JPS58500183A - 流体試料の測定のための複光束光度計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 流体試料の泪１１定のための複光束光度計本発明は広くは流体試料の測定１で関 し、より詳細には、測光フローセル内の試料のような光学測定に関する。本発明 は、特に、クロマトグラフ用カラムから取り出された連続した流体試料成分の流 れが個々の試料成分の分析のために測光フローセルを経て流動する液体クロマト グラフンステムに使用するのに適する。

複光束光度計は、流体試料の光学測定のために、流体流動システムに長く使用さ れている。一つの共通する形態として、そのような光度計は、一対の光伝達通路 −流体試料を受け入れるべく形成された試料通路および基準流体を受け入れもし くは全く流体を受け入れないように形成された基準通路を有するフローセル本体 を含む。光源からの光は試料光束および基準光束１ｃ分割され、対応する試料通 路および基準通路、従ってその内部の試料または基準流体を通過する。試料光束 および基準光束のエネルギー比の測定、延いては試料の特性（通常は吸収）の測 定のため（ｙ、光検出器め；それぞれの通路から現われる光を遮る。

複光束システムの主たる利点は、二つの進路における共通モードノイズの影響を 除き、従って、高い共通モード阻止比（ｃｏｍｍｏｎ　ｍｏｄｅ　ｒｅｊｅｃｔ ｉｏｎ　ｒａｔｉｏ）を示す出力信号を起生ずるという固有性に在る。

高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）πおいて、複光束フローセル光度計は 、クロマトグラフ用カラムから取り出された連続した流体試料成分の流ｆ′Ｌを 受けかつこれを光学測定するように適用されている。（溶剤マ）　ＩＪノクスに 担われた）試料成分は、典型的には微量（例えば１００μｌ〜１．　Ｑ　ｍ教あ り、近接して間隔をおき、低濃度であり、フローセル内をほぼ４０気圧程ても達 する高圧で流される。

複光束フローセルのＨＰＬＧへの適用を企図する場合、試料成分を最大の分解能 および感度で以って測定する構成が望まれる。

分解能は、連続して近接した間隔をおいて流れる試料の測定値の識別、すなわち 、光度計の出力光学信号に生じる試料の典型的な「ぎ−り」の識別に対するその システムの能力の指度である。感度は、試料として光度計の出力信号の基準ノイ ズから識別を与える試料の最小濃度すなわち最小量の指度である。これらに関し 、従来に共通するフローセルの構成は、寸法および形状が同一の試料通路および 基準通路を含む。明らかに、同一の試料通、略および基準通路は、システムのた めの充分な共通モード阻止性能および分解能を得るためにフローセルの光学幾何 における対称性すなわち平衡を与えることが必要であると意識されていた。

従来のフローセルの設計の改善に伴ない、光度計の出力信号の−・わゆる「ショ ット」ノイズがより重要な要因となってきている。ショットノイズは、光束強度 の統計的変動を表わすと考えられている光度計の出力光学基準信号（ｏｕｔｐｕ ｔ　ｏｐｔｉｃａｌｂａｓｅｌｉｎｅ　ｓｉｇｎａｌ）　ＶＣ重なる高周波およ び低周波のノイズ信号である。このショットノイズの影響は光度計の感度の低下 をもたらすことに在る。システム感度の低下により、ショットノイズは低濃度の 試料測定に対する前記システムの性能を損なわせる。従って、実際、従来の前記 フローセルの性能は、改良な経て、ショットノイズによって制限を受けるように なって来た。

ショットノイズに対するーの可能性のある対策は、通路直径の増大によって試料 通路内の光エネルギーレベルを増大することである。ところが、ショットノイズ のそのような低減の結果、システムの分解能の実質的な低減という損失をもたら す。

