JP2008032548A - 光散乱検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多角度光散乱の測定と同時に試料の濃度を測定することで、装置の構成を簡単にし、濃度測定と散乱光測定との時間ずれに伴う処理を不要とする。
【解決手段】レーザ光源部１から出射したレーザ光（コヒーレント光）とインコヒーレント光源部２から出射したインコヒーレント光とをセクタ鏡３で交互に切り替えて、試料セル７に照射する。インコヒーレント光の照射に対して試料セル７中の試料Ｓを透過して来た光を光検出器８で検出し、レーザ光の照射に対して試料Ｓで多角度に散乱した光を円周Ｅ上に配置した多数の光検出器９で同時に検出する。インコヒーレント光に対する透過光強度は試料濃度に依存するため、濃度算出部１３は検出信号に基づいて濃度を計算し、粒子情報演算部１２は濃度と散乱強度とから粒子のサイズや分子量を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体試料中に分散している微粒子の分子量や回転半径（サイズ）などを測定するための微粒子検出装置に利用される光散乱検出装置に関する。

従来より、液体クロマトグラフィを用いては分離が難しい又は分離が不可能である大きな分子量の成分や不溶性ポリマー或いは微粒子を分離するための手法として、ゲルパーメーションクロマトグラフィ（以下、ＧＰＣと略す）やフィールドフローフラクショネーション（以下、ＦＦＦと略す）などが知られている。ＧＰＣやＦＦＦにより分離された微粒子の検出器として、従来より、多角度光散乱検出装置が用いられている（特許文献１、２など参照）。

多角度光散乱検出装置では、異なる複数の散乱角を以て試料から出て来る光を同時に検出することが可能であり、それら散乱光の強度に基づいてジムプロット（Zimm Plot）法やベリープロット（Berry Plot）法などの演算手法を用いることにより微粒子の分子量やサイズ（回転半径）などを算出することができる（例えば非特許文献１参照）。但し、そうした手法で定量計算を行う際には、何らかの方法で測定対象の液体試料中の微粒子の濃度を求めておく必要がある。

液体試料中の微粒子の濃度を求めるために、一般的に、照射光に対する吸収がない場合には示差屈折率計が用いられ、紫外可視光に吸収がある場合には紫外可視分光光度計が用いられる。そこで、従来、多角度光散乱検出装置に供給される液体試料の流路の前段又は後段で該液体試料を検出可能なように示差屈折率計や分光光度計を接続し、多角度光散乱検出装置での多角度散乱光の検出と液体試料中の微粒子の濃度測定とを連続的に行うような構成が採られている。

しかしながら、こうした従来の構成では、示差屈折率計や分光光度計での測定に使用されるフローセルの形状や容積が多角度光散乱検出装置で使用されるフローセルの形状や容積と異なる場合に、散乱光検出時の試料濃度と屈折率計や分光光度計で求まる試料濃度との乖離が大きくなり、微粒子の分子量やサイズの算出精度が低下するという問題がある。また、或る液体試料についての濃度の測定と多角度光散乱の測定とで時間ずれが生じることが避けられないため、この測定時間のずれを補正するようなデータ処理を行う必要があって処理が煩雑となってしまう。さらにまた、多角度光散乱検出装置に屈折率計や分光光度計を併設する必要があるためにシステムが大形になり、コストも高いものとなるという問題もある。

米国特許第４５４１７１９号明細書 米国特許第５１２９７２３号明細書 日本化学会編、「実験化学講座２６−高分子化学」、丸善（株）、２００５年、p.315-p.323 高分子学会編、「新高分子実験学６」、共立出版（株）、１９９７年、p.299

