JPH02240547A - 光の第１の成分における試料吸収の測定から光の第２の成分の影響を除去する方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は単色光による試料の質問（ｉｎｔｅｒｒｏｇａ
Ｌｉｏｎ　）に関し、より詳細には、回折格子発生の単
色光と、回折格子から半オーダ波長を除くための方法と
に関する。

（従来の技術） 通常、試料の遠心分離の間に観察を行なう。典型的には
、遠心分離機ロータが設けられる。前記ロータはいわゆ
る試料セルと標準セルとを含む。

観察を→能にするため、試料セルと標準セルとに窓が設
けられる。光が試料セルおよび標準セルの双方を経て伝
達される。

標準セルおよび試料セルは、好ましくは双方か、その内
部に勾配形成溶質を有する溶媒を含む。遠心分離工程の
間、標準セルを放射方向に横切る光の吸収が標準セルお
よび試料セルの双方において溶媒および溶質の指示を与
える。試料セルおよび標準セルの双方を放射方向に横切
る光の比較吸収は、試料の分離の指示を与える。溶媒中
の溶質勾配および試料分離の観察により、分析が行なわ
れ、・また、溶媒中での勾配形成溶質の分配が行なわれ
る。

このような試料／吸収測定の光のため、単色光が用いら
れている。典型的には、種々の別個の波長で行なわれる
。同一の分離波長における試料セル対標準セルの光吸収
の観察により、同定、検定、および、試料の構成要素の
関連分析を行なうことかできる。

所望の単色光を生じさせるために狭い帯域フィルタを利
用することが知られている。残念ながら、これらのフィ
ルタは大きく、多くの光学インタフェースを持ち、また
、高価である。さらに、いくつかの波長が用いられる場
合、フィルタを質問光路（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｎｇ
　ｌｉｇｈｔ　ｐａＬｈ）　ヘおよび質問光路から割り
振り、挿入しまた移動する物理的［１がフィルタ使用を
困難にしている。

遠心分離機のための紫外線走査システム（１９８７年１
Ｏ１２９日出願の米国特許願第１１５，０２３号）と称
する関連の開示のなかで、本発明者は、試料吸収分析の
ための単色光を生じさせるための回折格子の使用を開示
した。簡単に言えば、傾斜軸線に平行なミラー回折罫線
を開示した。このミラーは、平行にされた質問光（ｉｎ
ｔｅｒｒｏｇａｔｉｎｇ　Ｉ　ｉｇｈＬ　）を生じさせ
るための固有の半径をもつ、前記軸線の長さに沿った形
状を有する。前記ミラーを傾斜させる手段により、回転
ロータ内の窓が設けられたセルの質問が遠心分ｍ器によ
る分離工程中に単色の平行光線により生じ得る。

（発明が解決しようとする課題） 溶媒および溶質中の試料の光吸収分析のための回折格子
分類光の使用において、単色光線の比較的大きい爛まり
が、しばしば光度の１オ一ダ以上まで起こることがある
。このような回折格子の分類光に不可避的に存在するの
は第２のオーダの光の影響である。これらの第２のオー
ダの光の影−は、第１の質問等色光線より低い光度のオ
ーダの成分をもつ。しばしば、第１の単色光線は、試料
の光学濃度によって弱められるとき、半オーダ色彩成分
の強度に達する。この場合には、システム測定は低下す
る。したがって、そして、この問題が発見されると、こ
の影響を除去するための装置および方法を創作すること
が必要となった。

ここで見出された問題が適切な先行技術において述べら
れていない限りにおいて、発明が主張されている。

本発明の目的は、単色光吸収分析から半オーダ成分の影
響を取り除くために、分類された光を回折格子を用いて
使用するための方法を説明することにある。したがって
、システム吸収は、まず、半オーダ波長での第１の出力
をもつように回折格子を傾けることによって含まれる半
オーダ波長において測定される。半オーダ波長における
システム吸収が測定される。これが実施されると、第１
の波長における半オーダ波長の寄与が計算され、この計
算結果は回折格子の第１の波長出力の既知の定数として
見出される。計算された半オーダの寄与は、次に、選ば
れた第１の色彩周波数における光の強度の正確な読みを
決定するために総合観察光から差し引かれる。

