(57)【要約】本発明は、ＨＰＬＣ吸光度検出に用いられるものなどの光誘導構造における迷走光経路をなくすために、光吸収性の壁材料４を使用することを対象とする。より具体的には、本発明は、ＨＰＬＣ吸光度検出で用いるのに適合した光誘導用フローセル２の壁の全てまたは一部について、カーボンを混ぜたＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦまたは「黒色のＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ」を使用することに関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の試料を受け取り、試料から放出されるか、または試料から屈折される光を測定するデバイスであって、
測定プロセス中に試料を収容する空洞を有する容器を備え、容器は、
前記試料と流体接続している少なくとも１つの壁であって、壁は、前記試料内の流体の屈折率より小さい屈折率を有する組成を有し、少なくとも１つの壁を通って伝播する光を大幅に減衰させるのに十分な吸収係数を有する、少なくとも１つの壁と、
透過光を通過させる少なくとも１つの手段とを備え、
前記空洞内の光は、減衰する全反射によって前記試料内に誘導されるデバイス。
【請求項２】
前記容器は、前記試料を受け取る少なくとも１つの流体入口を有する請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記容器は、前記試料を放出する少なくとも１つの流体出口を有する請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
透過光を通過させる前記手段は、開口、窓、レンズと光学系からなるグループから選択される請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
透過光を通過させる前記手段に対向し、前記試料を通過した前記光を、前記試料を通して前記手段に戻るように反射する（ｒｅｔｕｒｎ）反射面をさらに備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
光を前記試料に伝達する（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ）手段と、前記手段に対向し、前記試料を通過した光を受け取る窓とをさらに備える請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記空洞の長さは前記空洞の内径の１０から５０倍である請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記壁はＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦフルオロポリマーで形成されている請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦフルオロポリマーは黒色ドーパントを混ぜられている請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記黒色ドーパントはカーボンブラックまたは微細な金属粒子である請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記ドーパントの濃度は前記フルオロポリマーの０．０１と０．１％の間である請求項８に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記ドーパントの濃度は前記フルオロポリマーの約０．１％である請求項８に記載のデバイス。
【請求項１３】
光誘導用装置であって、
少なくとも１つの壁で境界をつけられた流体チャネルであって、前記少なくとも１つの壁の組成は、前記流体チャネルの流体の屈折率より小さい屈折率を有し、前記壁を通って伝播する光を大幅に減衰させるのに十分な吸収係数を有する、流体チャネルと、
前記チャネルの軸に垂直な光用入口と、
前記軸に垂直な光用出口と、
流体の入口および出口ポートであって、それによって、前記壁および流体が、減衰する全反射によって前記光の誘導を行い、前記壁が、前記誘導された光に対して最小の吸収作用を有する、流体の入口および出口ポートとを備える光誘導用装置。
【請求項１４】
前記壁は中空管で形成される請求項１３に記載の光誘導用装置。
【請求項１５】
前記壁は、紫外、可視、および近赤外の波長範囲内の波長で、０．１から１００ｍｍ−１の範囲の吸収係数を有する請求項１３に記載の光誘導用装置。
【請求項１６】
前記壁はＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦフルオロポリマーで形成されている請求項１３に記載の光誘導用装置。
