(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高感度示差屈折計フローセルであって、
ａ）試料チャンバ（２）の入口面（８）に入る入射光ビーム（１）を制限するアパーチャ（７）と、
ｂ）試料チャンバ（２）とを含み、前記アパーチャは、前記入射光ビーム（１）が前記試料チャンバの第１の側面のみを通して前記フローセルの前記試料チャンバ（２）に含まれる試料溶液を照らすよう前記入射光ビーム（１）を制限し、さらに
ｃ）前記入射光ビーム（１）が前記試料チャンバ（２）を横断した後、透過性パティション（３）を通過して基準チャンバ（４）に入る、透過性パティション（３）と、
ｄ）基準流体を包含し、前記試料チャンバ（２）を基準チャンバ（４）から隔てる前記透過性パティション（３）によって隔てられる、前記基準チャンバ（４）とを含み、前記基準チャンバ（４）は、前記試料チャンバ（２）の前記第１の側面よりも広い幅の第２の側面を含み、前記透過性パティション（３）の透過ビームは前記基準チャンバ（４）の前記第２の側面のみを通過する、高感度示差屈折計フローセル。
【請求項２】
前記入射光ビームは単色である、請求項１に記載の高感度示差屈折計フローセル。
【請求項３】
前記試料チャンバおよび基準チャンバは相似の直角三角形の断面を有する、請求項１に記載の高感度示差屈折計のフローセル。
【請求項４】
前記基準チャンバの前記第２の側面（１２）および出口面（１３）は平行ではない平面である、請求項１に記載の高感度示差屈折計フローセル。
【請求項５】
前記入射光ビーム（１）が前記試料チャンバ（２）を横断した後通過する、前記透過性パティション（３）は、前記入射光ビームに対して直角ではない、請求項１に記載の高感度示差屈折計フローセル。
【請求項６】
前記透過性パティション（３）は、前記入射光ビームの方向に対して４５°のオーダの角度を有する、請求項１に記載の高感度示差屈折計フローセル。
【請求項７】
前記フローセルの屈折率、ならびに前記高感度屈折計フローセルが使われる試料屈折率および基準屈折率に基づいた計算により、透過ビームの屈折範囲が決定される、請求項１に記載の高感度示差屈折計フローセル。
【請求項８】
前記高感度示差屈折計フローセルが使われるすべての試料流体および基準流体に関する、前記透過ビームの直接計測により、透過ビームの屈折範囲が決定される、請求項１に記載の高感度示差屈折計フローセル。
【請求項９】
後の製造のための、高感度示差屈折計フローセルを設計するための方法であって、
ａ）前記フローセル内の試料チャンバ手段（２）の入口面手段に衝突する入射光ビーム手段を設計するステップと、
ｂ）前記試料チャンバの第１の側面のみを通して前記試料チャンバ（２）に含まれる試料溶液を照らすよう、前記入射光ビームを制限するアパーチャ（７）を設計するステップとを含み、前記設計は、
ｃ）前記試料チャンバ（２）と基準流体を含み隣接する基準チャンバとを隔てる透過性パティション手段（３）を含み、前記入射光ビーム（１）は前記試料チャンバ（２）を照らした後透過性パティション手段（３）を通過し、さらに
ｄ）前記フローセルの屈折率ならびに、高感度屈折計フローセルが使用される試料溶液屈折率および基準溶液屈折率に基づいて、前記パティション手段（３）における透過ビームの屈折範囲を決定するステップと、
ｅ）前記パティション手段（３）を通って前記基準チャンバ（４）に入る前記光ビームが、前記第１の側面よりも大きい幅を有する前記基準チャンバの第２の側面からのみ出るよう、基準チャンバ（４）の寸法を設計するステップとを含む、方法。
【請求項１０】
選択された前記光ビーム手段は単色であり、前記試料流体屈折率および基準流体屈折率は前記単色ビームの波長で決定される、請求項９に記載の設計方法。
【請求項１１】
前記入射光ビーム（１）が前記試料チャンバ手段（２）を横断した後通過する前記透過性パティション手段（３）は、前記入射光ビームに対して直角でない、請求項９に記載の設計方法。