従って、従来技術における前記欠点を有することなく、流体試料を受け入れかつ 測定するための複光束光度計が必要とされていた。本発明は、これらの要求７満 たす。

本発明は、従来技術の前記欠点を克服する方法で、流体試料を測定するための改 善された複光束光度計に在る。改善された前記光度計は、高い分解能および高い 共通モード阻止性能と共に、高い感度ビ示す。改善された前記複光束装置は、構 成が単純かつ安価でありしかも作動が信頼できる商業上実際的な形態で実施でき る。

前記した目的のために、本発明は、＋１１光源、（２）第１および第２の光伝達 進路であって前記光源からの光を受けかつ該光がそれらに沿って通過しまた前記 進路の少なくとも一方の内部に在る流体試料を通過するように形成された第１お よび第２の光伝達進路を規定する手段、および（３）前記試料の測定のために、 前記光路から現われる第１および第２の光束の相対強度を測定するための手段を 含む光度計に具体化される。発明者は、基準光東進路の光の相対エネルギーの試 料光束進路のそれを越える増大は光度計の出力信号のンヨットノイズを低減させ 、これ妃よりシステムの感度を高め、かつ光度計の所望の光学分解能および共通 モード阻正比を維持することを発見した。好ましい実施例において、改善された 構想は、各光路に光が入るための規制孔であって基準光束進路のための規制孔が 試料光束進路のためのそれよりも大きいような規制孔を含む調整手段により達成 される。

前記した好ましい実施例においては、前記試料光束進路および基準光束進路はフ ローセル本体の対応する試料通路および基準通路を通る。前記調整手段は各通路 に光が入るための規制孔を含み、前記基準通路のための規制孔は前記試料通路の ためのそれよりも大きい。

本発明は、さらに、光源の所定領域であってこれからの光が前記試料光束路およ び基準光束路を通過する前記所定領域を規定すべく前記光源と共働する手段を企 図する。そのような配置は、前記光源が部分的な強度変化を有する場合、低い共 通モード阻止性能を招くところの試料通路および基準通路から見た前記光源の前 記領域の不一致が生じたとき起こる視差問題を減じる。

図面の簡単な説明 図面はＨＰＬＣシステムに組み込まれた本発明の複光束光度計の光学ダイヤグラ ムであり、前記光度計のフローセルの縦断面を示す。前記光度計の光学光束進路 の境界光線が想像線で表わされている。

図面に示されているように、本発明は、光源１４と光学検出器１６との間の光路 に配置された複光束フローセル１２を含む複光束光度計１０で具体化される。前 記フローセルは、圧力下５ で液体クロマトグラムカラム１８から流れ出る液体試料成分を供給管２０を祥て 受けまた分析後の前記試料を放出管２２を経て放出すべく、適合されている。前 記カラム１８から前記フローセル１２を経る流路に必要な圧力を設定するために 、前記放出管は背圧調整器（図示せず）に接続されている。典型的には前記放出 管は前記流体が流れ込む適当な排液容器すなわち水溜めに接続されている。

フローセル１２は全体に円柱状の本体２４を含む。前記本体２４の両端間には、 はぼ平行な一対の試料通路および基準通路２６および２８がそれぞれ伸長してい る。供給管２０は試料通路２６の一方の端部に開放し、また放出管２２はその同 一通路の反対側の端部に開放する。このような配置により、カラム１８から抽出 された試料成分は圧力を受けた状態で供給管２０を経て試料通路２６に流れ、ま た廃棄のために該試料通路の外部に流れる。基準通路２８は、該通路への基準流 体の流入およびその流出のために、両端に同様な供給管および放出管（図示せず ）を含む。しかしながら、フローセル１２では、該フローセルが前記基準通路内 Ｉｎ−おける基準流体の存在無しに主として試料分析に使用されていることから 、そのような管は省略されている。

試料通路２６の壁面は、供給管２０から放出管２２へ向けての流れの方向へ外方 へ向けて円錐状に傾斜している。従って、前記壁面は前記円錐通路の頂部に開口 すなわち孔６０を規定しまた前記円錐通路の基部に比較的大きな開口すなわち孔 ろ２を規定する。

