JPH06308024A - 流体試料の測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は高感度・高安定な液体クロマト
グラフ用フローセル検知器システムを提供する。 【構成】試料流通孔１０の近傍に参照孔１１を持つフロ
ーセル部において、試料流通孔１０と参照孔１１の孔内
壁面を光学研磨し、かつその穴断面径を等しくする。試
料流通孔１０と参照孔１１の後には各々の光検出用のた
めの試料光検知器７および参照光検知器８が設置されて
いる。この参照光検知器系回路の応答速度は試料光検知
器系の応答速度より遅くなっている。 【効果】本発明によれば、検出する光のロスなく長時間
安定な電気的ノイズの低減された液体クロマトグラフ用
フローセル検知器システムを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体試料の測定装置に
係り、特に液体クロマトグラフのように組成の変化しつ
つある液体をフローセル部に流して光学的に測定する測
定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液体クロマトグラフ用検出器とし
ては、光度計を用いるものが多く、そのような光度計に
は分離カラムから流出する液が導かれるフローセルが設
置されている。

【０００３】通常の光度計の光源は点光源でないため、
光学系によってフローセルへの照射光を平行光束に近い
状態にしても、その光束が広がることが避けられない。
液体クロマトグラフにおけるフローセルには組成の変化
しつつある液体が分離カラムから流入するので、屈折率
の異なる成分領域の部分を照射光束が必然的に通ること
になり、この際に屈折率の差に基づくレンズ効果により
フローセルの試料流通孔内で光線の方向が曲げられる。
このような光線方向の変更により照射光束は試料流通孔
の内壁面で散乱吸収される。米国特許第4,276,475 号
は、この問題を取り上げ、フローセルの試料流通孔と参
照孔の両方を、光束の進行方向に対して広がるような円
錐形状にすることによって、内壁面による光吸収を減じ
ている。

【０００４】一方、米国特許第4,468,124 号は、フロー
セルの試料流通孔の近くに、この孔よりも大きな径の参
照孔を設け、その参照孔に光量を極力多く取り込むこと
によってショットノイズを低減する方法を提案してい
る。

【０００５】さらに、米国特許第4,823,168 号は、単一
のフローセルを形成するために、２個の半ボディ部材を
接合して一体化する点および各半ボディに形成した溝上
に光反射層を形成する点を示しており、これによりセル
室の容積を小さくしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】米国特許第4,276,475
号では、母材となるセルボディに略円錐状の孔を穿った
だけであるため、流通液内の屈折率差に基づくレンズ効
果による光の発散に対し十分に対処できず、セル室
（孔）の内壁による光吸収が避けられない。又、このよ
うな形状のセル室はその容積が大きくならざるを得な
い。

【０００７】米国特許第4,468,124 号の構成では、セル
室（試料流通孔）を流れる液体試料を長時間安定に測定
することが困難である。その理由は、試料流通孔および
参照孔に対し光軸位置が経時的に変動することによる。
又、米国特許第4,823,168 号は単一のセル室を示してい
るだけであり、試料流通孔と参照孔のそれぞれを経て得
られた透過光を関係づけることについて配慮していな
い。

【０００８】本発明の目的は、フローセル部の試料流通
孔および参照孔を通る照射光に光軸位置の経時的変動が
あっても、検出される試料光信号と参照光信号の比率変
化が生じることなく高精度測定ができる流体試料の測定
装置を提供することにある。本発明の他の目的は、フロ
ーセル部の試料流通孔内を流れる組成変化しつつある液
体の移動に伴う状態変化に追従できるにもかかわらず、
測定時のノイズを低減することができる流体試料の測定
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、試料流通孔と
参照孔を形成したフローセル部を有し、上記試料流通孔
に流体試料を流通せしめてこの試料を光学的に測定する
流体試料の測定装置において、フローセル部の試料流通
孔および参照孔の両方が同じ孔断面積を有する柱状であ
るように形成し、試料流通孔および参照孔の内表面を鏡
面状態にし、試料流通孔の透過光検出信号と参照孔の透
過光検出信号を比較する手段を設けたことを特徴とす
る。

