特許 7154540 溶液中の物質の吸光度を測定する装置および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-07

(45)【発行日】2022-10-18

(54)【発明の名称】溶液中の物質の吸光度を測定する装置および方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/33 20060101AFI20221011BHJP

   G01N 21/05 20060101ALI20221011BHJP

【ＦＩ】

G01N21/33

G01N21/05

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018544452

(86)(22)【出願日】2017-02-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-04-11

(86)【国際出願番号】 EP2017054504

(87)【国際公開番号】W WO2017144719

(87)【国際公開日】2017-08-31

【審査請求日】2020-01-27

【審判番号】

【審判請求日】2021-10-08

(31)【優先権主張番号】1603380.5

(32)【優先日】2016-02-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】597064713

【氏名又は名称】サイティバ・スウェーデン・アクチボラグ

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100154922

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 允辰

(74)【代理人】

【識別番号】100207158

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 研二

(72)【発明者】

【氏名】エーリング，ハノ

【合議体】

【審判長】石井 哲

【審判官】伊藤 幸仙

【審判官】樋口 宗彦

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１３－５１８２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１８８０４２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平７－１２７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５１８１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１３７９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】再公表特許第２０１４／１５７２８２（ＪＰ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第３４２０３３６（ＥＰ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／９６０５９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

G01N 21/00 - 21/61

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶液中の物質の吸光度を測定する装置であって、
少なくとも部分的に所定の波長スペクトルの光を通す、前記溶液を収容するために配置された、少なくとも１つの試料セル（３０）と、
少なくとも２つのＵＶＬＥＤ（２１、２２）を含む、ＬＥＤ光源配置（２０）であって、前記少なくとも２つのＵＶＬＥＤ（２１、２２）がそれぞれ、前記所定の波長スペクトル以内で、他の１つ以上の前記ＵＶＬＥＤ（２１、２２）とは異なるＵＶ波長の光出力を放射するように配置される、ＬＥＤ光源配置（２０）とを備え、
前記少なくとも１つの試料セル（３０）が、少なくとも２本の光路（３０５、３０５’）を有する、二重路長フローセルであって、前記各光路（３０５、３０５’）が、他の前記各光路（３０５、３０５’）とは路長が異なり、
前記装置は、前記少なくとも２本の光路（３０５、３０５’）に対応する少なくとも２つの検出器（４１、４２）を更に備え、前記検出器は前記ＵＶＬＥＤ（２１、２２）の発光サイクルの所定の期間中にのみ出力を検出するように構成されており、
前記装置は、前記少なくとも２つのＵＶＬＥＤ（２１、２２）のそれぞれが、関連する光ファイバ束（６０）を備えることを特徴とし、前記光ファイバ束（６０）は、複数の光ファイバを含み、各光路（３０５、３０５’）に対して１本の光ファイバであり、各光ファイバ束（６０）は、各ＵＶＬＥＤ（２１、２２）から前記各光路（３０５、３０５’）への複数の別々の光導波路を提供し、
前記ＬＥＤ光源配置（２０）は、各ＵＶＬＥＤ（２１、２２）に対して少なくとも１つの光学フィルタ（５０、５１、５２）を更に備え、前記光学フィルタは、前記ＵＶＬＥＤ（２１、２２）と前記光ファイバ束（６０）との間に配置され、或いは、前記ＬＥＤ光源配置（２０）は、前記ＬＥＤ光源配置（２０）の各ＵＶＬＥＤ（２１、２２）に対し、少なくとも２つの光学フィルタをさらに備え、前記光学フィルタが、各光ファイバの出力端と、対応する光路の入口との間に配置され、或いは、前記ＬＥＤ光源配置（２０）は、前記ＬＥＤ光源配置（２０）の各ＵＶＬＥＤ（２１、２２）に対し、少なくとも２つの光学フィルタをさらに備え、前記光学フィルタが、各光路の出口と、対応する検出器（４１、４２）との間に配置され、
内部に第１の光路及び第２の光路（３０５、３０５’）を形成するためにガラス棒（８０）が提供されており、前記試料セル（３０）に挿入されており、前記第１の光路（３０５）は、前記第２の光路（３０５’）の路長よりも短い路長を有し、
前記ガラス棒（８０）は光ファイバとは異なる、装置。

