JPH11201896A - 微量試料赤外吸収セル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＥによって分離された物質の赤外吸収スペ
クトルなどを好適に測定することができる微量試料赤外
吸収セルを提供すること。 【解決手段】 ＣＥに用いるキャピラリー１Ａの一部
に、赤外光透過性材料よりなるセル本体１２を設け、こ
のセル本体１２の内部を移動する試料Ｓに対してその移
動方向に垂直な方向から赤外光３０を照射するようにし
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、微量試料赤外吸
収セルに関し、特に、キャピラリー電気泳動法（Ｃａｐ
ｉｌｌａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ、以
下、単にＣＥという）によって分離された物質の赤外吸
収スペクトルなどを測定する微量試料赤外吸収セルに関
する。

【０００２】

【従来の技術およびその問題点】ＣＥを用いた検出方法
には、従来、紫外線吸収、蛍光、レーザ誘起、蛍光、電
気化学、電気伝導度、質量分析、示差屈折率、円二色
性、ラマンなどがある。一方、赤外吸収法は、物質の構
造を推定するのに有効な手段であるが、ＣＥと組み合わ
せた測定は行われてない。これは、ＣＥで分離された試
料がきわめて微量であり、例えば、全使用試料量１０ｎ
Ｌ（ナノリットル）がキャピラリーの端部で吸引サンプ
リングされ、電気泳動で全体として３００ｎｍ（ナノメ
ートル）の間に分離されたクロマトとなり、目的の対象
物が３ｎｍの幅となったとき、対象物は０．１ｎＬ程度
の量となる。また、絶対量として１０^-13 〜１０^-18 ｍ
ｏｌ程度の量となり、この程度の試料の測定に適切な赤
外吸収測定装置がなく、また、微量試料測定のための用
のセルも適切なものがなかったためである。

【０００３】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、ＣＥによって分離された物質の
赤外吸収スペクトルなどを好適に測定することができる
微量試料赤外吸収セルを提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の微量試料赤外吸収セルは、ＣＥに用いる
キャピラリーの一部に、赤外光透過性材料よりなるセル
本体を設け、このセル本体の内部を移動する試料に対し
てその移動方向に垂直な方向から赤外光を照射するよう
にしている（請求項１）。

【０００５】上記セル本体を形成する手段として、赤外
線透過性材料よりなる二つの部材の間に、赤外線非透過
性材料よりなり孔を有するスペーサを介装したり（請求
項２）、あるいは、赤外線透過性材料よりなる二つの部
材に所定深さの同大の溝を形成し、これらの溝どうしを
対応するようにして前記二つの部材を密着させる（請求
項３）などの手法がある。

【０００６】また、この発明の微量試料赤外吸収セル
は、ＣＥに用いるキャピラリーの一部に、赤外線非透過
性材料よりなるセルベースの上面に赤外プリズムを設
け、これら両者の間に微小のセル空間を形成し、このセ
ル空間に対して赤外光を照射するようにしている（請求
項４）。

【０００７】請求項１に記載の発明によれば、ＣＥで分
離された試料に関する赤外スペクトルが得られ、これに
基づいて、従来のＣＥでは得られなかった物質の原子団
に関する情報を得ることができる。

【０００８】請求項２または３に記載の発明によれば、
請求項１に記載の発明の効果に加えて、次のような効果
を奏する。すなわち、請求項２に記載の発明において
は、スペーサの厚みを適宜設定することにより、また、
請求項３に記載の発明においては、溝の深さを適宜設定
することにより、それぞれ光路長を簡単に変えることが
でき、最適の状態で赤外スペクトル測定を行うことがで
きる。

【０００９】請求項４に記載の発明によれば、全反射吸
収測定を行うことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。図１〜図３は、この発明の一つの実施
の形態を示す。そして、図１は、この発明が適用される
キャピラリー電気泳動装置（ＣＥ装置）の構成を概略的
に示すもので、この図において、１はキャピラリーで、
内径が約１００μｍ、長さが約１００ｃｍの石英ガラス
からなり、例えば、内周面に溶融シリカが塗布された所
謂溶融シリカキャピラリーである。

