JPH03179240A - 液体の吸光度を測定する装置 - 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Ｊ 本発明は、液体クロマトグラフィに有用な測光装置に関
するものであり、特に、サンプルセルと、光の射線がセ
ル壁に当たるのを阻止するまたはかかる衝突した射線が
下流側の検出手段に当たるのを阻止する関連付けられた
光学手段とを使用するこの種装置に関する。

［従来技術］ 液体クロマトグラフィシステムにおいては、サンプル成
分の検出が、溶離剤を液体クロマトグラフィカラムから
小体積のサンプルセルに通じ、光をサンプルセルに通じ
、そしてサンプルセルから放射された光を検出して、サ
ンプルによる特性吸光度を決定することにより行われる
。相当な擬似輻射信号が、サンプルセルを流れる溶媒お
よびサンプルの屈折率の差により生ずる。これら屈折率
の差は、小さな測光器セルを通る変化し得る割合の光射
線がセル壁に当たるようにする複雑なレンズ様の効果を
生ずる。セル壁と遭遇する射線は部分的に吸収されるの
で、屈折率変化が機器の基準ラインを不安定にしそして
サンプル吸光度値を誤らせる。

高性能液体クロマトグラフ（ＨＰＬＣ）紫外−可視型検
出器についての吸収セルの大きさおよび形状は以下の３
つの因子間の妥協の結果である。

第１に、高光束をセルに通じて高い信号対雑音比測定を
実現することが重要である。第２に、セル体積は、ピー
ク拡がりおよびクロマトグラフ分解能の低下を阻止する
ために、小さくしなければならない、第３に、所定のセ
ル体積および光学的なスルーブツトについて、セルのバ
ス長さは、サンプル吸収をできるだけ大きくするのに可
能な程度の長さとすべきである。これらの因子は従来の
高性能液体クロマトグラフ紫外−可視形吸収フローセル
の標準的な寸法（ｌＯミリ長さ、１ミリ径および約８マ
イクロリツトル体積）へと導く。サンプルがけい光を発
せられるようにしモしてけい光の量が測定されるプロセ
スでは、セル壁に当たる光の射線もまた問題である。こ
れは、光射線に露呈されるときけい光を発しそれにより
擬似信号を生ずる透過性セル壁による先に分析されたサ
ンプルの吸収ないし吸着があるという事実による。

米国特許４，０１１．４５１号および 同４．２７６．４７５号明細書では、フローセルを提供
しそれによりレンズ効果が、フローパス方向のフローセ
ルの断面積の漸進的な増加により急激に散逸したフロー
セルを提供することが提案されている。フローセルの壁
は発散する回転面を形成しそれにより壁はフローセルの
軸線と数度の発散角を形成する。光学系は、どの実質的
な輻射も、セル壁に当たる輻射を招き得る鋭い角度でセ
ルに入射することを回避させる。セル壁の発散は、高性
能液体クロマトグラフ分離で遭遇する屈折率勾配の望ま
しくない効果を実質的に散逸させる。フローパスの軸線
とセル壁との間の１°〜３°の発散角が、最も有利であ
ると開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の２つの特許明細書に述べられているテーパー付け
られたまたは円錐形状のセルは従来技術に優る相当な利
益を提供するが、どうしても克服したいいくつかの不利
益を有する。必要とされるセル体積は円筒形状のセルと
比較して不所望に増加する。サンプルセル体積の増大は
、サンプルセルを通る光のバンド拡散を生ずる。加えて
、円錐形状のセルは製造するのがより困難でありそれゆ
え、一定の円形断面を有する円筒形状のセルよりも高価
である。それゆえ、サンプルセル体積をできるだけ最小
化でき且つ非円筒形状のサンプルセルに対する必要性が
回避されるとともに、依然として高い光学的スルーブツ
トと屈折率変化に対する不感応性が維持される液体クロ
マトグラフィを実行するための手段を提供することが所
望されている。

［発明の構成］ 本発明は、サンプルセルを通ずる光ビームの形状を調節
ないし制御することにより、一定の円形断面を有する円
筒形状のサンプルが採用できるとともにセル壁に当たる
どの光も下流側の光検出器に当たるのが阻止される発見
に基く。本発明では、レンズが、サンプルセルの入口お
よび出口の一方または両方に直接封止される。一つまた
は複数のレンズはセルを通ずるテーパーした光ビームを
形成する。テーパー光ビームは、「テーパービームセル
」として言及される一実施例のセル出口の方へ収束する
。第２の実施例では、セルは光で満たされるが、光学系
により選択されるビーム部分は、セルの出口端部でセル
をちょうど満たすように発散する。セル壁に当たる光の
どの部分も、下流側の光検出器でのその衝突を阻止する
ために遮蔽される。第２の実施例は「逆テーパ−ビーム
セル」として言及される。

