分光光度計

【課題】１マイクロリットル程度の極微量試料のための試料容器であって、容易の洗浄可能な構造を有する試料容器を実現する。
【解決手段】試料容器３は透明ガラス板１０と１２とを黒色ガラス板１１を間にして貼り合わせて構成される。黒色ガラス板１１をくりぬいた部分と透明ガラス板１０、１２とで試料槽１３を構成する。試料槽１３の下には試料槽底部１４を設け、試料槽底部１４には穴１７が形成される。穴１７の下には隙間１５があり、穴１７を通して試料槽１３に連通している。透明ガラス板１０には隙間１５に対応する位置に穴１６が形成され、穴１７、隙間１５、穴１６により排出口が形成される。試料槽１３に収容された試料液は表面張力によって試料槽１３から穴１７に浸入することはない。試料槽１３に収容された試料液を排出する場合は試料槽１３に流体を表面張力に打ち勝つ程度の圧力により試料槽１３供給する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光光度計に係わり、特に１マイクロリットル程度の超微量試料を測定するに最適な試料容器を備えた分光光度計に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶液中の化学物質（試料）の濃度あるいは量を測るのに、分光光度計を用いて光学的に計測することがしばしば行われている。これは、試料がある特定の波長の光を吸収する特性を持つとき、その吸収量は試料の濃度と光の透過する光路の長さに比例するという原理に基づいている。
【０００３】
ここで、核酸や蛋白質を計測するバイオの分野においては、試料は生体からの抽出によって得られるので、微量にしか得られない場合が多い。また、例えば、ＤＮＡ純度検定と呼ばれる測定は、例えば質量分析などを主目的とする測定の前に、試料の調製を確認するために行われる予備的な測定であるが、それに提供する試料は、本来の測定目的ではないので、できるだけ少ないことが望まれている。
【０００４】
そのような場合、試料容器の断面積を小さくすると同時に、光路の長さを短くして試料容器の容量を極限まで小さくすることが行われる。
【０００５】
特許文献１には、そのような極限まで容量を小さくした試料容器について記載され、試料容器の試料注入口を漏斗状にすることにより、試料注入／容器洗浄が容易な１〜５０マイクロリットルの微量試料容器を提供している。
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の試料容器は、通常、石英ガラスを使った高価なものなので、使い捨てにはできず、使用後には洗浄して再利用する。しかしながら、１マイクロリットル程度の試料液用に試料容器の形状が小さくすると、この測定後の洗浄が困難であり、測定作業の効率を悪化させている。
【０００７】
そこで、特許文献２は、試料容器を使わないで上記のような極微量試料を測定する技術が記載されている。つまり、光源及び検知器に接続された２つの光ファイバーの上下測定面の間に試料液体を挟み込み、表面張力によって試料を柱状に保ったものに光を通して分光計測を行うものである。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１８０３５２号公報
【特許文献２】米国特許第６，６２８，３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２記載の技術にあっては、試料容器を使わないので洗浄の手間は省ける反面、表面張力のみに頼るため、試料形状に不安定さがあり、測定の再現性に欠ける可能性がある。また、試料容器を使用しないため、貴重な試料が蒸発したり、溶媒が蒸発する可能性もある。さらに、試料が接触するファイバーの測定面に測定者が接触する可能性があり、測定精度に影響を及ぼすことも考えられる。
【００１０】
このため、１マイクロリットル程度の極微量試料を安定して、再現性良く測定するためには、特許文献２に記載のような方法ではなく、試料を試料容器に入れて測定することが望ましい。
【００１１】
