CN101802593B - 分光测量用压片、其制造方法和分光测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种分光测量用压片、其制造方法和分光测量方法，分光测量用压片(4)具有在通过压缩成形而成的透光性材料的第1粉末(41)中分散混入有具有亲水性的非水溶性的第2粉末(42)的结构。分光测量用试样(40)例如为粉末状，被分散混入第1粉末(41)和第2粉末(42)中。试样(40)是水合物的情况下，第2粉末(42)发挥促进试样(40)脱水的作用，能够提前得到试样(40)的水合状态消失状态下的稳定的光谱数据，其结果，能提前且准确地进行试样(40)的识别等处理。
Description
技术领域
本发明涉及在对希望的试样进行分光测量时用于保持该试样的分光测量用压片、该分光测量用压片的制造方法和使用了该分光测量用压片的分光测量方法。
背景技术
例如，在红外分光法中，如在专利文献1、2上记载那样，经常使用KBr(溴化钾)压片法。在该KBr压片法中，首先使希望的固体试样以粉末或薄膜的形态保持在对溴化钾的粉末进行压缩成形而成的压片(pellet)中。接着，对上述被压缩成形而成的压片照射光，得到其透射或吸收光谱。为了使溴化钾良好地透射波数为500cm-1以上的红外光，优选以该频带进行分光测量。在进行包括波数为250cm-1以上的频带的分光测量的情况下，经常使用碘化铯作为压片的材料。
另一方面，这些年来，利用比上述的250cm-1的频带更低波数区域的兆兆赫波的分光测量成为焦点，正在进行其研究。一般认为，通过该兆兆赫波分光，能够检测因分子间相互作用、氢键和范德瓦尔斯力而引起的吸收，能够得到通过其他的波数区域的分光法而无法得到的特有的信息。但是，在利用这样的低波数区域的兆兆赫波的情况下，溴化钾和碘化铯的透光性低。
因此，在以往进行兆兆赫波分光的情况下，实际上使用将聚乙烯的粉末压缩成形而成的压片。使用聚乙烯的压片情况与使用溴化钾、碘化铯的压片情况相比，兆兆赫波的透光度高，得到适当的光谱数据，从这方面来看是好的。
不过，在使用上述的聚乙烯的压片的情况下，存在如下所述的问题。
将葡萄糖(glucose)作为一个例子，作为该葡萄糖的形态，有结合有水分子的水合物的形态和不结合有水分子的无水物的形态。在被分光测量的试样是葡萄糖的水合物的情况下，受到水分子的影响，能够得到与无水物的情况不同的光谱。由于兆兆赫波容易受到水分子的影响，所以在该频带中的水合物和无水物的光谱的差别更加明显。
如从上述的葡萄糖的例子所理解地那样，即使基本上是同一种物质，通过该物质是水合物或是无水物，也能得到不同的光谱数据。此外，即使试样均是水合物，也会因为其水分含量的差而导致光谱数据仍然不同。这样，基于光谱数据识别试样时的处理复杂化、困难化。所以，希望能够较好地解决该问题。
专利文献1：日本特开平5-232018号公报
专利文献2：日本特开平11-166891号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够解决或抑制上述那样的问题点的分光测量用压片、该分光测量用压片的制造方法和分光测量方法。
为了解决上述的课题，在本发明中，说明以下的技术方案。
由本发明的第1技术方案所提供的分光测量用压片是具有对透光性材料的第1粉末压缩成形而成的结构，用于保持分光测量对象的试样，其特征在于，在上述第1粉末中分散混入有具有亲水性的非水溶性的第2粉末。
优选上述试样是粉末状的固体且被分散混入在上述第1粉末和第2粉末中。
优选上述试样是薄膜状的固体，上述第1粉末和第2粉末包围上述试样的周围。
优选在上述试样是溶液的情况下，本发明的分光测量用压片能够通过使该溶液进入上述第1粉末和第2粉末之间和在压片表面部接受上述溶液中的至少一方式保持上述溶液。