［実施例］ 本発明の目的は、テーパービームセルあるいは逆テーパ
−ビームセルを利用するときに実現する。すなわち、サ
ンプルセルな通り引き続き分析される光はセル壁に当た
らず（テーパービームセル）または光がセルを満たすが
、セル壁に当たる光射線が検出器に当たる前に遮蔽され
る（逆テーパ−ビームセル）。

テーパービームセルの実施例では、重水素ランプやタン
グステンハロゲンランプまたは同様物などのランプの中
央ホットスポットからの光が、セルの円筒形の穴の入口
を充溢するように、セルの入口に集光される。公称倍率
（２×）または（３Ｘ）が望ましい。これは、光源の最
も明るい部分からの光がセルの入口の帯域の所望される
部分を包むのをそして光源像はセル入口近傍で適度に大
きい視野（ｆｉｅｌｄｌ深度を有することを保証する。

集光される射線の角度範囲は光源の中央最高部の良好な
範囲内にある。光射線は第１集光手段から収束しセル入
口に光源の像を形成する。セル入口は光学系の主視野絞
りである。主開口絞りは第１集光手段近傍に配置されセ
ルに入射する光ビームの形状を画定する。第１集光手段
は、適当に開口を設定するマスク部材を担持可能なレン
ズ、鏡または格子とすることができる。

テーパービームセルの実施例では、セルが液体サンプル
で満たされるときに、集光ビームは主開口絞りの像をセ
ルの出口窓近傍に形成するよう選択される第１のレンズ
を通じてセルに入射する。

この像の大きさはセルの内径よりも小さく、そのため、
セル内径とビームの外側縁部との間のセル出口に向かっ
て増加するクリアランス（空隙）がセル出口に設定され
る。クリアランスは、高性能液体クロマトグラフで通常
に遭遇する大きさの屈折率勾配が射線をセル壁に当てる
ことなく湾曲するのを許容するよう設計される。第ルン
ズは、通常平坦な窓に代えて、セル入口に封止されるの
が好ましい。検出器がセルを退出する射線のすべてを捕
捉するようセルのすぐあとに配置してもよいしまた光を
検出器に伝達するためにセルのレンズ形出口窓を含む追
加の光学系を使用してもよい。

上述の実施例は、光学系の視野絞りがセルの入口に配置
されるテーパービームセルである。この配置は、通常（
必ずしち必須ではないが）、大型検出器のすぐ前に配置
され名波長選択フィルタとの組合せで使用できる。もち
ろん、一対のテーパービームセルがダブルビーム吸光度
検出器を実現するのに使用できる。テーパービームセル
は、セルがたとえば波長選択形格子分光計のあとに配置
されそしてセル入口開口部は分光計の出口スリットにな
るときにもまた理想的な構成である。しかし、ホトダイ
オード配列体のスペクトログラフに基く吸光度検出器を
作ることが所望であれば、セルは必然的にスペクトログ
ラフに先行する。この場合、セル入口開口をスペクトロ
グラフ入口スリットとして使用することは、スペクトロ
グラフのスリットと格子との間の変化する屈折率のサン
プル液体の配置を招く、波長のシフトと吸光度誤りを招
くこの不所望な状況は、後述の本発明の第２の実施例の
逆テーパ−ビームセルで克服される。

テーパービームセルはサンプルが光に露呈されるときけ
い光を発するようになされる分析プロセスでも有用であ
る。励起光ビームはセル壁またはセル壁のコンタミネー
ト（汚染物質）に当たらないので、セル壁はけい光を発
せずそしてセル壁からの擬似信号は除去される。サンプ
ルがけい光発光の機能で分析されるとき、セル壁は透過
性でありまた検出器はサンプルを通る光のバスに対して
約９０°に配置される。