【請求項１７】
前記Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦは黒色ドーパントを混ぜられている請求項１６に記載の光誘導用装置。
【請求項１８】
前記黒色ドーパントは、カーボンブラックまたは微細な金属粒子である請求項１７に記載の光誘導用装置。
【請求項１９】
前記黒色ドーパントの濃度は、フルオロポリマーの０．０１から１重量％の間である請求項１８に記載の光誘導用装置。
【請求項２０】
前記ドーパント濃度はフルオロポリマーの約０．１％である請求項１９に記載の光誘導用装置。
【請求項２１】
装置はフローセルである請求項１３に記載の光誘導用装置。
【請求項２２】
前記流体の入口および出口ポートは、前記軸からはずれて構成されている請求項１３に記載の光誘導用装置。
【請求項２３】
液体試料を収容し、前記液体試料を光に暴露する装置であって、
導管を備え、導管は、水の屈折率より小さい屈折率を有するアモルファスフルオロポリマーで形成されており、導管は、導管が水で充填されると、可視光および紫外光が、減衰する全反射によって導管の軸に沿ってほぼ損失なく透過し、可視光および紫外光が、導管の壁を通る通路でほぼ完全に吸収されるような大きさの吸収係数を有する装置。
【請求項２４】
液体試料の測光分析を行う方法であって、
水の屈折率より小さい屈折率を有し、前記壁を通って伝播する光を大幅に減衰させるのに十分な吸収係数を有する、アモルファスフルオロポリマーでできている壁を有する導管内に前記液体試料を導入すること、
試料液体を充填した前記導管に軸方向に光を当てること、
前記液体試料を通って伝達された（ｔｒａｎｓｆｅｒ）光を検出器で受け取ること、および、
試料による光吸収によって、前記液体中の前記試料の濃度を求めることであって、それによって、検出の線形性が改善される、試料の濃度を求めることを含む方法。
【請求項２５】
前記軸方向に当たる光は励起波長であり、前記伝達される光は、試料濃度および試料同一性を求めるのに用いられる放射蛍光またはラマン散乱光であり、それによって、前記導管に入る好ましくない散乱励起光は抑制され検出器に達しないようになる請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
流体用光誘導用フローセルのセットであって、
前記流体の屈折率より小さい屈折率、および、材料を通して伝播する光を大幅に減衰させるのに十分な吸収係数を有する前記材料からなる基板に形成されたチャネルのセットと、
前記基板材料と同じ屈折率、および、前記材料を通して伝播する光を大幅に減衰させるのに十分な吸収係数を有する材料のある部分に形成されたチャネルカバーのセットであって、前記チャネルのセットに固定されたチャネルカバーのセットは、被覆チャネルのセットを形成する、チャネルカバーのセットとを備え、
少なくとも１つの被覆チャネルは、前記被覆チャネルの軸からずれて構成された流体の入口および出口ポートを有し、
少なくとも１つの被覆チャネルは、光入口端に光源を有し、光出口端を有し、
それによって、前記少なくとも１つの被覆チャネルおよび流体は、減衰する全反射によって前記光の誘導を行い、前記少なくとも１つの被覆チャネルは、内部反射によって誘導された前記光に対して最小の吸収作用を有する流体用光誘導用フローセルのセット。
【請求項２７】
前記光源を提供する少なくとも１つの被覆チャネルに結合した光ファイバをさらに備える請求項２６に記載の光誘導用フローセルのセット。
【請求項２８】
前記閉じたチャネルを形成する材料はフローセル間の光クロストークを防止する請求項２６に記載の光誘導用フローセルのセット。
【請求項２９】
少なくとも１つの被覆チャネルは分離カラムとして構成される請求項２６に記載の光誘導用フローセルのセット。
【請求項３０】
少なくとも１つの被覆チャネルは流体接続部として構成される請求項２６に記載の光誘導用フローセルのセット。
【請求項３１】
前記基板および前記部分は、フルオロポリマーの０．０１から０．１％の間の濃度で、黒色ドーパントを混ぜたＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦフルオロポリマーで形成されている請求項２５に記載の光誘導用フローセルのセット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、高性能液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）およびキャピラリーゾーン電気泳動（ＣＺＥ）分光分析などの光誘導用用途における、迷走光経路をなくすための光吸収壁材料の使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