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、示差屈折率計や吸光分光光度計などの他の測定装置を用いることなく散乱光の強度測定と並行して試料濃度を測定することで、試料中の微粒子の分子量やサイズなどの情報を高い精度で算出することができる光散乱検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明は、液体試料中の微粒子を検出するための光散乱検出装置であって、
a)液体試料を保持する透明な試料セルと、
b)コヒーレント光を出射する第１光源手段と、
c)インコヒーレント光を出射する第２光源手段と、
d)前記第１光源手段によるコヒーレント光と前記第２光源手段によるインコヒーレント光とを選択的に前記試料セルに照射する照射光切替え手段と、
e)前記試料セルを中心に取り囲むように配置され、前記コヒーレント光の照射に応じて前記試料セルから周囲に異なる散乱角を以て散乱する光を検出する複数の検出器から成る第１検出手段と、
f)前記インコヒーレント光の照射に応じて前記試料セルを透過して来る光を検出する第２検出手段と、
g)前記第２検出手段による検出信号に基づいて液体試料中の微粒子の濃度を算出するとともに、その算出された濃度値と前記第１検出手段の各検出器による複数の検出信号とに基づいて液体試料中の微粒子のサイズや分子量を算出する演算処理手段と、
を備えることを特徴としている。

上記コヒーレント光は空間的、時間的ともにコヒーレンスの高い光であることが望ましく、典型的にはレーザ光である。他方、ここで言うインコヒーレント光は上記コヒーレント光に比べてコヒーレンスが低い光を意味しており、完全インコヒーレント光のみならず、コヒーレント光と完全インコヒーレント光の中間の状態である部分コヒーレント（パーシャルコヒーレント）光も含むものとする。

本発明に係る光散乱検出装置では、第１光源手段によるコヒーレント光と第２光源手段によるインコヒーレント光とを照射光切替え手段により選択して、互いに異なる光軸で以て試料セルに照射する光路構成としてもよいが、試料セルに対してはコヒーレント光とインコヒーレント光とを略同軸で入射するほうが全体として光路構成が簡略化され、光軸の調整なども容易である。即ち、上記照射光切替え手段は、第１光源手段によるコヒーレント光と第２光源手段によるインコヒーレント光とを選択して同一光路に沿って試料セルに導入するものとすることが好ましい。

液体試料にコヒーレンスの低い光が入射した場合、液体試料中の粒子間の相関や干渉は殆ど無視できる。その場合、散乱光強度は粒子の径（サイズ）には依らず粒子の数に依存するため、第２検出手段により検出される透過光の強度も単位体積当たりの粒子の数、つまりは濃度に依存することになる。これにより、演算処理手段は、試料セルにインコヒーレント光が照射されている期間中に第２検出手段で得られた検出信号に基づいて試料中の微粒子の濃度を計算することができる。一方、液体試料にコヒーレント光、典型的にはレーザ光が入射されている期間には従来の多角度光散乱検出装置と同様に、第１検出手段を構成する複数の検出器により、粒子の径の情報を含む複数の散乱光がほぼ同時に検出される。したがって、演算処理手段は、上述のように求めた濃度値を利用し、第１検出手段による検出信号に基づいて液体試料中の微粒子の回転半径や分子量などを算出することができる。

本発明に係る光散乱検出装置によれば、例えば試料セルがフローセルのように液体試料が流通するものである場合でも、照射光切替え手段による照射光の切り替えを液体試料の流速に比べて十分に速い速度で行うことにより、或る液体試料中の微粒子濃度と同一試料に対する多角度光散乱強度とを実質的に同時に取得することができる。したがって、データ処理上で両者の測定時の時間ずれを補正する必要はなく、処理が簡便になる。また、濃度と散乱強度との測定対象は同じであるため、試料セルの形状や容積の相違、或いはそのほかの測定条件の相違に起因する精度の低下も回避でき、高い精度で以て微粒子のサイズや分子量を求めることができる。

