(57)【要約】【課題】  試料液が流されるキャピラリの両端部を保持する保持部材の当接部位を、光導波管等を用いて迂回させることなく、直接的に光を入射・出射させても、屈折率効果を抑制してベースライン変動を生じることなく正確な吸光度測定等を行うことのできるフローセルを提供する。【解決手段】  キャピラリ１の両端部を保持する保持部材２ａ，２ｂの、少なくともキャピラリ１の外周面に接する部位における屈折率を１．３１以下、もしくは１．４０以上とするとともに、光源からキャピラリ１への測定光の入射ＮＡを０．２２以下とすることにより、キャピラリ１内を流れる試料液が水とアセトニトリルとに変化しても、保持部材２ａ，２ｂがキャピラリ１に接触する部分における反射率を一定のものとし、屈折率効果に起因するベースライン変動を抑制する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料液が流される直線状のガラス製のキャピラリの両端に、光源からの測定光を導入するための光導入部材と、当該キャピラリ内を流れる試料液を経た光を外部の検出器に導くための光導出部材がそれぞれ設けられているとともに、上記キャピラリは、その両端部が樹脂製保持部材を介して基体にそれぞれ液密に保持されてなるフローセルにおいて、
上記キャピラリの上記測定光の通過領域で当該キャピラリの外周面に接する部位における上記樹脂製保持部材の屈折率が、１．３１以下、もしくは１．４０以上であり、上記光源からの測定光の上記キャピラリへの入射ＮＡが０．２２以下であることを特徴とするフローセル。
【請求項２】
上記キャピラリの両端の光導入部材および光導出部材はそれぞれ窓部材であり、上記光源からの測定光は、その光導入側の窓部材を介して上記キャピラリ内に直接導入され、かつ、試料液を経た光は上記光導出側の窓部材を介して上記キャピラリから外部に直接導出されることを特徴とする請求項１に記載のフローセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液体の吸光度等を測定する際に被測定液体を流すためのフローセルに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体クロマトグラフ等で用いられる吸光度検出器においては、被測定液体（以下、「試料液」と称する）をセルと称される容器内に充填もしくは連続的に通液した状態で、光源からの測定光を照射し、試料液を透過した光の強度を検出してその波長ごとの吸光度を求める。微小量の試料液を高感度で測定するためには、セルの断面積を小さく、光路長を長くする必要がある。そこで従来、セルとして直線状のキャピラリを採用し、そのキャピラリの一端側から当該キャピラリが伸びる方向に沿って光を照射し、このキャピラリの外壁面もしくは内壁面で光を全反射させてキャピラリの他端側へと光を伝送する、「ライトガイドセル」等と称されるセルが実用化されている（例えば非特許文献１、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
キャピラリの外壁面で光を全反射させて光伝送を行うフローセルとしては、キャピラリに溶融石英を使用し、その外壁面の石英−空気の境界面で全反射を生起させるものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、キャピラリの内壁面で全反射させる光伝送を行うフローセルとしては、内壁面にテフロン（登録商標）ＡＦをコーティングしたキャピラリを用いるものが知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
このようなキャピラリへの光源からの測定光の入射および出射には、光ファイバ等の光導波管が多用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許４４７７１８６号明細書
【特許文献２】特表２００２−５３６６７３号公報