【００１１】２，３はキャピラリー１の両端部にそれぞ
れ設けられる導入ブロック、導出ブロックである。導入
ブロック２は、緩衝液Ｂを収容した第１の緩衝液貯蔵槽
４と、試料液Ｌをキャピラリー１に導入するための試料
導入装置５と、高電圧（ＤＣ３０ｋＶ）の直流電源６の
陽極端子に接続されるとともに緩衝液Ｂに浸漬され、こ
れに正の電位を印加するための陽極７からなる。また、
導出ブロック３は、緩衝液Ｂを収容した第２の緩衝液貯
蔵槽８と、高電圧電源６の陰極端子に接続されるととも
に第２の緩衝液貯蔵槽８内の緩衝液Ｂに浸漬される陰極
９とからなる。なお、図１に示した構成は、電気浸透流
を利用するものであるが、陰イオンの移動を利用する場
合には、印加する電位を逆にする場合がある（例えば、
「ぶんせき」１９９８年１月号、第４９頁、図４参
照）。

【００１２】１０はキャピラリー１の下流側（第２の緩
衝液貯蔵槽８に近い側）に設けられる赤外吸収測定装置
で、その主たる構成部材である微量試料赤外吸収セル１
１がキャピラリー１と連通するようにして設けられてい
る。なお、以下、キャピラリー１の第１の緩衝液貯蔵槽
４から微量試料赤外吸収セル１１までの部分をキャピラ
リー１Ａといい、キャピラリー１の微量試料赤外吸収セ
ル１１から下流側の第２の緩衝液貯蔵槽８までの部分を
キャピラリー１Ｂというものとする。

【００１３】図２および図３は、微量試料赤外吸収セル
１１を拡大して示すもので、これらの図において、１２
は微量試料赤外吸収セル１１の本体で次のように構成さ
れている。すなわち、１３Ａ，１３ＢはＣａＦ₂ （フッ
化カルシウム）やＢａＦ₂ （フッ化バリウム）などの赤
外線透過性材料よりなる円板状部材で、厚さ１ｍｍ、直
径１２ｍｍである。１４Ａ，１４Ｂは赤外線透過性部材
１３Ａ，１３Ｂに形成される孔で、赤外線透過性部材１
３Ａ，１３Ｂの中心から４ｍｍの位置に形成され、キャ
ピラリー１Ａの下流端１ａ、キャピラリー１Ｂの上流端
１ｂがそれぞれ挿入される。

【００１４】１５は赤外線透過性部材１３Ａ，１３Ｂの
間に介装される膜のように薄い円板状のスペーサで、そ
の厚みが１０μｍ、直径が赤外線透過性部材１３Ａ，１
３Ｂのそれより若干大きい。このスペーサ１５は、四フ
ッ化エチレン樹脂などのように赤外線非透過性かつ化学
的に安定な性質を有する素材から構成され、その直径方
向に長さが１０ｍｍ、幅が１００μｍの長孔１６が形成
されている。

【００１５】つまり、図２および図３に示すように、孔
１４Ａ，１４Ａが同一直径上かつそれら１４Ａ，１４Ｂ
の間の距離が最も大きくなるようにして配置された二つ
の赤外線透過性部材１３Ａ，１３Ｂの間に、長孔１６を
形成したスペーサ１５を、長孔１６の長手方向と、孔１
４Ａと１４Ｂとを結ぶ線とが一致するようにして介装す
ることにより、赤外線透過性部材１３Ａ，１３Ｂの間に
長孔１６によるセル空間（１００μｍ×１０μｍ×１０
ｍｍ）が形成され、このセル空間１６の長手方向の両側
に孔１４Ａ，１４Ｂが連通することとなる。