【請求項１２】
前記透過性パティション手段（３）は前記入射光ビームの方向に対してほぼ４５°のオーダの角度を有する、請求項１１に記載の設計方法。
【請求項１３】
透過ビームの屈折範囲は、前記高感度屈折計フローセルが使用されるすべての試料流体および基準流体に関する前記透過ビームの計算を介して決定される、請求項９に記載の設計方法。
【請求項１４】
透過ビームの屈折範囲は、前記高感度屈折計フローセルが使用されるすべての試料流体および基準流体に関する前記透過ビームの直接計測で決定される、請求項９に記載の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料体積を最小化すると同時に示差屈折率測定の精度を上げ、試料を増加することなく回析効果を減じる、高感度示差屈折計フローセルの提供に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料と基準材料との屈折率の差は、示差屈折率、ｄＲＩと呼ばれ、かなり重要な物理的パラメータである。溶媒プラス溶質からなる試料溶液と、純粋な溶媒からなる基準溶液とのｄＲＩは、関係式Δｃ≒Δｎ／（ｄｎ／ｄｃ）から溶質濃度を決定するのに使用されるが、ここで濃度の変化Δｃは測定された溶質屈折率の変化Δｎに直接比例する。比例定数は示差屈折率増分ｄｎ／ｄｃの逆数である。ｄＲＩを測定するための典型的な計器は「ウォークオフ」タイプの示差屈折計である。この計器は、液体または気体のいずれかを格納できる２つの流体チャンバおよび、チャンバ同士を隔てる傾斜した透過性インターフェイスを有する、透過性の材料でできたセルを含む。図１に示すように、光のビーム１はセル内に入り、試料チャンバ２を通過し、２つのチャンバを隔てるインターフェイス３を通り、基準チャンバ４を通過して、最後にセルから出る。図示されたセルについては、２つのチャンバ内の流体が同一の屈折率を有する場合、透過した光のビーム５はセルを出た後、入射ビーム１と平行な経路で伝搬する。２つの流体が異なる屈折率を有する場合、透過した光のビーム６は入射ビームに対し、ある角度θの経路で伝搬する。入射光ビームと透過した光のビームとの間の角度θは、一次的に、２つの液体間の屈折率の差に比例する。光ビームの角屈折（angular deflection）は、十分に確立されたさまざまな手法によって測定でき、これに従いｄＲＩを測定し、報告できる。
【０００３】
図１に示すように、入射ビームは一般に、入口面の法線である試料チャンバのインターフェイスにぶつかるが、入射ビームはインターフェイスに対しある角度で配向される。たとえばこの態様で、最終的に透過したビームをミラーで反射し、フローセルチャンバに戻して、ビームが同じ面から出るようにすることが可能となる。このようなミラー手段でセルの感度が２倍高くなる。出力ビームは入射ビームと平行またはコリニアではなく、より容易に検出できる。
【０００４】
従来、試料チャンバと基準チャンバと間の透過性インターフェイスの角度は入射ビームの方向に対してほぼ４５°のオーダであるが、この角度が大きくなるほど、試料流体の屈折率と基準流体の屈折率との差のために、透過ビームの角屈折が大きくなる。図示したジオメトリでは、この角度を大きくするとより大きな体積の試料流体チャンバを要し、小さくすると、試料流体と基準流体との屈折率差のために、角屈折が低下する。
【０００５】
