JPH06300690A - 液体試料の小容積化学分析のための光学検出配置 - Google Patents

液体試料の小容積化学分析のための光学検出配置

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JPH06300690A
JPH06300690A JP6072581A JP7258194A JPH06300690A JP H06300690 A JPH06300690 A JP H06300690A JP 6072581 A JP6072581 A JP 6072581A JP 7258194 A JP7258194 A JP 7258194A JP H06300690 A JPH06300690 A JP H06300690A
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エミリオ ブルノ アルフレド
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クラッチゲル ビート
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エス．エッフェンハウゼル カルロ
Francois Maystre
マイストレ フランソワ
Philippe Nussbaum
ヌスバウム フィリッペ
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ベースラインノイズの非常に小さい、少量試料
分析用の検出配置の提供 【構成】光源(22), キャピラリー管(23)と光電検出器(2
4)からなる、小容積試料化学分析のための光学検出配置
(20)：光源(22)の配置は、光源から発光されたプローブ
光(P) が、キャピラリー管(23)を流れる分析試料(S) に
衝突するようになっており、一方、光電検出器(24)は光
電検出器がキャピラリー管から来る試料光(L) を検出で
きるように配置され、プローブ光(P) が光源(22)とキャ
ピラリー管(23)の間でプローブ光伝導手段(26)中を実質
的に通過することを特徴とし、そのプローブ光伝導手段
(26)はプローブ光(P) の伝播方向に大体垂直な屈折率グ
ラジエントを持つ材料からなり、そしてそのプローブ光
伝導手段(26)は、上記伝導手段を出るプローブ光(26)が
キャピラリー管(23)の内壁に衝突するようにキャピラリ
ー管(23)に接続している。好ましい光源は発光又はレー
ザーダイオードである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばキャピラリー電
気泳動（ＣＥ）、ミクロカラムクロマトグラフィー、又
はキャピラリークロマトグラフィー、更に特定すると高
速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）で使用される、
光源、キャピラリー管及び光電検出器からなる、液体試
料の小容積化学分析のための光学検出配置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】キャピラ
リー電気泳動（ＣＥ）、ミクロカラムクロマトグラフィ
ー、又はキャピラリークロマトグラフィー、更に特定す
ると高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）は、小容
積化学分析における液相化学分離のための周知の技術で
ある。より優れた分離結果又はいわゆるより高い理論段
数、より速い分析時間とより少ない試薬消費量を実現す
るために、これらの分離技術のための装置機構を改善し
て欲しいという要望は強い。キャピラリー電気泳動（Ｃ
Ｅ）とミクロカラムとキャピラリークロマトグラフィー
（ＨＰＬＣ）における全ての操業に寄与するいろいろの
面の中では、普通光学的方法により実施されている検出
は、最も重要なものの一つである。興味のある物質をナ
ノリットル又はピコリットルの容積内で検出できるよう
になることへの需要は大きい。かくして、小容積分析の
ためによりミニチュアにするための課題において、検出
は主要な障害である。
【０００３】キャピラリー電気泳動において、例えば物
質の抽出の空間的特徴を維持するためには、検出装置を
含んだ分離段階における全容積が通常はミリリッター以
下であることを考慮すると、死容積は回避されなければ
ならない。これらの環境下では、オンカラム検出のみに
より意義のある結果を実現できるということが判明して
いる。これはＨＰＬＣの場合にも当てはまる。従来技術
からは、オンカラム光学検出の配置が既知である。これ
らは、吸光、蛍光、そして屈折率測定の検出配置を包含
し、それは例えば、N.J.Dovichi, Rev. Sci. Instrum.
61, 3653(1990)に記載されているとおりである。しか
し、それらの検出系の感度を改善し、検出容積を減少す
ると同時に、一方、装置の感度を維持して欲しいという
要望が強まっている。
【０００４】レーザー励起蛍光（ＬＩＦ）検出は、今ま
で、キャピラリー管中の化学分離のための最も感度の高
い検出方法であると考えられている。しかし、励起源と
しての常用のアーク又はフィラメント灯に基づく蛍光検
出法すら、それらの感度がより低いというものの、適当
である。
【０００５】レーザーの主な利点は、通常の励起源と比
較して、それらの高強度と高い容積効率にある。しか
し、レーザーと常用の発光灯の両者の光強度の変動は高
く、それが検出の目的にためには非常に好ましくない。
励起源の強度変動は蛍光検出配置に負の影響を与える：
というのはそれらが蛍光信号（Ｓ）とバックグラウンド
（Ｎ）の両方において現れるからである。散乱光の不可
避の量のためにこの後者は、通常は使用される増倍型光
電管に到達する。
【０００６】散乱光なしに操作する蛍光検出器は、バッ
クグラウンドのない検出器として知られている。これら
の検出器のベースラインノイズは、散弾ノイズにより左
右され、それは例えば、A. Yariv, オプチカルエレクト
ロニクス(Optical Electoronics), CDS, College Publi
shing, NY, 1985 に記載されているとおりである。バッ
クグラウンドのない検出器は、気相検出のためには普通
使用されないが、しかし液相で実施するには困難過ぎ、
そして液体充填型の狭口径キャピラリー管の存在下では
ますます困難である。その困難性の主たる原因は、散乱
光が測定範囲における光伝播媒体の四つの不可避な光学
界面で発生すると言う事実にある。これらの困難性は、
例えば下記の文献に更に詳細に記載されている：A. E.