【請求項2】

前記ＬＥＤ光源配置（２０）からの前記光出力を制御するために配置された、コントローラ（７０）をさらに備える、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記ＬＥＤ光源配置（２０）の各ＵＶＬＥＤ（２１、２２）に対し、少なくとも２つの光学フィルタを備え、前記光学フィルタが、各光ファイバの出力端と、対応する光路の入口との間に配置される、請求項１又は２に記載の装置。

【請求項4】

前記ＬＥＤ光源配置（２０）の各ＵＶＬＥＤ（２１、２２）に対し、少なくとも２つの光学フィルタを備え、前記光学フィルタが、各光路の出口と、対応する検出器（４１、４２）との間に配置される、請求項１又は２に記載の装置。

【請求項5】

前記ＵＶＬＥＤ（２１、２２）の少なくとも１つが、交換可能に配置される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。

【請求項6】

対照検出器、または検出器配列を備え、前記光ファイバ束（６０）が、前記対照検出器または前記検出器配列に光路を提供する光ファイバを含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、通常、波長が４００ｎｍ以下のＵＶ光の吸収を示す、溶液中の物質の吸光度を測定する装置、および方法に関する。

【背景技術】

【0002】

多くの物質は、その化学組成により、紫外線、または可視光を吸収する。物質による光の吸収は、このような物質の存在を検出し、濃度を測定する基礎として長年用いられてきた。物質の濃度は、ランベルト・ベールの法則を用いて決定することができる。

【0003】

Ａ＝Ｅｂｃ
ここで、
Ａは吸光度、
Ｅは、Ｌｍｏｌ^－１ｃｍ^－１を単位とするモル吸光係数、
ｂは、ｃｍで定義される試料の光路長、
ｃは、ｍｏｌ^－１で表される溶液中の化合物の濃度である。

【0004】

ＵＶ領域は、１ｎｍ～４００ｎｍの領域の波長の光からなるとみなすことができ、１８０ｎｍ～３００ｎｍの波長の光は、「深ＵＶ」として知られる。

【0005】

深紫外線（ＵＶ）領域で吸収する物質を検出する分析機器のほとんどは、光源として水銀ランプ、重水素ランプ、またはキセノン閃光ランプを用いている。このような機器の一例がフローセルであり、１種以上のＵＶ吸収物質を含む溶液が、ＵＶ光源（例えば、水銀ランプ）と、ＵＶ検出器（例えば、光電子増倍管、またはフォトダイオード）との間を通り、検出器に到達するＵＶ光の強度の変化を、溶液中のＵＶ吸収物質の濃度に関連付ける。

【0006】

タンパク質、核酸、およびペプチドの検出は、環境科学、生物科学、および化学を含む多くの分野において非常に重要である。タンパク質は、深ＵＶ領域において主に２つの吸収ピークを有し、１つはペプチド結合が吸収する、最大約１９０ｎｍの非常に強い吸収バンドであり、もう１つは、芳香族アミノ酸（例えば、チロシン、トリプトファン、およびフェニルアラニン）による光の吸収に起因する、約２８０ｎｍの弱いピークである。

【0007】

核酸は、２６０ｎｍ近辺でＵＶ光を吸収し、核酸のサブユニット（プリン）のいくつかは、２６０ｎｍをわずかに下回ったところに最大吸光度を有し、他のサブユニット（ピリミジン）は、２６０ｎｍをわずかに上回ったところに最大吸光度を有する。ほとんど全てのタンパク質は、光吸収性の芳香族アミノ酸を含むため、約２８０ｎｍに最大吸光度を有する。タンパク質濃度の検出および測定に用いられる分析系の検出器の光源は、歴史的に水銀線ランプである。水銀は、波長が２８０ｎｍではなく、２５４ｎｍの光を生成するので、水銀ランプが生成した２５４ｎｍの光をより長い波長に変換するために蛍光コンバータが必要になり、２８０ｎｍ近辺の領域を遮断するためにバンドパスフィルタが使用される。水銀ランプは寿命が比較的短く、時間と共に不安定になる可能性があり、さらにこのようなランプの廃棄は、環境問題につながる可能性がある。重水素ランプ、およびキセノン閃光ランプなどの、紫外光の生成に用いられる他のランプは、不都合なことに高電圧を必要とし、複雑な電子機器が必要になり、時間と共に不安定になることが多い。現在使用されている紫外光源は、全て比較的大型であり、分析機器の小型化には適していない。さらに、ランプは全て、その動作に高電圧が必要とされるために大量の熱が発生する。