【００１６】１７Ａ，１７Ｂはセル本体１２の赤外線透
過性部材１３Ａ，１３Ｂを外側から挟持するための円板
状の押さえ部材で、ステンレス鋼またはアルミニウムな
どの金属やガラスあるいは合成樹脂などの赤外線非透過
性の素材よりなり、その厚みが３ｍｍで、直径がスペー
サ１５のそれより若干大きい。これらの押さえ部材１７
Ａ，１７Ｂのほぼ中心には、後述する赤外光源２９から
の赤外光３１（図１参照）を通過させるための直径５ｍ
ｍの貫通孔１８Ａ，１８Ｂが形成され、赤外線透過性部
材１３Ａ，１３Ｂの貫通孔１８Ａ，１８Ｂに対応する部
分１３ａ，１３ｂが赤外線透過窓となる。つまり、赤外
線透過性部材１３Ａ，１３Ｂの一部は、赤外光３０を透
過させる窓として機能するのである。

【００１７】そして、前記押さえ部材１７Ａにはキャピ
ラリー１Ａの下流端１ａを接続するためのインレット部
１９Ａが、また、押さえ部材１７Ｂにはキャピラリー１
Ｂの上流端１ｂを接続するためのアウトレット部１９Ｂ
がそれぞれ形成されている。また、押さえ部材１７Ｂに
形成されたねじ挿通孔２０を挿通するねじ２１を押さえ
部材１７Ａに形成されたねじ孔２２締め込むことによ
り、セル本体１２が所定の形状に保持される。

【００１８】前記インレット部１９Ａおよびアウトレッ
ト部１９Ｂにおける構成は、基本的には同じであるの
で、インレット部１９Ａにおける接続構造のみを説明す
ると、押さえ部材１７Ａの孔１４Ａに対応する位置に一
部にねじ部を有する接続孔２３が開設してあり、この接
続孔２３にプラグ２４が螺着される。このプラグ２４に
は、その長手方向に貫通孔２５が形成してあり、この貫
通孔２５にキャピラリー１Ａの下流端側を挿入し、その
端部１ａを赤外線透過性部材１３Ａに形成された孔１４
Ａに挿入するのである。なお、２６は適宜の材料よりな
るシール部材としてのリング状のパッキンで、キャピラ
リー１Ａの下流端周囲と密に接し、赤外線透過性部材１
３Ａに当接するようにして設けられている。また、２７
はキャピラリー１Ａの下流端側を被覆する適宜の断熱部
材で、その先端はパッキン２６に当接している。

【００１９】再び、図１において、２９は赤外光３０を
発するレーザ光源で、微量試料赤外吸収セル１１の一方
の赤外線透過性部材１３Ｂ側に、押さえ部材１７Ｂに形
成された貫通孔１８Ｂに臨むようにして設けられ、セル
空間１６内を矢印３１（図２参照）方向に移動する試料
に対して垂直な方向から赤外光３０を照射するように構
成されている。また、３２はセル空間１６を透過してき
た赤外光３０を検出する赤外線検出器で、微量試料赤外
吸収セル１１の他方の赤外線透過性部材１３Ａ側に、押
さえ部材１７Ａに形成された貫通孔１８Ｂに臨むように
して設けられている。そして、３３，３４は赤外光源２
９と微量試料赤外吸収セル１１との間および微量試料赤
外吸収セル１１と赤外線検出器３２との間にそれぞれ介
装される集光レンズである。

【００２０】３５は信号処理部としてのマイクロコンピ
ュータで、赤外線検出器３２からの出力を適宜信号処理
するものである。

【００２１】上記構成のＣＥ装置において、直流電源６
を例えば３０ｋＶで１００μＡまでの電流の強さで駆動
することにより、第１の緩衝液貯蔵槽４内の緩衝液Ｂが
キャピラリー１Ａ内に流れ出す。この状態で、試料導入
装置５を動作させて試料液Ｌをキャピラリー１Ａに適宜
のタイミングで注入すると、図１において拡大部分Ａに
示すように、緩衝液Ｂに区画されるように試料液Ｌが存
在した状態の試料Ｓとなり、この試料Ｓは、矢印Ｆで示
すように、キャピラリー１Ａ内を移動し、所定のＣＥ分
離を受け、図１において拡大部分Ｂに示すように、分離
される。この分離された試料Ｓは、インレット部１９Ａ
を経て微量試料赤外吸収セル１１のセル本体１２内に導
かれる。そして、この試料Ｓは、セル空間１６内を矢印
３１に示すように移動し、アウトレット部１９Ｂを経て
セル本体１２外に導出され、キャピラリー１Ｂを経て第
２の緩衝液貯蔵槽８内に導かれる。

