JPS61193032A - 瞬時読取り多重チヤネル多色分光測光法たらびにその装置 - 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） 本発明は、分析すべきｌまたはそれ以上の物質を相持す
る溶媒の溶液をクロマトグラフィー用カラムに導入し、
該カラムからの溶離液をサンプルセル内で光学的に分析
する液体クロマトグラフィーの分野で特に有用な、改良
された多色分光測定方法並びにその装置に関する。

（従来技術） クロマトグラフィーが、高速で高度に正確な化学分析の
研究ならびに試験の双方に極めて有用な器具であること
は既に知られている。典型的なりロマトグラフィーの手
順においては１組成を試験すべき物質が、１つあるいは
それ以上の溶媒を含有している溶液中に溶解され、シリ
カあるいは樹脂のような成分を含有するクロマトグラフ
ィー用液体カラムを通るように注入される。そうすると
カラムは、被験物質の種々異なる成分をそれぞれ別々の
所定の速度でカラムを通過させる。この結果生じる、異
なる成分の存在に対応する異なる光学的顕示は、溶離液
がクロマトグラフィー用カラムから出る種々異なる時点
での観察に利用回部である。

クロマトグラフィーで読みをとる有用な方法の１つは、
分光測光検出装置を使用することであり、それはクロマ
トグラフィー用カラムの経端におけるサンプルセル内で
、サンプルを照射する放射の実質的に単一の選択された
波長における光吸収によるサンプル成分分離の図表を提
供する。換言すると、サンプルは照明の比較的広いスペ
クトルで照射され（例えば紫外線領域において）、単一
の波長、例えば２５５ナノメートルにおける光吸収が記
録される。このような特徴の吸光度対時間のプロットが
第１図に図示されている。この図において、各ピークは
、特定の選択された光波長で検出可能な種々異なる化学
成分の存在を明示しており、各ピークの高さは当該ピー
クによって表わされる成分の濃度および該特定成分の顕
示によって生じる吸光度の関数である。

クロマトグラフィーと共に用いられる分光測光検出装置
の他の極めて価値ある出力は、添付図面の第２図に示す
ような出力であって、これはクロマトグラフ分光開始後
のある特定の時点においてとられた吸光度対波長の特性
図である。これはスペクトルプロットあるいはスペクト
ルと称する。

ところが極く最近まで、カラムを通過する液体の流れを
停止させ、分光光度計を機械的に走査し。

同一のサイクルを再三繰返して各サイクルにそれぞれ１
つのスペクトルを得るという方法以外にこのようなプロ
ットを得ることは不可能であった。

従ってこの手順には、極めて時間がかかり、試験毎に生
じる条件の小さなばらつきによって精度の低下を招きか
ねないという問題がある。

最近、いわゆる電荷結合ダイオード配列分光測光検出装
置を液体クロマトグラフィーに用いて、液体が液体クロ
マトグラフィーのカラムを一回通過する間に、溶離液の
流れを停止させることなく第２図に対応するスペクトル
プロットを得ようとする試みがなされている。このよう
な構成は、例えばｒ分析化学１第５５巻、第８％（１９
８３年７月）の第８３８Ａ頁〜第８４２Ａ頁に記載され
ているスチ】７−４−Ａ−ポーマンのｒＬＣのための電
荷結合ダイオード配列検出装置（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕ
ｐｌｅｄ　ＤｉｏｄｅＡｒｒａ７　Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ
　ｆａｒ　ＬＣ）　Ｊと題する論文に記載されている。

液体クロマトグラフィーのためのこのような電荷結合ダ
イオード配列システムは、その意図している試みには魅
力を感じるが、それには多くの極めて重要な問題や欠点
が存在する０例えば、それらは極めて高価であるととも
に、構造が複雑であり、動作が遅く、信号対雑音比が低
く、精度が悪く、ダイナミックレンジに限界がある。電
荷結合ダイオード配列自体が極めて高価である。配列中
のダイオードは逆バイアスされ光検出器と並列のコンデ
ンサとして動作する。また配列によっては、付加的なコ
ンデンサが配列中に組込まれているものもある。

典型的には、電荷結合ダイオードは、動作中ダイオード
コンデンサが均一の電圧レベルまで充電され、入力され
た光に基づいて放電し、光抵抗器のように動作する。放
電の程度は、入力した光の量を表わすものと考えること
ができ、コンデンサの再充電のために装置がストロボさ
れる度毎に放電の程度が測定される。極めて重要な誤差
の原因は、デバイスを、同一レベルで、正確に、繰返し
可充電することが極めて困難であるという点にある。ま
た、デバイスには、都合の悪いことに、特に温度の変化
に応じて深刻な変化を受ける感知可能な暗放電電流が流
れる。従って、これらダイオードは、機械的なシャッタ
を用いてそれらを暗くし、全てのダイオードにストロボ
閃光を与えて暗放電電流値を導出し、これらの値を記憶
しておき、絶えずこれらの暗放電電流値を次の照射中の
読みから減算することによってこの暗放電電流に対する
較正を行なう必要がある。このことは精度に限界をもた
らし、デジタル記憶スペースと処理時間とによる費用を
かさばらせることになる。これは全プロセスを遅らせ、
一定の時間間隔の間に実行可能な走査の数に限界をもた
らす。

従って、公称測定走査時間１／１００秒という短い時間
であるが、サンプリングの公称最高繰返し速度は毎秒２
５回にすぎない、′ｉｔ荷結合ダイオードシステムの全
体的な速度を低下させ、デジタル記憶スペースと処理時
間とに費用を増加させる別の要因は、システムが正確さ
に欠けるので４回同じ走査を行ない、それら４回の走査
の読みを乎均して精度を高くするという点にある。この
ことが、走査には１／１００秒しかかからないのにサン
プリングの最高繰返し速度が毎秒２５回にすぎない理由
である。さらにまた、電荷結合ダイオード配列らステム
におけるデバイスのストロボ動作が実質的な「雑音」　
（望ましくない信号）を生じそれがいわゆる信号対雑音
＃：、（有益な信号の雑音信号に対する比）を低下させ
る。

