キラル分析のための差分光学技術
差分法が開発されており、光の透過の規定された点からの変位（たとえば、ヌルから±４５°またはヌル、すなわち９０°および平行、すなわち０°）を決定し、同相モード雑音除去および信号増強のための２つの信号の結合性を利用する。キラル混合物に適用される光のビームが変調され、次にプリズムからなる偏光子によって第１のビームおよび関連直交ビームに分割される。信号の差分比較が行われる前に、第１のビームおよび直交ビームは電気信号に変換され、キラル混合物内の所望のキラル種を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の記述
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
米国政府は、フィリップ・Ｒ．ギブス（Ｐｈｉｌｌｉｐ Ｒ． Ｇｉｂｂｓ）に対する全米科学財団補助金による補助金番号０３２０２９９によって、本発明に対して一定の権利を有する。
【０００２】
関連出願
本出願は、これによって既に出願された米国仮特許出願第６０／５１０，２０９号明細書（２００３年１０月９日に出願）及び米国仮特許出願第６０／５６３，３６４号明細書（２００４年４月１９日に出願）の利益を請求し、その全体を参照して本願明細書に援用するものとする。
【０００３】
発明の分野
本発明は、キラル検出器に関し、さらに詳細にはキラル試料の非接触で高速かつ正確な選別のための差分光学回転分散検出器に関する。
【背景技術】
【０００４】
発明の背景
光学異性体、さらに一般的に呼ばれる鏡像異性体は、医薬、化学、芳香油、香料及び食品業界をはじめとする複数の分野で重要である。有用な薬物のきわめて大多数は、１つ又は複数のキラル中心を含む。誤った鏡像異性体は有害な副作用を引き起こす可能性があることが公知であることから、治療薬に特有の高い鏡像異性体の純度を得ることが重要である。したがって、鏡像異性体的に純粋な組成を生成すること及び鏡像異性体の純度を検査することの両方が重要である。残念なことに、現在の最新技術の分析機器を用いても、これらの行為のいずれにも重大な課題が残っている。現在までのところ、研究者が利用することができる鏡像異性体の純度の選別を行う高い処理能力の一般に適用可能な方法は存在しない。
【０００５】
キラル分析技術に対して、さらに具体的に言えば、キラル試料によって誘発されるさらなる光学回転の測定に関する雑音を低減する分野において、改良が周知である。雑音を取り除くために電子手段又は光学手段を用いる単独ビーム法は相当一般的である（たとえば、国際出願公開第０１／０６９１８号明細書参照）。他の周知の方法は、参照セルとの比較（米国特許第４，９１２，０５９号明細書）、位相のずれた正弦信号の混合（米国特許第５，４７７，３２７号明細書）、信号と参照光との切り替え（米国特許第５，６２１，５２８号明細書）又は２つの直交直線偏光波による２つの周波数のレーザ源の利用（米国特許第５，８９６，１９８号明細書および米国特許第６，３２７，０３７号明細書）のいずれかによって２つのビームを用いる。これらの方法は、光の透過のヌルポイントからの変位を決定しようとする。
【０００６】
フローセルにおける差分キラル分析のためのポッケルスセル変調を用いることも周知である（米国特許第５，１６８，３２６号明細書）。この技術は、直線偏光及び円偏光からなる交互のビームを生成するために、ポッケルスセルに揺動電圧を印加することを伴う。両方のビームに関して計算された回転角を減算することによって、共通の雑音源が効果的に相殺され、測定の感度がさらによくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明の概要
したがって、測定に関連する雑音を低減することによって、キラル試料によって導入されるさらなる光学回転をさらに正確に決定することに対する需要が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
差分法が開発されており、光の透過の規定された点からの変位（たとえば、ヌルから±４５°又はヌル、すなわち９０°及び平行、すなわち０°）を決定し、同相モード雑音除去及び信号増強のための２つの信号の結合性を利用する。この方法及びデバイスは、雑音を低減し、感度を向上するために、矩形波変調によるロックイン検出を用いてもよく、周波数変調を実現するために、新たな変調技術を用いてもよく、多波長走査モードに技術を拡張してもよく、光学回転に対する感度を著しく向上させるために、差分信号抽出モードを用いてもよい。
【０００９】
本発明の別の態様は、以下の詳細に部分的に記載され、部分的にその詳細から明白となるか、又は本発明の実行によって分かるであろう。本発明の態様は、添付請求項に特に指摘される要素及び組み合わせによって実現され達成される。したがって、前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明はいずれも例示および説明のために過ぎず、請求項のように本発明を制限するものではないことを理解すべきである。
【００１０】
本願明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本発明の複数の実施形態を示し、詳細と共に本発明の原理を説明するために作用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施形態の記述
本発明の原理による基本的な差分光学回転分散（ＤＯＲＤ）装置の実施形態のブロック図が、図１に示されている。基本的な装置は、光源１００、偏光子１１６、信号変調器１３０、試料セル１４０、検光子１４２、平衡型光受信器（検出器Ｂ１５０及びＣ１５２）及びロックイン検出器１７０を備える。光源１００は、レーザなどの単色光源からなってもよいが、より広い帯域の波長の方がさらに有用な情報を提供する。好ましい実施形態において、安定化紫外ランプ及びタングステンランプを用いて、浜松ホトニクス株式会社（Ｈａｍａｍａｔｓｕ）の型名（Ｍｏｄｅｌ）Ｌ７８９３シリーズのランプを備えた光源１００を実現するときに、適切な帯域２００〜１１００ｎｍに及ぶ明るい広帯域の波長源を提供してもよい。パルス光源を用いて、中間の偏光子の位置に関連する曖昧性を避けてもよい。しかし、実際には連続光源を用いることができ、信号変調器の切り替え時間はこれらの中間状態の考慮事項を効果的に排除するのに十分なほど高速であってもよい。
【００１２】
入射光ビーム１０４は、偏光子１１６を通過して偏光ビーム１１８を生成する。天然水晶又は合成水晶のいずれかから構成される任意の市販の偏光子を偏光子構成要素として用いてもよいことを理解されよう。好ましい実施形態において、偏光子は、従来の方解石に比べて、より高い消光比（＞１０−６）及びより高い損傷閾値（１０６４ｎｍで＞５００ＭＷ／ｃｍ２）などの優れた光学特性を呈する合成プリズムを備える。方解石とは対照的に、合成水晶は、光学品質および有用性のために計測器における変動性を排除する。最も好ましい実施形態において、ＤＯＲＤ偏光子１１６は、α−ＢＢＯに基づくロションプリズムによって実現される。α−ＢＢＯは、最近ようやく市販されるようになっている。α−ＢＢＯロションプリズムを用いることにより、より広い波長帯域（１９０ｎｍ〜３５００ｎｍ）が可能となり、２つの偏光ビームを生じ、一方のビーム成分用の直線経路を提供し、簡単な直線光学構成を可能にする。偏光子の他の例としては、偏光ビームスプリッタ、グラン・レーザ偏光プリズム、グラン・テイラー偏光プリズム、グラン・トンプソン偏光プリズムまたはウォラストンプリズムが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。従来の施光計は、通常、グラン・テイラー偏光子を用い、この偏光子は方解石の場合には３５０ｎｍ〜３５００ｎｍの有効波長帯域を有し、α−ＢＢＯの場合にはより狭い波長帯域（２００〜２７０、４００〜７００および７００〜３０００）を有する。
【００１３】
９０°の総回転角度、好ましくはヌルポイントから±４５°にわたる信号の変調は、信号変調器１３０を用いて達成される。しかし、当業者は、本発明の原理はヌルポイントから９０°の総回転角度±４５°で変調する場合に限定されるわけではないことを認識されよう。実際には、差分によって観察されるように、直線偏光状態の結合性を利用する所定の加算点を中心とする変調には利点がある。ヌルポイント（９０°）及び平行な点（０°）を中心とする変調の一例が、図６に示されている。変調は、透過のこれらの直交結合点を中心とする差分観察から恩恵を受けるために、大きい必要はない（たとえば、±１°）。たとえば、この手段を用いた差分観察は、同相モード雑音を依然として除去すると同時に、ヴェルデ測定における基本駆動周波数から周波数への寄与を実質的に排除する。
【００１４】
変調器は、＋４５°の角度における一方の偏光成分の位相シフトを行うことによって、直線偏光から円偏光に変換すると同時に、他方に直交する角度（たとえば、−４５°）で別の成分の位相シフトを行う。同相モード雑音を効率的に除去することができる場合には、光の透過の中点（たとえば、ヌルポイントから±４５°）またはその付近における観察は、最大信号に関しては好都合である。これは、
２つの偏光子間の透過光の強度が
Ｉ＝Ｉ０ｃｏｓ２θ
によって表される場合、マリュスの法則から派生から得られる。式中、Ｉは透過強度であり、Ｉ０は交差していない偏光子に関する透過光であり、θは０°が最大透過光強度の点として規定される場合の２つの偏光子の相対角度である。
【００１５】
キラル化合物に対する最大感度に関して、キラル試料が２つの偏光子の間に存在するときに生じるθ、ｄθの小さな変化に対して光強度の変化ｄｌが最大である領域で観察されるものとする（たとえば、キラル種が加算または減算され、観察される全体的なθとなる）。マリュスの式の導関数
ｄｌ／ｄθ＝０．５ｃｏｓ２θ
をとり、ｄｌ／ｄθ＝０について解くと、キラル種による強度の変化を観察するのに最適な点は、光の透過のヌルポイントから±４５°であることが分かる。
【００１６】
偏光子の消光係数からのオフセットを含むマリュスの法則の形は、
Ｉ＝Ｉ０ｃｏｓ２θ＋ａ
であり、θがヌルポイントに対して規定されるとき、Ｉ＝Ｉ０ｓｉｎ２θ＋ａとして始めると、この分析は変わらない。従来の方法は、キラル試料に関連しない大きな光束（１／２Ｉ０）の同相モード雑音のために、この領域におけるキラル信号を観察することはない。
【００１７】
従来のファラデー変調器又はポッケルスセルなどの種々の変調付与デバイスを用いて、信号変調を達成することができる。好ましい実施形態において、信号変調器は、ＢＢＯを利用するポッケルスセルである。α−ＢＢＯ偏光光学素子と同一の光学透明度及び紫外透過率特性に加えて、ポッケルスセルの利用により、従来の施光計に用いられるファラデー変調器（約１ｋＨｚ）又はＣＤ検出器に用いられる光弾性変調器（約５０ｋＨｚ）に比べて、きわめて高い周波数（＞１０ＧＨｚ）における矩形波変調を可能にする。さらに高い変調周波数は、ロックイン検出、同期検出又は平衡型光検出器技術を用いる高速信号用途の場合に好都合であり、矩形波変調の利用は、偏光分析法及びＣＤ検出器に通常用いられる正弦波変調に比べて、信号対雑音を向上し、さらに高速の信号取得というさらなる利点を有する。さらなる恩恵は、光変調のためにポッケルスセルを用いることにより、ファラデー変調器に比べて、磁場からの影響に対して耐性があることである。従来の施光計の感度は理論的には、１０−６程度を得ることができるが、この感度で、機器はコンパスのように作用し、地球の磁場における配向に影響されやすい。したがって、市販の機器では、この影響を避けるために、設定は効率的に「離調」される。ファラデー変調器の場合には変調が磁場に対向して変調される電場に基づいているため、ポッケルスセルを用いることにより、この雑音源を回避する。
【００１８】
ビームが試料セル１４０を通過した後、ビームは検光子１４２へと続き、検光子１４２は互いに対して直交であり、検光子を出るときに分岐する２つの偏光ビーム１４６及び１４８を生じる。検光子１４２は、２つの直交する分岐偏光ビームを生成することができる任意のデバイスであることを理解されよう。そのようなデバイスの例としては、偏光ビームスプリッタ、ウォラストンプリズム又はロションプリズムが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
【００１９】
一の実施形態において、α−ＢＢＯに基づくロションプリズムを備えた検光子を実現することが考えられる。他の実施形態において、検光子は、ウォラストン偏光子又はプリズムによって実現され、互いに直交する２つの逆向きの結合される信号ビームを生じる。ウォラストン偏光子は、偏光プリズムを形成するために共に接着される２つの直交する方解石プリズム又は代替材料（たとえば、ＹＶＯ４）からなる。プリズムを出るときに光を集束又は集光するのではなく、プリズムの構造は入射光ビームを２つの出射ビームに分岐し、異なる方向に進ませる。２つの出射ビームの分岐及び方向は、プリズムの配置を調整することによって制御されることができる。したがって、検光子１４２は、光を集光することによって、光ビーム１４６又は１４８のいずれかを任意の対象物に向けることはない。さらに正確に言えば、検光子は、焦点距離がなく、任意の点に光を集束または集光することができないため、光を異なる方向に逸らせるだけである。
【００２０】
位置Ｂ及び位置Ｃの光検出器１５０及び１５２は、成分１４６及び１４８の光信号を現在の電子機器で分析することができる電圧信号又は電流信号１６０及び１６２に変換するために用いられる。好ましい実施形態において、光検出器は、フォトダイオードである。平衡型光検出器手段ではフォトダイオードの配置構成が好ましい。そのような平衡型光検出器手段におけるこのような２つのビームの観察により、高い同相モード除去比（ＣＭＲＲ）の２乗検波器を生じる。平衡型光検出器手段の使用に関する詳細は、図１３〜図１５に関してさらに説明される。
【００２１】
光検出器１５０及び１５２は、また、内部で検出信号を増幅して特に良好な感度を提供するアバランシェフォトダイオードによって実現されてもよい。他の実施形態において、光検出器は、最高感度、大きな直線範囲、広い波長応答及び低雑音を有する光電子増倍管によって実現される。他の実施形態において、光検出器は、最高感度、大きな直線範囲、広い波長応答及び低雑音を有する１対の非平行な光起電力フォトダイオードによって実現される。
【００２２】