しかしながら、１マイクロリットル程度の試料のための容器の内寸法は、例えば、１ｍｍ×１ｍｍ×１ｍｍであり、超小型である。このため、従来においては、極微量試料の測定後、残留試料が無く、光透過窓の汚れが無いように、超小型容器内部を洗浄することは、非常に困難であった。
【００１２】
例えば、バイオの分野において、試料が微量でも残ると、次の測定時に新たに注入した試料を汚染し、正確な測定を阻害することになる。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、１マイクロリットル程度の極微量試料のための試料容器であって、容易の洗浄可能な構造を有する試料容器及びそれを備えた分光光度計に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の分光光度計は、光源と、光源から放射された光を集光し光束を作る集光手段と、照射された光束を波長に応じて分散させる分光手段と、光を検知する光検知手段とを有する。
【００１５】
そして、本発明の分光光度計は、集光手段と分光手段との間又は上記分光手段と光検知手段との間に、配置される試料容器と、この試料容器の洗浄手段を備え、この試料容器は、その下部に排出口が形成されていると共に、上記試料槽は試料槽上部と試料槽底部とを有し、この試料槽底部には、上記排出口と連通し、上記試料槽の上部開口断面積より小さい開口断面積を有する連通孔が形成されている。
【００１６】
洗浄手段は、試料容器に、洗浄液又は気体を通流することにより試料槽内の試料を試料容器外部に排出し、試料槽を洗浄する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、１マイクロリットル程度の極微量試料のための試料容器であって、容易の洗浄可能な構造を有する試料容器を備えた分光光度計を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
本発明の分光光度計の概念構造を図１に示す。図１において、光源１で放射された光は集光ミラー２で集光され、細いビーム（光速）となって試料容器３の中にある試料４を照射する。試料４を透過した光は、試料容器３の近傍に設けられたスリット５に入射する。
【００２０】
スリット５、凹面回折格子６および光検知器７は分光器を構成しており、スリット５に入射した光を波長に応じて分散させて光検知器７の上に結像させる。このようにして、試料４を透過した光のスペクトルが光検知器７の上に得られる。
【００２１】
光検知器７は、ダイオードアレーになっており、試料４に関するスペクトルもしくは単一波長の光情報を取り出す。ここで、光検知器７として単一の光検知器を使用する場合には凹面回折格子６を回転させることでスペクトル情報を得るものであってもかまわない。
【００２２】
試料容器３には洗浄液供給機構８が接続されており、測定終了後に洗浄液を洗浄液供給機構８から試料容器３に供給し、試料容器３の中にある試料４を廃液槽９に排出し、この試料容器３内の洗浄を行なう。続いて、洗浄液供給機構８から空気を試料容器３に流す事で試料容器３内を乾燥させる。
【００２３】
試料容器３の構造を図２に示す。図２の［Ａ］に試料容器３の外観を示し、図２の［Ｂ］にその構成について分解して示している。
【００２４】
図２から明らかなように、試料容器３は透明ガラス板１０と１２とを黒色ガラス板（有色ガラス板）１１を間にして、互いに貼り合わせて（又は接合して）構成されている。それぞれのガラス板１０〜１２の厚みは１ｍｍを例とすることができるが、それに限るものではない。
【００２５】
透明ガラス板１０と１２とは、光の入射、出射窓を構成している。そして、黒色ガラス板１１をくりぬいた部分と、透明ガラス板１０、１２とで試料槽１３を構成している。ガラス板１１のくりぬき部分の幅は１ｍｍ、深さも１ｍｍに構成しているので、黒色ガラス板１１の厚みは１ｍｍであるので、試料槽１３の容量は１マイクロリットルである。
【００２６】
図２の［Ａ］に示したＸ−Ｘ'、およびＹ−Ｙ'線に沿った断面を図２の［Ｃ］及び図２の［Ｄ］に示す。図２の［Ｂ］〜［Ｄ］に示すように、試料槽１３は試料槽上部と試料槽底部とを有し、試料槽底部１４には穴（連通孔）１７が形成されている。
