JPH10170427A - 検出計セルおよび光学測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定室の容積を極めて小さくするため分離キ
ャピラリーカラム自体を検出セルとして利用し、しか
も、検出感度を改善するため、検出光を検出対象である
液体試料と十分に相互作用させることができる光路長を
有する検出計セルを提供する。 【解決手段】 分割した部材（６ａ、６ａ’）をキャ
ピラリー（１０）の一部分の全周を覆うように配置する
とともに、キャピラリーを覆う部位の分割部材の内面に
鏡面（４）を形成するようにして検出セル（２０）を形
成し、かつ、前記鏡面に測定光を入射するための入射口
（１３）、鏡面で反射された後の検出光を出射するため
の出射口（１４）を前記部材（６）に設け、キャピラリ
ー自体を検出計セルにするとともに、検出光を鏡面で多
重反射させて出射させることにより、検出光路長さを充
分に確保するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、極微量の液体試料
中の成分を検出する場合に利用される、紫外あるいは可
視領域の光線の吸収もしくは発光を測定するための検出
計セルおよびこの検出計セルを用いた光学測定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】紫外あるいは可視領域における検体の光
吸収もしくは発光を測定するための検出計セルは、分析
化学の分野（特に環境分析分野、臨床分野、医薬品分野
など）において、極微量成分を正確かつ迅速に分析する
手法（例えばキャピラリー電気泳動（CE）、液体クロマ
トグラフィー（LC）またはフローインジェクション分析
（FIA ）など）の検出計としてよく使用されている。こ
の検出計セルは、通常、分析対象となる液体試料を導入
するための試料導入口、液体試料の流路および液体試料
を排出する試料排出口を有し、その流路中に液体試料と
紫外あるいは可視領域の光線との相互作用領域となる測
定室を有し、前記分析手法に用いられる分析カラムの出
口側に接続して使用される。また測定室には測定光の入
射口と出射口が設けられており、紫外あるいは可視領域
の光線は入射口を通って測定室に存在する液体試料を通
過した後、出射口から出て、測光光学系により検出され
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、例えばキャピ
ラリー電気泳動装置で使用されている従来の検出計セル
は、試料を分離するガラスキャピラリーに比べて一般的
に測定室の容積が大きく、極微量成分を分析する場合、
キャピラリー電気泳動法の有する分離能力を生かせない
ことが多々あった。なぜならば、測定室の体積が大きい
ため、分離した微量成分の再混合や媒体中への拡散が生
じるからである。

【０００４】この問題に対して、例えば、『Analytical
Chemistry、vol.63、p.2835（1991）』に記載されてい
るように、測定室の容積を低減した小型セルを用いたレ
ーザ励起蛍光検出器（図５参照）の試みなど、測定体積
を小さくする努力がなされているが、小型化が十分でな
いため分解能と精度の点で改善の余地を有している。ま
た一方、分離キャピラリーカラム自体を検出セルとして
利用する方式が研究されている。この場合、分析に必要
な試料体積および測定室の容積は極めて小さくできる
が、光路長が短いなどの理由で検出感度が不足すること
が問題となっている。

【０００５】本発明は、このような課題を解決するため
に考案されたものであり、その目的とするところは、測
定室の容積を極めて小さくするため分離キャピラリーカ
ラム自体を検出セルとして利用し、しかも、検出感度を
改善するため、検出光を検出対象である液体試料と十分
に相互作用させることができる光路長を有する検出計セ
ルを実現することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
になされた本発明の検出計セルは、分割した部材を分離
キャピラリーカラムの一部分の全周を覆うように配置す
ることで、検出計セルを構成する。その部材は、例えば
シリコンを材料とし、部材のキャピラリーに対向する内
面は検出光を効率よく反射する鏡面、例えばAl薄膜で形
成されており、一部には入射窓、出射窓として利用する
開口部が存在する。これら部材を組み合わせて、分離キ
ャピラリーカラムの一部全周を覆うことで、分離キャピ
ラリーカラムの一部を検出セルとして利用し、しかも、
検出感度を改善するため、入射口から入射した光が検出
セル内面の光学反射面で多重反射し、出射窓から出射す
るように構成したことを特徴とする。