（課題を解決するための手段） 溶質を有する溶媒中の試料が単色光による吸収に関して
調べられる器械において、半オーダ色彩成分の影響を電
子工学的に測定し、取り除くための方法が開示されてい
る。この光は初め、回折格子からの成る角度での反射に
よって形成される単色質問光線に分離されるスペクトル
出力を有する比較的幅の広いスペクトル光により形成さ
打る。

このような回折格子形成の彩色光に不可避的に存ｔｔす
るのは、ｔオーダ光成分である。この工程は、選択され
た第１の単色周波数の半オーダ成分の周波数に最初の出
力をもつように光源に関して回折格子を回転させること
、および、半オーダ成分におけるシステム吸収の測定を
行なうことを含む。システム吸収は、溶媒、溶質および
試料を離ねたシステムを通る移動によりまたは選択的に
前記システム内に溶媒および溶質を含む標準セルな通る
移動により行なわれる。次に、回折格子が、最初の単色
周波数に最初の出力を有するように光源に関して回転さ
れる。半オーダ伝導（任意の回折格子に関する既知の定
数）に対する第１の単色周波数の比率が用いられ、任意
の選択された第１の単色周波数における半オーダ成分を
計算する。

その後、また、溶媒および溶質中の試料に関して、比較
光吸収を記述するために、溶媒および溶質中の試料に関
する計算された半オーダ光吸収より少ない全ての光の吸
収をシステムに関する計算された半オーダ光吸収より少
ないシステムに関する全ての光の吸収で割った比率の対
数か求められる。システム吸収測定のための標準セルを
使用して、試料セルおよび標準セル間の比較光吸収を記
述することが望ましい。異なる溶媒、溶質または試料間
の吸収を比較することに有用性がある。この方法は、分
離工程中に回転するロータ内の窓を通して分離が引き起
こされる遠心分離の観察において好ましい有用性を見出
す。

（発明の作用および効果） 開示の方法の利点は、主要な有用性が、遠心分層機ロー
タ内の窓が設けられたセルを通して遠心分離の変化を観
察することに見出されることである。このシステムの好
ましい使用は、溶媒および溶質を有する遠心分離機ロー
タ内の標準セルを介してシステム吸収を照合すること、
および、同じ溶媒、溶質および分離のための注入試料を
有する試料セルと結果としての吸収とを比較することを
含む。このシステムは、また、溶媒および溶質の異なる
濃度の比較において、または、標準試料なしの中−の分
類を観察する（全システム吸収か既知であると仮定して
）ために、有用性を見出す。

さらに、開示の方法の利点は、非常に多数のフィルタの
挿入および除去が必要でないことにある。

さらに、開示の方法の利点は、分離の継続の間に行なわ
わるそれぞれのおよび全ての測定のために、開示の第２
のオーダの除去方法を実行することができることである
。この場合には、システム内の変化は行なわれる測定に
影響を与えない。例えば、光源かスペクトル出力におい
て古くなりまた変わる場合、本発明の方法の使用は効果
的に機器測定をこのようなスペクトル変化から独立であ
るように新しくする。

さらに、本発明の利点は、試料質問に利用される特定の
中色光の選択に除去方法が柔軟性を学えることである。

筒中にｄえば、回折格子は任意数の第１の周波数におい
て光を生しさせるべく１１１変である。選択された特定
の第１の周波数に応じて、測定および削除が特定の選択
周波数の半オーダに関して行ない得る。回折格子上の罫
線の彩色出力の限界内で、多くの別個の質問周波数が選
ばれ、これらの半オーダ成分が決定され、その後に除去
される。固定された狭い帯域波長を有する別個のフィル
タが利用される場合、光の周波数のこの同じ変化はあら
れれない。

さらに、本発明の利点は、第２のオーダの影響を除去す
る問題を単純にするために光源の出力波長を制限してい
るように、光源を選択することができることである。第
１の波長と第１の半オーダ波長とを出力するが、第２の
および全ての短い半オーダ波長を省略する光源を選択す
る手段により、より少ないオーダ波長の削除が不要にさ
れる。実際、本発明の好ましい実施例は、４００ナノメ
ートルのオーダにある主要質問周波数、および、２００
ナノメートルのオーダにある回折格子からの第２の放出
を含む。幅の広い帯光源が選択されるが、これは１００
ナノメートルの範囲では放出しない。したかつて、回折
格子からの唯一の望ましくない放出は、２００ナノメー
トルの範囲にある。

