JPH03170847A - 示差屈折率計用セル - 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】 く産業上の利用分野〉 本発明は、分子量の決定などのために用いられる示差屈
折率計において実施される示差屈折率計用セルに関する
。

く従来の技術〉 溶液の屈折率およびその濃度依存性の測定により、その
溶質である試料の分子量を測定する方法が従来から知ら
れている。このような試料溶液の屈折率の測定は、たと
えば試料溶液とその溶媒とを分離して収納した透明容器
からなるセルを用い、このセルにスリットを介した単色
光を入射させた場合に試料溶液と溶媒との屈折率の差に
応じて入射光の光路が曲げられることを利用して行うこ
とができ、このような測定原理に基づいて前記試料溶液
の屈折率の測定を行うようにしたのが示差屈折率計であ
る。

前述のセルの一例として、たとえば四角柱状の透明筒体
で構戊したセル容器の内部空間を仕切板を用いて二室に
仕切ったいわゆるプライスセルがある。このプライスセ
ルを用いた屈折率の測定では、まず第１の手順としてセ
ル容器内の二室の両方に溶媒を満たして、スリットを介
した光を前記仕切板に対して斜めに入射させる。次に第
２の手順としてセル容器の一方の室に試料溶液を満たし
、他方の室に溶媒を満たしてスリットを介した光を入射
させる。この第１．第２の手順間でのスリット像の結像
位置の差が計測され、この結像位置の差に基づいて屈折
率が演算される。

このような従来技術では、セル容器の一方の室について
は試料溶液とその溶媒との入替えが必要であり、またス
リット像の位置計測を２回にわたって行わなければなら
ない。このため、機械的な振動や空気のゆらぎの時間変
化．光学ベースの経時変化による撓み，室温の変化，セ
ル内の液体の対流の状態の時間変化などによる影響のた
めに、測定の前後にわたって誤差要因が入り込み、測定
精度が劣化するという問題がある。

この問題を解決した先行技術は第１０図に示されている
。このセルは前述のプライスセルを改良したもので、こ
のセルを用いた示差屈折率計はスリット（図示せず）を
介した２つの光束Ｊ１．Ｊ２を用いるためにダプルビー
ム型示差屈折率計などと称されている（たとえば「光散
乱実験法（化学の領域増刊７０号：南江堂）」などに詳
述されている。）。

透明筒体で構成した四角柱状のセル容器１の内部空間は
対辺間を連結した仕切板２によりその長手方向に沿って
二分されており、さらにその一方側の室は仕切板３によ
ってその長手方向中央部付近て二分されている。このよ
うにして、第１室４ａ，第２室４ｂ，第３室４ｃか形成
されており、第１室４ａには屈折率の測定を行うべき試
料溶液が満たされ、第２室４ｂにはたとえば前記試料溶
液の溶媒などのリファレンス（基準流体）が注入される
。第２室４ｂに注入されたリファレンスは仕切板２に形
成した細孔５を介して第３室４ｃ内にも注入される。６
は空気孔であり、第３室４ｃへのリファレンスの注入を
容易にしている。

このようなセルに対して光束Ｊ’Ｌ．！２は、仕切板２
に対して斜めの方向から、それぞれ第３室４ｃ，第１室
４ａに同時に入射される。第１室４ａから仕切板２を介
して第２室４ｂを通過する光束Ｊ２は、第１室４ａに満
たした試料溶液と第２室４ｂに満たしたリファレンスと
の屈折率の差のために、その先路が角度αだけ曲げられ
る。一方、光束Ｊ１は第３室４ｃと第２室４ｂとを順に
通過するが、第２．第３室４ｂ，４ｃには何れもリファ
レンスが満たされており、したがって仕切板２の両側で
屈折率が変化しないので、この先束１１は偏向を受けな
い。

第２室４ｂからの光束Ｊ１．Ｊ２は、それぞれに対応し
て設けたフォトダイオードアレイやＣＣＤ（電荷結合素
子）などの一次元イメージセンサ７，８に入射する。こ
の一次元イメージセンサ７，８において光束Ｊ１，４２
（スリット像）がそれぞれ結像する位置のずれΔＸを知
れば、角度αを知ることができ、結果として試料溶液と
リファレンスとの屈折率の差に対応したデータを得るこ
とができる。すなわち、一次元イメージセンサ７．８の
出力から屈折率を得ることができる。

