JPWO2018193666A1 - フローセル及びそのフローセルを備えた検出器 - Google Patents

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Abstract

フローセルは、測定対象の液が導入され、その液の光学特性を測定するための測定光が一端側から入射し他端側から出射するように配置されるセル部と、前記セル部内に液を流入させるための入口部と、前記セル部内の液を前記セル部から流出させるための出口部と、を備えている。入口部と出口部は、前記入口部から前記セル部内に流入した液と先に前記セル部内を満たしている液との間の界面が前記セル部を通過する前記測定光の光路上の2箇所に形成されるように設けられている。

Description

本発明は、液体クロマトグラフなどの分析装置に用いられる検出器用のフローセルとそのフローセルを備えた検出器に関するものである。
液体クロマトグラフ用の検出器として光を利用するものがよく用いられる。そのような検出器は、内部の空間(セル部)を液が流れるフローセルが光源からの光の光路上に配置され、そのフローセルを透過した光を光センサによって検出するように構成される(特許文献1参照。)。フローセルを透過した光を検出することによって、フローセル内部のセル部を流れる液の影響による吸光度や屈折率の変化を測定し、試料成分の検出や定量を行なう。
特開2014−048176号公報
例えば移動相の組成変化や試料溶媒の流入など、分析中にセル部内を満たしている液とは異なる種類の液がセル部内に導入されると、セル部内では元々存在していた液と新たに導入された別種類の液との間の界面で屈折率差が生じる。セル部内にそのような界面が生じると、フローセルを通過する光がその界面で屈折し、その影響でフローセルを透過する光の光量の変化や、光軸の屈折による光路の変化を生じ、光量変化や屈折率変化として検出される。これらの変化は測定対象試料による反応ではないが、疑似ピーク(試料成分ピークではないピーク)を形成し、分析精度に影響を与える場合があった。
そこで、本発明は、フローセルのセル部内における液体界面での光の屈折による影響を小さくすることを目的とするものである。
本発明に係るフローセルは、測定対象の液が導入され、その液の光学特性を測定するための測定光が一端側から入射し他端側から出射するように配置されるセル部と、前記セル部内に液を流入させるための入口部と、前記セル部内の液を前記セル部から流出させるための出口部と、を備え、前記入口部から前記セル部内に流入した液と先に前記セル部内を満たしている液との間の界面が前記セル部を通過する前記測定光の光路上の2箇所に形成されるように、前記入口部と前記出口部が設けられているものである。
従来のフローセルは、セル部に液を流入させるための入口部がセル部の一端側に設けられており、セル部から液を流出させるための出口部がセル部の他端側に設けられていた。そのため、セル部を満たしている液とは異なる種類の液が入口部からセル部内に流入すると、セル部を通過する測定光の光路上に測定光を屈折させる界面が1箇所にだけ生じてしまうことになる。しかしながら、そのような界面の発生自体をなくすことは不可能である。
そこで、本発明者は、測定光を屈折させる界面を測定光の光路上の2箇所に発生させ、互いの界面における測定光の屈折を打ち消し合うようにすることで、セル部内に生じる界面での測定光の屈折の影響を小さくするという発想に至った。本発明はそのような発想に基づいてなされたものである。
本発明に係るフローセルは、入口部からセル部内に流入した液と先にセル部内を満たしている液との間の界面がセル部を通過する測定光の光路上の2箇所に形成されるように、入口部と出口部が設けられている。これにより、測定光が2箇所に形成された界面を通過する際に互いに対称な方向へ屈折して互いの界面での屈折が打ち消し合い、セル部内に生じる界面での測定光の屈折の影響が小さくなる。
本発明に係るフローセルの好ましい実施形態では、入口部が、測定光の進行方向に対して略垂直な方向からセル部内に液を流入させるように、セル部の一端と他端の間の位置に設けられている。セル部の一端と他端の間の位置に入口部が設けられていれば、入口部を介してセル部内に流入した液の両側に、先にセル部を満たしていた液との間の界面が形成される。