【００２２】そして、前記試料Ｓが矢印Ｆで示すように
キャピラリー１Ａ内を移動している状態で、赤外光源２
９から赤外光３０を微量試料赤外吸収セル１１に対して
照射すると、この赤外光３０は、集光レンズ３３によっ
て集光され、セル本体１２の内部を移動する試料Ｓを、
その移動方向に垂直な方向から照射する。そして、セル
本体１２を透過した赤外光３０は、集光レンズ３４を経
て赤外線検出器３２に入光する。この赤外線検出器３２
からの出力信号がマイクロコンピュータ３５に送られて
処理されることにより、ＣＥで分離された試料に関する
赤外スペクトルが得られ、これに基づいて、従来のＣＥ
では得られなかった物質の原子団に関する情報を得るこ
とができる。

【００２３】そして、上述した実施の形態においては、
集光レンズ３２，３４を設けているので、従来より用い
られている顕微式フーリエ変換赤外線分光光度計（顕微
ＦＴＩＲ）とに代わり、通常のＦＴＩＲにおいても適用
が可能である。

【００２４】上述の実施の形態においては、セル本体１
２に対してインレット部１９Ａを赤外光３０の出射側に
設け、アウトレット部１９Ｂを赤外光３０の入射側に設
けていたが、この位置関係を逆にしてもよい。

【００２５】また、図４に示すように、インレット部１
９Ａおよびアウトレット部１９Ｂをセル本体１２に対し
て赤外光３０の一方の側（入射側または出射側）にまと
めて設けるようにしてもよい。

【００２６】なお、上述の実施の形態における数値はあ
くまでも一例であり、この発明はこれに限定するもので
はなく、任意に設定することができる。

【００２７】また、上述した各実施の形態においては、
赤外線透過性材料よりなる二つの部材１３Ａ，１３Ｂの
間に、赤外線非透過性材料よりなり孔１６を有する膜状
のスペーサ１５を介装してセル本体１２を形成し、長孔
１６をセル空間としたものであるので、このスペーサ１
５の厚みを変えることによって、セル本体１２における
光路長を簡単に設定することができる。また、光路幅を
１００μｍ以下にするには、前記長孔１６の短径を１０
０μｍ以下にすればよい。

【００２８】そして、ＣＥにおいては、試料ＳがｎＬ
（ナノリットル）オーダーときわめて少量であるため、
セル空間１６において赤外光３０が通過する部分が、セ
ル本体１２の前後に設けられたキャピラリー１Ａ，１Ｂ
の内径より大きい場合は、一度分離した試料Ｓが拡散す
るため、分離能が低下する。また、光路長が１０μｍよ
り長いときは、緩衝液による吸収が大きく、目的物質の
赤外スペクトルを得ることが困難になる。

【００２９】このように、ＣＥと赤外吸収セルとを組み
合わせるには、セル空間１６における光路長が短く、１
０μｍ以下で、インレット部１９Ａとアウトレット部１
９Ｂの間のセル空間１６の断面積は、分離用キャピラリ
ー１の断面積と同程度で、良好な分離状況を維持するに
は層流を保つ構造が好ましい。

【００３０】図５は、この発明の他の実施の形態を示す
もので、この実施の形態においては、膜状のスペーサ１
５を用いるのではなく、赤外線透過性材料よりなる二つ
の部材１３Ａ，１３Ｂに所定深さの同大の溝３６Ａ，３
６Ｂを形成し、これらの溝３６Ａ，３６Ｂどうしを対応
するようにして前記二つの部材１３Ａ，１３Ｂを密着さ
せてセル空間３６を形成するようにしている。