さらにまた、従来のように試料濃度を測定するために示差屈折率計や吸光分光光度計などの別の測定装置を用意する必要がなく、多角度光散乱の光学系、検出系の一部を共用化できるため、システム構成が簡単になり低コスト化に有利であるとともにシステム全体の小型化にも有利である。さらにまた、本発明のように散乱法によれば、検出器に入る光強度が比較的低いのでショット雑音が相対的に小さくなるため、低分子から高分子まで屈折率計や紫外可視分光光度計に比べて格段に低い濃度領域での濃度測定を高感度で行うことができ、特に低濃度領域での微粒子のサイズや分子量の算出に有効である。

なお、インコヒーレント光のコヒーレンスが低いほうが液体試料中の微粒子濃度に依存した吸光（光散乱）の度合いを第２検出手段で正確に検出できるため、インコヒーレント光のコヒーレンスの程度は濃度の算出精度、ひいては微粒子のサイズや分子量などの算出精度に応じて決めることができる。具体的には、試料セルに照射されるインコヒーレント光の波長バンド幅を１００ｎｍ以上としておけば、実用的に十分な精度を確保することができる。さらにまた、時間的コヒーレンスを下げるためには、インコヒーレント光を直線偏光ではなく円（回転）偏光とするとよい。

まず、本発明に係る光散乱検出装置における、散乱強度に基づく試料濃度の算出の原理について説明する。

一般にレーザ散乱光は、試料が満たされた試料セルへの入射光とその散乱光の比を用いて次の(1)式で表すことができる（特許文献１など参照）。
Ｒ＝Ｉ・ｒ^２／Ｉ_０・Ｖ …(1)
ここで、Ｉ_０：入射光強度、ｒ：試料セルから検出器までの距離、Ｉ：散乱光強度、Ｖ：散乱体積、である。

溶媒の影響を除いた粒子（分子）のみの散乱、即ち過剰（excess）レーリー比をΔＲとおく。等方的な単一分散粒子では過剰レーリー比ΔＲは次の(2)式で表すことができる。
ΔＲ＝（２π／λ_０）⁴ ・α^２・Ｃ'・Ｓ(ｋ) …(2)
ここで、λ_０：波長、α：分子のダイポールモーメント、Ｃ'：濃度、Ｓ(ｋ)：粒子間の散乱効率で、入射光と散乱光の進行行方向の成す角度をθとしたときに、
ｋ＝（４πｎ／λ）・sin（θ／２）
である。Ｓ(ｋ)は次の(3)式で表すことができる。
Ｓ(ｋ)＝１＋Ｃ' ∫exp（ｉｋ・ｒ）ｄｒ …(3)

一方、形状が等方的でない（等方的とみなせない）場合、過剰レーリー比ΔＲは次の(4)式で表すことができる。
ΔＲ＝（２π／λ_０）⁴ ・α^２・Ｃ'・Ｐ(ｋ)・Ｓ(ｋ) …(4)
ここでＰ(ｋ)は分子内の干渉効果で、一つの粒子でもその効果が散乱の異方性を与えるもので、濃度が希薄な（極端には濃度ゼロ）ときには角度分布として測定されるものである。なお、Ｓ(ｋ)は分子間の干渉効果である。

一般に、散乱は次の(5)式で表すことができることが知られており（非特許文献１、２など参照）、これが実用式として検証され広く用いられている。
Ｋ・Ｃ／ΔＲ＝１／ＭＰ(θ)＋２Ａ・Ｑ(θ)・Ｃ＋Ｏ（Ｃ^２） …(5)
但し、Ｋは実験的に決まる定数、Ｃは別の測定により求められる濃度、Ｍは分子量、Ａは回転半径である。角度θ＝０では、
Ｐ(θ)＝１、Ｑ(θ)＝１（定数）
である。したがって、θ＝０且つＣが一定であるとの条件の下では、(5)式は次の(6)式に変形できる。
Ｋ・Ｃ／ΔＲ＝１／Ｍ＋２Ａ・１・Ｃ＋Ｏ（Ｃ^２） …(6)
いま濃度Ｃが０である場合には、(6)式は、
Ｋ・Ｃ／ΔＲ＝１／Ｍ
となる。これは、ジムプロット（Zimm Plot）やべーリープロット（Berry Plot）などの既存の手法、つまりθ＝０、Ｃ＝０の外挿を行うことで、分子量Ｍが求まることを意味している。