６　１４表昭５８５００１８３　（３）前記基準通路２８は全体に円柱形状を呈 する。本体２４は、前記通路の左端に、該端部に開口すなわち孔３６を規定する 環状部３４を形成する。比較的大径の開口すなわち孔３８が前記基準通路の反対 側の端部で前記壁面ｉ／Ｃより規定されている。

前記した試料通路および基準通路の各左端の開口３０および６６は、フローセル 本体２４の端部な密閉する光透過窓４０によって閉じられている。前記窓４０は 、また、前記試料通路および基準通路への光の進入のための−・リメータレンズ として形成されている。試料通路２６の反対慣］の端部は、第２の光透過窓１１ ２１４：より、閉じられている。クランプ（図示せず）が、前記窓４０および４ ２をフローセル本体２４の正しい位置で該本体に対して液密的に保持する。フロ ーセル１２の好適な実施例では、前記基準通路２８の反端側すなわち右方の端部 は、前記基準通路を大気ｉ＜さらすように開放する。しかしながら前記基準通路 が基準流体を受けるように適用される場合には、前記基準通路の当該端部を閉じ るために、他の窓もしくは前記窓２８の伸長部が前記本体２４の左端面を閉鎖す べ（設けられる。

光源１４は、選択された波長の発光を生じる全体ＫＵ字形状のゾーン４４を有す るガス放電ランプである。孔４８を有するマスク４６が前記光源発光ゾーン４４ の所定の領域５０を規定すべく前記ランプに近接して配置されており、前記ゾー ン４４からの光は前記フローセル１２へ向けて開口４８を通過する。

開口４８を通過した光は、レンズ／窓４０により受けられかつ平行忙され、これ により試料通路および基準通路２６および２８のそれぞれに沿った第１および第 ２の光束として各通路な通過する。前記フローセル通路２６および２８から現わ れる光は、それぞれ検出器１６Ｑおよび１６ｂＫ衝突し、引き続いて該検出器が 当該各検出器に衝突する光エネルギーを示す電流出力信号を起生ずる。

流れる試料成分の光学分析は、前記試料が前記通路２６を流れる時に選択された 波長における各試料成分の光学的特性（例えば吸光度）を測定することによる従 来方法によって行なわれる。これに関し、それぞれが前記通路２６および２８を 出る試料光束および基準光束のエネルギーを表わす検出器１６αおよび１６ｂの 前記電流出力信号は、前記試料のみの測定を得るために、試料光束エネルギーお よび基準光束エネルギーを比較（例えば比率を出すことによる）すべ（処理され る。

前記試料通路および基漁通路２６および２８は、該各通路の内壁面に光の衝突を 生じることなく前記試料光束および基準光束のそれぞれが通過するように造形さ れている。これは前記通路の壁面から前記検出器への反射光によって引き起こさ れるノイズな最小にする。前記試料通路２６の前記した円錐状の壁面はそのよう な結果を与える。従って、屈折率が変化する試料成分の流れが前記通路２８を経 る場合であっても、そのような屈折率の変化は前記通路壁面からの榎似の反射光 すなわち対応する出力信号ノイズを起生させることはない。基準通路２８では入 口孔３６および比較的大きな出口孔６８は、全体に円錐状の光束が前記通路壁面 に衝突することな（該通路を通過するように共働する。

先に述べたよウニ、本発明の主たる様相すなわち特徴は、光度計の光学基準出力 信号に重なるショットノイズの著しい低減に在る。それについて、そのような著 しい低減は前記基準通路および試料通路を通るそれぞれの光エネルギーを、前記 基準光束の光エネルギーが前記試料光束のそれを越えるように調整することによ り、達成し得ることが明らかとなった。さらに、そのようなノイズの低減は、屈 折率変化によるノイズを最小に抑えかつ光学的分解能および高い共通モード阻止 比を維持して達成し得る。