ロックイン検出器１７０は、通常存在する種々の雑音信号の中から信号を抽出する。ロックイン検出は、ロックイン増幅及び位相敏感検出の別名でも知られており、雑音を低減し、感度を向上するための技術である。この技術は、雑音がすべての周波数に存在し、大部分の検出器はすべての周波数を検出することから、すべての雑音を認識するという事実からなる利点を得る。しかし、周波数の狭い範囲のみを検出すれば、雑音を劇的に低減することができる。ロックイン検出は、装置のある様相の周期的な変調（たとえば、矩形波、正弦波、周期パルスなどの使用）を伴い、信号に正弦波変調をもたらす。その後、ロックイン検出器は、信号に同一の周波数の正弦波（その「参照波」）を乗じ、次いで、（正弦波の多数の区間にわたるが）短時間で積分する。正確な周波数で特定の信号が生じるのであれば、またそれがロックイン正弦波と同位相であれば、それは大きな結果をもたらす。他方、間違った周波数（または間違った位相）の任意の信号（または雑音）は、それが負のとき、この信号及びロックイン正弦波の積が正であることが多いため、積分するとゼロになる。したがって、正確な周波数（および位相）の雑音のみが寄与する。換言すれば、検出信号に寄与する雑音はより一層少ない。ロックイン検出を用いると、より一層弱い信号レベルを検出することができる。通常、ロックイン検出は１０６の雑音低減をもたらすことから、同程度の感度向上をもたらす。さらに、当業者は、縮小した変調幅を用いることにより、さらに多くの波長識別を可能にすることを認識されよう。
【００２３】
矩形波信号に基づくロックイン検出は、より高い高調波が存在せず、より高速の応答を生じることから、信号応答を増大し、除去要件を緩和するという利点を有する特殊な事例である。差分分析と共にロックイン検出を用いることは、この「同相モード」雑音が両方の入力信号１６０及び１６に存在し、ロックイン検出器の２つのチャネル入力を減算することによって効果的に除去されることから、入力ビームに存在する雑音に対する耐性を生じる。さらに、本発明の実施形態は、天然の光学活性体から直線二色性を棄却する能力（擬似回転とも言う）を有する。装置の差分モードは、同相モード雑音と同様に、そのような擬似回転を有利に棄却する。
【００２４】
図１の実施形態には示されていないが、当業者は、実施形態のいずれにおいても光検出器（たとえばＢ１５０およびＣ１５２）とロックイン検出器 （たとえば検出器１７０）との間に任意のフィルタ手段（図示せず）を用い、検出された電気信号（たとえば入力信号１６０及び１６２）のさらなる処理を提供してもよいことを認識されよう。基本的には、ディジタル処理の前に、電気信号における雑音をさらに低減するために、フィルタを用いてもよい。この実施形態において用いられるフィルタのタイプおよび仕様はシステムの実現に応じて変化してもよいが、好ましいフィルタは、望ましくないより低い周波数信号を除去し、（増幅器（図示せず）からの利得によって）著しい利得又は予め選択された周波数を超える周波数に対して少なくとも最小の減衰を提供するために用いられる単独の能動高域通過アナログフィルタである。
【００２５】
フィルタは、また、個別のフィルタチェーンとして実現され、各チェーンから異なる周波数特性信号出力を提供してもよい。高域通過フィルタは個別のフィルタチェーンに供給されることができ、フィルタチェーンのそれぞれはそのチェーンに関する所望の周波数に対して利得を提供し、望ましくない周波数の利得を最小限に抑えるように最適化される。また、選択的な利得レベルを提供するために、各チェーンにはプログラム可能な利得増幅器を用いてもよい。したがって、システムは、キラル濃度およびキラル比が変化するときに変化する信号を選択的に増幅することができると同時に、他の信号を減衰することもできる。このような態様で、フィルタ（各チェーンにおける個別のフィルタおよび増幅器を含む）は、入力信号がロックイン検出器中のアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）によてディジタル化される前に、雑音問題に対処する。当業者は、そのようなアナログフィルタ機能の代わりに、またはそのようなアナログフィルタ機能に加えて、ディジタルフィルタ機能を用い、雑音除去および装置の感度をさらに向上させてもよいことを認識されよう。
【００２６】
図２は、光源２００と偏光子２１６との間にフィルタ２１２を任意に加えた実施形態を示すブロック図である。フィルタは、ダイクロイックフィルタ、干渉フィルタ、ショートパスフィルタまたはロングパスフィルタをはじめとする任意の市販のフィルタであってもよいが、これらに限定されるわけではない。一の実施形態において、フィルタは、音響光学波長可変フィルタ（ＡＯＴＦ）である。安定化紫外光源及びタングステン光源と共に音響光学波長可変フィルタを用いることは、機器の設定に可動部品を導入することなく、高速波長走査、ビームの安定化及び光強度の整形を可能にすることが既に分かっている。フィルタ構成要素が１ｎｍ未満の解像度で２００ｎｍ〜１１００ｎｍの走査範囲を提供すれば最適である。
【００２７】
図３は、変調器３３０と試料セル３４０との間に四分の一波長板３３４を任意に加えた実施形態を示す。四分の一波長板は、直線光の±４５°の変調によって円偏光を直線偏光３３８に変換するために挿入される。当業者は、四分の一波長板が石英、雲母又は有機ポリマープラスチックから構成されてもよいことを認識されよう。フレネル菱面体もまた、色消し波長板として用いてもよい。
【００２８】
図４は、波長変調器４０６、別のロックイン検出器４１０及び位置Ａの光検出器４２２を含み、光強度を電圧信号又は電流信号４２４に変換する源安定化フィードバックループを任意に加えた実施形態を示すブロック図である。偏光子４１６は２つの偏光ビーム４１８及び４２０を生成する。偏光ビーム４１８は試料を通過し、偏光ビーム４２０は光検出器４２２へ進む。光検出器４２２によって分かる位置は入力ビームに直接に比例し、非偏光光源が用いられる場合には、光検出器４２２のビーム強度は透過ビームに等しい。これは、ビーム中の雑音をロックイン検出及び波長変調器へのフィードバックループによって抑制することができるために有用である。参照信号は、光源４０２の直接変調（たとえば、ＬＥＤ又はレーザ振幅、パルス変調）または波長変調器４０８によって透過光に載せられた信号から作り出すことができる。
【００２９】
図５は、位置Ａ（図４のみ）、ＢおよびＣ（図１〜図４）の光検出器によって観察される光強度を表す物理的過程を示す。一般に、光強度は、相対的な偏光子の角度が０°で最大であり、９０°（一般に「ヌルポイント」と呼ばれる）で最小である。非偏光光源に関して９０°の最小透過光強度および０°の最大透過光強度の比は、消光比と呼ばれる。α−ＢＢＯロション偏光子の場合には、１０−６を超える比のものが市販されている。より高い消光比は、雑音源として既に記載した偏光子の漏れを最小限に抑えることによって、より良好な感度を効果的にもたらす。
【００３０】
ポッケルスセルに電圧を印加しなくても、透過される直線ビーム強度が最小限に抑えられるように、偏光子が適切に整列される場合には、位置Ｂの光検出器は入力偏光子に対して９０°で観察され、位置Ｃの光検出器は「ヌルポイント」から＋９０°または入力偏光子に対して１８０°で観察される。適切な電圧がポッケルスセルに印加される場合には、位置Ｂの光検出器および位置Ｃの光検出器によって観察される相対的な角度はそれぞれ、位置１または２および２または３にシフトする。ＢとＣとの間の相対的な角度は、ロション偏光子の特性によって＋９０°で固定されるため、変調される観察相対角度位置１、２および３が結合される。したがって、ビームの＋４５°の回転がポッケルスセルによって導入されると、位置Ｂの検出器は位置２で観察され、位置Ｃの検出器は位置３で観察される。逆に言えば、逆の−４５°の回転が導入されると、位置Ｂの検出器は位置１で観察され、位置Ｃの検出器は位置２で観察される。重要な観察結果は、キラル試料が、図５に示されているように、１と２との間および２と３との間で差分態様のビーム回転に寄与することである。さらに、１と２または２と３における観察から生じる強度の減算によって、各チャネルに存在する大きな背景信号を効果的に除去することができる。これはまた、（すなわち、マリュスの法則、以前に導出されたｄｌ／ｄθ＝０．５ｃｏｓ２θ＝０から）回転の度数に対する透過光強度の変化が最大であり、小さな回転の場合には本質的に直線である場合には、領域におけるビーム角度に対するキラル分子の影響を観察することができる。
【００３１】
図６は、０°および９０°の偏光角を中心とした変調を伴う差分検出の別のモードを示す。差分検出のこのモードは、図１６に示された設定などにおいてファラデー変調を伴う測定が行われるときに好都合である。これらの測定では、０°および９０°を中心とする変調はファラデー変調器における基本周波数の寄与およびこの駆動電流に存在する任意の高調波歪みを相殺する。これは、基本波信号が単調であり、より高い高調波のアナログ・ディジタル変換精度または所定の混変調信号周波数が制限される場合には、図１６に示されるようなヴェルデ効果の測定には好都合である。入力ファラデー変調器が図１６に示される変調試料室の入力探査ビームに用いられる場合には、０°および９０°における観察はまた、試料中の基本周波数に加えて、この入力偏光変調における基本周波数および高調波歪みを相殺する。また、０°を中心として変調される強いビームおよび９０°を中心として変調される弱いビームの存在は、自動平衡型光受信器に関する理想的な場合を示している。この場合には、低雑音の非平行な光起電力フォトダイオード検出器の配置構成を用いてもよいが、光強度もまた変調されない限り、大きな直流オフセットも存在する。自動平衡型光受信器は強い参照光を必要とし、参照光及び信号（９０°で弱いビーム）の両方に存在する同相モード雑音を効果的に相殺する。変調が０°および９０°の初期角から±４５°を超えない限り、信号ビームより大きいか、または等しいための参照光の要件は常に維持される。参照光はまた（ウォラストン偏光子への入力ビームの直線偏光状態における変化のために）信号ビームに存在する逆相関信号も含むため、自動平衡型光受信器の雑音除去は向上し、散射雑音フロアに近づく。
【００３２】
図５及び図６における変調の説明はポッケルスセル及びファラデー変調器に関して行われたが、当業者は、異なる形式の信号（たとえば、正弦波または矩形波以外の信号）によって励起または変調される別の変調デバイスを用いた装置に対するそのような原理の応用を速やかに認識されよう。
【００３３】
図７は、同期され、これも図７に示されている信号変調の周波数の２倍である周波数ｆのロックイン検出を用い、位置Ａで検出されたパルス入力ビームを示している。実際には、位置Ａの検出器の場合に用いられる変調周波数は、信号変調に関係なくてもよいが、簡単にするため、この実施例は光源及び信号変調に関してそれぞれｆおよびf／２を用いる。
【００３４】
一旦、透過ビームが試料セルを通過すると、位置Ｂおよび位置Ｃの結果として生じる強度が図８に示されている。±４５°の変調で、これらの強度は入力ビーム強度の半分となり、位置Ｂと位置Ｃとの間のビーム強度に等しくなるため、互いに減算するとゼロ信号を生じる。対照的に、キラル試料が存在する場合には、２つの検出器は図９に示されているように、光学回転を加算した試料から異なる寄与を観察する。位置Ｂおよび位置Ｃからの信号が差分分析のために減算されると、信号変調と同一の周波数、この場合にはｆ／２で残る信号が図１０に示されるように観察される。対向する鏡像異性体からの信号は、図１０に示されているように、類似であるが、前の信号によって１８０°逆位相の異なる波形を生成することを留意すべきである。
【００３５】
本発明の一実施形態において、ロックイン検出に関連する参照矩形波及び信号波形が、結果として生じる直流出力と共に、図１１に示されている。ロックインは、半波の下の信号の逆転を考慮し、各半波の下の寄与を効果的に合計する。図１１に示される波形の場合には、これは増幅器から正の定数の直流電圧を生じる。図１０で既に説明した対向する鏡像異性体からの信号波形は、図１１に示されているように、等しい大きさの負の直流電圧を生じる。
【００３６】
図４に記載される設定を用いて、信号を加算することによって、二重ビームからさらなる情報を収集することができる。これが、図１２に示されている。試料における散乱または吸収の影響は、検出された入力信号によって最終的な差分信号を正規化することによって抑制されることができる。この測定は上述の理由（たとえばビーム雑音）のために差分信号より大きい雑音を含む可能性が高く、位置Ａにおけるビームの平衡性および入力参照に対する比較は、強度の変動、試料における散乱および単純な（円二色性ではない）試料吸収のために、最終的な測定における雑音をさらに抑制する正規化比を提供する必要がある。これらのキラル以外の寄与を正規化するためのこの比手法は、従来の偏光分析測定を向上することが既に実証されている。
【００３７】
同相モード雑音は、また、図１３〜図１５に示されているように平衡型光検出器手段を用いて除去されることができる。レーザ雑音相殺器設計は、ロックイン検出と比較すると、基本的に異なる雑音相殺手段である。ロックイン検出は狭帯域通過フィルタとして働くが、雑音相殺器又は平衡型光検出器設計は光電流を直接減算することによって働き、完全な平衡のための減算を連続的に調整するために、フィードバックが信号経路以外に適用される。したがって、過度の雑音及びスプリアス変調は理想的にはすべての周波数で相殺され、散射雑音のみが残る。
【００３８】
測定における雑音の寄与は、以下の式によって表されることができる。
Ｎ２＝（ａｌｎ）２＋（ｂｌｎ／２）２＋ｃ２
式中、定数ａ、ｂ及びｃは、それぞれ、強度変動の程度、強度における散射雑音限界及び強度に無関係な雑音の寄与を表す。
【００３９】
したがって、（平衡型光検出器手段に通常のことであるが、）散射雑音であるレーザ強度雑音が制限される場合には、ａ＝０であり、信号はレーザ強度に線形に依存することから、ｎ＝１であり、小さな回転角度に対して最も高い信号または最も高い解像度を提供する構成は光の透過±４５°の中点である。
【００４０】
２つの直交偏光ビームの二重ビーム検出に関して正規化された不均衡は、以下のように示される。
Ｄ＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）