光吸収検出システムは一般に、４つの基本部品、すなわち、光源、使用する波長を選択する手段、光誘導用容器（フローセル）（通常、分析されるべき試料および光が通過する中空管または毛細管の形態）、およびフローセルを透過した光量を測定する光検出器を備える。光が光ファイバに沿って誘導されるのと同じ方法で毛細管に沿って誘導されると、大きな光スループットが達成される。
【０００３】
フローセルは、液体クロマトグラフィまたはＣＥで出会う溶液に耐性のある材料で構成されなければならない。低濃度の分析物に対して高い感度を得るには、セルは、光スループットが高く、経路長が長くなければならない。分析物の量が少なく、毛管分離技法を用いる場合、セルの容量もまた小さくなければならず、そうでない場合、帯域拡散およびクロマトグラフィ分解能の低下が起こる。光吸収試料を充填したこうしたシステムを通過する光の透過度Ｔは、ベールの法則、すなわち、
【数１】
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に従って求められる。ここで、Ｉ０は、フローセルに透明な流動層（ｍｏｂｉｌｅ  ｐｈａｓｅ）を充填した時のフローセルを出る光であり、Ｉは、分析物が存在する時のフローセルを出る光出力である。ｂは、フローセルの経路長（慣例的に、センチメートルで表される）であり、ｃは、Ｍまたはモル／リットルの分析物濃度であり、εは、ｃｍ−１（モル／リットル）−１の単位で表されるモル吸光係数である。Ａは吸光度（吸光度単位（ａｕ）で表される無次元数）である。
【０００４】
高い光スループットおよび長い経路長に対する要件は、微分式（１ｂ）で示される。
【数２】
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【０００５】
Δｃは、検出することができる最低の分析物濃度であり、ΔＡは、測定することができる対応する吸光度の最小の変化である。これは、吸光度ベースラインでのノイズ、吸光度検出器の出力を表す。
【０００６】
式（１ｂ）で示すように、吸光度ノイズを小さくするには、光信号Ｉ０を大きく、Ｉの測定におけるノイズを小さくする、すなわち、生の透過度測定において信号対ノイズ比（Ｓ／Ｎ）を大きくする必要がある。うまく設計された検出器においては、光信号の平方根に比例するショットノイズが支配的であるため、Ｓ／Ｎを大きくするには、光スループットを高くする必要がある。
【０００７】
光誘導用フローセルは、小さな容量のセルを、高い光スループットおよび長い経路長を有して構成することを可能にする。液体試料は、流動相より小さい屈折率（ＲＩ）を有する材料からなる管に収容される。光は、管の一端に導入され、他端で出る前に、複数の内部反射を行いながら管の軸を下流に（ｄｏｗｎ）伝播する。液体は光ファイバのコア（ｃｏｒｅ）に似ており、管の材料はクラッディング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）に似ている。光誘導条件は、液体／壁境界に入射する光線が、臨界角θｃより大きな入射角で入射することである。
【数３】
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ここで、ｎ１は液体のＲＩであり、ｎ２はフローセルの壁のＲＩである。
【０００８】
誘導ビームの開口数（ＮＡ）は、
【数４】
2005526238.tif 000006
で与えられる。ここで、ψは、空気からセルに入る光線とセルの軸の間の、誘導条件を満足する最大角である。誘導メカニズムは、全内部反射（ＴＩＲ）と呼ばれる。
【０００９】
最近、一般的なクロマトグラフィ溶剤、たとえば水の屈折率より小さい屈折率を有するアモルファスフルオロポリマーからなる内部表面を有するフローセルによって、光誘導用フローセルを構成することが可能になった。
【００１０】
管の軸に沿って導入された光は、流体壁境界での全内部反射によって流体内に誘導される。アモルファスフルオロポリマー材料Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ１６００および２４００が好ましい管材料である。その理由は、それらの材料が、可視および紫外スペクトルにわたって透明であり、極めて小さい屈折率（それぞれ１．３１および１．２９）を有しており、化学的に不活性であるためである。比較として、同じ波長の水のＲＩは１．３３３である。全ての一般的な溶剤（メタノール／水混合物およびアセトニトリルなど）は、水、したがって同様にＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦより大きなＲＩを有する。純粋なメタノールのみが水よりわずかに小さい屈折率を有するが、それでもＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦより大きい。たとえ波長が異なっても、フルオロポリマーはＲＩの利点を保持する。