逆テーパ−ビームセルの実施例では、光学系の主開口絞
りはフローセルの穴の出口でありそして主視野絞りはセ
ルの後ろに配置される。第５図は、逆テーパ−ビームセ
ルを使用する高性能液体クロマトグラフのためのホトダ
イオード配列をベースにしたスペクトログラフを図示す
る。主視野絞りは鏡Ｍ２の場所に配置され、フローセル
の出口の像をスペクトログラフのスリットに投影し、そ
して像の場所はサンプルセルでの屈折率の変化により形
番されない０代替え的に、セルの出口開口部は、ビーム
制限形絞りが格子に配置されるスペクトログラフの入口
スリットとすることができる。しかし、１１Ｍ２の使用
は、セルのｆ／＃がスペクトログラフのｆ／＃に整合せ
られるのを許容し、機器の性能を最適化する。第４図は
セルを通る詳細な射線のバスを図示する。セル出口のレ
ンズが、セル壁に当たる射線がＭ２近傍の視野絞りによ
りスペクトログラフおよび検出器に到達するのが阻止さ
れることを保証する。レンズの曲率は、セル内径よりも
小さいセル入口近傍のセル穴部分を投影するように選択
され、鏡Ｍ２近傍の視野絞りを満たす。高性能液体クロ
マトグラフ分離の通常の過程中に、セルにおいて屈折率
が変化すれば、セル内部の射線は湾曲する。しかし設計
の機能により、セル出口およびＭ２で、２つの絞りを通
過する射線がセルの入口を充溢する本質的に均一な光か
ら選択され、基準ラインの安定性に対する屈折率の形番
をできるだけ最小限にする。

第１図を参照すると、本発明のテーパービームセルを実
施できる装置が図示されている。第２図はセルを通る光
のバスの詳細を図示する。第１図の装置では、紫外から
近赤外（たとえば、少なくとも１９０ナノメートルから
８００ナノメートル）の波長範囲にわたり電磁輻射を放
射する光源１０が提供される。光ａｉｉｌｌｏにより放
射される光の部分が開口１６を通り凹状のホログラフィ
ック格子１４により捕捉されそして分散されそして光ビ
ーム１８としてセル２０の入口開口２２を通る面に集光
される。光源１０は小さな放射帯域を有しそしてモノク
ロメータの入口スリットとして機能する。種々の波長の
光が、１９ａ、１９ｂ、１９ｃなどの場所に集光される
。格子１４の回転は、たとえば１９ｂなどの選択される
ほぼ単一波長の光でセル入口開口２２を照射し、その波
長でサンプル吸光度を測定するのを可能にする。基準ビ
ームおよび基準検出器（第１図には図示せず）が、ラン
プ出力の変化が補償されるのを可能にする。セル入口レ
ンズ２６の焦点距離は、マスク部材１６の像をセル穴２
３の出口近傍の場所４２に形成するよう選択される。高
性能液体クロマトグラフからの液体サンプルが、入口お
よび出口ボート３４および３６を経てセルを通過する。

第２図に図示されるように、セル穴２３を横断する射線
のエンベロープ４０は、勾配的溶離 （ｇｒａｄｉｅｎｔ　ｅｌｕｔｉｏｎ）中通常の屈折率
の不均一性が射線を湾曲しつるが射線がセル内径に当た
るようにするほどには湾曲しないように先細テーパーを
形成する。射線は、ここでは面状窓として図示され光検
出器６０の感応帯域内に完全に入るビーム５０を形成す
る窓３０を通じて、セルを退出する。こうして、開口絞
り１６および視野絞り２２により光源放射から選択され
るすべての射線が、高性能液体クロマトグラフで通常遭
遇するサンプル流れの屈折率変化に依存せずセル壁に衝
突することなく検出器に到達する。

第３図を参照すると、比較のために従来のセルの例が図
示されている。このいわゆるテーパーセル２１（米国特
許第４，２７６．４７５）は、サンプル体積の相当な増
大および高い製造費用という犠牲を払って、サンプルセ
ルでの屈折率変化に不感応であるという同様の目的を実
現している。

光ビーム１８が窓２８を通りセル人口２２へ通じ、窓３
０を通じて退出するビームエンベロープ４０を形成し、
発散ビーム５０を形成する。セル入口でのレンズの不在
はビームエンベロープ４０がセルを通じて発散するのを
許容するが、セル穴もまた発散しているので、ビームエ
ンベロープ４０はセル壁に当たらない。

第４図および第５図は、ホトダイオード配列体吸光度検
出器で使用される本発明の逆テーパ−ビームセルの実施
例を図示する。スペクトルの相補部分で最大のエネルギ
ーを有するよう選択される光ａ１０または１２のいずれ
かからの光が１回転可能なオフ軸線形のだ円体鏡１３に
より導かれ、収束ビーム１８とセル２０の入口開口２２
を充溢する拡大光源像１９とを形成する。

レンズ３２が、マスク部材５２の開口５１を満たすよう
に、セル入口開口２２近傍に配置されるビーム１８の部
分１７の断面４４を投影する。マスク部材５２を通る射
線は凹面鏡５４によりスリット５６に集光される。鏡５
４によるスリット５６でのセル出口開口２４の拡大解除
は凹状ホログラフィック格子５８がちょうど光で満たさ
れるように選択される。これは、所定のスペクトル分解
能で、光学系を通るエネルギーを最大にする。