【0008】

最近、２５０ｎｍ～３６５ｎｍの範囲で発光するＡｌＧａＮ／ＧａＮ型の発光ダイオード（ＬＥＤ）が開発された。Ｓｅｎｓｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社（米国、サウスカロライナ州コロンビア）は、特に、生物学的に汚染された水などの流体を照射して殺菌消毒するための、このようなＵＶ光発光ダイオードの開発、および用途の先駆者である（例えば、米国特許出願公開第２００５／００９３４８５号明細書）。他の企業も、浄水システムにＵＶ光発光ダイオードを使用している（例えば、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社の国際公開第２００５／０３１８８１号）。

【0009】

可視スペクトル域で発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）が、間接光度検出（Ｊｏｈｎｓ Ｃ．ら、（２００４）Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，２５，３１４５－３１５２）、およびキャピラリー電気泳動における物質の蛍光検出（Ｔｓａｉ Ｃ．ら、（２００３）Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ，２４，３０８３－３０８８）に使用されている。Ｋｉｎｇ等によるＡｎａｌｙｓｔ（２００２）１２７，１５６４－１５６７にもまた、無機陰イオンの間接光度検出に、３７９．５１５ｎｍで発光するＵＶ光発光ダイオードを使用することが報告されている。核酸の検出系における光源として深ＵＶ光発光ダイオードを使用することが、米国特許出願公開第２００５／０１３３７２４号明細書に開示されている。しかしながら、ＬＥＤを用いた検出系が開示されてはいるが、提案された系がポリメラーゼ連鎖反応測定法での核酸量の測定に実際にうまく使用できたことを示す実験データはない。この系は、バンドパスフィルタも、ビームスプリッタおよび対照検出器も使用していないので、感度、直線性、およびダイナミックレンジに欠け、ＬＥＤは温度のわずかな変化にも極めて敏感であり、摂氏百分の一度程度の温度変化でもベースラインにドリフトが生じる。しかも、この系には、バンド幅を狭くすると共に可視スペクトル域の光を遮蔽する働きをするバンドパスフィルタが存在しない。試料の本来のバンド幅よりも狭い、好ましくは１対１０比の狭いバンド幅で、応答の良好な直線性および広いダイナミックレンジが得られる（Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ．Ｅｄ．Ａ Ｋｎｏｗｌｅｓ ａｎｄ Ｃ．Ｂｕｒｇｅｓｓ，Ｃｈａｐｍａｎ ａｎｄ Ｈａｌｌ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）。

【0010】

特開２００２－００５８２６号公報には、オゾン濃度の測定系が開示されている。しかしながら、直線性およびダイナミックレンジを示す実験データは提供されていない。この系は、波長２４０～２７０ｎｍに発光ピークを有する紫外光を発するため、ダイヤモンド半導体薄膜からなる半導体エミッタを使用している。ＵＶピークの半値幅での発光スペクトルは、オゾンの吸収スペクトル（発光最大約２５４ｎｍ）のピークの半値幅より幾分狭い。しかしながら、オゾン濃度の測定には十分であったとしても、バンド幅を、例えばオゾン吸収ピークの半値幅の十分の一に下げることができるバンドパスフィルタが存在しないため、検出器の直線性およびダイナミックレンジは大きく低下する（Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ．Ｅｄ．Ａ Ｋｎｏｗｌｅｓ ａｎｄ Ｃ．Ｂｕｒｇｅｓｓ，Ｃｈａｐｍａｎ ａｎｄ Ｈａｌｌ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）。この系は対照光検出器も欠いており、放射光の強度の測定は行われない。これは、温度変化による発光強度の変化の補正ができないことを意味する。

【0011】

国際公開第２００７／０６２８００号（参照することによって本明細書に組み込まれる）では、液体試料中の物質の濃度分析用の光源としての、ＵＶ ＬＥＤの使用について説明されているが、試料に異なる波長を当てて、異なる波長におけるその吸収特性によって、物質をより正確、または迅速に規定するために、光のスペクトルは広いほうが望ましいことが分かっている。しかしながら、既知のＬＥＤは、光の波長の出力範囲が、ごく限られている。