【００２７】
また、穴１７の下には隙間（排出口）１５があり、穴１７を通して試料槽１３に連通している。透明ガラス板１０には隙間１５に対応する位置に穴１６（排出口用開口）が形成され、穴１７、隙間１５、穴１６により排出口が形成されている。また、試料槽上部１８は漏斗形形状とし、試料を注入し易くしている。
【００２８】
そして、穴１７は、試料槽上部１８の開口断面積より小さい開口断面積を有する。つまり、穴１７は、直径０．３ｍｍ程度の微細な穴である。試料槽１３に収容された試料液は、その表面張力によって試料槽１３から穴１７に浸入することはない。ただし、このような微細な穴１７では毛細管現象で試料が流出することが考えられるが、試料槽底部１４に疎水性の材料（例えばテフロン（登録商標））を採用することにより、試料槽１３内の試料が毛細管現象で穴１７から流出することを防いでいる。
【００２９】
また、試料槽１３に収容された試料液を、この試料槽１３から排出する場合は、試料槽に流体を、表面張力に打ち勝つ程度の圧力により試料槽１３供給することにより（または、穴１６から吸引することにより）、穴１７、隙間１５、穴１６を介して排出することができる。
【００３０】
試料洗浄部８の構成を図３に示す。図３において、試料容器３には試料容器蓋１９が密着しており、試料容器蓋１９には管２０を介してバルブ２１（Ｖ１）とバルブ２２（Ｖ２）とが接続されている。そして、バルブ２１には洗浄液タンク２３が接続されており、バルブ２２には空気タンク２４が接続されている。洗浄液タンク２３と空気タンク２４とはそれぞれポンプ２５に接続されている。また、試料容器３の試料排出口である穴１６は管２６を介して廃液びん２７に連絡している。タンク２４に収容される気体は空気以外の気体とすることもできる。
【００３１】
図４は、洗浄の動作を示すタイムチャートである。図４において、Ｖ１、Ｖ２と記したチャート２８と２９は、それぞれ、バルブ２１（Ｖ１）とバルブ２２（Ｖ２）の開閉状態を示しており、試料容器と記したチャート３０は試料槽１３内の試料あるいは洗浄液の量を示している。
【００３２】
洗浄を始める前の試料槽１３には、通常では、直前で測定された試料で満たされており、バルブ２１（Ｖ１）とバルブ２２（Ｖ２）は共に閉じられている。そして、管２０の内部には前回の洗浄動作により空気が残留している。
【００３３】
試料槽１３の洗浄／乾燥の動作は次のように行なわれる。
【００３４】
測定が終わって、洗浄開始の指令がなされると、時点ｔ１にて、バルブ２１（Ｖ１）が開く。すると、ポンプ２５が加える圧力の作用により、まず、管２０の内部にある空気が試料槽１３内の試料を押し出して、穴１７、隙間１５、穴１６を介して廃液びん２７に排出する。
【００３５】
続いて、時点ｔ２にて、試料槽１３には洗浄液タンク２３より洗浄液が流入する。時点ｔ３となっても、バルブ２１（Ｖ１）を開けておくことにより、洗浄液が試料槽１３を満たし、さらには廃液びん２７に流出することで試料槽１３が洗浄される。
【００３６】
時点ｔ３から一定時間の後の時点ｔ４となると、バルブ２１（Ｖ１）は閉じられ、代わってバルブ２２（Ｖ２）が開けられる。すると、バルブ２２（Ｖ２）を通して試料槽１３には空気が入り込み、中の洗浄液を、穴１７、隙間１５、穴１６を介して廃液びん２７に排出する。
【００３７】
時点ｔ５となっても、バルブ２２（Ｖ２）を開けておくことにより、試料槽１３を空気が流れ、試料槽１３を乾燥させる。
【００３８】
一定時間の後の時点ｔ６となると、バルブ２２（Ｖ２）は閉じられ、洗浄動作が終了する。
【００３９】
なお、この実施例においては、洗浄開始の合図は、例えば操作者が押しボタンを押すことによって与えられる。その後は、装置の動作制御部が自動的に試料の排出、試料容器の洗浄／乾燥を実行するので、操作者の手間をかけずに、また、試料容器のサイズによらずに、適切に試料容器３を洗浄することができる。
【００４０】
また、バルブ２１（Ｖ１）とバルブ２２（Ｖ２）を開いている時間は固定で構わないが、調製可能であることが望ましい。
【００４１】