【特許文献３】特許第３６５７９００号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「セル外壁面での全反射を利用する長光路キャピラリーセル中での光源光の分布と光路」（角田欣一  他，日本化学会誌１９８９（２），ｐ２３３−２３６，１９８９年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、キャピラリを用いたフローセルへの光の導入・導出に光ファイバ等の光導波管を用いる場合、結合損失や伝送ＮＡ（開口数）のミスマッチ等の理由により、大きな光量の低下が生じる場合がある。よって、キャピラリの光導入端に直接測定光を集光させてキャピラリ内に導入し、キャピラリを経た光を当該キャピラリの光導出端からそのまま出射させることが望ましい。しかしながら、このような構成においては、以下に示す問題が拡大する場合がある。
【０００９】
すなわち、試料液が流されるフローセルを、その試料液の流れの方向に測定光を導くライトガイドセルとして用いる吸光度検出器においては、試料液の屈折率に依存してセルの透過光量が変化し、測定データのベースライン変動が生じる。この現象は屈折率効果と称される。
【００１０】
キャピラリの光導入端に直接測定光を集光させてキャピラリ内に導入し、他端側の光導出端からそのまま光を出射させるセル上記の構造において、屈折率効果が生じる原因は以下の通りであると考えられる。
【００１１】
上記のセル構造では、キャピラリを保持する部材がキャピラリに接している部分で、その保持部材に光が当たる。キャピラリの両端部分は通常、その液密性を保った状態で保持される必要があることから、樹脂製の保持部材（継手部材）であるフェルール等を介して基体に保持され、この樹脂製のフェルールがキャピラリの両端部分においてその外壁に密着した状態となる。このフェルール等の保持部材とキャピラリの外壁との境界面に光が入射した場合の光反射率はフレネルの式によって導出される。そのフレネルの式によればキャピラリとその内部を流れる試料液とからなるライトガイドの反射率は、キャピラリ内を流れる試料液と、キャピラリに接する保持部材との屈折率差によって変化する。試料液の屈折率が一定であれば問題はないが、例えば液体クロマトグラフによるグラディエント分析等のように、試料液の屈折率が経時的に変化するような測定にあっては、吸光度の測定結果にベースラインの変動が含まれることになり、測定結果に誤差が生じることになる。
【００１２】
ここで、前記した特許文献３には、テフロンＡＦを用いたセルにおける屈折率効果抑制に関する記述があるが、これは、キャピラリの両端部に、当該キャピラリに対して測定光を導入並びに導出するための光導波管を挿入し、キャピラリの両端部分に中央部分とは異なる材質の部材が接していても、その部分に光が当たらないような構造を採っている。しかしながら、この構造は、キャピラリの光導入端に直接測定光を導き、その光をキャピラリの光導出端から直接出射することが望ましい、という前記した要求とは相容れない。
【００１３】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、試料液が流されるキャピラリの一端側から入射した測定光を当該管の外壁で反射させながら管の他端から出射させるタイプのフローセルで、キャピラリの両端部を保持する保持部材の当接位置を光導波管等を用いて迂回させることなく、キャピラリの一端側に直接測定光を入射させ、他端側から直接測定光を出射させる構造を採っても、屈折率効果を抑制してベースライン変動のない正確な吸光度測定等を行うことのできるフローセルの提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するため、本発明のフローセルは、試料液が流される直線状のガラス製のキャピラリの両端に、光源からの測定光を導入するための光導入部材と、当該キャピラリ内を流れる試料液を経た光を外部の検出器に導くための光導出部材がそれぞれ設けられているとともに、上記キャピラリは、その両端部が樹脂製保持部材を介して基体にそれぞれ液密に保持されてなるフローセルにおいて、上記キャピラリの上記測定光の通過領域で当該キャピラリの外周面に接する部位における上記保持製部材の屈折率が、１．３１以下、もしくは１．４０以上であり、上記光源からの測定光の上記キャピラリへの入射ＮＡが０．２２以下であることによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１５】