２つの液体間のｄＲＩ測定を利用する用途の場合、典型的には、測定に要する試料の量が減じられれば有益である。多くの用途において、試料の準備に膨大な時間と資源の投入が必要であり、測定に要する試料の量を低減することは直接に経済的利益をもたらす。試料準備に関するコストと手間の低減に加えて、多くの場合、測定に要する試料の量が減じられると測定の質が向上する。液体クロマトグラフィシステムは、測定に要する試料の体積が減じられると多くの場合測定の質が向上する、１つの例である。液体クロマトグラフィシステムでは、潜在的に多くの種（species）からなる材料が溶媒に溶けこんでおり、続いて、流体の流れに注入される。流体の流れは、ある媒体または装置を横断させられるが、媒体または装置は、その中でサイズ、化学親和力、熱的特性または電気的特性などいくつかの物理的パラメータに基づいて種を選択的に遅らせ、それにより種を互いに分離する。したがって、異なる種は異なる時間に媒体または装置を出る。伝統的命名法に従って、この媒体または装置をここではカラムと呼ぶが、装置の物理的形状および機能はカラム
とはかなり異なり得る。カラムを通過する流体は典型的には口径の小さいチューブに出て行くので、いつの時点においてもチューブの長手に沿って、異なる種が異なる位置に存在する。示差屈折計などの測定装置が、流体がそのチューブから測定装置を通って流れるように設置されると、材料の構成種が個別に測定される。材料の構成種の測定はクロマトグラフィシステムの本質的な目的である。液体の有限体積は常に測定に必要なので、チューブの、ある体積以内の種は必然的にいつの時点でも、信号に寄与する。したがって測定機器は常に、測定体積に対応するチューブの長手に沿って存在する種の平均値を測定している。このような種の平均化は、カラムによって達成された分離を部分的に損ない、結果的にデータの質を低下させる。測定に要する試料の体積を低減することは種の平均化を最小化することであり、結果的にデータの質を高める。
【０００６】
試料の有限体積を平均化して測定することによるデータの質への悪影響に加え、いくらかの体積の試料が測定システムを横断する間に混ざり合う。多くのクロマトグラフィシステムは、流体の流れに沿って連続して設置される数種の測定機器からなり、各々が試料について、異なる物理的パラメータを測定する。測定装置で流体のいくらかの体積が混ざり合うと、その流体に関する以後の測定はすべて、結果的に測定体積中の複数種の平均化により悪影響を受ける。典型的には、測定に要する体積が大きいほど混ざり合う試料の体積は大きくなり、流体の下流に設置される機器のデータの質に及ぼす悪影響も大きくなる。
【０００７】
液体クロマトグラフィ分野での用途に加えて、多様な型の示差屈折計が多くの異なる分野で用いられている。参照標準と試料との間の屈折率差を正確に測定することにより、このような測定が蔗糖濃度、流体密度、および硫酸、塩化ナトリウム、エタノールなどの無数の産業流体の濃度測定に使用できる。多様な抽出物の量を測定する手段として屈折率差を測定し利用するという概念のもとに、さまざまな計器が設計されてきた。
【特許文献１】米国特許第４，６１６，９２７号「光散乱測定のための試料セル」（１９８６年１０月１４日）
【特許文献２】米国特許第５，５３０，５４０号「極めて小さい体積の光散乱測定セル」（１９９６年６月２５日）
【特許文献３】米国特許第６、４１１、３８３号「第２ビリアル係数測定方法」（２００２年６月２５日）
【特許文献４】米国特許第６，６５１，００９号「噴射方法による、高分子の平均的溶液物性の測定方法」（２００３年１１月１８日）
【非特許文献１】「物理学年鑑」第３３巻１２７５−１２９８頁に発表された、アルバート・アインシュタインの１９１０年の研究報告書「臨界状態付近における均質流体および液体混合体のタンパク光理論」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ｄＲＩ測定に要する試料の体積を低減することには明らかに利点がある。しかしウォークオフタイプの示差屈折計においては、試料体積の低減とｄＲＩ測定感度との間にトレードオフが存在する。試料体積の低減に伴うｄＲＩ感度の低下には、少なくとも３つの理由がある。第１の感度低下の理由は、試料の平均化の低減である。