(4)式より、
ΔＲ＝（２π／λ_０）⁴ ・α^２・Ｃ'・Ｐ(ｋ)・（１＋Ｓ'(ｋ)）＝Ｃ'・Ｕ＋Ｃ'^２・Ｖ …(7)
となり、過剰レーリー比ΔＲは濃度Ｃ’の二次関数となることが分かる。但し、
Ｓ'(ｋ)＝Ｓ(ｋ)−１
で、Ｓ'(ｋ)は粒子間の散乱に関する位相関係、即ち干渉を表すものである。また、Ｕ、ＶはいずれもＰ(ｋ)を含む。ここで前方散乱でθ＝０とすると、Ｐ(ｋ)＝１となり、粒子の大小に拘わらず分子内の干渉効果はなくなる。この場合、(7)式は(8)式と書き換えることができる。
ΔＲ＝（２π／λ_０）⁴ ・α^２・（Ｃ'＋Ｃ'^２・Ｓ'(ｋ)） …(8)

（Ａ）低コヒーレンス光源の場合
いま照射光のコヒーレンスが低い場合を考える。Ｓ'(ｋ)は粒子間の干渉効果であるが、照射光がレーザのように時間的及び空間的にコヒーレンスがセルサイズに比べて遙かに大きい場合には、平面波を照射したことと同じでありＳ'(ｋ)はゼロにならない。つまり、Ｓ(０)は１にならない。即ち、(8)式の過剰レーリー比ΔＲは濃度Ｃ'の二乗の効果を持つ。照射光の時間的及び空間的なコヒーレンスを平均粒子間隔よりも十分に小さくできれば、粒子間の相関はなくなるためＳ'(ｋ)＝０とすることができる。より具体的には、照射光の時間的及び空間的なコヒーレンスを所定の或る小さな値以下に設定できれば、これに対応した単位体積当たりの粒子個数Ｎ_０以下の粒子数では、粒子間の相関や干渉がないため、(8)式の二乗項は消えて次の(9)式となる。
ΔＲ＝（２π／λ_０）⁴ ・α^２・Ｃ' …(9)
即ち、或る濃度Ｃ_０以下の濃度ではΔＲはＣ'に比例する。何故なら、粒子個数Ｎ_０に分子量Ｍを乗じたものが濃度であり、これをＣ_０とおくと、
ΔＲ＝（２π／λ_０）⁴ ・α^２・Ｃ'＜（２π／λ_０）⁴ ・α^２・Ｃ_０
となるからである。

（Ｂ）時間的コヒーレンスを小さくする条件
時間的なコヒーレンスτは光源のバンド幅Ｗの逆数に依存する。一般的な放電管やタングステンランプにおいて光子放出に伴う時間的コヒーレンスは数ｎ秒であり、この時間を距離に換算すると数十ｃｍに相当する。例えばバンド幅Δλ＝４００ｎｍの光では、
｜Ｓ１−Ｓ２｜／ｃｃ＝τ＝１／Δυ
より、｜Ｓ１−Ｓ２｜≒０．５μｍとなる。但し、ｃｃは光速、Ｓ１、Ｓ２は２つの異なる点である。したがって、２点Ｓ１、Ｓ２の間の距離が０．５μｍ以上離れていれば、コヒーレンスは１／ｅであり、Ｓ１、Ｓ２の間の距離が１μｍ以上離れていれば干渉効果は無視できる。

