(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外領域の放射強度が、他の領域に比べて相対的に大きい光源と、
その光源から出射された光を直線偏光にする偏光子と、
その偏光子から出射される直線偏光を波長分散する１ 枚の回折格子と、
その回折格子で分散された直線偏光を変調し、左円偏光と右円偏光を交互に生成可能な変調手段と、
その変調手段で変調された光の光路上に配置されたフローセルと、
そのフローセルを透過した光を受光する光検知手段とを備えたＨＰＬＣ用円二色性検出器。
【請求項２】
請求項１の回折格子は、格子面が凹面状の凹面回折格子であり、
前記光源から出射された光は、収束されることなく前記偏光子を経て前記凹面回折格子に照射され、
その凹面回折格子にて、光を波長分散するとともに収束させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のＨＰＬＣ用円二色性検出器。
【請求項３】
前記回折格子に替えて、紫外領域の所定波長を通過するバンドパスフィルタを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のＨＰＬＣ用円二色性検出器。
【請求項４】
前記回折格子の格子面に保護板を取り付け、前記格子面を外気と遮断するようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の記載のＨＰＬＣ用円二色性検出器。
【請求項５】
前記光検知手段は、フォトダイオードであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＨＰＬＣ用円二色性検出器。
【請求項６】
前記光源は、ＨｇＸｅランプ，Ｈｇランプ，重水素ランプのいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＨＰＬＣ用円二色性検出器。
【請求項７】
前記偏光子を回転させる回転手段をさらに設け、
その回転手段は前記偏光子を光軸周りに回転させて偏光方向を回転させるものであることを特徴とする請求項１に記載のＨＰＬＣ用円二色性検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＨＰＬＣ用円二色性検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
よく知られているように、光学異性体の分離分析を行う際に最も有効な手法としてＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフ）がある。そして、従来から行われているＨＰＬＣでは、検出手法として物質の旋光性を検出する旋光検出器が実用化されている。すなわち旋光性は、直線偏光が物質を通過する際に、その偏光面が所定角度だけ回転する現象をいう。そこで、その回転角度を測定し、物質の特性を検出するようにしている。
【０００３】
しかし、旋光性は分析される光学活性な物質のもつ円複屈折性（右円偏光と左円偏光に対する屈折率の差）によって生じる直線偏光の偏光方同が回転する現象であるので、複屈折を利用した偏光子の温度変化により生じるベースラインドリフトや、フローセル圧の変化により生じるセル内液相の屈折率変動や、窓に加わる応力や、セル窓に付着する気泡や塵の散乱による偏光解消によりベースライン変動が大きくなる。このため、周囲温度変化を±０．５℃以内にコントロールする必要がある。またセル内を流れる流量が変化すると、ベースラインが大きく変化する。さらにセル窓板を強く固定すると旋光性が測定できなくなるなどの問題もある。
【０００４】
一方、光学活性な物質の性質として、円二色性がある。これは、物質が示す光吸収が右円偏光と左円偏光に対する異なる現象で、その吸光度の差に基づいて測定するようになっている。このように、吸収の差を検出するため、外気温度の変化やセル内の圧力変動やセル窓に付着する気泡や塵等の外的要因は相殺されるので、安定な測定ができる。このため高圧下での光学活性の検出も可能となる。
【０００５】
そして、従来一般に用いられる円二色性を測定するための検出器としては、例えば図１に示すものがあった。同図に示すように、光源１としてＸｅランプを用い、光源１から出射された光を楕円鏡Ｍ１で光路を変換するとともに入射スリットＳ１に集光させる。入射スリットＳ１を通過した光を、４つのミラーＭ２〜Ｍ５と２つの反射型複屈折プリズムＰ１，Ｐ２を所定の位置関係で配置したダブルモノクロメータに与えて波長方向に分散させる。このダブルモノクロメータは、中間にスリットＳ２を設置している。そして、最終段のミラーＭ５にて出射スリットＳ３の位置に集光されるので、その出射スリットＳ３からは所定波長の完全な直線偏光が出射される。
【０００６】
この出射スリットＳ３から出射された直線偏光は、後段のＰＥＭ（ＰｈｏｔｏＥｌａｓｔｉｃ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）３に通過させる。このＰＥＭ３は、通過する光の偏光状態を、直線偏光→右円偏光→直線偏光→左円偏光と変え、直線偏光と円偏光との間は楕円率角が徐々に変わる楕円偏光となる。そして、従来から一般に用いられているファラデーセルに比べ、変調角を非常に大きくすることができるという特徴を有している。従って、ＰＥＭ３からは、左円偏光と右円偏光が交互に出力されることになる。
【０００７】
そして、係る円偏光が、レンズ１で平行光束にされるとともに、レンズＬ２で集光されフローセル５に照射される。そのフローセル５内を流れる試料６で光の一部が吸収され、残りがフローセル５が出射され、レンズＬ３にて平行光束にされて光検出器７としての光電子増倍管に受光させる。そして、ＰＥＭ３の変調信号を検出することで、ＰＥＭ３を通過した光が何時右円偏光になっており、何時左円偏光になったかはわかるので、各円偏光の時の受光した光強度の差から円二色性を求めることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の装置は以下に示す各種の問題を有している。まず、上記した円二色性検出器は、ＨＰＬＣ専用ではなく、円二色性スペクトルを得る目的で作られているため、光学系は極力迷光を小さくして波長分解能が２ｎｍ以下が必要になりその結果、装置全体が大きくなり、大きな設置空間を必要とし、扱いにくいものとなっている。一例を示すと、大きさは１２５０（Ｗ）×６５０（Ｄ）×４０５（Ｈ）ｍｍ、重さは１００Ｋｇ以上のものとなる。