【００１０】また、本発明は、フローセル部の試料流通
孔および参照孔の両方が同じ孔断面積を有する柱状であ
るように形成し、試料流通孔および参照孔のそれぞれの
透過光を検出する光検出部に前置増幅器をそれぞれ対応
づけて接続し、参照用前置増幅器としては試料用前置増
幅器の時定数より大きな時定数を有するものを設け、試
料用前置増幅器の出力と参照用前置増幅器の出力を比較
する手段を設けたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】本発明では、フローセル部の試料流通孔および
参照孔の両方の内表面を鏡面状態にするので、両方の孔
内における照射光束の反射の条件を実質的に同じにでき
る。内表面で反射された光はそれぞれの孔に対応して配
置されている光検出部によって検出される。鏡面状態に
することは、壁表面に不規則に多数の凹凸が存在するこ
とを排除する。フローセル部の試料流通孔と参照孔と
は、実質的に同じ大きさにする。特に、両方の孔の断面
積を同じにし、いずれの孔も柱状にする。これらの孔が
円柱である場合には、実質的に有効口径を等しくする。
これにより、長時間の間に少しずつ光軸変動が生じた場
合でも、両透過光信号を比較するために例えば比をとれ
ば安定した出力を得ることができる。

【００１２】光吸収式検出器においては試料流通孔に流
れる試料の光吸収によって、試料の定性定量分析を行お
うとするもので、参照孔を通過する参照光は吸収ゼロの
基準光として検出されるものである。このような意味合
いにおいて、試料流通孔を通過する試料光の検出はその
孔を流れる試料の流れに追随して迅速に応答しなければ
ならないが、参照光は試料光に比べるとその時間変化は
非常に遅いものである。これに着目して、試料側前置増
幅器の時定数を決める試料側時定数設定コンデンサは試
料の流れに追随できる早さの容量とする。一方、参照側
前置増幅器の時定数を決める参照側時定数設定コンデン
サの容量は試料側時定数設定コンデンサに比較して大き
な容量とすることによりランダムノイズを低減する。

【００１３】

【実施例】図２は、本発明の一実施例としての液体クロ
マトグラフ装置の概略構成図である。図２において、溶
離液槽６１内の溶離液は、ポンプ６３により流路６２を
経て分離カラム６５へ向けて一定流量で送液される。被
検成分を含む混合物試料液は、試料導入部６４から流路
系内に導入され、分離カラム６５において各成分毎に分
離され、各成分領域が時間経過につれて別れて分離カラ
ム６５から流出し、フローセル部へ供給される。フロー
セル部は、フローセルブロック５に試料流通孔１０およ
び参照孔を穿ったものであり、試料流通孔１０へはセル
入口５１を介して分離カラム６５からの流出液が導入さ
れ、セル出口５２から排出される。試料が試料流通孔１
０を通るときに光検出器７によって得られた信号が信号
処理回路３０によって処理され、表示装置３７にクロマ
トグラムおよび各成分濃度が表示される。

【００１４】測定装置の光学系を図２および図３を参照
して説明する。フローセルブロック５に隣接して分光器
４０が配設される。光源１からの光は、集光ミラー２に
より分光器４０の一対の入射スリット３に集光される。
入射スリット３からの光は回転角を変えられる凹面回折
格子４により分光され、単色光が分光器４の一対の出射
スリット４１から取り出されてフローセルブロック５の
試料流通孔１０および参照孔１１に照射される。フロー
セルブロック５の後方には、試料流通孔１０を通る試料
光に対応する試料光検知器７と、参照孔１１を通る参照
光に対応する参照光検知器８が配置されている。試料流
通孔１０は液体クロマトグラフの分離カラム６５に連通
されているが、参照孔１１は液体クロマトグラフの流路
系に接続されていない。

【００１５】参照孔１１内には、溶離液と同一組成の緩
衝液，水、又は空気などの流体が封入されており、この
流体は参照孔内で流通されない。検知器７で検出される
試料光信号は、検知器８で検出される参照光信号と信号
処理回路３０において比較される。参照孔１１を通過す
る参照光は試料光に対する基準光量となる。信号処理回
路３０の詳細は後述する。