【０００７】また、上記問題を解決するためになされた
本発明の検出計セルを用いて測定を行なう光学測定装置
は、前記検出計セルを用い、前記検出計セルの入射窓に
検出光を照射する光源、前記検出計セルの出射窓からの
検出光を測定する光検出器、前記検出計セルを位置決め
する手段とを備え、前記検出計セルによる光学測定をす
ることを特徴とする。

【０００８】すなわち、分離キャピラリーカラム自体を
検出セルとして利用することで、測定室の容積を極めて
小さくできる。また、部材の内面に反射面を形成し、部
材の入射口から検出用入射光を適切な角度で検出計セル
に入射することで、測定室として機能する分離キャピラ
リーカラムの一部を検出光が複数回反射してからセルを
出射するように調節すれば、反射回数の増加に伴い検出
光と検体が相互作用する光路長が実質的に増大し、従来
に比べて検出感度が向上する。

【０００９】ここで、検出セルを構成する部材の内、少
なくとも一つの部材の形状は凹形状で、検出セル構成時
に、分離キャピラリーカラムの全周を覆うことができ、
可能な限り分離キャピラリーカラムとの間に隙間を残さ
ない形状が望ましい。入射口と出射口の配置により決定
する測定室の長さは、分解能を低下させないために数10
〜数100 μm 程度が望ましい。

【００１０】また、紫外線吸収により検体を検出する場
合は、反射面材料としては紫外線領域の光に対して反射
率の大きいAl（アルミ）が望ましい。可視光を用いて検
出する場合は、例えばシリコンを材料として、異方性エ
ッチングにより内面が鏡面な凹形状を形成した部材をそ
のまま利用することもできる。

【００１１】本発明によれば、分離キャピラリーカラム
の一部を測定室として使用するため、十分に微小な体積
の測定室を実現でき、各種分離分析手段の分離能力低下
を招かない。また、部材の内面に形成された反射面を用
いて、検出光が測定室を複数回通過する構成の検出計セ
ルが実現でき、従来に比べて光路長を実質的に増大させ
ることにより検出感度を向上できる。さらに、紫外線吸
収により検体を検出する場合は、Alの反射面を用いるこ
とにより、紫外線領域の光吸収測定に使用可能な多重反
射検出計セルが実現できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、以下、図
面に基づいて説明する。

【００１３】図２に本発明の一実施例である検出セルの
断面図を示す。

【００１４】検出セルを構成する部材６ａ、６ａ’を重
ね合わせて、分離キャピラリーカラム１０の一部分の全
周を覆う。この部材６ａ、６ａ’には、シリコン基板が
用いられる。部材の材料は、分離キャピラリーカラムを
覆う内面が鏡面にすることができる材料であればよく、
例えば、金属、プラスチックなどであってもよい。

【００１５】このとき、部材６ａ、６ａ’と分離キャピ
ラリーカラム１０間に空隙が存在するが、光の散乱を最
小限に止めるため、その空隙を分離キャピラリーカラム
の材質である石英と同程度の屈折率を有するグリース１
１を充填する。これらは、固定部材１２ａにより固定さ
れる。固定部材は、部材６ａ、６ａ’を密着させて固定
できるものであれば特に形状、材質にこだわるものでは
ないが、脱着が容易な形状、材質が望ましい。

【００１６】以上の構成により、十分に微小な体積の測
定室を実現できる。また、検出計セルの入射口１３から
検出用入射光１５を適切な角度で入射することで、検出
光１６が測定室として機能する分離キャピラリーカラム
１０の一部分を複数回反射してから出射口１４を通過し
て出射するように調節することで、反射回数の増加に伴
い検出光と検体が相互作用する光路長が実質的に増大
し、従来に比べて検出感度が向上する。

