JPH10206331A - 螢光検出器及び液体クロマトグラフィー装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】発熱量や温度ドリフトが小さく、低い平均入力
で高いピーク発光量が得られる高感度蛍光検出器を提供
する。 【解決手段】トリガー信号発生回路及びゲート信号発生
回路を駆動するためのタイミング信号を発生し出力する
タイミング信号発生回路、タイミング信号に基づきラン
プ電源回路を駆動するトリガー信号発生回路、トリガー
信号に基づきフラッシュランプをパルス点灯するランプ
電源回路及びフラッシュランプから構成される発光系及
び試料からの蛍光を受光し、相関した検出信号を出力す
る蛍光検出センサ、蛍光検出センサが出力した検出信号
を通過させ又は遮断するゲート回路、タイミング信号に
基づきゲート回路を駆動するためのゲート信号を発生し
出力するゲート信号発生回路、ゲート回路を通過した検
出信号を積分し出力する積分回路、から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フラッシュランプ
等のパルス点灯光源を光源として具備する蛍光検出装置
及び当該蛍光検出装置を有する液体クロマトグラフィー
測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】通常、蛍光検出器の光源としては、キセ
ノンランプ（Ｘｅランプ）等の強力な連続光源が使用さ
れるが、発熱量や温度ドリフトが大きいという課題があ
る。また該ランプの保証寿命は通常１０００時間程度と
寿命が短く、頻繁にメンテナンスを行ってランプを交換
しなければならないという課題がある。このため、特に
高感度測定が要求されるために光源を日夜連続点灯して
安定動作させる液体クロマトグラフィー測定装置では、
約４０日程度でランプ寿命が尽きてしまう。

【０００３】また、Ｘｅランプ等の点光源を用いる検出
器では、光源の位置がずれると光源光が試料にあたらな
くなったり、試料容器の壁にあたる割合が変化してバッ
クグラウンドが変化するため、上記のようにランプ交換
を行なう場合、光源の位置調整が必要になる等の課題も
生じる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これに対してキセノン
フラッシュランプ（Ｘｅフラッシュランプ）等のフラッ
シュランプは、光源の保証寿命が１０兆回（毎秒１０回
発光させる場合で約３年）と長寿命であり、しかも低い
平均入力で高いピーク発光量が得られることから蛍光検
出器への応用が検討されてきた。しかし、Ｘｅフラッシ
ュランプはトリガーを与えるとサブマイクロ秒の間発光
するため、一般に検出用センサの出力がパルス状であり
かつピークホールド回路で検出するため、ピーク高さは
ノイズによって変動してしまい、十分な感度を得ること
ができなかった。検出回路に、パルス面積算出回路等を
含めることにより、ノイズを小さくすることはできる
が、それでも感度が不十分な場合には発光頻度を上げる
必要がある。発光頻度を毎秒１００回に上げると、平均
寿命は約１１５日程度となってしまう。

【０００５】このため、フラッシュランプを具備した蛍
光検出装置は、蛍光強度の減衰を調査する等、特殊な用
途でしか使用されていない。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、キセノン
ランプ等の連続点灯光源と比較して、発熱量や温度ドリ
フトが小さく、低い平均入力で高いピーク発光量が得ら
れ、かつランプ寿命が長いという特徴を有するフラッシ
ュランプ等のパルス点灯光源を用いて高感度蛍光検出器
を提供することで、光源のランプ交換やそれに伴う位置
調整等の作業を必要としない蛍光検出装置及び該装置を
有する液体クロマトグラフィー測定装置について検討を
行った。

【０００７】本発明はかかる目的に鑑みてなされた、蛍
光、発光又は吸光等を測定するための検出装置等に関す
るものであり、試料を照射するためのパルス点灯光源、
トリガー信号に基づきパルス点灯光源に電源を供給する
パルス点灯光源用電源及びトリガー信号発生回路を有す
る検出装置であって、前記トリガー信号発生回路が、周
波数可変回路を具備することを特徴とする検出装置であ
る。また本発明は、特にパルス点灯光源からの光を試料
に照射し、試料が発した光又は試料を透過した光を測定
する検出装置を有する液体クロマトグラフィー装置であ
って、前記検出装置が、試料を照射するためのパルス点
灯光源、トリガー信号に基づきパルス点灯光源に電源を
供給するパルス点灯光源用電源及びトリガー信号発生回
路を有する検出器であって、前記トリガー信号発生回路
が、周波数可変回路を具備することを特徴とする液体ク
ロマトグラフィー装置である。

