(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液相中に光を透過させて該液相に含有されている試料の濃度を測定するための分光光度計用光路セルであり、前記液相よりも低い屈折率の物質の膜が内壁に固着された可撓性チューブから成り、この可撓性チューブの前記内壁をクラッドとし、該可撓性チューブ内に前記試料を含有する液相を満たしてコアとして、該コア中に光を透過させるようにした分光光度計用光路セルを作成する方法であって、
前記可撓性チューブとしてテフロンチューブを用い、且つ、被測定試料を含有する液相よりも屈折率の低い前記物質としてテフロンを用い、（ｉ）前記テフロンチューブの内壁を洗浄した後、該内壁をエッチングし、該エッチングがテフロンチューブをクロロホルムもしくはエーテルに接触させるか、または、テフロンエッチング剤に接触させた後、洗浄し、真空乾燥および加熱乾燥することによって行なわれる工程、その後、（ii）テフロンチューブの内部に前記低屈折率物質であるテフロンの溶液を注入して加熱乾燥および減圧操作を繰り返して該溶液の溶媒を揮発させることにより、テフロンの膜をテフロンチューブの内壁に固着する工程、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
低屈折率物質であるテフロンが屈折率＝１．３１または１．２９のテフロンである、請求項１の分光光度計用光路セルの作製方法。
【請求項３】
請求項１または２の方法によって作製された分光光度計用光路セル。
【請求項４】
請求項１または２の方法によって作製された分光光度計用光路セルを用いる分光光度計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分光分析の技術分野に属し、特に、光ファイバーの原理を応用して高感度の分析を行うことができる分光光度計用の新規な光路セルとその作製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分光光度計（例えば、紫外・可視分光光度計）は、吸光度光度法、すなわち、単色化した光を試料溶液に透過させたときの吸光度を測定することによって、その試料の濃度を測定するものである。このとき、よく知られているように、試料に入射する光の強さをＩ0、通過後の光の強さをＩとすると、吸光度Ａ（＝ｌｏｇＩ0／Ｉ）は、ランベルト・ベール（Lambert-Beer）の法則（Ａ＝εＣＬ）に支配される。ここで、εは試料（媒質）の分子吸光係数、Ｃは試料の濃度、Ｌは光路長である。
【０００３】
したがって、吸光光度法において高感度化を目指すには、上記のランベルト・ベールの法則から明らかなように、濃度Ｃが一定のときに吸光度（Ａ）を何らかの工夫により大きくすることが必要であり、このためには吸光係数（ε）を高めるか、光路長Ｌを長くするしか無い。εを高めるには試料中の目的分子あるいはイオンを何らかの方法で他の分子またはイオンと反応させ、より大きなεを持った化合物に変える必要がある（例えば、ポルフィリン化合物を使用するなど）が、これは、どんな分子やイオンにも使えるというものではなく、かなり制限が多い方法である。
【０００４】
そこで、吸光度Ａを大きくするための一般的な手段は、光路長（Ｌ）を長くするということになる。現在のところ、市販品で光路長を延長したものに相当するものとしては、多重反射セルがある。これは、２枚のミラー（金やアルミニウムなどで表面をメッキしたもの）に光を通し、反射を何回も繰り返しながら距離を稼ぐというものである。用途により様々な種類のものがあるが、主として気相（ガス）状の物質を取扱うものであり、液相（液体や溶液）には使用されない。また、値段も、一般に高価なものが多い。
【０００５】
一方、吸光光度法において液相試料の測定に使用されている光路セルは、通常、ガラス製の角型で長さが１ｃｍ程度のセルである。この他に、円筒セルというものがあるが、これらは光路長が５ｃｍから１０ｃｍのものが多い。このように、分光光度計に現在用いられている光路セルは、光路長が一定に固定されたガラス等から構成されているため、精々１０ｃｍ程度にしか光路長（Ｌ）を延ばすことができない。