优选使用聚乙烯或聚丙烯等烯烃类树脂的粉末和氟化乙烯等氟树脂的粉末中的至少一方作为上述第1粉末。
优选使用二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、碳酸钙和滑石中的至少1种以上的粉末作为上述第2粉末。
优选上述第2粉末的平均粒径小于上述第1粉末的平均粒径。
由本发明的第2技术方案所提供的分光测量方法，其包括对保持有试样的分光测量用压片照射光的工序和检测上述分光测量用压片的透射光、求出上述试样的规定频带的透射或吸收光谱的数据的工序，其特征在于，使用压缩成形透光性材料的第1粉末而成、且在上述第1粉末中分散混入具有亲水性的非水溶性的第2粉末的压片作为上述分光测量用压片。
优选本发明的分光测量方法在上述试样被判断是无水物的状态下，还包括对上述分光测量用压片内供给水分，之后求出上述试样的透射或吸收光谱的数据的工序。
由本发明的第3技术方案所提供的分光测量用压片的制造方法，其特征在于，包括：混合透光性材料的第1粉末和具有亲水性的非水溶性的第2粉末的工序；压缩成形上述被混合的第1粉末和第2粉末的工序。
下面，参照附图并根据发明的实施方式更加详细地说明本发明的其他的特征和优点。
附图说明
图1是表示本发明的分光测量用压片的一个例子的立体图。
图2是示意性地表示本发明的分光测量方法所使用的分析装置的一个例子的说明图。
图3是表示本发明的对比例的实验数据的图。
图4是表示本发明的实验例1的数据的图。
图5是表示本发明的实验例2的数据的图。
图6是表示本发明的实验例3的数据的图。
图7是表示本发明的实验例4的数据的图。
图8是表示本发明的实验例5的数据的图。
图9是表示本发明的实验例6的数据的图。
图10是表示本发明的实验例7的数据的图。
图11是表示本发明的实验例8的数据的图。
图12是表示本发明的分光测量用压片的另一例子的剖视图。
图13是表示本发明的实验例9的数据的图。
具体实施方式
以下，参照附图具体地说明本发明的优选的实施方式。
图1表示应用本发明的分光测量用压片的一个例子。本实施方式的分光测量用压片4具有以下结构，即，在作为主要原料的聚乙烯的粉末41中混入二氧化硅(SiO2)的粉末42和粉末状的试样40，且将它们压缩成形为厚度1～2mm左右的扁平圆板状。
聚乙烯的粉末41相当于本发明所述的第1粉末的一个例子，其是疏水性的粉末，作为试样40的稀释材料发挥作用。优选该聚乙烯的粉末41的粒子直径是微小的。之所以这样，是因为粒子直径越小，成为误差主要原因的兆兆赫波的散射光量越少，越能准确地测量兆兆赫波的吸收率。粉末41的平均粒径例如是35μm以下。
二氧化硅的粉末42相当于本发明所述的第2粉末的一个例子，其具有亲水性，且是非水溶性的粉末。该二氧化硅的粉末42是发挥使试样40脱水作用的粉末，与聚乙烯的粉末41相同地优选粒子直径小。更优选二氧化硅的粉末42的平均粒径比聚乙烯的粉末41的平均粒径还小。使恒定量的二氧化硅的粉末42混入聚乙烯的粉末41中的情况下，与二氧化硅的粉末42的粒子直径大的情况相比，当粒子直径小时恒定量的二氧化硅的粉末42整体的表面积变大，能够提高试样40的脱水效果。这也意味着能够减少二氧化硅的粉末42混入压片4内的量。若减少二氧化硅的粉末42的混入量，则由该粉末42对兆兆赫波的吸收量也减少，所以能够提高压片4整体的光的透射率。能够使用各种材料作为试样40。试样40例如是使用玛瑙乳钵将其粉碎并粉末化而形成的。
分光测量用压片4能够通过混合上述的聚乙烯的粉末41、二氧化硅的粉末42和被粉末化了的试样40，且利用片剂成形器对上述的聚乙烯的粉末41、二氧化硅的粉末42和被粉末化了的试样40进行加压而制造的。聚乙烯的粉末41和二氧化硅的粉末42的混合重量比例如是80∶20～60∶40左右。此外，粉末41、42的合计和试样40的混合重量比是100∶3左右。但是，在本发明中，不限于这样的混合比。