このような構成では、セル容器１内の液体の入替えを必
要とせず、また測定の基準となる光束Ｊ１の検出と、光
路を曲げられた光束Ｊ２の検出とが同時に行われるので
、機械的な振動，空気のゆらぎ，光学ベースの経時変化
による撓み　室温の変化，セル内の肢体の対流になどよ
る一次元イメージセンサ７，８の出力への影響を、この
イメージセンサ７，８における位置ずれΔＸを測定する
ことで相殺させることができ、したがって測定精度が向
上されるという利点もある。

く発明が解決しようとする課題〉 しかしながら上述の第１０図のセルにおいては、セル容
器１内に２枚の仕切板２．３が必要であるので、構成が
複雑であり、コスト高となるなどの問題がある。さらに
、光束１２はセルの長手方向に交差する平面に沿ってそ
の先路が曲げられるので、セルの長平方向に沿って並ん
だ光束．！ＩＪ２を検出するためには、前記平面に対し
てほほ平行に配設した一対のイメージセンサ７，８が必
要である。すなわち、光束！１．１２を検出するたメニ
検出器が２個必要であり、このためコスト高となるとと
もに、両検出器の固体差による出力特性の差に起因して
測定精度が劣化するという問題もあった。

また、第１０図図示のセルを、複数種類の試料濱岐を連
続的に供給することができるようにしたいわゆるフロー
セルとして用いる場合には、異種類の試料溶液の混合を
防ぐために可及的に小容積の室に試料溶液を導入するこ
とが必要であるので、第１室４ａに試料溶液が導入され
ることになる。

しかしこの場合には、試料溶液の導入方向と排出方向と
を同一方向とすることができず、試料溶液の流路か第１
室４ａ内で曲げられることになる。

このため、第１室４ａ内に試料溶液が残留し易くなり、
このため試料溶液の入れ替えがスムーズに行われず、結
果的に屈折率の測定精度の劣化を招来することになる。

そこで、本発明は低コスト化に有利であって、屈折率の
測定精度の向上にも寄与することができる示差屈折率計
用セルを提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達戊するための本発明の示差屈折率計用セ
ルは、基準流体および試料流体を仕切る仕切板が、基準
流体および試料流体のいずれか一方を通過する第１の光
束と基＄流体および試料流体を通過する第２の光束との
各光路にほぼ垂直であって前記第２の光束に対して斜め
になるように配設されたものである。

く作用〉 このような構成によれば、基準流体と試料流体との屈折
率差に対応した偏向を受ける第２の光束は、第１および
第２の光束の各光路を含む平面に沿って偏向される。こ
のような示差屈折率計用セルが適用される示差屈折率計
では、たとえば前記第１および第２の光束の各光路を含
む平面に沿って１個の一次元イメージセンサなどの検出
器を配設することにより、この検出器によって第１の光
束と偏向後の第２の光束とを同時に検出させることがで
きる。

く実施例〉 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図は本発明の第１実施例の示差屈折率計用セル１１
（以下「セル１１」という）の基本的な構成を示す図で
あり、第１図（ａ）はその正面図、第１図（ｂ）は第１
図（ａ）の切断面線１−Ｉから見た断面図である。本実
施例のセル１１は、四角柱状の透明筒体で構成したセル
容器１２と、このセル容器１２の内部空間を二分して第
１室１３ａおよび第２室１３ｂを形戊する仕切板１４と
を備えている。第１室１３ａには試料流体である試料濱
液が満たされ、第２室１３ｂには基準流体としてたとえ
ば前記試料溶液の溶媒が満たされる。

第２図は本実施例のセル１１が適用されるいわゆるダブ
ルビーム型示差屈折率計の基本的な構成を簡略化して示
す平面図であり、第３図はその正面図である。光源１５
からの光は、干渉フィルタ１６を介して集光レンズ１７
から、開孔ｇｌ，ｇ２を有するスリット１８に導かれて
、第１の光束Ｌ１および第２の光束Ｌ２を生じさせる。

この第１および第２の光束Ｌｌ，Ｌ２は、集光レンズ１
７の結像点に置いた結像レンズ１９およびアバーチャ２
０を介して再び分離して前述のセル１１に導かれ、この
セル１１を透過して反射鏡２１で反射される。反射され
た光束Ｌｌ，Ｌ２は再度セル１１を透過した後に、第１
および第２の光束ＬＩＬ２の光路に交差する方向に延び
た一次元イメージセンサ２２に結像される。すなわち、
このイメージセンサ２２の検出面上に、スリット１８の
開孔ｇｌ，ｇ２の像が形成される。