（実施例） 第１図を参照すると、いわゆる「超遠心分離機」か示さ
れている。簡単に説明すると、モータがロータＲを軸線
Ａの周りに回転させる。高速を伴なう。ロータＲが毎分
ｔｏｏ　、ｏｏｏ回転で回転することは珍しくない。こ
の技術分野において周知のように、遠心分離機による分
離は風損を回避するために真空中で生じる。試料はセル
Ｓ１の内部に・収容されている。前記セルは一ト窓２０
と、光がロータＲのｎｉ前記回転軸線に平行に通過する
ことを許す下意２２とを有する。遠心分離機による分離
が動的に生しる間、本発明か教えるところに従って形成
された光束が試料の層状配列および標準セルの密度を検
査する方法を実行するのは、こわらの窓を通してである
。

前記光に関して、管Ｔは、伝えられてミラーＭに当たる
光りを含む。ミラーＭからの光は下方に反射されて折返
し管ＴＩを通り、ロータＲのセルＳｌの窓２０．２２を
通過する。光は、外窓２０．２２を通過した後、検出器
りに入射する。第２図および第３図を参照のこと。後に
示すように、検出器りは前記試料および標準のセルの径
方向長さを越える偏位（ｅｘｃｕｒｓｉｏｎ　）を持ち
得る移動スリットである。

前記遠心分離機によって発生する力は、典型的には、５
．０００重力場ないし５００，０００重力場の間にある
。本発明の目的は、遠心分離機による分離工程が持続す
ると・き、動的に形成する層を詳細に調へることにある
。試料を観察するために遠心分噛機による分離を中断す
ることは、遠心分離機による分離が意図して生じさせる
真の結果を無効にするであろうことが理解されよう。特
に、発生される大型力場の下で起こり得る層状配列は、
−吐前記大重力場が除去されると、拡散のためにしばし
ば消失する。

以上の通用において、ある面を規定する必要がある。こ
れらの面は、−ｊｌ規定されると、後述する第２図およ
び第３図に示された特定の回折光学の配置を許す。

先ず、試料は、典型的には、前記試料か層状配列に関し
て光学的に読取られる試料採取場所に配置される。前記
試料採取場所は前記遠心分離機の回転軸線Ａから半径に
沿っである。第３図を参照すると、ここに示された光学
視界は前記回転軸線から前記試料に伸びる半径に直角に
皐られている。

また、試料面に直角な面を説明する必要がある。この試
料面は分散面であり、また、回折格子罫線ミラーＭから
色分散または光の分離が生じる面である。この分散面は
第２図の面である。

これらの面をセットしたので、本発明の好ましい特定範
囲に限定された光学作用を説明する。

この作用は、単色光による前記試料の平行質問（ｉｎｔ
ｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ　）を生じさせるための第３図の
前記面内の光の平行化を含む。

第２図を参照すると、閃光電球りが好ましくは１ミリメ
ートルまたはそれ以下の直径の開口２８を通る。前記光
源からの光４０は各管栓３０゜３２を通り、ミラーＭに
入射する。

第３図を参照するに、光源しは示されていない。しかし
、第３図は、ミラーＭから下方に発して試料５０を通り
、スリット検出器またはスリット５２を過ぎて検出器り
に至る光４０を示す。スリット５２が試料５０の下を走
査することが理解されよう。このような走査において、
それは、回転軸線Ａに全く平行でありかつ第３図の前記
試料面に直角な層を識別する。

ここに、ミラーＭには、第３図の前記試料面内に、光源
りに関して円筒形状が与えられている。

この円筒形状は、光線４０が第３図の前記面と正確に平
行にされ、ロータＲの回転軸線に平行な通路に沿うよう
（選択される。したがって、バンドＢに存在する沈殿物
のような沈殿物の分類された層は、ハンドＢに全く平行
なまたバンドＢを経る平行光線４０を有する。