図５は、試料の試料槽１３への注入法を示す図である。図５において、試料容器蓋１９は試料容器３から外せる構造になっており、試料注入時には試料容器蓋１９を外して試料槽１３をオープンにし、操作者はピペット３１で試料を直接試料槽１３に注入することができる。
【００４２】
以上のように、本発明の第１の実施形態においては、試料容器３を、試料槽１３と、この試料槽１３の底部に連通する細孔である穴１７と、この穴１７に連通し、穴１７より開口面積が大の隙間１５と、この隙間１５に連通する排出用の穴１６とを形成している。そして、穴１７は、一定以上の圧力が加わらない状態であれば、試料槽１３に収容された試料液が流出しないように、表面張力が作用する開口面積となっている。
【００４３】
したがって、複雑な試料排出、洗浄液吸入排出機構を必要とすることなく、簡単な構造で、試料の収納、排出、洗浄が可能となり、１マイクロリットル程度の極微量試料のための試料容器であって、容易の洗浄可能な構造を有する試料容器及びこの試料容器を備えた分光光度計を実現することができる。
【００４４】
また、図３に示すように、ポンプ２５、バルブ２１、２２、配管２０、蓋１９を備えるように構成すれば、試料容器３の洗浄、乾燥を自動的に実行することが可能となる。
【００４５】
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態の説明図である。
【００４６】
この第２の実施形態においては、試料容器３の構造は第１の実施形態と同等であり、試料容器３には試料容器蓋１９が密着していること、試料容器蓋１９には管２０を介してバルブ２１（Ｖ１）とバルブ２２（Ｖ２）が接続されていること、バルブ２１には洗浄液タンク２３が接続されていること、試料容器３の試料排出口である穴１６は管２６を介して廃液びん２７に連絡されていること等も、第１の実施形態と同じである。
【００４７】
この第２の実施形態においては、洗浄液が揮発性の場合、揮発ガスの大気への流出を防止するために、チェック弁３３を設けている。第１の実施形態と、第２の実施形態との相違点は、ポンプ３２が穴１６の排出側の管２６に接続されていることである。これにより、試料の排出および洗浄液の供給はポンプ３２による吸引で行われる。
【００４８】
バルブ２１（Ｖ１）とバルブ２２（Ｖ２）の制御による洗浄動作は図４に示したタイムチャートと全く同じである。また、試料注入時に試料容器蓋１９は試料容器３から外せる構造になっており、試料注入時には試料容器蓋１９が外れて、操作者はピペット３１で試料を直接試料槽１３に注入することができることも図５の場合と同じである。
【００４９】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果が得られる他、試料の排出及び洗浄液の供給はポンプ３２による吸引で行われるから、試料槽１３及びその周辺の配管系は負圧になり、大気圧は試料容器蓋１９と試料容器３とを密着させる働きをするので、機構系を簡略化できる効果がある。
【００５０】
(第３の実施形態)
次に、洗浄の制御方法が上記の第１、第２の実施形態と異なる、本発明の第３の実施形態を説明する。試料容器の構造や装置構成は、第１の実施形態または第２の実施形態と同等である。
【００５１】
第３の実施形態は、洗浄の制御、すなわちバルブ２１（Ｖ１）の開閉を、実際に試料濃度を吸光度によってモニターし、濃度が十分にゼロに達したことを確認して洗浄を停止することにより行うものである。
【００５２】
その場合、洗浄の目的は試料槽１３に残る試料を洗い流すことにあるので、洗浄の完了は試料濃度がゼロになることで判断できるが、それだけでは不十分である。
【００５３】
つまり、図４のタイムチャートの時点ｔ１に示す状態にように、試料排出時に試料槽１３が空になり得ることがあるからであり、その時点で試料濃度ゼロと判断される場合が考えられるからである。
【００５４】
そのため、洗浄の完了は試料濃度がゼロになると共に、洗浄液が試料槽１３内にあることで判断している。
【００５５】
図７は、洗浄動作フローチャートである。
【００５６】
図７において、バルブＶ１を開き、光検知器７で波長λ１の吸光度Ａ１を読む。そして、吸光度Ａ１から試料濃度Ｎ１を求める。そして、ステップ３４で、求めた試料濃度がゼロになっているか否かを判断し、ゼロとなっていなければ、光検知器７のモニターに戻る。