第１の光束Ｌ１は、第工図（ｂ）に示すように仕切板１
４を透過せず、したがって第２室１３ｂ内に収納された
溶媒のみを通過する。一方第２の光束Ｌ２は仕切板１４
を透過し、したがって第２室１３ｂ内の溶媒および第１
室１３ａ内の試料溶液の両方を通過する。このため、第
２の光束Ｌ２は試料溶液および溶媒の相互の屈折率の差
に対応した偏向を受ける。光束Ｌｌ，Ｌ２は反射鏡２１
における反射によりセル１１を２回通過するので、光束
Ｌ２は屈折率差に起因する偏向を２回にわたって受ける
ことになる。

本実施例では、仕切板１４は光束Ｌｌ，Ｌ２の各光路を
含む平面に対してほぼ垂直であって光束Ｌ２が斜めに入
射するように配設されており、このため光束Ｌ２の偏向
方向は、光束Ｌ１およびＬ２の各光路を含む平面に沿っ
て展開される。このため、光束Ｌｌ．Ｌ２に交差する方
向に延びて配設した１個の一次元イメージセンサ２２に
は、光束Ｌｌ，Ｌ２を同時に結像させることができる。

第４図は屈折率の測定原理を説明するための斜視図であ
り、一次元イメージセンサ２２の検出面に光束Ｌｌ．Ｌ
２が結像する様子が示されている。

セル１１の第１室１３．ａと第２室１３ｂとの両方に試
料溶液の溶媒を満たした場合には、光束Ｌ２は偏向を受
けずに光路Ｌ　　を介して一次元イメＲＥＦ −ジセンサ２２の検出面に入射する。この偏向を受けな
い場合の光束Ｌ　　の結像位置Ｐ　　と、ＲＥＰ　　　
　　　　ＲＥＰ 第１室１３ａに試料溶岐を入れた場合の偏向を受けた光
束Ｌ２の結像位置Ｐ２との位置ずれΔＸが、試料溶液と
その溶媒との屈折率の差に対応する。

一次元イメージセンサ２２により検出されるのは、光束
Ｌ１の結像位置Ｐ１と光束Ｌ２の結像位置Ｐ２との間の
距離Ｘであるが、結像位置ＰＩ，ＰＲＥ，間の距離ＸＯ
を予め知っていれば、位置ずれΔＸが求まる。

したがって、セル１１の第１室１３ａおよび第２室１３
ｂの両方に試料溶液の溶媒を入れるようにして距離ＸＯ
の測定を予め行っておけば、一次元イメージセンサ２２
で距＠Ｘを測定することにより、位置ずれΔＸ　（−Ｘ
−ＸＯ）が求まり、このようにして試料溶戒とその溶媒
との間の屈折率の差が測定されることになる。たとえば
機械的な振動その他の誤差要因により結像位置Ｐ１がず
れる場合には、結像位置Ｐ２も同様な変動を示すので、
距離Ｘの測定では上記の誤差要因による影響が相殺され
る。したがって距離Ｘの測定は精度良く行われ、このこ
とは光束Ｌ２が偏向されない場合も同様であるので、結
果として位置ずれΔＸの測定は高精度で行われることに
なる。なお上記のような距離ＸＯの測定は、屈折率の測
定の度ごとに行われる必要はなく、たとえば１日に１回
だけ行ったり、複数の試料の屈折率測定に先立って１回
たけ行ったりすればよい。

このように本実施例によれば、いわゆるダブルビーム型
示差屈折率計において、１個のイメージセンサ２２によ
り屈折率の測定が達成されるようになり、したがってそ
の低コスト化に寄与することができるとともに、複数の
イメージセンサを用いた場合に生じるイメージセンサの
固体差による出力特性の差に起因する測定精度の劣化の
問題を克服することができる。さらに本実施例のセル１
１では、セル容器１２の内部を二分する１個の仕切板１
４か必要とされるに過ぎないので、第１０図に示された
先行技術に比較して仕切板の数が減少した簡単な構戊と
なっており、したがってセル１１の作成に要するコスト
を低減することができる。

なお、前述の説明では、セル１１の第１室１３ａに試料
流体を満たし第２室１３ｂにその溶媒を満たした場合を
例にとったが、第１室１３ａに溶媒を満たし第２室１３
ｂに試料溶液を満たしてもよい。この場合には、光束Ｌ
１は試料溶液のみを透過することになるため偏向を受け
ず、光束Ｌ２は試料溶液および溶媒を透過して両者の屈
折率差に対応した偏向を受けることになる。