Bruno, B. Krattiger, F. Maystre 及びH. M. Widmer,
Anal. Chem., 63, 2689(1991) 。四つの光学界面は、キ
ャピラリー管の壁にあって、それらは空気／ＦＳ，ＦＳ
／緩衝液，緩衝液／ＦＳそしてＦＳ／空気（ＦＳはキャ
ピラリー管材料を表し、それは通常石英又は他の型のガ
ラスである。）
【０００７】散乱光は蛍光検出器の重大な問題ばかりで
なく、例えば吸光、及び屈折率測定のようなもののため
の配置のような他の検出器の配置の解析力をも限定す
る。これらの検出配置、並びに蛍光測定のための配置に
おいては、ベースラインノイズは各々の方法を使用する
のを制限する主な原因になる。使用される光学検出器の
最終感度は、関与する材料の熱膨脹により、そして光源
に始まり光電検出器に終わる光伝播媒体中における振動
とシュリーレン(Schlieren) により起こされるノイズと
ドリフトにより頻繁に限定される。これらのノイズとド
リフト源は、反射と屈折が起こるいろいろな光学界面に
おいて主に発生し、そして、それらは対面する界面が平
らでなくてレンズとか円形キャピラリーの場合のように
曲面を持っている場合に更に増強される。
【０００８】過去の解決法では、光電式検出器と増倍型
光電管のような光電式装置に到達する散乱光の量を最小
にすることが提案されている。これら解決法の一つは例
えばN. J. Dovichi, Rev. Sci. Instrum. 61, 3653(199
0) に記載されている。その解決法は、測定領域内の全
ての光学界面の除去からなる。所謂、「ウインドウレス
(windowless)・セル」は、「シース・フロー・キュベッ
ト(sheath flow cuvette) 」として知られ、キャピラリ
ー管の終点に設置されている。残念なことにこの解決法
は特に組み込むのに容易ではなく、非常に僅かの光学検
出器のみが提案された方法で構成できている。
【０００９】間接的蛍光検出配置では、ベースラインノ
イズは光源のノイズに殆ど由来する。間接的蛍光では、
分離に使用される溶媒又は緩衝液は蛍光担体の低濃度液
で処理される。溶媒を希釈する代わりの、非蛍光性分析
物の抽出は蛍光染料を移す。興味のある物質の検出は、
緩衝液又は溶媒の濃度の減少に由来する蛍光における減
少を追跡すること（所謂蛍光浸漬）により実施される。
概観した検出原理から、励起光源の強度変動は測定には
好ましくないということが容易に判る。
【００１０】従って、本発明の目的は、従来技術で知ら
れている検出配置特に小容積化学分析のための上述の欠
点を克服することである。その場合、ベースラインノイ
ズを減少した検出配置が提供されるべきである。検出配
置は、例えば、振動、及び温度差のための、そして構成
に関わる異なる材料の熱膨脹の異なる係数に由来する熱
膨脹の影響を最小にするために機械的に安定していなけ
ればならない。光源の強度変動に由来しそして界面にお
ける散乱光に由来する光学的不安定性は、減少されそし
て回避されるべきである。検出配置は、吸光、蛍光そし
て屈折率測定のためのようないろいろな型の検出方法の
ために適用されなければならない。特に直接の又は間接
の蛍光方法を使用する検出法のためには、励起光源の強
度変動の問題を克服する検出配置が提供されなければな
らない。より速い分析時間とより低い試薬消費という強
く要望されている目的を満たすために、容易にミニチュ
ア化できる検出配置も提供されなければならない。ナノ
リットル又はピコリットルすらの容積中の興味のある物
質を検出できるようにするために死容積は回避されるべ
きである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明のこれらと別の目
的は、下記の本発明の配置に従った、光源、キャピラリ
ー管及び光電検出器からなる、液体試料の小容積化学分
析のための光学検出配置により達成される：そしてそれ
は例えばキャピラリー電気泳動（ＣＥ）又はミクロカラ
ムクロマトグラフィー及びキャピラリークロマトグラフ
ィー、更に特定すると高速液体クロマトグラフィー（Ｈ
ＰＬＣ）に使用される。
【００１２】本発明は、光源、キャピラリー管、及び評
価エレクトロニクスに接続している光電検出器からな
る、液体試料の小容積化学分析のための光学検出配置で
あって；キャピラリー管に関する光源の配置は、光源か
ら発光されたプローブ光が、キャピラリー管を通過して
流れる、分析される試料に衝突するようになっており、
一方、光電検出器はキャピラリー管に関して、光電検出
器がキャピラリー管から来る試料光を検出できるように
配置され、プローブ光が光源とキャピラリー管の間で実
質的にプローブ光伝導手段中を通過することを特徴と
し、そのプローブ光伝導手段はプローブ光の伝播方向に
大体垂直な屈折率グラジエントを持つ材料からなり、そ
してそのプローブ光伝導手段は、上記伝導手段を出るプ
ローブ光がキャピラリー管の内壁に衝突するようにキャ
ピラリー管に接続している光学検出配置を、ここに提供
する。
【００１３】上記の提供される装置について更に説明す
る。キャピラリー管に関する光源の配置は、光源から発