【０００６】
近年、光ファイバーの原理を応用して分析化学の分野における感度や精度を向上させる各種の工夫が行われている。分析化学の分野における光ファイバーの利用には、（ａ）光ファイバーを光の伝達媒体として用いるものであって、光源の光を伝達し、分析対象内で発生する信号を採取する方法、（ｂ）光ファイバーの有する光の分散特性を利用した分光素子としての利用、および、（ｃ）光ファイバーのコア自体を分光法の対象とする、３つの方法が考えられる。藤原らは、この第３番目の（ｃ）の方法に従い、「長光路毛細吸収管に関する研究」を行っている（例えば、藤原祺多夫：分析化学（総合論文）、Ｖｏｌ．３４、７３７−７５６頁（１９８５）参照）。すなわち、被測定試料を二硫化炭素などの屈折率の高い溶媒に溶かし、これをキャピラリー（毛細管）に導入してコアとするとともにキャピラリーの内壁をクラッドとすることにより、長光路で光伝送が可能なウェーブガイド型光路セルとして活用できたとしている。そして、ホローファイバー（キャピラリー）としてガスクロマトグラフィー用に市販されているコイル状のチューブを利用することを提案し、例えば、長さ５０ｍのキャピラリーを用いて吸光度を通常の１ｃｍセルの３万倍まで増幅できたとしている。
【０００７】
この藤原らの案出した方法は、光ファイバーの原理を応用して液相試料を測定するための分光光度計用の長光路セルの数少ない例であるが、実用に供するには解決すべき幾つかの問題が残されている。その一つは、光路を形成する材質としてパイレックスや石英のチューブ（管）を選んだことにある。パイレックスや石英は、屈折率が大きい（例えば、パイレックスの常温における屈折率ｎ＝１．４７４）。後にも説明するように、光ファイバーの原理に従い全反射させながら光を透過させるためには、コアと成る液体として、クラッドを形成するパイレックスや石英よりも更に大きな液体を用いる必要がある。実際、彼らが使用した液体は、二硫化炭素（ｎ＝１．６２８）などの強い毒性のある液体、ベンゼン（ｎ＝１．４７４４）などの有害な液体のほか、アセトフェノン（ｎ＝１．５３４）や１−ブロモナフタレン（ｎ＝１．６５９）などであり、これらを用いて全反射条件を調べているが、液相分析において実用上最も重要な水溶液を用いた検討は行われていない。実際の吸光度分析に使用した例として、二硫化炭素中のヨウ素の定量があるが（K. Fujiwara他：Anal. Chem., 56, 1640 (1984)）、二硫化炭素は毒性が強いだけではなく、可燃性が高く、爆発性もあり、さらに、強い悪臭がある（ただし、超高純度品の場合には悪臭が無いとされる）。また、二硫化炭素の場合、３１９ｎｍと３５５ｎｍに吸収帯（蒸気）があり、吸収スペクトルの溶媒としても好ましくない。さらに、藤原らが光路セルの材質として提示しているパイレックスや石英は可撓性が乏しく可及的に径の小さいチューブを用いても曲率半径として小さくても精々１０ｃｍ程度のものしか得られず、コンパクトな長光路セルを作製することはできず、また、ガラス質であるため割れ易いことも短所である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は如上の問題点を解決し、光ファイバーの原理を応用して、液相、特に水溶液を用いる場合を含む液相中の試料の濃度を高感度に分析することができ、必要に応じて既存の分光光度計にレトロフィットすることができるようなコンパクトに作製することも可能な新しいタイプの分光光度計用長光路セルを提供することにある。
【０００９】
本発明者は、検討を重ねた結果、テフロンチューブに代表される可撓性チューブを用いることにより、上述の目的を達成し得る分光光度計用長光路セルが実現できることを見出した。
かくして、本発明に従えば、先ず、液相中に光を透過させて該液相に含有されている試料の濃度を測定するための分光光度計用光路セルであって、前記液相よりも低い屈折率を有する可撓性チューブから成り、この可撓性チューブをクラッドとし、該可撓性チューブ内に前記試料を含有する液相を満たしてコアとして、該コア中に光を透過させるようにしたことを特徴とする、分光光度計用光路セルが提供される。
