(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャピラリー内を流動してくる試料を光学的に検出する検出計セルにおいて、分割した部材をキャピラリーの一部分の全周を覆うように配置するとともに、キャピラリーを覆う部位の分割部材の内面に鏡面を形成するようにして検出セルを形成し、かつ、前記鏡面に測定光を入射するための入射口、鏡面で反射された後の検出光を出射するための出射口を前記部材に設けたことを特徴とする検出計セル。
【請求項２】
検出計セルの入射口に向けて検出光を照射する光源、検出計セルの出射口からの検出光を測定する光検出器とを備え、かつ、光源、光検出器、検出計セルとを位置決めする手段とを備えた、請求項１の検出計セルを用いて光学測定を行うための光学測定装置。
【請求項３】
分割部材はシリコン基板であって、内面側にキャピラリーに適合する溝部を異方性エッチングによって形成したことを特徴とする請求項１記載の検出計セル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極微量の液体試料中の成分を検出する場合に利用される、紫外あるいは可視領域の光線の吸収もしくは発光を測定するための検出計セルおよびこの検出計セルを用いた光学測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紫外あるいは可視領域における検体の光吸収もしくは発光を測定するための検出計セルは、分析化学の分野（特に環境分析分野、臨床分野、医薬品分野など）において、極微量成分を正確かつ迅速に分析する手法（例えばキャピラリー電気泳動（CE）、液体クロマトグラフィー（LC）またはフローインジェクション分析（FIA ）など）の検出計としてよく使用されている。この検出計セルは、通常、分析対象となる液体試料を導入するための試料導入口、液体試料の流路および液体試料を排出する試料排出口を有し、その流路中に液体試料と紫外あるいは可視領域の光線との相互作用領域となる測定室を有し、前記分析手法に用いられる分析カラムの出口側に接続して使用される。また測定室には測定光の入射口と出射口が設けられており、紫外あるいは可視領域の光線は入射口を通って測定室に存在する液体試料を通過した後、出射口から出て、測光光学系により検出される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、例えばキャピラリー電気泳動装置で使用されている従来の検出計セルは、試料を分離するガラスキャピラリーに比べて一般的に測定室の容積が大きく、極微量成分を分析する場合、キャピラリー電気泳動法の有する分離能力を生かせないことが多々あった。なぜならば、測定室の体積が大きいため、分離した微量成分の再混合や媒体中への拡散が生じるからである。
【０００４】
この問題に対して、例えば、『Analytical Chemistry、vol.63、p.2835（1991）』に記載されているように、測定室の容積を低減した小型セルを用いたレーザ励起蛍光検出器（図５参照）の試みなど、測定体積を小さくする努力がなされているが、小型化が十分でないため分解能と精度の点で改善の余地を有している。また一方、分離キャピラリーカラム自体を検出セルとして利用する方式が研究されている。この場合、分析に必要な試料体積および測定室の容積は極めて小さくできるが、光路長が短いなどの理由で検出感度が不足することが問題となっている。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために考案されたものであり、その目的とするところは、測定室の容積を極めて小さくするため分離キャピラリーカラム自体を検出セルとして利用し、しかも、検出感度を改善するため、検出光を検出対象である液体試料と十分に相互作用させることができる光路長を有する検出計セルを実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するためになされた本発明の検出計セルは、分割した部材を分離キャピラリーカラムの一部分の全周を覆うように配置することで、検出計セルを構成する。その部材は、例えばシリコンを材料とし、部材のキャピラリーに対向する内面は検出光を効率よく反射する鏡面、例えばAl薄膜で形成されており、一部には入射窓、出射窓として利用する開口部が存在する。これら部材を組み合わせて、分離キャピラリーカラムの一部全周を覆うことで、分離キャピラリーカラムの一部を検出セルとして利用し、しかも、検出感度を改善するため、入射口から入射した光が検出セル内面の光学反射面で多重反射し、出射窓から出射するように構成したことを特徴とする。
【０００７】
また、上記問題を解決するためになされた本発明の検出計セルを用いて測定を行なう光学測定装置は、前記検出計セルを用い、前記検出計セルの入射窓に検出光を照射する光源、前記検出計セルの出射窓からの検出光を測定する光検出器、前記検出計セルを位置決めする手段とを備え、前記検出計セルによる光学測定をすることを特徴とする。
【０００８】