【００１７】図１は、図２に示すような、シリコンを材
料とした検出セルの一実施例のプロセス図である。図１
（１）において１はシリコン基板である。シリコン基板
１の両面に、後に行なう異方性エッチング時のエッチン
グマスクとして機能する保護膜２（例えば、熱酸化によ
り形成した厚み約1.5 μm のＳｉＯ２膜）を形成する。
保護膜２の材質、成膜法および厚みは、保護膜２が異方
性エッチング時のエッチングマスクとして機能するもの
であれば何でも良く、例えば、減圧CVD （LPCVD ）によ
り成膜した厚み数1000ÅのＳｉ３Ｎ４膜でも良い。この
場合は、Ｓｉ３Ｎ４膜をパターニングするためのマスク
として、例えば、減圧ＣＶＤで成膜したＳｉＯ２膜が必
要である。

【００１８】図１（２）では、フォトレジスト３を、例
えばAZ4620を3000rpm 、40秒間の条件（厚み約７μm ）
にてスピンコートし、露光・現像する。ここで、フォト
レジストの露光は、一般に半導体製造に用いられている
アライナもしくはステッパなどを用いて行うことができ
る。また、使用するフォトレジストの材質および厚みは
特に限定されるものではなく、後のＳｉＯ２膜パターニ
ング工程における溶液に耐える材質および厚みであれば
何でも良い。さらに、フォトレジストを現像する現像液
は、用いるフォトレジストを現像するために使用されて
いるものであれば、特に限定されるものではない。

【００１９】図１（３）では、ＨＦ：Ｈ２Ｏ=1:50 のＨ
Ｆ水溶液を用いて（室温）、保護膜２であるＳｉＯ２膜
をパターニングする。その後、フォトレジスト３を除去
する。Ｓｉ３Ｎ４膜を保護膜２に使用した場合は、さら
にリン酸（180 ℃）を用いてＳｉ３Ｎ４膜をパターニン
グすればよい。

【００２０】図１（４）では、40wt％KOH を用いて（80
℃）、分離キャピラリーカラムを覆うことができる凹形
状および検出光の窓を形成するための異方性エッチング
を行なう。異方性エッチングに用いるエッチャントは、
その他にTMAH（テトラメチルアンモニウムハイドライ
ド）、ヒドラジンなどを用いても良い。

【００２１】図１（５）では、凹部を形成した部材の分
離キャピラリーカラムに対向する内面に、例えばAl薄膜
反射膜４（厚み数1000Å以下）を形成する。さらに、図
には示さないが、その上にAl薄膜の酸化を防止するた
め、例えばスパッタ成膜された石英よりなるAl用保護膜
（厚み数100 〜数1000Å）を形成しても良い。尚、図１
（５）（６）は検出用窓を含まない断面を示すために図
１（４）までとは別断面を示している。

【００２２】このようにして作製した部材６、６’を２
枚重ね合わせて、図１（６）のように構成すれば、分離
キャピラリーカラムの一部分において全周を覆う検出計
セルが実現する。

【００２３】図３は、上記実施例の変形例を示す断面図
である。構成はほぼ同様であるが、分離キャピラリーカ
ラム１０を固定する凹部が６ｂ’側にのみ形成されてお
り、部材６ｂ、６ｂ’を重ね合わせて、分離キャピラリ
ーカラム１０の一部分の全周を覆う。同様に、部材６
ａ、６ａ’と分離キャピラリーカラム１０間の空隙に石
英と同程度の屈折率を有するグリース１１を充填し光の
散乱を最小限に止め、固定部材１２ｂにより固定され
る。

【００２４】図４に本検出計セルを用いた光学測定装置
を示す。図において、２１は重水素ランプ、タングステ
ンランプ、分光器が内蔵された所定の波長の光を送り出
す紫外可視光源、２２はフォトダイオードアレイ検出器
を使用した測光光学系を有する光検出器であり、いずれ
も紫外可視測定に一般的に用いられるものである。２３
はステージであり、検出計セル部２０を位置決めできる
凹部２４が設けられている。さらに、光源２１からの光
が検出計セル部の入射窓１３から入射でき、出射窓１４
からの光が光検出器２２に受光できるようにしてある。
これにより、ステージ２３の凹部２４に検出計セル部２
０をセットするだけで、光学測定が可能になる。光源お
よび入射窓と、光検出器および出射窓は、同一面上への
配置にこだわらず例えば反対側でもよい。