【０００８】例えば液体クロマトグラフィー測定装置に
おいては、前述の通り、光源を安定化して高感度測定を
実現する目的で、日夜、光源を連続点灯することが多
い。しかし、その全てに渉って実際に試料を分析してい
るわけではない。また試料を分析中でも、例えば分離カ
ラムの洗浄・再生という作業中や、測定対象物が決まっ
ている場合は、該対象物が分離カラムから溶出していな
い間、蛍光等の測定を行う必要はない。本発明の蛍光検
出装置は、フラッシュランプを点灯するためのタイミン
グ信号の周波数を変化させることで、発光頻度を広範囲
で変化させるものである。例えばＸｅフラッシュランプ
の寿命は、おおむね発光エネルギーと発光回数の積に依
存するので、発光頻度を低下させれば更に長寿命化する
ことができる。

【０００９】このため、例えばトリガー信号発生回路自
体を状況に応じた外部入力に従って低い周波数のタイミ
ング信号又は高い周波数のタイミング信号を選択して発
生するように構成したり、或いは、トリガー信号発生回
路に蛍光測定待機時には自動的に低い周波数のトリガー
信号を選択し、蛍光測定時には自動的に高い周波数のト
リガー信号を選択して発生するより、蛍光検出装置を使
用しない時、即ち実際に試料の測定を行わない時、に
は、フラッシュランプの発光頻度を低下させ、ランプ寿
命を長寿命化できる。低い周波数のトリガー信号とし
て、高い周波数のトリガー信号の１／２以下の周波数と
設定することが例示できる。そして、後述する本発明の
実施の形態に示したように、検出器にゲート回路を設け
る場合等には、非測定時用の低い周波数のトリガー信号
に対しては、ゲート回路が駆動しないように構成するこ
とも可能である。

【００１０】周波数可変回路としては、例えば、トリガ
ー信号発生回路の周波数発振器に２種の発振器を使用
し、これを切り替えて使用したり、可変周波数発振器使
用して周波数を切り替えることが例示できる。後者の場
合、ＲＣ発振器を利用すれば、抵抗値又はコンデンサ値
を帰ることにより、容易に周波数を切り替えることがで
きる。また、更には、例えば単一の発振器を使用し、分
周比を変えて周波数を切り替えることも例示できる。

【００１１】本発明の検出装置は、蛍光検出装置や吸光
検出装置等、種々の光学的検出装置に使用することがで
きる。本発明の検出装置を利用する場合、その使用形態
に合わせて種々の回路を追加しても良い。例えば本発明
の検出装置を蛍光検出器として使用する場合、例えば蛍
光検出用の光センサ、光センサの出力を通過し又は遮断
するゲート回路、ゲート回路を通過したセンサ出力を積
分する積分回路、積分回路の出力値を保持するサンプル
ホールド回路を設けたり、更にフラッシュランプ発光時
のセンサ出力とフラッシュランプが発光していない時
の、バックグラウンドセンサ出力の差を求める必要があ
る場合等には、前記ゲート回路を開くように構成した上
で、フラッシュランプ発光時及び非発光時の積分回路か
らの出力を保持するための２つのサンプルホールド回路
と該回路の出力の差を求める差分回路を追加して設ける
等すれば良い。また、例えば蛍光検出用の光センサに加
え、フラッシュランプからの励起光検出用のセンサを設
ければ、フラッシュランプからの励起光の変動も検出す
ることが可能となる。

【００１２】本発明は、前記した検出装置を有する液体
クロマトグラフィー測定装置をも提供する。本発明の液
体クロマトグラフィー測定装置は、該蛍光検出装置を有
する以外に、例えば分離カラム、送液ポンプ、試料採取
装置、溶離液溜等、通常の液体クロマトグラフィー装置
が備える部品を有していても良い。