【００１１】
しかし、ある程度の光が壁の端部断面に入ることがないように、あるいは、ある程度の光１８が散乱して液体から壁内に入ることがないように、あるいは、ある程度の光１８が試料流体の一部または全てをバイパスした後に壁から流体内に入ることがないように、アモルファスフルオロポリマー壁を有するセルを作ることは難しい。これらの正常でない光経路によって、迷走光のバックグラウンドが生じ、読みが不正確になり、液体を通過した光のみを受け取ると仮定される検出器の線形性およびダイナミックレンジが制限される。
【００１２】
迷走光を制御する一方策は、壁と光の間の不透明マスクにあるが、ＨＰＬＣおよびＣＺＥ機器の小径の管によって、こうしたマスクのアライメントが難しくなり、時間がかかる。迷走光を制御する第２の方策は、壁間で適合するＯＤを有する光ファイバを通る入射光を供給するが、液体内に結合される光量は、幾何学的に面積が減ることによって減る。
【００１３】
迷走光を制御する困難さは、流体断面が小さくなるにつれて大きくなる。毛管ＨＰＬＣまたはＣＺＥ検出の場合、分析感度を保持するのに十分な経路長を有する小さな容積のフローセルを作るには、１００μｍ以下の流体チャネルＩＤが必要である。先に概説した迷走光を制御する難しさを回避するために、光誘導用フローセルを作製するよりよい方法が必要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、小さな断面を有し、特に、光吸収測定のために用いられる容器の迷走光を制御する装置および方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
好ましい用途において、容器はＨＰＬＣ装置からの分析物を受け取るフローセルである。一実施形態は、１つまたは複数の試料を受け取り、試料から放出されるか、または試料から屈折される光を測定するデバイスである。このデバイスは、測定プロセス中に試料を収容する空洞を有する容器を備え、容器は、試料と流体接触する少なくとも１つの壁を備え、壁は、試料内の流体の屈折率より小さな屈折率を有する組成を有する。さらに、壁は、壁を伝播する光を大幅に減衰させるのに十分な吸収係数を有し、容器は、少なくとも１つの透過光を通過させる手段を有し、空洞内の光は、減衰する全反射によって試料内に誘導される。壁の吸収係数の賢明な選択によって、内部反射によって流体を通して誘導される光の減衰は最小なだけである。透過光を通過させる手段は、開口、窓、レンズと光ファイバであってよい。壁についての好ましい材料は、カーボンブラックなどの黒色ドーパントを混ぜられたＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦフルオロポリマーである。
【００１６】
別の実施形態は、少なくとも１つの壁で境界をつけられた流体チャネルを備え、壁の組成は、流体チャネル内の流体の屈折率より小さい屈折率を有し、壁を伝播する光を大幅に減衰させるのに十分な吸収係数を有する。装置はさらに、光用の入口および出口を備え、入口および出口は、チャネルと流体の入口および出口ポートの軸に垂直であり、それによって、壁および流体は、減衰する全反射によって光の誘導を行い、壁は、誘導光に対して吸収作用が最小になる。壁は、紫外、可視、および近赤外の波長範囲内の波長で、０．１から１００ｍｍ−１の範囲の吸収係数を有する。壁について好ましい材料は、カーボンブラックなどの黒色ドーパントを混ぜたＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦフルオロポリマーである。フルオロポリマーの０．０１重量％と１重量％の間のカーボンブラック濃度は、迷走光を吸収するのに十分である。
【００１７】
別の実施形態は、液体試料を収容し、液体試料を光に暴露する装置である。装置は、導管を備え、導管は、水の屈折率より小さい屈折率を有し、導管が水で充填されると、可視光および紫外光が、減衰する全反射によって導管の軸に沿ってほぼ損失なく透過するが、可視光および紫外光が、導管の壁を通る通路でほぼ完全に吸収されるような大きさの吸収係数を有する、アモルファスフルオロポリマーから形成された壁を有する。
【００１８】
検出の線形性を改善した、液体試料の測光分析を行う方法は、水の屈折率より小さい屈折率を有し、壁を通って伝播する光を大幅に減衰させるのに十分な吸収係数を有する、アモルファスフルオロポリマーでできている壁を有する導管内に液体試料を導入すること、試料液体を充填した導管上に軸方向に光を当てること、液体試料を通って伝達された光を検出器で受け取ること、および、試料の光吸収を測定することによって、液体中の試料の濃度を求めることを含む。光が、試料液体を充填した導管に軸方向に当てられると、液体試料を通して伝達された光が検出され、液体中の試料濃度が求められる。別法として、試料濃度を、放射蛍光またはラマン散乱光を用いて求めることができる。