たとえ完全に安定したシステムであっても、熱力学の基本原則からして、試料および基準液体についての温度、密度および溶液濃度が、時間とともに局部的に変動することが予想される。このことについては、非特許文献１に詳細に説明されている。現実のシステムは完全に安定していることはあり得ず、一般にこのような変動は、現実のシステムで大きくなる。これらの変動は、光ビームが流体を横断する経路が経時的に変化し、かつ光ビーム６がセルを出る角度θが時間とともに変動する理由となる。ビーム角度の経時的な変動は、ｄＲＩ測定ではノイズとされる。ビームが試料とする流体の体積を増加させると、ビームはこれら局部的変動をよりよく平均化し、影響を全体として減じる。
【０００９】
試料体積の低減がｄＲＩ測定感度の低下を起こす第２の理由は、システムを通る光出力の低減である。図１に示すセル設計では、試料体積が低減されると、光が送られる試料領域が減じられる。システムにおいて同じ光出力を得るには、光度を上げなければならない。典型的には、光ビームの角屈折の測定に使われるシステムの感度は、システムに供給される光出力にある程度比例して上がる。したがって、ビームの角屈折測定において、小さな体積の試料で大きな体積の試料と同じ感度を得るためには、光度を増す必要がある。これらのシステムは、典型的には、実施可能な最も強力な光源を既に使用しているので、試料体積の低減は必然的に、システムを通った光強度の低減、およびそれに対応した光ビームの角屈折が測定される感度の低下を結果として招く。光ビームの角屈折が測定される感度の低下は、ｄＲＩ測定の感度の低下に直接的に対応する。
【００１０】
試料体積の低減がｄＲＩ測定の感度を低下させる第３の理由は、さらに、光ビームが送られる領域の減少である。光ビームが送られる領域が低減されると、回析効果が、後にビームを集束させる際の鮮明さを制限する。ビームが通る領域が小さくなるほど、焦点はさらにぼやける。典型的には、光ビームの角屈折測定に利用されるシステムは、集束したビームの鮮明さが増すにつれて、感度を増す。したがって、光ビームが通る領域を減少させることは、さらに、ｄＲＩ測定感度の低下に対応して、ビームの角屈折測定における感度を低下させる結果になる。
【００１１】
本発明の１つの重要な目的は、必要な試料量を最小化すると同時にｄＲＩ測定感度を上げることである。本発明の他の目的は、試料体積を増加させることなく、ビームが通らなければならない透明なアパーチャの口径を広げることによって、回析効果を低減することである。さらに他の目的は、ビームがセルのいずれの側にも近づきすぎることなく、広範囲の機器で応答が得られるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的を達成するために、ｄＲＩ測定用の新しい型のセルが開示される。ほぼ同じサイズの２つの並置されたチャンバからなる従来の構造を組込むのではなく、本発明の新規なセルは２つの異なるサイズのチャンバを採用する。入射ビームが最初にセルに入る、試料溶液を含む第１のチャンバは、続く基準流体を含むチャンバよりも小さい。入射ビームは、試料セルに入る前に、入射ビームの断面が試料チャンバを満たすよう限定するマスクを通過し、試料チャンバの縁部に近づきすぎないよう通過する。本発明の好ましい実施例では、２つのチャンバは相似の三角形からなる断面を有し、基準チャンバは、２つのチャンバを隔てるインターフェイス／パティションにおいてすべての位置のずれたビームに対応できるほど十分大きく作られる。基準チャンバは十分大きく作られるので、広い範囲の液体屈折率に対して、チャンバ間のインターフェイスを通過する位置のずれたビームが前記基準チャンバの縁部に当たり、またはかすめることはない。この場合の液体とは、ガラスの屈折率またはセルを作る透過性材料の屈折率よりも屈折率が小さい流体と、前記セル材料よりも屈折率が大きい流体とを含む。この態様で、本発明はｄＲＩ測定の感度を犠牲にせずに試料体積の低減を可能にし、または逆に、試料体積を増加せずに感度を上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
