JPH0617870B2

JPH0617870B2 - 液体クロマトグラフイ−用示差屈折率検出装置

Info

Publication number: JPH0617870B2
Application number: JP61171320A
Authority: JP
Inventors: 三千男武井; 博山本
Original assignee: RABO SHISUTEMU KIKI JUGEN
Current assignee: RABO SHISUTEMU KIKI JUGEN
Priority date: 1986-07-21
Filing date: 1986-07-21
Publication date: 1994-03-09
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPS6327733A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は液体クロマトグラフィー用示差屈折率検出装置
に係り、特に、分析用と分取用との両用途に供し得る液
体クロマトグラフィー用示差屈折率検出装置に関する。

［従来の技術］液体クロマトグラフィー用検出装置は、大別すると溶液
物性型と溶質物性型との二つの型に分類される。

このうち、溶液物性型検出装置は、移動相の溶液全体の
物性変化を測定しようとするものであり、示差屈折率検
出装置もこの範ちゅうに属しており、いわゆる汎用検出
装置と称されるものの１つである。

ところで、このような汎用検出装置については、高感度
化するために微小な溶媒の温度変化や流量(圧力)変化な
どの外的要因を少なくする必要があり、したがって、温
度調節や溶媒流量の脈動を高度に抑制することが要求さ
れている。

第５図は、従来装置である偏光型の液体クロマトグラフ
ィー用示差屈折率検出装置の原理説明図である。

すなわち、光源101から放射された光は、スリット102を
介することで点光源として射出され、コリメーターレン
ズ103を経て平行光束となって透明ガラスからなるフロ
ーセル104内へと入射しフローセル104内の仕切板105を
境界面として屈折した後ミラー108へと至る。ミラー108
からの反射光は、再度、フローセル104内に入射し、仕
切板105によりさらに屈折し、入射角に対し倍の屈折角
に偏光されてコリメーターレンズ103へと至る。

コリメーターレンズ103を透過した光は、集光されて光
電変換素子からなる受光部110に点光源としてのスリッ
ト像111を形成する。

受光面110に形成された点光源としてのスリット像111
は、光電変換素子により電気信号に変換され、増幅器11
2で増幅された後、記録計113に記録されるようになって
いる。

ところで、前記フローセル104は、仕切板105を介して試
料側セル114と対照側セル115とに分割されており、対照
側セル115内には、移動相として使用されている溶媒と
同一の溶媒が補償液として送液されており、試料側セル
114内には、被測定物質としての試料を含む移動相が送
液されるようになっている。

このため、試料を含む移動相が試料側セル114内に流入
した時は、対照側セル115を通過する際の屈折率とは異
なる屈折率で偏光が生じ、スリット像111がそれだけ移
動することになる。

一方、スリット像111が形成される受光部109の受光面11
0は、第６図のように中央部に間隙部118を有して第１受
光部116と第２受光部117とに均等分割されており、試料
側セル114と対照側セル115とに移動相としての溶媒のみ
が満たされているときに第１受光部116と第２受光部117
とに光量が等量となるように受光面110にスリット像111
が形成されるように調整されている。

したがって、試料側セル114内に被測定物としての試料
を含む移動相が流入するときは、対照側セル115との屈
折率の差に応じて、例えば第７図のようにスリット像11
1が移動し、受光面110における第１受光部116と第２受
光部117との間の受光量の平衡関係がくずれることにな
る。

受光面110におけるこのような受光量の変化を比較する
ことで、試料濃度を知り、あるいは移動相内の試料成分
を分析し、検出することができるようになっている。

［発明が解決しようとする問題点］ところで、受光部109を構成する光電変換素子として第
６図のような分割型フォトダイオードを使用する場合、
受光面110における第１受光部116と第２受光部117との
間の間隙部118の幅Ｗ₁は、通常、100μｍ程度の幅とな
っており、また、受光面110に形成されるスリット像111
はスリット102の幅が500〜600μｍとなっているのに対
応して500μｍ程度の幅Ｗ₂となっている例が多い。