さらに好ましい実施形態では、入口部は前記セル部の前記一端と前記他端の間の中央部に設けられ、前記出口部は前記セル部の前記一端側と前記他端側の2箇所に設けられている。これにより、入口部からセル部内に流入した液がセル部の両端へ向かって均等に広がるようにしてセル部内を流れ、セル部内に流入する液の両側に互いに対称な界面が形成されるようになる。セル部内に流入する液の両側に形成される界面が互いに対称であれば、互いの界面での測定光の屈折が打ち消し合いやすくなり、セル部内の界面における屈折の影響がさらに小さくなる。
本発明に係る検出器は、光源と、上述のフローセルと、前記フローセルを経た光を検出する光センサと、前記光源からの光を前記フローセルへ導くとともに前記フローセルを通過した光を前記光センサへ導く光学系と、を備えている。
本発明に係るフローセルでは、入口部からセル部内に流入した液と先にセル部内を満たしている液との間の界面がセル部を通過する測定光の光路上の2箇所に形成されるように、入口部と出口部が設けられているので、測定光が2箇所に形成された界面を通過する際に互いに対称な方向へ屈折して互いの界面での屈折が打ち消し合い、セル部内に生じる界面での測定光の屈折の影響が小さくなる。
検出器の一実施例を示す概略構成図である。 同実施例のフローセルを示す断面図である。 従来構造のフローセル(比較例)を示す断面図である。 実施例のフローセルと比較例のフローセルのそれぞれに溶媒を導入したときの信号変化を示すグラフである。
以下に、本発明に係るフローセルの一実施例及びそのフローセルを備えた検出器の一実施例について、図面を用いて説明する。
まず、検出器の一実施例の構成について図1の概略構成図を用いて説明する。
この実施例の検出器は、光源2、集光レンズ4、フローセル6、ミラー8、入口スリット10、分光器12及び光センサ14を備えている。光センサ14は、例えばフォトダイオードアレイである。
光源2により発せられる測定光の光路上に、集光レンズ4及びフローセル6が配置されており、光源2からの測定光が集光レンズ4を介してフローセル6へ照射されるようになっている。フローセル6内を液体クロマトグラフの分離カラムを経た溶液が流れる。
ミラー8はフローセル6を透過した測定光を反射させて入口スリット10側へ導くように配置されており、入口スリット10を経た測定光が回折格子などの分光器12に導かれるようになっている。分光器12に導かれた光は各波長成分の光に分光されて光センサ14に入射するようになっている。
光センサ14は各波長成分の光の強度を検出するものであり、その強度に応じた検出信号を発生させる。図示は省略されているが、光センサ14には、専用のコンピュータや汎用のコンピュータによって実現される演算処理装置が接続されている。その演算処理装置は光センサ14で得られた検出信号強度に基づいて、フローセル6を流れる液の吸光度スペクトルを求め、試料成分の検出や定量を行なうようになっている。なお、この実施例では、検出器の一例として吸光度検出器の構成を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、示差屈折率検出器であってもよい。
フローセル6について図2を用いて説明する。
フローセル6は、例えば石英など光透過性材料からなるブロックからなる。フローセル6の内部には、液を流通させるための空間であるセル部18が設けられているとともに、そのセル部18へ液を流入させるための流路である入口部20と、セル部18から液を流出させるための流路である出口部22a,22bと、を備えている。測定光はセル部18の一端側(図において左側)から入射し、他端側(図において右側)から出射するように、フローセル6が測定光の光軸上に配置される。
入口部20は、セル部18の一端と他端の間の略中央の位置において、セル部18を通過する測定光の光軸に対して略垂直な方向からセル部18内に液を流入させる方向に設けられている。
出口部22aは、セル部18を挟んで入口部20とは反対側でセル部18の一端の位置に設けられている。出口部22bは、セル部18を挟んで入口部20とは反対側でセル部18の他端の位置に設けられている。