【００１０】
本発明に従えば、さらに、液相中に光を透過させて該液相に含有されている試料の濃度を測定するための分光光度計用光路セルであって、前記液相よりも低い屈折率の膜が内壁に固着された可撓性チューブから成り、この可撓性チューブの前記内壁をクラッドとし、該可撓性チューブ内に前記試料を含有する液相を満たしてコアとして、該コア中に光を透過させるようにしたことを特徴とする、分光光度計用光路セルが提供される。
【００１１】
また、本発明は、上記のごとき分光光度計用光路セルを作製する方法であって、可撓性チューブの部に、被測定試料を含有する液相よりも屈折率の低い物質の溶液を注入して加熱乾燥および減圧操作を繰り返すことにより、その低屈折率物質の膜を前記可撓性チューブの内壁に固着させる工程を含むことを特徴とする方法を提供する。
さらに本発明は、別の視点として上記のごとき光路セルを用いる分光光度計も対象とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照しながら、本発明の理論的な背景となる光ファイバーの原理、本発明の光路セルの構成、本発明に従う光路セルの作製法、分光光度計への適用等に関して本発明の実施の形態を詳述する。
【００１３】
光ファイバーの原理
先ず、簡単な原理図を用いて、なぜ光が全反射するか、また、どのような条件下で、本発明の光路セルの好ましい形状である中空コイル状の光ファイバー内を光が全反射して進行するかを説明する。図１は光の進行方向（入射、反射、屈折など）を律するスネルの法則（Snell's law）を説明するものである。屈折率がｎ1の媒質からｎ2の媒質へ光線が入る場合、法線に対してθ1の角度をもって入射するとθ2の角度で進入する（屈折現象）。これは、逆も成り立つ。すなわち、屈折率がｎ2の媒質からｎ1の媒質へ光線が入る場合、法線に対してθ2の角度をもって入射するとθ1の角度で進入する。ただし、屈折率と角度の間には次の関係がある。
sin(θ1)／sin(θ2)＝(ｎ2／ｎ1)＝(ｃ2／ｃ1)      （１）
ここで、ｃ1、ｃ2は、媒質ｎ2およびｎ1内を通過する光の速度である。これをスネルの法則という。θ1が（π／２）rad＝９０°のときのθ2を臨界角といいθｃで表す。光線が屈折率ｎ2の媒質からθ（＞θｃ）で、すなわち臨界角より大きい角度で入射すると、上記の条件から、屈折率ｎ1の媒質には進入できず、両媒質の境界線（水平線）のところで鏡のように反射する。これが全反射現象である。
【００１４】
図１では、α(＝(π／２)−θ)を境界線からの角度にとっている。この関係をコイル状に巻回されたテフロンチューブのような可撓性チューブ（フレキシブルチューブ）に適用したときの図を図２として示している。図２において、ｒは曲率半径（ρ）の平均値であり、ｄはチューブの内径（光路幅）である。いま、θは全反射条件を満たすときの入射角であり、φが照角であるとする（π／２＝θ＋φ）。これらをスネルの法則に当てはめると、sin(θ)≧sin(θｃ)＝（ｎ／ｎｓ）、sin(θ)＝２ｒ／(２ｒ＋ｄ)となる。ただし、ここで、ｎはクラッドとなるチューブ内壁の屈折率、ｎｓはコアとなる水などの液相屈折率とする。これから、全反射条件として次の関係式が得られる。
２ｒ≧ｄ(ｎ／[ｎｓ−ｎ])；θｃ＝sin−1(ｎ／ｎｓ)    （２）
具体例として、後記の実施例に示すように水溶液を測定するために屈折率１．３１または１．２９のテフロンの膜が固着された場合につき、上式にｎｓ＝１．３３３３、ｎ＝１．２９または１．３１、ｄ＝０．１ｃｍを代入すると、全反射条件を満たす曲率半径として、ｒ(ｎ＝１．２９)≧１．５０ｃｍ、ｒ(ｎ＝１．３１)≧２．８１ｃｍが得られる。また、入射角の臨界角は、θｃ(ｎ＝１．２９)＝７５．４°およびθｃ(ｎ＝１．３１)＝７９．３°である。したがって、照射角の臨界角は、φｃ(ｎ＝１．２９)＝１４．６°およびφｃ(ｎ＝１．３１)＝１０．７°である。すなわち、φｃ(ｎ＝１．２９)＝１４．６°およびφｃ(ｎ＝１．３１)＝１０．７°のとき、全反射することが分かる。このように、光ファイバーの原理（光の全反射：スネルの法則）とランベルト・ベールの法則が本発明の理論面の両論である。