【００１６】フローセルブロック５の横断面模式図を図
４に示す。フローセルブロック５には試料の流通する試
料流通孔１０と参照孔１１が穿たれており、その後に試
料光検知器７と参照光検知器８が配置されている。試料
流通孔１０および参照孔１１の内面は光学鏡面に研磨さ
れている。試料光１２および参照光１３は出射スリット
４１に相当するフローセルブロック５前面にそれぞれ収
束光束となって結像する。孔１０および孔１１は穴径に
対し奥行き方向が長くこの中に投射した試料光１２と参
照光１３は孔の内壁面にぶつかる。各孔内壁面はそれぞ
れ光学鏡面に研磨されているので、内壁面にぶつかった
光は鏡面反射されて前進して行く。このことは、試料流
通孔１０内を流れる組成が変化しつつある試料の屈折率
差によって起こるレンズ作用のある場合にも効果的に発
揮される。即ち、流体にレンズ作用の起こった時の光線
は非常に大きく曲げられる場合も想定されるが、本実施
例においては、孔内壁面は光学鏡面に研磨されているの
で、どのような角度で入射する光も壁面にぶつかる光は
必ず全反射され効果的に光検知器に捕捉される。この効
果により、壁面による散乱吸収のない感度の良い液体ク
ロマトグラフ用フローセルを得ることができる。

【００１７】次に、図５を参照して試料流通孔１０と参
照孔１１の最適穴径について考察する。試料流通孔１０
の穴断面半径をａとし、参照孔１１の穴断面半径をｂと
する。試料光１２および参照光１３が時間ドリフトによ
ってそれぞれ一定量Δｔだけシフトしたとする。当初半
径ａの試料流通孔１０に重なっていた光および半径ｂの
参照孔１１に重なっていた光がそれぞれΔｔだけずれ
る。この時ずれた光線がそれぞれの試料流通孔１０，参
照孔１１に取り込まれる割合は、移動後の試料光１４お
よび移動後の参照光１５と、試料流通孔１０および参照
孔１１との共通部分すなわち図５において斜線ハッチン
グで示した面積Ｓａ(数１），Ｓｂ(数２）に比例する。
最終のクロマト信号として取り出される量は（数３）で
示される。

【００１８】

【数１】

【００１９】

【数２】

【００２０】

【数３】

【００２１】（数３）においてＩａは試料光１２の光強
度であり、Ｉｂは参照光１３の光強度である。Ｋ_A/Z は
通常オートゼロ補正項と呼ばれるゼロ点の浮き上がり補
正係数である。測定開始に当たっては微視的なＩａとＩ
ｂの差によるゼロのシフトを補正するため、現在の値を
ゼロとすると言うことをキー操作などによって装置側に
知らしめることにより、その時のゼロからの浮き上がり
量をＫ_A/Z 項として差し引く。これによりスタート時点
でのゼロ偏移を補正している。このような機能によりＩ
ａとＩｂは必ずしも等しく無くてもよいように考えがち
である。しかしながら、このように穴径を変えることは
装置の時間的な安定性に悪影響を及ぼす。

【００２２】このことについて、図５および表１を参照
して説明する。（数３）におけるＩａ，Ｉｂは、Ｓａ，
Ｓｂにそれぞれ比例するので、（数１）および（数２）
を（数３）に代入すると、（数３）は（数４）の形に書
き表わせる。

【００２３】

【数４】

【００２４】

【表１】

【００２５】（数４）においてａを単位ユニットとして
１とし、ｂを１.４１(これは試量光Ｉａと参照光Ｉｂの
光量取り込み比として１：２に相当する）としてΔｔを
0.0から１.０ まで変化させたとき吸光度信号Ａｂｓ
（数４）がとのように変化するかを計算したものが表１
である。光束変化量Δｔは０から１まで０.１ 刻みで変
化させている。この時の吸光度信号Ａｂｓを計算したも
のが補正なし吸光度である。補正なし吸光度に対して初
期値Δｔ＝０の時オートゼロ機能を働かせて補正したと
した場合の吸光度信号Ａｂｓがオートゼロ補正吸光度で
ある。オートゼロ補正吸光度の欄を見て分かるように、
光束変化量（Δｔ）の変化と共にオートゼロ補正吸光度
の値も変化することが分かる。Δｔ＝１の時にはオート
ゼロ補正吸光度は０.１５６ と０値から大きくシフトし
ているのが読み取れる。通常の吸光度１近辺の測定にお
いては、これは数十パーセントの大きさの誤差となる。
このような誤差は試料流通孔１０の穴断面半径ａと参照
孔１１の穴断面半径ｂを異ならせることによって生じた
ものである。即ち（数１)，(数２）においてａ＝ｂとす
るとＳａ＝Ｓｂ，Ｓａ／Ｓｂ＝１となり（数４）のＬog
(Ｓａ／Ｓｂ)の項は０となってΔｔの影響は無くなる。
以上の考察の結果に基づき試料流通孔１０の穴断面半径
ａと参照孔１１の穴断面半径ｂを等しくすることによっ
て、長時間にわたって安定な液体クロマトグラフ用フロ
ーセルを得た。