（Ｃ）空間的コヒーレンスを小さくする条件
空間的コヒーレンス長Ｌcohは次の(10)式で与えられる。
Ｌcoh＝λ・Ｒ／（２π・ρ）＝０．１６（λ・Ｒ／ρ） …(10)
ρは光源半径であり、各場所でインコヒーレントな発光である。光源の一点からの光が像面で持つコヒーレンスの長さがＬcohである。またＲは光源からの距離である。例えば光源半径ρ＝２ｍｍであるとき、距離Ｒ＝５０ｍｍでＬcoh＝４λである。波長λが平均５００ｎｍであるとすると、２μｍ以上離れれば空間的コヒーレンスはほぼ失われることになる。上記のように挙げた条件で単位体積当たり、或る粒子数以下であれば、散乱は分子間の影響を殆ど受けないとみなせるので、それ以下の濃度範囲では散乱強度と濃度とが比例することになり、濃度検出が可能となる。

（Ｄ）光源の光束の拡がりの条件
空間的コヒーレンス長Ｌcohを小さくするためには、光束の立体角ρ／Ｒを大きくする必要がある。例えば上記数値例の下では、４／２５＝tanθ、θ＝４．５７°であり、この角度よりも大きい角度で以て測定する必要がある。

(8)式から
ΔＲ＝（２π／λ_０）⁴ ・α^２・Ｃ'・Ｐ(ｋ)・（１−Ｓ'(ｋ)）
であり、或る濃度以下では粒子間のコヒーレンス条件を満たさなくなるため、Ｓ'(ｋ)＝０となり、
ΔＲ＝（２π／λ_０）⁴ ・α^２・Ｃ'・Ｐ(ｋ) …(11)
と表すことができる。即ち、過剰レーリー比ΔＲは粒子個数Ｎ_０に分子量Ｍを乗じた濃度Ｃ’に比例するとともに、粒子サイズや粒子形状に関係した散乱因子であるＰ（ｋ）に比例する。ｋ（＝１／２λsin（１／２θ））、つまりθが０であればＰ(ｋ)は１であり、過剰レーリー比ΔＲは濃度Ｃ'のみに比例するので、θを外挿し０°での値が求まれば、濃度を計算することができる。

いま、粒子のサイズが時間的コヒーレンス長と空間的コヒーレンス長とにより形成される立体Ｖcohよりも大きい場合には、そのはみ出した部分はインコヒーレントに照明されているため干渉効果はなく、散乱強度は立体Ｖcohの作る散乱強度を単位として分子量に比例する。そのため立体Ｖcohより大きな如何なる形状の粒子も、散乱角度分布は同一分布になる。そして、濃度Ｃ’は分子量（基準体積Ｖcohの何倍あるか）と粒子数との積で表される。また、粒子サイズが立体Ｖcohよりも大きいときには自動的にＶcoh内の粒子個数は１以下となり、濃度による粒子間干渉はなくなる。よって、この粒子サイズと濃度が既知の試料の散乱強度Ｒ(θ)からＲ（θ＝０）を外挿すれば、立体Ｖcohによる散乱強度分布が得られ濃度校正ができる。そして、レーザ散乱に基づく上記(6)式から得られる
Ｋ・Ｃ／ΔＲ＝１／Ｍ＋２Ａ・１・Ｃ
により、２つの同一試料の異なる濃度値Ｃ'_１、Ｃ'を用いて、未知の分子量Ｍと回転半径Ａとを求めることができる。

一方、粒子サイズが立体Ｖcohよりも十分に小さいとき（レーレー散乱）とほぼ同程度である場合（ミー散乱）には、単位体積当たりの粒子個数が或る個数以下でないと、粒子間の散乱光干渉や増幅が起こる。濃度が高い場合には、多重散乱の影響が出てくることにより等方散乱に近づく。そのため正確な濃度を算出することが困難である。こうした状況であるか否かを判定するためには、ゼロ度の透過光の強度をモニタし、或る所定以上の吸収が生じていれば多重散乱であると判定すればよい。同時に他の角度の散乱強度も併用して、多重散乱の影響を判定することもできる。この際の照射光としてはコヒーレンスの高いレーザ光を使用してもよいが、低コヒーレント光でもよい。このことにより、所定の粒子個数以下に試料が調製されていれば、散乱光は上記(11)式で表すことができる。
ΔＲ＝（２π／λ_０）⁴ ・α^２・Ｃ'・Ｐ(ｋ)
したがって、レーレー散乱、ミー散乱ともにΔＲ（θ＝０）を外挿で求めればＰ（０）＝１となることから、濃度Ｃ'が求まる。そして上記と同様にして未知の分子量と回転半径とを求めることができる。