光されたプローブ光が、キャピラリー管を通過して流れ
る、分析される試料に衝突するようになっており、一
方、光電検出器はキャピラリー管に関して、光電検出器
がキャピラリー管から来る試料光を検出できるように配
置されている。光電検出器は評価エレトロニクスに接続
している。光源とキャピラリー管の間を、プローブ光は
伝導手段中を実質的に伝導され、そしてその伝導手段は
キャピラリー管の屈折率と比べ得る屈折率を持ちそして
その伝導手段はプローブ光の伝播方向に大体垂直な屈折
率グラジエントを持つ。その伝導手段は、伝導手段から
出ているプローブ光がキャピラリー管に衝突するように
キャピラリー管に接続している。プローブ光を、光源と
キャピラリー管の間を、キャピラリー管に接続している
材料の限定した光路に沿って伝導することにより、キャ
ピラリー管における反射は最小になり、かくして分散光
の量は減少する。
【００１４】強度変動の問題は、発光ダイオード（ＬＥ
Ｄｓ）を使用すること及び／又は下記の特定の伝導手段
を使用することにより解決される。従って、本発明は光
源が、同じ又は異種の波長で作動する発光ダイオードの
配列からなる上述の光学検出装置を提供する。そして本
発明は更にプローブビーム伝導手段が、偏波を維持する
シングルモード光ファイバーである上述の光学検出配置
を提供する。
【００１５】ＬＥＤｓは、安定した電源を使用して操業
すると、レーザーと常用の光源よりは安定度が高まり、
実用的に強度変動がない。
【００１６】
【実施例】本発明の目的と別の利点は下記の実施例によ
り更に明瞭になる。以下、図面を参照しながら説明す
る：
【００１７】図１は、本発明の光学検出配置の１番目の
実施態様を線図で表したものである。更に特定すると、
この検出配置の１番目の実施態様は、特にキャピラリー
管を流れている液体試料の屈折率の変化を追跡するため
の干渉計測装置である。このような干渉計測検出配置の
原理は、例えば Analytical Chemistry, 63巻, No.23
(1991),2689-2697頁に記載されている；従って、本発明
のこの１番目の実施態様の下記の説明は、本発明を理解
するのに必要な本質だけにする。
【００１８】干渉計測検出配置１は、光源２、キャピラ
リー管３及び光電検出器４からなる。キャピラリー管３
に関する光源２の配置は、光源２から発光されたプロー
ブ光Ｐがキャピラリー管３を通過して流れる、分析され
る試料Ｓに衝突するようになっており、一方、光電検出
器４はキャピラリー管３に関して、光電検出器がキャピ
ラリー管３から来る試料光Ｌを検出できるように配置さ
れている。キャピラリー管３の内面光学界面と試料の各
々から反射した光Ｌの重ね合わせは干渉パターンＩにな
り、それは光電検出器４により追跡される。この１番目
の実施態様において光電検出器４は、位置感受性ダイオ
ードであるのが好ましく、評価エレクトロニクス５に接
続される。キャピラリー管３を通じて流れる試料の屈折
率の変化に応じて、干渉縞パターンＩはその形を変えそ
してシフトする。縞パターンＩは光電検出器４により検
出される。得られた電気信号は、増幅、変換と評価のた
めの評価エレクトロニクス５に送達される。ここまでは
干渉計測検出配置は従来技術から既知のものに該当す
る。
【００１９】本発明に従うと、プローブ光Ｐは光源２と
キャピラリー管３の間で実質的に伝導手段６の中を伝導
させられ、その伝導手段６はキャピラリー管３の屈折率
と比較できるそれを持ちそしてプローブ光の伝播方向に
大体直角の屈折率グラジエントを持つ。プローブ光伝導
手段６は、伝導材料から出るプローブ光Ｐがキャピラリ
ー管３を通過して流れる試料Ｓに衝突するように、キャ
ピラリー管６に接続している。
【００２０】本発明の１番目の実施態様では、プローブ
光伝導手段６は光導波管、好ましくはプローブ光Ｐの偏
波状態を維持するシングルモード光ファイバーである。
光ファイバー６の一方の末端はキャピラリー管３に接続
している。光ファイバー６とキャピラリー管３が接続し
ている遷移領域８は、キャピラリー管３の壁材料の屈折
率に約±２０％の範囲内で合致している屈折率を持つ。
光ファイバー６とキャピラリー管３の壁の間の接続は、
界面を密着（solder) することにより実施できる。本発
明の好ましい変形では、光ファイバー６とキャピラリー
管３の壁の間の接続は、キャピラリー管３の壁の屈折率
に約±２０％以内で合致する屈折率を持つ透明接着剤で
密着することにより実施される。適当な接着剤は、例え
ば２成分の接着剤であって、使用者により購入できるよ
うなものである。
【００２１】図２では、キャピラリー管３との光ファイ
バー６の接続が更に詳細に示されている。キャピラリー
管３はガラス管の２半分９中に組み込まれている。光フ
ァイバー６の前端部で被覆６ａがはがされている。光フ
ァイバー６は上記半分の一つの前面上に取り付けられそ
してその前端部はキャピラリー管３の壁の直ぐ傍に移動
させられる。適当な透明接着剤７をその配置上に注ぎそ
して硬化する。この場合に紫外線照射への暴露により硬
化できる所謂紫外線（ＵＶ）−接着剤が、最後の調整を
より容易にするために好ましい。光ファイバー６の調整