【0012】

国際公開第２０１３／１７８７７０号では、前述の問題を克服するために、波長がＵＶスペクトル以内の複数のＬＥＤを用いて、溶液中の物質の吸光度を測定するシステム、および方法が開示されている。しかしながら、特に費用対効果に関して、およびより小型の装置を作成することに関して、技術をさらに発展させることが有利であろう。本発明は、このような問題に対処し、この分野で既知の方法、および装置をさらに改善するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【文献】欧州特許出願公開第２７６７８２１号明細書

【発明の概要】

【0014】

用語「物質」が、本明細書において使用されるとき、任意の化学物質を指すことを理解できるであろう。特に、有機化合物および無機化合物が含まれる。有機化合物の例として、これらに限られるわけではないが、タンパク質、ペプチド、炭水化物、脂質、核酸、タンパク質核酸、薬物候補、および生体異物が挙げられる。無機化合物の例として、金属塩が挙げられる（硫酸第二鉄、塩化銅、硝酸ニッケルなど）。

【0015】

本発明の目的は、上述の問題を排除するか、または少なくとも最小限に抑えることである。これは、添付の独立項による装置および方法によって達成される。

【0016】

本発明により、各ＬＥＤから光路への光の伝送は、これまでに既知のよりも少ない部品でより小規模にすることができ、その結果、より効率的で費用対効果の高い装置になる。複数の光ファイバを含む、関連する光ファイバ束を配置することによって、各ＬＥＤからの光出力は、これまで必要とされてきたビームスプリッタや、別のファイバ束などの部品を追加する必要なく、この束によって受けることができ、この束は、各ＬＥＤから１つ以上のフローセルの各光路までの光導波路を提供する。

【0017】

本発明の態様によれば、光源配置からの光出力を制御するために、コントローラが設けられる。コントローラは、１つのＬＥＤを選択して光出力を与えることができ、その結果、１つのＬＥＤのみからの光が光路に到達するが、その代わりに、それぞれが異なる周波数で光出力を放射するようにＬＥＤをさらに制御することもでき、その結果、全てのＬＥＤからの光が各光路に到達するが、通常は同時に到達することはない。

【0018】

本発明に吸光度が異なる物質が使用されてもよいように、路長が異なる光路が、同じフローセルに配置されてもよい。あるいは、光路は、異なるフローセルに配置されて、それぞれが装置の光ファイバに接続されてもよい。

【0019】

ＬＥＤからの光出力は、１つのみの波長、または非常に狭い波長バンドの光のみが光路に到達できるように、フィルタリングすることができる。フィルタは、ＬＥＤと光ファイバとの間に配置することができるが、その代わりに、光ファイバと光路との間、または光路と検出器との間に配置することもできる。後者の場合、各光路、および各ＬＥＤに対して１つの光学フィルタが必要になり、対応するＬＥＤが作動しているときに特定のフィルタを除去および挿入できるように、例えば、フィルタホイール、または類似の構造に配置される。別の可能性は、２つ以上のＬＥＤに対応する波長の光を可能にするフィルタを設けることであり、その結果、各光路の前後に必要なフィルタは１つのみとなる。

【0020】

本発明の一実施形態では、使用者が本発明で使用する光の波長を選択できるように、ＬＥＤ、ならびに任意選択で、ＬＥＤと結合して配置された光学フィルタもまた、交換可能であってもよい。

【0021】

本発明のさらなる利点および利益は、以下の詳細な説明を考慮すると容易に明らかとなるであろう。

【0022】

本発明は、添付の図面を参照して、より詳細に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の好ましい実施形態の概略図を開示する。

【図2】本発明の別の実施形態の概略図を開示する。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１は、本発明による装置の一実施形態の概略図である。装置１０は、それぞれが紫外域のスペクトル（ＵＶ ＬＥＤ）の光を発する発光ダイオード２１、２２、２３の、ＬＥＤ光源配置２０と、物質を含む溶液が流れＦを通過できる入口３１３、３２３、および出口３１４、３２４をそれぞれ有する、２つのフローセル３１、３２とを備える。なお、いくつかの用途において光は、可視光などＵＶスペクトル外の波長を有してもよく、本明細書でＵＶスペクトル以内の光に関して言及されていることは、他のＬＥＤを使用するこのような用途にもあてはまる。