在使用分光测量用压片4进行分光测量的情况下，能够使用以往已知的分光测量装置，例如使用如图2所示那样的分光测量装置SP。该分光测量装置SP是傅立叶变换分光光度计，能够进行兆兆赫波频带中的分光测量。该分光测量装置SP包括光源10、干涉仪11、试样室12、检测器13、A/D转换器14、计算机15和显示装置16。
光源10例如发出包括3～630cm-1的频带的光。干涉仪11例如是迈克尔逊干涉仪，利用分束器110将从光源10行进来的光分成透射光和反射光。透射光在分束器110和固定镜111之间往返之后，朝向试样室12行进。相对于此，反射光在分束器110和移动镜112之间往返之后，朝向试样室12行进。移动镜112在驱动装置113的驱动下，沿上述反射光的光轴方向移动。由此，上述的透射光和反射光产生光路差，合成透射光和反射光时，上述两者成为干涉光。在试样室12中安置有上述的分光测量用压片4。检测器13检测从干涉仪11照射到试样室12中并透过分光测量用压片4的干涉光。该检测信号由A/D转换器14进行AD转换之后被输入到计算机15中。计算机15能够将该输入信号进行傅立叶变换，并求出透过光谱的数据，使该波形显示于显示装置16。该计算机15例如将各种物质的光谱的数据作为程序库所有，能通过对照该程序库的数据和试样40的光谱的数据(除了作为背景的聚乙烯的粉末41和二氧化硅的粉末42的光谱之外的数据)，进行试样的识别处理等。
接着，说明分光测量用压片4的作用。
二氧化硅的粉末42是亲水性的，在其表面具有亲水基。因此，在试样40是具有水分子的键构造的水合物的情况下，该水分子的键构造被解除，产生水分子与二氧化硅的粉末42的亲水基成键的作用。其结果，能够促进试样40脱水成为无水物，利用短时间得到无水物化的试样40的光谱数据。在试样40保持水合物的状态的情况下，光谱受到水分子的影响，特别是在兆兆赫波频带中受到水分子的影响更大。因此，大多情况下难以基于那样的受到水分子较大的影响的光谱识别试样40。对此，如本实施方式那样，只要试样40被提前无水化，就能够提前得到作为无水物的试样40的原本稳定的光谱数据，能谋求容易且迅速地对试样40进行识别处理。
另一方面，与上述不同，在试样40从最初起是无水物的情况下，如上所述，能从其光谱直接进行识别处理等。因为二氧化硅的粉末42使兆兆赫波比较好地透过，所以因二氧化硅的粉末42的存在，不会产生难以分光测量兆兆赫波频带的问题。
如下所述，分光测量用压片4也能够利用于确认试样40变化过程的处理。即，在分光测量用压片4的内部干燥，且试样40被判断是无水物的状态下，向分光测量用压片4内供给水分。该水分的供给例如通过使水滴下到分光测量用压片4上，或向分光测量用压片4送入水蒸气来进行。水分供给后，观察试样40随着时间的流逝的光谱的变化。
在试样40从最初起是无水物的情况下，试样40的光谱随着时间的流逝在较宽的频带区域中使光的吸收率产生变化，但其基本的波形看不出大的变化。对此，在试样40从最初起是水合物的情况下，随着时间的流逝成为水合状态，在试样40的光谱的波形中产生在无水物的情况下看不到的特有的波形。所以，能够利用这样的光谱波形的不同，判别试样40是否是从最初起是水合物。进行这样的判别对于更加准确地识别试样40是有意义的。
图3～图11表示本发明所应用的分光测量用压片和其对比例的实验例。以下说明其内容。
对比例(相当于以往技术)
图3表示使用了以往的压片的情况的实验数据。更加详细地说，本实验所使用的压片是混合平均粒径为7～9μm的聚乙烯的粉末和作为试样的葡萄糖的粉末并压缩成形而成的，不含有二氧化硅的粉末。葡萄糖的浓度是5％。光谱S1～S3是葡萄糖无水物的吸收光谱(该吸收光谱是除了背景的吸收光谱之外的光谱，在这一点上与后述的其他的实验的数据也相同)，是作成压片1日后、7日后和15日后分别测量的数据。对此，光谱S4～S6是葡萄糖一水合物的吸收光谱，和上述相同地，是作成压片1日后、7日后和15日后分别测量的数据。在此期间内的压片的保存利用干燥器来进行，使压片尽量不受大气中的湿度等影响。