が満足できるものになった時に、その紫外線（ＵＶ）−
接着剤は、紫外線の簡単な照射により、硬化されるだけ
である。
【００２２】図３には干渉計測検出配置の２番目の実施
態様が示されている。図３では、力点は、配置の「プロ
ーブ光部」のみに置かれている。検出部と評価部は、普
通でありそして図１中のそれに相当するので省略されて
いる。符号１０で示したこの２番目の実施態様では、キ
ャピラリー管３は顕微鏡スライド１１上に固定してあ
る。このスライドは、その屈折率がキャピラリー管の屈
折率に近接していれば他のいかなる透明の基材でも適当
であると理解されるべきである。好ましくはＵＶ硬化性
である適当な接着剤はキャピラリー管３の部分を覆って
注がれる。光ファイバー６を調整した後、接着剤を硬化
する。光ファイバー６は顕微鏡スライド１１の表面上の
垂直線に対して特定の角度に調整してある。更に特定す
ると、関係する縞パターンＩが垂直線に平行な方向に顕
微鏡スライド１１を通過するように、光ファイバー６の
角度調節がなっている。縞パターンＩは、入射するプロ
ーブ光ビームの（試料を）通過する部分と（試料の表面
で）反射する部分の組み合わせにより発生する。
【００２３】図１と図３から、光導波管６は、キャピラ
リー管３の軸に関して軸から距離ａずれていることが容
易に導かれる。この配置により縞パターンが得られ、そ
れは強いコントラストを示す。本発明の好ましい実施態
様では、光導波管６は、プローブビームＰがキャピラリ
ー管３を通過して流れている試料Ｓに大体接線方向で衝
突するようになるように配置されている。キャピラリー
管３の軸に関しての光導波管６が取り付けてある軸はず
れの距離ａは、好ましくはキャピラリー管６の内径ｒに
大体なる。プローブビームＰは光導波管６の出口端にお
いてそのビームウエイストを持つ。そのビームは光導波
管６を出た後拡張するので、そのビーム巾は増大する。
ビームが、キャピラリー管中の試料に衝突する時、ビー
ムの直径は好ましくはキャピラリー管３の内径ｒの１／
５−１／１であるべきである。
【００２４】光導波管６は、光源２に接続するのが好ま
しい。接続は透明接着剤を使用する常法によるのが最も
良く固定される。所望ならば、一個又はそれ以上のレン
ズ、好ましくはグラジエントインデックスレンズ、所謂
ＧＲＩＮレンズを、光源２と光導波管３の間のアセンブ
リーに接続できる。かくして、光源２、好ましくはコヒ
ーレント又はインコヒーレント光のいずれかを発光する
レーザーダイオード；光導波管６、好ましくは偏波を維
持するシングルモード光ファイバー；及び好ましくは石
英ガラスからなっているキャピラリー管３は相互に連結
した光界面のない、機械的に強固であって熱的に組み合
わせたジョンイントを持つアセンブリーを形成する。従
って、機械的振動はプローブ光路を妨害せず、そして熱
的影響は、温度差を無視できる程に速く接合部に沿って
分布する。これと、光導波管６とキャピラリー管３の材
料が比較できる熱膨脹係数を持つということで、ベース
ラインノイズ上の熱的影響は実際上回避できる。
【００２５】図１ないし３に従った本発明の実施態様
が、干渉計測検出器を示しているのに対し、図４ないし
６は本発明に従った検出配置の実施態様例であり、それ
は蛍光を原理に基づいている。図７には、検出配置の別
の実施態様が示してあり、それは蛍光と吸光の原理に基
づいている。図４と５中の蛍光検出配置は二つの断面図
で示してあり、図４では検出配置はキャピラリー管３の
伸長方向に対して垂直な平面に沿って沿って切断されて
おり、そして図５はキャピラリー管３の軸に沿って切断
された同じ検出配置を示す。図４と５では、検出配置の
実施態様例は符号２０で示してある。それは干渉計測検
出器１（図１参照）と１０（図３参照）と同様に、光源
２２、キャピラリー管２３及び光電検出器２４からな
る。キャピラリー管２３に関する光源２２の配置は、光
源２２から発光されたプローブ光Ｐが、キャピラリー管
を通過して流れる、分析される試料Ｓに衝突するように
なっており、一方、光電検出器４４はキャピラリー管２
３に関して、光電検出器４４がキャピラリー管２３を通
過して流れる試料光から発光される蛍光線Ｓを検出でき
るように配置されている。
【００２６】本発明に従って、光源２２とキャピラリー
管２３の間には、プローブ光伝導手段２６が配置されて
おり、その伝導手段はプローブ光の伝播の方向に大体垂
直な屈折率グラジエントを持つ。プローブ光伝導手段２
６は、伝導材料から出るプローブ光Ｐがキャピラリー管
２３に衝突するようにして、キャピラリー管２３に接続
する。干渉型検出配置１と１０におけるのと同様に、プ
ローブ光伝導手段２６がキャピラリー管２３に接続して
いる遷移領域２８はキャピラリー管２３の壁材に約±２
０％内で合致する屈折率を持つ。プローブ光伝導手段２
６とキャピラリー管２３の壁の間の接続は、上述のよう
にそれらを一緒に接着することによるか、又は直接に密
着することによるかして実施される。本発明の好ましい
変法では、伝導手段２６とキャピラリー管２３の間の接
続は、キャピラリー管２３の壁の屈折率に約±２０％以
内で合致している屈折率を持つ透明接着剤を使用してそ