ここで、本発明においては、上記キャピラリの両端の光導入部材および光導出部材はそれぞれ窓部材であり、上記光源からの測定光は、その光導入側の窓部材を介して上記キャピラリ内に直接導入され、かつ、試料液を経た光は上記光導出側の窓部材を介して上記キャピラリから外部に直接導出される構成（請求項２）を好適に採用することができる。
【００１６】
本発明は以下の知見に基づいている。
図１はキャピラリ１の光導入端側のフェルール等の保持部材２の近傍のモデルである。  ガラス製（詳細には例えば溶融石英）のキャピラリ１の外壁は、その両端部分のみが樹脂製の保持部材２に接触し、他の部分は空気に接触している。フレネルの式に基づく演算によれば、キャピラリ１に接する保持部材２の屈折率が小さいほど、キャピラリ１の外壁−保持部材２の界面での反射率は高くなる。試料液屈折率＞保持部材屈折率の場合は、界面への入射角度によっては全反射する光がある。しかし、全反射臨界角θ０を下回ると、反射率は急激に低下する。ここで、屈折率がＡ＞Ｃ＞Ｂである試料液Ａ、試料液Ｂ、保持部材Ｃを想定すると、試料液Ａがキャピラリ１内を流れている状態では全反射していた入射角度の光が、試料液Ｂに切り替わったとたんに全反射しなくなり、大きな透過光量変動が発生する。このことから、保持部材Ｃの屈折率は、キャピラリ１を流れることが想定される試料液の屈折率に対して大きく離れていることが、屈折率効果を抑制するための条件となる。
【００１７】
ここで、屈折率効果が特に問題となる、液体クロマトグラフにおけるグラディエント分析では、溶媒として水／ＡＣＮ（アセトニトリル）が一般に用いられる。すなわち、キャピラリ１内を流れる試料液が低濃度水溶液（屈折率１．３３３）とアセトニトリル溶液（屈折率１．３４４）のいずれであっても、透過光量が同じ、換言すればキャピラリの外壁での反射率が同等でなければならない。
【００１８】
液体クロマトグラフ等に用いるフローセルにおいては、キャピラリの保持部材として、耐薬品性の観点からＰＦＡ（テトラフロオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）が用いられるが、ＰＦＡの屈折率は１．３４であり、液体クロマトグラフにおけるグラディエント分析でキャピラリ内を流れる上記した溶液の屈折率と近いため、屈折率効果は大きなものとなる。
【００１９】
本発明はこのような観点から、キャピラリ（溶融石英製）内を流れる試料液が、低濃度水溶液およびアセトニトリル溶液のいずれであっても、一定の最大入射ＮＡ（開口数）のもとに入射した光の反射率が、キャピラリ外壁−保持部材界面において、互いに同一もしくは実用上問題とならない差以下となるような反射率のもとに光をガイドすることのできる構成を提供しようとするものである。
【００２０】
本発明では、入射ＮＡを０．２２以下（最大入射角θ≒１２．７°）とし、その最大入射ＮＡで入射した光について、キャピラリ内の試料液として低濃度水溶液およびアセトニトリル溶液が流れている状態でのキャピラリ外壁−保持部材界面における反射率が、互いに同一もしくは実用上問題とならない程度の差となる保持部材の屈折率を選定した。
すなわち、試料液が低濃度水溶液の場合にキャピラリ外壁−保持部材界面で全反射する保持部材の屈折率の上限は１．３１４７（アセトニトリル溶液の場合にはより大きい屈折率であっても全反射）であり、低濃度水溶液とアセトニトリル溶液とで反射率差が０．５％以下（見かけ上吸光度変化約２ｍＡＵ以下）になる屈折率の下限は１．３９９９である。最大入射ＮＡを０．２２とし、キャピラリ内を水およびアセトニトリルがそれぞれ流れている状態での反射率を、横軸に保持部材の屈折率をとってグラフで示す。なお、キャピラリの材質は溶融石英（屈折率１．４６）とした。保持部材の屈折率が１．３１４７以下では、水およびアセトニトリルのいずれが流れていても全反射し、１．３１４７を越えると試料液がアセトニトリルの場合には全反射を維持するが、水の場合には急激に反射率が低下し、両反射率が大きく相違する結果として屈折率効果が大きなものとなる。保持部材の屈折率が１．３９９以上になると、試料液がアセトニトリルおよび水のいずれにおいても反射率は０に近くなり、両者の反射率の差は０．５％以下となり、実用上問題がなくなる。
【００２１】