在光谱S1～S3中，如以附图标记n1所示，在波数为48cm-1附近的频带中有葡萄糖无水物中特有的吸收峰值。但是，几乎看不到该部分的经时变化。另一方面，在光谱S4中，如以附图标记n2、n3所示，在波数为58～65cm-1的频带中有葡萄糖一水合物中特有的2个特征的吸收峰值。但是，这样的吸收峰值在经过7日后和经过15日后的光谱S2、S3中仍然存在。由此可理解，在本实验中，葡萄糖一水合物的无水化不充分。
本发明的实验例1
图4表示使用附加有二氧化硅的粉末的压片的情况的葡萄糖的吸收光谱。更具体来说，本实验所用的压片是混合平均粒径为7～9μm的聚乙烯的粉末、平均粒径为7nm的二氧化硅的粉末、和葡萄糖一水合物的粉末，并压缩成形而成的。聚乙烯和二氧化硅的混合重量比是80∶20，压片整体中的葡萄糖的浓度是5％。
光谱S10是从作成上述压片起经过1日后的葡萄糖一水合物的吸收光谱，如以附图标记n2’、n3’所示，仍然存在葡萄糖一水合物特有的吸收峰值。对此，光谱S11、S12是从作成上述压片起经过7日后和经过15日后所测量的葡萄糖的吸收光谱。如以附图标记n2’、n3’所示的葡萄糖一水合物特有的吸收峰值在光谱S11、S12中消失。此外，在这些光谱S11、S12中，如以附图标记n1’所示，存在葡萄糖无水物特有的吸收峰值。所以，根据本实验，确认到在经过7～15日左右的时间，葡萄糖一水合物大致充分地无水化。也能够由这样的实验数据证实在使用了本发明的分光测量用压片的情况下，能够得到能将水合物积极地无水化的效果。
本发明的实验例2、3
图5和图6表示将水供给到内部混入有葡萄糖的粉末的压片内，之后进行使其自然干燥的实验而获得的数据。更详细地说，在图5的实验例2中所使用的压片与在上述的实验例1中所用的压片相同，在其内部混入的葡萄糖虽然最初是水合物，但在本实验的开始时刻已经被无水化，或是被促进无水化。向压片供给水是通过向压片上滴下适当量的水而进行的。
图5的光谱S20是向压片供给水之前的葡萄糖的吸收光谱，光谱S21是从供给水起经过1小时30分钟后的吸收光谱。在该光谱S21中，如以附图标记n4、n5所示，产生在葡萄糖是无水物的情况下看不到的特有的波形部分。
在图6的实验例3中所用的压片和实验例2不同，是内部混入有不具有从水合物向无水物变化的过程的葡萄糖无水物的压片。当然，该压片除了加入聚乙烯的粉末，还加入二氧化硅的粉末，这些聚乙烯、二氧化硅和葡萄糖无水物的混合比率和实验例2大致相同。图6的光谱S20’是向压片供给水之前的葡萄糖的吸收光谱，和图5的光谱S20相同。光谱S22是从供给水起经过1小时30分钟后的吸收光谱。该光谱S22和光谱S21相比，虽然对光的吸收率整体地上升，但不具有如以图5的附图标记n4、n5所示的这样的特征的波形。
根据上述的实验例2、3，在向本发明所应用的压片内供给水分，之后观察光谱时，能够理解试样在供给水分前的阶段是水合物的情况和在供给水分前的阶段不是水合物的情况下，形成互不相同的光谱。所以，能够基于这样的光谱的不同，判别试样最初是否是水合物，从而更准确地进行试样的识别。
本发明的实验例4
图7表示使二氧化硅的粉末的粒径不同的情况的分光测量数据。更详细地说，光谱S30是与上述的实验例1中所用的压片相同地作成内部混入有葡萄糖一水合物的压片(二氧化硅的平均粒径是7nm)，3日后通过进行分光测量而得到的葡萄糖的吸收光谱。对此，光谱S31是作成二氧化硅的平均粒径为124nm的压片(除了二氧化硅的粒径以外，和上述压片相同)，3日后通过进行分光测量而得到的吸收光谱。