【００１３】このような本発明の液体クロマトグラフィ
ー測定装置によれば、例えば分離カラムの洗浄・再生と
いう作業中や、測定対象物が決まっている場合は、該対
象物が分離カラムから溶出していない間等には低い周波
数のタイミング信号によりランプの発光頻度を低下さ
せ、かつ、蛍光測定時には高い周波数のタイミング信号
により高感度の蛍光測定を実施することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、蛍光検出器として構成さ
れた本発明の第１の実施の形態を示す図である。トリガ
ー信号発生回路で発生したトリガー信号は、電源等から
構成されるフラッシュランプを発光させるための発光回
路に送られる。トリガー信号は、他方でゲート回路を駆
動するためのゲート信号発生回路に送られる。このタイ
ミング信号発生回路は、不図示の入力装置からの入力信
号に依存して、高い周波数（１００Ｈｚ）と低い周波数
（１０Ｈｚ）のタイミング信号を発生するように構成し
てある。

【００１５】ランプ電源等から構成されるフラッシュラ
ンプ発光回路の駆動により、フラッシュランプはトリガ
ー信号の発生から数μ秒遅れて発光（パルス点灯）す
る。ランプからの光（励起光）は測定セル等に入れられ
た試料を照射し、試料中の蛍光性物質は蛍光（蛍光パル
ス）を発する。試料が発した蛍光パルスは、蛍光検出セ
ンサにより受光され、電気パルスとして出力される。こ
の蛍光検出センサの出力信号は、ゲート回路が開いてい
る間のみ当該回路を通過し、積分回路に送られる。積分
回路は、積分を開始する前、即ち蛍光測定を開始する前
にリセット（放電）しておく。

【００１６】ゲート回路は、例えばゲート信号発生回路
からのゲート信号が入力されている間だけ蛍光検出セン
サの出力信号を通過させ、当該信号が入力されていない
時は遮断するように構成する。ここで、トリガー信号の
発生からフラッシュランプが発光するまでの「ずれ（点
灯遅延時間）」はトリガー信号毎に変動するため、変動
した場合でも蛍光検出センサからの出力信号がゲート回
路を通過できるようにゲート信号発生回路を構成する。

【００１７】図１に示した蛍光検出器では、フラッシュ
ランプ非発光時（暗光時）の蛍光検出センサの出力（バ
ックグランド）を差し引くため、暗光時にもゲート信号
を発生させてゲート回路と積分回路を作動させ、フラッ
シュランプ発光時と暗光時の出力信号の差を差分回路で
求めることができる。

【００１８】この目的を達成するため、ゲート信号発生
回路を、トリガー信号が１回発生する間に少なくとも２
回ゲート信号を発生するようにしてある。積分回路の出
力を保持するため、積分回路における発光時及び暗光時
の積分終了後の出力信号を２のサンプルホールド回路で
それぞれ保持した上で差分を行なう。なお、例えば２つ
のサンプルホールド回路の出力をデジタル変換し、デジ
タル回路で差を計算するようにしたり、更には、発光時
及び暗光時の積分終了後の出力信号を１つのサンプルホ
ールド回路で保持し、保持した２つの出力をそれぞれデ
ジタル変換し、デジタル回路で差を計算するようにする
こともできる。また、上記のように発光時と暗光時の２
回に渡りゲート回路を開閉させる場合には２回ゲート信
号を発生させることになるが、必要に応じて３回以上、
ゲート信号を発生させる構成とすることもできる。この
ような構成とは異なり、例えば発光時と暗光時の信号を
得る他に、２のゲート回路と２の積分回路を付加する構
成を採用することもできる。なお、発光時及び暗光時の
差を求める場合、ゲート信号を基にしてサンプルホール
ド回路で異なる２のサンプルホールド信号を発生させ、
うち一方をフラッシュランプ発光時の出力信号を保持す
るために、他方を暗光時の出力信号を保持するために使
用することもできる。

【００１９】図１の蛍光検出器では、トリガー信号に基
づいてゲート信号を発生するように構成したが、例えば
別途タイミング信号を発生するタイミング信号発生回路
を設け、タイミング信号に基づいてトリガー信号、ゲー
ト信号及びサンプルホールド信号を発生するように構成
することもできる。