【００１５】
可撓性チューブから直接構成される長光路セル
本発明の分光光度計用光路セルは、第１の態様として、可撓性チューブから直接構成することができる。すなわち、充分な可撓性を有し、吸光光度法による測定対象となる試料を含有する液相よりも屈折率の低い材質から成るチューブを用い、これを例えばコイル状に巻回し、この可撓性チューブをクラッドとし該チューブ内に試料含有液相を満たしコアとして、このコア中に光を透過させるようにすることにより、従来から一般的に知られたガラス製や石英製の光路セルに比べて光路長がきわめて延長された長光路セルが得られる。
このような本発明に従う分光光度計用光路セルを構成するのに最も適しているのはテフロン（ポリテトラフルオロエチレン）チューブであり、目的に応じて、市販のテフロンチューブ（ＦＥＰスパゲッティチューブ；内径：０．４ｍｍ以上９０ｍｍ程度まで広範囲にあり、長さも性質も多種多様なものが用意されている[ユニバーサル社などから入手可]）の中から購入するか、調製する。例えば、市販の低屈折率（屈折率ｎ＝１．３４）テフロンチューブを用いることにより、これより屈折率の大きい液相の試料分析が可能な光路セルが得られる。勿論、テフロンチューブと同様に、可撓性と耐薬品性があり、引張り強度や曲げ強度を有するものであれば他のチューブも適用可能である。
【００１６】
低屈折率膜が固着された長光路セル
本発明の分光光度計用光路セルは、第２の態様、そして本発明の好ましい態様として、低屈折率の膜（薄膜）が内壁に固着（被覆）された可撓性チューブから構成することもできる。すなわち、充分な可撓性を有するチューブの内壁に、被測定試料を含有する液相よりも屈折率の低い物質の膜を固着または被覆して、これを例えばコイル状に巻回し、この可撓性チューブの内壁膜をクラッドとしチューブ内に試料含有液相を満たしてコアとして、このコア中に光を透過させるようにすることによっても、従来の光路セルよりも光路長が著しく延長された長光路セルを得ることができる。このタイプの長光路セルは、特に水溶液系の試料を高感度分析することができる点において優れている。
全反射条件の観点からは、通常の条件で水溶液系の測定ができれば、その他の系でも一般に測定が可能である。なぜなら、常温で、水より屈折率の小さい液体はほとんど無いからである（通常の条件で、水の屈折率（ｎ＝１．３３３３）よりも屈折率の小さい液体は、メタノール（ＣＨ3ＯＨ：ｎ＝１．３３００）とアセトアルデヒド（ＣＨ3ＣＨＯ：ｎ＝１．３３１６）だけである。しかもその値も水よりわずかに小さいだけである）。
【００１７】
上述の第１の態様に従い可撓性チューブから光路セルを構成し、そのチューブの内壁自体をクラッドとする場合、市販品または研究用で屈折率が水より小さい（ｎ＝１．３３３３以下）のチューブで容易に入手できるものは見当らない。そこで、本発明の好ましい態様に従えば、市販品として容易に入手できる可撓性チューブの内壁に、水より低屈折率の物質の膜を固着（被覆）する。
例えば、屈折率ｎ＝１．３１のテフロン含有溶液（６％溶液）やｎ＝１．２９のテフロン含有溶液（１％溶液）（いずれも三井・デュポンフロロケミカル（株）から入手できる）を用い、これらを可撓性チューブの内壁に固着（被覆）する。これらの低屈折率物質は、固体（樹脂状）として入手することもでき、この場合は比較的安価に購入できるが、別途、適当な溶媒に溶かして使用することになる。このようにして作製された本発明の長光路セルは、そのクラッドと成る内壁の屈折率が上述したようなメタノールやアセトアルデヒドよりも小さいので、通常の範囲で取扱うあらゆる液相試料の分光分析に適用できる。可撓性チューブとしては、テフロンチューブの他、ポリ塩化ビニルチューブやポリエチレンチューブなどの各種の可撓性チューブが使用できるようになる。