すなわち、分離キャピラリーカラム自体を検出セルとして利用することで、測定室の容積を極めて小さくできる。また、部材の内面に反射面を形成し、部材の入射口から検出用入射光を適切な角度で検出計セルに入射することで、測定室として機能する分離キャピラリーカラムの一部を検出光が複数回反射してからセルを出射するように調節すれば、反射回数の増加に伴い検出光と検体が相互作用する光路長が実質的に増大し、従来に比べて検出感度が向上する。
【０００９】
ここで、検出セルを構成する部材の内、少なくとも一つの部材の形状は凹形状で、検出セル構成時に、分離キャピラリーカラムの全周を覆うことができ、可能な限り分離キャピラリーカラムとの間に隙間を残さない形状が望ましい。入射口と出射口の配置により決定する測定室の長さは、分解能を低下させないために数10〜数100 μm 程度が望ましい。
【００１０】
また、紫外線吸収により検体を検出する場合は、反射面材料としては紫外線領域の光に対して反射率の大きいAl（アルミ）が望ましい。可視光を用いて検出する場合は、例えばシリコンを材料として、異方性エッチングにより内面が鏡面な凹形状を形成した部材をそのまま利用することもできる。
【００１１】
本発明によれば、分離キャピラリーカラムの一部を測定室として使用するため、十分に微小な体積の測定室を実現でき、各種分離分析手段の分離能力低下を招かない。また、部材の内面に形成された反射面を用いて、検出光が測定室を複数回通過する構成の検出計セルが実現でき、従来に比べて光路長を実質的に増大させることにより検出感度を向上できる。さらに、紫外線吸収により検体を検出する場合は、Alの反射面を用いることにより、紫外線領域の光吸収測定に使用可能な多重反射検出計セルが実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下、図面に基づいて説明する。
【００１３】
図２に本発明の一実施例である検出セルの断面図を示す。
【００１４】
検出セルを構成する部材６ａ、６ａ’を重ね合わせて、分離キャピラリーカラム１０の一部分の全周を覆う。この部材６ａ、６ａ’には、シリコン基板が用いられる。部材の材料は、分離キャピラリーカラムを覆う内面が鏡面にすることができる材料であればよく、例えば、金属、プラスチックなどであってもよい。
【００１５】
このとき、部材６ａ、６ａ’と分離キャピラリーカラム１０間に空隙が存在するが、光の散乱を最小限に止めるため、その空隙を分離キャピラリーカラムの材質である石英と同程度の屈折率を有するグリース１１を充填する。これらは、固定部材１２ａにより固定される。固定部材は、部材６ａ、６ａ’を密着させて固定できるものであれば特に形状、材質にこだわるものではないが、脱着が容易な形状、材質が望ましい。
【００１６】
以上の構成により、十分に微小な体積の測定室を実現できる。また、検出計セルの入射口１３から検出用入射光１５を適切な角度で入射することで、検出光１６が測定室として機能する分離キャピラリーカラム１０の一部分を複数回反射してから出射口１４を通過して出射するように調節することで、反射回数の増加に伴い検出光と検体が相互作用する光路長が実質的に増大し、従来に比べて検出感度が向上する。
【００１７】
図１は、図２に示すような、シリコンを材料とした検出セルの一実施例のプロセス図である。図１（１）において１はシリコン基板である。シリコン基板１の両面に、後に行なう異方性エッチング時のエッチングマスクとして機能する保護膜２（例えば、熱酸化により形成した厚み約1.5 μm のＳｉＯ２膜）を形成する。保護膜２の材質、成膜法および厚みは、保護膜２が異方性エッチング時のエッチングマスクとして機能するものであれば何でも良く、例えば、減圧CVD （LPCVD ）により成膜した厚み数1000ÅのＳｉ３Ｎ４膜でも良い。この場合は、Ｓｉ３Ｎ４膜をパターニングするためのマスクとして、例えば、減圧ＣＶＤで成膜したＳｉＯ２膜が必要である。
【００１８】
図１（２）では、フォトレジスト３を、例えばAZ4620を3000rpm 、40秒間の条件（厚み約７μm ）にてスピンコートし、露光・現像する。ここで、フォトレジストの露光は、一般に半導体製造に用いられているアライナもしくはステッパなどを用いて行うことができる。また、使用するフォトレジストの材質および厚みは特に限定されるものではなく、後のＳｉＯ２膜パターニング工程における溶液に耐える材質および厚みであれば何でも良い。さらに、フォトレジストを現像する現像液は、用いるフォトレジストを現像するために使用されているものであれば、特に限定されるものではない。
【００１９】
図１（３）では、ＨＦ：Ｈ２Ｏ=1:50 のＨＦ水溶液を用いて（室温）、保護膜２であるＳｉＯ２膜をパターニングする。その後、フォトレジスト３を除去する。Ｓｉ３Ｎ４膜を保護膜２に使用した場合は、さらにリン酸（180 ℃）を用いてＳｉ３Ｎ４膜をパターニングすればよい。
【００２０】
図１（４）では、40wt％KOH を用いて（80℃）、分離キャピラリーカラムを覆うことができる凹形状および検出光の窓を形成するための異方性エッチングを行なう。異方性エッチングに用いるエッチャントは、その他にTMAH（テトラメチルアンモニウムハイドライド）、ヒドラジンなどを用いても良い。
【００２１】