ミラーＭは十−行光線の形成のために−の軸線に沿って
形状付けられている。前記ミラーを傾けると色を変化さ
せる光か生じるように、他の軸線に沿って、Ｏｉ′ｒ記
ミラーに、異なる曲率と、異なる間隔をおかわた罫線と
が与えられている。

このような罫線は公知である。米国特許第：ｌ、９０９
．ｌ：１４　　号参照。このようなミラーの構造に関す
る従来技術を追加すると、米国特許第３．９３０，７２
８号、同第３．７２１，４８７号、同第３，９４２．０
４ｇ号および同第３，６２８，８４９号がある。

・波長を変える回折格子の回転が前記光源に対して直角
から約３０°生じる。平行化のための有効な曲率は回折
格子角度に関係なしに変わらない。

口承の光学が好ましいものであることが理解されよう。

前記試料面のみにおいて面記光を平行にする他の光学が
使用可能である。例えば、レンズおよびミラーの組合せ
が使用ｉｉＪ能である。

スリット５２か矢印５４で指示された通路に沿って検出
ｐＪｏを左右に横切ることが理解されよう。このような
横断において、米国特許第３．７１２，７４２号に記載
されているように、検出）≦Ｄは光の受取に相違を認め
るであろう。数例が有用である。特に、光＃Ｌは、典型
的に、ストローブ会ゼノン・ソース（５ｔｒｏｂｅｄ　
Ｚｅｎｏｎ　５ｏｕｒｃｅ）である。閃光の瞬間、前記
光源は２１１，０００ワツトの範囲の出力を含む。

セルＳ１　内の試料５０におけるバンドＢのような本質
的に不透明な層を介して、面記光の大きい減衰が生し得
る。全体に１０の１７乗（１０１７）の光の減衰が起こ
り得る。前記試料における光の減衰は１０の３乗（ｌＯ
３）であり得る。

第２図に戻ると、彩色を施して分類されたバンドをもっ
てセルＳｌ内の試料５０を走査することもまた望ましい
。例えば、２０口ないし８００ナノメートルまたはこれ
より高い範囲（この範囲は光学スペクトルの紫外および
可視部にある。）において、遠心分離機で分類されてい
る蛋白質を走査することが望ましい。したがって、ミラ
ーＭｌには、第３図の面内に不等間隔の罫線を有する曲
率か法えられる。第２図に見られるように、前記罫線は
図の而に入りまた出るように伸びている。矢印６２で示
すように、軸線６０の周りにミラーを回転させることに
より、試料５０の走査が５ナノメートル幅のバントに生
じ得る。光学バント走査の幅または通過幅が、基本的に
は、第２図および第３図に見られるように、窓２０．２
２を介して規定されるミラーの放射形の立体角によって
定められることは理解されよう。

測定か個々の遠心分離のために数時間（または数日でも
）を越えて行なわれることが理解されよう。したがって
、また、選択された波長ラムダ（λ）での各測定の前に
、システム吸収測定が各半オーダの波長において初めに
行なわれる。

その壕、また、特定の第１の選択波長のために、いわゆ
る第１のオーダ／第２のオーダ係数が人力されまたは好
ましくは参照用テーブルから得られる。

その後、受は取られた全光（Ｓ　’、Ｌ　）を考１４％
に人わかつシステム感度（Ｓ’ｌ／２）を除くことによ
り、第１の波長でのシステム感度（Ｓλ）か計算される
。この計算は次の式によりなされる。

Ｓ　λ　＝ Ｓ　′人　−Ｃｏ　　ｘＳ’λ　／２　　　　　（Ｓ　
　　ｌ／２　　−３　　’ｉ／２）このル１算において
、第１のオーダ放出を減少させるために第２のオーダ波
長のみが存在すると仮定する。この仮定は所与の例にお
いて正確に設定され、低オータでの光源の放出は起こら
ない。例として、また、４００ナノメートルの範囲にお
ける質問を仮定すると、２００ナノメートルは低オーダ
波長である。次の最低オーダは１００ナノメートルであ
る。ｔいにも、好ましい実施例の光源はこの波長で放出
しない。