式中、ＡおよびＢは２つの直交偏光出力ビームであり、Ｄは正規化された不均衡信号であり、試料の固有の光学回転の２倍（２α）を生じる。キラル試料の場合にはＤ＋＝−Ｄ−であるため、±４５°の位置の間の変調は、測定不均衡を効果的に２倍にする。したがって、測定された不均衡は、Ｄｍｅａｓ＝Ｄ＋−Ｄ−＝２Ｄ＋＝４αまたは平衡モード偏光分析法において通常観察された信号の２倍となる。
【００４１】
差分検出手段によるキラル測定を行う別の恩恵は、直線複屈折に対して鈍感であり、偏光分析法における共通の雑音源である。測定信号のこの独立性は、直線二色性とは無関係であると記載された。寄与は正に相関され、同相モード信号として効果的に棄却されるため、差分手段は、直線複屈折信号に起因する信号（潜在的に屈折率による雑音源も含む）を効果的に棄却する。光学回転に起因する信号は逆に相関されることから、信号は差分観察によって増大される（変調手段に応じて２αまたは４α）。
【００４２】
図１３は、平衡型光検出手段を用いる差分検出を示すブロック図である。この設定では、検光子ビーム５６２の一方が比較ビームとして平衡型光検出器に用いられる。入力偏光子に対して４５°で２つの信号は同一の強度であることから、比較ビーム電流が最適の動作では信号ビームの約２倍である必要があるため、最適の平衡型光検出の場合には、信号ビーム５６０は約５０％減衰される必要がある。出力５９０を直接検出することができるが、出力５９０をロックイン検出器手段に送信することができることが好ましい。
【００４３】
図１４は、差分および高いダイナミックレンジの雑音相殺器を用いる差分検出を示す実施形態のブロック図である。この設定では、偏光子６１６からの第２の偏光ビーム６２０は、比較のために用いられる。入力偏光子に対して４５°で２つの信号は同一の強度であることから、信号ビーム６５０は減衰される必要があるか、または所定の分析範囲（たとえば±１°）にわたって、検出器Ｂが常に、検出器Ｃより多い電流を生成するように、相対的な角度が入力偏光子に対して４５°からシフトする必要がある。出力を直接検出することができるが、出力をロックイン検出器手段に送信することができることが好ましい。
【００４４】
図１５は、二重雑音相殺器手段を用いる差分検出を示す実施形態のブロック図である。この設定では、偏光子７１６からの第２の偏光ビーム７２０は２つの比較ビーム７２４および７２５に分割される。入力偏光子に対して４５°で２つの信号（７６０および７６２）は同一の強度であるが、最適の雑音相殺のために比較ビーム７２４および７２５の強度の約５０％に形成されることができる。出力７９２および７９４を直接検出することができるが、出力をロックイン検出器手段に送信することができることが好ましい。（Ｂ’−Ｃ’）／（Ｂ’＋Ｃ’）を用いた比較分析は、最も堅牢な信号出力を提供する。
【００４５】
図１６は、図１に示される検出器構造の変形の実施形態を示す。試料８３５は磁場または電場を用いて変調される。通常の実施形態において、均一な磁場変調は、試料セルの周囲に巻き付けられたコイルまたはコイルから空隙に含まれる試料セルへの変調された場を通す空隙電磁設計によって達成される。図１６に示される構造は、差分分析および同相モード雑音除去を可能にし、他の周知の技術より感度の高い技術をもたらす。
【００４６】
キラル回転を正確に測定するためのＤＯＲＤ検出の能力に加えて、波長を高速に走査するための能力は、複数の種が光学回転に寄与するキラル混合物を分析するための新たな可能性を開く。１つの可能性は、純粋な種のＯＲＤ曲線が既知である場合に、各種に関する寄与の逆畳み込みを行うために、全波長走査を用いることである。これは、偏光分析測定において実証されており、ＤＮＡ濃度測定対蛋白質濃度測定に関する吸収の研究に通常用いられている。
【００４７】
図１７は、本発明の実施形態において、差分分析がどのように円二色性に適用されうるかを示す概略図を示す。第１の周波数で位置Ａの光検出器によって得られた信号を第１の周波数で位置Ｂおよび位置Ｃの検出器の信号を加算することによって得られた信号と比較することによって、正常な吸収信号を得てもよい。さらに、位置Ｂおよび位置Ｃの検出器によって得られた信号を減算することによって得られた第２の周波数で検出された信号は、円二色性に起因しており、第１の周波数で検出された非キラルの吸収に正規化されてもよい。
【００４８】
さらに、ゼロ交差（キラル回転が変化する波長によって逆転する点）は各キラル種に関して唯一である可能性が高いため、走査を紫外線まで拡張するための能力により、混合物中の個別のキラル成分を具体的に測定するために、周波数変調分光法手段におけるコットン・ムートン効果（円二色性の吸収最大値に関連する）を利用する可能性を考慮に入れる。これは、波長可変ダイオードレーザ分光法（ＴＤＬＡＳ）として一般に周知である波長変調分光法または周波数変調分光法における吸収線にわたる走査に類似している。公開された報告によれば、直接分光法に比べると、ＴＤＬＡＳにおける変調分光法を用いると、２つの恩恵が得られる。第一に、種の濃度に直接比例する異なる信号を生成することであり（ゼロ基準線技術）、第二に、レーザ雑音が著しく低減される周波数で信号を検出することが可能となることである。線にわたる走査は、測定される種の特性的な特徴が明確に分かり、妨害する種またはエタロン縞に起因する望ましくないスペクトル特徴を容易に識別することができるため、測定の信頼性を増大する。
【００４９】
ＴＤＬＡＳに対する類推によって、図１８に示されているように、混合物のキラル種の弁別を達成することができる。図１８は、本発明の実施形態において、探査波長の変調がどのように異なるキラル種からの光学回転への寄与の逆畳み込みを行うことができるかを示す。光学回転がより高い周波数変調で決定される場合には、光学回転のゼロ交差を中心とする探査波長の二次変調により、異なる光学回転分散曲線の他のキラル種から識別可能な変調信号が生成される。第１のステップは、混合物中の成分の光学回転分散（ＯＲＤ）を決定することである。これらは既知であるか、またはあるいは個別のキラル種を独立に測定し、ＯＲＤを記録することが可能であることが理想的である。図１８に示される実施例の場合には、混合物は２つのキラル種からなる。明確にするために、種ごとに個別のＯＲＤが示されているが、混合物の場合には実際に測定されたＯＲＤは、両方の種の寄与の合成物である。
【００５０】
種Ａに特有の信号を生成し、種Ｂからの信号寄与を最小限に抑えるために、種Ａに関するＯＲＤにおけるゼロ交差にわたって波長を走査することが好ましい。探査波長がＡのゼロ交差を中心にして正弦波によって変調される場合には、種Ａは種Ｂよりはるかに強い変調信号を生成する。これは、周波数変調分光法または波長変調分光法に類似している。
【００５１】
波長は、この交差にわたって正弦波によって（またはあるいはロックイン技術または他の復調技術によって検出することができる他の波形を用いて）走査するものとする。これは、波長変調を検出されたキラル信号に重ねられる振幅変調に変換する。最適な変調幅および周波数は、波長を効果的に変化させることができる速度および他の種からの信号寄与によって相関される。音響光学波長可変フィルタの場合には、この速度は約０．５ｎｍ／μｓであることから、１０ｎｍの領域にわたる走査は、図１８に示されているように１０ｋＨｚの信号を生じる。より大きな間隔の走査は振幅変調を増大させるが、変調周波数を減少させ、他の種からの寄与を潜在的に増大する。
【００５２】
実用的に、最も簡素な手順は、利用可能な雑音スペクトルにおける好ましい信号対雑音比を達成するスペクトル変調幅を選び、この一定の幅で利用可能なスペクトル領域にわたる溶液を走査することであろう。これは、図１９に示される情報を生じ、吸収型円二色性走査に類似であるが、実際にはＯＲＤの派生物の走査である。個別の種から生じる信号は、吸収ピークとして示される。低減した振幅変調に起因するより小さいが、より明確に分離されるピークの第２の集合によって図示されているように、変調幅を狭くすることによって、向上した分解能を得ることができる。この処理により、キラルの識別特性が波長変調周波数より高い周波数で正確に測定されることが推測される。
【００５３】
キラル混合物における種を個別に分析するために、この技術を用いることにより、キラル酵素反応のために実時間動的情報を提供することができる。この情報は、偏光分析法および円二色性などの現在の実時間法を用いて得ることは困難であると思われる。これらの方法は、試料の全体特定（たとえば光学回転又は円二色性）を記録することができるだけであり、検出された信号に対する個別の種の寄与を記録することはできないためである。円二色性は、所定の１つの種の吸収最大値で観察することによって、信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を向上することができるが、円二色性スペクトルが所定の種から遠い位置に除去されない限り、他のキラル種は依然として寄与しうる。製薬的な関心が集まるいくつかの明白なキラルの酵素反応は、アルコールの脱水素酵素、ラセミ化酵素および異性化酵素を伴う反応である。
【００５４】
差分法が開発されており、光の透過の規定された点からの変位（たとえば、ヌルから±４５°またはヌル、すなわち９０°および平行、すなわち０°）を決定し、同相モード雑音除去および信号増強のための２つの信号の結合性を利用する。キラル混合物に適用される光のビームが変調され、次にプリズムからなる偏光子によって第１のビームおよび関連直交ビームに分割される。信号の差分比較が行われる前に、第１のビームおよび直交ビームは電気信号に変換され、キラル混合物内の所望のキラル種を検出する。
【００５５】
本発明の他の実施形態は、本願明細書に開示される本発明の明細書および実行を考慮すれば、当業者には明白であろう。明細書および実施例は例示のためと見なし、本発明の真の範囲および精神は以下の請求項に示されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
図面の簡単な説明
【図１】本発明の原理によるキラル検出装置の実施形態のブロック図である。
【図２】本発明の原理によるフィルタを任意に備えるキラル検出装置の実施形態のブロック図である。
【図３】本発明の原理による四分の一波長板を任意に備えるキラル検出装置の実施形態のブロック図である。
【図４】本発明の原理による源安定化フィードバックループを任意に備えるキラル検出装置の実施形態のブロック図である。
【図５】本発明の実施形態による位置Ｂ及びＣの検出器によって観察される相対的な光強度及び信号変調から生じる角度位置を示す２つの偏光子の間の相対的な角度に対応する特徴的な角度を成す２つの直線偏光素子の間の光の透過を具体的な図解である。
【図６】本発明の実施形態による位置ＡおよびＢの検出器によって観察される相対的な光強度及びヌル（９０°）及び平行（０°）を中心とした信号変調から生じる角度位置を示す２つの偏光子の間の相対的な角度に対応する特徴的な角度を成す２つの直線偏光素子の間の光の透過を具体的な図解である。
【図７】本発明の実施形態による位置Ａで観察される光パルス及び信号変調器に印加されるときの信号変調を比較する具体的な図解である。
【図８】本発明の実施形態によるキラル試料が存在しない場合に位置Ｂ及びＣで観察される具体的な結果として生じる光強度を示す。
【図９】本発明の実施形態によるキラル試料が存在する場合に位置Ｂ及びＣで観察される具体的な結果として生じる光強度を示す。
【図１０】本発明の実施形態によるＢチャネルおよびＣチャネルの差分比較から対向する鏡像異性体に関する結果として生じる信号を示す具体的なチャートである。
【図１１】本発明の原理による同一濃度の対向する鏡像異性体に関する矩形参照波に関するロックイン検出および結果として生じる出力信号電圧を実証する実施形態の図である。
【図１２】本発明の原理によるＢチャネル及びＣチャネルの加算によって具体的に生じた信号及び位置Ａで検出された入力信号と比較したときの信号の吸収又は散乱の影響を示す。
【図１３】本発明の原理による平衡型光検出手段を用いた差分検出を示す実施形態のブロック図である。
【図１４】本発明の原理による差分及び高いダイナミックレンジの雑音相殺器を用いた差分検出を示す実施形態のブロック図である。
【図１５】本発明の原理による二重雑音相殺器手段を用いた差分検出を示す実施形態のブロック図である。
【図１６】試料が磁場又は電場によって任意に変調されるキラル検出器を示す実施形態のブロック図である。
【図１７】本発明の原理による差分モード測定に関する円二色性測定を示す実施形態のブロック図である。
【図１８】本発明の実施形態におけるキラル混合物における種を弁別するために有用な二次信号を波長変調がどのように引き起こすかを示す。
【図１９】本発明の実施形態による２つのキラル種を有するキラル混合物において利用可能な波長にわたって走査され、変調周波数で検出された一定の変調幅から生じる具体的な信号を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明の記述
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
米国政府は、フィリップ・Ｒ．ギブス（Ｐｈｉｌｌｉｐ Ｒ． Ｇｉｂｂｓ）に対する全米科学財団補助金による補助金番号０３２０２９９によって、本発明に対して一定の権利を有する。
【０００２】
関連出願
本出願は、これによって既に出願された米国仮特許出願第６０／５１０，２０９号明細書（２００３年１０月９日に出願）及び米国仮特許出願第６０／５６３，３６４号明細書（２００４年４月１９日に出願）の利益を請求し、その全体を参照して本願明細書に援用するものとする。
【０００３】
発明の分野
本発明は、キラル検出器に関し、さらに詳細にはキラル試料の非接触で高速かつ正確な選別のための差分光学回転分散検出器に関する。
【背景技術】
【０００４】
発明の背景
光学異性体、さらに一般的に呼ばれる鏡像異性体は、医薬、化学、芳香油、香料及び食品業界をはじめとする複数の分野で重要である。有用な薬物のきわめて大多数は、１つ又は複数のキラル中心を含む。誤った鏡像異性体は有害な副作用を引き起こす可能性があることが公知であることから、治療薬に特有の高い鏡像異性体の純度を得ることが重要である。したがって、鏡像異性体的に純粋な組成を生成すること及び鏡像異性体の純度を検査することの両方が重要である。残念なことに、現在の最新技術の分析機器を用いても、これらの行為のいずれにも重大な課題が残っている。現在までのところ、研究者が利用することができる鏡像異性体の純度の選別を行う高い処理能力の一般に適用可能な方法は存在しない。