【０００９】
さらに、複屈折プリズムを使用してた光学系の場合、プリズムの屈折率が常光と異常光に対し少し違うことを利用して常光，異常光２つの成分を分離分散するようにしている。その結果、従来のダブルモノクロメータの構造では、波長幅が２ｎｍまでしか対応できない。それは、仮にスリット幅を２ｎｍより広げると異常光と常光の分散光が重なってしまうためである。そして、スリット幅２ｎｍでも光路長は３０００ｍｍ以上となってしまう。このように、迷光の抑制と構造上の要請から上記のような寸法が決定される。
【００１０】
また、近赤外部ではプリズムの分散が小さいため、係る波長領域での測定を行うためには、光路長をさらに伸ばす必要があり、これは光学系をさらに巨大化することになり素子も大きくなり価格もさらに高価になる。
【００１１】
さらに、プリズムの場合には、波長によって分散が大きく変化するため、スリット幅を可変にすることが必須条件となり、そして、温度変化も受けやすいので、温度調整や断熱構造が必須となる。その結果、構造の複雑化並びにコスト高を招く。
【００１２】
また、従来の装置では、正確な円二色性スペクトル測定をする点では効果的であるが、光学系としてダブルモノクロメータを使用することも相俟って、光検出器７にて受光する光強度が弱く、高感度で円二色性信号を取り出したいというＨＰＬＣ用としては、十分ではなかった。
【００１３】
さらに、従来の装置では受光する光強度が弱いため、光検知器７として光電子増倍管を使用している。しかし、光電子増倍管は大変高価であるだけでなく、大きいため装置の小型化を阻害する。すなわち、従来のように光学系が非常に大きい場合には、装置全体における光電子増倍管の占有率はさほど大きくないが、本発明のように光学系の構造を変更し、設置面積を小さくした場合には、光電子増倍管の占有面積も無視できなくなる。さらに、光電子増倍管はガラスチューブに複雑な構造の電極を封じ込む構造のため、光電子増倍管の光入射窓に歪応力が残り、そのため偏光特性を示すので、係る偏光特性が試料の測定結果に影響を与える。また、受光部のローカリティがあること、磁気，電磁波等の影響を受け易くシールドを十分にする必要があるなど色々と問題があった。そして、受光面積も大きいので、迷光が入りやすいという問題もある。
【００１４】
本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記した問題を解決し、ＨＰＬＣ用に適し、迷光の影響がなく、大きな円二色性信号を取り出すことができ、構造が簡素でコストも掛からないＨＰＬＣ用円二色性検出器を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、発明に係るＨＰＬＣ用円二色性検出器では、紫外領域の放射強度が、他の領域に比べて相対的に大きい光源と、その光源から出射された光を直線偏光にする偏光子と、その偏光子から出射される直線偏光を波長分散する１枚の回折格子と、その回折格子で分散された直線偏光を変調し、左円偏光と右円偏光を交互に生成可能な変調手段と、その変調手段で変調された光の光路上に配置されたフローセルと、そのフローセルを透過した光を受光する光検知手段とを備えて構成してもよい（請求項１）。これを実現したのが第２の実施の形態である。
【００１７】
そして、このように直線偏光を先に生成する場合において、請求項１の回折格子は、格子面が凹面状の凹面回折格子とし、前記光源から出射された光は、収束されることなく前記偏光子を経て前記凹面回折格子に照射され、その凹面回折格子にて、光を波長分散するとともに収束させるようにしてもよい（請求項２）。これを実現したのが第３の実施の形態である。そして、本発明では、レンズなどで光を集光したり、平行光束にする手段が不要となり、部品点数の削減に伴うコストの低下を図るばかりでなく、装置の小型化や、光学系内での損失が少なくなり、高感度となる。
【００１８】
また、分散素子である前記回折格子に替えて、紫外領域の所定波長を通過するバンドパスフィルタを設けるようにしてもよい（請求項３）。これを実現したのが第４の実施の形態である。
【００１９】
さらに、前記回折格子の格子面に保護板（実施の形態では、石英板に対応）を取り付け、前記格子面を外気と遮断するようにしてもよい（請求項４）。これにより、回折格子の劣化が抑制され、耐久性が向上する。
【００２０】
また、前記光検知手段は、フォトダイオードを用いることができる（請求項５）。係る構成にすると、安価かつ小型であるばかりでなく、受光強度が大きくても、精度よく感知できる。さらに、フォトダイオードは、構造上安定で窓の偏光特性も少なく、さらに強いエネルギーを入射しても光電子増倍管のように破損する心配もなくローカリティも小さく大変安定で使用が容易となる。さらに、光電子増倍管に比べ受光面積も小さいので、迷光が入り難い。
【００２１】
さらに、前記光源は、ＨｇＸｅランプ，Ｈｇランプ，重水素ランプのいずれかのものを用いることができる（請求項６）。図３に示すように、それらのランプはいずれも紫外領域で相対的に放射強度が大きいので、ランプ単体で請求項１または２に規定する光源の要求を満たす。特に、Ｈｇを含むランプの場合には、強度が大きいので好ましく、実施の形態でも説明するように、従来弊害とされていた輝線スペクトルの部分も積極的に利用することにより、受信信号強度を大きくすることができる。
【００２２】
なお、相対的に大きくするためには、ランプ自体の放射強度は平坦であったり、紫外領域以外の方が大きい場合であっても、バンドパスフィルタ或いはハイパスフィルタ等を用いることにより、光学系、特に分散素子に入射する前に紫外領域以外を遮断するようにしたものでもよい。
【００２３】