【００１９】
流体用光誘導用フローセルのセットは、流体の屈折率より小さい屈折率、および、材料を透過して伝播する光を大幅に減衰させるのに十分な吸収係数を有する材料からなる基板に形成されるチャネルのセットを備える。基板材料と同じ屈折率、および吸収係数を有する材料のある部分に形成されたチャネルカバーのセットは、チャネルのセットに固定され、被覆チャネルのセットを形成する。少なくとも１つの被覆チャネル、または、相互接続された被覆チャネルのセットは、流体の入口および出口ポートを有する。少なくとも１つの被覆チャネルは、光入口端に光源を有し、光出口端を有する。それによって、少なくとも１つの被覆チャネルおよび流体は、減衰する全反射によって光の誘導を行い、少なくとも１つの被覆チャネルは、内部反射によって誘導された光に対して吸収作用が最小になる。被覆チャネルは分離カラムとして構成される。分離カラムの出力が光誘導用チャネルに接続されると、相互接続されたチャネルは、相互接続されたチャネルを通過する流体に対して分析を行う。この時、光出口端はフローセルのセットの外部にある検出器に接続される。
【００２０】
本発明の通常の使用は、ＨＰＬＣまたはＣＥ吸光度検出用のフローセルにおいてであり、フローセルは、暗い（ｄａｒｋｅｎｅｄ）Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ２４００などの屈折率の低い材料からなる中空管から構成され、そこでは、壁材料は、壁を透過する光を遮断するのに十分に吸収性がある。同時に、壁による吸収は、光誘導がほぼ影響を受けないほどに十分に低い。カーボンを混ぜたＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ、すなわち、「黒色のＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ」は、ＨＰＬＣ吸光度検出において用いるためのこうした光誘導用フローセルの壁の全てまたはその一部によく適合した材料である。
【００２１】
本発明のこれらのおよび他の特徴および利点は、添付図面と共になされる以下の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。そこでは、同様の参照数字は、いくつかの図面を通して対応する部分を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
優れた信号対ノイズ特性を有する光誘導用構造は、液体を通って誘導される光の内部反射による減衰を最小限なだけにするように、液体収容容器の壁の吸収係数を賢明に選択する場合に構成することができる。容器は、単一試料容器のアレイとして、または、サンプルのシーケンスを分析することができるフローセルとして、単一試料を収容するように形成されることができる。本発明の原理は、例として、光誘導用フローセルを利用して論じられており、光誘導用フローセルは、単純で、構成が容易で、迷走光を最小にし、選択した容積および経路長について最大の光スループットを示す。小さいＲＩの壁材料を十分に吸収性のあるものにして、液体試料の一部または全てをバイパスする迷走光の経路（吸光度と濃度の間の非線形性の原因）を遮断するようにする。フローセル内腔に挿入されるマスクまたは光ファイバがないことによって、光スループットを最大にすることができる。
【００２３】
以下で論じることによって、正当であると認められる主張とは、壁に入る望ましくない光線は吸収され、フローセルチャネルに沿って誘導される望ましい光線は損失なしで透過するように、小さい屈折率の壁材料に対してバルク（ｂｕｌｋ）の吸収係数を選択することができることである。材料を通る光の吸収は、ベール／ランバート（Ｂｏｕｇｕｅｒ／Ｌａｍｂｅｒｔ）の法則によって、
【数５】
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と記述される。ここで、αは往復（ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ）長の単位での材料吸収係数であり、ｂは材料内を進む距離であり、端部反射損失を無視すると、Ｉ０およびＩは材料をそれぞれ入りまた出る、光強度すなわち出力である。
【００２４】
管壁を透過し、内腔に平行な光が、５ｍｍの距離内で入射強度の１０００分の１に減る場合、適切な光遮断が達成されることができる。これによって、バルク材料を通る迷走光がほぼなくなる。これらのパラメータを用いると、式（３）はα＝１．４ｍｍ−１の吸収係数をもたらす。この材料の変化が光誘導特性に与える影響が以下で考えられる。
【００２５】