回折ビーム６２の種々の波長の光は、６４ａ、６４ｂ、
６４ｃなどの場所でホトダイオードアレー６６に焦点を
生ずる。

ビーム部分１７の断面４４はセル２０の内側径よりも小
さい。セル２０が均一な屈折率の流体を含むとき、断面
４４は有効にセル軸線に中心が配置される。断面４４と
セル出口開口２４との間の射線のエンベロープ４０内に
包含されないたとえば４６および４６ａなどのビーム１
８のエンベロープ内の射線がマスク部材５２により４８
および４８ａで吸収されそして光検出器６６に到達しな
い。たとえば高性能液体クロマトグラフ勾配的分離中の
ようなセルの流体の屈折率が変化するとき、セルを通る
射線が屈折により曲げられ、そして断面４４の場所が変
化するが、通常の状況の下では、セル２０の内側径２３
内に留まる。こうして、エンベロープ４０内に留まる射
線のみが測定スペクトルに寄与する。射線エンベロープ
４０は、セルの内側面と接触しない発散テーパーであり
、それゆえ、逆テーパ−ビームセルという名である。

第４図では、セル入口窓２８は面窓として図示されてい
る、入口レンズが、本発明の逆テーパ−ビームセルの機
能的動作にとって本質的なものではないが、それは、第
５図に図示されるように、鏡１３の大きさを減すること
により、全体として光学系の性能を改善し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のテーパービームセルを使用する装置
の模式図である。 第２図は、本発明のテーパービームセルを通る光のバス
を図示する光路図である。 第３図は、従来のテーパーセルを通る光のバスを図示す
る光路図である。 第４図は、本発明の逆テーパ−ビームセルを通る光のバ
スを図示する光路図である。 第５図は１本発明の逆テーパ−ビームセルを使用する装
置の模式図である。 −３ 勺

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）液体入口および液体出口とを有し、セル軸線の回
   りに均等な断面のセルにおいて、該セルの第１の軸線端
   部にレンズが配置されたセルと、該セルの第２の軸線端
   部に配置された窓と、該セル軸線方向に、前記レンズと
   前記セルと前記窓とを通じて光を導くよう配置された光
   源と、該光源からの光射線を該レンズに集めるための集
   光手段と、 前記レンズの前に配置された開口において、前記レンズ
   が該開口との組合せで前記光源からの光射線が前記セル
   の壁に当たるのを阻止する形状を有している開口と、 前記窓を退出する光の強度を測定できる光検出セルに沿
   って光を導くよう配置された光源と、前記窓と前記セル
   と前記レンズを通る軸線と、前記光源からの光射線を該
   窓に集めるための集光手段と、 該レンズの後に配置された開口絞りと、 前記開口を通る光の強度を測定できる光検出器とを備え
   、 前記レンズは、前記セルの壁に当たる光射線が前記開口
   を通るのを阻止する収束形状を有する液体の吸光度測定
   装置。 （３）前記検出器はホトダイオード配列体である請求項
   ２に記載の装置。 （４）格子が前記光源と前記セルとの間に配置された請
   求項１に記載の装置。 （５）波長選択性フィルタが前記光源と前記検出器との
   間に配置された請求項１に記載の装置。 （６） 光源からの光射線をレンズに集めるための集光手段と、 開口と、 セルの第１の軸線端部に配置された窓とを備え、 前記レンズはセルの第２の軸線端部に配置され、 前記セルはセル軸線の回りに均等な断面を有しかつ液体
   入口および液体出口とを有しそして液体サンプルを包含
   し、 前記レンズは、前記開口との組合せで、前記光源からの
   光射線が前記セルの壁に当たるのを阻止する形状を有し
   、前記窓から退出する光を検出する液体サンプルの吸光
   度を測定するプロセス。 （７）前記サンプルはけい光を発するようになされ、前
   記セルは透過性の壁から形成されそして前記検出器は前
   記セル軸線から約９０°に配置された請求項６に記載の
   プロセス。 （８） 光源からの光射線を窓に集めるための集光手段と、 液体入口および液体出口とを有しそして液体サンプルを
   包含するセル軸線の周囲に均等な断面のセルと、 セルの軸線端部に配置されたレンズと、 該レンズの後に配置された開口絞りとを備え、前記レン
   ズは、前記セルの壁に当たる光射線が前記開口を通るの
   を阻止する収束形状を有し、前記開口から退出する光を
   検出する液体の吸光度を測定するプロセス。