JP2020003215A - フローセル - Google Patents
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Abstract
【課題】光学分析装置の小型化を可能とするフローセルを提供する。【解決手段】本フローセル１は、第１面１１ａを備えたセル本体１１と、セル本体に設けられた流路１２と、流路を介して第１面と対向するセル本体の第２面１１ｂに設けられ、流路とは反対側に突起する、湾曲面１３ａを備えた凸部１３と、湾曲面に形成された反射体１４と、を有し、第１面から流路に入射する測定光Ｌが、湾曲面で反射体に反射され、反射光Ｒが第１面側で受光可能である。【選択図】図３
Description
本発明は、フローセルに関する。
ライフサイエンス、医薬品開発、環境評価等の様々な分野で光学を用いた分析が行われている。分析の手法としては、例えば、吸光光度法や蛍光分析法等がある。これらは、フローセルの流路内の試料に紫外、可視、赤外等の波長の測定光を照射し、透過光や反射光の波長特性を分析する手法である。
フローセルを用いた光学分析装置は、例えば、光照射部、光検出部、集光レンズ、ミラー等の多くの個別部品で構成されており、これらの個別部品を配置するスペースが必要なため、小型化することが困難であった。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、光学分析装置の小型化を可能とするフローセルを提供することを課題とする。
本フローセルは、第１面を備えたセル本体と、前記セル本体に設けられた流路と、前記流路を介して前記第１面と対向する前記セル本体の第２面に設けられ、前記流路とは反対側に突起する、湾曲面を備えた凸部と、前記湾曲面に形成された反射体と、を有し、前記第１面から前記流路に入射する光が、前記湾曲面で前記反射体に反射され、前記第１面側で受光可能であることを要件とする。
開示の技術によれば、光学分析装置の小型化を可能とするフローセルを提供できる。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
〈フローセル〉
図１は、本実施の形態に係るフローセルを例示する斜視図である。図２は、本実施の形態に係るフローセルを例示する断面図であり、図１を一点鎖線Ａの部分で切断した縦断面を示している。
図１は、本実施の形態に係るフローセルを例示する斜視図である。図２は、本実施の形態に係るフローセルを例示する断面図であり、図１を一点鎖線Ａの部分で切断した縦断面を示している。
図１及び図２を参照するに、フローセル１は、セル本体１１と、流路１２と、凸部１３と、反射体１４とを有している。
セル本体１１は、流路１２や凸部１３が形成される部分であり、例えば、四角柱状に形成されている。セル本体１１の材料としては、セル本体１１に入射される光の波長に対して透過率の高い材料が選択される。具体的には、セル本体１１に入射される光の波長を考慮してガラス材料やプラスチック材料が選択されるが、紫外から赤外までの比較的広い波長範囲の光に対して高い透過率を有する石英ガラスを用いることが好ましい。
流路１２は、試料（検査対象物である液体や気体）が流れる路である。流路１２はセル本体１１を貫通しており、一方の開口端が試料を外部から流路１２に導入する導入口１２ａ、他方の開口端が流路１２内を流れてきた試料を流路１２から外部に排出する排出口１２ｂとなる。なお、図２の２つの矢印は、試料が流路１２内を流れる方向を示している。
流路１２の横断面形状（図２の矢印方向と垂直な方向の断面形状）は、例えば矩形とすることができるが、円形や楕円形等であってもよい。セル本体１１に流路１２を形成するには、セル本体１１を機械加工して貫通孔を設ける方法を用いてもよいし、互いに独立した４枚の板状材料を接合（例えば、融着等）する方法を用いてもよい。
セル本体１１は、第１面１１ａと、流路１２を介して第１面１１ａと対向する第２面１１ｂとを備えている。第１面１１ａは平坦面である。第２面１１ｂには、流路１２とは反対側に突起する凸部１３が設けられている。凸部１３は、第２面１１ｂとは反対側に湾曲面１３ａを備えている。なお、セル本体１１と凸部１３とは一体化されているが、便宜上、図２では両者の境界を破線で示している。