すべてのｄＲＩ検出器の目的は、基準流体と試料流体との屈折率差を測定することである。これは、ウォークオフタイプのｄＲＩ検出器では、セルを横断後セルから出て来る、光ビームの角屈折を測定することにより達成される。入射ビームに相対する出力ビームの変位は、ビームが試料チャンバ内の領域を照らす領域を減らしつつ、光が十分に基準チャンバに到達して横断することにより、従来のセル構造の感度を制限する一因となる。この変位は主に、試料流体の屈折率とセルを作る透過性材料の屈折率との差に依存し、試料流
体と基準流体との屈折率差にも少々依存する。ほとんどの実用の用途においては、特に液体クロマトグラフィ分野に関する用途において、２つの流体間の屈折率差は、流体とセル材料の屈折率差に比して小さい。
【００１４】
図１は、明確にする目的のため、非常に細い光ビームを示す。背景技術の部分で述べた理由により、可能な限り多くの光で満たされたときのセルを図２に示す。ビームは、試料チャンバと基準チャンバとの間の、厚さｔを有するパティション３を通過する際、変位ｄを生ずる。簡単な光学を用いればビームの角屈折を変位から分離することが可能なので、変位はｄＲＩ測定には必ずしも影響しない。しかしながら変位は、有効に照らされる試料チャンバ内の体積を限定する。試料チャンバ２の縁部近くの光は基準チャンバ４を外れるかもしれず、したがって測定の感度を下げ、測定に寄与しない。基準チャンバを外れるか、またはかすめる光が試料チャンバ２に入れるとすると、光は多様な表面、角、セルの凹凸などで反射し、散乱して、典型的には、光ビームの角屈折を測定するいかなる装置にも、偽の望ましくない信号を送ることになる。この状態を避けるため、図２に示すように典型的にはアパーチャ７がフローセルの前に設けられ、基準チャンバ４を外れ、またはかすめそうな光が試料チャンバ２に入れないよう、確実に防止する。
【００１５】
図１および図２に示した変位の方向は、流体の屈折率がセルを構成する材料の屈折率より小さいとき、適正となる。それが一般的な場合であるが、測定される流体の屈折率がセル材料の屈折率よりも大きい場合がある。たとえば、トルエンなどの流体は屈折率１．５を有し、これは屈折率１．４６の石英ガラスからなる典型的なセル材料よりも大きい。ｄＲＩ検出器は典型的には多様な流体に対して動作するよう設計されるので、アパーチャは十分小さく作られ、所望の範囲の流体屈折率に対して、基準チャンバの壁をかすめる光がないよう配置される。典型的な体積の少ない種類のフローセルでは、光ビームは試料チャンバ２の中央６５％にのみ入るよう制限され、チャンバの残りの部分は実質的に使われないが、それでもなおチャンバは試料流体で満たされる。光ビームの変位と、その変位に関連した上述の悪影響を結果としてもたらすのは、パティション３の厚さである。パティションの厚さが無視できる程度となるにつれて、変位は０に近づき、光がかすめる基準チャンバ４の面に関連する悪影響も０に近づく。しかしながら、実際にはパティションの寸法を小さくすることは困難である。さらに、パティションの寸法が減じられると、試料チャンバと基準チャンバとの圧力差のためにチャンバ間のパティションが曲がり、測定にノイズおよび歪みが発生する原因となる。圧力差は、流体が一方または両方のチャンバを流れる場合は特に、試料チャンバと基準チャンバとの間に不可避的に存在する。
【００１６】