【００１８】
低屈折率膜が固着された長光路セルの作製
上述の水溶液系を含む広範囲の液相試料の高感度分析を可能にする本発明の分光光度計用長光路セルは、本発明に従い、可撓性チューブ、特に、充分な可撓性を有し耐薬品性や物理的強度においても優れているが、撥水性や撥油性が高く他の物質に対する固着性に難のあるテフロンチューブの内壁に低屈折率の物質（例えば、既述したような屈折率１．３１または１．２９のテフロン）の薄膜を固着ないしは被覆することによって作製することができる。この方法は、被測定試料を含有する液相よりも屈折率の低い物質の溶液を可撓性チューブの内部に注入して加熱乾燥および減圧操作を繰り返すことから成り、必要に応じて（特に可撓性チューブとしてテフロンチューブを用いる場合）、内壁の洗浄工程およびエッチング工程から成る前処理を施す。
以下に、内壁に低屈折率薄膜を固着した可撓性チューブの作製方法について詳述する。以下の記述は、可撓性チューブとしてテフロンチューブを用いる場合を中心に行っているが、他の可撓性チューブ、例えば、ポリ塩化ビニルチューブやポリエチレンチューブを使用する場合でも同様に低屈折率薄膜の固着（被覆）が可能であり、しかもテフロンチューブのような厳密な操作を必要としない。
【００１９】
第一段階前処理：可撓性チューブ、特にテフロンチューブに低屈折率を固着する場合には、その内部での固着性を高めるために、前処理を行うことが必要である。前処理の第一段階は、チューブ内部（内壁）を充分に洗浄することにある。すなわち、例えば、ガラス器具用洗剤や純水でチューブ内外を充分に洗浄した後、さらに、適当な濃度の洗剤をチューブ内に充填し、超音波洗浄器中で一定時間振盪させる。次いで、純水などで内部を充分に洗浄した後、アルコールやアセトンなどの揮発性溶媒を繰り返し通す。最後にドライヤーなどの温熱乾燥機で溶媒を完全に追い出す（汚れや水分が残っていると処理ムラが生じ易い）。
【００２０】
第二段階前処理：可撓性チューブ（特にテフロンチューブ）には、次にもう1段の前処理を行うことが望ましい。すなわち、テフロンチューブ内にテフロン樹脂などを強固に固着あるいは被覆（coating）するためには、チューブ内壁を洗浄しておくだけでは充分ではなく、予めチューブ内面のエッチング（etching）を行っておかなければならない。エッチング処理としては、各種の方法が適用可能であるが、好ましい方法として次の二通りの方法が例示できる。
第１の方法は、最も簡単な方法であり、手近の化学薬品を利用するものである。テフロンは一般に耐薬品性が極めて強く大抵の薬品には侵されない。すべての有機溶剤に安定であるとされている。通常の有機溶媒の中ではテフロンに最も強い影響があるとされるクロロホルム（ＣＨＣｌ3）やエーテル（Ｃ2Ｈ5ＯＣ2Ｈ5）に対しても、僅かに影響を受けるが、十分使用に耐えるとされている。このテフロンも唯一臭素に対しては大きな影響を受けることが分かっているのでエッチング作用の点からは臭素が効果的であるが、実際には、実験の安全性の観点から、例えば、清浄にしたテフロンチューブ内にクロロホルムを充填し、両端を封じて３ヶ月程度放置後、液を抜き出し、アルコールで洗浄し、さらに真空および加熱乾燥する。この場合、乾燥した表面は、少しエッチングした程度になっている。
第２の方法は、テフロンの表面をエッチングできることが確立された手段を用いるものである。例えば、テフロンエッチング剤であるテトラエッチ（商品名：潤工社製、石油類を主成分とするエッチング剤）を充填した後、一定時間（５秒程度）接触させる。処理が終わったことを確かめてから（処理されると暗緑色から褐色に変化する）、液を抜き出し、処理面をアルコールなどで洗浄する。次いで、残っているテトラエッチを完全に除去するため、純水で洗浄する。さらに、内部を乾燥するため、真空乾燥、加熱乾燥などを行うのは、第１の方法と同様である。
【００２１】