分散素子に回折格子を使用すると、回折格子は分散が大きく波長により余り変化しないので、波長駆動系が簡単ですみ、また、光路長も例えば３５０ｍｍ程度と小さくて済むので、プリズムを用いる場合に比べて、光学系が小型化し、使用する光学素子の数も少なくできる。また、スリット幅も固定にしたままで一定のスペクトル幅が得られるので、スリット幅を可変にしなくても良くなり、係る点でも装置全体の小型化が図れる。
【００２４】
一方、回折格子を使用すると、迷光の問題が発生する。回折格子の迷光は、可視領域の散乱光が紫外領域に現れることにより発生する。そこで、請求項１または２等に規定するように、紫外領域で光量の大きな光源を用いることにより、迷光の問題が解決できた。
【００２５】
また、請求項６のうちＨｇＸｅランプとＨｇランプは、紫外領域に強い輝線を有する。係る場合には、その強い輝線の影響を受けないようにするためにバンド幅を従来より広くすることが考えられる。そうすると、光量が大きくなるので、従来のように光検知器として光電子増倍管を用いると、動作異常となるおそれがある。極端なケースでは、破損するおそれもある。そこで、係る場合には請求項５に規定するように、光検知手段としてフォトダイオードを使用すると良い。すなわち、フォトダイオードは、光電子増倍管に比べて偏光特性が小さく、強い光が入射しても動作が安定で破損することもない。
【００２６】
なお、実施の形態の各図で示したように、入射光と回折光の角度を９０度にすることによっても多重回折による迷光がカットされる。
【００２７】
さらにまた、請求項１に記載の発明を前提とし、前記偏光子を回転させる回転手段をさらに設ける。そして、その回転手段は前記偏光子を光軸周りに回転させて偏光方向を回転させるようにしてもよい（請求項７）。
【００２８】
この様に構成すると、偏光子を通過した直線偏光が回折格子で波長分散する際に、楕円偏光になる。別の言い方をすれば、右円偏光と左円偏光との位相がずれる。この位相のずれ量は、直線偏光が回折格子に照射される際の角度位置により異なる。従って、直線偏光の偏光方向を回転させて回折格子で波長分散する際に生じる位相のずれ量を、光学系の偏光特性から生じる右円偏光と左円偏光との位相差と逆にすることにより相殺させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図２は、ＨＰＬＣ用円二色性検出器の一例を示している。同図に示すように、光源１０に紫外部に強い輻射強度をもつＨｇＸｅランプ又はＨｇランプを用いている。そして、その光源１０から出た光は、レンズＬ１で平行光に集光されて回折格子Ｇに照射される。そして、その照射された光は回折格子Ｇにて、波長方向に分散され、その分散された光が偏光子１２に入射され、偏光子１２の透過容易軸方向に偏光面を有する直線偏光だけが偏光子１２を通り抜け、次のＰＥＭ１３に入射する。このＰＥＭ１３で光は右円偏光と左円偏光と交互に位相変調される。
【００３０】
そして、ＰＥＭ１３から出射された円偏光は、次のレンズＬ２でフローセル１５に集光される。フローセル１５は、軸方向に貫通する試料室１６と、その試料室１６に対して試料を供給したり、試料室１６から排出するための配管路１７と、試料室１６の開口部を閉塞するように取り付けられた光学的に透明な窓板１８とを備えている。そして、試料室１６の内部形状は、光の進行方向に沿って細くなった円錐状となっている。
【００３１】
上記レンズＬ２で集光された光は、この試料室１６内を通過した後、フォトダイオードからなる光検出器１９に照射される。測定中は試料室１６内を配管路１７を介して試料が流れているので、試料の円二色性に応じて右円偏光と左円偏光は、所定量だけ吸光された後出射される。そして、フォトダイオード１９では、受光された光の光強度に応じた電気信号に変換され、図示省略するＣＰＵに送られ、そこにおいて演算処理され円二色性信号として取り出される。なお、係るＣＰＵにおける演算処理は、従来のものを用いることができるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００３２】
上記したように、本発明の第１の特徴は、光源１０として紫外領域に強い放射強度を用いることと、光を波長分散させるための光学系として、１枚の回折格子Ｇを用いることにある。さらに光検出器１９としてフォトダイオードを用いるのが第２の特徴である。そこで、係る特徴的事項を中心にさらに詳述する。
【００３３】
＊光源にＨｇＸｅランプやＨｇランプを使用
従来技術の欄でも説明したように、一般に従来の円二色性検出器は正確な円二色性スペクトル測定を目的として作られているため、光源には放射エネルギーレベルが図３に示すように紫外部で比較的フラットなＸｅランプが使用されてきた。
【００３４】
一方、本発明では、円二色性信号を可能な限り強い信号として取り出すことを目的としたため、ＨｇランプやＨｇＸｅランプを光源として使用した。ＨｇＸｅランプの放射強度特性は、例えば図３に示すようになっており、全体として強度が大きいものの、所定の波長において強いＨｇの輝線スぺクトルが出現する。従って、これまでこれらのＨｇＸｅランプ等は、円二色性スペクトル測定の場合には、その強い輝線の波長の影響を受け、スペクトルが乱れてしまうという障害があるので、実際に使用されておらず、また、使用しようという考えすらなかった。
【００３５】
しかし、本発明ではスペクトルバンド幅を輝線スペクトルよりも十分大きくするので輝線スペクトルの影響はあまりない。そして、ＨｇＸｅランプは紫外領域に特に強いエネルギー分布を示すため、回折格子を使用した場合に問題となる長波長側の成分が散乱により迷光として紫外領域の設定波長領域に現れる量を相対的に小さくすることができる。つまり、１枚の回折格子Ｇを用いた光学系でも、迷光の影響は可及的に抑制できる。
【００３６】
なお、このことはＨｇＸｅランプに限ることはなく、Ｈｇランプでもよい。また、重水素ランプのように、紫外部での絶対的な放射量は小さくても、紫外部以外の長波長側領域での放射量がさらに小さいと、迷光の影響は可及的に抑制される。つまり、本発明でいうところの紫外部で強い放射強度をもつランプとは、絶対量が大きいのはもちろんであるが、それ以外の波長領域（長波長側）における放射強度に比べて相対的に大きい場合も含む。
【００３７】