強力な光学的信号に応答して各デバイスから放電され得
る電荷の量には限度があり、従ってデバイスのダイナミ
ックレンジには固有な上限が存在する。都合が悪いこと
には、各デバイスから放電されうる電荷の量は、放電が
すすむにつれてすぐに動作が非直線領域になるという事
実によって犬きく制限される。大きな２つの量の間の小
さな差異の測定に基いて、極めて小さい光学的信号を正
確に測定するということは困難であり、それゆえダイナ
ミックレンジおよび精度には下限も存在する。従って、
測定は、小さい光学的信号よって極めて小さいものに減
じられる全電荷とそれに続く再荷電量との間の差異の測
定に関連する。

１走査サイクル内で実行されるデータ取得速度があまり
にも遅すぎるので、サンプルセル内のサンプル濃度がセ
ルを通過する溶離液の流れによって感知可能に変化する
前に、全走査スペクトルのスペクトルプロットをするた
めに必要な全スペクトルセグメントのデータを捕捉する
ことができず、そのために精度はさらに大きい制約を受
ける。もしこの精度低下の原因を軽減しようとすると、
溶離液の流速が減少し、システムの効率が大きく低下す
ることになる。同様に、スペクトルの全サンプルを順次
採りうる速さは、典型的には最高毎秒２５回であり、こ
の速度も、溶離液の流速を低下させ、その結果システム
の効率を低下させている。

上述したｒ分析化学１の論文は、光検出器配列の高いコ
ストを初めとして上述した多くの問題を明らかに認める
とともに、従来の単一波長および可変波長の液体クロマ
トグラフ検出装置は電荷結合ダイオード検出器配列シス
テムよりも安価でしかも感度が固有的に高いという事実
を指摘している。

この論文は「スペクトルにおける全波長の同時モニター
Ｊに言及しているが、これは真に「同時に」動作してい
るのではなくて、上述したように少なくともｌ／１００
秒、典型的には２−１／２秒もかかるｌ走査期間内に行
なわれるのである。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の重要な目的は、連続する実質的瞬時スペクトル
を迅速にとり込むように動作可能であり、極めて正確で
あって、実質的瞬時に読取り可能な多重チャネル多色分
光光度計を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、電荷結合グイオード配列検
出システムが液体クロマトグラフィーにおいて果たせる
すべての目的を遂行するとともに、北記した問題のそれ
ぞれを実質的に取除きあるいは解決することである。

本発明のもう１つ別の目的は、精度、感度ともに、現行
の、かつ最上の単一波長あるいは可変波長の液体クロマ
トグラフィー検出装置に匹敵するような液体クロマトグ
ラフィー用多色分光光度計を提供することである。

本発明の多の目的および利点は、以下の説明および添付
図面における記載から明白となろう。

（問題点を解決するための手段） 好適な形態で本発明を実施するために、本発明によれば
、溶液中に分析すべきサンプルを含有する液体サンプル
セル内に放射のビームを指向させる段階と、放射源から
の前記放射のビームによる照射結果として前記サンプル
セルからの放射を受けとり該放射を多色回折させて多色
空間発散ビームにする段階と、該発散ビームのそれぞれ
異なるスペクトルセグメントが前記光検出器の直線的配
列を横切るように前記光検出器の直線的配列に指向する
段階と、全ての前記光検出器からの信号を別々にかつ実
質的同時にサンプリングしホールドして高度に正確な、
広幅スペクトルクロマトグラムを作成するために有用な
デ・−夕を得る段階と、を含み、分析すべき放射の複数
個のスペクトルセグメントを実質的瞬時に多色検知し記
憶する改良された広幅スペクトル分光測定検出方法が提
供される。

（実施例） 第１図は吸光度対時間のプロットを示しており、これは
現在、高精度の単一波長あるいは可変波長液体クロマト
グラフィー検出装置で得られる種類のものであり、また
本発明による装置を単一検出器モードで動作させたとき
に得ることができるものである。このプロットにおいて
、例えば符号で示すようなピークは、それぞれ通常１つ
の特別な成分を表わしている。さらに後述するように、
ピーク２の立下り側と立下がり側での対応点ｌと３にお
けるスペクトル比較は単一の成分の存在を確認するのに
役立つ。

第２図は１本発明の瞬時読取り多重チャネル多色分光光
度計によって得られるデータから求めることができるよ
うな種類の吸光度対波長のプロット（スペクトルプロッ
ト）である、これは、木質的に、特定の時間にカバーさ
れる全波長領域にわたるサンプルの吸光状態を示す「ス
ナップショット」である、このような「スナップショッ
ト」を次々ととることができること、すなわち、このよ
うな「スナップショット」のためのデータを毎秒１００
個以北の速ざで次々ととることができるということが本
発明の一つの特徴である０選択された単一の波長におい
て第１図に対応するプロットを行なうためのデータをこ
れら連続した「スナップショット」から抽出することが
できる。

第３図は、第２図で表わされる全スペクトルのための、
第１図によって担持される全ての情報を提供するために
、三次元モードで多重プロットを形成するためには上記
データをどのように用いるかということを示している。

これは、離間された時間間隔で第２図のような一連のス
ペクトルのプロットをとることによって簡単に行なわれ
る。あるいはまた第３図において、異なる波長における
第１図の一連のプロットを同一のプロット図上で、プロ
ット紙面上のプロットを順次わずかに右上の方へずらし
ながらプロットすることによって行なわれる。第１図の
時間プロット情報と第２図のスペクトルプロット情報と
を単一の図に表わす他のプロット方法も用いることがで
きる。