【００２０】以上の蛍光検出装置においては、発光時と
暗光時の差を取らない場合、例えば単に積分回路からの
出力信号を保持する場合や、発光時と暗光時の出力信号
をそれぞれ発光周期に合わせて毎回デジタル変換する場
合には、単一のサンプルホールド回路で十分であるが、
差分回路の出力を記録計で記録する場合や発光周期より
も低い頻度でデジタル変換する場合には、発光時の出力
信号と暗光時の出力信号の両方にサンプルホールド回路
を使うことが好ましい。更にまた、図１の蛍光検出装置
では、フラッシュランプの発光頻度を変化させた時に、
信号対ノイズ比は変化するが信号強度は変化しないの
で、連続的な信号が得られる。この点は、例えば本発明
の検出装置を液体クロマトグラフィーに応用する場合
に、特に重要である。

【００２１】図２は、蛍光検出器として構成された本発
明の第２の実施の形態を示す図である。主要な構成は図
１で説明した装置と同様であるが、図２の構成において
はフラッシュランプの発光量の変動を補正するため、ゲ
ート回路及び積分回路をそれぞれ２組使用し、一方の組
を蛍光検出センサからの出力系に、他方を補正のための
励起光センサからの出力系（励起光検出系）に使用して
いる。このように、試料からの蛍光を測定すると共に、
試料を照射する励起光を励起光検出センサで検出してお
き、この励起光値で蛍光値を除することにより、フラッ
シュランプの発光量の変動をも補正することが可能であ
る。

【００２２】２の積分回路に対しては、それぞれ１ずつ
のサンプルホールド回路を付加すれば十分であるが、図
１において説明したような暗光時のバックグランドとの
差を求める場合、それぞれの積分回路に対して２のサン
プルホールド回路と１の差分回路を付加してある。もっ
とも、例えば２つのサンプルホールド回路の出力をデジ
タル変換し、デジタル回路で差を計算するようにした
り、更には、発光時及び暗光時の積分終了後の出力信号
を１つのサンプルホールド回路で保持し、保持した２つ
の出力をそれぞれデジタル変換し、デジタル回路で差を
計算するようにすることもできる。

【００２３】図２の蛍光検出器においても図１のものと
同様にしてサンプルホールド信号を発生させているが、
例えば、サンプルホールド信号発生回路において第１及
び第２のサンプルホールド信号を発生させ、第１のサン
プルホールド信号に基づき第１の積分回路からの出力信
号を入力信号とする第１のサンプルホールド回路と、第
２のサンプルホールド信号に基づき第１の積分回路から
の出力信号を入力信号とする第２のサンプルホールド回
路と、第１のサンプルホールド信号に基づき第２の積分
回路からの出力信号を入力信号とする第３のサンプルホ
ールド回路と、第２のサンプルホールド信号に基づき第
２の積分回路からの出力信号を入力信号とする第４のサ
ンプルホールド回路と、第１及び第２のサンプルホール
ド回路からの出力の差を出力する第１の差分回路及び第
３及び第４のサンプルホールド回路からの出力の差を出
力する第２の差分回路としても良い。

【００２４】図３は、蛍光検出器として構成された本発
明の第３の実施の形態を示す図である。主要な構成は図
１及び図２で説明した検出器と同様であるが、図３の構
成においては、フラッシュランプの発光量の変動を補正
するためにゲート回路及び積分回路をそれぞれ２組使用
すると同時に、トリガー信号発生回路とゲート信号発生
回路を独立して設け、励起光検出センサからの出力信号
をゲート信号発生回路に入力してゲート信号を発生し、
蛍光検出センサ側及び励起光検出センサ側のゲート回路
に送る構成とすることで、ランプのジッタに合わせてゲ
ート信号を前後させることを可能とし、結果としてゲー
ト回路を開いている時間の幅を狭くして余分な信号（ノ
イズ）の侵入を防ぐものである。なお、図３の構成では
サンプルホールド信号発生回路をゲート信号で駆動して
いるが、励起光検出センサの出力信号やトリガー信号で
駆動することもできる。

【００２５】以上、図１〜図３に、本発明の検出装置を
使用した蛍光検出器の形態を示したが、これらにおいて
センサが光電子増倍管である場合には、印加電圧を変化
させることでゲート動作をさせたり、ゲート回路自体を
省いたりすることも可能である。

【００２６】図４は、上述した本発明の検出装置を有す
る液体クロマトグラフィー測定装置のブロック図であ
る。蛍光検出器は、分離カラムから溶出した溶出液の測
定に用いられる。

