JP2012112975A - Liquid chromatograph detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は液体クロマトグラフ用検出器に関連する。特に、検出信号のS/N比を改善する液体クロマトグラフ用検出器。 The present invention relates to a detector for liquid chromatography. In particular, a detector for liquid chromatography that improves the S / N ratio of the detection signal.
従来の装置において、吸光度計算を行う演算部に入力されるリファレンス信号,サンプル信号ともに、光検出素子で検出した電流を光電流電圧変換回路で電圧に変換しアナログ・デジタル変換回路でデジタル変換した信号をそのまま入力していた。そのため光源の光量が減少すると信号レベルもこれにあわせて低下していた。これらと関連するものとして、特許文献1がある。
In the conventional device, both the reference signal and sample signal input to the calculation unit for calculating the absorbance are signals obtained by converting the current detected by the light detection element into a voltage by the photocurrent voltage conversion circuit and digitally converting it by the analog / digital conversion circuit. Was entered as is. For this reason, when the amount of light from the light source decreases, the signal level also decreases accordingly. There exists
上記従来技術は、サンプル信号はフローセルを透過した光(以下サンプル光)からの信号となるため、リファレンス信号に比べて信号レベルが低下する。特に小径のフローセルを用いた場合には、サンプル光はさらに少なくなり信号レベルが低下する。また、光検出素子で検出する光に光量の少ない波長が存在する場合には、その波長においてサンプル信号およびリファレンス信号の信号レベルが低下する。信号レベルが低下すると、電気ノイズの比率が大きくなりS/N比が低下する可能性があった。電気ノイズの影響を低減して、装置全体のS/N比をより向上することが求められる。 In the above prior art, since the sample signal is a signal from light transmitted through the flow cell (hereinafter referred to as sample light), the signal level is lower than that of the reference signal. In particular, when a small-diameter flow cell is used, the sample light is further reduced and the signal level is lowered. In addition, when the light detected by the light detection element has a wavelength with a small amount of light, the signal levels of the sample signal and the reference signal decrease at that wavelength. When the signal level decreases, the ratio of electrical noise increases and the S / N ratio may decrease. It is required to improve the S / N ratio of the entire apparatus by reducing the influence of electrical noise.
本発明の特徴の一つは、液体クロマトグラフ用検出器の電気ノイズの影響を低減するために、任意の波長においてサンプル信号とリファレンス信号のレベルが所定範囲となる増幅回路を設けたことである。 One of the features of the present invention is that an amplifier circuit is provided in which the level of the sample signal and the reference signal is within a predetermined range at an arbitrary wavelength in order to reduce the influence of electrical noise of the liquid chromatograph detector. .
更に、具体的には、特許請求の範囲の記載及び以下の記載により、本発明の特徴が明確にされる。 Furthermore, specifically, the features of the present invention will be clarified by the description of the claims and the following description.
本発明によれば、回路における電気ノイズの影響を低減できるため、装置全体のS/N比、特に光量の少ない場合のS/N比に対して改善が図れる。 According to the present invention, since the influence of electrical noise in the circuit can be reduced, it is possible to improve the S / N ratio of the entire apparatus, particularly the S / N ratio when the amount of light is small.
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施例である液体クロマトグラフ用の検出器で、フローセル5を流れる試料の吸光度の変化を検出する。
FIG. 1 shows a liquid chromatograph detector according to an embodiment of the present invention, which detects a change in absorbance of a sample flowing through a
(検出器の光学系と電気信号の流れの説明)
D2ランプを用いた光源11およびWランプを用いた光源12の光は光源切換ミラー2に照射され、光源切換ミラー2を切換えることによりどちらか一方の光をグレーティング3に照射する。光源切換ミラー2の切換えはマイコン10からの光源切換ミラー制御信号により行う。光源切換ミラー2からの光のうち、測定に使用する波長のみをグレーティング3により取り出しハーフミラー4に照射する。波長の切換えはマイコン10からのグレーティング制御信号によりグレーティング3を動かして行う。ハーフミラー4に照射された光は、一部を反射させてリファレンス光としフォトダイオード61に照射する。フォトダイオード61で検出された電流は、光電流電圧変換回路71で電圧に変換される。光電流電圧変換回路71で変換された電圧は、増幅回路81で設定されたゲインに増幅した後、アナログ・デジタル変換回路91に入力される。アナログ・デジタル変換回路91では、ビット毎にデジタル値がリファレンス信号として出力され、演算部であるマイコン10に入力される。一方、ハーフミラー4を透過した光は、分析対象である試料用のフローセル5に照射され、フローセル5を通った光(サンプル光)がフォトダイオード62に照射される。フォトダイオード62で検出された電流は、光電流電圧変換回路72で電圧に変換される。光電流電圧変換回路72で変換された電圧は、増幅回路82で設定されたゲインに増幅した後、アナログ・デジタル変換回路92に入力される。アナログ・デジタル変換回路92では、ビット毎にデジタル値がサンプル信号として出力され、演算部であるマイコン10に入力される。