【００５７】
ステップ３４で、試料濃度はゼロと判断すると、次に、波長λ２の吸光度Ａ２を読み、洗浄液濃度Ｎ２を求める。そして、ステップ３５で、洗浄液濃度Ｎ２が洗浄液の存在を判定する基準値ｄＮ２より大か否かを判断する。
【００５８】
洗浄液濃度Ｎ２が基準値ｄＮ２より大でなければ、光検知器７のモニターに戻る。ステップ３５で、洗浄液濃度Ｎ２が基準値ｄＮ２より大であれば、洗浄液が存在し、かつ、試料濃度がゼロであると判断でき、ステップ３６で洗浄を終了し乾燥作業に移る。そして、ステップ３７で乾燥時間の経過を確認して洗浄作業を終了する。
【００５９】
本発明の第３の実施形態によれば、第１又は第２の実施形態と同様な効果が得られる他、洗浄は実際に試料濃度がゼロになるまで実行するので、洗浄時間と洗浄液の消費を必要最小限におさえつつ、確実に試料槽１３を洗浄することができるという効果がある。
【００６０】
（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の実施形態を示す図である。
【００６１】
本発明の第４の実施形態においては、図３に示した試料洗浄部の構成に加え、空気タンク２４にヒーター３６を設け、乾燥に用いる空気を加熱できるようにしている。他の構成は、第１の実施形態と同等となっている。
【００６２】
本発明の第４の実施形態によれば、加熱した高温空気で試料容器３を乾燥させることができるので、乾燥時間を短縮できる効果がある。
【００６３】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態は、第１〜第４の実施形態における試料容器３、洗浄機構８を備えるが、試料容器３は、分光器６と光検知器７との間に配置されている。この第５の実施形態においても、第１〜第４の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００６４】
なお、図示は省略したが、光検知器７からの出力信号に従った、試料濃度の算出、洗浄機構８の動作制御は、分光光度計に備えられた制御手段により実行される。
【００６５】
以上述べたように、本発明は、複雑な排出機構を形成することなく、自動的に試料容器内の液体試料を排除し、試料容器の洗浄／乾燥をすることができ、操作者の手をわずらわすことなく、試料容器の大きさにはかかわり無く適切な洗浄がおこなわれ、試料の汚染のない正確な測定が容易に得られる分光光度計を提供するので、広く分光光度計に利用できる。
【００６６】
特に、１マイクロリットル程度の微量試料を扱う分光光度計に効果的に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明が適用される分光光度計全体の概略構成図である。
【図２】本発明の試料容器の構造を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における洗浄系の構成を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における洗浄・乾燥を実施するタイムチャートである。
【図５】本発明における試料注入を示す説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における洗浄系の構成を示す説明図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における洗浄・乾燥の動作フローチャートである。
【図８】本発明の第４の実施形態における洗浄系の構成を示す説明図である。
【図９】本発明の第５の実施形態における分光光度計の概略構成図である。
【符号の説明】
【００６８】
１光源
２集光ミラー
３試料容器
４試料
５スリット
６凹面回折格子
７光検知器
８洗浄液供給機構
９廃液びん
１０、１２透明ガラス板
１１黒色ガラス板
１３試料槽
１４試料槽底部
１５隙間
１６、１７穴
１８試料槽上部
１９試料容器蓋
２０、２６管
２１、２２バルブ
２３洗浄液タンク
２４空気タンク
２５ポンプ