光谱S30和光谱S31相比，葡萄糖一水合物所特有的附图标记n2”、n3”的部分的对光的吸收率降低。此外，葡萄糖无水物所特有的附图标记n1”的对光的吸收率的峰值稍微变大。从该实验可理解为，基本上二氧化硅的粒径越小葡萄糖的无水化越被促进。作为实验数据没有特别地表示，然而本发明人将二氧化硅的粒径变更为上述以外的各种尺寸而进行了实验。其结果，粒径不同的二氧化硅均是球状等在其形状相同的情况下，显示出粒径越小越促进试样的无水化的倾向。在本发明中，二氧化硅的粉末(第2粉末)无需是球状。这一点也与第1粉末相同。使用表面有凹凸或整体是扁平状等非球状的粉末作为第2粉末的情况下，其粒径即使与球状的粉末大致相同，由于其表面积大于球状的粉末，所以谋求第2粉末的少量化，且促进试样的无水化，因此是更优选的。
本发明的实验例5～8
图8～图11表示作为本发明所述的第2粉末，使用了二氧化硅以外的非水溶性的亲水性材料的情况的数据。更具体来说，图8～图11分别表示作成各压片，利用各压片所得到的光谱波形，该各压片依次为在聚乙烯和葡萄糖一水合物的粉末中分别混合有氧化铝(平均粒径：12nm)、二氧化钛(平均粒径：21nm)、碳酸钙(平均粒径：80nm)和滑石(talc)(平均粒径：2.5μm)的粉末而成的压片。在上述各图中，以实线所示的光谱是从作成压片起1日后测量的葡萄糖的吸收光谱，以下相同，以虚线所示的光谱是7日后测量的葡萄糖的吸收光谱，以点划线所示的光谱是15日后测量的葡萄糖的吸收光谱。在这些实验中所用的压片和上述的实验例1所用的压片相比，除了改变了第2粉末的材质这一点之外，其他的构成是相同的。
在图8中的从作成压片起1日后的试样的光谱中，如以附图标记n4、n5所示，虽然显示出葡萄糖一水合物特有的波形，但在7日后和15日后的光谱中，那样的波形消失。但是，取而代之，如以附图标记n6所示，出现葡萄糖无水物所特有的波形。根据该实验可知，使用氧化铝代替二氧化硅的情况也能够谋求葡萄糖的无水化。以下相同，在图9～图11所示的数据中，也能够看得出与使用了氧化铝的情况同样的现象。所以可知，在使用了二氧化钛、碳酸钙或滑石的情况下也能得到使葡萄糖无水化的效果。
根据上述的实验5～8的数据可确认，只要是具有亲水性的非水溶性的材料，就能够将上述以外的材料作为本发明所述的第2粉末进行广泛的应用。因此，作为第2粉末，能广泛地应用上述以外的材料。在本发明中，即使材料本身是原本不具有亲水性的材料，只要通过亲水处理对其表面赋予亲水性，就能作为第2粉末使用。但是，优选在分光测量中所用的第2粉末对光的透光度高，优选不较大地损害压片的透光性的材料。从这一点看来，以上述的二氧化硅为首，氧化铝、二氧化钛、碳酸钙和滑石对兆兆赫波的透射性比较良好，是优选的材料。但是，本发明所述的第2粉末未必限定于1种材质，例如也能将二氧化硅和氧化铝的2种粉末混入到压片的构成。在这一点上，第1粉末也相同。
图12表示本发明所应用的分光测量用压片的另一例子。
图12所示的分光测量用压片4A具有上半部44U和下半部44L重合、且在上半部44U和下半部44L之间夹入形成薄膜状(膜状)的试样40并进行密封的构成。上半部44U和下半部44L例如均通过混合聚乙烯的粉末41和二氧化硅的粉末42并压缩成形而成的。
本实施方式的分光测量用压片4A为夹着试样40地进行支承的所谓窗板的结构，通过试样40为薄膜状确保分光测量时的透过光量。在该压片4A中，也能够在试样40的附近配置二氧化硅的粉末42，能期待在试样40是水合物的情况下促进其无水化的效果。
图13表示将含有试样的溶液滴下到分光测量用压片上，之后进行分光测量的实验(实验例9)的数据。本实验所用的分光测量用压片为不含有固体的试样，除此之外与实验例1中所用的压片相同。对于这样的压片，从其上方滴下将日本法定-红色105号(钠盐)的色素溶解在乙醇中而成的溶液(浓度3％)，之后在使该压片自然干燥的过程中进行了分光测量。图13中的波数接近0cm-1的频带和波数接近350cm-1的频带的数据含有较多的干扰。