(Explanation of detector optical system and electric signal flow)
The light from the light source 11 using the D2 lamp and the
(液体クロマトグラフシステムの説明)
図2に、液体クロマトグラフシステムのブロックダイヤグラムを示す。液体クロマトグラフは、溶離液を送液するポンプ、試料を注入する試料導入部(オートサンプラ),試料の分離を行うカラム,カラムの温度を一定に保つカラムオーブン,分離された試料を信号として検出する検出器から構成される。必要に応じて溶離液の脱気を行うデガッサ、溶離液の混合比を時間とともに変化させるグラジエント装置などを組み込む。以下、単一溶媒分析を行う、イソクラティックシステムについて説明する。溶離液はポンプによって送液され、試料はオートサンプラによって注入される。注入された試料は、カラムオーブンで一定温度に保たれたカラムで分離され、分離された試料は検出器で信号として検出される。
(Description of liquid chromatograph system)
FIG. 2 shows a block diagram of the liquid chromatograph system. The liquid chromatograph is a pump for feeding the eluent, a sample introduction part (autosampler) for injecting the sample, a column for separating the sample, a column oven for keeping the column temperature constant, and detecting the separated sample as a signal. It consists of a detector. A degasser that degass the eluent as necessary, and a gradient device that changes the mixing ratio of the eluent with time are incorporated. Hereinafter, an isocratic system for performing a single solvent analysis will be described. The eluent is fed by a pump, and the sample is injected by an autosampler. The injected sample is separated by a column maintained at a constant temperature in a column oven, and the separated sample is detected as a signal by a detector.
(実施例:ユーザインターフェースによるゲイン切換え)
検出器の内部もしくは外部に入出力ユーザインターフェース部を備える。外部のユーザインターフェースは例えばパーソナル・コンピュータ(以下PC)とマウス,キーボードである。外部ユーザインターフェースの装置構成例を図3に示す。検出器とPC間のデータ転送は検出器に内蔵された通信基板と通信ケーブルにより行う。また、内部のユーザインターフェースは例えば装置に組み込まれた液晶画面とキーボードである。内部ユーザインターフェースの装置構成例を図4に示す。
(Example: Gain switching by user interface)
An input / output user interface unit is provided inside or outside the detector. The external user interface is, for example, a personal computer (hereinafter referred to as a PC), a mouse, and a keyboard. An example of the device configuration of the external user interface is shown in FIG. Data transfer between the detector and the PC is performed by a communication board and a communication cable built in the detector. The internal user interface is, for example, a liquid crystal screen and a keyboard incorporated in the apparatus. FIG. 4 shows a device configuration example of the internal user interface.
前記ユーザインターフェース部には前記増幅回路のゲインを設定するパラメータを有し、パラメータの選択によりゲイン切換えを行う。図5に外部ユーザインターフェースの画面例を示す。例えばPCソフトウェアの選択項目に「フローセル」という項目を設け、選択したフローセルにあわせてゲインを切換える。パラメータ「フローセル」には汎用フローセル用のゲインを設定する「標準」と、超高速LC用ミクロセルのゲインを設定する「ミクロ」を設ける。選択できる「フローセル」はこの2つ以上設けてもよい。例えば、セミミクロセルや将来のサブミクロ(ナノ)セルなどである。それぞれ、フローセルによる光量の違い(減少)を補正できるゲインを事前に設定しておく。図6に内部ユーザインターフェースの画面例を示す。例えばキーボード操作で呼び出せる設定メニューの中に、図6のような“FLOW CELL”というパラメータを用意し、“0”を入力した場合には汎用フローセル用のゲインを、“1”を入力した場合にはミクロセル用のゲインを設定するようにする。外部インターフェースの場合と同様にゲインは事前に設定しておく。 The user interface unit has a parameter for setting the gain of the amplifier circuit, and performs gain switching by selecting the parameter. FIG. 5 shows a screen example of the external user interface. For example, an item “flow cell” is provided as a selection item of the PC software, and the gain is switched in accordance with the selected flow cell. The parameter “flow cell” is provided with “standard” for setting the gain for the general-purpose flow cell and “micro” for setting the gain of the micro cell for ultra-high speed LC. Two or more “flow cells” that can be selected may be provided. For example, a semi-micro cell or a future sub-micro (nano) cell. In each case, a gain capable of correcting the difference (decrease) in the amount of light by the flow cell is set in advance. FIG. 6 shows a screen example of the internal user interface. For example, in the setting menu that can be called by keyboard operation, a parameter “FLOW CELL” as shown in FIG. 6 is prepared. When “0” is input, the gain for the general-purpose flow cell is input and “1” is input. Sets the gain for the microcell. The gain is set in advance as in the case of the external interface.