また、重水素ランプのように絶対的な放射強度が小さくても、本例では１枚の回折格子Ｇにて分散光学系が形成されるため、従来のダブルモノクロメータなどに比べて光学系内での損失が少なく、フローセル１５に照射される際の光強度は比較的強くできる。
【００３８】
＊強い放射光源による回折格子の劣化対策
紫外領域に強いＨｇの輝線をもつＨｇＸｅランプを用いた場合、係る光を長時間回折格子Ｇに照射すると、回折格子の格子面が曇って劣化する。これは、紫外線が照射されることにより、空気中の酸素がオゾンとなって活性化されるので、そのオゾンが回折格子の表面に蒸着されているアルミを腐食するために生じる。そして、格子面が曇ると効率が低下して、使用領域の波長で迷光が増加する。そのようになると回折格子の交換時期となるが、本形態では、以下のように工夫することにより、回折格子の寿命を長期化するようにした。
【００３９】
すなわち、図４に示すように、回折格子Ｇの格子面上に、厚さ０．５ｍｍの石英板２０を置き周囲を接着剤２２で密封シールした。これにより、格子面の周囲は接着剤２２及び石英板２０で閉塞された密閉空間が形成される。そして、本形態では、この密閉空間を真空にしたり、或いは窒素ガスなどの不活性ガスを封入することにより、格子面の周囲に酸素を存在させないようにした。これにより、上記した酸素がオゾン化する問題がなくなり、回折格子の寿命が延びる。すなわち、装置内部には空気は残るが回折格子の格子面上には少なくとも酸素は存在しない。従って、少なくとも格子面上にはオゾンの発生はないからである。そして、実際に数千時間強い紫外光を連続照射しても、格子面の曇りは認められなくなった。
【００４０】
そして、上記した保護板としての石英板付きの回折格子は、例えば、図４（Ａ）に示すように、水平に置いた回折格子面上の４隅に点状にシリコン接着剤２３を付け、回折格子Ｇと同じ大きさの石英板２０をそっと載せて凝固するまで放置する。次に回折格子Ｇの周囲に沿ってシリコン剤を塗布しシールする。このような方法により製造するので、格子面と石英板２０との隙間が小さくなり、多重回折の影響がでなくなる。シリコン剤が完全に凝固するまでは少し隙間を残しておき十分凝固したあと残してあった隙間を完全にシールする。これにより回折格子Ｇと石英板２０の間に残る残留ガスを最小にとどめる。そして、係る処理を真空中或いは所定の不活性ガスの雰囲気下で行うことにより、上記した構造の石英板付き回折格子を製造できる。
【００４１】
ところで、回折格子の場合、格子面の散乱による長波長の迷光の影響を考慮しなければならないが、上記したように光源１０に使用波長領域の紫外領域に強烈なエネルギーをもつＨｇＸｅランプを使用し、さらに光学系を単純な構造としたため、係る点からも迷光の発生を可及的に抑制した。
【００４２】
さらに、回折格子の効率はプリズムに比べ少し劣るが装置のコンパクト化で光学系の効率はあがり、結局プリズムとの違いはなくなる。また波長制御の簡単さ等プリズムでは困難なことが簡単にできるため回折格子を使用できる効果は大きくなる。
【００４３】
＊偏光子
本形態では、偏光子１２にグランテーラプリズム等のように全反射を利用して異常光と常光のうちどちらか一方の光を取り出す方式のものが使用される。そして材質は一般に方解石の結晶が使用される。そして、方解石の透過波長範囲は２２０ｎｍより長波長である。
【００４４】
光学系の損失を少なくするには、使用するレンズの枚数を少なくし光源から光検知器（フォトダイオード）１９までの距離を小さくすればよい。光源１０から回折格子Ｇまでの距離は１７０ｍｍ、回折格子Ｇから光検知器１９までの距離は１８０ｍｍとなっており、全光路長３５０ｍｍで光学系が構成される。なお、光路長を更に短くすると、分散素子の散乱による迷光が増加する。
【００４５】
＊スペクトルバンド幅
従来の装置では、スペクトルバンド幅を１，２ｎｍ程度としていたが、本形態では４０ｎｍ程度にしている。そのため、光検出器１９へ入射する光のエネルギーは４００倍となり、フォトダイオードで検知するために十分な光強度が確保できる。さらに、係るバンド幅は、Ｈｇの輝線スペクトルのスペクトル幅に比べて十分大きいので、輝線スペクトルの影響も抑制される。
【００４６】
なお、バンド幅は１０ｎｍ，２０ｎｍ，４０ｎｍと変化させ、多くのサンプルを測定してみた結果、１０ｎｍに比べ２０ｎｍではＳ／Ｎ比で２倍、４０ｎｍでは４倍となることがわかった。但し、バンド幅を広げるほどＳ／Ｎ比が増すというわけではなく、例えばバンド幅が３００ｎｍでは信号が小さくなってＳ／Ｎ比は極端に悪くなる。そこで本形態では、４０ｎｍに設定した。
【００４７】
図５は、本発明の第２の実施の形態を示している。上記した一例では、偏光子１２にグランテーラプリズムを用いたことから、２２０ｎｍ以上が測定可能波長となる。そこで、２２０ｎｍより短い波長での円二色性を測定する場合は、偏光子に石英のローションプリズムを使用することにより対応できる。そして、具体的な構成は図５に示すようにすることである。
【００４８】
すなわち、石英のローションプリズムは、透過波長範囲が１６０〜１０００ｎｍと広いが、常光と異常光間の変位角が１°〜２°と小さい。従って、偏光子２５を光源１０に近い位置において異常光と常光が完全に分離する様に配置する。そして、光源１０から出射した光を２枚のレンズＬ1a，Ｌ1bを組み合わせることにより、平行光束にして偏光子２５に照射させる。そして、この偏光子２５を通過することにより、直線偏光が出射される。この時、常光と異常光に分離されるが、そのうちの一方が最終的に回折格子Ｇで波長分散された後、フローセル１５に照射される。係る照射される光が、常光か異常光かは、各光学部品の相対的な位置関係に基づいて決定される。
【００４９】
上記したように、図２に示す一例と第２の実施の形態は、測定可能な波長が異なることと、波長分散させた光のうち直線偏光のみを透過させるか、予め直線偏光を形成し、その直線偏光を波長分散させるかが異なるだけで、その他の構成並びに作用効果は同様である。よって、図５では、図２に示す一例に対応するものは同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。そして、両構成のものを製造し、実際に同一サンプルについて円二色性を測定したところ、測定結果に差異はみられなかった。よって、偏光子を回折格子の前に配置する構成でも問題ないことが確認できた。また、本実施の形態では、２枚のレンズＬ1a，Ｌ1bの間に入射スリットＳ１を配置したが、光源１０が点光源の場合には、必ずしも設ける必要はない。