より具体的に第４図を参照すると、例えばｔ水素ランプ
ｌＯのような放射源からの放射が反射器１２の方に指向
され、それから分析すべき物質のサンプルを溶液中に含
有するサンプルセル１４を通過させられる。その結果、
サンプルセルの内容物によって変更された照明がサンプ
ルセルから１６で示すように放射される０例えば、セル
に入射するある波長の放射がセル１４の内容物によって
部分的に吸収される。セル１４から出る放射１８は回折
格子１８の方に向けられ１回折格子１８は入射する放射
を回折して２０で示すような多色空間発散ビームとし、
この発散ビームを光検出器の直線的配列２２の方へ向け
る。ビームのそれぞれ異なるスペクトルセグメントを配
列２２の中の異なる光検出器がそれぞれ横切る。すべて
の光検出器からの信号が、それぞれ別個に、かつ実質的
同時にサンプルされ、ホールドされ、それによって高精
度の広幅スペクトルクロマトグラフに有用なデータが得
られる。

この目的を達成するために、光検出器からの信号が接続
２４を含むそれぞれ別個の信号チャネルを通って増幅器
２Ｂ、２８および９４に印加され、これら増幅器からサ
ンプルアンドホールド回路９Ｂ、８８および１８４に入
力される。途中で番号が欠けていることから判るように
、接続２４、増幅器、およびサンプルアンドホールド回
路のすべてが図示されているわけではない０例えば配列
２２には３５個の光検出器が含まれ、それに関連して３
５個の増幅器２６〜９４．３５個のサンプルアンドホー
ルド回路９６〜１８ζが設けられる。

サンプルアンドホールド回路８６〜１８４は、接続１７
０を介して転送されるシーケンス制御装置１８８からの
制御信号に応動する多重スイッチＩＥｉ８によって制御
される。多重スイッチ１８Ｂは、サンプルアンドホール
ド回路３６〜１８４を同時にサンプリング動作させ、サ
ンプリング動作を停止させ、同時に「ホールド」させ、
そしてそれから、アナログ／デジタル変換器１７２にお
いてアナログ形式からデジタル形式に変換される信号に
よって表わされるアナログ量の逐次読出しを行なわせる
。アナログ／デジタル変換器１７２もまたシーケンス制
御装置１６８によって制御される。アナログ／フジタル
変換の結果として生じるデジタル形式のデータは、アナ
ログ／デジタル変換器＋７２に結合され。

記憶・処理装置１７４として概略的に示した装置に記憶
され処理される。その結果、記憶・処理装置＋７４の制
御下で、記憶・処理装置１７４からの出力として、第１
図および第２図に示すようなプロットがブラウン管ディ
スプレイ１７Ｂに表示され、あるいはプロッタ１７Ｂ上
にプロットされる。記憶・処理装置１７４はデジタル記
憶装置およびデジタル処理装置を含む従来のデジタルコ
ンビ、−夕であってよい。好適ではあるが、必ずしもそ
れに限定されるわけではない第４図に図示する本発明の
一特徴によれば、ランプ１０からの第２のビームが、反
射器１８０に向けられ、基準セル１８２に入射され、こ
の基準セル１８２からはシステムの動作における例えば
フリッカや放射源の劣化による変化を補償するのに用い
られる信号が出力される。この基準セル１８２は通常空
気を含有しているが、サンプルセル１４の溶液中の溶媒
に類似した液体溶媒を含有していてもよい、基準セル１
８２から出る放射＋８４は回折格子１８に向けられ、そ
こで回折されてビーム２０に対応するような多色空間発
散ビーム１８６にされて光検出器の第２の直線的配列１
８８に向けられる。第２の光検出器配列１８８は、導体
１９０によって増幅器１９２　、１９４〜２１０を介し
てサンプルアンドホールド回路２１２　、２１４〜２３
０に接続されるつ 図には、サンプルアンドホールド回路２１２．２１４　
、２３０に関連する３つの信号チャンネルのみが示され
ているが、好ましくは総計１０個のチャンネルが設けら
れる。第２の配列１８８は好ましくは配列２２と同じで
あるが、第２の配列１８８の光検出器は群別に配置する
のが好ましく、各群に属する全光検出器がそれぞれ並列
に単一の増＠器１９２．１８４あるいは２１０に接続さ
れる。これらの群に分けられ並列された信号は、配列２
２からの信号に対して例えばランプ１０の出力における
変化というようなシステム変化を十分に補償する。

第２の配列１８８の１つの群の並列出力は、その群の全
光検出器に対応する配列２２中の１つの光検出器からの
信号を補償あるいは標準化するのに用いられる。第２の
配列１８８における光電池の並列は、基準セル内の照度
がビーム分割によって配列２２の光検出器へ送られる照
度よりも弱いという賀宴を補償するのに用いることもで
きる。サンプルアンドホールド回路２１２　、２１４〜
２３０に保持される信号は、上述した信号と全く同様に
多重スイッチ１６およびアナログ／デジタル変換器１７
２によって処理される。これらの信号は、記憶・処理装
置１７４内に格納され、そこでサンプルアンドホールド
回路９Ｂ、９８〜１８４を介して入力された信号を補償
するのに用いられる。配列２２と１８８の光検出器は、
すべて、関連する増幅器を付勢する電流供給モードで動
作する光電池であることが好ましい。