以下、外部インターフェースの場合について光学系と電気信号の流れについて説明する。内部インターフェースの場合も同様である。フローセルに「標準」が選択されている場合にはマイコンからのゲイン切換信号により増幅回路81,82のゲインを既定値(1倍)に設定する。通常、検出器はこの状態で最適化してチューニングしておく。サンプル光,リファレンス光はそれぞれフォトダイオードで検出され、光電流電圧変換回路,増幅回路,アナログ・デジタル変換回路を介してサンプル信号,リファレンス信号をマイコンに出力する。この入力されたサンプル信号Sとリファレンス信号Rをもとにマイコンでは吸光度の計算を行い、その計算結果をアナログもしくはデジタルの吸光度信号としてPC等の外部データ処理装置に出力する。この設定での測定は、従来の検出器と同じである。
Hereinafter, the flow of an optical system and an electric signal in the case of an external interface will be described. The same applies to the internal interface. When “standard” is selected for the flow cell, the gains of the
次に、フローセルに「ミクロ」が選択されている場合にはマイコンからのゲイン切換信号により増幅回路82のゲインをn倍(n>1)に設定する。増幅回路81のゲインは既定値(1倍)のままである。例えば、超高速LC用ミクロセルを用いた場合の光量は汎用フローセルの場合の1/2程度となるので、1/2に低下した光量を補正するためにゲインを2倍(n=2)に設定する。ここで、ゲインnはn倍した信号がアナログ・デジタル変換回路92のダイナミックレンジを超えない値とする。フローセル5を透過したサンプル光はフォトダイオード62で検出され、検出された電流は、光電流電圧変換回路72で電圧に変換され、増幅回路82でn倍に増幅される。増幅された信号はアナログ・デジタル変換回路を介してサンプル信号をマイコンに出力する。リファレンス光はフォトダイオードで検出され、光電流電圧変換回路,増幅回路,アナログ・デジタル変換回路を介してリファレンス信号をマイコンに出力する。この入力されたサンプル信号Sとリファレンス信号Rをもとにマイコンでは吸光度の計算を行い、その計算結果をアナログもしくはデジタルの吸光度信号としてPC等の外部データ処理装置に出力する。サンプル信号を増幅回路でn倍に増幅することで、光量の減少による信号レベルの低下を補正することができ、電気ノイズの影響を低減することができる。
Next, when “micro” is selected for the flow cell, the gain of the
(その他の実施例:フローセル自動認識によるゲイン切換え)
前記実施例において、ゲインの選択はユーザインターフェースを用いてユーザが行ったが、自動認識手段を具備して、認識結果に基づいて行えるものであってもよい。この場合は、装置オペレータの工数をより削減できる。
(Other embodiments: gain switching by automatic flow cell recognition)
In the above embodiment, the gain is selected by the user using the user interface. However, the gain may be provided based on the recognition result by providing automatic recognition means. In this case, the man-hour for the equipment operator can be further reduced.
フローセル自動認識によるゲイン切換えの一実施例のブロック図を図7に示す。
認識手段としては、例えば、フローセル5に固有な識別IDを割り振ったICチップ20を取り付け、検出器にIC読み取り用のリーダー21を内蔵する。ICチップ20には、IDを記憶するROM(読み出し専用メモリ)と、高周波回路が内蔵されており、情報を読み取るリーダー21から電波を発信すると、ICチップ20の外部アンテナで受信した電波のエネルギーから高周波回路で微小な電気を生成し、その電気を使ってフローセル5のID情報を発信してリーダー21に伝える。リーダー21で読み取ったフローセル5のID情報は、マイコン10が受け取れるデータ形式にデコード回路22で変換して、フローセル識別信号としてマイコン10に送られる。フローセル識別信号を受けたマイコン10は、対応するゲインをメモリ13から読み出し、ゲイン切換信号で増幅回路81,82のゲインを切換える。フローセル5に対応したゲイン値はあらかじめメモリ13に記憶させておく。前述の光学系と電気信号の流れに沿って、フローセル5を認識して設定されたゲインで吸光度の測定を行う。図8に上記フローセル自動認識によるゲイン切換え方式のフローチャートを示す。
A block diagram of an embodiment of gain switching by automatic flow cell recognition is shown in FIG.