【０００５】
キラル分析技術に対して、さらに具体的に言えば、キラル試料によって誘発されるさらなる光学回転の測定に関する雑音を低減する分野において、改良が周知である。雑音を取り除くために電子手段又は光学手段を用いる単独ビーム法は相当一般的である（たとえば、国際出願公開第０１／０６９１８号明細書参照）。他の周知の方法は、参照セルとの比較（米国特許第４，９１２，０５９号明細書）、位相のずれた正弦信号の混合（米国特許第５，４７７，３２７号明細書）、信号と参照光との切り替え（米国特許第５，６２１，５２８号明細書）又は２つの直交直線偏光波による２つの周波数のレーザ源の利用（米国特許第５，８９６，１９８号明細書および米国特許第６，３２７，０３７号明細書）のいずれかによって２つのビームを用いる。これらの方法は、光の透過のヌルポイントからの変位を決定しようとする。
【０００６】
フローセルにおける差分キラル分析のためのポッケルスセル変調を用いることも周知である（米国特許第５，１６８，３２６号明細書）。この技術は、直線偏光及び円偏光からなる交互のビームを生成するために、ポッケルスセルに揺動電圧を印加することを伴う。両方のビームに関して計算された回転角を減算することによって、共通の雑音源が効果的に相殺され、測定の感度がさらによくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明の概要
したがって、測定に関連する雑音を低減することによって、キラル試料によって導入されるさらなる光学回転をさらに正確に決定することに対する需要が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
差分法が開発されており、光の透過の規定された点からの変位（たとえば、ヌルから±４５°又はヌル、すなわち９０°及び平行、すなわち０°）を決定し、同相モード雑音除去及び信号増強のための２つの信号の結合性を利用する。この方法及びデバイスは、雑音を低減し、感度を向上するために、矩形波変調によるロックイン検出を用いてもよく、周波数変調を実現するために、新たな変調技術を用いてもよく、多波長走査モードに技術を拡張してもよく、光学回転に対する感度を著しく向上させるために、差分信号抽出モードを用いてもよい。
【０００９】
本発明の別の態様は、以下の詳細に部分的に記載され、部分的にその詳細から明白となるか、又は本発明の実行によって分かるであろう。本発明の態様は、添付請求項に特に指摘される要素及び組み合わせによって実現され達成される。したがって、前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明はいずれも例示および説明のために過ぎず、請求項のように本発明を制限するものではないことを理解すべきである。
【００１０】
本願明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本発明の複数の実施形態を示し、詳細と共に本発明の原理を説明するために作用する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施形態の記述
本発明の原理による基本的な差分光学回転分散（ＤＯＲＤ）装置の実施形態のブロック図が、図１に示されている。基本的な装置は、光源１００、偏光子１１６、信号変調器１３０、試料セル１４０、検光子１４２、平衡型光受信器（検出器Ｂ１５０及びＣ１５２）及びロックイン検出器１７０を備える。光源１００は、レーザなどの単色光源からなってもよいが、より広い帯域の波長の方がさらに有用な情報を提供する。好ましい実施形態において、安定化紫外ランプ及びタングステンランプを用いて、浜松ホトニクス株式会社（Ｈａｍａｍａｔｓｕ）の型名（Ｍｏｄｅｌ）Ｌ７８９３シリーズのランプを備えた光源１００を実現するときに、適切な帯域２００〜１１００ｎｍに及ぶ明るい広帯域の波長源を提供してもよい。パルス光源を用いて、中間の偏光子の位置に関連する曖昧性を避けてもよい。しかし、実際には連続光源を用いることができ、信号変調器の切り替え時間はこれらの中間状態の考慮事項を効果的に排除するのに十分なほど高速であってもよい。
【００１２】
入射光ビーム１０４は、偏光子１１６を通過して偏光ビーム１１８を生成する。天然水晶又は合成水晶のいずれかから構成される任意の市販の偏光子を偏光子構成要素として用いてもよいことを理解されよう。好ましい実施形態において、偏光子は、従来の方解石に比べて、より高い消光比（＞１０−６）及びより高い損傷閾値（１０６４ｎｍで＞５００ＭＷ／ｃｍ２）などの優れた光学特性を呈する合成プリズムを備える。方解石とは対照的に、合成水晶は、光学品質および有用性のために計測器における変動性を排除する。最も好ましい実施形態において、ＤＯＲＤ偏光子１１６は、α−ＢＢＯに基づくロションプリズムによって実現される。α−ＢＢＯは、最近ようやく市販されるようになっている。α−ＢＢＯロションプリズムを用いることにより、より広い波長帯域（１９０ｎｍ〜３５００ｎｍ）が可能となり、２つの偏光ビームを生じ、一方のビーム成分用の直線経路を提供し、簡単な直線光学構成を可能にする。偏光子の他の例としては、偏光ビームスプリッタ、グラン・レーザ偏光プリズム、グラン・テイラー偏光プリズム、グラン・トンプソン偏光プリズムまたはウォラストンプリズムが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。従来の施光計は、通常、グラン・テイラー偏光子を用い、この偏光子は方解石の場合には３５０ｎｍ〜３５００ｎｍの有効波長帯域を有し、α−ＢＢＯの場合にはより狭い波長帯域（２００〜２７０、４００〜７００および７００〜３０００）を有する。
【００１３】
９０°の総回転角度、好ましくはヌルポイントから±４５°にわたる信号の変調は、信号変調器１３０を用いて達成される。しかし、当業者は、本発明の原理はヌルポイントから９０°の総回転角度±４５°で変調する場合に限定されるわけではないことを認識されよう。実際には、差分によって観察されるように、直線偏光状態の結合性を利用する所定の加算点を中心とする変調には利点がある。ヌルポイント（９０°）及び平行な点（０°）を中心とする変調の一例が、図６に示されている。変調は、透過のこれらの直交結合点を中心とする差分観察から恩恵を受けるために、大きい必要はない（たとえば、±１°）。たとえば、この手段を用いた差分観察は、同相モード雑音を依然として除去すると同時に、ヴェルデ測定における基本駆動周波数から周波数への寄与を実質的に排除する。
【００１４】
変調器は、＋４５°の角度における一方の偏光成分の位相シフトを行うことによって、直線偏光から円偏光に変換すると同時に、他方に直交する角度（たとえば、−４５°）で別の成分の位相シフトを行う。同相モード雑音を効率的に除去することができる場合には、光の透過の中点（たとえば、ヌルポイントから±４５°）またはその付近における観察は、最大信号に関しては好都合である。これは、
２つの偏光子間の透過光の強度が
Ｉ＝Ｉ０ｃｏｓ２θ
によって表される場合、マリュスの法則から派生から得られる。式中、Ｉは透過強度であり、Ｉ０は交差していない偏光子に関する透過光であり、θは０°が最大透過光強度の点として規定される場合の２つの偏光子の相対角度である。
【００１５】
キラル化合物に対する最大感度に関して、キラル試料が２つの偏光子の間に存在するときに生じるθ、ｄθの小さな変化に対して光強度の変化ｄｌが最大である領域で観察されるものとする（たとえば、キラル種が加算または減算され、観察される全体的なθとなる）。マリュスの式の導関数
ｄｌ／ｄθ＝０．５ｃｏｓ２θ
をとり、ｄｌ／ｄθ＝０について解くと、キラル種による強度の変化を観察するのに最適な点は、光の透過のヌルポイントから±４５°であることが分かる。
【００１６】
偏光子の消光係数からのオフセットを含むマリュスの法則の形は、
Ｉ＝Ｉ０ｃｏｓ２θ＋ａ
であり、θがヌルポイントに対して規定されるとき、Ｉ＝Ｉ０ｓｉｎ２θ＋ａとして始めると、この分析は変わらない。従来の方法は、キラル試料に関連しない大きな光束（１／２Ｉ０）の同相モード雑音のために、この領域におけるキラル信号を観察することはない。
【００１７】
従来のファラデー変調器又はポッケルスセルなどの種々の変調付与デバイスを用いて、信号変調を達成することができる。好ましい実施形態において、信号変調器は、ＢＢＯを利用するポッケルスセルである。α−ＢＢＯ偏光光学素子と同一の光学透明度及び紫外透過率特性に加えて、ポッケルスセルの利用により、従来の施光計に用いられるファラデー変調器（約１ｋＨｚ）又はＣＤ検出器に用いられる光弾性変調器（約５０ｋＨｚ）に比べて、きわめて高い周波数（＞１０ＧＨｚ）における矩形波変調を可能にする。さらに高い変調周波数は、ロックイン検出、同期検出又は平衡型光検出器技術を用いる高速信号用途の場合に好都合であり、矩形波変調の利用は、偏光分析法及びＣＤ検出器に通常用いられる正弦波変調に比べて、信号対雑音を向上し、さらに高速の信号取得というさらなる利点を有する。さらなる恩恵は、光変調のためにポッケルスセルを用いることにより、ファラデー変調器に比べて、磁場からの影響に対して耐性があることである。従来の施光計の感度は理論的には、１０−６程度を得ることができるが、この感度で、機器はコンパスのように作用し、地球の磁場における配向に影響されやすい。したがって、市販の機器では、この影響を避けるために、設定は効率的に「離調」される。ファラデー変調器の場合には変調が磁場に対向して変調される電場に基づいているため、ポッケルスセルを用いることにより、この雑音源を回避する。
【００１８】
ビームが試料セル１４０を通過した後、ビームは検光子１４２へと続き、検光子１４２は互いに対して直交であり、検光子を出るときに分岐する２つの偏光ビーム１４６及び１４８を生じる。検光子１４２は、２つの直交する分岐偏光ビームを生成することができる任意のデバイスであることを理解されよう。そのようなデバイスの例としては、偏光ビームスプリッタ、ウォラストンプリズム又はロションプリズムが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
【００１９】
一の実施形態において、α−ＢＢＯに基づくロションプリズムを備えた検光子を実現することが考えられる。他の実施形態において、検光子は、ウォラストン偏光子又はプリズムによって実現され、互いに直交する２つの逆向きの結合される信号ビームを生じる。ウォラストン偏光子は、偏光プリズムを形成するために共に接着される２つの直交する方解石プリズム又は代替材料（たとえば、ＹＶＯ４）からなる。プリズムを出るときに光を集束又は集光するのではなく、プリズムの構造は入射光ビームを２つの出射ビームに分岐し、異なる方向に進ませる。２つの出射ビームの分岐及び方向は、プリズムの配置を調整することによって制御されることができる。したがって、検光子１４２は、光を集光することによって、光ビーム１４６又は１４８のいずれかを任意の対象物に向けることはない。さらに正確に言えば、検光子は、焦点距離がなく、任意の点に光を集束または集光することができないため、光を異なる方向に逸らせるだけである。
【００２０】
位置Ｂ及び位置Ｃの光検出器１５０及び１５２は、成分１４６及び１４８の光信号を現在の電子機器で分析することができる電圧信号又は電流信号１６０及び１６２に変換するために用いられる。好ましい実施形態において、光検出器は、フォトダイオードである。平衡型光検出器手段ではフォトダイオードの配置構成が好ましい。そのような平衡型光検出器手段におけるこのような２つのビームの観察により、高い同相モード除去比（ＣＭＲＲ）の２乗検波器を生じる。平衡型光検出器手段の使用に関する詳細は、図１３〜図１５に関してさらに説明される。
【００２１】
光検出器１５０及び１５２は、また、内部で検出信号を増幅して特に良好な感度を提供するアバランシェフォトダイオードによって実現されてもよい。他の実施形態において、光検出器は、最高感度、大きな直線範囲、広い波長応答及び低雑音を有する光電子増倍管によって実現される。他の実施形態において、光検出器は、最高感度、大きな直線範囲、広い波長応答及び低雑音を有する１対の非平行な光起電力フォトダイオードによって実現される。
【００２２】
ロックイン検出器１７０は、通常存在する種々の雑音信号の中から信号を抽出する。ロックイン検出は、ロックイン増幅及び位相敏感検出の別名でも知られており、雑音を低減し、感度を向上するための技術である。この技術は、雑音がすべての周波数に存在し、大部分の検出器はすべての周波数を検出することから、すべての雑音を認識するという事実からなる利点を得る。しかし、周波数の狭い範囲のみを検出すれば、雑音を劇的に低減することができる。ロックイン検出は、装置のある様相の周期的な変調（たとえば、矩形波、正弦波、周期パルスなどの使用）を伴い、信号に正弦波変調をもたらす。その後、ロックイン検出器は、信号に同一の周波数の正弦波（その「参照波」）を乗じ、次いで、（正弦波の多数の区間にわたるが）短時間で積分する。正確な周波数で特定の信号が生じるのであれば、またそれがロックイン正弦波と同位相であれば、それは大きな結果をもたらす。他方、間違った周波数（または間違った位相）の任意の信号（または雑音）は、それが負のとき、この信号及びロックイン正弦波の積が正であることが多いため、積分するとゼロになる。したがって、正確な周波数（および位相）の雑音のみが寄与する。換言すれば、検出信号に寄与する雑音はより一層少ない。ロックイン検出を用いると、より一層弱い信号レベルを検出することができる。通常、ロックイン検出は１０６の雑音低減をもたらすことから、同程度の感度向上をもたらす。さらに、当業者は、縮小した変調幅を用いることにより、さらに多くの波長識別を可能にすることを認識されよう。
【００２３】
矩形波信号に基づくロックイン検出は、より高い高調波が存在せず、より高速の応答を生じることから、信号応答を増大し、除去要件を緩和するという利点を有する特殊な事例である。差分分析と共にロックイン検出を用いることは、この「同相モード」雑音が両方の入力信号１６０及び１６に存在し、ロックイン検出器の２つのチャネル入力を減算することによって効果的に除去されることから、入力ビームに存在する雑音に対する耐性を生じる。さらに、本発明の実施形態は、天然の光学活性体から直線二色性を棄却する能力（擬似回転とも言う）を有する。装置の差分モードは、同相モード雑音と同様に、そのような擬似回転を有利に棄却する。