【００５０】
図６は、本発明の第３の実施の形態を示している。本実施の形態は第２の実施の形態を基本とし、レンズの機能も回折格子にさせている。すなわち、第２の実施の形態で用いた回折格子Ｇは、一般的に用いられる格子面が平面のものであったが、本形態では、格子面が凹面となった凹面回折格子を用いている。
【００５１】
そして、第２の実施の形態で入射側に設けた平行光束にするための２枚のレンズＬ1a，Ｌ1bを設けないため、光源１０から出射された光は、広がりながら凹面回折格子Ｇに照射される。すると、その光はそこにおいて波長分散されるとともに、格子面が凹面鏡として作用し、光は収束される。そして、その凹面回折格子の曲率半径を適宜に設定することにより、フローセル１５で集光する。係る構成を採ることにより、レンズが不要となり、部品点数の削減とさらに小型化が図れる。
【００５２】
なお、図示した例では、フローセル１５に形成する試料室１６の形状が円筒状となっているが、上記した各実施の形態のように光の進行方向に沿って細くなる円錐状としてももちろんよい。
【００５３】
図７は、本発明の第４の実施の形態を示している。本実施の形態では、上記した各実施の形態と相違して、光源から出射された光の中から、所定の波長成分を取り出す機構を変えている。すなわち、第２〜第３の実施の形態では、回折格子を用いて波長分散しているが、本実施の形態では、限定された波長を通過させるバンドパスフィルタ２８と、平面鏡２９を用いて光学系を構成している。本実施の形態では、Ｈｇの輝線に応じてその中心波長が２５４、３１３、３６５、４３６ｎｍでバンド幅４０ｎｍの４個のフィルタが、回転板の上に所定の角度間隔で固定され、回転板を手動または電動で回転して４つの波長が選択できる構造になっている。
【００５４】
係る構成を採ると、放射強度の大きいＨｇの輝線スペクトル部分を選択的に取り出して試料に照射でき、しかも、その他の波長範囲はバンドパスフィルタ２８でカットされているので、迷光のおそれもない。よって、強い円二色性信号を取り出すことができる。
【００５５】
なお、平面鏡２９は、光路を変換するためであるので、必ずしも設ける必要はない。また、フローセル１５の試料室１６の内形状は、光の進行方向に沿って広くなる円錐状としているため、その出射側にレンズＬ３を設けて光検出器１９上に集光させているが、上記した各実施の形態に示したフローセルを用いることができる。なお、その他の構成並びに作用効果は、上記した各実施の形態と同様であるので、同一符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００５６】
なお、上記した各実施の形態では、変調手段としてＰＥＭを用いたが、本発明はこれに限ることはなくポッケルセルなどを用いてもよい。但し、本発明では紫外領域の光を使用するため、取り扱いの容易さ並びに耐久性等を考慮するとＰＥＭの方が好ましい。
【００５７】
＊実験結果
図１に示した従来の円二色性検出器を用い、波長２１０ｎｍで試料ｄｌ−ＤＯＰＡ（ｄｏｐａｍｉｎｅ（Ｃ８  Ｈ１１ＮＯ２  ））をＨＰＬＣ法で測定したら、図８に示すようなクロマトグラムが得られた。同様に、図２に示す一例の装置を用い、波長２３０ｎｍでｄｌ−ＤＯＰＡをＨＰＬＣ法で測定した結果、図９に示すようなデータが得られた。図８，図９とも上段がＣＤクロマトグラムを示し、下段がＵＶクロマトグラムを示している。図から明らかなように、Ｓ／Ｎで比較すると従来に比べ１０倍以上の感度が得られている。
【００５８】
ｄｌ−ＤＯＰＡは、円二色性信号が強く現れる波長領域は２００ｎｍ近傍にあるため、従来の装置では２００ｎｍ近傍に波長を設定したときに最高のＳ／Ｎが得られる。そして、本発明では、ＨｇＸｅランプを光源に使用しているため２３０ｎｍで最高のＳ／Ｎが得られる。本発明の光学系でも２００ｎｍ近傍にした時が最もＣＤ感度がよくなるはずであるが、現実的にはＨｇＸｅランプの輝線の強度が２５４ｎｍと３１３ｎｍ近傍で特に強くなることと、ＨＰＬＣの移動相は２３０ｎｍより短波長では透過度が悪くなるなどの理由から２３０ｎｍで最も感度がよくなったものと考えられる。移動相の吸収の大きい波長ではベースラインが変化し易いので、本発明のように移動相の吸収を避けた波長で最も感度がよくなるのは、実用上非常に大きな効果となる。
【００５９】
図１０は、Ｆｌａｖａｎｏｎｅを、液化炭酸を使用した超臨界状態でのＨＰＬＣ法により測定して得られたクロマトグラムである。フローセルには３００Ｋｇ／ｃｍ2 以上の圧力が加えられている状態で測定した。従来の円二色性検出器や、旋光度計では測定することはできないといわれているものであるが、本発明によって、それを初めて測定することができた。
【００６０】
図１１は、本発明の第５の実施の形態を示している。本実施の形態では、図５に示す第２の実施の形態を基本とし、偏光子２５を光軸周りに回転自在としている。具体的には、光源１０から回折格子Ｇに至る光路の途中に、その光路を遮るように取付板３０を配置する。この取付板３０には、その光路に貫通孔３０ａを設けて軸受け３１を構成する。そして、偏光子２５を両端開口した筒状のホルダ３２に装着し、そのホルダ３２を、軸受け３１に回転自在に取り付ける。また、ホルダ３２の端面には、第１ギヤ３３が取り付けられている。もちろん、第１ギヤ３３の中央も貫通孔が設けられ、光源１０からの光は通過できるようにしている。
【００６１】
一方、取付板３０には、上記の光路から離れた位置に貫通孔３０ｂを設け、その貫通孔３０ｂ内にベアリング３５を装着する。このベアリング３５に回転軸３６を挿入し、回転軸３６の一端（図１１では上方）近傍をベアリング３５により回転自在に保持させる。そして、回転軸３６の一端に第２ギヤ３７を取り付け、この第２ギヤ３７と第１ギヤ３３とを連結する。
【００６２】