固着（被覆）方法：以上のような２段階の前処理が修了した後、以下のように、低屈折率物質含有液を用いて可撓性チューブ内への固着あるいは被覆を行う。以下の操作は、テフロンチューブの内壁に低屈折率テフロンの薄膜を固着（被覆）する場合の具体例であるが、他の可撓性チューブや低屈折率物質を用いる場合も基本的には同様の操作を実施すればよい。
市販のテフロンチューブは、ある程度の弾力性と可撓性があり、通常は大きな円形状に湾曲している。そこで、均一な膜厚のテフロン固着膜を製作するには、テフロンチューブ内面を真直ぐな状態にして固着操作を行う必要がある。例えば、内径１ｍｍ、外径１．８ｍｍの市販のテフロンチューブを使用する場合、内径２ｍｍの肉厚ガラス管を用いて、図３に示すように、垂直に立てた状態で低屈折率テフロン含有液を注入する。テフロン含有液を充填したチューブ入りガラス管を横において（水平状態で）回転しながら加熱乾燥し、同時に減圧しながら溶媒を揮発させることもできるが、垂直にした場合よりもやや時間がかかるので、ここでは垂直の場合のみを例に示す。
低屈折率テフロン液を注射器で少量ガラス管内のテフロンチューブ内へ注入し、ガラス管を同一高さ（位置）に保ち、一定速度で回転させながら、ドライヤーで乾燥する。注入液量は注入口から、出口までで丁度乾燥し終わる程度の量がよい（多すぎると余剰量の溶液が下部の容器に落下する）。２〜３回通す毎に真空（減圧）乾燥し溶媒蒸気の揮散を確実に行うとよい（加熱乾燥しながら同時に減圧してもよい）。また、この時点で、ガラス管の上下を入れ替えて、同様な操作を行う。全体として均一性が保たれた固着膜が得られるように、以上のような操作を一般に４〜５回繰り返す。
【００２２】
分光光度計への適用
テフロンチューブに代表される可撓性チューブから成る本発明の光路セルは、可撓性と弾力性に優れるので、任意の形状に作製することができる。実用上、一般的に好ましいのはコイル状であるが、他の形状にすることもできる。特に、曲率半径が１０ｃｍ以下のコイル状に巻回することもできる。かくして、用いるチューブ内壁の屈折率、被測定試料含有液相の屈折率、チューブの内径（光路幅）から既述の（２）式より、巻回すべき曲率半径を推算し、その値に基づき用途に応じて可及的にコンパクトになるように可撓性チューブを巻回すればよい。但し、実用的には、（２）式から推算されるような全反射条件を満たす曲率半径よりも小さいと考えられる曲率半径を採用することによって感度を増大させることができる（後述の実施例１参照）。
【００２３】
本発明の光路セルは、基本的に図４に示されるような装置として組み立てられ、分光光度計に適用される。図４に示されるように、コイル状に巻回された可撓性チューブから成る可撓性チューブから成る光路セルは、２つの支持板によって支持され、試料注入口および試料排出口が取り付けられている。光路セルは、図に示されるように、支持板に配設された適当なスライド手段によりＸＺ方向に可動とすることが好ましい。入射光は、集光レンズ（これもＸＺ方向に可動とすることが好ましい）を経て、ラッパ状に拡大された光路セルの入口から試料の満たされた光路内を通った後、透過光が検出器に伝送されるようになっている。
【００２４】
この装置については、さらに２種類に大別することができる。一つは、光路セルの光路長Ｌ＝５０ｃｍ〜５００ｃｍ程度とするものであり、これは、既存の分光光度計にレトロフィットできる、すなわち、通常の分光光度計のセル室（１５ｃｍ×２０ｃｍ程度）にセル室を改造することなくそのまま使える型のもの（普及型）である。
もう一つの型は、少し特殊な用途のもので、感度をさらに通常型の数倍〜数十倍に上げたい場合に使用するもので、例えば、光路長Ｌ＝５ｍ以上２０ｍ程度のものであり、全体としては、６００倍〜３０００倍程度の増幅率になる。この場合は、光ファイバー型セルを通常の分光光度計のセル室の内部に入れて測定することは困難なので、外部に取り付けて実施する形態となる。この第二の型では、試料量が増大するので、内径０．４ｍｍ程度に内径を小さくしたテフロンチューブを使用する必要がある（この場合、試料量は最大で２．５ｃｍ3程度になる）。ただし、試料注入圧力も高まるので、送液ポンプで高圧をかけるか、減圧下で試料を導入するなどの工夫が必要になる。