【００２４】
図１の実施形態には示されていないが、当業者は、実施形態のいずれにおいても光検出器（たとえばＢ１５０およびＣ１５２）とロックイン検出器 （たとえば検出器１７０）との間に任意のフィルタ手段（図示せず）を用い、検出された電気信号（たとえば入力信号１６０及び１６２）のさらなる処理を提供してもよいことを認識されよう。基本的には、ディジタル処理の前に、電気信号における雑音をさらに低減するために、フィルタを用いてもよい。この実施形態において用いられるフィルタのタイプおよび仕様はシステムの実現に応じて変化してもよいが、好ましいフィルタは、望ましくないより低い周波数信号を除去し、（増幅器（図示せず）からの利得によって）著しい利得又は予め選択された周波数を超える周波数に対して少なくとも最小の減衰を提供するために用いられる単独の能動高域通過アナログフィルタである。
【００２５】
フィルタは、また、個別のフィルタチェーンとして実現され、各チェーンから異なる周波数特性信号出力を提供してもよい。高域通過フィルタは個別のフィルタチェーンに供給されることができ、フィルタチェーンのそれぞれはそのチェーンに関する所望の周波数に対して利得を提供し、望ましくない周波数の利得を最小限に抑えるように最適化される。また、選択的な利得レベルを提供するために、各チェーンにはプログラム可能な利得増幅器を用いてもよい。したがって、システムは、キラル濃度およびキラル比が変化するときに変化する信号を選択的に増幅することができると同時に、他の信号を減衰することもできる。このような態様で、フィルタ（各チェーンにおける個別のフィルタおよび増幅器を含む）は、入力信号がロックイン検出器中のアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）によてディジタル化される前に、雑音問題に対処する。当業者は、そのようなアナログフィルタ機能の代わりに、またはそのようなアナログフィルタ機能に加えて、ディジタルフィルタ機能を用い、雑音除去および装置の感度をさらに向上させてもよいことを認識されよう。
【００２６】
図２は、光源２００と偏光子２１６との間にフィルタ２１２を任意に加えた実施形態を示すブロック図である。フィルタは、ダイクロイックフィルタ、干渉フィルタ、ショートパスフィルタまたはロングパスフィルタをはじめとする任意の市販のフィルタであってもよいが、これらに限定されるわけではない。一の実施形態において、フィルタは、音響光学波長可変フィルタ（ＡＯＴＦ）である。安定化紫外光源及びタングステン光源と共に音響光学波長可変フィルタを用いることは、機器の設定に可動部品を導入することなく、高速波長走査、ビームの安定化及び光強度の整形を可能にすることが既に分かっている。フィルタ構成要素が１ｎｍ未満の解像度で２００ｎｍ〜１１００ｎｍの走査範囲を提供すれば最適である。
【００２７】
図３は、変調器３３０と試料セル３４０との間に四分の一波長板３３４を任意に加えた実施形態を示す。四分の一波長板は、直線光の±４５°の変調によって円偏光を直線偏光３３８に変換するために挿入される。当業者は、四分の一波長板が石英、雲母又は有機ポリマープラスチックから構成されてもよいことを認識されよう。フレネル菱面体もまた、色消し波長板として用いてもよい。
【００２８】
図４は、波長変調器４０６、別のロックイン検出器４１０及び位置Ａの光検出器４２２を含み、光強度を電圧信号又は電流信号４２４に変換する源安定化フィードバックループを任意に加えた実施形態を示すブロック図である。偏光子４１６は２つの偏光ビーム４１８及び４２０を生成する。偏光ビーム４１８は試料を通過し、偏光ビーム４２０は光検出器４２２へ進む。光検出器４２２によって分かる位置は入力ビームに直接に比例し、非偏光光源が用いられる場合には、光検出器４２２のビーム強度は透過ビームに等しい。これは、ビーム中の雑音をロックイン検出及び波長変調器へのフィードバックループによって抑制することができるために有用である。参照信号は、光源４０２の直接変調（たとえば、ＬＥＤ又はレーザ振幅、パルス変調）または波長変調器４０８によって透過光に載せられた信号から作り出すことができる。
【００２９】
図５は、位置Ａ（図４のみ）、ＢおよびＣ（図１〜図４）の光検出器によって観察される光強度を表す物理的過程を示す。一般に、光強度は、相対的な偏光子の角度が０°で最大であり、９０°（一般に「ヌルポイント」と呼ばれる）で最小である。非偏光光源に関して９０°の最小透過光強度および０°の最大透過光強度の比は、消光比と呼ばれる。α−ＢＢＯロション偏光子の場合には、１０−６を超える比のものが市販されている。より高い消光比は、雑音源として既に記載した偏光子の漏れを最小限に抑えることによって、より良好な感度を効果的にもたらす。
【００３０】
ポッケルスセルに電圧を印加しなくても、透過される直線ビーム強度が最小限に抑えられるように、偏光子が適切に整列される場合には、位置Ｂの光検出器は入力偏光子に対して９０°で観察され、位置Ｃの光検出器は「ヌルポイント」から＋９０°または入力偏光子に対して１８０°で観察される。適切な電圧がポッケルスセルに印加される場合には、位置Ｂの光検出器および位置Ｃの光検出器によって観察される相対的な角度はそれぞれ、位置１または２および２または３にシフトする。ＢとＣとの間の相対的な角度は、ロション偏光子の特性によって＋９０°で固定されるため、変調される観察相対角度位置１、２および３が結合される。したがって、ビームの＋４５°の回転がポッケルスセルによって導入されると、位置Ｂの検出器は位置２で観察され、位置Ｃの検出器は位置３で観察される。逆に言えば、逆の−４５°の回転が導入されると、位置Ｂの検出器は位置１で観察され、位置Ｃの検出器は位置２で観察される。重要な観察結果は、キラル試料が、図５に示されているように、１と２との間および２と３との間で差分態様のビーム回転に寄与することである。さらに、１と２または２と３における観察から生じる強度の減算によって、各チャネルに存在する大きな背景信号を効果的に除去することができる。これはまた、（すなわち、マリュスの法則、以前に導出されたｄｌ／ｄθ＝０．５ｃｏｓ２θ＝０から）回転の度数に対する透過光強度の変化が最大であり、小さな回転の場合には本質的に直線である場合には、領域におけるビーム角度に対するキラル分子の影響を観察することができる。
【００３１】
図６は、０°および９０°の偏光角を中心とした変調を伴う差分検出の別のモードを示す。差分検出のこのモードは、図１６に示された設定などにおいてファラデー変調を伴う測定が行われるときに好都合である。これらの測定では、０°および９０°を中心とする変調はファラデー変調器における基本周波数の寄与およびこの駆動電流に存在する任意の高調波歪みを相殺する。これは、基本波信号が単調であり、より高い高調波のアナログ・ディジタル変換精度または所定の混変調信号周波数が制限される場合には、図１６に示されるようなヴェルデ効果の測定には好都合である。入力ファラデー変調器が図１６に示される変調試料室の入力探査ビームに用いられる場合には、０°および９０°における観察はまた、試料中の基本周波数に加えて、この入力偏光変調における基本周波数および高調波歪みを相殺する。また、０°を中心として変調される強いビームおよび９０°を中心として変調される弱いビームの存在は、自動平衡型光受信器に関する理想的な場合を示している。この場合には、低雑音の非平行な光起電力フォトダイオード検出器の配置構成を用いてもよいが、光強度もまた変調されない限り、大きな直流オフセットも存在する。自動平衡型光受信器は強い参照光を必要とし、参照光及び信号（９０°で弱いビーム）の両方に存在する同相モード雑音を効果的に相殺する。変調が０°および９０°の初期角から±４５°を超えない限り、信号ビームより大きいか、または等しいための参照光の要件は常に維持される。参照光はまた（ウォラストン偏光子への入力ビームの直線偏光状態における変化のために）信号ビームに存在する逆相関信号も含むため、自動平衡型光受信器の雑音除去は向上し、散射雑音フロアに近づく。
【００３２】
図５及び図６における変調の説明はポッケルスセル及びファラデー変調器に関して行われたが、当業者は、異なる形式の信号（たとえば、正弦波または矩形波以外の信号）によって励起または変調される別の変調デバイスを用いた装置に対するそのような原理の応用を速やかに認識されよう。
【００３３】
図７は、同期され、これも図７に示されている信号変調の周波数の２倍である周波数ｆのロックイン検出を用い、位置Ａで検出されたパルス入力ビームを示している。実際には、位置Ａの検出器の場合に用いられる変調周波数は、信号変調に関係なくてもよいが、簡単にするため、この実施例は光源及び信号変調に関してそれぞれｆおよびf／２を用いる。
【００３４】
一旦、透過ビームが試料セルを通過すると、位置Ｂおよび位置Ｃの結果として生じる強度が図８に示されている。±４５°の変調で、これらの強度は入力ビーム強度の半分となり、位置Ｂと位置Ｃとの間のビーム強度に等しくなるため、互いに減算するとゼロ信号を生じる。対照的に、キラル試料が存在する場合には、２つの検出器は図９に示されているように、光学回転を加算した試料から異なる寄与を観察する。位置Ｂおよび位置Ｃからの信号が差分分析のために減算されると、信号変調と同一の周波数、この場合にはｆ／２で残る信号が図１０に示されるように観察される。対向する鏡像異性体からの信号は、図１０に示されているように、類似であるが、前の信号によって１８０°逆位相の異なる波形を生成することを留意すべきである。
【００３５】
本発明の一実施形態において、ロックイン検出に関連する参照矩形波及び信号波形が、結果として生じる直流出力と共に、図１１に示されている。ロックインは、半波の下の信号の逆転を考慮し、各半波の下の寄与を効果的に合計する。図１１に示される波形の場合には、これは増幅器から正の定数の直流電圧を生じる。図１０で既に説明した対向する鏡像異性体からの信号波形は、図１１に示されているように、等しい大きさの負の直流電圧を生じる。
【００３６】
図４に記載される設定を用いて、信号を加算することによって、二重ビームからさらなる情報を収集することができる。これが、図１２に示されている。試料における散乱または吸収の影響は、検出された入力信号によって最終的な差分信号を正規化することによって抑制されることができる。この測定は上述の理由（たとえばビーム雑音）のために差分信号より大きい雑音を含む可能性が高く、位置Ａにおけるビームの平衡性および入力参照に対する比較は、強度の変動、試料における散乱および単純な（円二色性ではない）試料吸収のために、最終的な測定における雑音をさらに抑制する正規化比を提供する必要がある。これらのキラル以外の寄与を正規化するためのこの比手法は、従来の偏光分析測定を向上することが既に実証されている。
【００３７】
同相モード雑音は、また、図１３〜図１５に示されているように平衡型光検出器手段を用いて除去されることができる。レーザ雑音相殺器設計は、ロックイン検出と比較すると、基本的に異なる雑音相殺手段である。ロックイン検出は狭帯域通過フィルタとして働くが、雑音相殺器又は平衡型光検出器設計は光電流を直接減算することによって働き、完全な平衡のための減算を連続的に調整するために、フィードバックが信号経路以外に適用される。したがって、過度の雑音及びスプリアス変調は理想的にはすべての周波数で相殺され、散射雑音のみが残る。
【００３８】
測定における雑音の寄与は、以下の式によって表されることができる。
Ｎ２＝（ａｌｎ）２＋（ｂｌｎ／２）２＋ｃ２
式中、定数ａ、ｂ及びｃは、それぞれ、強度変動の程度、強度における散射雑音限界及び強度に無関係な雑音の寄与を表す。
【００３９】
したがって、（平衡型光検出器手段に通常のことであるが、）散射雑音であるレーザ強度雑音が制限される場合には、ａ＝０であり、信号はレーザ強度に線形に依存することから、ｎ＝１であり、小さな回転角度に対して最も高い信号または最も高い解像度を提供する構成は光の透過±４５°の中点である。
【００４０】
２つの直交偏光ビームの二重ビーム検出に関して正規化された不均衡は、以下のように示される。
Ｄ＝（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）
式中、ＡおよびＢは２つの直交偏光出力ビームであり、Ｄは正規化された不均衡信号であり、試料の固有の光学回転の２倍（２α）を生じる。キラル試料の場合にはＤ＋＝−Ｄ−であるため、±４５°の位置の間の変調は、測定不均衡を効果的に２倍にする。したがって、測定された不均衡は、Ｄｍｅａｓ＝Ｄ＋−Ｄ−＝２Ｄ＋＝４αまたは平衡モード偏光分析法において通常観察された信号の２倍となる。
【００４１】
差分検出手段によるキラル測定を行う別の恩恵は、直線複屈折に対して鈍感であり、偏光分析法における共通の雑音源である。測定信号のこの独立性は、直線二色性とは無関係であると記載された。寄与は正に相関され、同相モード信号として効果的に棄却されるため、差分手段は、直線複屈折信号に起因する信号（潜在的に屈折率による雑音源も含む）を効果的に棄却する。光学回転に起因する信号は逆に相関されることから、信号は差分観察によって増大される（変調手段に応じて２αまたは４α）。
【００４２】
図１３は、平衡型光検出手段を用いる差分検出を示すブロック図である。この設定では、検光子ビーム５６２の一方が比較ビームとして平衡型光検出器に用いられる。入力偏光子に対して４５°で２つの信号は同一の強度であることから、比較ビーム電流が最適の動作では信号ビームの約２倍である必要があるため、最適の平衡型光検出の場合には、信号ビーム５６０は約５０％減衰される必要がある。出力５９０を直接検出することができるが、出力５９０をロックイン検出器手段に送信することができることが好ましい。
【００４３】
図１４は、差分および高いダイナミックレンジの雑音相殺器を用いる差分検出を示す実施形態のブロック図である。この設定では、偏光子６１６からの第２の偏光ビーム６２０は、比較のために用いられる。入力偏光子に対して４５°で２つの信号は同一の強度であることから、信号ビーム６５０は減衰される必要があるか、または所定の分析範囲（たとえば±１°）にわたって、検出器Ｂが常に、検出器Ｃより多い電流を生成するように、相対的な角度が入力偏光子に対して４５°からシフトする必要がある。出力を直接検出することができるが、出力をロックイン検出器手段に送信することができることが好ましい。
【００４４】