【００２６】次に、信号処理回路３０につき図１を参照
して説明する。試料光１２は光電検知器７により検出さ
れ、参照光１３は光電検知器８により検出される。試料
光検知器７の出力信号は試料側前置増幅器３１に入力さ
れ、参照光検知器８の出力信号は参照側前置増幅器３２
に入力される。増幅器３１の出力と増幅器３２の出力は
対数変換増幅器３５にそれぞれ入力された後、ゼロ補正
器３６において比較され、出力端子３９から補正後の信
号が取り出される。試料側前置増幅器３１と参照側前置
増幅器３２の時定数は違う。参照側前置増幅器３２の時
定数の大きさは、試料側前置増幅器３１の時定数の２〜
５倍に設定される。試料側前置増幅器３１の時定数は、
蓄積時間が０.５ 秒前後が好適である。試料側前置増幅
器３１の時定数は時定数設定コンデンサ３３の容量で決
定され、参照側前置増幅器３２の時定数は時定数設定コ
ンデンサ３４の容量で決定されるので、コンデンサ３４
の容量をコンデンサ３３の容量より大きなものとする。

【００２７】参照光１３を基準に試料光１２の光強度を
測定する液体クロマトグラフ用複光束光度形において試
料の吸収情報の検出を行う試料光側の検出器回路系は試
料の吸収情報の時間変化に応じて速やかに追従する必要
があるが、参照光側は光源のゆらぎや装置の熱歪み等に
よって生じる全体光量の変動に追従すれば良いものであ
る。即ち参照側前置増幅器３２の時定数は試料側前置増
幅器３１の時定数より大きくしてトータルのノイズを低
減することができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、光源のゆらぎや熱歪み
によって生じる長時間ドリフトに対して安定な複光束測
光系を得ることができる。また、試料光に基づく信号変
化に遅れることなく検出器系のノイズを低減することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における信号処理回路を説明
するための図。

【図２】本発明の一実施例としての液体クロマトグラフ
の概略構成図。

【図３】図２の実施例における光学系を説明するための
図。

【図４】図２の実施例におけるフローセル部を示す図。

【図５】試料流通孔と参照孔の関係を説明するための
図。

【符号の説明】

５…フローセルブロック、７…試料光検知器、８…参照
光検知器、１０…試料流通孔、１１…参照孔、１２…試
料光、１３…参照光、３０…信号処理回路、３１，３２
…前置増幅器、３３，３４…時定数設定コンデンサ、３
６…ゼロ補正器、４０…分光器、６５…分離カラム。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試料流通孔と参照孔を形成したフローセル
   部を有し、上記試料流通孔に流体試料を流通せしめてこ
   の試料を光学的に測定する流体試料の測定装置におい
   て、上記試料流通孔および上記参照孔の両方が同じ孔断
   面積を有する柱状であるように形成し、上記試料流通孔
   および上記参照孔の内表面を鏡面状態にし、上記試料流
   通孔の透過光検出信号と上記参照孔の透過光検出信号を
   比較する手段を設けたことを特徴とする流体試料の測定
   装置。
2. 【請求項２】請求項第１項記載の装置において、上記試
   料流通孔の光入射窓と上記参照孔の光入射窓を同一部材
   で形成したことを特徴とする流体試料の測定装置。
3. 【請求項３】試料流通孔と参照孔を形成したフローセル
   部を有し、上記試料流通孔に流体試料を流通せしめてこ
   の試料を光学的に測定する流体試料の測定装置におい
   て、上記試料流通孔および上記参照孔の両方が同じ孔断
   面積を有する柱状であるように形成し、上記試料流通孔
   および上記参照孔のそれぞれの透過光を検出する光検出
   部に前置増幅器をそれぞれ対応づけて接続し、参照用前
   置増幅器としては試料用前置増幅器の時定数より大きな
   時定数を有するものを設け、上記試料用前置増幅器の出
   力と上記参照用前置増幅器の出力を比較する手段を設け
   たことを特徴とする流体試料の測定装置。
4. 【請求項４】請求項第３項記載の装置において、上記試
   料流通孔および上記参照孔の内表面を鏡面状態にしたこ
   とを特徴とする流体試料の測定装置。
5. 【請求項５】請求項第３項又は第４項記載の装置におい
   て、上記試料用および参照用前置増幅器は、それぞれ時
   定数設定用コンデンサを有することを特徴とする流体試
   料の測定装置。