本発明の最大の用途は液体クロマトグラフィーにある。

液体クロマトグラフィー装置の各要素はサンプルセル１
４と関連して概略的に図示されている。それらには１種
類またはそれ以上の液体溶媒からなる溶媒の容器２３２
が含まれ、この容器２３２から溶媒を噴射弁２３８を介
して汲み出すポンプ２３６が設けられている。既知量の
被験物質が噴射弁２３８のところに設けられた注入器２
４０を介して溶媒中に注入され、ポンプの圧力が溶質を
含んだ溶媒を接続２４２を介してサンプルセル１４で終
端するクロマトグラフィー用カラム２４４に送り込みそ
れを通過させる。排出接続２４６が設けられていて使用
ずみの溶離液を図示せぬ液溜めに移送する。

第４図における光学系は図を簡明に表わすために理想化
されている。すなわち、ランプ１０、反射器１２および
１８．サンプルセル１４、および基準セル１８２を含む
光学的要素、および、放射ビーム１８および１８４は、
それらのセンタラインがすべて実質的に単一の平面内に
含まれるべきであるし、またその平面はシステムの光学
的見地からより正確な意味でシステムを表わすためには
図面の紙面に実質的に垂直になるように３０度回転させ
るべきである。

第４図の装置の動作モードには、第５図および第６図に
図示するような２つの基本的な好ましいモードがある。

第５図に示されている第１の好適な動作モードにおいて
は、サンプルアンドホールド回路のすべてが同時にサン
プリングを停止してホールドを始めるようにさせられる
。このサンプルアンドホールド回路の動作は第５図にお
いて波形Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、ＥおよびＺで示されており、
サンプルアンドホールド回路の全てが「ホールド」動作
を始める時点は、第５図の最上部にＡＡという符号をつ
けた期間の始点であって、参照符号２４８で示している
。「ホールド」動作は期間ＡＡの全体にわたって続き、
その終端で全てのサンプルアンドホールド回路が「サン
プリング」動作を開始しそれが期間ＡＢの間続く、それ
からまた次の「ホールド」動作が開始されＡＡＩで表わ
されている期間継続される。

ホールド期間ＡＡの間、アナログ／デジタル変換器１７
２が、サンプルアンドホールド回路にホールドされてい
る個々のチャネル上の信号を次々と読出しそれらの信号
をデジタル信号に変換する。

アナログ／デジタル変換器１７２の動作は、多重スイッ
チＩＨの制御下で行なわれるが、このアナログ／デジタ
ル変換器の動作タイミングは第５図でＡ／Ｄと符号をつ
けた波形で示されている。この波形の正の方形パルスの
各々が１つのアナログ／デジタル変換を示している。全
体の動作は極めて迅速である０例えば、本発明の好適実
施例によれば、アナログ／デジタル変換パルスは８０マ
イクロ秒毎に次々とい開始され、３５マイクロ秒間持続
される。このスケジュールによれば、４５個のサンプル
アンドホールド回路の全出力がわずか３，８００マイク
ロ秒の間、すなわち３．６　ミリ秒の間にデジタル変換
されてしまう、これに続いて、全サンプルアンドホール
ド回路のためのサンプリング期間ＡＨが開始される。こ
にサンプリング期間ＡＢは同様に３．６　ミリ秒間続け
られ１次のホールドとアナログ／デジタル変換の期間Ａ
ＡＩが始まる。

それゆえ、期間ＡＡとＡＢとの組合せ、すなわちその和
が、スペクトルクロマトグラムを作るのに用いられる完
全データ取得サイクルを表わす。

このサイクルは、直ちに、所望の回数だけ繰返すことが
できる。上述したようにこのサイクルは７．２ミリ秒間
続くが、これは毎秒１３８個のデータ取得サイクルを意
味する。比較のために言うと。

電荷結合ダイオード配列検出装置の最も速いデータ取得
サイクルは毎秒２５個である。

期間ＡＢの間、すなわちサンプルアンドホールド回路が
サンプリング動作をしている間、記憶・処理装置１７４
はデータ処理機能を実行してディスプレイ装＠１７Ｂに
表示するため、あるいはプロッタ１７Ｂ上にプロットす
るため、あるいは将来もう一度読出して処理または他の
測定値と比較すべくさらに永久的なメモリに記憶するた
めに、最後に読出したものからリファインしたデータを
出力する。この記憶・処理装置１７４によるデータのり
ファインは典型的には（ａ）「放射の透過パーセント」
から「吸光度」への変換、および（ｂ）デジタル濾過と
いうような動作を含んでいる。

第６図は第４図の装置の他の好適な動作モードを示して
おり、サンプルアンドホールド回路は同時にではなく、
順次に動作する。しかしながら全動作シーケンスが３．
８　ミリ秒以内に迅速に行なわれるので、これを「実質
的同時」と称している。

この配置は、１つのサンプルアンドホールド回路がその
「ホールド」モードにあってアナログ形式からデジタル
形式に変換された出力を有している間、他の全てのサン
プルアンドホールド回路がサンプリングモードを続けて
いる、という特徴を有している。拡張したサンプリング
モードは、サンプリング期間に信号を積分する時間を増
すので、精度を増すためには望ましい０回路の直列抵抗
と並列容量とは、所望の積分機能への適当な近似を与え
る。しかしながら、能動回路を用いることによって、最
適の理論的結果を得るための、真の、リセット形積分Ｊ
ａ能を形成することができる。このようにして、第６図
の実施例においては、アナログ／デジタル変換が期間Ａ
Ａの間に第５図の実施例におけると同じ速さで行なわれ
るが、順次のアナログ／デジタル変換時間は個々のサン
プリング期間のために用いられる。