図１５は、二重雑音相殺器手段を用いる差分検出を示す実施形態のブロック図である。この設定では、偏光子７１６からの第２の偏光ビーム７２０は２つの比較ビーム７２４および７２５に分割される。入力偏光子に対して４５°で２つの信号（７６０および７６２）は同一の強度であるが、最適の雑音相殺のために比較ビーム７２４および７２５の強度の約５０％に形成されることができる。出力７９２および７９４を直接検出することができるが、出力をロックイン検出器手段に送信することができることが好ましい。（Ｂ’−Ｃ’）／（Ｂ’＋Ｃ’）を用いた比較分析は、最も堅牢な信号出力を提供する。
【００４５】
図１６は、図１に示される検出器構造の変形の実施形態を示す。試料８３５は磁場または電場を用いて変調される。通常の実施形態において、均一な磁場変調は、試料セルの周囲に巻き付けられたコイルまたはコイルから空隙に含まれる試料セルへの変調された場を通す空隙電磁設計によって達成される。図１６に示される構造は、差分分析および同相モード雑音除去を可能にし、他の周知の技術より感度の高い技術をもたらす。
【００４６】
キラル回転を正確に測定するためのＤＯＲＤ検出の能力に加えて、波長を高速に走査するための能力は、複数の種が光学回転に寄与するキラル混合物を分析するための新たな可能性を開く。１つの可能性は、純粋な種のＯＲＤ曲線が既知である場合に、各種に関する寄与の逆畳み込みを行うために、全波長走査を用いることである。これは、偏光分析測定において実証されており、ＤＮＡ濃度測定対蛋白質濃度測定に関する吸収の研究に通常用いられている。
【００４７】
図１７は、本発明の実施形態において、差分分析がどのように円二色性に適用されうるかを示す概略図を示す。第１の周波数で位置Ａの光検出器によって得られた信号を第１の周波数で位置Ｂおよび位置Ｃの検出器の信号を加算することによって得られた信号と比較することによって、正常な吸収信号を得てもよい。さらに、位置Ｂおよび位置Ｃの検出器によって得られた信号を減算することによって得られた第２の周波数で検出された信号は、円二色性に起因しており、第１の周波数で検出された非キラルの吸収に正規化されてもよい。
【００４８】
さらに、ゼロ交差（キラル回転が変化する波長によって逆転する点）は各キラル種に関して唯一である可能性が高いため、走査を紫外線まで拡張するための能力により、混合物中の個別のキラル成分を具体的に測定するために、周波数変調分光法手段におけるコットン・ムートン効果（円二色性の吸収最大値に関連する）を利用する可能性を考慮に入れる。これは、波長可変ダイオードレーザ分光法（ＴＤＬＡＳ）として一般に周知である波長変調分光法または周波数変調分光法における吸収線にわたる走査に類似している。公開された報告によれば、直接分光法に比べると、ＴＤＬＡＳにおける変調分光法を用いると、２つの恩恵が得られる。第一に、種の濃度に直接比例する異なる信号を生成することであり（ゼロ基準線技術）、第二に、レーザ雑音が著しく低減される周波数で信号を検出することが可能となることである。線にわたる走査は、測定される種の特性的な特徴が明確に分かり、妨害する種またはエタロン縞に起因する望ましくないスペクトル特徴を容易に識別することができるため、測定の信頼性を増大する。
【００４９】
ＴＤＬＡＳに対する類推によって、図１８に示されているように、混合物のキラル種の弁別を達成することができる。図１８は、本発明の実施形態において、探査波長の変調がどのように異なるキラル種からの光学回転への寄与の逆畳み込みを行うことができるかを示す。光学回転がより高い周波数変調で決定される場合には、光学回転のゼロ交差を中心とする探査波長の二次変調により、異なる光学回転分散曲線の他のキラル種から識別可能な変調信号が生成される。第１のステップは、混合物中の成分の光学回転分散（ＯＲＤ）を決定することである。これらは既知であるか、またはあるいは個別のキラル種を独立に測定し、ＯＲＤを記録することが可能であることが理想的である。図１８に示される実施例の場合には、混合物は２つのキラル種からなる。明確にするために、種ごとに個別のＯＲＤが示されているが、混合物の場合には実際に測定されたＯＲＤは、両方の種の寄与の合成物である。
【００５０】
種Ａに特有の信号を生成し、種Ｂからの信号寄与を最小限に抑えるために、種Ａに関するＯＲＤにおけるゼロ交差にわたって波長を走査することが好ましい。探査波長がＡのゼロ交差を中心にして正弦波によって変調される場合には、種Ａは種Ｂよりはるかに強い変調信号を生成する。これは、周波数変調分光法または波長変調分光法に類似している。
【００５１】
波長は、この交差にわたって正弦波によって（またはあるいはロックイン技術または他の復調技術によって検出することができる他の波形を用いて）走査するものとする。これは、波長変調を検出されたキラル信号に重ねられる振幅変調に変換する。最適な変調幅および周波数は、波長を効果的に変化させることができる速度および他の種からの信号寄与によって相関される。音響光学波長可変フィルタの場合には、この速度は約０．５ｎｍ／μｓであることから、１０ｎｍの領域にわたる走査は、図１８に示されているように１０ｋＨｚの信号を生じる。より大きな間隔の走査は振幅変調を増大させるが、変調周波数を減少させ、他の種からの寄与を潜在的に増大する。
【００５２】
実用的に、最も簡素な手順は、利用可能な雑音スペクトルにおける好ましい信号対雑音比を達成するスペクトル変調幅を選び、この一定の幅で利用可能なスペクトル領域にわたる溶液を走査することであろう。これは、図１９に示される情報を生じ、吸収型円二色性走査に類似であるが、実際にはＯＲＤの派生物の走査である。個別の種から生じる信号は、吸収ピークとして示される。低減した振幅変調に起因するより小さいが、より明確に分離されるピークの第２の集合によって図示されているように、変調幅を狭くすることによって、向上した分解能を得ることができる。この処理により、キラルの識別特性が波長変調周波数より高い周波数で正確に測定されることが推測される。
【００５３】
キラル混合物における種を個別に分析するために、この技術を用いることにより、キラル酵素反応のために実時間動的情報を提供することができる。この情報は、偏光分析法および円二色性などの現在の実時間法を用いて得ることは困難であると思われる。これらの方法は、試料の全体特定（たとえば光学回転又は円二色性）を記録することができるだけであり、検出された信号に対する個別の種の寄与を記録することはできないためである。円二色性は、所定の１つの種の吸収最大値で観察することによって、信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を向上することができるが、円二色性スペクトルが所定の種から遠い位置に除去されない限り、他のキラル種は依然として寄与しうる。製薬的な関心が集まるいくつかの明白なキラルの酵素反応は、アルコールの脱水素酵素、ラセミ化酵素および異性化酵素を伴う反応である。
【００５４】
差分法が開発されており、光の透過の規定された点からの変位（たとえば、ヌルから±４５°またはヌル、すなわち９０°および平行、すなわち０°）を決定し、同相モード雑音除去および信号増強のための２つの信号の結合性を利用する。キラル混合物に適用される光のビームが変調され、次にプリズムからなる偏光子によって第１のビームおよび関連直交ビームに分割される。信号の差分比較が行われる前に、第１のビームおよび直交ビームは電気信号に変換され、キラル混合物内の所望のキラル種を検出する。
【００５５】
本発明の他の実施形態は、本願明細書に開示される本発明の明細書および実行を考慮すれば、当業者には明白であろう。明細書および実施例は例示のためと見なし、本発明の真の範囲および精神は以下の請求項に示されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
図面の簡単な説明
【図１】本発明の原理によるキラル検出装置の実施形態のブロック図である。
【図２】本発明の原理によるフィルタを任意に備えるキラル検出装置の実施形態のブロック図である。
【図３】本発明の原理による四分の一波長板を任意に備えるキラル検出装置の実施形態のブロック図である。
【図４】本発明の原理による源安定化フィードバックループを任意に備えるキラル検出装置の実施形態のブロック図である。
【図５】本発明の実施形態による位置Ｂ及びＣの検出器によって観察される相対的な光強度及び信号変調から生じる角度位置を示す２つの偏光子の間の相対的な角度に対応する特徴的な角度を成す２つの直線偏光素子の間の光の透過を具体的な図解である。
【図６】本発明の実施形態による位置ＡおよびＢの検出器によって観察される相対的な光強度及びヌル（９０°）及び平行（０°）を中心とした信号変調から生じる角度位置を示す２つの偏光子の間の相対的な角度に対応する特徴的な角度を成す２つの直線偏光素子の間の光の透過を具体的な図解である。
【図７】本発明の実施形態による位置Ａで観察される光パルス及び信号変調器に印加されるときの信号変調を比較する具体的な図解である。
【図８】本発明の実施形態によるキラル試料が存在しない場合に位置Ｂ及びＣで観察される具体的な結果として生じる光強度を示す。
【図９】本発明の実施形態によるキラル試料が存在する場合に位置Ｂ及びＣで観察される具体的な結果として生じる光強度を示す。
【図１０】本発明の実施形態によるＢチャネルおよびＣチャネルの差分比較から対向する鏡像異性体に関する結果として生じる信号を示す具体的なチャートである。
【図１１】本発明の原理による同一濃度の対向する鏡像異性体に関する矩形参照波に関するロックイン検出および結果として生じる出力信号電圧を実証する実施形態の図である。
【図１２】本発明の原理によるＢチャネル及びＣチャネルの加算によって具体的に生じた信号及び位置Ａで検出された入力信号と比較したときの信号の吸収又は散乱の影響を示す。
【図１３】本発明の原理による平衡型光検出手段を用いた差分検出を示す実施形態のブロック図である。
【図１４】本発明の原理による差分及び高いダイナミックレンジの雑音相殺器を用いた差分検出を示す実施形態のブロック図である。
【図１５】本発明の原理による二重雑音相殺器手段を用いた差分検出を示す実施形態のブロック図である。
【図１６】試料が磁場又は電場によって任意に変調されるキラル検出器を示す実施形態のブロック図である。
【図１７】本発明の原理による差分モード測定に関する円二色性測定を示す実施形態のブロック図である。
【図１８】本発明の実施形態におけるキラル混合物における種を弁別するために有用な二次信号を波長変調がどのように引き起こすかを示す。
【図１９】本発明の実施形態による２つのキラル種を有するキラル混合物において利用可能な波長にわたって走査され、変調周波数で検出された一定の変調幅から生じる具体的な信号を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キラル試料の光学回転の角度を検出する方法であって、
入力光ビームを生成するステップと、
前記入力光ビームを偏光して、直線偏光のビームを得るステップと、
直線偏光の前記ビームを変調して、少なくとも実質的に光の透過の中点付近に変調ビームを生成するステップと、
前記変調ビームを試料溶液の中へ透過させて、信号ビームを発生するステップと、
前記信号ビームを第１の偏光信号ビーム及び第２の偏光信号ビームに分割し、前記第２の偏光信号ビームが前記第１の偏光信号ビームに対して直交するようにするステップと、
前記第１の偏光信号ビーム及び前記第２の偏光信号ビームの光強度を測定するステップと、
前記第１の偏光信号ビーム及び前記第２の偏光信号ビームの前記光強度を第１の信号電圧又は電流及び第２の信号電圧又は電流に変換するステップと、
前記第１の信号電圧又は電流から前記第２の信号電圧又は電流を減算し、前記キラル試料の光学回転の角度の２倍に対応する出力信号電圧又は電流を得るステップと、を含むキラル試料の光学回転の角度を検出する方法。
【請求項２】
前記入力光ビームをフィルタにかけるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の信号電圧又は電流及び前記第２の信号電圧又は電流をフィルタにかけるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記フィルタにかけるステップは、ディジタルフィルタ及びアナログフィルタからなる群のうちの少なくとも１つによって達成される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記フィルタにかけるステップは、前記第１の信号電圧又は電流及び前記第２の信号電圧又は電流を選択的にフィルタにかけ、前記第１の信号電圧又は電流及び前記第２の信号電圧又は電流を選択的に増幅するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記変調ビームを直線偏光するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
フィードバックループを用いて、光源を安定化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記安定化ステップは、
前記入力光ビームを変調して変調入力ビームを生成するステップと、
前記変調入力ビームを偏光して、第１の直線偏光入力ビーム及び第２の直線偏光入力ビームを生じ、前記第１の直線偏光入力ビームが前記試料溶液を通過するステップと、
前記第２の直線偏光入力ビームの前記光強度を測定するステップと、
前記第２の直線偏光入力ビームの前記光強度を入力信号電圧又は電流に変換するステップと、
前記入力信号電圧又は電流を前記入力光ビーム又は前記変調入力ビームから得られた参照信号と比較するステップと、をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
非キラルの寄与の影響を正規化するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
キラル試料の光学回転の角度を検出するための装置であって、
入力光ビームを生成するための光源と、
前記入力光ビームを直線偏光のビームに変換する偏光子と、
直線偏光の前記ビームを変調して、少なくとも実質的に光の透過の中点付近に変調ビームを生成するようにする変調器と、
前記キラル試料を収容し、その中を前記変調ビームが通過して、信号ビームを生成することができる試料セルと、