れらを一緒にして接着する。適当な接着剤は、干渉型検
出配置に関して前述したのと同じものである。キャピラ
リー管２３に関するプローブ光伝導手段２６の位置は、
プローブビームＰのウエイストが、キャピラリー管２３
を通過して流れる試料Ｓ内に位置するようになってい
る。
【００２７】本発明の一つの実施態様では、プローブ光
伝導手段２６はグラジエント屈折率の光学素子、又はＧ
ＲＩＮ−レンズであって、好ましくは商標名「ＳｅｌＦ
ｏｃ（登録商標）」の一つであって、NIPPON SHEET GLA
SS Co.Ltd.から購入できるもの一つである。別の実施態
様では、プローブ光伝導手段２６は光導波管好ましくは
マルチ−モード光ファイバーである。
【００２８】プローブ光が出ている、プローブ光伝導手
段２６の末端はキャピラリー管２３に接続している。光
源２２とプローブ光伝導手段２６の間には、好ましく
は、プローブ光Ｐを選択するための光学干渉及び／又は
カットオフ−フィルター３０が設置してある。これらの
フィルター３０もプローブ光伝導手段２６と接続させら
れており、好ましくはそれらはキャピラリー管２３への
接続を固定するために使用された接着剤に該当する接着
剤２７でもって一緒に密接させられている。光源２２も
フィルター３０に密着させることができるが、好ましく
は光源２２、フィルター３０、及びプローブ光伝導手段
２６の後端は好ましくはプレキシグラス(plexiglas) ハ
ウジング３１に埋め込まれている。
【００２９】本発明の最も好ましい実施態様である、吸
光と蛍光の原理の両方を利用する実施態様では、光源２
２は、安定した電源を使用して操業する時は非常に安定
した光源であるところの発光ダイオード（ＬＥＤ）であ
る。キャピラリー管３における強度をより高めたい場合
は、２個又はそれより多いＬＥＤを組み合わせてＬＥＤ
−配列にすることができる。そのようなＬＥＤ−配列
は、同一の波長で発光する複数のＬＥＤ、又は異なる波
長で発光する異なる複数のＬＥＤからなる。次に、所望
の波長はプローブ光路中の干渉−又はカットオフ−フィ
ルター３０により選択される。
【００３０】光源２２、フィルター３０とプローブ光伝
導手段２６の後端部をプレキシグラスハウジング３１の
中に集めるために、それは通常はＬＥＤの集積部分を形
成するのであるが、先ず第１にハウジング３１中に穴を
開ける。ＧＲＩＮ−レンズ又は光ファイバーの各々をＬ
ＥＤ結晶２２にできるだけ近く設置できるようにするた
めに、ＬＥＤの原ハウジング中の深さは、ＬＥＤ結晶２
２の直ぐ近くに到達する。ＬＥＤの発光スペクトルの一
部分を選択するために１個又はそれ以上の干渉−又はカ
ットオフ−フィルターを必要とする場合は、それらをハ
ウジング３１中の穴に、ＬＥＤ結晶とＧＲＩＮ−レンズ
の間又はＬＥＤ結晶と導波管の間の各々に設置するのが
好都合である。好ましくは穴中の素子は、上述の屈折率
の合致した透明接着剤でもって結合させられている。Ｇ
ＲＩＮ−レンズ又は光導波管２６の他の端部は、適当な
屈折率の合致した透明接着剤を使用するか又は密着方法
により、キャピラリー管２３に接続させられる。結合
は、キャピラリー管２３中を通過して流れる試料Ｓの最
も効果的な照明のためにキャピラリー管２３の中心がＧ
ＲＩＮ−レンズの焦点に、又はその近くにあるようにな
っている。
【００３１】キャピラリー管２３と光電検出器２４との
間に、そしてキャピラリー管２３に連結して、少なくと
も１個の試料光伝導手段３２があり、それはキャピラリ
ー管２３から来る試料光の伝播方向にほぼ垂直の屈折率
グラジエントを持つ材料から製造されそしてそれは集め
た試料光Ｌを光電検出器２４に伝導することができる。
試料光伝導手段３２がキャピラリー管２３に結合してい
る遷移領域２８は、キャピラリー管２３の壁材の屈折率
と約±２０％以内でほぼ合致している屈折率を持つ。図
５で更によくわかるように、蛍光検出配置２０は４個の
試料光伝導手段３２からなり、それらは励起試料から発
光させられた光線Ｌの又は試料中の添加物からの間接的
蛍光のある部分を、１個又はより多い光電検出器２４に
伝導するように適合させられている。図４には１個の光
電検出器２４が図示されている。検出器２４は評価単位
に接続され、そこで検出された信号は所与の基準に従っ
て増幅、変換そして評価される。評価単位は常用のもの
であるので、図中に示してない。
【００３２】本発明の一つの実施態様では、試料光伝導
手段３２は光ファイバーであり、それは一方の端部でキ
ャピラリー管２３に接続しそして試料光Ｌを光電検出器
２４上に伝導し、そしてその光電検出器２４は上記試料
光伝導手段３２の他の末端に位置している。好ましくは
光電検出器２４も、透明で屈折率の合致した接着剤でも
って光ファイバーに接続させられている。別の実施態様
では、試料光伝導手段３２は所謂ＧＲＩＮ−レンズであ
って、それは試料光Ｌを４個の別々の光電検出器又は１
個の通常の光電検出器に向かわせる。所望ならば、試料
光伝導手段３２と光電検出器２４の間にどこかに、キャ
ピラリー管２３中の試料から発光した蛍光の特定の光を
選択することができる光学干渉−及び／又はカットオフ
−フィルターが設置されていてもよい。