前記した目的のために本発明に従って、前記基準通路および試料通路２８および ２６にそれぞれ関連する入口孔３６および６０は、前記孔３乙の直径が前記孔３ ０のそれよりも大きくなるよ５に規定されている。従って、前記孔は、前記両党 路のそれぞれの光エネルギーを、前記基準通路２８に受け入れられかつ対応する 基準検出器１６ｂを通る光エネルギーが前記試料通路２６を経て検出器１６Ｑに 到達する光エネルギーに比較して太き（なるように調整するための手段として機 能する。好ましい実施例では、前記基準通路の前記孔６６の直径は、前記試料通 路の前記孔３０の直径よりも約１．４倍大きい。

前記試料光線エネルギーに関する基準光線エネルギーの増大の重要性は次に示す とおりである。符号１６”＋１６ｂで示されるような光検出器の出力電流の統計 的変動は、で表わされる。ここで、工。は光検出器の平均交流出力電流に等しく 、Ｋは■。ＶＣ無関係な定数に等しい。検出器１６の全て９ の出力信号が前記試料光束および基準光束の出力電流の比例する場合、検出器１ ６の出力信号の全ての変動は、で表わされる。ここで、工、は試料光束検出６１ ６ａの出力電流に等しく、■、は基準光束検出器１６ｈの出力電流に等しく、ま たＲは前記両出力電流の比に等しい。前記検出器出力のこれらの統計的変動の大 きさは前記出力電流の平方根に逆比例することから、試料光束および基準光束の 両者の光エネルギーを最大にすることが有利であることは明らかである。しかし ながら前記試料光束の光エネルギーは前記試料通路の容積により制限を受け、該 容積は測定される試料の容積により制限を受け、また該容積は前記光度計の要求 分解能により制限を受ける。しかしながら、発明者は、前記基準光束については そのような光エネルギーの制限が要求されないということｔ認めた。

前記したところに鑑み、例えば■、がＩ８　に等しいと仮定する。そのような場 合、金山カンヨツトノイズは前記試料光束のみのそれよりも約４１係大きいこと が前記方程式によって示される。しかしながら、工、が工、の２倍であると、全 出力ショットノイズは前記試料光束のみのそれよりも２２チ大きいに過ぎない。

さらに、ＩｒがＩｓの４倍の大きさであれば、全出力ショットノイズは前記試料 光速のみのそれよりも１２％大きいに過ぎない、などである。従って、前記基準 光束の光エネルギーを前記試料光束のそれに関して増大させると、秀れた共通モ ード阻止性能比すなわち二重光線システムの高い感度を犠牲にすることなく、前 記検出器の出力信号の光学基準ンヨットノイズは対応して減少する。要するＬ（ 、前記基準光束における前記エネルギーの、前記試料エネルギーのそれに関する 増大は、実質的に前記基準光束の出カンヨツトノイズレイルへの寄与を低減させ る。

本発明忙従って光度計１０を製作する場合、前記孔４８は、試料通路および基準 通路の両者から見える所定の光源領域５゜を規定し得るように光源１４に近接し て配置される。これは、前記光源が部分的な強度変化を有する場合、低い共通モ ード阻止性能を招くところの前記試料通路および基準通路から見た前記光源領域 の不一致があるときに生じる視差問題を減じる。光線分散角θは、充分な試料分 解能を確保しかつ最小光学基準ノイズのための充分な光量を保証すべく、フロー セルの試料通路２６の内部容量を最小にするように選択される。これに関し、は ２５４　ｎｍ）　Ｋおけるレンズ４ｏの焦点距離であり、ｄは前記孔４８の直径 である。θが決まると、前記孔４８の寸法は、当該孔を光で完全に満たす光源１ ４の発光領域５ｏができるだけ太き（見えるように調整される。前記孔４８のこ の最大寸法が得られると、次に、該最大寸法およびθによってｆが最大に決めら れる。ｆを最大にすることは視差問題を最小にするのに役立つ。