As the recognition means, for example, an IC chip 20 assigned with an identification ID unique to the
または、フローセルに前記ICチップの代わりにバーコードを貼付し、検出器にはバーコードを読み取るバーコードスキャナを内蔵する。読み取ったバーコードデータは、デコード回路により、マイコンが受け取れるデータの形式に変換してマイコンに送る。 Alternatively, a barcode is attached to the flow cell instead of the IC chip, and a barcode scanner that reads the barcode is built in the detector. The read barcode data is converted by a decoding circuit into a data format that can be received by the microcomputer and sent to the microcomputer.
または、フローセルに前記ICチップの代わりとなるフローセルの種類に特有な切込みを設け、切込みを認識する手段として光学的な検出手段を用いる。光学的な検出手段は、例えば検出するフローセルが2種類の場合には、フォトインタラプタとフォトインタラプタの検出回路を用い、一方のフローセルには切込みを設け、もう一方には切込みを設けない。フローセルの切込みの有無をフォトインタラプタで検知し、検出回路を介して、検出信号をマイコンに送る。 Alternatively, the flow cell is provided with a notch specific to the type of flow cell serving as the IC chip, and an optical detecting means is used as means for recognizing the notch. For example, when there are two types of flow cells to be detected, the optical detection means uses a photo interrupter and a photo interrupter detection circuit, and a cut is provided in one flow cell and no cut is provided in the other. Whether the flow cell is cut or not is detected by a photo interrupter, and a detection signal is sent to the microcomputer via a detection circuit.
フローセルの認識手段と読み取り手段は上記以外の方法であってもよい。 The flow cell recognizing means and reading means may be methods other than those described above.
(その他の実施例:光量変化自動認識によるゲイン切換え)
光検出素子であるフォトダイオード61,62で検出される信号レベルは、光検出素子に照射される光量によって変化する。光量は、光源に用いるランプにより違い、同一種のランプであっても個体間のばらつきがある。また、同一ランプであっても長時間使用におけるランプ光量の減少がある。さらに、フローセル5を透過したサンプル光の光量は透過により減少する。また、超高速LC用のミクロセルなど、小径のフローセルを用いた場合には汎用のフローセルを用いた場合に比べて光量が減少する。これら光量の変化を補正するゲイン切換えを自動で行い、光量の減少による電気ノイズの影響を低減する実施例について、以下説明する。
(Other examples: Gain switching by automatic light quantity change recognition)
The signal level detected by the
オートゼロのタイミングで、マイコン10からの制御信号により増幅回路81,82のゲインを既定値(1倍)に設定する。前記のように、リファレンス光はフォトダイオード61で検出され、光電流電圧変換回路71,増幅回路81,アナログ・デジタル変換回路91を介してリファレンス信号R1をマイコン10に出力する。また、フローセル5を透過したサンプル光はフォトダイオード62で検出され、光電流電圧変換回路72,増幅回路82,アナログ・デジタル変換回路92を介してサンプル信号S1をマイコン10に出力する。ここで、マイコン10に入力されたサンプル信号S1とリファレンス信号R1の信号データはメモリ13に記憶される。マイコン10において、事前に設定したリファレンス信号の目標レベルR0とリファレンス信号R1の比較を行い、R0=GR×R1となるゲインGRを新たに増幅回路81のゲインとしてゲイン切換信号で設定する。ここで、リファレンス信号R0は、アナログ・デジタル変換回路91にダイナミックレンジの8割程度の信号が入力した場合の出力値を設定しておく。同様に、事前に設定したサンプル信号の目標レベルS0とサンプル信号S1の比較を行い、S0=GS×S1となるゲインGSを増幅回路82のゲインとしてゲイン切換信号で設定する。ここで、サンプル信号S0は、アナログ・デジタル変換回路92にダイナミックレンジの8割程度の信号が入力した場合の出力値を設定しておく。次に、試料の測定時には、試料が流れるフローセル5を透過したサンプル光はフォトダイオード62で検出される。検出された電流は、光電流電圧変換回路72,増幅回路82,アナログ・デジタル変換回路92を介してサンプル信号S2をマイコン10に出力する。このとき、増幅回路82のゲインはS0=GS×S1となるゲインGSが設定されており、GS倍された信号がサンプル信号S2として出力される。また、リファレンス光はフォトダイオード61で検出され、光電流電圧変換回路71,増幅回路81,アナログ・デジタル変換回路91を介してリファレンス信号R2をマイコン10に出力する。このとき、増幅回路81のゲインはR0=GR×R1となるゲインGRが設定されており、GR倍された信号がリファレンス信号R2として出力される。この入力されたサンプル信号S2とリファレンス信号R2をもとにマイコン10で吸光度の計算を行い、その計算結果をアナログもしくはデジタルの吸光度信号としてパーソナル・コンピュータ等の外部データ処理装置14に出力する。上記方法では、例えば、フローセルによらず光量の変化によって、サンプル信号,リファレンス信号が既定値となるように、オートゼロのタイミングでゲインを切換えることにより、自動切換えを実現している。
At the auto-zero timing, the gain of the
以上、種々の実施の形態について述べたが、これらに限定されるものではなく、本願発明の技術思想の範囲内で更なる変更が可能である。 Although various embodiments have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and can be further modified within the scope of the technical idea of the present invention.