【００３１】図６は、この発明のさらに他の実施の形態
を示すもので、この実施の形態における微量試料赤外吸
収セル４０は、四フッ化エチレン樹脂やガラスなどの赤
外線非透過性材料よりなるセルベース４１の上面に四フ
ッ化エチレン樹脂よりなるスペーサ４２を介して、Ｓｉ
Ｏ₂ 、ＺｎＳｅ、ＫＲＳ−５、Ｇｅ、Ｓｉなどの赤外線
透過性材料よりなる赤外プリズム４３を設け、セルベー
ス４２と赤外プリズム４３との間に、前記セル空間１６
と同様の微小のセル空間４４を形成するとともに、セル
ベース４１の下面側に前記インレット部１９Ａ、アウト
レット部１９Ｂと同様構成のインレット部４５Ａ、アウ
トレット部４５Ｂを形成してなるものである。

【００３２】上記構成の微量試料赤外吸収セル４０にお
いては、赤外光４６を赤外プリズム４３に対して全反射
を生ずるように入光し、赤外プリズム４３の表面から１
０μｍ以下のエバネセント波を発生させ、赤外光４６が
セル空間４４内に０．３μｍ程度入ったところで１回全
反射させ、そのときセル空間４４内を流れる試料Ｓの吸
収を測定するのである。

【００３３】

【発明の効果】この発明の微量試料赤外吸収セルによれ
ば、ＣＥによって分離された物質の赤外吸収スペクトル
などを好適に測定することができ、従来のＣＥでは得ら
れなかった物質の原子団に関する情報を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の微量試料赤外吸収セルを組み込んだ
ＣＥ装置の構成を概略的に示す図である。

【図２】前記セルの構成の一例を拡大して示す断面図で
ある。

【図３】前記セルの構成の一例を拡大して示す分解斜視
図である。

【図４】前記セルの他の実施の形態を示す拡大断面図で
ある。

【図５】前記セルの別の実施の形態を示す拡大断面図で
ある。

【図６】前記セルのさらに他の実施の形態を示す拡大断
面図である。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ…キャピラリー、１１…微量試料赤外吸
収セル、１２…セル本体、１３Ａ，１３Ｂ…赤外線透過
性部材、１５…スペーサ、１６…孔（セル空間）、３０
…赤外光、３６Ａ，３６Ｂ…溝、４０…微量試料赤外吸
収セル、４１…セルベース、４３…赤外プリズム、４４
…セル空間、４６…赤外光、Ｓ…試料。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 右近 寿一郎 京都府京都市南区吉祥院宮の東町２番地 株式会社堀場製作所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャピラリー電気泳動法に用いるキャピ
   ラリーの一部に、赤外光透過性材料よりなるセル本体を
   設け、このセル本体の内部を移動する試料に対してその
   移動方向に垂直な方向から赤外光を照射するようにした
   ことを特徴とする微量試料赤外吸収セル。
2. 【請求項２】 赤外線透過性材料よりなる二つの部材の
   間に、赤外線非透過性材料よりなり孔を有するスペーサ
   を介装してセル本体を形成してなる請求項１に記載の微
   量試料赤外吸収セル。
3. 【請求項３】 赤外線透過性材料よりなる二つの部材に
   所定深さの同大の溝を形成し、これらの溝どうしを対応
   するようにして前記二つの部材を密着させてセル本体を
   形成してなる請求項１に記載の微量試料赤外吸収セル。
4. 【請求項４】 キャピラリー電気泳動法に用いるキャピ
   ラリーの一部に、赤外線非透過性材料よりなるセルベー
   スの上面に赤外プリズムを設け、これら両者の間に微小
   のセル空間を形成し、このセル空間に対して赤外光を照
   射するようにしたことを特徴とする微量試料赤外吸収セ
   ル。