また、回転軸３６の他端（図１１では下方）は、ベースプレート３８に設けたベアリング３９内を貫通させるとともに、その端部に第１プーリ４０が取り付けられる。そして、この第１プーリ４０が、ベルト４１を介してモータ４２の出力軸に装着された第２プーリ４３と連係される。これにより、モータ４２が回転すると、ベルト４１を介して回転力が回転軸３６に伝達されるので、それに追従して第２ギヤ３７さらには第１ギヤ３３が回転する。これにより、偏光子２５も光軸周りに回転する。従って、モータ４２にステッピングモータなどの回転角度の制御ができ、任意の角度で停止することのできるものを用いると、偏光子２５を回転させ、偏光面の向きの調整が簡単に行える。そして、この偏光子２５を回転させる際の回転範囲は、±４５°程度とし、精度は±１°程度で十分調整可能である。
【００６３】
なお、この偏光子２５を通過した光は、図５に示す第２の実施の形態と同様に、回折格子Ｇで波長分散された後、ＰＥＭ１３に入射し、そこを通過することにより位相変調されて交互に右円偏光と左円偏光になる。そして、ＰＥＭ１３から出射された円偏光が、レンズＬ２により集光されてフローセル１５に照射され、そのフローセル１５内を通過した光が、フォトダイオード１９に受光される。すると、上記した各実施の形態と同様に、フローセル１５内を流れる試料の円二色性から右円偏光と左円偏光の吸収特性が異なるので、フォトダイオード１９に受光される光強度が変わる。従って、フォトダイオード１９から出力される電気信号に基づいて、図外のＣＰＵにて係る光強度の差を認識し、試料の特性を求める。
【００６４】
さらに本形態では、レンズＬ１と偏光子２５の間にソレノイド４４で開閉するシャッタ４５を設けている。このシャッタ４５により、光源１０からの光を遮光可能としている。
【００６５】
次に、本形態の動作原理について説明する。まず、フローセル１５にＨ2 Ｏ等の円二色性をもたない溶液を流した状態でモータ４２を動作させて偏光子３２を回転させる。この時、フォトダイオード１９の出力を監視し、円二色性が零となる位置でモータ４２の回転を停止する。つまり、左円偏光と右円偏光の出力が等しくなるときに停止する。この停止したときは、円二色性を持たない試料についての検出結果が、「円二色性がない」であるので、光学系における偏光特性がなく、初期設定が完了したことになる。
【００６６】
すなわち、フローセル１５の内壁における反射や、窓板等の偏光特性によって、たとえ円二色性を有しない試料を用いて測定しても、円二色性があるというような測定結果が得られることがある。つまり、右円偏光と左円偏光の位相がずれて出力に差が出る。従って、そのように光学系の偏光特性に基づく偽の円二色性の出力信号（出力差）が存在すると、測定精度の低下を招くので、できるだけ零に近づける補正を行いたい。
【００６７】
そこで、上記したように回折格子Ｇより光源１０側に設置した偏光子２５を回転させることにより、補正ができる。これは、回折格子Ｇのもつ偏光特性を積極的に利用し、偏光子２５を通過した直線偏光を回折格子Ｇで波長分散する際に、その直線偏光の対称性を崩す。つまり、右円偏光と左円偏光との位相をずらす。そして、この位相のずれ量は、直線偏光が回折格子Ｇに照射される際の角度位置により異なる。従って、直線偏光の偏光方向を回転させて回折格子Ｇで波長分散する際に生じる位相のずれ量を、光学系の偏光特性から生じる右円偏光と左円偏光との位相差と逆にすることにより相殺させ、上記のように補正ができるのである。
【００６８】
換言すると、偏光子２５を透過した光は、右円偏光と左円偏光の位相が一致した（ずれが零）光である。この光を僅かに偏光特性をもつ回折格子Ｇを通すと位相のズレが現われる。ＰＥＭ１３を透過する前に左右円偏光間の位相がずれている為、ＰＥＭ変調角が「最初の位相のズレ角±ＰＥＭ変調角」となる。これにより変調位相角の異なる左右楕円偏光となる。フローセル１５内で生じる反射及び偏光の作用がこの変調位相の異なる楕円偏光を変調位相角の等しい楕円偏光または円偏光に戻すように作用することで偽円二色性が完全に除去されるものと考えられる。
【００６９】
さらに、補正すべき偽円二色性に基づく出力信号を正確に測定しＣＰＵに呼び込むため、本形態では、レンズＬ１と偏光子２５の間にシャッター４５を挿入して光を遮断した状態での出力信号を読み込み、その出力信号のベースラインを求める。次いでシャッター４５を開いた状態で測定し、その出力信号から右円偏光と左円偏光の位相差のズレが零になる様に偏光子を回転する。
【００７０】
なお、偏光子２５をモータ４２で回転するようにしているが、手動で回転させるようにしてもよい。また、直線偏光の偏光方向と回折格子Ｇの相対角度が変更できればよいので、本形態のように偏光子を回転させるのではなく、回折格子Ｇをその法線方向を中心として回転させるようにしてもよい。但し、偏光子を回転させる方が機構並びに制御が簡単で好ましい。
【００７１】
図１２は、上記した第５の実施の形態の効果を実証するクロマトグラムである。すなわち、同一濃度のＤ−Ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎ  Ｌ−Ｔｒｙｐｔｏｐｈａｎのを同一注入量注入したクロマトグラムを示す。Tryptophanは２８０ｎｍにおいて吸収が強く円二色性の信号が小さく更に強い蛍光を示すため光学系に小さな偏光特性があってもクロマトグラムの対称性を大きく崩してしまうおそれがある。しかし、本形態では、係る条件の下でも対称なクロマトグラムが得られた。
【００７２】
図１３は、Ｆｌａｖａｎｏｎｅの円二色性のスペクトルの測定結果である。つまり、図１３（Ａ）は、従来の円二色性測定装置（Ｊ−７２５：日本分光（株）製）を使用し、１０ｍｍの円筒セルで測定した例であり、図１３（Ｂ）は、第５の実施の形態の装置を使用し、５ｍｍのフローセルで使用して測定したデータである。両図を比較すると明らかなように、ほぼ同等の測定結果が得られているので、本発明で十分な精度で測定できることが確認できる。
【００７３】