【００３３】図４と５に示した蛍光検出配置２０の実施
態様では、キャピラリー管２３の内側の光学的界面にお
ける反射から発生する散乱光の大部分は、その最大の強
度を図４中の軸ＸとＹにより定義された平面中で示す。
この理由のために、集光素子（光導波管又はＧＲＩＮ−
レンズ、フィルター、検出器）をこのＹＺ平面内に設置
しないのが便利である。従って、図４と図５に示した蛍
光検出配置２０の好ましい実施態様においては、光導波
管又はＧＲＩＮ−レンズの各々は、キャピラリー管の周
囲に沿って、光導波管又はＧＲＩＮ−レンズの軸がキャ
ピラリー管２３の軸に関して傾斜（図５中で角度β′）
しそしてプローブ光の伝播方向に関しても傾斜（図４中
で角度α′）しているように配置されている。図４と５
においては、各々のＹＺ平面とＸＹ平面中への集光素子
の投射だけが、そしてかくして空間における投射の実際
の角度α′とβ′が示されていることに注目すべきであ
る。空間における実際の角度は、キャピラリー管２３
（又は３）の軸とプローブ光Ｐの伝播の逆方向に関して
約２０°−７０°、好ましくは５４．７°±１０°であ
る。
【００３４】図４と５に示したように、検出配置２０は
関連する全ての部品を組み合わせるためにいろいろの角
度で多重のオリフィスを持つ光遮断ハウジング３３に収
納されている。ハウジング３３は、高い熱伝導度特性を
持つ。その温度は、ハウジング３３の外壁に取り付けた
ペルチエル素子３５と熱シンク３６により制御されるの
が好ましい。
【００３５】図６も、蛍光に基づいた検出配置の別の実
施態様を示している。この実施態様例は符号４０により
表されている。検出配置４０は、キャピラリー管２３の
前面で互いに直角に配置された２個の励起光源２２と２
２′からなる。キャピラリー管２３の前面における配置
のプローブ光部の構造と構成は、基本的には図４と５に
おいて図示された実施態様に該当し、励起光源２２、２
２′は好ましくはＬＥＤ又はＬＥＤ配列であり、それら
はコヒーレント又はインコヒーレント光のいずれかを発
光する。図４と５に示した実施態様と同様に、集光素子
が、キャピラリー管２３に関してそして２個の励起光ビ
ームの伝播方向ＹとＺの各々に関しても、傾斜してい
る。図６には、空間における実際角度の射影角度α1 ′
とα2 ′のみが示されている。空間における角度は、キ
ャピラリー管２３の軸と２個のプローブ光ビームの伝播
の逆方向に関して約２０°−７０°、好ましくは５４．
７°±１０°になる。図６の検出配置は、プローブ光Ｐ
の同じ又は異なる励起波長の結果としての、キャピラリ
ー管２３を通過して流れる試料Ｓから発光させられた蛍
光光線Ｌを検出できるようになっている。もしもＬＥＤ
２２とＬＥＤ２２′が、同一の波長で発光すると、プロ
ーブ光の強度が増し、より多くの光線が同じ試料容積上
に照射され、かくしてより多い蛍光中心が励起させら
れ、そしてその結果、蛍光検出装置の感度は増大する。
【００３６】図７には、検出配置のもう一つの実施態様
が図示されている。この実施態様は、蛍光と吸光の原理
の両方に基づいている。ＬＥＤに基づく実施態様は、符
号６０で示されている。それは、キャピラリー管２３を
通過して流れる試料の蛍光と吸光の同時測定のために設
計されている。キャピラリー管２３の左側には、基本的
には図４と５に示された実施態様に該当する。キャピラ
リー管２３の右側にはは、光源２２から来るプローブ光
Ｐの伝播方向と同軸に位置する、２番目のＧＲＩＮ−レ
ンズ又は光導波管６１の各々が示されている。この２番
目のＧＲＩＮ−レンズ又は光導波管６１の各々は、キャ
ピラリー管２３を通過して流れる試料Ｓを横切っている
プローブ光の部分Ｐ′を、光電性デバイス６３、好まし
くはフォトダイオードに向かわせている。光源２２から
到来し且つキャピラリー管２３を横断した光だけがフォ
トダイオード６３に到着するのを保証するために、スリ
ット６５をキャピラリー管２３の後の光路中へ設置す
る。好ましくはスリット６５は、キャピラリー管２３
と、２番目のＧＲＩＮ−レンズ又は光導波管６１の各々
の間に設置される。スリット６５の巾は、好ましくはキ
ャピラリー管２３の内径に該当する。２番目のＧＲＩＮ
−レンズ又は光導波管６１各々の周辺の光止め管６２
は、迷光がフォトダイオード６３に到着するのを妨害す
る。光電性デバイス６３の下に、検出配置６０のための
光止めハウジング６７の透過窓部分６８に隣接して２番
目の光電ダイオードが設置してある。光源２２からの光
Ｐの量の、キャピラリー管２３を横断しそしてフォトダ
イオード６３に到達した部分光Ｐ′と２番目の光電検出
器６６に検出された部分光との比較から、光源の強度変
動により起こるノイズについて補正することが可能であ
る。その型の測定のために、比較測定からのデータを電
算機計算することができる特別の評価エレクトロニクス
が使用される。そのようにして、装置の感度は更に増大
する。
【００３７】キャピラリー管は長方形又は正方形の断面
をもつことも可能であることに注意すべきである。キャ
ピラリー管は、平面のガラス構造中にエッチングされた
又はミクロ機械加工された一つ又はそれより多いチャネ