本発明の基準チャンバ４は、好ましい実施例を図３に示すが、試料チャンバよりも十分大きく作られる。それにより光ビームは、前記基準チャンバ面の交差点に位置するどの角（隅）にも衝突することなく、また、前記ビームが面９に沿ったいずれかの位置において試料チャンバ２に入り、試料チャンバを横断し、パティション３に向かい、それを通過して前記基準チャンバに入った後、通過してはならないどの側もかすめることもなく、前記基準チャンバを横断することができる。これにより、試料チャンバの全体積が、入射ビームによって照らされる。試料チャンバ体積の照らされる部分が増加するにつれて、測定感度は試料チャンバのサイズを上げることなく向上する。逆に記載の本発明を使えば、測定感度を損じることなく試料体積を従来のフローセルにおける体積よりも小さく作れるが、それは好ましい実施例では、試料チャンバ体積のより大きな部分が照らされるからである。従来のクロマトグラフィ測定では、基準チャンバ４は測定開始時には基準流体で満たされているが、測定の際に密封される。したがって基準チャンバ４の体積の増加は、測定に要する試料体積に影響しない。
【００１７】
フローセル基準チャンバ４を試料チャンバよりもどの程度大きくしなければならないかは、フローセルの物理的特性、および測定される溶媒の屈折率の範囲に依存する。どの実
施例においても、基準チャンバ４は、試料チャンバ２内のどの入射ビームも基準チャンバにうまく到達し横断することができるよう、十分大きく、かつ正しく配置されるよう作られなければならない。図３では本発明の好ましい実施例を示す。この実施例では、基準チャンバ４は試料セルの断面に相似の三角形の断面を有する。面８、９、１２および１３は互いに平行であり、面１０および１１は互いに平行である。試料チャンバと基準チャンバとは、厚みｔのパティションで互いに隔てられ、図示した光ビームはパティションを通過するため距離ｄで平行移動する。ここで、パティション３（表面の延びる方向）は入射ビームの方向（図３の点線で示す方向）に対して実質的に４５°の角度（たとえば４３°以上４７°以下であり、好ましくは４４°以上４６°以下）を有する。試料チャンバの流体は屈折率ｎ1を有し、基準チャンバの流体は屈折率ｎ2を有し、試料チャンバと基準チャンバとの間のパティションは屈折率ｎgを有する。試料流体の屈折率ｎ1および基準流体の屈折率ｎ2の差は、典型的には１ｘ１０-3以下のオーダであり、ｎ1またはｎ2と、ｎgとの間の屈折率の差は０．１のオーダである。下記の微分を簡略化するため、ここでは、ｎ1≒ｎ2≡ｎ1と仮定する。この仮定において変位ｄは下記のようになる。
【００１８】
【数１】
0004786906.tif 000002
【００１９】
液体がセルの透過性材料より高い屈折率を有する場合、すなわちｍ＞１の場合は、ｄは負でありビームの位置ずれは下向きとなる。
【００２０】
図３に示す本発明の通常の実施例で、ｍmax＞１．０＞ｍminの完全な範囲で流体屈折率が成立するためには、辺１２の長さは少なくともａ1＋ａ2だけ入射ビーム幅よりも大きくなければならない。ここで、ａ1＝ｄ（ｍmin）およびａ2＝−ｄ（ｍmax）は図３に示される寸法である。ここでｍmaxは予想される屈折率の最大値であり、ｍminは最小値である。実際的見地からは、ｍの最大値は１．５／１．４６＝１．０３のオーダとなり、溶融石英（fused quartz）セルの中のトルエンに対応する。ｍの最小値は１．３３／１．６２＝０．８２のオーダとなり、Ｆ２ガラスセルでできたセルの中の水に対応する。αを４５°のオーダでとると、辺１２は、ａ2＝０．０２３ｔの下向きの増加、およびａ1＝０．２９ｔの上向きの増加が必要となる。ｔが典型的な１．０ｍｍの値であるとき、基準チャンバ壁１２はおよそ０．２９＋０．０２３＝０．３１３ｍｍだけ試料チャンバより長くなければならない。屈折計セルの従来の実施例では、試料チャンバの寸法は１．４ｍｍであって、図３に示す本発明の好ましい実施例で対応する基準チャンバは、少なくとも１．４ｍｍ試料チャンバより２２％大きく作られ、試料チャンバの照らされる領域が２２％増加できる。
【００２１】