図１４は、第５の実施の形態の検出器に接続される信号処理装置の具体的なブロック図を示している。同図に示すように、光源１０から出た光はレンズＬで集光され透過軸が回転可能な偏光子２５に進む。偏光子２５を透過した光は回折格子Ｇに入射し、そこにおいて回折された光のうち決められた波長の光だけが次のＰＥＭ１３に向かう。ＰＥＭ１３で位相変調された光はフローセル１５を透過しフォトダイオード１９に進む。フォトダイオード１９で光信号は電気信号に変換され電圧として出力され、後段の信号処理装置５０に至る。なお、回折格子Ｇは、モータ４９の出力を受けて回転し、ある設定された波長の光がフォトダイオード１９に入るように作動する。
【００７４】
フォトダイオード１９から出力される信号は、第１アンプ５１で増幅された後、第１差動アンプ５２の入力と第１サンプルホルド回路５３に与えられる。この第１サンプルホルド回路５３の出力は、積分回路５４に与えられ、ここで積分される。この積分回路５４の出力が、フォトダイオード１９から出力される検出信号のうち、直流信号に対応するものである。そして、この積分回路５４の出力が、上記の第１差動アンプ５２の入力に与えられる。
【００７５】
これにより、第１差動アンプ５２の出力は、直流信号を除去した交流信号（ＰＥＭ変調周波数）となる。この交流信号は第２アンプ５５で約百倍以上に増幅され次の第２サンプルホルド回路５６に与えられるとともに第３サンプルホルド回路５７にも与えられる。そして、それらこのサンプルホルド回路５６，５７では、右円偏光と左円偏光の変調時間に同期する信号としてサンプルホルドされ、第２差動アンプ５８にて両サンプルホルド回路５６，５７の出力の差、つまり、右円偏光と左円偏光の差信号ＶDIFFが得られる。
【００７６】
この差信号ＶDIFFと、積分回路５４の出力がインタフェース５９を介してＣＰＵ６０に与えられる。そして、ＣＰＵ６０では、差信号ＶDIFFを積分回路５４の出力である直流信号Ｖｄで割り算し、係数を掛ける演算を行い、円二色性信号を算出する。同時に直流信号ＶｄをＣＰＵ６０でＬＯＧ変換してＵＶ吸収信号を算出する。なお、これらの算出結果は、インタフェース５９でＤ／Ａ変換され、出力端子６１に出力される。
【００７７】
このＶｄはＰＥＭ変調の位相差零の位置に同期してサンプルホルドされた信号であるので正確には直線偏光の強度でありＬＯＧ変換は直線偏光の吸収を算出することになるが普通の分光器による吸収スペクトルと同じように利用できる。これにより本発明のＣＤ検出器ではＣＤ信号と同時にＵＶ吸収の測定が可能となった。この装置では回折格子Ｇをモータ４９で回転することにより波長をスキャンしてＣＤスペクトルとＵＶスペクトルを同時に計算して内部メモリーに保存したり出力端子６１に出力できるようになっている。
【００７８】
波長スキャンに要する時間は３０秒である。この時間は通常のＨＰＬＣ用ＵＶ検出器のスキャン時間に較べて１０倍程度長い。ＣＤ信号は左右円偏光の吸収差であるので、ＵＶ信号よりもノイズが大きい。そこで、時間積算しながらスキャンする必要があるため、時間がかかる。
【００７９】
一般に光学異性体はＵＶ吸収をもつものが多くＵＶ吸収端の位置近傍にＣＤ信号が強く現れることが多い。このためＣＤ信号を探す最初の目標はＵＶ吸収を測定してＵＶ吸収の強い波長位置でＣＤ信号を測定することが行われている。それ故一台の装置でＵＶ吸収信号とＣＤ信号が同時に測定できることは限られた空間の有効利用の面だけでなく装置のコスト低減の面で大変効果が大きい。なおまた、図１４中各点Ａ〜Ｄの信号波形は、図１５のようになる。
【００８０】
また、図１６，図１７は、偏光子２５を±４５°回転した時の第１アンプ５１の出力信号を示したものである。円二色性のないＨ2 Ｏをフローセルに流した状態でも、右円偏光と左円偏光の出力差が生じることがわかる。そして、偏光子を回転させて補正をすることにより、図１８に示すように、円二色性がない状態にすることができた。
【００８１】
すなわち、従来はフローセルから光検知器（フォトマル）をできるだけ離すとともにマスクをして偽の円二色性信号を小さくしていた。この為装置は長大で使い難い。しかし本形態では、偏光子を回転する方法で図１８に示すように偽円二色性信号を完全に消去することが可能となり、窓板の締め付けやフローセル内壁の反射等による円二色性信号の対称性の崩れを除去できるためフローセルの交換や窓板の交換や窓板の交換のたびに行なわれていた光学系を再調整する必要がなくなる。
【００８２】
特に、超臨界クロマトではフローセル窓板に３００ｋｇ／ｃｍ2 の応力が加わる為、偽円二色性信号は極端に大きく偏光子の回転角は４０°近くまでになる。これら偏光子を回転する方式とフォトマル等を回転したり傾けたりする方式の原理的違いは、次のように推測できる。
【００８３】
偏光子回転による偽信号消去の原理を図１９のポアンカレ球表示を使って説明する。ここでは、偏光子の透過軸の方向をポアンカレ球表示の水平軸方位にとる。すなわち、偏光子の回転でポアンカレ球表示は変化しない。更に偏光子、回折格子、ＰＥＭの透過率は１００％と仮定する。ポアンカレ球の意味を直感的にイメージするためにはこの球の半径Ｓ０が光のエネルギーを表わしていること、ＰＥＭで±δの位相変調される状態をこの球の中心に一端を固定された長さＳ０のベクトル（太矢印）が図の変調角方向に５０ｋＨｚの早さで往復回転運動を繰り返す状態をイメージすればわかりやすい。
【００８４】
右円偏光として観測される信号の大きさはこのベクトルがδまで回転する間のＳ３軸へ射影される長さになり、左円偏光として観測される信号の大きさはベクトルが−δまで回転する間にＳ３軸へ射影される長さになる。光学系が左右円偏光に対して完全に対称であれば右円偏光信号と左円偏光信号の強度は±δの瞬間に最大になり、その大きさは等しい。レンズＬと回折格子Ｇの間に偏光子２５を置いて回転する操作は、ＰＥＭ変調の基準軸がポアンカレ球上で傾くことを意味する。その状態を図２０に示す。
【００８５】
ここで現われる変化がフローセル透過後にフォトダイオードから得られる電気信号による光の偽円二色性信号と大きさが等しく符号が逆であれば偽円二色性信号が除去されることになる。
【００８６】