その結果、各サンプリングの期間を延長することによっ
て、全サイクルの時間が短縮され、精度が増加する。ア
ナログ／デジタル変換の他のサイクルを始める前に、ア
ナログ／デジタル変換され記憶・処理回路１７４へ転送
されたデータをその回路要素中のデータバッファレジス
タから読み出し、他に必要なデジタル処理を遂行するた
めの期間として期間ＣＢが設けられている。この期間Ｃ
Ｂとしては１．５２ミリ秒が適当であるということが判
明した。このようにして、全サイクルは、期間ＡＡおよ
びＣＢを含み、この処理の実施モードでは、５．１２ミ
リ秒であって、毎秒１９５サイクルの処理能力を備える
ものとなる。しかし、このモードにおけるシステム動作
期間に要求されるソフトウェアタスク（すなわちデータ
取得）は、実際の変換が完了した後の期間に全てを遂行
することはできず、個々のチャネルの変換窓がまだ開放
している期間（典型的なシステムではこの目的にために
２５ミリ秒間が設定されている）に行なわれる。

極限では、上で割当てられた１、５２ミリ秒の必要がな
くなる。このような短縮が行なわれると、サイクルの周
期は３．６ミリ秒、すなわちサイクルの速さが毎秒２７
８サイクルとなる。これは、木質的には、サイクルの速
度が電荷結合ダイオード配列分光測光検出システムのた
めの最高速度より１２倍も増加したことになる。

第５図および第６図に図示した両方法においては、極め
て短い期を間に完全なデータの組が取られ、アナログ値
からデジタル値に変換され、そして処理される。この期
間は、第５図の動作モードでは毎秒１３５回繰返され、
第６図の動作モードでは毎秒２７８回に上昇する。この
ようにして、シーケンス期間は　１／１００秒以下であ
ることが望ましい、これらの方法は、読みをとる溶離液
の流速を低下させることを必要とせずに高速液体クロマ
トグラフ装置とともに用いることができる。

本発明の重要な特徴は、極めて正確でかつ有用なスペク
トルモード走査（第２図に図示するような）が僅か３５
個のスペクトルセグメントに基づいて得られることであ
る。僅か３５個あるいはそれ以下のスペクトルセグメン
トからデータを取るということは、多数個のセグメント
を取ってそれらを処理するのに比べて処理時間を短縮し
、データ処理動作を軽減させうるという点に重要な利点
がある。３５個の点でプロットされてできた曲線は、好
適に滑かであり、出力した曲線中では、３５個の明確に
区別されるような点は判明しない、この滑かさは、好ま
しくは、第４図の記憶・処理装＠　１７４においてデジ
タルデータ処理によって遂行される。ｉ統する点の間を
滑かな曲線で満たすためには種々の既知の数学的手法を
用いることができる。スペクトル走査を行なうのに僅か
３５個ばかりの点を用いるということはクロマトグラフ
ィーの分野における常識では驚くべきことである。クロ
マトグラフィーを行なう人は１通常極めて細かいスペク
トル分解能を考える０例えば、電荷結合デバイス配列シ
ステムは、典型的には少なくとも１００個の検出器を、
より典型的には２５０個乃至５００個の検出器を必要と
する。これは明らかに高分解能を実現しようとするから
である。しかし、本発明によれば、通常のスペクトル走
査のためにはおよそ３５個の検出器からなる配列、好ま
しくは４０個以下の検出器の配列が望ましい、３５個の
検出器を備えた好ましい実施例においては１個々の光検
出器によって横切られる個々のスペクトルセグメントが
、それぞれ約５ナノメートルの波長範囲をカバーするこ
とが好ましい、従って紫外線領域に用いるときには、３
５個の検出器でカバーできる全領域は５ナノメートルの
スペクトルセグメントで　１９０ナノメートルに広がる
。

例えば第２図に図示するように、スペクトル走査の実用
的な最重要モードの１つは１例えば第１図のピーク２に
おける点ｌのような時間走査ピークの立丘りにおける１
つの点に対応する時点におけるスペクトル走査を、第１
図の点３で示すような立下りにおけるある瞬間に対応し
てとられたスペクトル走査と比較することである。もし
この２つのスペクトル走査が、密に一致するならばピー
ク２は単一の成分を表わしていることの確証となる。し
かし、スペクトル走査が一致しなければ、他の成分がこ
のピークに影響を及ぼしていることの強い証拠であり１
分析をさらに精密にしなければならない、電荷結合ダイ
オード配列システムの最も重大な問題の１つは、検出器
配列を走査するのに必要なかなり長い時間が重大な歪み
をひきおこすばかりでなく、ピークの立上りにおける歪
みがピークの立下りにおける歪みと相違する、というこ
とである、従って、２つの異なる歪みの累積が、２つの
スペクトル走査の正確な比較を極めて困難なものとする
ということである。これに反して、本発明の装置は、速
い走査速度をもって（第５図の方法では瞬時に、第６図
の方法では実質的瞬時に）正確な比較のための高度に安
定しかつ再現可能なスペクトル走査を行なうことができ
る。

この明細書中で用い、特許請求の範囲に記載した言語「
実質的瞬時」とは「瞬時」を含む概念であると理解され
る。

本発明を実施するにあたって配列２２と第２の配列　１
８８のためには種々の光起電力装置を用いることができ
る。しかしながら、単一の基板上に支持されたρＮ接合
の直線的配列を用いることが好ましい、このような極め
て満足すべき配列は、ニューシャーシー州０８８４Ｂ、
　　ミドルセックス、サウスアベニュー４２０　（７）
ハママッ　コーポレーションカラ製品番号Ｓ　１５９２
−Ｏｆとして入手回部である。この配列は、元々同時に
１つか２つのチャネルが使用されるような種類の多重チ
ャネル分光光度計システムとして設計されたものである
。好運なことに、この配列は本発明のシステムに用いて
も極めて実用的である。

