ッゾからの砂糖の分離を示す。この分離のため、コリメートされた７５０　ｎｓ 　４ｍＷダイオードレーザが用いられた。このセルはアプライドクロマトグラフ システム社の１ｃＩ回路長の先の細いセルである。このセルは焦点外れ効果は伴 わないない。

上述されたこの装置は徐々の溶出に伴う特定の適用を見出だし、それは溶媒構成 変動のため屈折率検出器によっては扱うことはできない。このような適用の１つ は砂糖ポリサッカライド混合物の徐々の溶出である。それはまた薬品の品質制御 のため用いられる。１エナンチオマー（ｅｎＨｎｔｉｏｌｅｒ）のみが一般に薬 学的に活性であり、光回転はエナンチオマー的な純粋性の直接的で完全な量化を 与える。この明細書において、光回転検出器は紫外線線検出器と関連して用いら れる。

別の実施例において（第８図）、コリメートされたレーザダイオード８１からの 放射線は１／４波長板８２および偏光器８３から成る光分離装置を通過する。そ れはビームスプリッタ偏光器／分析器８４を通過し、サンプルセル８５．１７４ 波長板８６およびファラデー変調器８７を経てそれが反射されるミラー８８へ伝 播される。反射されたビームは変調器、１／４波長板およびサンプルセルを経て ビームスプリッタ８４へ戻り、それからそれはフォトダイオード検出器８９へ反 射される。

更に別の実施例、即ち、結合された紫外線吸収／光回転検出器において、８２０ ｎｍ波長放射源（図示されていない）からの放射線は偏光器／分析器９０および コールドミラー９１を経てサンプルセル９２へ進む。それはそれから８２０ｎ＊ １／４波長板９３およびファラデー変調器９４を通過する。紫外線放射線に対し て透明な８２０ｎｍミラーは変調器の出口表面上にある。

８２０ｎｍビームはそれからこのミラーによってサンプルセルを経て再び偏光器 ／分析器および検出器（図示されていない）へ反射される。ＵＶ源９５からの紫 外線放射線はビームスプリッタ９６を通過し、コールドミラー９１によってサン プルセルを経てフォトダイオード／光増倍青紫外線検出器９７へ反射される。基 準ビーム併ビームスプリッタ９Ｂによってモニタフォトダイオード９８へ反射さ れる。

本発明の更に別の実施例において、ダイオードレーザ１００からの放射線はコリ メートされたダイオード／レンズアセンブリかまたはファイバピグテールのいず れかを用いて偏光保持ファイバ１０１およびファイバ偏光器１０２へ向けられる 。出口ファイバ＋０３は変調器１０４を通過し、それはファラデー効果変調器ま たはピエゾ電気複屈折変調器であってよい。放射線はそれからマイクロサンプル セル１０５内へ向けられる。されを出た放射線は更に別の偏光保持ファイバ１０ ６によってファイバ偏光器１０７を経てフォトダイオード１０８へ伝播される。

入口および出口ファイバはセルフォックス（Ｓｅｌｆｏｃ）または同様に傾斜屈 折率レンズ１０９．１１０によってサンプルセルへ結合される。

可視あるいは紫外線領域において動作する偏光メータはこれらの波長で強い吸収 を示す多くの物質の光回転を測定するため容易に用いられることはできない。し かしながら、８２０ｎｇ＋で非常に吸収の高い物質は非常に僅かなものにすぎず 、我々の偏光メータを用いてなされる光回転測定を許容する。この産業的応用に はオンラインにおいて製糖灰中の濃い砂糖溶液および糖蜜のモニタがあり、より 良い処理制御を許容する。現在の実施は、サンプルを得て伝播が通常の偏光メー タによる測定のため可視領域において十分高くなるまでそれらを稀薄する。第１ ２図は８２０ｎｍで１ｍＷレーザ出力による０、５ａ＋１の路長のセルにおける 流出糖蜜サンプルでなされた回転測定を示す。オンライン装置のため、長い路長 および更に強力なレーザがより望ましい。この技術はまたキラル（ｃｈｌｒａｌ ）流出流を含むその他の処理モニタにおける適用を見出だす。

本発明に従って検出器はまた高品質の実験用偏光メータとして用いられ、マイク ロ度感度は現在市販されている装置における感度の大きさに改善を与える。

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Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）放射線源と、前記放射線源からの放射線が検出器へ進むとき検査される物 質のサンプルのためのコンテナ手段と、前記放射線源と前記コンテナ手段との問 に配置された偏光手段、前記検出器と前記コンテナとの間に配置された分析手段 と、前記放射線源からの放射線の偏光の回転を変調するため前記偏光器と前記コ ンテナとの間に配置された変調手段とを含む光活性物質の分析において用いられ るための装置において、前記放射線源がソリッドステート装置であることを特徴 とする装置。
2. （２）前記放射線源が赤外線放射線源であることを特徴とする請求項１記載の光 活性物質の分析において用いるための装置。
3. （３）前記放射線源が８００ｎｍのオーダーの波長特性を有することを特徴とす る請求項２記載の光活性物質における使用のための装置。
4. （４）前記放射線源がコリメートされたレーザダイオードであることを特徴とす る前記請求項のいずれかに記載の光活性物質の分析における使用のための装置。
5. （５）前記偏光手段および前記分析手段が１０−５乃至１０−６のオーダの偏光 解消比を有することを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の光活性物質の分 析において使用するための装置。
6. （６）前記変調手段が前記放射線源からの放射線の偏光の回転を生じるように構 成されていることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載の光活性物質の分析 において使用するための装置。
7. （７）前記変調手段が７５０Ｈｚのオーダーの周波数で前記放射線源からの放射 線の偏光の回転を生じるように構成されることを特徴とする請求項６記載の光活 性材料の分析において使用するための装置。
8. （８）光ファイバ偏光手段と、前記光ファイバ偏光器手段を経て伝播される放射 線を変調するための変調手段と、テスト状態にサンプルを保持するためのサンプ ルセル手段と、前記偏光手段から前記サンプルセルへ放射線を発射するための発 射手段と、光ファイバ分析手段と、前記サンプルセル手段から放射線を受けるた めの受信手段と、および前記光ファイバ分析手段によって伝播された放射線を検 出するための検出手段とを含むことを特徴とする放射線のソリッドステート源を 含む偏光装置。
9. （９）前記放射線源が半導体レーザダイオードであることを特徴とする請求項８ 記載の偏光器。
10. （１０）マイクロサンプルセル手段を含み、前記発射手段および前記受信手段が 傾斜屈折率のレンズを含むことを特徴とする請求項８または９に記載の偏光器。
11. （１１）紫外線波長でのテスト下で前記サンプルの吸収を測定するための手段を 含むことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の光活性物質の分析に おいて使用するための装置あるいは前記８乃至９のいずれかに記載の偏光装置。