簡単に言えば、偏光子を透過した直後の光は右円偏光と左円偏光の位相が一致した光であり偏光子の次に回折格子など偏光特性を持つ素子を置くことにより右円偏光と左円偏光間の位相をずらすことが可能である。これを利用して偽円二色性信号をキャンセルする様に左右円偏光の位相をずらせば良い。具体的には偏光子を回転することにより実現できる。
【００８７】
次に、円二色性信号を実際にミューラマトリックスで計算してみた式を示す。光をあらわすストークスベクトルは、以下のように定義される。
【００８８】
【数１】
0004026939.tif 000002
次にミューラマトリックスを利用して実際の円二色性の値を計算する。まず最初に、光源からの自然光を表わすストークスベクトルと、偏光子を表わすミューラマトリクスから偏光子通過後の光は下記のストークスベクトルで与えられる。
【００８９】
【数２】
0004026939.tif 000003
ＰＥＭの位相変調角を±δとすると、ＰＥＭのリタデーションγは、
γ＝δｓｉｎ（２πｆｔ）
となる。ＰＥＭ通過後の光は下記のストークスベクトルで与えられる。
【００９０】
【数３】
0004026939.tif 000004
フローセル内の試料の円二色性をΨ、旋光性Δとすると、フローセル通過後の光は下記のストークスベクトルで与えられる。
【００９１】
【数４】
0004026939.tif 000005
ストークスベクトルのＳ０成分のみ取り出すと、
【００９２】
【数５】
0004026939.tif 000006
上記の式をフーリエ展開式し、５次の項まで示すと、以下のようになる。
【００９３】
【数６】
0004026939.tif 000007
ところで、上記した各説明は、Ψは試料の円二色性を表わすとして解析したが、正確には、偽の円二色性信号Ψ０と偏光子回転による位相ずれφも含まれる。すなわち、上記したフーリエ展開した式中のΨは
Ψ＝Ψ1 ＋Ψ０＋φ
と置き換える必要がある。
【００９４】
これから、Ψ0 ＋φ＝０の条件を満たすように偏光子を回転すると、真の値Ψ1 が求められる。
【００９５】
なお、上記した各実施の形態では、光検知手段としてフォトダイオードを用いた例を説明したが、本発明はこれに限られるものではもちろんなく、従来の光電子増倍管その他の光検知手段を用いても良いのは言うまでもない。
【００９６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るＨＰＬＣ用円二色性検出器では、光源としてＨｇＸｅランプやＨｇランプなどの紫外領域で相対的に強い放射強度を有するものを用い、しかも、光学系としては、１枚の回折格子やバンドパスフィルタ等を用いることにしたため、迷光もなくまた光学系での損失も少なくなるので、結果として円二色性信号を大きく採ることができる。そして、回折格子の格子面に保護板を設けることにより、回折格子の耐久性も向上させることができる。また、光検知手段としてフォトダイオードを用いると、強い光を受光しても破損することがないので好ましい。さらに、小型化が図れ、迷光の侵入を可及的に抑制できる点でも好ましい。
【００９７】
さらに、請求項７のように構成すると、回折格子で波長分散する際に積極的にその直線偏光の対称性を崩し、右円偏光と左円偏光との位相がずらすことができる。従って、ここで生じる位相差と、光学系の偏光特性から生じる右円偏光と左円偏光との位相差と逆にすることにより相殺させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の装置を示す図である。
【図２】  ＨＰＬＣ用円二色性検出器の一例を示す図である。
【図３】  ランプの波長に対する放射特性を示すグラフである。
【図４】  回折格子の具体的な構造を示す図である。
【図５】  本発明に係るＨＰＬＣ用円二色性検出器の第２の実施の形態を示す図である。
【図６】  本発明に係るＨＰＬＣ用円二色性検出器の第３の実施の形態を示す図である。
【図７】  本発明に係るＨＰＬＣ用円二色性検出器の第４の実施の形態を示す図である。
【図８】  従来の装置を用いた実験結果を示すクロマトグラムである。
【図９】  本発明の第１の実施の形態の装置を用いた実験結果を示すクロマトグラムである。
【図１０】  本発明の第１の実施の形態の装置を用いた実験結果を示すクロマトグラムである。
【図１１】  本発明に係るＨＰＬＣ用円二色性検出器の第５の実施の形態を示す図である。
【図１２】  実験結果を示すクロマトグラムである。
【図１３】  実験結果を示すスペクトルである。
【図１４】  信号処理回路のブロック図である。
【図１５】  図１４に示すブロック図中のＡ〜Ｄ点の信号波形を示す図である。
【図１６】  偏光子２５を右に４５°回転した時の第１アンプ５１の出力信号を示した図である。
【図１７】  偏光子２５を左に４５°回転した時の第１アンプ５１の出力信号を示した図である。
【図１８】  補正後の第２アンプ５５の出力信号を示した図である。
【図１９】  ポアンカレ球表示を示す図である。
【図２０】  ポアンカレ球表示を示す図である。
【符号の説明】
１０  光源
１２  偏光子
１３  ＰＥＭ
１５  フローセル
１９  光検出器
２０  石英板
２５  偏光子
２８  バンドパスフィルタ
２９  平面鏡
Ｇ  回折格子
【図１】
0004026939.tif 000008
【図２】
0004026939.tif 000009
【図３】
0004026939.tif 000010
【図４】
0004026939.tif 000011
【図５】
0004026939.tif 000012
【図６】
0004026939.tif 000013
【図７】
0004026939.tif 000014
【図８】
0004026939.tif 000015
【図９】
0004026939.tif 000016
【図１０】
0004026939.tif 000017
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0004026939.tif 000021
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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