したがって、幅が500μｍのスリット像111であれば、第
１受光部116と第２受光部117とには、第６図のようにそ
れぞれ幅が200μｍとなった光が照射されているときが
平衡状態であり、この状態が基準位置ということにな
る。

ところが、試料側セル114の屈折率が高いため、第１受
光部116と第２受光部117とのいずれか一方にスリット像
111が200μｍ以上片寄ってしまった場合には、第１受光
部116と第２受光部117とのどちらか一方には全く光が照
射されないことになってしまうので、受光面110からの
相対出力は得られず、検出不能となってしまう。

そして、スリット像111が上記したように200μｍ程度移
動するような状態における示差屈折率測定範囲は、一般
に±１×10^-8〜256 ×10^-5屈折率単位程度となるように
設計されたものが多く、このような領域は「分析用〜セ
ミ分取用」領域に属するとされている。

したがって、高濃度の試料を大量に注入してこれを分別
する大量分取用領域、つまり、256 ×10^-5屈折率単位以
上の示差屈折率をもつ領域の測定には使用することがで
きなかった。

このため、従来方式のままで大量分取用領域をも測定し
ようとするときは、フローセル104を、仕切板105の角度
が45゜であるものから、分取用の15〜７゜程度の角度と
なった仕切板を有するフローセルに交換し、スリット像
の移動量が比較的小さくなるように設定しておく必要が
あった。

しかし、仕切板角度が45゜となっているフローセル使用
の示差屈折率検出装置の場合、移動相中の試料が希薄で
少量であるような条件の試料を測定することが本来の目
的であることから、クロマトグラムの分離が悪くならな
いように送液管119の内径を細径な0.25mmとしてある。
このため、流路抵抗は大きく、通常、送液流量も10ml／
min以下でしか使用できず、高濃度の試料の場合には粘
性が増して円滑に送液することができず、単にフローセ
ルを交換するのみでは、大量分取用の領域にまでは使用
することができなかった。

したがって、大量分取用の領域について測定しようとす
るときは、仕切板の角度が15〜７゜程度であるフローセ
ルを有し、しかも送液管119の内径も流路抵抗を小さく
した1.0mm程度の比較的太径とした仕様の示差屈折率検
出装置が別個に必要となり、測定のための作業コストを
引き上げる要因となっていた。

一方、光源101として発光ダイオードを用いるときは、
タングステンランプに比較して発光出力が相当程度劣る
ことから、Ｓ／Ｎ比が改善されず高感度測定が困難であった。

また、光源101としてタングステンランプを用いるとき
は、上記問題点を解消することができるものの、発光出
力が高いだけにランプ自身の発熱量も多くなり、したが
って周囲温度を不安定に上昇させる結果となり、高感度
測定の際に、測定値が安定しないという問題があった。

本発明は、従来技術にみられた上記問題点に鑑み、分析
用のみならず大量分取用にも使用することができ、しか
も高感度測定用として好適な液体クロマトグラフィー用
示差屈折率検出装置を提供することにその目的がある。

［問題点を解決するための手段］このような目的を達成するため、本発明は次のようにし
て構成した。

すなわち、本発明は、光源からの光をスリットを介する
ことでスリット像として放射し、レンズとフローセルと
ミラーとを介して入射し、かつ反射してきた光が受光部
に形成するスリット像の基準位置に対しての移動量を検
出するようにした液体クロマトグラフィー用示差屈折率
検出装置にあって、発熱量の微小な超高輝度発光ダイオ
ードを光源とし、この光源とスリットとの間に集光レン
ズを介在配置し、フローセルにおける試料側セルと対照
側セルとの各流路は、試料側セルの導入流路の口径を排
出流路の口径よりも細径とし、対照側セルの導入流路と
排出流路との口径を試料側セルの排出流路の口径と同径
以上とすることで低濃度小流量用試料の分析用と高濃度
大流量用試料の分取用とへの切り替えが自在な独立系に
して形成し、試料側セルと対照側セルとの導入流路のそ
れぞれを温度調節部を介して一定の液温を保持させるべ
く温度調節自在とするとともに、受光部は測定範囲を広
げるべく半導体位置検出素子を用いて形成したことにそ
の構成上の特徴がある。