２７廃液びん
３１ピペット
３２ポンプ
３３チェック弁
３８ヒーター

【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、この光源から放射された光を集光し光束を作る集光手段と、照射された光束を波長に応じて分散させる分光手段と、光を検知する光検知手段とを有する分光光度計において、
上記集光手段と分光手段との間又は上記分光手段と光検知手段との間に配置され、液体試料を収容し、収容した液体試料に照射された光束を通過させる試料槽を有する試料容器と、
上記試料容器に、洗浄液又は気体を通流することにより試料槽内の試料を試料容器外部に排出し、試料槽を洗浄する洗浄手段と、
を備え、上記試料容器は、その下部に排出口が形成されていると共に、上記試料槽は試料槽上部と試料槽底部とを有し、この試料槽底部には、上記排出口と連通し、上記試料槽の上部開口断面積より小さい開口断面積を有する連通孔が形成されていることを特徴とする分光光度計。
【請求項２】
請求項１記載の分光光度計において、上記試料容器は、試料槽を覆う試料容器蓋を有し、この試料容器蓋には排出用気体又は洗浄液を注入する注入口が形成されていることを特徴とする分光光度計。
【請求項３】
請求項１記載の分光光度計において、上記洗浄手段は、気体を試料容器に注入する事により、試料容器中の試料を排出し、続いて洗浄液を試料容器に注入して試料容器内部を洗浄した後、乾燥用の気体を試料容器に注入して試料容器内を乾燥させることを特徴とする分光光度計。
【請求項４】
請求項２記載の分光光度計において、上記洗浄手段は、上記試料容器の排出口から試料、気体又は洗浄液を吸引する手段を備え、上記試料容器に洗浄液を供給しながら上記吸引手段により液体試料及び洗浄液を吸引することにより液体試料の排除と試料容器の洗浄を行った後、洗浄液の試料容器への供給を停止して気体を上記吸引手段により吸引することで試料容器の乾燥を行うことを特徴とする分光光度計。
【請求項５】
請求項２記載の分光光度計において、上記試料容器蓋は開閉可能であることを特徴とする分光光度計。
【請求項６】
請求項１記載の分光光度計において、上記試料容器の試料槽底部の材質は、毛細管現象による液体試料の流出を防止する疎水性の材質であることを特徴とする分光光度計。
【請求項７】
請求項１記載の分光光度計において、上記洗浄手段は、光検知手段により検知された光から上記試料槽内の液体の吸光度を求めて、試料残留濃度を算出する手段を備え、試料容器への洗浄液の通流を、上記残留濃度がほぼゼロとなったときに停止することを特徴とする分光光度計。
【請求項８】
請求項３記載の分光光度計において、上記洗浄手段は、気体の加熱手段を有し、乾燥用の気体を加熱した後に、試料容器に注入して試料容器内を乾燥させることを特徴とする分光光度計。
【請求項９】
分光光度計に用いられ、液体試料を収容し、収容した液体試料に照射された光束を通過させる試料槽を有する液体試料容器において、
上記液体試料容器は、その下部に排出口が形成されていると共に、上記試料槽は試料槽上部と試料槽底部とを有し、この試料槽底部には、上記排出口と連通し、上記試料槽の上部開口断面積より小さい開口断面積を有する連通孔が形成されていることを特徴とする液体試料容器。
【請求項１０】
請求項９記載の液体試料容器において、上記試料槽底部の材質は、毛細管現象による液体試料の流出を防止する疎水性の材質であることを特徴とする液体試料容器。
【請求項１１】
請求項９記載の液体試料容器において、上記試料槽を覆う試料容器蓋を備えることを特徴とする液体試料容器。
【請求項１２】
請求項９記載の液体試料容器において、この液体試料容器は、
上記試料槽上部を形成する試料槽用開口と、上記試料槽底部の連通孔を形成する連通孔用開口と、上記排出口を形成する排出口用開口とが形成された有色ガラス板と、
第１の透明ガラス板と、
上記有色ガラス板に形成された排出口用開口に対応する位置に、排出口用開口は形成された第２の透明ガラスと、
を備え、上記有色ガラス板を間にして、上記第１の透明ガラス板及び第２の透明ガラス板とが接合されていることを特徴とする液体試料容器。

【図１】