従って、キャピラリの外壁に密接して当該キャピラリを保持する保持部材の屈折率を、１．３１以下、もしくは、１．４０以上とすることで、入射ＮＡ０．２２以下とすることとの組み合わせにより、溶媒として水とアセトニトリル、あるいはこれらの混合体がキャピラリ内を流れても、キャピラリ外壁−保持部材界面での光の反射率は実質的に同一となり、内部を流れる試料液を含むキャピラリの透過光量が屈折率効果に起因して変化することがない。
【００２２】
そして、このようにキャピラリ外壁−保持部材界面における反射率が、液体クロマトグラフにおけるグラディエント分析等のように試料液の屈折率が変化しても実質的に一定値を保つことから、キャピラリ内への光の導入および導出のための光導波管は特に屈折率効果の抑制のためには不要となり、キャピラリの両端に窓部材を設けて測定光を直接的に導出し、かつ、キャピラリから直接的に導出する請求項２に係る発明の構成を採用しても、屈折率効果に起因する不具合は生じない。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、溶融石英等のガラス製のキャピラリを用いたフローセルの屈折率効果を抑制することができ、ひいては液体クロマトグラフのグラディエント測定等、中を流れる試料液の種類が変化しても、吸光度データのベースラインが変化することがなく、正確な吸光度測定が可能となる。
【００２４】
また、キャピラリを樹脂製保持部材で保持した構造のフローセルで、上記のように屈折率効果を抑制できることから、キャピラリに対する光の導入および導出に、結合損失や伝送ＮＡ変化等の恐れのある光ファイバ等の光導波管を用いる必要がなく、請求項２に係る発明のように窓部材を介して直接的に光を導入および導出する構成を採用することができ、より正確な吸光度測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による屈折率効果の抑制を説明するためのフローセルのモデルを示す部分的な模式図。
【図２】入射ＮＡを０．２２としたときの最大入射角の光の反射率を、試料液が水およびアセトニトリルの場合の双方について、保持部材の屈折率ごとに示したグラフ。
【図３】本発明の実施形態におけるフローセルの模式的断面図。
【図４】図３における分光吸光度検出器の全体構成を示す模式図。
【図５】本発明の他の実施形態における要部の模式的断面図。
【図６】本発明の更に他の実施形態における要部の模式的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図３は本発明の実施の形態のフローセル１０の模式的断面図である。溶融石英からなるキャピラリ１の両端は、フェルール等の樹脂製の保持部材２ａ，２ｂによって基体３に対して液密に装着されている。基体３には、キャピラリ１の一端側に通じる液導入路４ａと、同じくキャピラリ１の他端側に通じる液導出路４ｂが形成されており、試料液は液導入路４ａを介してキャピラリ１内に導入され、キャピラリ１内を流れた試料液が液導出路４ｂを介して外部に排出される。
【００２７】
キャピラリ１の一端側には、光導入用窓部材５ａが装着されているとともに、他端側には光導出用窓部材５ｂが装着されている。測定光は光導入用窓部材５ａから直接的にキャピラリ１内に入射し、このキャピラリ１内を透過した光は光導出用窓部材５ｂから直接的に外部に出射する。光導入用窓部材５ａおよび光導出用窓部材５ｂは、その形状は特に限定されるものではなく、例えばレンズであってもよいし、単なる平板状の窓であってもよい。
【００２８】
以上のフローセル１０は、図４にその光学系の構成を例示する分光吸光度検出器等に用いられる。この図４に例示する検出器は、例えば液体クロマトグラフのカラムから溶出した試料液の吸光度を波長ごとに検出するものである。
【００２９】
光源１１からの光は集光系１２により集光され、フローセル１０の前記した光導入用窓部材５ａに導かれる。フローセル１０内を流れる試料液を通過しつつ当該フローセル１０でガイドされた光は、光導出用窓部材５ｂから出射して検出系１３に入射する。検出系１３は、例えばグレーティングなどの波長分散素子とフォトダイオードアレイ等からなり、この検出系１３により、試料液を経た光の波長ごとの強度が検出され、その検出結果から試料液による波長ごとの吸光度が求められる。
【００３０】