前記したシステムの光学構成要素の特質およびタイプは、測定される試料の種類 および応用に応じて変えることができるが１ 液体クロマトグラフ装置に組み込まれた良好に動作する一つのシステムが次の記 載忙従って構成された。光源１４は２５４ｎｍで発光する水銀灯である。マスク ４６の孔４８は０．１２５インチ（約０．３１８ｃＩｒＬ）の直径である。レン ズ４０は、２．０インチ（約５．０８ｃｍ）の焦点距離および２５４　ｎｍに対 してｆ＝１、７８　ツイフチ（約４．５４Ｃ１ｎ）の動作焦点距離を有し、マス ク４６からこの距離ｆを隔てる。試料通路２６の入口孔６０は０．０５インチ（ 約０．１２７ｃＩｎ）の直径であり、他方、本発明においては前記基準通路の入 口孔ろ６は０．０フインチ（約０．１７８０）の直径である。両通路は１０朋の 本体を貫通する長さ寸法を有する。θすなわちフローセル１２における光線分散 角は３．９６°である。検出器１６ａおよび１６ｂは、中心間で７ｍｒｔｒの間 隔をおく５朋の直径の感光領域を有する。フローセル１２の後方すなわち右端か ら前記検出４迄の距離は１０＋ｕ＋である。

光度計１０は、試料通路２６が円錐形状に傾斜しまた基準通路２８が円柱形状と して示されているが、両者を円錐形状あるいは両者を円柱形状にできることが理 解されよう。好ましくは前記通路２６および２８を貫通する円錐状の光路がその 入口孔および出口孔によって規定される。他の形態では、前記通路２６および２ ８は、これが全体に平行することに代えて、それらの軸線が後方へ光源１４へ向 けて伸長したときに交わり、或は該光源の制限された領域すなわち焦点領域が見 えるように収斂するように、角度的に配置される。この形態では、レンズ／窓４ ０のコリメータ機能は不要となる。

本発明の好適な実施例を例示しかつ記載したが、これを付加した請求の範囲に規 定された本発明から逸脱することなく変更できることは明らかであろう。

閑際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）流体試料の測定のための光度計であって、光源と、第１および第２の光伝 達通路であって前記光源からの光を受けかつ該光が対応する前記第１および第２ の通路を経て第１および第２の光束進路に沿って通過しまた少なくとも前記第１ の通路が対応する前記第１の光束進路に流体試料を受け入れるべく形成された第 １および第２の光伝達通路を有する本体と、前記第１の光線路にある試料の影響 を測定すべ（前記第１および第２の通路から現われた第１および第２の光束の相 対強度を測定するための手段と、前記第２の光束の光エネルギーが前記第１の光 束のそれを越えるように前記光束進路の元の相対エネルギーを調整するための手 段とを含む光度計。 （２）前記光源の所定の領域であってこれからの光が前記第１および第２の通路 を通路する所定の領域を規定すべく該光源と共働する手段を含む請求の範囲第（ １）項の光度計。 （３）　前記調整手段は各通路に入る光のための規制孔を含み、前記第２の通路 のための前記規制孔は前記第１の通路のためのそれよりも大きい、請求の範囲第 （１）項または第（２）項の光度計。 （４）さらに、分析のためにクロマトグラフ用カラムから流体試料成分の流れを 受けるべく前記第１の通路を前記カラムに接続するための導管手段を含む請求の 範囲第（１１項の光度計。 （５゛　前記第２の通路には流体が無い、請求の範囲第（４）項の光度計。 （６）　流体試料の測定のための光度計であって、光源と、第１および第２の光 束進路であって前記光源からの光を受けかつ該光がそれらに沿って通過しまた前 記光束進路のうちの第１の通路内の流体試料を貫通すべく形成された第１および 第２の光束進路を規定する手段と、前記第１の光束に及ぼす前記試料の影響を測 定すべく前記光束進路から現われる第１および第２の光束の相対強度を測定する ための手段と、前記第２の光束の光エネルギーが前記第１の光束のそれを越える ように前記光束進路の光の相対エネルギーを調整するための手段とを含む光度計 。 ｌ