図１（５）では、凹部を形成した部材の分離キャピラリーカラムに対向する内面に、例えばAl薄膜反射膜４（厚み数1000Å以下）を形成する。さらに、図には示さないが、その上にAl薄膜の酸化を防止するため、例えばスパッタ成膜された石英よりなるAl用保護膜（厚み数100 〜数1000Å）を形成しても良い。尚、図１（５）（６）は検出用窓を含まない断面を示すために図１（４）までとは別断面を示している。
【００２２】
このようにして作製した部材６、６’を２枚重ね合わせて、図１（６）のように構成すれば、分離キャピラリーカラムの一部分において全周を覆う検出計セルが実現する。
【００２３】
図３は、上記実施例の変形例を示す断面図である。構成はほぼ同様であるが、分離キャピラリーカラム１０を固定する凹部が６ｂ’側にのみ形成されており、部材６ｂ、６ｂ’を重ね合わせて、分離キャピラリーカラム１０の一部分の全周を覆う。同様に、部材６ａ、６ａ’と分離キャピラリーカラム１０間の空隙に石英と同程度の屈折率を有するグリース１１を充填し光の散乱を最小限に止め、固定部材１２ｂにより固定される。
【００２４】
図４に本検出計セルを用いた光学測定装置を示す。図において、２１は重水素ランプ、タングステンランプ、分光器が内蔵された所定の波長の光を送り出す紫外可視光源、２２はフォトダイオードアレイ検出器を使用した測光光学系を有する光検出器であり、いずれも紫外可視測定に一般的に用いられるものである。２３はステージであり、検出計セル部２０を位置決めできる凹部２４が設けられている。さらに、光源２１からの光が検出計セル部の入射窓１３から入射でき、出射窓１４からの光が光検出器２２に受光できるようにしてある。これにより、ステージ２３の凹部２４に検出計セル部２０をセットするだけで、光学測定が可能になる。光源および入射窓と、光検出器および出射窓は、同一面上への配置にこだわらず例えば反対側でもよい。
【００２５】
以下に、本発明の実施態様をまとめておく。
【００２６】
（１）  キャピラリー内を流動してくる試料を光学的に検出する検出計セルにおいて、２つのシリコン基板をキャピラリーの一部分の全周を覆うように挟むようにして配置するとともに、キャピラリーを覆う部位のシリコン基板の内面に鏡面を形成するようにして検出セルを形成し、かつ、前記鏡面に測定光を入射するための入射口、鏡面で反射された後の検出光を出射するための出射口を前記部材に設けたことを特徴とする検出計セル。
【００２７】
（２）  キャピラリー内を流動してくる試料を光学的に検出する検出計セルにおいて、分割した部材をキャピラリーの一部分の全周を覆うように配置するとともに、キャピラリーを覆う部位の分割部材の内面にアルミ薄膜を用いた鏡面を形成するようにして検出セルを形成し、かつ、前記鏡面に測定光を入射するための入射口、鏡面で反射された後の検出光を出射するための出射口を前記部材に設けたことを特徴とする検出計セル。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の検出計セルによれば、分離キャピラリーカラム自体の一部を検出計セルとして使用できるため、各種分離分析手段の分離能力を損なわない測定室を実現できる。さらに、検出計セルの流路内面に形成された反射面を用いて、検出光が測定室を複数回通過する構成の多重反射検出計セルを実現することにより、実質的な光路長が増大し、従来に比べて検出感度が向上する。
【００２９】
また、検体が紫外線領域に吸収を持つ成分を含む場合、紫外線領域の光に高い反射率を有するAlの反射面を用いることにより、紫外線領域の光吸収測定に使用可能な多重反射検出計セルが実現できる。
【００３０】
加えて、本発明の検出計セルは、分離キャピラリーカラムとの脱着が極めて容易であり、キャピラリーカラムの交換時などにおける作業量を大幅に低減できる。
【００３１】
さらに、本発明の検出計セルは半導体製造技術を用いて作製されるため、検出計セルを構成する部材は小型・高精度に加工されており、さらに複数の部材を一括して生産することが可能ゆえコストダウンに有利である。
【００３２】
さらに、本発明の光学測定装置を用いれば、上記特徴を有する検出計セルの入射、反射口を光学測定装置の光学計と簡単に位置決めさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である検出計セルの製造工程を示す図。
【図２】本発明の一実施例である検出計セルの断面図および横断面図。
【図３】本発明の他の一実施例である検出計セルの断面図および横断面図。
【図４】本発明の一実施例である光学測定装置の構成図。
【図５】従来の小型セルを用いたレーザ励起蛍光検出器の説明図。
【符号の説明】
１：シリコン基板
６ａ、６ａ’：部材
１０：分離キャピラリーカラム
１１：グリース
１２ａ：固定部材
１３：入射口
１４：反射口
１５：入射光
１６：検出光
２０：検出セル部
２１：光源
２２：光検出器
２３：ステージ
２４：凹部（位置決め手段）
【図１】
0003735982.tif 000002
【図２】
0003735982.tif 000003
【図３】
0003735982.tif 000004
【図４】
0003735982.tif 000005
【図５】
0003735982.tif 000006