图13的光谱S40是上述色素的原本的吸收光谱。对此，光谱S41～S43是从滴下上述的乙醇溶液起1小时30分钟后、2小时30分钟后和17小时30分钟后测量而得到的吸收光谱。光谱S42、S43是在压片的自然干燥快速进行的阶段中得到的，在光谱S42、S43中，与光谱S40中的以附图标记n10所示的吸收峰值相对应的波形出现在以附图标记n11、n12所示的部分。
从本实验的数据可理解为，本发明所应用的分光测量用压片能够在制造后将试样以溶液的状态滴下到该压片表面部上的方式来使用。只要滴下溶液后使溶剂蒸发，就能形成在压片上保持溶质的状态。作为在压片中保持溶液的方式，一般认为既可以是溶液进入压片内的情况，也可以是不产生这样的进入，而是单纯地停留在压片的表面部地接受溶液的情况。
本发明不限于上述的实施方式的内容。
作为本发明所述的第1粉末，优选对兆兆赫波的透射性优异的聚乙烯，但不限定于此。聚丙烯等其他的烯烃类树脂、四氟乙烯等氟树脂也具有对兆兆赫波较好的透射性，也能使用这些树脂。除此之外的材料也能用作第1粉末。本发明的分光测量用压片在除了加入第1粉末和第2粉末之外，还可以进一步加入材质与第1粉末和第2粉末不同的第3粉末。第1粉末和第2粉末的混合比率也不被限定。
Claims (9)
1.一种分光测量用压片，其具有对能够使兆兆赫波透过的第1粉末压缩成形而成的结构，用于保持作为分光测量对象的试样，其特征在于，
在上述第1粉末中分散混入有具有亲水性的非水溶性的第2粉末，
其中，使用聚乙烯或聚丙烯这种烯烃类树脂的粉末和氟化乙烯这种氟树脂的粉末中的至少一方作为上述第1粉末。
2.根据权利要求1所述的分光测量用压片，
上述试样是粉末状的固体且被分散混入上述第1粉末和第2粉末中。
3.根据权利要求1所述的分光测量用压片，
上述试样是薄膜状的固体，上述第1粉末和第2粉末包围上述试样的周围。
4.根据权利要求1所述的分光测量用压片，
在上述试样是溶液的情况下，该分光测量用压片能够通过使该溶液进入上述第1粉末和第2粉末之间和在压片表面部接受上述溶液中的至少一方式保持上述溶液。
5.根据权利要求1～4任一项所述的分光测量用压片，
使用二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、碳酸钙和滑石中的至少1种粉末作为上述第2粉末。
6.根据权利要求1～4任一项所述的分光测量用压片，
上述第2粉末的平均粒径小于上述第1粉末的平均粒径。
7.一种分光测量方法，其包括对保持有试样的分光测量用压片照射光的工序、以及检测上述分光测量用压片的透射光而求出上述试样的规定频带的透射或吸收光谱的数据的工序，其特征在于，
使用压缩成形能够使兆兆赫波透过的第1粉末而成、且在上述第1粉末中分散混入具有亲水性的非水溶性的第2粉末的压片作为上述分光测量用压片，
其中，使用聚乙烯或聚丙烯这种烯烃类树脂的粉末和氟化乙烯这种氟树脂的粉末中的至少一方作为上述第1粉末。
8.根据权利要求7所述的分光测量方法，
在上述试样被判断是无水物的状态下，还包括对上述分光测量用压片内供给水分，之后求出上述试样的透射或吸收光谱的数据的工序。
9.一种分光测量用压片的制造方法，其特征在于，
包括：混合能够使兆兆赫波透过的第1粉末和具有亲水性的非水溶性的第2粉末的工序；以及压缩成形上述被混合的第1粉末和第2粉末的工序，
其中，使用聚乙烯或聚丙烯这种烯烃类树脂的粉末和氟化乙烯这种氟树脂的粉末中的至少一方作为上述第1粉末。
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