【００２５】
【実施例】
以下に本発明の特徴を更に具体的に明らかにするため実施例を示すが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。
実施例１：紫外・可視領域に吸収をほとんど持たない溶液を使用した場合の長光路セルによる測定結果
この実施例は、紫外・可視領域に吸収をほとんど有しない溶液を使用して、可撓性チューブから成る長光路セルのサイズと透過光強度の関係を調べたものである。使用した溶液は、水−エタノール（４７％）混合液（屈折率ｎ＝１．３５０）であり、紫外−可視領域（波長：２００ｎｍ〜８００ｎｍ）で吸収極大を持たない（但し、透過率は１００％ではないので全領域にわたってほぼ一定の弱い吸収がある）。
実験には、図５に示すような装置を用いた。右側にＨｅ−Ｎｅレーザー発信器を置き、２００〜３００μｍ程度にビーム径を絞ったレーザービームを発信した（波長：６３２．８ｎｍ）。曲率半径（ρ）を考慮して、中央部の一定半径の円筒に内径（光路幅）１ｍｍ、外径１．８ｍｍ、屈折率１．３３８で一定の長さのテフロンチューブをコイル状に巻き付けてチューブの先端部（光入射口：ラッパ状に広げてある）にレーザービームを入射させ、チューブ内を通過したビームをチューブ出口に置いた光パワーメータで受光し、光の強度Ｉ（ｍＷ単位）を測定した。チューブの全長Ｌ（ｃｍ）は１００ｃｍから６００ｃｍの範囲で変えた。また、曲率半径ρを１．０ｃｍから８．０ｃｍの範囲で変化させて実験した。結果を図６に示す。この図では、横軸に光路長Ｌ、縦軸に透過光強度をとっている。ただし、ここでは、光強度の変化の範囲が広いので、強度の対数を取っている（log 10 [Ｉ／ｍＷ]）。
実験範囲内の全ての曲率半径（１．０ｃｍ≦ρ≦８．０ｃｍ）で、光路長Ｌが６００ｃｍ以下では、log10[Ｉ／ｍＷ]と長さＬの間に直線関係、すなわち、−log10[Ｉ／ｍＷ]＝αＬ＋βの関係が得られた（α、βは定数）。これを初期光度Ｉ0（ｍＷ）を使って整理すると、−log10[Ｉ／Ｉ0]＝αＬの形にでき、ランベルト−ベールの法則と等価である。この関係は、簡単なモデルを使って理論的にも説明できる。
傾き（α）と曲率半径（ρ）の間には一定の関係が認められ、この関係式は、以下のように近似できた。
α＝Ｐ（ρ）＝−０．６３coth（０．１９ρ）−４．４
４ｃｍ≦ρでは、αがほぼ一定であり、入射した光は全反射されていると考えられる。曲率半径ρが４ｃｍ以下では全反射が不完全になるため、部分的に光がチューブ外へ漏れることになる。すなわち、全反射を仮定して計算される光の通過に伴う吸収値以上の光の減衰が光の出口で観測されることになる。しかしながら、この現象を逆に積極的に利用することにすれば、実用的見地からは、さらなる感度の増大に利用でき、換言すれば、見かけ上光路長を増加させたのと同じ効果が得られることになる。
【００２６】
実施例２：紫外・可視領域に吸収を持つ化合物の溶液を使用した場合の長光路セルによる測定結果
次に、実施例と同様の装置を用い、紫外・可視領域内に吸収を持つ物質について、吸光度による濃度測定実験を行った。すなわち、５０％エタノール水溶液中で、インドフェノールの電子スペクトルは、第一吸収帯が４００〜８００ｎｍ付近に存在しており、吸収極大が６２０ｎｍ付近にある。一方、Ｈｅ−Ｎｅレーザーは、発信波長が６３２．８ｎｍであり、吸収極大付近とレーザー波長がほぼ重なる。
図７は、測定結果であり、横軸にインドフェノールの濃度（ｐｐｍ単位：ｍｇ／Ｌ）、縦軸に吸光度（absorbance）を示している。比較のために、従来型の通常の１ｃｍセルで測定したものと、本発明に従いＬ＝１００ｃｍ（Ｎ＝４巻き）およびＬ＝２００ｃｍ（Ｎ＝９巻き）の長光路セル（実施例１で用いた内径１ｍｍのテフロンチューブから成る；曲率半径ρ＝３ｃｍ；直線部分＝２５〜３０ｃｍ）を用いた場合の結果を示している。図から明らかなように、本発明に従う長光路セルが圧倒的に高い吸収を示しており、通常の１ｃｍセルを基準にすると、１００ｃｍセルで約１４０倍、２００ｃｍセルで約２６０倍の感度の増大が得られている。