【0025】

フローセル３１、３２は、光入口３１１、３２１と、光出口３１２、３２２とを有する、光路３１５、３２５をさらに備え、ＬＥＤ光源配置２０からの光がこれを通過でき、光検出器４１、４２によって受けられるが、光検出器４１、４２は、ＵＶ感応性光電子増倍管であってもよく、あるいはＵＶ感応性フォトダイオードであってもよい。装置は、対象となるＵＶ波長に対して吸光係数を低く維持しながら、望ましくない波長を排除して他の波長を通す、バンドパスフィルタ５０をさらに備える。フィルタのバンド幅は、良好な直線性、および大きいダイナミックレンジを与えるために半値全幅であり、好ましくは１０ｎｍ未満である。

【0026】

この好ましい実施形態は、ＬＥＤ光源配置２０に３つのＬＥＤ２１、２２、２３を備え、それぞれが他のＬＥＤの波長とは異なる、スペクトル以内の特定の波長の光を発するように配置され、かつそれぞれが、対応する光学フィルタ５１、５２、５３を伴って配置され、他の光がフィルタを貫通するのを防止しながら、その特定の波長を通すことが可能なように構成される。光源配置２０のＬＥＤ２１、２２、２３のそれぞれに隣接して光ファイバ束６０があり、フィルタ５１、５２、５３を通過した光を受けるために並べて配置され、各ＬＥＤから各光路３１５、３２５まで光を誘導する、複数の光ファイバを有する。光ファイバ束６０は、各ＬＥＤ２１、２２、２３からの１本の光ファイバが、各光路３１５、３２５に接続されるように配置され、その結果、本実施形態では、３つのＬＥＤ２１、２２、２３はそれぞれ、２本の光ファイバ６０に光を放射する。他の実施形態では、ＬＥＤの数は、光路の数によって異なっていてもよく、この好ましい実施形態に関して本明細書で説明することは、このような構成の相違に容易に適合できることを理解されたい。あるいは、光学フィルタ５０は、光入口３１１、３２１に配置されてもよい。

【0027】

ＬＥＤ光源配置２０にあるフィルタ５１、５２、５３は、所望に応じてフィルタを変更できるように、ホイールまたは類似の構造に配置されてもよい。あるいは、単一のフィルタがＬＥＤ２１、２２、２３の全てからの光を通すことが可能なように、複数の波長バンドを通すことが可能なフィルタが使用されてもよい。

【0028】

フローセル３１、３２は、光入口３１１、３２１を形成する窓を有し、これは、サファイア、石英、または合成溶融シリカなどのＵＶ透過材で作られ、既知の路長を有する。ポリマーなど、他の材料を使用してもよい。溶液は、入口３１３、３２３、および出口３１４、３２４を通って矢印Ｆの方向に、フローセル３１および３２を通過し、タンパク質または核酸などの、３００ｎｍ以下の光を吸収する物質を含み得る。ＬＥＤ光源配置２０からのＵＶ光は、フローセル３１、３２内の溶液Ｓを照射するのに用いられ、フローセル３１、３２に入った光は、点線で示されているように、ＵＶ透過窓３１１、３２１を通る。溶液を通過して、窓３１２、３２２から出た光は、その後、光検出器４１、４２によって検出される。当技術分野ではよく知られているように、フローセル３１、３２を通る光路から伝搬した光は、フローセル内の溶液中の物質の吸光度を決定するために、検出され定量化される。

【0029】

図２で開示して後述する実施形態と同様に、光入口３１１、３２１、および／または光出口３１４、３２４は、フローセル３１、３２に光が出入りでき、光路の路長を決定できるように、光ファイバ、ガラス棒などを含んでもよい。

【0030】

ＬＥＤ光源配置２０にはコントローラ７０が接続されて、フローセル３１、３２内の溶液を照射するのに、ＬＥＤ２１、２２、２３のうちのどれを発光させるかを選択することによって、装置の動作を制御する。この選択は、ＬＥＤ２１のみをオンに切り替えるか、または他のＬＥＤ２２、２３を遮断して、これらの光がフローセル３１、３２に達するのを防止することによって行うことができる。あるいは、ＬＥＤ２１、２２、２３は、同時に、ただし異なる周波数で発光することが可能であってもよい。コントローラ７０もまた、検出器４１、４２に接続され、溶液に吸収されずに光路３１５、３２５を通過した光の定量化に対応する信号を受信することができる。このような信号は、コントローラ７０によって分析され記憶されてもよく、あるいはさらに分析、記憶、および表示するために、別のユニット（図示せず）に送信されてもよい。コントローラは、フローセル３１、３２内の溶液の流れを制御するようにさらに構成されてもよく、あるいはその制御は、別のユニットによって行われてもよい。