凸部１３の湾曲面１３ａには反射体１４が形成されている。反射体１４は、凸部１３の湾曲面１３ａからセル本体１１の第２面１１ｂに延在してもよい。反射体１４の材料としては、セル本体１１に入射される光の波長に対して反射率の高い材料が選択される。具体的には、反射体１４の材料として、例えば、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属材料を用いることができる。反射体１４は、例えば、スパッタ法により形成できる。反射体１４の厚さは、例えば、１μｍ以下程度とすることができる。
凸部１３の湾曲面１３ａに反射体１４を形成することにより、セル本体１１の第１面１１ａから流路１２に入射する光が、湾曲面１３ａで反射体１４に反射され、セル本体１１の第１面１１ａ側で受光可能となる。
凸部１３の形状は、セル本体１１の第１面１１ａから流路１２に入射する光を湾曲面１３ａに形成された反射体１４で反射し、セル本体１１の第１面１１ａ側で受光可能とする機能を有する形状であれば特に限定されないが、例えば、ドーム状とすることができる。ここで、ドーム状とは、周囲から中心に向かって突起量が漸増する形状を指す。セル本体１１の第２面１１ｂに凸部１３を形成するには、セル本体１１の第２面１１ｂ側を予め厚く形成して機械加工（例えば、研磨等）する方法を用いてもよいし、別体の凸部１３をセル本体１１の第２面１１ｂに接合（例えば、融着等）する方法を用いてもよい。
凸部１３の湾曲面１３ａは、放物面であることが好ましい。放物面である湾曲面１３ａに反射体１４が形成されていると、セル本体１１の第１面１１ａ側の様々な方向からセル本体１１に入射する光を、湾曲面１３ａでセル本体１１の第１面１１ａ側の一点（凸部１３の焦点）に集光するように反射することができる。従って、凸部１３の湾曲面１３ａが放物面であると、フローセル１を光学分析装置に用いる際に、凸部１３の焦点に光検出部を配置すれば、光照射部は、セル本体１１の第１面１１ａから流路１２に入射する光を照射可能な任意の位置に配置できる。
なお、凸部１３の湾曲面１３ａが放物面でない場合には、フローセル１を光学分析装置に用いる際に、光照射部から照射された光の反射光を受光可能な適宜な位置に光検出部を配置すればよい。
このように、凸部１３は集光レンズとして機能し、反射体１４はミラーとして機能することができる。凸部１３及び反射体１４をセル本体１１と一体化することで、各々が個別に配置されていた従来のフローセルと比べて部品点数を減らすことが可能となり、フローセル１を小型化することができる。
〈光学分析装置〉
図３は、本実施の形態に係る光学分析装置を例示する模式図である。図３を参照するに、光学分析装置５は、吸光分析や蛍光分析を行う装置であり、フローセル１と、光照射部２と、光検出部３と、電気ブロック４とを有している。電気ブロック４は、光源駆動部４１と、Ａ／Ｄ変換部４２と、信号処理部４３と、制御部４４とを有している。
図３は、本実施の形態に係る光学分析装置を例示する模式図である。図３を参照するに、光学分析装置５は、吸光分析や蛍光分析を行う装置であり、フローセル１と、光照射部２と、光検出部３と、電気ブロック４とを有している。電気ブロック４は、光源駆動部４１と、Ａ／Ｄ変換部４２と、信号処理部４３と、制御部４４とを有している。
光照射部２は、フローセル１の第１面１１ａ側に配置されており、フローセル１に光を照射する機能を有する。光照射部２としては、例えば、発光ダイオード、スーパールミネッセンスダイオード、レーザダイオード等の発光素子を用いることができる。これらの発光素子は、発光スペクトルのピーク幅が狭いため、分光器による単色光化を行うことなく、そのまま測定光として使用できる点で好適である。
光検出部３は、フローセル１の第１面１１ａ側に配置されており、光照射部２がフローセル１に照射した光の反射光を受光してアナログ電圧に変換する機能を有する。光検出部３としては、例えば、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の受光素子を用いることができる。光検出部３として、光照射部２の波長に対する感度が高い受光素子を選択することが好ましい。
電気ブロック４の光源駆動部４１は、制御部４４の指令を受けて光照射部２に電流を供給し、光照射部２を発光させる。光源駆動部４１は、光照射部２を連続発光させることもパルス発光させることもできる。
Ａ／Ｄ変換部４２は、光検出部３が受光しアナログ電圧に変換した検出信号をデジタル信号に変換して信号処理部４３に送る。信号処理部４３は、Ａ／Ｄ変換部４２から得たデジタル信号に基づいて吸光分析や蛍光分析を行う機能を有する。制御部４４は、光学分析装置５の全体的な制御を司る部分であり、例えば、光源駆動部４１や信号処理部４３に指令を出す。