［作用］このため、光源からは発熱量が少なく、かつ光を集光レ
ンズを介することで十分な光量のもとに放射することが
でき、受光部における受光面は分割されていないので、
到達したスリット像の測定可能な移動量を大幅に増加さ
せることができ、示差屈折率の増加によく追従させて高
濃度領域の測定をも可能とすることができる。

一方、フローセルにおける試料側セルと対照側セルとの
各流路系は、別個に独立させて形成されているので、流
路の内径を異にして形成することで、分析用として使用
する際の試料側セルは分取用として使用する際の対照側
セルとして、分取用として使用する際の試料側セルは分
析用として使用する際の対照側セルとしてそれぞれ用い
ることにより、前記受光部の構成とも相俟って、分析用
と分取用の双方の検出装置として使用することができ
る。

［実施例］以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

第１図は、本発明に係る装置の原理図であり、大別して
光源部１とフローセル部２と受光部３との三つの要素か
ら構成されている。

このうち、光源部１は、光源４とスリット５と、その間
に介在させた集光レンズ６とで構成されており、光源４
は、3,000mcd以上の超高輝度発光ダイオードを用いるこ
とで形成されている。

また、フローセル部２は、光源から放射された光がスリ
ット５を通過して形成されたスリット像７を平行光束に
変換するコリメーターレンズ８とフローセル９とミラー
10とで構成されている。

コリメーターレンズ８を経たスリット像７としての光を
通過させるために配設されている石英ガラス製のフロー
セル９は、45゜の角度で設けられた仕切板11を介して試
料側セル12と対照側セル13とに区画されている。

フローセル９における試料側セル12と対照側セル13との
それぞれには、ステンレスチューブを用いて別個独立し
た流路系が設けられている。すなわち、試料側セル12に
は、内径が0.25〜0.5mmである低濃度小流量用の試料導
入流路14と内径が1.0mmの排出流路15とが、対照側セル1
3には、内径が1.0〜2.0mm程度である補償液導入流路16
と排出流路17とがそれぞれ設けられており、各導入流路
14,16は温度調節部18を介して一定の液温を保持するよ
うに温度調節されている。

なお、第４図は、温度調節部18の具体的構成の一例を示
すものであり、カートリッジ式に形成されている。

すなわち、温度調節部18は、真鍮などの熱伝導性に優れ
た部材を用いて円筒型のホルダー22を形成し、このホル
ダー22内には、各導入流路14,16の一部をコイル状に形
成したヒートライン23をその両端部が外出するようにし
て収容し、かつ、溶融はんだ24を流し込んで一体的に固
定することで形成されている。このようにして形成され
た温度調節部18は、一定温度に温度調節が可能に形成さ
れたアルミブロック(図示せず)によりその周面を相互に
密着するようにして抱持される。両者の密着は、相互間
にトランジスタ放熱用グリースを介在させることでより
効果的に行うことができる。

かくして、温度調節部18を介しての熱交換を効率よく行
うことができ、腐食等に伴う装置内部配管流路としての
試料導入流路14，排出流路15，補償液導入流路16の交換
も容易に行うことができる。

一方、受光部３は、コリメーターレンズ８を経た反射光
により形成されるスリット像７を電気信号に変換すべく
配設されており、受光面19を形成する光電変換素子とし
て第２図に示すような構成からなる半導体位置検出素子
(ＰＳＤ)が用いられている。第３図は、スリット像７の
幅Ｗ₃を500μｍとし、受光面19の幅Ｗ₄を3,000μｍとし
て受光部３を形成した場合の具体例を示すものである。