【0031】

溶液の吸光度が測定されると、溶液中の物質の濃度は、物質のモル吸光係数Ｅが既知であれば、ランベルト・ベールの法則を用いて決定することができる。これは、手計算で、あるいはコンピュータ、または設けられたコントローラ７０を用いて行うことができる。あるいは、物質の濃度は、２８０ｎｍなどの所与の波長で、対象となる物質に対して事前に作成しておいた用量反応曲線を用いて決定することができ、または異なる波長で生成された複数の反応曲線を使用してもよい。このような決定は、コントローラ７０へのデータリンクを介して、コンピュータを用いて行われる。いくつかの用途、例えば、クロマトグラフィカラムでのタンパク質の分離中は、対象となるのは吸光度の変化であり、したがって物質の濃度を決定する必要はない。この場合は、モル吸光係数（Ｅ）が知られていなくてもよい。２つの周波数の光を用いることによって、吸光度が閾値に達したときに、この吸光度の変化をより厳密に監視することもまた可能になり、２番目に少なく吸収された光に切り替えることによって、吸光度の変化率により良好な分解能を与えることができ、その結果、濃度値の最大値、または最小値に近づけることができる。

【0032】

この実施形態では、フローセル３１、３２を通る流れＦは、並列、または直列にすることができるが、いずれの場合も流れは、溶液が変化したときの物質の濃度として、より広範囲の吸光度を提供するために、異なるＵＶ周波数を用いて連続して、または同期して監視される。修正例では、２つのフローセルは、光路寸法が異なっていてもよく、これによって装置の範囲がさらに強化される。例えば、第１の周波数で物質の吸光度が低い場合は長い光路を用いることができ、第２の周波数で同じ物質の吸光度が高い場合は短い路長を用いることができる。

【0033】

図２は、路長が異なる２本の光路３０５、３０５’を有する二重フローセル３０を用いる、代替実施形態を開示する。ＬＥＤ光源配置２０は、ＬＥＤ２１、２２の２つのみを有し、それぞれが発する光は、光学フィルタ５１、５２を通過して、フローセル３０に到達するように、光ファイバ６０を通して伝送される。異なる路長にするためにガラス棒８０が設けられ、フローセル３０に挿入されて、第１の光路３０５、および第２の光路３０５’を作成し、第１の光路３０５は、第２の光路３０５’よりも路長がかなり短い。他の点においては、図２の実施形態は先に開示した好ましい実施形態に対応し、これら２つの実施形態の特徴は、自在に組み合わせてもよいことに留意されたい。

【0034】

本発明による装置は、既知の装置よりも費用対効果が高くなるように作成されてもよく、他の既知の装置よりも使用する部品がより少なく、かつ必要とするスペースがより小さい。

【0035】

ＬＥＤ光源配置２０のＬＥＤ、およびその対応する光学フィルタ５０は、ＬＥＤを異なる波長の光出力に置き換えられるように、交換可能であってもよい。これには、本装置によって吸光度を測定できる物質の数が増えるという利点がある。

【0036】

動作時に、各実施形態は、試料が照射される瞬間の制御については、コントローラ７０に依存する。各ＵＶ ＬＥＤが試料セルに光を当てる時点を変えるのは単純な作業であり、使用される装置は頑丈かつ安価なので、示されている実施形態が提供する液体装置は、適合性があり、信頼性が高く、かつ安価な、吸光度を測定することによって液体中の物質の濃度を決定する装置である。最大４００ｎｍで発光するＵＶ ＬＥＤは、タンパク質、ペプチド、核酸、細胞抽出物、細胞溶解物、細胞培養物、またはこれらを組み合わせた溶液の濃度の測定に使用されることが好ましいが、本発明は、他の光の波長、特に最大７００ｎｍの波長にも適用性がある。２つ、または３つのＬＥＤが示されているが、３つよりも多いＬＥＤが使用されてもよく、４個、あるいは５個または６個以上のＬＥＤを使用することができ、追加のＬＥＤは、可視光を発することができる。この実施形態では、バンドパスフィルタが、試料セル３０、３１、３２と、そのそれぞれのＬＥＤ光源との間に配置されて示されているが、示されている装置は、フィルタが試料セルの後ろで、かつ検出器４１、４２の前に配置された場合も同等の有効性をもって機能する。この場合はフィルタを変更して、正しいＬＥＤに正しいフィルタが使用されるようにする必要がある。