低オータが生じる場合、前述した等式の補性か低オーダ
要素の消去を概算することは理解されよう。

この計算がなされると、以下の係数か既知となる。

Ｉ　λ／２・・・第２のオーダ波長における前記システ
ムを通る伝導強度 Ｓλ／２・・・λ／２におけるシステム感度Ｓλ　・・
・第１の波長のみでのシステム感度Ｃ０・・・第１のオ
ーダ／第２のオーダの係数 Ｃｅ　　　・・・校止係数（実験的に決定されたシステ
ム感度） これらの既知の係数から、第２のオーダ光の強度が以下
のように計算される（ｔｏλ２）。

１０λ／２；ｌ　λ／２　×　　Ｓ　入／２／Ｓλ　　
×Ｃ０λ　Ｘ　　Ｃｅλ　（■λ／２＝１”λ／２）典
型的なシステムでは、光源が回折格子を照らしまた重要
な波長がスリットを通過し、次に、標準または試料を通
り、検出器に至る。

吸収測定がλにおいてなされまたλ／２での光の消失お
よび検出器感度かあると、λ／２（第２のオーダ）光が
また回折格子を通過する。

吸収は、ＯＤλ＝ｌｏｇｌｓλ／１＆人と定義される。

ここで、■＝単一・オーダ波長が存在する場合の伝導強
度 Ｓ＝試料 Ｒ＝標準 λ＝波長 λおよび入／２の両者が与えられると、吸収が計算可能
である。

ＯＤλ＝ ｌｏｇ（Ｉ　　ζＡ−１ｓ、Ｌ／２）／（Ｉａ人　−１
；入／２）したがって、この計算から、第１の波長にお
ける吸収を決定することが可能であるが見て取れよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は傾斜軸線に平行な光の回折のために罫線か設け
られまた出力単色光線の平行化のために傾斜軸線に沿っ
て形成されたミラーを利用する光調前システムを有する
遠心分離機の側断面図、第２図は第１図の遠心分離機の
回転軸線に沿って得られた光源通路の径方向側面図、第
３図は第２図の立面に直角な側断面図である。 ２０．２２：窓、　　　５０；試料、 Ｄ；検出器、　　　　　Ｌ：モノクロメータ、Ｓｌ：セ
ル。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料の光吸収を測定するための光学システムであ
   って望ましい第１の波長の第１の成分と望ましくない第
   ２の波長の第２の成分とを有する光線を選択的に出力す
   ることができるモノクロメータと、前記試料を経る前記
   モノクロメータからの光出力を検出するために配置され
   た検出器と、前記モノクロメータと前記検出器との間で
   前記光線中に前記試料を保持するための試料のセルとを
   含む光学システムにおいて、（ａ）前記第２の波長の光
   に対する前記システムの感度を決定すること、（ｂ）光
   の前記第２の波長成分の影響を含む前記第１の波長の光
   に対する前記システムの感度を決定すること、（ｃ）前
   記工程（ａ）および（ｂ）の結果を用いて前記第１の波
   長のみの光に対する前記システムの感度を決定すること
   、（ｄ）前記工程（ａ）および（ｃ）の結果を用いて前
   記第２の波長の光の前記試料の吸収を決定すること、（
   ｅ）光の前記第２の成分の影響を含む前記第１の波長の
   光の前記試料の吸収を決定すること、および、（ｆ）前
   記工程（ｄ）および（ｅ）の結果を用いて前記第１の波
   長のみの光の前記試料の吸収を決定することを含む、光
   の第１の成分における試料吸収の測定から光の第２の成
   分の影響を除去する方法。
2. （２）前記光学システムの前記モノクロメータが回折格
   子を含む、請求項（１）に記載の方法。
3. （３）前記第２の波長が前記第１の波長の第１の半オー
   ダにある、請求項（２）に記載の方法。
4. （４）前記試料のセルは第１の区画および第２の区画を
   含み、前記第１の区画が標準材料を含みかつ前記第２の
   区画が前記試料を含み、また、前記工程（ｆ）は前記第
   ２の波長において前記標準材料によって光の吸収を決定
   する工程と、前記第１の波長のみの光の前記試料の吸収
   を決定するために二つの標準吸収間の差と前記工程（ｄ
   ）および（ｅ）の前記試料吸収の差とを用いる工程とを
   含む、請求項（１）に記載の方法。