上述の条件は、試料側において試料チャンバと基準チャンバと間のパティションに衝突する光ビームが、うまく、すなわちセル縁部をかすめ、またはそこで断たれることなく基準チャンバ入るために必要な条件である。上述の導出は図３の通常の実施例の寸法に特有であり、仮定がｎ1≒ｎ2≡ｎ1の場合である。しかしながら、示差屈折率測定分野の当業者にとっては明らかであろうが、ｎ1≒ｎ2の仮定を緩和すると上述の方程式が複雑になり、また、ビームが基準チャンバを横断する際の角屈折によるビームの変位を考慮に入れて、基準チャンバがさらに拡張されなければならないという条件が加わる。これは、示差屈折率Δｎ＝ｎ1−ｎ2からもたらされる。
【００２２】
基準セルの適切な寸法と位置を求めるには、計算だけが唯一の手段ではない。基準セルの寸法と位置とを実験的手段で決定することが可能であり、すべての適切な角屈折および変位を、すべての適切な屈折率と波長との関連範囲にわたって直接測定してもよい。さらに、基準セルの寸法と位置とを、確立された光学的シミュレーション技術を用いてコンピュータシミュレーションで決定することも可能である。
【００２３】
２つの流体間のパティションに直角ではない入射光ビームを組込んだ技術または装置は、流体とパティションの構成材料との屈折率差にある程度比例して、入射光ビームの変位をもたらすことは、当業者には明らかである。つまり、図３に示すように、パティション３は入射ビームに対して直角でない（入射ビームの進行方向に対してパティション３の表面の延びる方向が直角でない角度で交差している）状態となっていてもよい。流体屈折率のほぼ全範囲において、入射ビームによって照らされる試料チャンバの流体の部分が、前記試料チャンバに相対した基準チャンバを拡張することにより最大化されることは、さらに明らかである。したがって本発明により、必要となる試料のサイズを増大することなく機器の感度を上げることができる。逆に、基準流体の屈折率に対する屈折率差の正確な測定に要する試料のサイズは、前記試料の、前記入射ビームに照らされる部分を大きくすることにより、著しく減少できる。試料チャンバの中で照らされる試料の部分が大きくなるほど、試料と基準との屈折率差に対するｄＲＩ検出器の感度が上がる。
【００２４】
液体クロマトグラフィの分野では、背景技術の箇所で記載したｄＲＩ検出器は一般に、示差屈折率ｄｎ／ｄｃが測定された後、試料濃度の測定にもさらに用いられる。多角度光散乱測定と併用されるこのような測定においては、カラムまたは他の手段による分別に続き、溶出する試料の瞬間濃度の測定も必要だが、加えて、量ｄｎ／ｄｃ自体が、続くモル質量およびサイズを決定する本質的な要素である。ｄｎ／ｄｃおよび、より一般的には、すべての物質の屈折率は光の波長の関数として変化するので、このような検出器によるｄｎ／ｄｃおよび濃度の測定は、一般に、光散乱測定自体と同じ波長において行なわれる必要がある。したがって、このようなｄＲＩ検出器にしばしば採用される光ビームは単色であり、関連する光散乱測定に使われるのと同じ波長で作動するよう設計される。
【００２５】
もちろん、完全に単一と定義される波長を有する光源として定められる、真に単色な光源は存在しない。本出願の開示する内容における「単色の」光源とは、ある狭い波長領域を有する光源に対応するが、その領域では、溶液の溶質のｄｎ／ｄｃが、試料流体および基準流体ならびにセルの構成材料の屈折率と同じく、ある特定の用途において許容される量によって変化する。この意味において、「単色の」光源は、たとえばｄｎ／ｄｃ値の変化が１％未満、すべての関連屈折率の変化が０．０１％未満であるような波長領域を有する。レーザは１ｎｍ未満の波長領域をもたらし、非レーザ発光ダイオードは３０ｎｍの波長領域を有することができるが、双方ともに上述の「単色」の基準を満たす。本発明の好ましい実施例ではこのような単色の光ビームを採用するが、ｄＲＩ検出器光源が単色ではない、ｄＲＩ検出器の他の用途がある。実際、よく使用されるｄＲＩ検出器は、領域幅の広い波長、または少しの波長からなる光ビームを作り出す、いわゆる白色光源を採用している。
【００２６】