このようなフローセル6の構造により、図2のシボで示されているように、入口部20を介してセル部18の中央部からセル部18内に流入した液は両端の出口部22a,22bへ向かって両側へ広がりながらセル部18内を満たしていくことになる。これにより、セル部18内に導入された液の両側に、セル部18内を先に満たしていた液との界面1及び2が形成される。セル部18内を先に満たしていた液と新たにセル部18に導入された液の種類が異なる場合、それらの液の界面1及び2で屈折率差が生じ、セル部18を一端側(図において左側)から他端側(図において右側)へ通過する測定光がそれらの界面1及び2でそれぞれ屈折する。
図3は一般的な構造を有するフローセル6’の構造を比較例として示したものである。従来の一般的なフローセル6’は、セル部18’の一端(又は他端)に入口部20’、他端(又は一端)に出口部22’を有するため、入口部20’を通じてセル部18’内に導入された液と先にセル部18’内を満たしていた液との間の界面が1つだけ形成される。そのため、セル部18’を通過する測定光は、試料溶媒などがセル部18’に導入されたときに形成される1つの界面によって屈折し、その影響によって測定光の光路やセル部18’からの出射位置が変化してしまう。この変化がセル部18’内を流れる液の吸光度変化や屈折率変化として検出されてしまうことがあった。
これに対し、図2に示されているように、セル部18内に液が導入されたときに2つの界面1及び2が形成されるようにすれば、界面1と界面2においてセル部18を通過する測定光が互いに打ち消し合う方向へ屈折することになる。そのため、図3のように界面が1つしか形成されない場合に比べて、測定光の光路変化や出射位置の変化が小さくなる。
図4は、図2の構造のフローセル6(実施例)と図3の従来構造のフローセル6’(比較例)のそれぞれに溶媒を導入したときの検出信号データを示している。このデータからもわかるように、従来構造のフローセル6’(比較例)では、溶媒がセル部18’内に導入されたときに検出信号が大きく変動して疑似ピークを形成している。これに対し、この実施例のフローセル6では、溶媒がセル部18内に導入されたときの検出信号の変動が抑制されており、セル部18内に形成される界面での測定光の屈折による影響が小さくなっていることがわかる。
以上において説明したように、本発明は、フローセル6の構造を、セル部18内に種類の異なる液が導入されたときにその液の両側に2つの界面1及び2が形成されるような構造にすることで、セル部18内に形成された界面での測定光の屈折による影響を抑制するというものである。したがって、セル部18を通過する測定光の屈折を互いに打ち消し合うような2つの界面が形成されるのであれば、入口部20や出口部22a,22bはどのような位置に設けられていてもよい。
2 光源
4 集光レンズ
6 フローセル
8 ミラー
10 入口スリット
12 分光器
14 光センサ
18 セル部
20 入口部
22a,22b 出口部

Claims (4)

  1. 測定対象の液が導入され、その液の光学特性を測定するための測定光が一端側から入射し他端側から出射するように配置されるセル部と、
    前記セル部内に液を流入させるための入口部と、
    前記セル部内の液を前記セル部から流出させるための出口部と、を備え、
    前記入口部から前記セル部内に流入した液と先に前記セル部内を満たしている液との間の界面が前記セル部を通過する前記測定光の光路上の2箇所に形成されるように、前記入口部と前記出口部が設けられている、フローセル。
  2. 前記入口部は、前記測定光の進行方向に対して略垂直な方向から前記セル部内に液を流入させるように、前記セル部の前記一端と前記他端の間の位置に設けられている請求項1に記載のフローセル。
  3. 前記入口部は前記セル部の前記一端と前記他端の間の中央部に設けられ、前記出口部は前記セル部の前記一端側と前記他端側の2箇所に設けられている請求項2に記載のフローセル。
  4. 光源と、
    請求項1から3のいずれか一項に記載のフローセルと、
    前記フローセルを経た光を検出する光センサと、
    前記光源からの光を前記フローセルへ導くとともに前記フローセルを通過した光を前記光センサへ導く光学系と、を備えた検出器。
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