配列中の光検出器の数を限定することのもう１つの重要
な利点は、典型的には円形をしているサンプルセル１４
の出口孔の光学的に形成された像を受けそれに応答する
ための、個々の光検出器の光検出領域の形状が正方形に
近い形をしているということである０本発明のシステム
においては、そのような孔が設けられ、配列において結
像することが好ましい。

例えば、上述した市販のハママツ　コーポレーションの
配列において、配列の長さ方向の各素子の長さ対各素子
の幅の割合は約１対４．５であり。

一方電荷結合デバイス配列における同じ割合が約１対ｌ
Ｏである。このことは、本発明の構成が優れているもう
１つの点である。

以上、本発明を、主として紫外線領域における吸光度検
出用の検出装置として説明してきた。しかしながら、本
発明は、可視光線領域で動作しかつ吸光度の代りに蛍光
を検出する検出装置として用いることもできる。さらに
また、これらの検出モードは、結果が吸光度や蛍光によ
って検出可能な液体クロマトグラフィーの種々の公知技
術の全てとともに用いることもできる０本装置を紫外線
吸光度検出装置として用いるときは　＋９０乃至３８４
ナノメートルの波長領域で動作することが好ましい、ま
た蛍光検出器として動作させるときには、それは典型的
には波長で３００乃至４７５ナノメートルの領域あるい
は４２６乃至６００ナノメートルの領域内における蛍光
放射を検出するよう動作させることができる。

第４図ではただ１個のアナログ／デジタル変換器１７２
を示したが、同時に動作することができるアナログ／デ
ジタル変換器を付加的に設ければ、全装置の動作がさら
にスピードアップできることはいうまでもない。

第５図、第６図で示し説明した動作シーケンスは、本発
明のシステムのために好ましい動作シーケンスであるが
１本発明のシステムは、もし所望ならば他のシーケンス
で動作させることも可能である。このようにして１種々
異なるサンプルアンドホールド回路の走査をさらに速い
走査速度で実行するよう（長い走査期間を必要としない
時に）選択的にプログラム可能にすることができ、また
、さらに精密にすることを所望するならば、サンプリン
グ期間を増加することもできる、ということも本発明の
特徴、利点の一つである。さらにまたこのシステムは、
ただ１つあるいは数個の選択されたスペクトルセグメン
トを見つけ出すように、あるいはまた１つのセグメント
から他のセグメントへ任意の順序でスキップするように
、あるいはまた種々の信号の商、差、和を作り出すよう
にプログラムすることもできる。これに反して、電荷結
合ダイオード配列システムは、電荷結合ダイオードが速
すぎもせず遅すぎもしない一定の時間で全てを走査しな
ければならないので、上記のような柔軟性を持たず、本
発明のシステムにおけるような、選択的にプログラム可
能な柔軟性を提供することができない。

さらにまた、本装置は、サンプルアンドホールドの特徴
なしでも動作させることができる。この時、光起電力ホ
トセルからの信号は連続的に測定される。この動作モー
ドは、同時にただ１個のスペクトルセクタのみを監視す
るような場合特に有効である。これは、従来の電荷結合
ダイオード配列システムでは決して得られぬ動作モード
である。これは、電荷結合ダイオード配列システムの固
定タイミングシーケンスが多数のクロマトグラフィー動
作条件には全熱適合しない故に重要な点である。

さらに本発明のシステムを従来の電荷結合ダイオード配
列システムと比較すると、前者すなわち本発明のシステ
ムにおける配列そのもののコストが、後者のより複雑な
電荷結合ダイオード配列のコストの約１０分の１であり
、前者の全システムのコストは、後者の電荷結合ダイオ
ード配列システムの約４分の１である。同時にまた、本
発明のシステムは、より速いデータ速度（実質的同時）
を提供する他に信号対雑音比を約１０対ｌに改善する。

本発明は、従来の極めて正確な単一の可変波長検出器に
匹敵する性能を有し、それゆえその所産物は現在使用さ
れている単一波長、可変波長の検出器に矛盾なくとって
代ることができる。これに比べて電荷結合ダイオード配
列は、高価でかつ感度も低いので、上記したｒ分析化学
】におけるスチュアートポールマンの論文に記載されて
いるように、単一波長、可変波長液体クロマトグラフィ
ー検出器装置にとって代ることができない。

本発明によるシステムは、従来の電荷結合ダイオード配
列システムに比較して極めて簡単なので、結果としての
スペクトル情報を作り表示するために記憶・処理装Ｍ１
７４に使用するプログラムは、他のシステムに要求され
るコンピュータプログラムに比較して極めて簡単である
。さらにまた、必要な処理時間、能力もまたそれだけ減
少できる。スペクトルデータからピークの純粋さ、ピー
クの同一性を決定するソフトウェアプログラムについて
も同様である。