このようにして受光部３で変換された電気信号は増幅器
20で増幅され、記録計21により記録されるようになって
いる。

また、試料導入流路14と補償液導入流路16とを入口側に
おいて三方切換バルブのＮＯ，ＮＣに接続しておくなら
ば、Ｃ（コモン）側に接続された外部システムに応じた
測定をワンタッチで切り換えて行うことができるので便
利である。

次に、このようにして構成されている本発明装置を低濃
度小流量用試料の分析用として用いる場合についてまず
説明する。

すなわち、光源４から発せられた光は集光レンズ６を経
ることで光量が高められてスリット５へと至る。このス
リット５を通過することでスリット像７を形成してコリ
メータレンズ８に至る。このコリメーターレンズ８を経
ることにより、スリット像７は平行光束となってフロー
セル９内へと入射する。

フローセル９における試料側セル12内には、細径な低濃
度小流量用の試料導入流路14を介して試料を含む移動相
が流入し、排出流路15を介して排出流下されている。

したがって、内径が0.25〜0.5mmである細径な試料導入
流路14を介して試料側セル12内に分析目的のための低濃
度小流量の試料を導入することができ、クロマトグラム
の分離を悪化させる拡散を効果的に防止することができ
る。

このような状態下にあるフローセル９を透過する際、入
射光は試料の種類に応じて屈折し、ミラー10へと至り、
入射光は反射光となって再びフローセル９を再度屈折し
て透過し、コリメーターレンズ８を経て受光部３へと到
達する。

受光部３は、分割されていない受光面19を有する半導体
位置検出素子を用いて形成されているので、受光面19に
形成されるスリット像７の位置により、内蔵されている
可変抵抗器Ｒ₁とＲ₂の値が決定される。したがって、屈
折によりスリット像７が受光面19を一定距離移動すると
き、スリット像７の位置に対応した抵抗値から得られる
出力を増幅器20を介して増幅し、記録計21により記録す
ることができる。

次に、本発明装置を高濃度大流量用試料の分取用として
用いる場合について説明する。

光源４から発せられた光がスリット像７となってフロー
セル９に到達するまでの経緯は分析用と同様である。

しかし、分取用として使用するときは、フローセル９内
の試料側セル12が対照側セルとして、対照側セル13が試
料側セルとして使用される点において分析用としての使
用とは大きく異なるものである。

すなわち、試料側セル12に設けられている低濃度小流量
用の試料導入流路14は、その内径が0.25〜0.5mmの細径
管で、その排出流路15はその内径が1.0mmの太径管で形
成されているので、補償液の導入も円滑に行うことがで
き、対照側セルとして十分に機能させながら使用するこ
とができる。

一方、対照側セル１３に設けられている補償液導入流路
１６と排出流路１７とは、いずれもその内径が1.0〜2.0
mm程度の太径管で形成されているので、分取用として使
用する場合の試料側セルとして有効に使用することがで
きる。

すなわち、高濃度で流量が10ml／min以上の大流量であ
っても、試料導入流路としての管路は太径管を用いて形
成してあるので、流路抵抗を少なくして円滑に送液する
ことができる。

かくして、分析用として使用する場合の試料側セル12を
対照側セルとして、対照側セル13を試料側セルとして機
能させてあるフローセル９を試料濃度に応じた屈折率で
屈折して透過したスリット像７である光は、ミラー10を
介して反射され、再度、フローセル９とコリメーターレ
ンズ８を透過して受光部３へと到達する。受光部３に到
達したスリット像７は、試料濃度が高いので示差屈折率
も高く、それだけ基準位置からの移動量も多くなる。し
かし、受光部３における受光面19は、光電変換素子とし
て非分割型の半導体位置検出素子を用いて形成してある
ので、その移動量に十分に追従することができる。