前記信号ビームを第１の偏光信号ビーム及び第２の偏光信号ビームに分割し、前記第２の偏光信号ビームが前記第１の偏光信号ビームに対して直交するようにするための検光子と、
前記第１の偏光信号ビームの前記光強度を測定し、前記光強度を第１の信号電圧又は電流に変換するための第１の光検出器と、
前記第２の偏光信号ビームの前記光強度を測定し、前記光強度を第２の信号電圧又は電流に変換するための第２の光検出器と、
前記第１の信号電圧から前記第２の信号電圧又は電流を減算し、前記キラル試料の光学回転の角度に対応する出力信号電圧又は電流を得るための比較回路と、を備えるキラル試料の光学回転の角度を検出するための装置。
【請求項１１】
前記入力ビームをフィルタにかけるためのフィルタをさらに含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記フィルタは、ダイクロイックフィルタ、干渉フィルタ、ショートパスフィルタ、ロングパスフィルタ及び音響光学波長可変フィルタからなる群から選択される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の信号電圧又は電流をフィルタにかけるための第１のフィルタ及び前記第２の信号電圧又は電流をフィルタにかけるための第２のフィルタをさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタは、ディジタルフィルタ及びアナログフィルタからなる群のうちの少なくとも１つである、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のフィルタは前記第１の信号電圧又は電流を選択的にフィルタにかけて選択的に増幅し、前記第２のフィルタは前記第２の信号電圧又は電流を選択的にフィルタにかけて選択的に増幅する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記変調ビームを直線偏光するための四分の一波長板をさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】
前記四分の一波長板は、石英、雲母及び有機ポリマープラスチックからなる群から選択される材料から構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記入力光ビームを変調して、変調入力ビームを生成するための波長変調器と、
前記変調入力ビームを第１の直線偏光入力ビーム及び第２の直線偏光入力ビームに変換し、前記第１の直線偏光入力ビームが前記試料溶液を通過するようにするための第２の偏光子と、
前記第２の直線偏光入力ビームの前記光強度を測定し、前記光強度を入力信号電圧または電流に変換するための別の光検出器と、
前記入力信号電圧又は電流を前記光源又は前記波長変調器から得た参照信号と比較するための別の比較回路と、を備える源安定化フィードバックループをさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１９】
前記光源は、パルス又は連続である、請求項１０に記載の装置。
【請求項２０】
前記光源は、レーザ、安定化紫外ランプ及びタングステンランプを含む群のうちの１つである、請求項１０に記載の装置。
【請求項２１】
前記安定化紫外ランプ又はタングステンランプは、２００〜１１００ｎｍの波長帯域に及ぶ、請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
前記偏光子は、合成水晶及び天然水晶の両方から構成される、請求項１０に記載の装置。
【請求項２３】
前記偏光子は、グラン・テイラー偏光プリズム、グラン・トンプソン偏光プリズム、ウォラストンプリズム又はロションプリズムである、請求項１０に記載の装置。
【請求項２４】
前記ロションプリズムは、α−ＢＢＯから構成される、請求項２０に記載の装置。
【請求項２５】
前記変調器は、ポッケルスセル又はファラデー変調器である、請求項１０に記載の装置。
【請求項２６】
前記検光子は、偏光ビームスプリッタ、ウォラストンプリズム及びロションプリズムを含む群のうちの１つである、請求項１０に記載の装置。
【請求項２７】
前記ロションプリズムは、α−ＢＢＯから構成される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１の光検出器および第２の光検出器は、フォトダイオード又は光電子増倍管である、請求項１０に記載の装置。
【請求項２９】
前記フォトダイオードは、平衡型光検出器手段に配置される、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記ロックイン検出器は、正弦波信号又は矩形波信号に基づく、請求項１０に記載の装置。
【請求項３１】
キラル試料の光学回転の角度を検出する方法であって、
入力光ビームを生成するステップと、
前記入力光ビームを偏光して、直線偏光のビームを得るステップと、
磁場によって前記キラル試料を変調して、変調ビームを生成するステップと、
前記変調ビームを試料溶液の中へ透過させて、信号ビームを発生するステップと、
前記信号ビームを第１の偏光信号ビーム及び第２の偏光信号ビームに分割し、前記第２の偏光信号ビームが前記第１の偏光信号ビームに対して直交するようにするステップと、
前記第１の偏光信号ビーム及び前記第２の偏光信号ビームの光強度を測定するステップと、
前記第１の偏光信号ビーム及び前記第２の偏光信号ビームの前記光強度を第１の信号電圧又は電流及び第２の信号電圧または電流に変換するステップと、
前記第１の信号電圧又は電流から前記第２の信号電圧又は電流を減算し、前記キラル試料の光学回転の角度に対応する出力信号電圧又は電流を得るステップと、を含むキラル試料の光学回転の角度を検出する方法。
【請求項３２】
キラル試料の光学回転の角度を検出するための装置であって、
入力光ビームを生成するための光源と、
前記入力光ビームを直線偏光のビームに変換する偏光子と、
前記変調ビームが通過することができ、信号ビームを生成するための試料区画であって、
（ａ）試料セルと、
（ｂ）前記キラル試料を磁場によって変調するための変調手段を備える試料区画と、
前記信号ビームを第１の偏光信号ビーム及び第２の偏光信号ビームに分割し、前記第２の偏光信号ビームが前記第１の偏光信号ビームに対して直交するようにするための検光子と、
前記第１の偏光信号ビームの前記光強度を測定し、前記光強度を第１の信号電圧又は電流に変換するための第１の光検出器と、
前記第２の偏光信号ビームの前記光強度を測定し、前記光強度を第２の信号電圧又は電流に変換するための第２の光検出器と、
前記第１の信号電圧又は電流から前記第２の信号電圧又は電流を減算し、前記キラル試料の光学回転の角度に対応する出力信号電圧又は電流を得るためのロックイン回路と、を備えるキラル試料の光学回転の角度を検出するための装置。
【請求項３３】
前記変調手段は、ソレノイドコイルである、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
キラル混合物を分解する方法であって、
高い周波数変調で前記キラル混合物の前記光学回転分散を決定するステップと、
前記混合物中の各キラル成分の前記光学回転分散を決定するステップと、
（ａ）第１のキラル成分に関して前記光学回転分散におけるゼロ交差にわたって正弦波によって前記波長を走査し、
（ｂ）前記第１のキラル成分によって生成された前記波長変調を振幅変調に変換することによって、
前記キラル混合物中の各個別のキラル成分に特有の信号を生成するステップと、を含み、
前記第１のキラル成分に特有の前記振幅変調信号が最大化され、残るキラル成分の信号寄与が最小化される方法。
【請求項３５】
キラル混合物を分解する方法であって、
試料セルの中で前記キラル混合物に適用される光のビームを変調するステップと、
前記キラル混合物によって透過される光の前記ビームの部分を第１のビームおよび関連直交ビームに分割するステップと、
前記第１のビーム及び前記関連直交ビームを第１の信号及び関連直交信号に変換するステップと、
前記第１の信号及び前記関連直交信号の差分分析を行い、前記キラル混合物中の所望のキラル種を検出するステップと、を含む方法。
【請求項３６】
前記差分分析実行ステップは、前記第１の信号及び前記関連直交信号を差分によって比較するステップ及び光の前記ビームが選択された位相交差を中心にして変調され、前記所望のキラル種を検出するときに、前記差分比較の光学回転特性を観察するステップをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１の信号及び前記関連直交信号をフィルタにかけて、前記差分分析を向上させるステップをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記差分分析実行ステップは、
前記第１の信号と前記関連直交信号との間のスペクトルの差を決定するステップと、
前記スペクトルの差に基づいて、前記キラル混合物中の前記所望のキラル種を識別するステップと、をさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記変調ステップは、低減した変調幅で光の前記ビームを変調するステップをさらに含み、
前記決定ステップは、前記低減した変調幅に起因する向上した波長弁別によって前記スペクトルの差を観察するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記決定ステップは、選択された位相交差を分析するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記決定ステップは、光の前記ビームが所定のヌルポイントを中心にして変調されるとき、前記第１の信号を分析するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
キラル混合物を維持するための試料セルと、
前記変調光ビームが前記試料セル内の前記キラル混合物に適用される前に、所定の回転角度にわたって光ビームを変調するための変調器と、
前記試料セル内の前記キラル混合物から前記変調光ビームの透過部分を受光し、前記変調光ビームの前記透過部分を複数の関連ビームに分離するプリズムと、
前記関連ビームをそれぞれ受光し、一連の入力信号を生成するための複数の光検出器と、
前記入力信号を比較し、前記入力信号間の差を前記キラル混合物の光学回転に関連付け、前記光学回転に基づき、前記キラル混合物中の所望のキラル種の存在を表示するためのロックイン検出器と、を備えるキラル検出システム。
【請求項４３】
前記変調器は所定のヌルポイントを中心にして前記光ビームを変調し、前記ロックイン検出器は前記光検出器によって観察される相対的な光強度を差分によって比較し、前記キラル混合物の前記光学回転を示す、請求項４２に記載のキラル検出システム。
【請求項４４】
前記入力信号のそれぞれのためのフィルタを備え、前記フィルタのそれぞれはフィルタにかけられる前記入力信号を選択的に増幅するためのプログラム可能な利得増幅器を備え、前記フィルタのそれぞれはディジタルフィルタおよびアナログフィルタのうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項４２に記載のキラル検出システム。
【請求項４５】
キラル混合物中の所望のキラル種を検出するための方法であって、
ビームが前記キラル混合物によって透過された後、変調偏光のビームを第１のビーム及び関連直交ビームに分割するステップと、
前記光が時間に関して変調されるとき、前記第１のビームと前記関連直交ビームとの間の光強度の変化を差分によって観察するステップと、
前記光強度における前記差分による同相モード観察に基づき、別のキラル種から前記所望のキラル種の存在を弁別するステップと、を含む検出方法。
【請求項１】
キラル試料の光学回転の角度を検出する方法であって、
入力光ビームを生成するステップと、
前記入力光ビームを偏光して、直線偏光のビームを得るステップと、
直線偏光の前記ビームを変調して、少なくとも実質的に光の透過の中点付近に変調ビームを生成するステップと、
前記変調ビームを試料溶液の中へ透過させて、信号ビームを発生するステップと、
前記信号ビームを第１の偏光信号ビーム及び第２の偏光信号ビームに分割し、前記第２の偏光信号ビームが前記第１の偏光信号ビームに対して直交するようにするステップと、
前記第１の偏光信号ビーム及び前記第２の偏光信号ビームの光強度を測定するステップと、
前記第１の偏光信号ビーム及び前記第２の偏光信号ビームの前記光強度を第１の信号電圧又は電流及び第２の信号電圧又は電流に変換するステップと、
前記第１の信号電圧又は電流から前記第２の信号電圧又は電流を減算し、前記キラル試料の光学回転の角度の２倍に対応する出力信号電圧又は電流を得るステップと、を含むキラル試料の光学回転の角度を検出する方法。
【請求項２】
前記入力光ビームをフィルタにかけるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の信号電圧又は電流及び前記第２の信号電圧又は電流をフィルタにかけるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記フィルタにかけるステップは、ディジタルフィルタ及びアナログフィルタからなる群のうちの少なくとも１つによって達成される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記フィルタにかけるステップは、前記第１の信号電圧又は電流及び前記第２の信号電圧又は電流を選択的にフィルタにかけ、前記第１の信号電圧又は電流及び前記第２の信号電圧又は電流を選択的に増幅するステップをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記変調ビームを直線偏光するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
フィードバックループを用いて、光源を安定化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記安定化ステップは、
前記入力光ビームを変調して変調入力ビームを生成するステップと、
前記変調入力ビームを偏光して、第１の直線偏光入力ビーム及び第２の直線偏光入力ビームを生じ、前記第１の直線偏光入力ビームが前記試料溶液を通過するステップと、
前記第２の直線偏光入力ビームの前記光強度を測定するステップと、