信号処理部４３及び制御部４４は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、メインメモリ等を含む構成とすることができる。
この場合、信号処理部４３及び制御部４４の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。但し、信号処理部４３及び制御部４４の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、信号処理部４３及び制御部４４は、物理的に複数の装置等により構成されてもよい。
光照射部２、光検出部３、及び電気ブロック４は、所定形状のホルダーにより、セル本体１１の第１面１１ａ側に固定することができる。
図３において、フローセル１の流路１２内の矢印方向に試料が流れている状態で、制御部４４の指令を受けて光源駆動部４１が光照射部２に電流を供給すると、光照射部２が発光して測定光Ｌがセル本体１１の第１面１１ａ側からフローセル１に照射される。なお、流路１２内に試料を流すのは、流路１２内に気泡が溜まらないようにするためである。
フローセル１に照射された測定光Ｌは流路１２内を流れる試料を透過して湾曲面１３ａで反射体１４に反射され反射光Ｒとなる。反射光Ｒは、再び流路１２内を透過し、セル本体１１の第１面１１ａ側に配置された光検出部３に受光される。光検出部３が受光する反射光Ｒの光量は、流路１２内を流れる試料による吸収の度合いを反映したものである。
光検出部３は、受光した反射光Ｒを光量に対応したアナログ電圧に変換して検出信号を生成し、Ａ／Ｄ変換部４２に送る。Ａ／Ｄ変換部４２は検出信号をデジタル信号に変換して信号処理部４３に送り、信号処理部４３はＡ／Ｄ変換部４２から得たデジタル信号に基づいて、例えば、流路１２内を流れる試料の吸光度を算出することができる。
なお、図３では、光照射部２が１つであったが、光照射部２を複数個配置してもよい。例えば、発光波長の異なる複数の光照射部２を配置することができる。特に、凸部１３の湾曲面１３ａが放物面である場合には、凸部１３の焦点位置に光検出部３を配置しておけば、光照射部２をどこに配置しても反射光Ｒは光検出部３の位置に戻ってくる。従って、複数の光照射部２を容易に配置することができる。複数の光照射部２は、例えば、セル本体１１の第１面１１ａの法線方向から視て、光検出部３を中心とした円周上に配置することができる。
このように、光学分析装置５は、フローセル１を用いているため、従来の光学分析装置と比べて部品点数を減らすことが可能となる。これにより、光学分析装置５を小型化することが可能となる。その結果、光学分析装置５を用いることで、様々な場所で光学分析を行うことができ、迅速に測定結果が得ることができる。
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
１ フローセル
２ 光照射部
３ 光検出部
４ 電気ブロック
１１ セル本体
１１ａ セル本体の第１面
１１ｂ セル本体の第２面
１２ 流路
１２ａ 導入口
１２ｂ 排出口
１３ 凸部
１３ａ 凸部の湾曲面
１４ 反射体
４１ 光源駆動部
４２ Ａ／Ｄ変換部
４３ 信号処理部
４４ 制御部
２ 光照射部
３ 光検出部
４ 電気ブロック
１１ セル本体
１１ａ セル本体の第１面
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１２ａ 導入口
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４２ Ａ／Ｄ変換部
４３ 信号処理部
４４ 制御部
Claims (4)
- 第１面を備えたセル本体と、
前記セル本体に設けられた流路と、
前記流路を介して前記第１面と対向する前記セル本体の第２面に設けられ、前記流路とは反対側に突起する、湾曲面を備えた凸部と、
前記湾曲面に形成された反射体と、を有し、
前記第１面から前記流路に入射する光が、前記湾曲面で前記反射体に反射され、前記第１面側で受光可能であるフローセル。 - 前記凸部の形状はドーム状である請求項１に記載のフローセル。
- 前記湾曲面が放物面である請求項２に記載のフローセル。
- 前記セル本体及び前記凸部は石英ガラスから形成されている請求項１乃至３の何れか一項に記載のフローセル。
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