【0037】

図示されているＬＥＤは、概略的に表されており、その形態は、図示とは異なっている場合がある。隣接する半導体領域とは異なる周波数の光を生成する、いわゆる複数光源ＬＥＤを使用してもよく、この場合、示されている装置の規模はより小さくなるが、その動作原理は同じである。

【0038】

全ての実施形態の１つの動作モードは、第１の波長で低濃度の物質を探索することであり、その物質は低濃度であっても、第１の周波数のその光を容易に吸収し、その後、濃度が上昇するにつれて、容易に吸収されない第２の波長に切り替えることによって、動作および感度を大幅に拡大する。別の動作モードでは、ＬＥＤを所定のサイクルで給電することができ、サイクルに従って各ＬＥＤからの光強度が記録されるように、検出器に対する出力が整合サイクルに記録される。これにより、各ＬＥＤから生じる出力は、サイクルに応じた、メモリ内の値の組み合わせの違いによって区別されるので、これを決定することができる。異なるＬＥＤを区別するサイクルは、時間領域、または周波数領域で実行することができる。サイクルは、数分の一秒（数ヘルツ）など非常に短時間で実行できるので、ＬＥＤは、同時に発光しているように見える。検出器の補助電子回路を配置して、例えば、切り替えサイクルの所定の期間中にのみ出力を検出することによって、誤信号を抑制、または排除することができ、これによって、各ＬＥＤの発光開始時、または発光終了時に発生し得る、信号からのノイズを除去することができる。

【0039】

本発明による装置および方法は、検出器からの信号と比較する基準信号を出すために、ＬＥＤから光の一部を受けるように配置された、対照検出器をさらに備える。光は、光ファイバによって対照検出器に導かれるか、または他の適切な方法で導かれてもよく、光を分割するためにビームスプリッタなどの別の部品が使用されてもよい。特に、光をフローセルに伝搬するために、例えば、異なる光源から発した異なる波長の光に対して異なる光導波路を用いるなど、複数の光導波路が用いられる場合に、各光源からの光を受けるために、単一の対照検出器、または検出器配列を使用できることが想定され、光導波路は、検出器で、または検出器配列で１つになる。実際には、その使用時に各光源に基準値を提供するために、複数の光ファイバのうちの１本を、各光源から、使用される各フローセルまで経路指定し、別の光ファイバを、対照検出器、または複数のファイバが使用されている検出器配列まで経路指定することが可能である。重要なことは、強度の絶対値よりも、対照検出器での強度と、フローセル検出器での強度との比較によって測定される光強度の相違であり、したがって参照経路で用いられる光ファイバの長さはさほど重要ではないが、適正に実施するためには、フローセルの光路、および対照検出器の光路に用いられる光導波路用のファイバの長さは、等しいことが好ましい。

【0040】

前述の例は、本発明の特定の態様を示し、いかなる点においてもその範囲を限定することは意図しておらず、またそのように解釈されるべきではない。前述した本発明の教示の利益を受ける当業者であれば、これに多くの修正を施すことができる。このような修正は、添付の特許請求の範囲に記載されている通りに、本発明の範囲に包含されるものと解釈されるべきである。本開示の範囲を定義するために、１つの実施形態の任意の特徴は、１つ以上の他の実施形態の１つ以上の別の特徴と組み合わせられることが意図されている。

【符号の説明】

【0041】

１０ 装置
２０ ＬＥＤ光源配置
２１、２２、２３ 発光ダイオード、ＬＥＤ
３０、３１、３２ フローセル、試料セル
４１、４２ 光検出器
５０ 光学フィルタ、バンドパスフィルタ
５１、５２、５３ 光学フィルタ
６０ 光ファイバ束
７０ コントローラ
８０ ガラス棒
３０５ 第１の光路
３０５’ 第２の光路
３１１ 光入口、ＵＶ透過窓
３１２ 光出口、ＵＶ透過窓
３１３ 入口
３１４ 出口
３１５ 光路
３２１ 光入口、ＵＶ透過窓
３２２ 光出口、ＵＶ透過窓
３２３ 入口
３２４ 出口
３２５ 光路
Ｆ 流れ
Ｓ 溶液

【図1】

【図2】