2 光源切換ミラー
3 グレーティング
4 ハーフミラー
5 フローセル
10 マイコン
11 D2ランプを用いた光源
12 Wランプを用いた光源
13 メモリ
14 外部データ処理装置
20 ICチップ
21 リーダー
22 デコード回路
61,62 フォトダイオード
71,72 光電流電圧変換回路
81,82 増幅回路
91,92 アナログ・デジタル変換回路
2 Light source switching mirror 3 Grating 4
Claims (14)
光学素子からの光を分割する第2の光学素子と、
前記第2の光学素子からの光を検出する第1の光検出素子と、前記第1の光検出素子の
信号を電圧に変換する第1の光電流電圧変換回路と、前記第1の光電流電圧変換回路の信
号を増幅する第1の増幅回路と、前記第1の増幅回路の信号をデジタル変換してリファレ
ンス信号を出力する第1のアナログ・デジタル変換回路と、
試料用のセルと、前記セルを透過した光を検出する第2の光検出素子と、前記第2の光
検出素子の信号を電圧に変換する第2の光電流電圧変換回路と、前記第2の光電流電圧変
換回路の信号を増幅する第2の増幅回路と、前記第2の増幅回路の信号をデジタル変換し
てサンプル信号を出力する第2のアナログ・デジタル変換回路と、
前記第1のアナログ・デジタル変換回路のリファレンス信号と前記第2のアナログ・デ
ジタル変換回路のサンプル信号とが入力され当該リファレンス信号とサンプル信号から吸
光度を演算する演算部とを有し、
試料用のセルを取り替える際に、前記第1及び第2の増幅回路のゲインをオートゼロ時に再設定されることを特徴とする液体クロマトグラフ用検出器。 A light source, a first optical element that extracts light of a specific wavelength from the light from the light source, a second optical element that divides the light from the first optical element,
A first photodetecting element that detects light from the second optical element; a first photocurrent-voltage conversion circuit that converts a signal of the first photodetecting element into a voltage; and the first photocurrent. A first amplifier circuit that amplifies the signal of the voltage converter circuit; a first analog-digital converter circuit that digitally converts the signal of the first amplifier circuit and outputs a reference signal;
A sample cell, a second photodetection element for detecting light transmitted through the cell, a second photocurrent-voltage conversion circuit for converting a signal of the second photodetection element into a voltage, and the second A second amplifying circuit for amplifying the signal of the photocurrent-voltage converting circuit, and a second analog / digital converting circuit for digitally converting the signal of the second amplifying circuit and outputting a sample signal;
A reference unit of the first analog-digital conversion circuit and a sample signal of the second analog-digital conversion circuit are input, and a calculation unit that calculates absorbance from the reference signal and the sample signal;
A liquid chromatograph detector, wherein when the sample cell is replaced, the gains of the first and second amplification circuits are reset at auto-zero.
前記第1の光学素子は、グレーティングであり、前記第2の光学素子は、ハーフミラー
であり、前記セルは、フローセルであり、前記演算部に入力する信号は、前記サンプル信
号と前記リファレンス信号の少なくともいずれかであることを特徴とする液体クロマトグ
ラフ用検出器。 In claim 1,
The first optical element is a grating, the second optical element is a half mirror, the cell is a flow cell, and a signal to be input to the arithmetic unit is the sample signal and the reference signal. A detector for liquid chromatography, which is at least one of them.
前記演算部に入力するサンプル信号とリファレンス信号が任意の波長において所定範囲
となるように信号を増幅することを特徴とする液体クロマトグラフ用検出器。 In Claim 1, the first and second amplifier circuits are:
A liquid chromatograph detector, wherein the signal is amplified so that a sample signal and a reference signal input to the arithmetic unit are in a predetermined range at an arbitrary wavelength.
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