第５図は本発明の第２実施例のセル３１の構戊を示す横
断面図である。このセル３１は、四角柱状の透明筒体で
構戊したセル容器３２と、断面か逆Ｖ字状であって第５
図の紙面に垂直な方向に延びている仕切板３３とを備え
ている。仕切板３３によって、セル容器３２の内部空間
は、たとえば試料溶液が満たされる第１室３４ａとたと
えば前記試料溶岐の溶媒が満たされる第２室３４ｂとに
二分されている。

このようなセル３１は第２図および第３図図示の構成に
おいてセル１１と置換して用いられ、第１の光束Ｌ１は
第１室３４ａ側だけを透過し、第２の光束Ｌ２は第１お
よび第２室３４ａ，３４ｂの両方を透過する。この場合
に、第２の光束Ｌ２は、第１室３４ａ内の試料溶液と第
２室３４ｂ内の溶媒との境界を、アパーチャ２０から反
射鏡２１に向かう往路と、反射鏡２１から一次元イメー
ジセンサ２２に向かう復路とでそれぞれ２回横切ること
になり、したがって光束Ｌ２の偏向角を前述の第１実施
例のセル１１を用いた場合の２倍とすることができ、こ
れにより屈折率の測定精度をさらに向上することかでき
る。

第６図は本発明の第３実施例のセル４１の構成を示す横
断面図である。このセル４１は前述の第２実施例のセル
３１の変形例であり、第６図において前述の第５図に示
された各部に対応する部分には同一の参照符号を付して
示す。第２実施例のセル３１では断面逆Ｖ字型の仕切板
３３の両端部は四角柱状のセル容器３２の角部に連結さ
れているが、本実施例のセル４１では、仕切板３３はセ
ル容器３２の外壁の中央部付近に連結されている。

このような構成によっても、第２実施例の場合と同様の
作用および効果が達成される。

第７図は本発明の第４実施例のセル５１の基本的な構戊
を示す横断面図である。このセル５１は四角柱状の透明
筒体で構成したセル容器５２と、断面かほほＶ字状であ
って第７図の紙面に垂直な方向に延びており、かつその
両端部および稜部がセル容器５２の外壁に連結された仕
切板５３とを備えている。仕切板５３によって、セル容
器５２の内部空間はたとえば試料溶液がそれぞれ満たさ
れる第１．第２室５４ａ，５４ｂと、たとえば前記試料
溶液の溶媒が満たされる第３室５４ｃとに分割される。

そして、第２の光束Ｌ２は第１室５４　ａ　％第３室５
４ｃ１第２室５４ｂを順に透過し、第１の光束Ｌ１は第
３室５４ｃのみを透過する。

このような構成によっても前述の第２，第３実施例と同
様の作用および効果を達戊することができる。

第８図は本発明の第５実施例のセル６１の構或を示す横
断面図である。この第８図において前述の第７図に示さ
れた各部に対応する部分には同一の参照符号を付して示
す。本実施例のセル６１は前述の第４実施例のセル５１
の変形例であり、仕切板５３の稜部５３ａをセル容器５
２の外壁から離間させて、第１室６４ａと第２室６４ｂ
とを形成し、第１室６４ａには試料溶液を満たし、第２
室６４ｂには溶媒を満たすようにしている。このような
構成によっても、第２〜第４実施例の場合と同様の作用
および効果が達成されるが、第４実施例のセル５１と比
較した場合に、仕切板５３の稜部５３ａの連結が不要で
ある点で優れている。

第９図はこの発明の第６実施例のセルの基本的な構成を
示す斜視図である。この実施例は前述の第１実施例に類
似するので、第１図に示された各部に対応する部分には
同一の参照符号を付して示す。この実施例は、第１図に
示されたセルをいわゆるフローセルとして実現したもの
で、試料溶液を入れる第１室１３ａには試料導入管７１
から試料溶液が導入され、導入された試料は排出管７２
から排出される。このセルでは、試料導入管７１および
排出管７２が室の反対側に配置され、このため第１室１
３ａ内で試料溶液の流路が曲げられることがない。これ
によって、第１室１３ａに複数種類の試料溶液を順に導
入する場合の試料溶液相互の混合が抑制され、このため
試料溶液の入れ替えがスムーズに行われるようになる。