さて、この実施の形態の特徴は、キャピラリ１の両端を保持する保持部材２ａ，２ｂを形成する材質の屈折率にあり、その屈折率は、１．３１以下か、もしくは、１．４０以上である。保持部材２ａ，２ｂの具体的な材質としては、耐薬品性を考慮した上で、屈折率１．３１以下の材質として、屈折率１．２９のテフロンＡＦを好適に採用することができ、また、屈折率１．４０以上の材質としては、屈折率１．６７のＰＥＥＫ（登録商標；ポリエーテルエーテルケトン）を好適に採用することができる。
【００３１】
また、集光系１２により、キャピラリ１の光導入用窓部材５ａに導かれる光が、入射ＮＡ０．２２以下となるように制限される。この設定により、キャピラリ１の保持部材２ａ，２ｂとして例えばテフロンＡＦなどの屈折率１．３１の材質を用いた場合には、液体クロマトグラフにおけるグラディエント分析時において、溶媒が水からアセトニトリルに変化しても、キャピラリ１内に導かれた光は、キャピラリ１の外壁と空気との界面では全反射することは勿論、キャピラリ１外壁と保持部材２ａ，２ｂとの界面においても一貫して全反射することになり、屈折率効果に起因するベースライン変動は生じない。
【００３２】
また、保持部材２ａ，２ｂとしてＰＥＥＫなどの屈折率１．４０以上の材質を用いた場合には、同じくグラディエント分析時において溶媒が水からアセトニトリルに変化しても、キャピラリ１内に導かれた光は、キャピラリ１の外壁と空気との界面では全反射する一方、キャピラリ１の外壁と保持部材２ａ，２ｂとの界面においては一貫して反射率は０に近く、溶媒が水の場合とアセトニトリルの場合とで反射率の差は０．５％以下と実用上問題のない差しかなく、この場合においても屈折率効果に起因するベースラインの変動は実質的に生じない。
【００３３】
なお、以上の実施の形態においては、キャピラリ１の両端に光導入用窓部材５ａ、光導出用窓部材５ｂを装着し、光源１１からの光を光導入用窓部材５ａを介して直接的にキャピラリ１内に導入するとともに、キャピラリ１内の試料液を透過しつつキャピラリ１にガイドされた光を光導出用窓部材５ｂを介して直接的に外部に出射させた例を示したが、光導入側もしくは光導出側のいずれか一方に光導波管を用いてもよい。図５に光導入側に光導波管１５を、図６には光導出側に光導波管１６を用いた例をそれぞれ模式的に示す。
【００３４】
図５の例は、光導入側に光導波管１５を用いる場合、光導出側には図３の例と同様の屈折率１．３１以下、もしくは屈折率１．４以上の材質からなる保持部材２ｂを介してキャピラリ１を基体３に装着するが、光導入側の保持部材２０ａは、キャピラリ１内に導入される光が当たらない場合には、その屈折率は任意であり、従ってその材質は問わない。
【００３５】
また、図６のように光導出側に光導波管１６を用いる場合、光導入側には図３の例と同様の屈折率１．３１以下、もしくは屈折率１．４以上の材質からなる保持部材２ａを介してキャピラリ１を基体３に装着するが、光導出側の保持部材２０ｂは、光導波管１６を介して外部に導かれる光が当たらない場合には、その屈折率は任意であり、従ってその材質は問わない。
【００３６】
ただし、光導入側もしくは光導出側に光導波管を用いる場合においても、光がキャピラリの保持部材に当たる場合には、その保持部材の屈折率を１．３１以下とするか、あるいは１．４０以上とする。
【００３７】
また、以上の各実施の形態において、屈折率１．３１以下、もしくは１．４０以上の材質からなる保持部材について、全体を一様な材質とする他、少なくともキャピラリに当接する面のみの材質を屈折率１．３１以下もしくは１．４０以上とし、他の部位を任意の樹脂とする構成を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  キャピラリ
２ａ，２ｂ  保持部材
３  基体
４ａ  液導入路
４ｂ  液導出路
５ａ  光導入用窓部材
５ｂ  光導出用窓部材
１１  光源
１２  集光系
１３  検出系
１５，１６  光導波管
【図１】
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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２】
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