次に、本発明に係る光散乱検出装置の一実施例である多角度光散乱検出装置の構成と動作について、図面を参照して説明する。図１は本実施例の多角度光散乱検出装置の要部の全体構成図、図２は図１中のセクタ鏡の正面平面図、図３は図１中のインコヒーレント光源部の一例を示す図である。

本実施例の多角度光散乱検出装置においては、液体試料Ｓが収容される周囲が透明である試料セル７を中心にした円周Ｅ上に、該試料セル７を取り囲んで所定角度θ間隔で複数の光検出器８、９が配置されている。また試料セル７に光を照射するために、本発明における第１光源手段としてのレーザ光源部１と第２光源手段としてのインコヒーレント光源部２とが設けられている。レーザ光源部１から出射される光はコヒーレント光であり、インコヒーレント光源部２から出射される光は完全インコヒーレント光又はパーシャルインコヒーレント光である。

レーザ光源部１から出射され光路Ｌ１に沿って進むレーザ光と、インコヒーレント光源部２から出射されて光路Ｌ２に沿って進むインコヒーレント光とは、本発明における照射光切替え手段としてのセクタ鏡３により交互に選択されて、試料セル７に向かう同一光軸を有する光路Ｌ３へと送られる。セクタ鏡３は図２に示すように、回転軸３ａの周囲に等角度α範囲の反射部３ｂと透過部３ｃとが交互に配置された構成を有し、回転軸３ａはモータ等の駆動機構４により所定速度で同一方向に回転駆動される。光路L１とL２の交差部に透過部３ｃが来るタイミングではレーザ光が光路L３に送られ、反射部３ｂが来るタイミングではインコヒーレント光が光路L３に送られるように照射光は切り替えられる。レーザ光とインコヒーレント光とは共に、光検出器８、９が配置されている同一平面に垂直な方向が電気ベクトル方向である。

光路Ｌ３上にはビームスプリッタ５が配置され、試料セル７に照射される光の一部がビームスプリッタ５で分割・反射されて強度モニタ用検出器６に導入される。この強度モニタ用検出器６の検出信号は後述するデータ処理部１１に入力され、光源部１、２の発光強度の変動を補正するために利用される。

円周Ｅ上に配置された複数の光検出器のうち、光路Ｌ３の延長上、つまり光路Ｌ３に沿って試料セル７に入射する光が直進する位置に配置された光検出器８は本発明における第２光検出手段としての透過吸光度測定用検出器であり、そのほかの光検出器９は全て本発明における第１光検出手段を構成する多角度散乱測定用検出器である。但し、試料Ｓが低濃度であって吸光度が小さい場合には、光検出器８を強度モニタ用検出器６の代わりに用いることもできる。

光検出器８による検出信号はデータ処理部１１に機能として含まれる濃度算出部１３に入力され、一方、複数の光検出器９による検出信号はデータ処理部１１に機能として含まれる粒子情報演算部１２に入力されている。従来のこの種の多角度光散乱検出装置は、インコヒーレント光源部２、セクタ鏡３、光検出器８、濃度算出部１３等を備えておらず、その代わりに、試料セル７に供給される液体試料中の粒子濃度を別途検出する屈折率計や吸収分光光度計が併設されていて、そうした装置により検出された濃度がデータ処理部１１に与えられるようになっている。