ルからも製造できる。光源は、半導体光源、例えば半導
体レーザー又は配列であり得る。本発明の検出配置は典
型的には、内径が約２．５μｍないし約１２５μｍのキ
ャピラリー管３、２３を持つ。キャピラリー管２、２３
は通常は、プローブ光Ｐのための伝導手段との接触領域
中だけで除去されるポリイミド塗膜を備えている。
【００３８】
【発明の効果】本発明の検出配置により、光学的、機械
的及び熱的性質の三つの問題が同時に処理される。本発
明の検出配置は非常に高い機械的そして熱的安定性を持
つ、というのは： ｉ）部品及びもし適切であれば、接着剤の屈折率が±２
０％以内で合致するならば、少なくともプローブ光は、
キャピラリー管の２個の内部の光学界面を別にして、屈
折と反射なしに伝播する、 ii) 光学部品は可能な限り最もラジドな(rugged)構造に
してある、そして iii)熱は速やかに伝播する、からである。
【００３９】いわゆる一光子励起の場合、発光は励起よ
り長い波長で発生する（換言すれば、λ｛励起｝＜λ
｛発光｝）。かくして、問題のクロマトグラフィー又は
通電クロマトグラフィーの所謂ベースラインノイズの原
因になり、そして励起光強度の不安定性が基本的な原因
となる散乱光を減少するのに、カットオフ−と干渉−フ
ィルターが使用される。ＬＥＤの強度安定性を１０-5以
下に安定化できることを考慮すると、光源としてＬＥＤ
を使用することによりノイズは光学フィルターなしです
らそしてかくして散乱光の存在下で非常に低く保つこと
ができる。
【００４０】いわゆる間接蛍光検出法では、ベースライ
ンノイズは大部分が光源ノイズによる。分離に使用され
る溶媒又は緩衝液は、蛍光担体の低濃度液で処理され
る。溶媒を希釈することにより、非蛍光性分析物の抽出
は蛍光染料を移す。興味のある物質の検出は、緩衝液又
は溶媒の濃度の減少に由来する蛍光における減少を追跡
すること（所謂蛍光浸漬）により実施される。概観した
検出原理から、励起光源の強度変動は測定には好ましく
ない。蛍光検出のために光源として強度に関して安定な
ＬＥＤＳを使用することは、ベースラインノイズを減少
する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の検出配置の１番目の実施態様を示す。
【図２】図１の本発明の実施態様におけるキャピラリー
管（断面）と光ファイバーの間の遷移領域の部分的断面
図を示す。
【図３】本発明の検出配置の２番目の実施態様を示す。
【図４】本発明の検出配置の３番目の実施態様の、キャ
ピラリー管の軸に垂直な平面に沿った断面図を示す。
【図５】図４の実施態様の、キャピラリー管の軸に沿っ
た断面図を示す。
【図６】本発明の検出配置の４番目の実施態様の、キャ
ピラリー管の軸に垂直な平面に沿った断面図を示す。
【図７】本発明の検出配置の５番目の実施態様の、キャ
ピラリー管の軸に垂直な平面に沿った断面図を示す。
【符号の説明】
１・・・本発明の検出配置の１番目の実施態様 ２・・・光源 ３・・・キャピラリー管 ４・・・光電検出器 ５・・・評価エレクトロニクス ６・・・光ファイバー又はプローブ光伝導手段 ６ａ・・・光ファイバー被覆 ７・・・（透明）接着剤 ８・・・遷移領域 ９・・・ガラス管の２半分 １０・・・本発明の検出配置の２番目の実施態様 １１・・・顕微鏡スライド ２０・・・本発明の検出配置の３番目の実施態様 ２２、２２′・・・光源 ２３・・・キャピラリー管 ２４・・・光電検出器 ２６、２６′・・・光ファイバー、プローブ光伝導手段 ２７、２７′・・・（透明）接着剤 ２８・・・遷移領域 ３０、３０′・・・フィルター ３１、３１′・・・プレキシグラスハウジング ３２・・・試料光伝導手段 ３３・・・光遮断ハウジング ３５・・・ペルチエル素子 ３６・・・熱シンク ４０・・・本発明の検出配置の４番目の実施態様 ６０・・・本発明の検出配置の５番目の実施態様 ６１・・・ＧＲＩＮ−レンズ又は光導波管 ６２・・・光止め管 ６３・・・フォトダイオード ６５・・・スリット ６６・・・光電検出器 ６７・・・光止めハウジング ６８・・・透過窓部分 Ｉ・・・干渉パターン Ｌ・・・試料光 Ｐ・・・プローブ光 Ｐ′・・・試料を通過した後の部分光 Ｓ・・・試料 ｒ・・・内径 ａ・・・キャピラリー管の軸からのずれ又は変位の大き
さ α′、α1 ′、α2 ′・・・投射角度 β′・・・投射角度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ビート クラッチゲル スイス国，4125 リーエン，バーゼルシュ トラーセ67 (72)発明者 カルロ エス．エッフェンハウゼル ドイツ連邦共和国，79756 ヴァイル ア ム ライン，シュッツザッケルシュトラー セ 18 (72)発明者 フランソワ マイストレ スイス国，4153 ラインアッハ，アウゲン シュトラーセ 22 (72)発明者 フィリッペ ヌスバウム フランス国，68220 ヘーゲンハイム，ル ド ブルクフェルデン 32

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光源、キャピラリー管、及び評価エレクト