また試料溶液の混合か防がれる結果、屈折率の測定精度
を向上することができる。第２〜第５実施例におけるセ
ルのフローセル化も同様にして実現される。

なお前述の各実施例に示されたセルの他、第１および第
２の光束Ｌｌ，Ｌ２を同時に入射させた場合に、一方の
光束は基準流体および試料流体のいずれか一方のみを透
過し、他方の光束は基準流体および試料流体の双方を透
過するような任意のセルが用いられてもよい。また、両
方の光束か基準流体および試料流体を通過するような構
或てあってもよいが、この場合には、各光束と基準流体
および試料流体を仕切る仕切板との角度を相互に異なら
せて、偏向後の各光束の進行方向が相互に平行にならな
いようにする必要がある。

また前述の実施例では、試料溶液とその溶媒との屈折率
差を測定する場合を例にとったが、セル容器内に収納す
ることができる任意の試料流体および基準流体の屈折率
の差の測定に対して、上記第１〜第６実施例は容易に応
用することができ、たとえば基準流体として空気を用い
るようにしてもよい。

さらにまた、前述の実施例では、反射鏡２１（第２図お
よび第３図参照）によって第１および第２の光束Ｌｌ，
Ｌ２の光路が折り返されて、これらの光束Ｌｌ，Ｌ２が
セルを２回にわたって透過する場合を例にとって説明し
たが、反射鏡２１を用いずにセルに関して光源とは反対
側に一次元イメージセンサを配置して、光束Ｌｌ，Ｌ２
がセルをそれぞれ１回だけ透過するようにしてもよい。

その他本発明の要旨を変更しない範囲で適宜設計変更が
可能である。

く発明の効果〉 以上のように本発明の示差屈折率計用セルによれば、基
準流体と試料流体との屈折率差により偏向される第２の
光束の偏向方向は、第１の光束と偏向前の第２の光束と
の各光路を含む平面に沿って展開されるので、一次元イ
メージセンサなどの１個の検出器によって第１の光束と
偏向後の第２の光束とを同時に検出させることができる
ようになる。すなわち、第１０図に示された先行技術の
場合に比較して示差屈折率計で必要とされる検出器の数
を少なくして、その低コスト化に寄与することができる
。

また、１個の検出器により屈折率の測定が可能となる結
果、検出器の固体差による出力特性の差に起因する測定
精度の劣化の問題を克服することができるので、屈折率
の測定の精度が向上される。

さらにフローセル化した場合に、試料流体の流路を曲げ
る必要が無いので、異種類の試料流体の混合を可及的に
防いで試料流体の入れ替えをスムーズに行うことができ
る。また、混合が防がれる結果、屈折率の測定も精度良
く行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１実施例の示差屈折率計用セ
ルの正面図、 第１図（ｂ）は第１図の切断面線Ｉ−１から見た横断面
図、 第２図は本発明の実施例の示差屈折率計用セルが適用さ
れる示差屈折率計の基本的な構戊を簡略化して示す平面
図、 第３図はその正面図、 第４図は屈折率測定の原理を説明するための斜視図、 第５図は本発明の第２実施例の構戊を示す横断面図、 第６図は本発明の第３実施例の構成を示す横断面図、 第７図は本発明の第４実施例の構成を示す横断面図、 第８図は本発明の第５実施例の構成を示す横断面図、 第９図は本発明の第６実施例の構成を示す斜視図、 第１０図は先行技術の構成を示す斜視図である。 １１，３１，４１，５１．６１・・・示差屈折率計用セ
ル、１２．３２．５２・・・セル容器、１４．３３．５
３・・・仕切板、Ｌ１・・・第１の光束、Ｌ２・・・第
２の光束 １１・・・示差屈折率計用セル １４・・・仕切板 Ｌ１・・・第１の允束 Ｌ２・・・第２の光束 第 １ 図 第 ２ 図 ３１　．４１・・・示差屈折率計用セル３３・・・仕切
板 Ｌ１・・・第１の光束 Ｌ２・・・第２の光束 第 ４ 図 Ｌ２ 第 ５ 図 第 ６ 図 ５１　．６１・・・示差屈折率計用セル５３・・・仕切
板 Ｌ１・・・第１の光束 Ｌ２・・・第２の光束 第 ７ 図 第 ８ 図 第 ９ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基準流体および試料流体のいずれか一方を通過する
   第１の光束と、前記基準流体および試料流体の双方を通
   過する第２の光束とが入射され、前記基準流体および試
   料流体の相互の屈折率の差に対応して前記第２の光束を
   偏向させる示差屈折率計用セルにおいて、 前記基準流体および試料流体を仕切る仕切板を設け、こ
   の仕切板を前記第１および第２の光束の各光路を含む平
   面にほぼ垂直であって前記第２の光束の光路に対して斜
   めになるように配設したことを 特徴とする示差屈折率計用セル。