【００２５】以下に、本発明の実施態様をまとめてお
く。

【００２６】（１） キャピラリー内を流動してくる試
料を光学的に検出する検出計セルにおいて、２つのシリ
コン基板をキャピラリーの一部分の全周を覆うように挟
むようにして配置するとともに、キャピラリーを覆う部
位のシリコン基板の内面に鏡面を形成するようにして検
出セルを形成し、かつ、前記鏡面に測定光を入射するた
めの入射口、鏡面で反射された後の検出光を出射するた
めの出射口を前記部材に設けたことを特徴とする検出計
セル。

【００２７】（２） キャピラリー内を流動してくる試
料を光学的に検出する検出計セルにおいて、分割した部
材をキャピラリーの一部分の全周を覆うように配置する
とともに、キャピラリーを覆う部位の分割部材の内面に
アルミ薄膜を用いた鏡面を形成するようにして検出セル
を形成し、かつ、前記鏡面に測定光を入射するための入
射口、鏡面で反射された後の検出光を出射するための出
射口を前記部材に設けたことを特徴とする検出計セル。

【００２８】

【発明の効果】本発明の検出計セルによれば、分離キャ
ピラリーカラム自体の一部を検出計セルとして使用でき
るため、各種分離分析手段の分離能力を損なわない測定
室を実現できる。さらに、検出計セルの流路内面に形成
された反射面を用いて、検出光が測定室を複数回通過す
る構成の多重反射検出計セルを実現することにより、実
質的な光路長が増大し、従来に比べて検出感度が向上す
る。

【００２９】また、検体が紫外線領域に吸収を持つ成分
を含む場合、紫外線領域の光に高い反射率を有するAlの
反射面を用いることにより、紫外線領域の光吸収測定に
使用可能な多重反射検出計セルが実現できる。

【００３０】加えて、本発明の検出計セルは、分離キャ
ピラリーカラムとの脱着が極めて容易であり、キャピラ
リーカラムの交換時などにおける作業量を大幅に低減で
きる。

【００３１】さらに、本発明の検出計セルは半導体製造
技術を用いて作製されるため、検出計セルを構成する部
材は小型・高精度に加工されており、さらに複数の部材
を一括して生産することが可能ゆえコストダウンに有利
である。

【００３２】さらに、本発明の光学測定装置を用いれ
ば、上記特徴を有する検出計セルの入射、反射口を光学
測定装置の光学計と簡単に位置決めさせることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である検出計セルの製造工程
を示す図。

【図２】本発明の一実施例である検出計セルの断面図お
よび横断面図。

【図３】本発明の他の一実施例である検出計セルの断面
図および横断面図。

【図４】本発明の一実施例である光学測定装置の構成
図。

【図５】従来の小型セルを用いたレーザ励起蛍光検出器
の説明図。

【符号の説明】

１：シリコン基板 ６ａ、６ａ’：部材 １０：分離キャピラリーカラム １１：グリース １２ａ：固定部材 １３：入射口 １４：反射口 １５：入射光 １６：検出光 ２０：検出セル部 ２１：光源 ２２：光検出器 ２３：ステージ ２４：凹部（位置決め手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】キャピラリー内を流動してくる試料を光学
   的に検出する検出計セルにおいて、分割した部材をキャ
   ピラリーの一部分の全周を覆うように配置するととも
   に、キャピラリーを覆う部位の分割部材の内面に鏡面を
   形成するようにして検出セルを形成し、かつ、前記鏡面
   に測定光を入射するための入射口、鏡面で反射された後
   の検出光を出射するための出射口を前記部材に設けたこ
   とを特徴とする検出計セル。
2. 【請求項２】検出計セルの入射口に向けて検出光を照射
   する光源、検出計セルの出射口からの検出光を測定する
   光検出器とを備え、かつ、光源、光検出器、検出計セル
   とを位置決めする手段とを備えた、請求項１の検出計セ
   ルを用いて光学測定を行うための光学測定装置。