本発明は特定の好適実施例について示したが、当業者に
とって種々の変化、変更が生じるであろう、従って特許
請求の範囲の記載は、従来技術に対する本発明の有効な
範囲を規定するとともに、本発明の真実の精神および有
効な範囲に属するすベての変化および変更をカバーする
ことを意図している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が液体クロマトグラフ装置に用いられ液
体クロマトグラフ装置からの溶離液の通過期間単一の紫
外線波長を検出したときに出力される吸光度対時間のプ
ロット図であり、第２図は本発明による装置から得るこ
とができ、液体クロマトグラフ装置の動作中の特定の時
点における実質的スペクトル領域にわたる吸光度を表わ
すスペクトルプロット図であり、第３図は種々異なる多
くの波長において第１図の図表に対応する多くのブロー
／　トを３次元的に表わしたものであって、溶離液が液
体クロマトグラフカラムを１回通過する間に本発明の装
置によって出力される全データを表わし、従って第１図
と第２図のプロットの多数個を組合わせて表わす図であ
り、第４図は本発明の好適実施例を実施するための液体
クロマトグラフシステムの概略図であり、第５図は信号
サンプリングが同時に行われる第４図のシステムの好適
動作モードを図示するタイムチャートであり、第６図は
信号のサンプリングが実質的同時に行われるといえるよ
うな高速シーケンスで順次に行なわれる第２の好適動作
モードを図示するタイムチャートである。 （符号の説明） １０、、、、放射源、１２．、、、反射器、１４．、、
、サンプルセル、１８．、、、回折格子、２０．、、、
多色空間発散ビーム、２２．、、、光検出器配列、２８
〜９４．、、、増幅器、９８〜１８４．、、サンプルア
ンラドホールド回路、１８４．、。 シーケンス制御装置、　１ｆｌ１３．、、多重スイッチ
、１７２゜９．アナログ／デジタル変換器、１７４．、
、記憶Φ処理装置、１７Ｂ、、、ディスプレイ、１７８
．、プロッタ、１８０、、、第２の反射器、１８２．、
、基準セル、１８Ｂ、、、第２の多色空間発散ビーム、
　１８８．、、第２の光検出器配列、１９２〜２１０．
、、増幅器、　２１２〜２３０．、、サンプルアンラド
ホールド回路、２３２−、、溶媒の容器、２３Ｂ、、、
ポンプ、２４４．、、クロマトグラフカラム。 時間〔秒） ＦＩＧ、　／ 波長 ＦＩＧ、　２