【００２７】
実施例３：水より低い屈折率を有する光ファイバー型長光路セルを用いた場合の測定結果
この実施例では、低屈折率テフロン溶液（６％溶液：ｎ＝１．３１；三井・デュポンフルオロケミカル（株）社製）を使ってテフロンチューブ（Ｌ＝６０ｃｍ；曲率半径ρ＝３ｃｍ；内径ｄ＝１．０ｍｍ）の内壁に該低屈折率テフロンを固着して作製した長光路セルを用いた場合の実験結果を示すものである。
既述したように洗浄およびテトラエッチを用いるエッチングによりテフロンチューブを前処理した後、図３に沿って既述した方法に従い、ガラス管内に固定したテフロンチューブ内にテフロン溶液を加熱しながら注入した。落下終了まで放置した後、吸引装置を用いて乾燥を促進させた。この操作を５回繰り返して曲折率１．３１テフロンが固着されたテフロンチューブから成る長光路セルを作製した。
予備実験の結果から、純水（ｎ＝１．３３３３）を用いて光（レーザー光）を通したところ、コイル状のチューブ内を通過したことが確認できたので、電子スペクトルの第一吸収帯（５００〜７００ｎｍ；λmax＝６５４ｎｍ）がＨｅ−Ｎｅレーザー波長（６３２．８ｎｍ）と重なるメチレンブルーの水溶液を用いて実験を行った。図８に測定結果の検量線を示す。横軸がメチレンブルー濃度であり、縦軸が吸光度である。図に示されるように、メチレンブルー濃度が０．８μｍｏｌ／Ｌ付近まで、濃度に対して直線的に吸光度が増大している。これは、１ｃｍセルを基準にしたときの約７０倍の感度増大となっている（セルが直線状であると考えた場合の単純計算では、６０倍になる）。
【００２８】
【発明の効果】
如上の説明から明らかなように、本発明に従えば、光ファイバーの原理を利用して光路長を延長させることにより、従来から一般的に用いられているガラスセルまたは石英セルに比べて測定感度が著しく増大した分光光度計用光路セルが得られる。
本発明に従う分光光度計用光路セルは、テフロンチューブに代表される充分な可撓性を有し物理的強度や耐薬品性にも優れた可撓性チューブを用いてスパイラル状（コイル状）など任意の形状、大きさに作製することができ、例えば、既存の分光光度計にそのままレトロフィットできるコンパクトな長光路セルとして使用可能な形状、大きさに作製することもできる。
本発明の分光光度計用光路セルは、測定対象の液相よりも屈折率の低いチューブ内壁をクラッドとし、そのチューブ内に液相を満たしてコアとし、このコアに光を透過させるよう構成されているので、液相の分光分析が可能である。特に、チューブ内壁に屈折率が水よりも小さい低屈折率物質（例えば、屈折率１．３１または１．２９のテフロン）を固着させることにより、水溶液系を含む殆ど全ての液相試料の測定を行うことができ、液相（溶液）の制約がきわめて少なく広範囲の試料を測定対象とする分光光度計用高感度長光路セルである。そして、本発明の分光光度計用光路セルは、市販または既存の材料や装置・器具等を用いて、簡単且つ低コストで作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スネルの法則の説明するための模式図である。
【図２】本発明に従いコイル状に巻回された長光路セル内の光の進行を説明するための模式図である。
【図３】本発明に従い可撓性チューブの内壁に低屈折率物質を固着する方法の典型例を示す図である。
【図４】本発明の長光路セルを用いる光路セル装置の典型例を示す。
【図５】実施例で用いた実験装置図である。
【図６】本発明の長光路セルを構成するテフロンチューブの長さと透過光強度の関係を示す。
【図７】本発明の長光路セルおよび通常のセルを用いて測定したインドフェノールの濃度と吸光度の関係を示す。
【図８】低屈折率テフロンが固着された本発明の長光路セルを用いて測定したメチレンブルーの濃度と吸光度の関係を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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