    ロニクスに接続している光電検出器からなる、液体試料
    の小容積化学分析のための光学検出配置であって；キャ
    ピラリー管に関する光源の配置は、光源から発光された
    プローブ光が、キャピラリー管を通過して流れる、分析
    される試料に衝突するようになっており、 一方、光電検出器はキャピラリー管に関して、光電検出
    器がキャピラリー管から来る試料光を検出できるように
    配置され、プローブ光が光源とキャピラリー管の間で実
    質的にプローブ光伝導手段中を伝導させられることを特
    徴とし、そのプローブ光伝導手段はプローブ光の伝播方
    向に大体垂直な屈折率グラジエントを持つ材料からな
    り、そしてそのプローブ光伝導手段は、上記伝導手段を
    出るプローブ光がキャピラリー管の内壁に衝突するよう
    にキャピラリー管に接続している光学検出配置。
  2. 【請求項２】プローブ光伝導手段とキャピラリー管の間
    の遷移領域が、約±２０％以内でキャピラリー管の壁材
    に合致している屈折率を持つ請求項１記載の光学検出配
    置。
  3. 【請求項３】キャピラリー管と光電検出器の間に、少な
    くとも一つの、キャピラリー管に接続した試料光伝導手
    段があり、その手段はキャピラリー管から来る試料光の
    伝播方向に大体垂直な屈折率グラジエントを持つ材料か
    ら製造され、そしてその手段は集めた試料光を光電検出
    器に伝導することができる請求項２記載の光学検出配
    置。
  4. 【請求項４】試料光伝導手段とキャピラリー管の間の遷
    移領域が、約±２０％以内でキャピラリー管の壁材に合
    致している屈折率を持つ請求項３記載の光学検出配置。
  5. 【請求項５】光源とプローブ光伝導手段の間に、プロー
    ブ光を波長を選別するための光学干渉−及び／又はカッ
    トオフ−フィルターが設置してある請求項３又は４に記
    載の光学検出配置。
  6. 【請求項６】試料光伝導手段と光電検出器の間に第２番
    目の光学干渉−及び／又はカットオフ−フィルターが設
    置してある請求項３ないし５のいずれかに記載の光学検
    出配置。
  7. 【請求項７】光源、プローブ光伝導手段、キャピラリー
    管、試料光伝導手段、光電検出器及び光学干渉−及び／
    又はカットオフ−フィルターのような全ての光学素子
    が、約±２０％以内でキャピラリー管の壁材に合致して
    いる屈折率を持つ透明接着剤により一緒に連結されてい
    る前出の請求項のいずれかに記載の光学検出配置。
  8. 【請求項８】プローブビーム伝導手段と試料ビーム伝導
    手段が光導波管である前出の請求項のいずれかに記載の
    光学検出配置。
  9. 【請求項９】試料光のために、試料光伝導手段として一
    つより多い、好ましくは４個の光導波管が設置してあっ
    て、それらの各々の軸が、キャピラリー管の軸とプロー
    ブ光の伝播の逆方向に関して、約２０°−７０°、好ま
    しくは５４．７°±２０％で空間で傾斜するように、キ
    ャピラリー管に沿って設置してある請求項８記載の光学
    検出配置。
  10. 【請求項１０】プローブビーム伝導手段及び／又は試料
    ビーム伝導手段がグラジエント屈折率光学素子、好まし
    くはＧＲＩＮ−レンズである請求項１−７のいずれかに
    記載の光学検出配置。
  11. 【請求項１１】光源が、コヒーレント又はインコヒーレ
    ント光のいずれかを発光する発光ダイオードである前出
    の請求項のいずれかに記載の光学検出配置。
  12. 【請求項１２】光源が、同じ又は異種の波長で作動する
    発光ダイオードの配列からなる前出の請求項のいずれか
    に記載の光学検出配置。
  13. 【請求項１３】プローブビーム伝導手段が、偏波を維持
    するシングルモード光ファイバーである請求項２記載の
    光学検出配置。
  14. 【請求項１４】プローブビームが、キャピラリー管を通
    過して流れる試料に、キャピラリー管の中心に関して軸
    から変位して大体接線方向に衝突し、そしてその軸から
    の変位の大きさが大体キャピラリー管の内径であり、か
    くしてプローブ光ビームの一部分が試料を横断すると共
    にプローブ光ビームの他の部分がキャピラリー管の内壁
    で反射しかくして基準ビームとして機能するように、光
    ファイバーがキャピラリー管に取り付けてある請求項１
    ３記載の光学検出配置。
  15. 【請求項１５】キャピラリー管が長方形又は正方形の断
    面を持つ前出の請求項のいずれかに記載の光学検出配
    置。
  16. 【請求項１６】キャピラリー管が、平面の基材、例えば
    ガラス、石英又は半導体材料中にエッチング又はミクロ
    機械加工された一つ又はそれより多いチャネルからなる
    前出の請求項のいずれかに記載の光学検出配置。
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