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. （１）分析すべき放射の複数個のスペクトルセグメント
   を実質的瞬時に多色検知し記憶する改良された広幅スペ
   クトル分光測定検出方法であって：溶液中に分析すべき
   サンプルを含有する液体サンプルセル内に放射のビーム
   を指向させる段階と； 放射源からの前記放射のビームによる照射結果として前
   記サンプルセルからの放射を受けとり該放射を多色回折
   させて多色空間発散ビームにする段階と； 該発散ビームのそれぞれ異なるスペクトルセグメントが
   前記光検出器の直線的配列を横切るように前記光検出器
   の直線的配列に指向する段階と；全ての前記光検出器か
   らの信号を別々にかつ実質的同時にサンプリングしホー
   ルドして高度に正確な、広幅スペクトルクロマトグラム
   を作成するために有用なデータを得る段階と； を含むことを特徴とする広幅スペクトル分光測光検出方
   法。
2. （２）特許請求の範囲第１項の記載において、特に液体
   クロマトグラフィー用カラムと共に用いるのに適してい
   て、前記液体サンプルセルが液体クロマトグラフィー用
   カラムの底に接続されて前記直線的に配列された全光検
   出器からの信号を同時にサンプルしてホールドし、その
   後それらをさらに処理し分析するために順次アナログ／
   デジタル変換することを特徴とする方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項の記載において、特に液体
   クロマトグラフィー用カラムと共に用いるのに適してい
   て、前記液体サンプルセルが液体クロマトグラフィー用
   カラムの底に接続されて前記直線的に配列された全光検
   出器からの信号を同時にサンプルしてホールドし、その
   後それらをさらに処理し分析するために順次アナログ／
   デジタル変換し、液体クロマトグラフィー装置の動作期
   間、迅速なシーケンスで上記した諸段階を繰返すことを
   特徴とする方法。
4. （４）特許請求の範囲第１項の記載において、特に液体
   クロマトグラフィー用カラムと共に用いるのに適してい
   て、前記液体サンプルセルが液体クロマトグラフィー用
   カラムの底に配設されており、前記配列の個々の光検出
   器からの信号のすべてを０．０１秒よりも短い時間間隔
   で順次サンプリングしホールドすることによって前記信
   号を実質的同時にサンプルしてホールドし、そして該信
   号の全てを、前記０．０１秒以下の時間間隔内の前記サ
   ンプリング−ホールド動作に同期してアナログ／デジタ
   ル変換するようにしたことを特徴とする方法。
5. （５）分析すべき放射の複数個の分光セグメントを実質
   的瞬時に多色検知し記憶するよう動作可能な改良された
   広幅スペクトルの分光光度計であって： 溶液中に分析すべきサンプルを含有するための液体サン
   プルセルと； 放射ビームを前記サンプルセル内に指向させるための放
   射源装置と； 前記放射源装置からの前記ビーム照射の結果として前記
   サンプルセルから出る放射を受け、該放射を回折させて
   多色空間発散ビームにすることができるように配置され
   た回折装置と； 前記多色ビームを横切るよう直線的配列に配設された光
   検出器であって、該配列の個々の光検出器によって前記
   多色ビームの個々のスペクトルセグメントが横切られる
   ようにした光検出器の直線的配列と； 前記光検出器の個々のための信号チャネル装置であって
   、各信号チャネル装置が、前記配列の各光検出器からの
   信号を受けこれを記憶するように接続されたサンプルア
   ンドホールド回路を含むよう構成した信号チャネル装置
   と； 全ての光検出器のための前記個々の信号チャネル装置と
   サンプルアンドホールド回路とを実質的同時に作動させ
   るように動作する制御装置と；前記サンプルアンドホー
   ルド回路に接続され前記制御装置に応答してホールドさ
   れた信号をデジタル形式に変換するよう動作するアナロ
   グ／デジタル変換回路と； 前記変換され記憶された信号を受けるよう接続されて、
   該信号を記憶し処理してスペクトル分析情報を提供する
   ためのデジタルデータ記憶・処理装置と； を具備する分光光度計。
6. （６）特許請求の範囲第５項の記載において、前記光検
   出器の各々が光起電力装置であることを特徴とする分光
   光度計。
7. （７）特許請求の範囲第６項の記載において、特にスペ
   クトルの紫外線領域において動作するよう設計され、前
   記光検出器が紫外線の放射に応答するよう選択されたこ
   とを特徴とする分光光度計。
8. （８）特許請求の範囲第５項の記載において、液体クロ
   マトグラフィー用カラムと結合され、前記サンプルセル
   が前記液体クロマトグラフィー用カラムの下端に接続さ
   れていることを特徴とする分光光度計。
9. （９）特許請求の範囲第５項の記載において、前記回折
   装置が回折格子を含むことを特徴とする分光光度計。
10. （１０）特許請求の範囲第５項の記載において、前記光
    検出器のための各信号チャネルが個別の増幅装置を含む
    ことを特徴とする分光光度計。
11. （１１）特許請求の範囲第６項の記載において、蛍光モ
    ードで動作するよう意図され、前記放射源装置が、前記
    サンプルセルの中で検出され分析されるべき成分中の蛍
    光条件を励起するのに特に適しており、前記光検出器は
    、前記サンプルセル中の蛍光成分が蛍光を発するよう励
    起される波長範囲内のスペクトルセグメントを横切るよ
    うに、前記回折装置に関して配設されていることを特徴
    とする分光光度計。
12. （１２）特許請求の範囲第７項の記載において、前記放
    射源装置が放射のビームを前記サンプルセルに指向させ
    る光学的素子を伴った重水素ランプを具備することを特
    徴とする分光光度計。
13. （１３）特許請求の範囲第５項の記載において、前記配
    列中の光検出器の数は４０個以下であることを特徴とす
    る分光光度計。
14. （１４）特許請求の範囲第１３項の記載において、前記
    配列中の光検出器の数はおよそ３５個であることを特徴
    とする分光光度計。
15. （１５）特許請求の範囲第５項の記載において、前記サ
    ンプルセルの液体と類似する液体を含有する基準セルと
    ； 前記放射源装置からの放射の一部分をビームとして前記
    基準セルを通るように指向させるための装置と； 前記放射源装置からの前記基準セル内へ指向されたビー
    ム照射の結果として該基準セルから出る放射を受け、該
    放射を回折させて、前記サンプルセルを通るように指向
    された放射を回折させることによって生じるビームに対
    応して、第２の多色空間発散ビームとすることができる
    ように配設された回折装置と； 前記第２の多色ビームを横切るよう直線的配列に配設さ
    れた第２の光検出器配列であって、該第２の配列の個々
    の光検出器によって前記第２の多色ビームの個々のスペ
    クトルセグメントが横切られるようにした第２の光検出
    器直線的配列と；前記第２の配列の光検出器の個々のた
    めの信号チャネル装置であって、その各々が、前記第２
    の配列の各光検出器からの信号を受けこれを記憶するよ
    うに接続されたサンプルアンドホールド回路を含むよう
    構成した信号チャネル装置と； をさらに具備し、前記制御装置が、前記第２の配列の全
    ての光検出器のための前記信号チャネル装置とサンプル
    アンドホールド回路とを、前記最初にあげた配列のため
    の前記信号チャネル装置とサンプルアンドホールド回路
    の作動と実質的同時に作動させるように動作し、前記ア
    ナログ／デジタル変換回路が、前記第２の配列の前記サ
    ンプルアンドホールド回路に接続され、前記制御装置に
    応答してホールドされた信号をデジタル形式に変換して
    、前記第２の配列からのホールド信号を前記最初にあげ
    た配列からのホールド信号と比較し、フリッカや前記放
    射源の劣化等によるシステム動作の光学的変化を補正す
    よう構成したことを特徴とする分光光度計。
16. （１６）特許請求の範囲第１５項の記載において、前記
    第２の回折装置が前記最初にあげた回折装置と結合され
    ていることを特徴とする分光光度計。
17. （１７）特許請求の範囲第１６項の記載において、前記
    第２の配列の光検出器のための前記信号チャネル装置の
    数は該第２の配列の光検出器の数より少なくし、該第２
    の配列の光検出器は、隣接するものからなる複数個の群
    に組分けし、各群の光検出器を単一の信号チャネルに並
    列に接続したことを特徴とする分光光度計。
18. （１８）特許請求の範囲第８項の記載において、前記制
    御装置は、全ての前記光検出器のための前記個別の信号
    チャネル装置と、前記サンプルアンドホールド回路とを
    同時に作動させるよう動作し、また該制御装置は前記ア
    ナログ／デジタル変換装置がホールドされた信号を順次
    デジタル形式に変換するよう制御するように動作できる
    ことを特徴とする分光光度計。
19. （１９）特許請求の範囲第８項の記載において、前記制
    御装置は全ての前記光検出器のための前記個々の信号チ
    ャネル装置と、前記サンプルアンドホールド回路とを迅
    速なシーケンスで作動させることによって該信号チャネ
    ル装置とサンプルアンドホールド回路とを実質的同時に
    作動させるよう動作し、また該制御装置は、前記アナロ
    グ／デジタル変換装置が前記個別の信号チャネル装置と
    前記サンプルアンドホールド回路の作動に同期して、ホ
    ールドされた信号を順次デジタル形式に変換するよう動
    作させるようにしたことを特徴とする分光光度計。
20. （２０）特許請求の範囲第１９項の記載において、前記
    シーケンスの周期は１／１００秒以下であることを特徴
    とする分光光度計。
21. （２１）特許請求の範囲第６項の記載において、前記光
    検出器の光起電力装置がＰＮ接合デバイスであることを
    特徴とする分光光度計。
22. （２２）特許請求の範囲第２１項の記載において、前記
    ＰＮ接合デバイスが単一の基板上に一体的に形成されて
    いることを特徴とする分光光度計。