例えば、第３図に示すように受光面19の幅Ｗ₄を3,000μ
ｍとし、スリット像７の幅Ｗ₃を500μｍとすれば、受光
面19の基準位置としての中心から左右へ約1,400μｍ程
度までの移動量に追従して測定することができることを
意味しており、これは従来タイプの分析用と比較して約
７倍程度の示差屈折率の場合にまで対応することができ
ることを示すものである。しかも、スリット像７が右側
方向へと移動するような試料を対象とするものであると
きは、スリット像７の基準位置を受光面19の左側端に予
め設定しておくことで、最大2,500μｍまでの移動量に
追従させて測定することができる。

これを従来タイプの分析用と比較すると、約12倍の示差
屈折率変化まで測定が可能であることを意味しており、
従来タイプの大量分取用の専用装置の測定範囲をもカバ
ーすることができるものとなる。

なお、本発明において、光源４には、発熱量が極めて少
ない超光輝度発光ダイオードが用いられているので、周
囲の温度上昇をもたらすことがないので、高感度測定に
際しての装置の安定度を高めることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、光源からは発熱量が
少なく、かつ、集光レンズを介することで十分な光量の
もとに光を放射することができ、しかも、受光部におけ
る受光面は非分割タイプなので、到達したスリット像の
測定可能な移動量を大幅に増加させることができ、示差
屈折率の増加によく追従させながら安定した液温条件の
もとで、低濃度領域の測定はもとより、高濃度領域の測
定をも行うことができる。

一方、フローセルにおける試料側セルと対照側セルとの
各流路系は、流路の内径を異にして別個に独立させて形
成されているので、分析用として使用する際の試料側セ
ルは分取用として使用する際の対照側セルとして、分取
用として使用する際の試料側セルは分析用として使用す
る際の対照側セルとしてそれぞれ用いることにより、前
記受光部の構成とも相俟って、分析用と分取用とに共用
することができる。

このため、糖類や生薬などの天然物、石油化学製品等の
分離・分析のみならず、研究分析サイズの条件を、同一
の装置条件のもとでスケールアップすることで精製用パ
イロット用のモニターへと移行させることができ、特に
バイオテクノロジー分野において有効活用を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の原理説明図、第２図は、本発明
装置における受光部の原理説明図、第３図は一例として
の受光部の正面図、第４図は、本発明装置に用いられる
温度調節部の構造説明図、第５図は、従来装置の原理説
明図、第６図は、従来装置における受光部の一例を示す
正面図、第７図は、第６図における受光部でのスリット
像の移動状態を示す正面である。１……光源部、２……フローセル部、３……受光部、４……光源、５……スリット、６……集光レンズ、７……スリット像、８……コリメーターレンズ、９……フローセル、10……ミラー、 11……仕切板、12……試料側セル、 13……対照側セル、14……試料導入流路、 15……排出流路、16……補償液導入流路、 17……排出流路、18……温度調節部、 19……受光面、20……増幅器、 21……記録計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光をスリットを介することでス
リット像として放射し、レンズとフローセルとミラーと
を介して入射し、かつ反射してきた光が受光部に形成す
るスリット像の基準位置に対しての移動量を検出するよ
うにした液体クロマトグラフィー用示差屈折率検出装置
において、発熱量の微小な超高輝度発光ダイオードを光
源とし、この光源とスリットとの間に集光レンズを介在
配置し、フローセルにおける試料側セルと対照側セルと
の各流路は、試料側セルの導入流路の口径を排出流路の
口径よりも細径とし、対照側セルの導入流路と排出流路
との口径を試料側セルの排出流路の口径と同径以上とす
ることで低濃度小流量用試料の分析用と高濃度大流量用
試料の分取用とへの切り替えが自在な独立系にして形成
し、試料側セルと対照側セルとの導入流路のそれぞれを
温度調節部を介して一定の液温を保持させるべく温度調
節自在とするとともに、受光部は測定範囲を広げるべく
半導体位置検出素子を用いて形成したことを特徴とする
液体クロマトグラフィー用示差屈折率検出装置。