インコヒーレント光源部２は、図３に示すように、発光源２１、拡大レンズ２２、空間的コヒーレンス決定用のスリット２３、光減衰器２４、時間的コヒーレンス決定用のフィルタ２５、偏光子２６、出射レンズ２７、などを含んで構成される。発光源２１はとしては、発光点全てがインコヒーレントで発光自体のライフタイム（継続時間）はナノ秒オーダときわめて短いキセノンランプや、高圧又は中圧水銀灯、ハロゲンランプ（タングステンランプ）などを用いるとよい。こうした発光源２１から出射した光をスリット２３に通過させて空間的コヒーレンスを小さくし、さらに広い波長帯域幅のフィルタ２５を通過させることで時間的コヒーレンスも小さくする。なお、波長帯域として可視全域を利用したい場合には、フィルタ２５として熱線カットフィルタを用いるとよい。光減衰器２４は透過光強度が光検出器８のダイナミックレンジを越えないように適宜に照射光の強度を下げるためのものであり、広いダイナミックレンジを確保するために減衰率を段階的又は連続的に変化可能であるものとするのがよい。もちろん、自動的に最適な照射光強度が設定されるように、光減衰器２４の減衰率を調節する調光手段を設けてもよい。また、偏光子２６は照射光の光の偏光方向を決めるものである。この構成では、フィルタ２５の帯域幅により時間的コヒーレンスを、スリット２３の開口幅により空間的コヒーレンスを適宜に調整することができる。

本実施例による多角度散乱検出装置の動作を説明する。レーザ光源部１からはコヒーレント光であるレーザ光が出射されて光路Ｌ１に沿って進み、インコヒーレント光源部２からはインコヒーレント光が出射されて光路Ｌ２に沿って進む。この両光束はセクタ鏡３により周期的に交互に選択され光路Ｌ３に送られるため、試料セル７内の試料Ｓにはレーザ光とインコヒーレント光とが交互に同軸上で照射される。セクタ鏡３を駆動する駆動機構４は制御部１０により制御され、制御部１０はその回転位置を把握しているため、制御部１０からデータ処理部１１に対し、レーザ光、インコヒーレント光のいずれが試料Ｓに照射されている期間であるのかを示すタイミング制御信号が送られる。

上述したように試料Ｓにインコヒーレント光が照射された場合、その透過光の強度は試料Ｓによる吸光（角度ゼロの散乱）を反映したものとなる。そこで、データ処理部１１ではセクタ鏡３の回転に同期してインコヒーレント光が試料Ｓに照射される期間において光検出器８の検出信号を読み込み、濃度算出部１３はこの検出信号に基づいて試料Ｓによる吸光度を算出し、さらに試料Ｓ中の微粒子の濃度を計算する。これにより得られた濃度値は粒子情報演算部１２に与えられる。

一方、データ処理部１１ではセクタ鏡３の回転に同期してレーザ光が試料Ｓに照射される期間において複数の光検出器９の検出信号を同時に読み込み、粒子情報演算部１２では各角度位置での散乱強度を計算する。なお、こうした散乱強度の計算や上記吸光度の計算の際に、強度モニタ用検出器６による検出信号に基づく光源の発光強度の変動要因が補正される。粒子情報演算部１２では、各角度位置での散乱強度と試料の濃度とに基づいて、試料Ｓに含まれる微粒子の分子量や回転半径などを計算する。この計算自体は従来の多角度散乱検出装置と同様である。

試料セル７をフローセルとして測定対象の液体試料を所定流量で流す場合でも、この流量よりも十分に速い速度でセクタ鏡３を回転させて試料Ｓに対する濃度と散乱強度とを取得することにより、同一の試料Ｓの濃度と散乱強度であるとみなすことができる。したがって、従来のように両者の取得時の時間差を補正する処理は不要である。

なお、光検出器８に入射する光の強度が大きく、光検出器８で飽和するおそれがある場合には試料セル７と光検出器８との間に光減衰器２０を挿入するとよい。

図４は上記実施例とは別の実施例によるインコヒーレント光源部２の構成を示す図である。この実施例による構成では、インコヒーレント光の時間的コヒーレンスをさらに下げるために、直線偏光でなく円（回転）偏光を利用している。即ち、インコヒーレント光として円偏光を試料Ｓに照射すれば半波長ずれたところからの散乱光は干渉しないので、コヒーレンス時間を波長の長さに対応するように設計しておくことにより、波長の約半分に相当する時間だけ時間的コヒーレンスとすることができる。