前記第２の直線偏光入力ビームの前記光強度を入力信号電圧又は電流に変換するステップと、
前記入力信号電圧又は電流を前記入力光ビーム又は前記変調入力ビームから得られた参照信号と比較するステップと、をさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
非キラルの寄与の影響を正規化するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
キラル試料の光学回転の角度を検出するための装置であって、
入力光ビームを生成するための光源と、
前記入力光ビームを直線偏光のビームに変換する偏光子と、
直線偏光の前記ビームを変調して、少なくとも実質的に光の透過の中点付近に変調ビームを生成するようにする変調器と、
前記キラル試料を収容し、その中を前記変調ビームが通過して、信号ビームを生成することができる試料セルと、
前記信号ビームを第１の偏光信号ビーム及び第２の偏光信号ビームに分割し、前記第２の偏光信号ビームが前記第１の偏光信号ビームに対して直交するようにするための検光子と、
前記第１の偏光信号ビームの前記光強度を測定し、前記光強度を第１の信号電圧又は電流に変換するための第１の光検出器と、
前記第２の偏光信号ビームの前記光強度を測定し、前記光強度を第２の信号電圧又は電流に変換するための第２の光検出器と、
前記第１の信号電圧から前記第２の信号電圧又は電流を減算し、前記キラル試料の光学回転の角度に対応する出力信号電圧又は電流を得るための比較回路と、を備えるキラル試料の光学回転の角度を検出するための装置。
【請求項１１】
前記入力ビームをフィルタにかけるためのフィルタをさらに含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記フィルタは、ダイクロイックフィルタ、干渉フィルタ、ショートパスフィルタ、ロングパスフィルタ及び音響光学波長可変フィルタからなる群から選択される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の信号電圧又は電流をフィルタにかけるための第１のフィルタ及び前記第２の信号電圧又は電流をフィルタにかけるための第２のフィルタをさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタは、ディジタルフィルタ及びアナログフィルタからなる群のうちの少なくとも１つである、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１のフィルタは前記第１の信号電圧又は電流を選択的にフィルタにかけて選択的に増幅し、前記第２のフィルタは前記第２の信号電圧又は電流を選択的にフィルタにかけて選択的に増幅する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記変調ビームを直線偏光するための四分の一波長板をさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】
前記四分の一波長板は、石英、雲母及び有機ポリマープラスチックからなる群から選択される材料から構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記入力光ビームを変調して、変調入力ビームを生成するための波長変調器と、
前記変調入力ビームを第１の直線偏光入力ビーム及び第２の直線偏光入力ビームに変換し、前記第１の直線偏光入力ビームが前記試料溶液を通過するようにするための第２の偏光子と、
前記第２の直線偏光入力ビームの前記光強度を測定し、前記光強度を入力信号電圧または電流に変換するための別の光検出器と、
前記入力信号電圧又は電流を前記光源又は前記波長変調器から得た参照信号と比較するための別の比較回路と、を備える源安定化フィードバックループをさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１９】
前記光源は、パルス又は連続である、請求項１０に記載の装置。
【請求項２０】
前記光源は、レーザ、安定化紫外ランプ及びタングステンランプを含む群のうちの１つである、請求項１０に記載の装置。
【請求項２１】
前記安定化紫外ランプ又はタングステンランプは、２００〜１１００ｎｍの波長帯域に及ぶ、請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
前記偏光子は、合成水晶及び天然水晶の両方から構成される、請求項１０に記載の装置。
【請求項２３】
前記偏光子は、グラン・テイラー偏光プリズム、グラン・トンプソン偏光プリズム、ウォラストンプリズム又はロションプリズムである、請求項１０に記載の装置。
【請求項２４】
前記ロションプリズムは、α−ＢＢＯから構成される、請求項２０に記載の装置。
【請求項２５】
前記変調器は、ポッケルスセル又はファラデー変調器である、請求項１０に記載の装置。
【請求項２６】
前記検光子は、偏光ビームスプリッタ、ウォラストンプリズム及びロションプリズムを含む群のうちの１つである、請求項１０に記載の装置。
【請求項２７】
前記ロションプリズムは、α−ＢＢＯから構成される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
前記第１の光検出器および第２の光検出器は、フォトダイオード又は光電子増倍管である、請求項１０に記載の装置。
【請求項２９】
前記フォトダイオードは、平衡型光検出器手段に配置される、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記ロックイン検出器は、正弦波信号又は矩形波信号に基づく、請求項１０に記載の装置。
【請求項３１】
キラル試料の光学回転の角度を検出する方法であって、
入力光ビームを生成するステップと、
前記入力光ビームを偏光して、直線偏光のビームを得るステップと、
磁場によって前記キラル試料を変調して、変調ビームを生成するステップと、
前記変調ビームを試料溶液の中へ透過させて、信号ビームを発生するステップと、
前記信号ビームを第１の偏光信号ビーム及び第２の偏光信号ビームに分割し、前記第２の偏光信号ビームが前記第１の偏光信号ビームに対して直交するようにするステップと、
前記第１の偏光信号ビーム及び前記第２の偏光信号ビームの光強度を測定するステップと、
前記第１の偏光信号ビーム及び前記第２の偏光信号ビームの前記光強度を第１の信号電圧又は電流及び第２の信号電圧または電流に変換するステップと、
前記第１の信号電圧又は電流から前記第２の信号電圧又は電流を減算し、前記キラル試料の光学回転の角度に対応する出力信号電圧又は電流を得るステップと、を含むキラル試料の光学回転の角度を検出する方法。
【請求項３２】
キラル試料の光学回転の角度を検出するための装置であって、
入力光ビームを生成するための光源と、
前記入力光ビームを直線偏光のビームに変換する偏光子と、
前記変調ビームが通過することができ、信号ビームを生成するための試料区画であって、
（ａ）試料セルと、
（ｂ）前記キラル試料を磁場によって変調するための変調手段を備える試料区画と、
前記信号ビームを第１の偏光信号ビーム及び第２の偏光信号ビームに分割し、前記第２の偏光信号ビームが前記第１の偏光信号ビームに対して直交するようにするための検光子と、
前記第１の偏光信号ビームの前記光強度を測定し、前記光強度を第１の信号電圧又は電流に変換するための第１の光検出器と、
前記第２の偏光信号ビームの前記光強度を測定し、前記光強度を第２の信号電圧又は電流に変換するための第２の光検出器と、
前記第１の信号電圧又は電流から前記第２の信号電圧又は電流を減算し、前記キラル試料の光学回転の角度に対応する出力信号電圧又は電流を得るためのロックイン回路と、を備えるキラル試料の光学回転の角度を検出するための装置。
【請求項３３】
前記変調手段は、ソレノイドコイルである、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
キラル混合物を分解する方法であって、
高い周波数変調で前記キラル混合物の前記光学回転分散を決定するステップと、
前記混合物中の各キラル成分の前記光学回転分散を決定するステップと、
（ａ）第１のキラル成分に関して前記光学回転分散におけるゼロ交差にわたって正弦波によって前記波長を走査し、
（ｂ）前記第１のキラル成分によって生成された前記波長変調を振幅変調に変換することによって、
前記キラル混合物中の各個別のキラル成分に特有の信号を生成するステップと、を含み、
前記第１のキラル成分に特有の前記振幅変調信号が最大化され、残るキラル成分の信号寄与が最小化される方法。
【請求項３５】
キラル混合物を分解する方法であって、
試料セルの中で前記キラル混合物に適用される光のビームを変調するステップと、
前記キラル混合物によって透過される光の前記ビームの部分を第１のビームおよび関連直交ビームに分割するステップと、
前記第１のビーム及び前記関連直交ビームを第１の信号及び関連直交信号に変換するステップと、
前記第１の信号及び前記関連直交信号の差分分析を行い、前記キラル混合物中の所望のキラル種を検出するステップと、を含む方法。
【請求項３６】
前記差分分析実行ステップは、前記第１の信号及び前記関連直交信号を差分によって比較するステップ及び光の前記ビームが選択された位相交差を中心にして変調され、前記所望のキラル種を検出するときに、前記差分比較の光学回転特性を観察するステップをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１の信号及び前記関連直交信号をフィルタにかけて、前記差分分析を向上させるステップをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記差分分析実行ステップは、
前記第１の信号と前記関連直交信号との間のスペクトルの差を決定するステップと、
前記スペクトルの差に基づいて、前記キラル混合物中の前記所望のキラル種を識別するステップと、をさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記変調ステップは、低減した変調幅で光の前記ビームを変調するステップをさらに含み、
前記決定ステップは、前記低減した変調幅に起因する向上した波長弁別によって前記スペクトルの差を観察するステップをさらに含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記決定ステップは、選択された位相交差を分析するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
前記決定ステップは、光の前記ビームが所定のヌルポイントを中心にして変調されるとき、前記第１の信号を分析するステップをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
キラル混合物を維持するための試料セルと、
前記変調光ビームが前記試料セル内の前記キラル混合物に適用される前に、所定の回転角度にわたって光ビームを変調するための変調器と、
前記試料セル内の前記キラル混合物から前記変調光ビームの透過部分を受光し、前記変調光ビームの前記透過部分を複数の関連ビームに分離するプリズムと、
前記関連ビームをそれぞれ受光し、一連の入力信号を生成するための複数の光検出器と、
前記入力信号を比較し、前記入力信号間の差を前記キラル混合物の光学回転に関連付け、前記光学回転に基づき、前記キラル混合物中の所望のキラル種の存在を表示するためのロックイン検出器と、を備えるキラル検出システム。
【請求項４３】
前記変調器は所定のヌルポイントを中心にして前記光ビームを変調し、前記ロックイン検出器は前記光検出器によって観察される相対的な光強度を差分によって比較し、前記キラル混合物の前記光学回転を示す、請求項４２に記載のキラル検出システム。
【請求項４４】
前記入力信号のそれぞれのためのフィルタを備え、前記フィルタのそれぞれはフィルタにかけられる前記入力信号を選択的に増幅するためのプログラム可能な利得増幅器を備え、前記フィルタのそれぞれはディジタルフィルタおよびアナログフィルタのうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項４２に記載のキラル検出システム。
【請求項４５】
キラル混合物中の所望のキラル種を検出するための方法であって、
ビームが前記キラル混合物によって透過された後、変調偏光のビームを第１のビーム及び関連直交ビームに分割するステップと、
前記光が時間に関して変調されるとき、前記第１のビームと前記関連直交ビームとの間の光強度の変化を差分によって観察するステップと、
前記光強度における前記差分による同相モード観察に基づき、別のキラル種から前記所望のキラル種の存在を弁別するステップと、を含む検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公表番号】特表２００７−５２５６５８（Ｐ２００７−５２５６５８Ａ）
【公表日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３４４３１（Ｐ２００６−５３４４３１）
【出願日】平成１６年１０月１２日（２００４．１０．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３３３９９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３６２１５
【国際公開日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（５０４４６９８５７）ステノ コーポレイション (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１２日（２００４．１０．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０３３３９９
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０３６２１５
【国際公開日】平成１７年４月２１日（２００５．４．２１）
【出願人】（５０４４６９８５７）ステノ コーポレイション (3)
【Ｆターム（参考）】
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