【００２７】図５は、液体クロマトグラフィー測定装置
における、蛍光検出装置の制御タイミングチャートを示
すものである。この制御タイミングでは、装置を運転し
ていない間はフラッシュランプは点灯せず、スタンバイ
状態（装置の電源をオンにした状態）になると、例えば
１０Ｈｚ程度の低い周波数のタイミング信号が選択的に
発生され、ランプは低頻度で点灯する。続いて蛍光測定
時には、例えば測定状態に入ったことを示す外部入力を
受けて、例えば１００Ｈｚ程度の高い周波数のタイミン
グ信号が選択的に発生され、ランプは高頻度で点灯す
る。

【００２８】図６は、液体クロマトグラフィー測定装置
における、蛍光検出装置の他の制御タイミングチャート
を示すものである。この制御タイミングでは、図５に示
したタイミングチャートとは異なり、予め設定した時間
に従ってタイミング信号発生回路が自動的に低い周波数
のタイミング信号又は高い周波数のタイミング信号を選
択的に発生する。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、光源として寿命の長い
フラッシュランプを使用し、更にその発光頻度を変化さ
せた結果、ランプ寿命が長いため頻繁にランプを交換す
る必要のない、低メンテナンス要求性の蛍光検出装置を
提供することが可能である。このような装置は、蛍光検
出装置の光源を連続点灯させる必要のある環境において
は、非常に有効なものである。

【００３０】しかも本発明の蛍光検出装置では、フラッ
シュランプの発光に同期して蛍光検出センサの出力信号
を通過させるゲート回路等を具備したことにより、キセ
ノンランプ等を用いた通常の蛍光検出装置と比較して遜
色のない感度を得ることが可能である。差分回路や２組
のゲート回路、積分回路を具備した本発明の蛍光検出装
置によれば、特にバックグランドやノイズを減少するこ
とが可能となり、より高感度の装置を提供することがで
きる。

【００３１】また本発明では、熱発生の少ないフラッシ
ュランプを光源として具備するため温度ドリフトが小さ
く、装置に電源を投入して即蛍光検出を行う必要が生じ
た場合等でも、誤差の少ない測定を実現する蛍光検出装
置を提供することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蛍光検出装置、特に第１の蛍光検出装
置の実施形態の一例を示すブロック図である。

【図２】本発明の蛍光検出装置、特に第２の蛍光検出装
置の実施形態の一例を示すブロック図である。

【図３】本発明の蛍光検出装置、特に第３の蛍光検出装
置の実施形態の一例を示すブロック図である。

【図４】本発明の液体クロマトグラフィー測定装置の実
施形態の一例を示すブロック図である。

【図５】本発明の液体クロマトグラフィー測定装置にお
ける、蛍光検出装置の制御タイミングチャートの一例を
示す図である。

【図６】本発明の液体クロマトグラフィー測定装置にお
ける、蛍光検出装置の制御タイミングチャートの他の一
例を示す図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料を照射するためのパルス点灯光源、ト
   リガー信号に基づきパルス点灯光源に電源を供給するパ
   ルス点灯光源用電源及びトリガー信号発生回路を有する
   検出器であって、前記トリガー信号発生回路が、周波数
   可変回路を具備することを特徴とする検出装置。
2. 【請求項２】パルス点灯光源からの光を試料に照射し、
   試料が発した光又は試料を透過した光を測定する検出装
   置を有する液体クロマトグラフィー装置であって、前記
   検出装置が、試料を照射するためのパルス点灯光源、ト
   リガー信号に基づきパルス点灯光源に電源を供給するパ
   ルス点灯光源用電源及びトリガー信号発生回路を有する
   検出器であって、前記トリガー信号発生回路が、周波数
   可変回路を具備することを特徴とする液体クロマトグラ
   フィー装置。
3. 【請求項３】前記周波数可変回路が、非測定時には低い
   周波数のトリガー信号を発信し、測定時には高い周波数
   のトリガー信号を発信するものである、請求項１又は２
   の装置。
4. 【請求項４】前記低い周波数のトリガー信号が前記高い
   周波数のトリガー信号の１／２以下の周波数である請求
   項３の装置。