コア材料と小さい屈折率のクラッディングの間の境界での全内部反射によって光線が誘導されると、小さい屈折率媒体内へ少量の光が浸透する。小さい屈折率の媒体が透明である場合、内部反射は１００％である。しかし、小さい屈折率の媒体が光を吸収する場合、浸透するわずかな光波に一定のエネルギーがトラップされ、そのプロセスは減衰する全反射（ＡＴＲ）と呼ばれる。本デザインと同様に、吸収が小さい場合、比較的簡単な式を用いて、光が各内部反射で浸透するＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦの有効厚を計算することができる（Ｈａｒｒｉｃｋ  Ｎ．Ｊ．，Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，Ｈａｒｒｉｃｋ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｃｏｒｐ．，Ｏｓｓｍｉｎｇ，ＮＹ，１９８７，ｐ４３を参照されたい）。有効厚は、波長、入射角、２つの媒体の屈折率、および偏光面によって決まる。部品の物理的な向きが図４に示される。
【００２６】
入射面に垂直に偏光された光の場合、有効厚は、
【数６】
2005526238.tif 000008
である。
【００２７】
入射面に平行に偏光された光の場合、有効厚は、
【数７】
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である。ここで、
ｎ１は、媒体１（流体試料）の屈折率である。
【００２８】
ｎ２は、媒体２（流体と接触しているＴｅｆｌｏｎ（登録商標））の屈折率である。
【００２９】
θは、２つの媒体の境界で内部反射した光線の入射角である。
【００３０】
ｎ２１＝ｎ２／ｎ１
λ１＝λ／ｎ１は、媒体１内の波長である。λは空気における波長である。
【００３１】
１つの考えられる用途は、１００μｍのＩＤ、０．２７の管の開口数（ＮＡ）、および２５０ｎｍの波長を持つ光ビームを有する５ｍｍ長の光誘導用フローセルを利用することである。軸に対して最大角度（ａｒｃｓｉｎ（ＮＡ））をなし、臨界角に最も近い角で境界から反射する光線は、約１０回の反射を行い、壁の最も深くに浸透する。これらの光線が通過する（ｔｒａｖｅｒｓｅ）Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦの有効厚は、非偏光光を仮定すると、上述の式（４ａ）と式（４ｂ）の平均である。最悪の場合の光線については、有効厚は、１反射当たり１．４μｍ、すなわち、フローセルの全長について１４μｍである。ｂについてのこの値、および先に計算したαの値を用いると、式（３）によって、誘導された光の透過度が０．９８として求められる。軸に対して小さい角度をなす光線は透過度がいっそう大きい。これらの計算が示すところでは、暗いＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ壁を透過した光を遮断するのに十分に大きなこうした吸収係数を用いると、誘導されたビームの減衰は無視できる。
【００３２】
図１は、本発明を用いて構成された、試料を通過した後の光を測定するための単一の試料容器２を示す。試験されるべき試料は容器２の空洞６内に設置される。光を通過させる手段１０は、容器２の壁４内に設けられて、光が入ったり（１６）、出たり（１６’）することを可能にする。光を通過させる手段は、開口、窓、レンズ、または光ファイバであってよい。壁４が、暗いＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦでできているため、臨界角より小さい入射角を有する光は、空洞を下流へ誘導され、一部の光は、空洞の端部に反射し、空洞を出る時に測定される。壁４の端面１１に入射する光は、吸収され、測定の邪魔にならない。この容器は他の構成に適応することができる。複数の試料を試験するのに、容器２のアレイを構成することができる。窓が反射面８と置き換わる場合、測定センサは、光源の反対側に設置されることができる。こうした適応は、離散した試料の大規模なスクリーニングを行うには有利であることを裏づける場合がある。容器２をさらに変更して、試料流体の通過を可能にすると、図２に示すようなフロ−セルが形成される。
【００３３】
図２は、本発明を用いて可能になったフローセルの単純化したデザインを示す。管１７は暗いＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ壁である。試験下の流体は、管１７の一端１８で入り、他端１９で出る。入射光１６、２４は、管１７のＮＡ内のある角度に向いている。光源１９は、管１７のＩＤより広く、軸と整列している。ｎ１のＲＩを有する液状媒体に入るように向いている光１６は、入射角θが臨界角より小さいため、空洞１５を下流に誘導される。空洞の外側に当たる光２４は、セル壁４に入り、短い距離を進み吸収される。図２は、光誘導用フローセルの出口にある単一の窓２６を示す。これによって、フローセルの出口に光ファイバを整合させ、位置合わせすることが避けられ、光効率の向上につながる。フローセルへの入口もまた窓である可能性があり、光は入口に収束される。管１７の壁４に当たる光は、上述したように吸収される。セルの端部でマスクがもはや必要でないため、デザインが単純になる。流体経路断面の全体が光であふれるため、光効率が最大になる。