具体的には、図４に示すように、偏光方向を４５°とした偏光子２８を光路上に挿入し、その後に位相遅延素子としての１／４λ波長板２９を挿入し、直線偏光を円偏光に変えることができる。図５（ａ）は、一般に一波長の長さの時間的コヒーレンスがある場合に距離に対するコヒーレンスの低下の状態を示す図である。この場合には、距離が離れるほどコヒーレンスが下がり、一波長離れた位置では元の１／ｅ倍にコヒーレンスは下がる。図５（ｂ）は円偏光を用いた場合の距離に対するコヒーレンスの低下の状態を示す図である。この場合、半波長だけ離れた位置でコヒーレンスは大きく下がることが分かる。これにより、インコヒーレント光の照射の際に試料の濃度の算出精度を一段と高めることができる。

もちろん、直線偏光を円偏光に変える手法はこれにとどまらず、如何なる方法を用いてもよい。

なお、上記実施例は本発明の一例にすぎないから、本発明の趣旨の範囲で適宜に修正、変更、追加などを行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。

本発明の一実施例である多角度光散乱検出装置の要部の全体構成図。 図１中のセクタ鏡の正面平面図。 図３は図１中のインコヒーレント光源部の一例を示す構成図。 インコヒーレント光源部の他の構成を示す構成図。 距離に対するコヒーレンスの低下の状態を示す模式図。

符号の説明

１…レーザ光源部
２…インコヒーレント光源部
２１…発光源
２２…拡大レンズ
２３…スリット
２４…光減衰器
２５…フィルタ
２６…偏光子
２７…出射レンズ
２８…偏光子
２９…１／４λ波長板
３…セクタ鏡
３ａ…回転軸
３ｂ…反射部
３ｃ…透過部
４…駆動機構
５…ビームスプリッタ
６…強度モニタ用検出器
７…試料セル
８、９…光検出器
１０…制御部
１１…データ処理部
１２…粒子情報演算部
１３…濃度算出部
Ｅ…円周
Ｓ…試料

Claims (4)

1. 液体試料中の微粒子を検出するための光散乱検出装置であって、
   a)液体試料を保持する透明な試料セルと、
   b)コヒーレント光を出射する第１光源手段と、
   c)インコヒーレント光を出射する第２光源手段と、
   d)前記第１光源手段によるコヒーレント光と前記第２光源手段によるインコヒーレント光とを選択的に前記試料セルに照射する照射光切替え手段と、
   e)前記試料セルを中心に取り囲むように配置され、前記コヒーレント光の照射に応じて前記試料セルから周囲に異なる散乱角を以て散乱する光を検出する複数の検出器から成る第１検出手段と、
   f)前記インコヒーレント光の照射に応じて前記試料セルを透過して来る光を検出する第２検出手段と、
   g)前記第２検出手段による検出信号に基づいて液体試料中の微粒子の濃度を算出するとともに、その算出された濃度値と前記第１検出手段の各検出器による複数の検出信号とに基づいて液体試料中の微粒子のサイズや分子量を算出する演算処理手段と、
   を備えることを特徴とする光散乱検出装置。
2. 前記照射光切替え手段は、前記第１光源手段によるコヒーレント光と前記第２光源手段によるインコヒーレント光とを選択して同一光路に沿って前記試料セルに導入するものであることを特徴とする請求項１に記載の光散乱検出装置。
3. 前記試料セルに照射されるインコヒーレント光は１００ｎｍ以上の波長バンド幅を有するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光散乱検出装置。
4. 前記試料セルに照射されるインコヒーレト光は円偏光であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光散乱検出装置。
   
   

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