詳細にわたって上述したように、たとえば図１に示すような示差屈折計セルの従来の実施方法は、同一の２つの直角三角形のチャンバを含む。装置の感度を上げるためこの従来的構造を発展させると、２つのチャンバが同一ではないが、なお、相似の三角形の断面を有するような、図３に示す構造に類似の構造が得られる。しかしながら本発明は、三角形が相似であることを必要とせず、また出口面１３が入口面８と平行であることも必要としない。したがって、チャンバが直角三角形の断面を有するという限定もされない。実際、先の同時係属出願である、米国特許出願の第１０／７２３，５４８号「流体の絶対屈折率および示差屈折率の測定のための屈折計セル」の中では、２つの面１２および１３によっ
て規定される出口面は内部面１２を含むが、それは面１３と平行ではない。したがって、本発明によるセルにおいても、２つの面１２、１３（出口面１２、１３）は互いに平行ではない平面であってもよい。基準試料チャンバの断面は、直角三角形ですらない。このような非相似のチャンバの対は、流体の屈折率を直接測定する手段を提供する。本発明の成功の鍵は、前記基準チャンバに一旦入り中を通って出て行く光ビームが、前記基準チャンバを抜ける際面１３などの出口面を通って出ることである。入射ビームによる前記基準チャンバの横断が許容可能であるためには、前記基準チャンバは、前記横断ビームが境界をかすめないよう、試料チャンバよりも十分大きい構造でなければならない。ビームの変位ｄは、上述のとおり、出口面がいかなる形状であっても決定できるが、それは上述の同時係属出願の屈折計の用途に示すような、楔型の面を含む。
【００２７】
本発明の屈折計セルの製造および実施に関して、以下の主要な要素を検討する必要がある。
【００２８】
１．試料チャンバであって、体積が小さく、そのために感度が低いのを補うために、試料を含む壁を光がかすめることなく、含まれる試料の可能な限り多くが照らされるような試料チャンバ。好ましくは、試料チャンバは、入射ビームがアパーチャまたは他の手段で制限された後到達する入口面と、前記光ビームが前記試料を横断した後通過する出口面とを有する。前記出口面は、前記横断ビームに対してある角度を有し、基準チャンバに入る際の前記ビームの屈折を確保して、前記試料チャンバと前記基準チャンバを隔てる境界面を作り出す。前記光ビームの伝搬方向に対して前記角度が大きくなるほど、試料流体と基準流体との所与の屈折率差に対する出口ビームの角屈折が大きくなる。
【００２９】
２．基準チャンバであって、一般に前記試料チャンバよりサイズが大きく、前記屈折計による測定に採用される、流体屈折率の最大範囲をまず決定し、次にその範囲に対応する位置のずれたビームの範囲を決定することにより、寸法が決定される、基準チャンバ。前記位置ずれに対応する構成ビーム要素はすべて、他の含まれる境界をかすめることなく、前記チャンバおよびセルから、出口面を通過して出て行く。
【００３０】
本発明の多くの実施例は示差屈折率測定の当業者には明らかであり、ここに開示する基本の発明の単なる変形にすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】透過ビームの位置ずれを示す、従来のｄＲＩセル設計の図である。
【図２】ビームが試料チャンバの大部分を満たす、従来のセルを示す図である。
【図３】本発明の好ましい実施例のセルを示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
２  試料チャンバ、３  パティション、４  基準チャンバ、８  入口面、９−１３  面、ａ1、ａ2  寸法、ｄ  変位、ｔ  厚さ、ｎ１、ｎ２、ｎg  屈折率、α  角度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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