【００３４】
図３は、透過度に対する効果を判定するために、先に計算した場合における、水を充填したＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ管の内壁からの全内部反射を受ける光波によって行われる反射の数（ひし形）を示す。また、光誘導部を通過する間に光が通過するＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ材料の「有効厚」（正方形）がプロットされている。これによって、光ビームが、管を下流へと複数の反射を行う時に、光ビームの減衰を割り出すことが可能になる。図３のデータは、開口数ＮＡに対してプロットされている。ＮＡは、光誘導部に入る光線の円錐を決める。最も傾斜した光線は、光誘導部の外側にある空気の軸と角度ｓｉｎ−１（ＮＡ）をなす。これは、壁の吸収によって最大の減衰を受ける誘導光線であり、そのデータが図３にプロットされている誘導光線である。
【００３５】
黒色ドーパントの濃度の１０倍が用いられ、α＝１４ｍｍ−１の壁吸収係数を与える場合、最悪の場合の光線の透過度は８２％に降下し、重大な損失ではなく、許容できる損失をもたらすであろう。これによって、不透明ドーパントの濃度を選択する時の適度の選択幅が許され、または、別法として、ドーパントの吸収係数が、所望の波長範囲にわたって１０倍変化し、それでも必要な基準を満足することが可能である。
【００３６】
好ましい不透明ドーパントは、ＨＰＬＣ溶媒およびｐＨレンジに対し化学的に耐性があり、問題とする波長領域、２００から８００ｎｍにわたって、できる限り平坦なスペクトルを有する。特に蛍光を分析するのに用いられるフローセルおよびキューベットにおいて迷走光経路を遮断するために用いる「黒水晶」を作るために、カーボンブラックが溶融シリカに混合された（Ｈｕｌｍｅの米国特許第５，４９３，４０５号明細書、Ｆｕｊｉｔａ他の米国特許第６，１０６，７７７号明細書を参照）。これらのセルでは、壁材料が分析流体より大きな屈折率を有するため、光誘導は起こらなかった。しかし、広い波長範囲にわたって透過光を遮断する材料として、カーボンは、光誘導式セルに対するして本出願にはよい選択である。微細な（ｆｉｎｅｌｙ  ｄｉｖｉｄｅｄ）金属粒子などの他の材料を用いる場合がある。より制限された波長範囲にわたって多くの異なるドーパントを用いる場合がある。
【００３７】
図４は、本発明を取り入れるフローセルを構成する方法を示す。フローセル本体４２は、複数の部分で（ｉｎ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｐａｒｔｓ）ＰＥＥＫなどのシール可能材料によって構成される。暗いＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ４４の管はセル本体４２の一部で保持される。流体３８は、毛細管４０を介して本体に入り、本体部分４２の間の金属ガスケット３２にエッチングされたチャネル４５によって管の空洞４３に導入される。管４４を通過した後、流体はさらに、金属ガスケット３２を通って、流体ポート３４から出るように送られる。光３６は、光ファイバ３５を介してフローセルに入って、流体を充填した管の空洞４３を通過するようにする。管４４の出口側では、窓３０によって、光４６が、フローセルを出て、センサの方に向かうことが可能になる。光が、光誘導用管４４の長さに沿って通過することが明らかである。このフローセルにおいて、管壁４４の端部を覆う金属ガスケット３２の部分は、光の遮断にとって重要ではない。その理由は、管４４の壁の不透明さによって、迷走光が、流体経路に入るのが防止されるからである。
【００３８】
一実施形態において、微細なカーボンブラックは、粉末形態でＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ２４００樹脂と混合される。カーボンブラック濃度は約０．０１から１％である。好ましい実施形態において、カーボンブラック濃度は約０．１％である。得られる混合物を用いて、すでに十分に確立された方法を用いた押し出しまたは延伸によって、「黒色の」Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ管が作られる。低レベルのカーボンブラックは、管の作製能力にはそれほど影響を与えない。「黒色の」Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ管が光誘導用フローセルに用いられると、管は、光がセル壁を透過するのを遮断するため、その迷走光は全く検出器に達することができず、全く測定誤差を生じさせることがない。
【００３９】
一定のチャネルが、流体接続部、分離カラム、および反応室である「ラブオンチップ（ｌａｂ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）」構造が、平坦基板上に作られた。本発明の第２の実施形態として、「黒色の」Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦのストリップが、数ｍｍ幅で約１ｍｍ厚のリボンの形態に押し出された。この部分を基板として用いて、たとえば、ホットエンボシングによって、チャネルのパターンが形成される。一緒に結合した２枚のこうした基板、または非構造蓋部を有する１枚の基板を用いて、独特の特性を有する「ラブオンチップ」構造が作成される。チップ内のチャネルの中には、分離カラムとして形成された他のチャネルに対する流体接続部として用いられるものもある。これらは、検出のために作成された流体を収容する光誘導部に接続されることができる。光誘導部への窓が作成され、種々の長さの光ファイバが挟むように結合されて、チップ上に必要とされる光がもたらされ、適切なチャネルに結合するようにする。基板として不透明な「黒色の」Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ材料を用いることによって、迷走光が遮断され、光誘導用検出チャネルが構成されるのが可能になる。さらに、「黒色の」Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦバルク材料は、チップの他の部分からの任意の迷走光が、光を検出システムに漏らすのを防止する。これによって、先に論じたように、検出器の線形性が改善される。光遮断基板を用いることによって、複数の光誘導用フローセルが、クロストークなしで、同じ基板上に構成することが可能になる。
【００４０】
図５は、本発明によって可能になった「ラブオンチップ」の単純化した図を示す。基板５０は「黒色の」Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦから形成される。チャネル５１は、入口５２から分離カラムとして形成されたチャネル５４への流体接続部を形成する。光ファイバ５６および５８は結合されて、チャネル６０を通過する試料の吸光度を測定するのに用いられる光誘導用チャネル６０の端部壁の一部を形成する。流体はチャネル６２を通って構造を出る。同じ基板上で、別の光誘導用フローセルによって、チャネル５３を通過してチャネル６７（測定チャネル）へ行く流体の吸光度の測定が可能になる。別の光ファイバ６８、７０がチャネル６７に結合して、光の入口および出口を形成する。基板５０が不透明であるため、光は、２つの光誘導測定チャネル６０、６７に限定される。
【００４１】
光を遮断するＲＩの小さな材料の用途を、吸収測定の文脈で論じたが、材料はまた、蛍光およびラマン検出に用いる光誘導用途に適用可能である。不透明なセル壁は、セル壁に入るか、またはセル壁に散乱して入る不必要な励起光を吸収する。
【００４２】
材料は、吸光度測定に用いられる、円筒状薄壁毛細管の形態に延伸された、光学的に透明な材料でできているキューベットの文脈で論じられてきた。しかし、「黒色の」Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦのさらなる用途は、キューベットを、反射面を光が入る窓／開口に対向して有するコンテナまたは透明窓を互いに対向して有する容器に形成する。
【００４３】
本明細書で開示した実施形態に対して、種々の変更を行ってもよいことが理解される。したがって、上記説明は、制限するものとして考えられるのではなく、単に種々の実施形態の例示として考えられるべきである。当業者は、添付特許請求項の範囲および精神内で他の変更形態を想定するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による光誘導用容器の単純化した図である。
【図２】本発明による、フローセルの形態での光誘導用容器の単純化した図である。
【図３】本発明による、光波の壁への浸透の深さを示すグラフである。
【図４】本発明を取り入れて構成されたフローセルの図である。
【図５】本発明を用いて実施した「ラブオンチップ」の単純化した図である。
【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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【国際調査報告】
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