DE102023200473A1

DE102023200473A1 - Verfahren zur Evaluierung der Hygroskopizität und Verfahren zur Evaluierung des Wassergehalts

Info

Publication number: DE102023200473A1
Application number: DE102023200473.9A
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Uchida; Kouichiro AKIYAMA; Hiroshi Satozono; Tomoyuki Hakamata
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2022-02-14
Filing date: 2023-01-23
Publication date: 2023-08-17
Also published as: US20230258620A1

Abstract

Ein Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren beinhaltet: einen ersten Schritt der Vorbereitung einer ersten Probe und einer zweiten Probe; einen zweiten Schritt zur Erfassung eines ersten Detektionsergebnisses für die erste Probe und eines zweiten Detektionsergebnisses für die zweite Probe, indem eine Terahertz-Welle dazu gebracht wird, auf jede der ersten und zweiten Proben einzufallen; und einen dritten Schritt zur Evaluierung der Hygroskopizität eines Messzielobjekts auf Basis einer ersten Frequenzcharakteristik, die aus dem ersten Detektionsergebnisberechnet wird, und einer zweiten Frequenzcharakteristik, die aus dem zweiten Detektionsergebnisberechnet wird. Im dritten Schritt wird die Größe der Hygroskopizität des Messzielobjekts auf Basis der Differenz zwischen der Größe einem ersten Peak der ersten Frequenzcharakteristik in einem Referenzfrequenzbereich und der Größe eines zweiten Peaks der zweiten Frequenzcharakteristik im Referenzfrequenzbereich bewertet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren und ein Wassergehalt-Evaluierungsverfahren.
HINTERGRUND
Als bekannte Methode zur Bewertung des Wassergehalts eines Messzielobjekts wird beispielsweise in „Principle of water content measurement by Karl Fischer titration“ (Review of Polarography, Bd. 63, Nr. 2, (2017), S. 101-107 Toshiyuki Osakai) die Karl-Fischer-Titration beschrieben. Mit einer solchen Karl-Fischer-Titration kann der Wassergehalt des Messzielobjekts mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei Verwendung der oben beschriebenen Karl-Fischer-Titration kann die Arbeit kompliziert sein, weil die Karl-Fischer-Titration eine chemische Reaktion des Messzielobjekts beinhaltet. Als eine (zerstörungsfreie) Methode, die keine chemische Reaktion des Messzielobjekts beinhaltet, beschreibt zum Beispiel „Quantitative XRD Analysis of the Structural Changes of Ba-Exchanged Montmorillonite: Effect of an in Situ Hydrous Perturbation“ (Minerals 2015, 5, 507-526 Walid Oueslati und zwei andere) die Röntgenbeugung (XRD). Bei der Verwendung einer solchen Röntgenbeugungsmethode muss eine Strahlenbelastung vermieden werden, die die Arbeit erschweren kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Verfahren zur Bewertung der Hygroskopizität, das in der Lage ist, die Hygroskopizität eines Messzielobjekts einfach zu evaluieren, und ein Wassergehalt-Evaluierungsverfahren, das in der Lage ist, den Wassergehalt eines Messzielobjekts einfach zu evaluieren, bereitzustellen.
Ein Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren eines Messzielobjekts, das ein Tonmineral enthält. Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren umfasst: einen ersten Schritt des Herstellens einer ersten Probe, die ein erstes Tonmineral als das Tonmineral enthält, und einer zweiten Probe, die ein zweites Tonmineral, das das gleiche wie das erste Tonmineral ist, als das Tonmineral enthält; einen zweiten Schritt des Gewinnens eines ersten Detektionsergebnisses für die erste Probe und eines zweiten Detektionsergebnisses für die zweite Probe dadurch, dass eine Terahertz-Welle, zum Einfallen auf jede der ersten und zweiten Proben gebracht wird, und Detektierens der Terahertz-Welle von jeder der ersten und zweiten Proben; und einen dritten Schritt des Evaluierens der Hygroskopizität des Messzielobjekts auf Basis einer ersten Frequenzcharakteristik der ersten Probe, die aus dem ersten Detektionsergebnis berechnet wird, und einer zweiten Frequenzcharakteristik der zweiten Probe, die aus dem zweiten Detektionsergebnis berechnet wird. Im ersten Schritt wird mindestens eine der ersten und zweiten Proben einer Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung unterzogen. Im dritten Schritt wird eine Größe der Hygroskopizität des Messzielobjekts auf Basis einer Differenz zwischen einer Größe eines ersten Peaks der ersten Frequenzcharakteristik in einem Referenzfrequenzbereich und einer Größe eines zweiten Peaks der zweiten Frequenzcharakteristik in dem Referenzfrequenzbereich evaluiert.
Ein Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Wassergehalt-Evaluierungsverfahren eines Messzielobjekts, das ein Tonmineral enthält. Das Wassergehalt-Evaluierungsverfahren umfasst: einen ersten Schritt des Vorbereitens des Messzielobj ekts; einen zweiten Schritt des Erfassens eines Detektionsergebnisses für das Messzielobjekt, dadurch, dass eine Terahertz-Welle dazu gebracht wird, auf das Messzielobjekt einzufallen, und Detektieren der Terahertz-Welle von dem Messzielobjekt; und einen dritten Schritt des Evaluierens des Wassergehalts des Messzielobjekts auf Basis einer Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts, die aus dem Erfassungsergebnis berechnet wird. In dem dritten Schritt wird der Wassergehalt des Messzielobjekts auf Basis einer ersten Referenzinformation evaluiert, die eine Beziehung zwischen einer Größe eines Peaks einer Frequenzcharakteristik einer Referenzprobe in einem Referenzfrequenzbereich und einem Wassergehalt der Referenzprobe und einer Größe eines Peaks der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts in dem Referenzfrequenzbereich angibt.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Spektrometers gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Querschnittsansicht einer peripheren Struktur einer in 1 dargestellten Anordnungseinheit.
3 ist ein Flussdiagramm eines Hygroskopizität-Evaluierungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Frequenzcharakteristik einer ersten und einer zweiten Probe zeigt.
5 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel für die Frequenzcharakteristik einer ersten und einer zweiten Probe zeigt.
6 ist ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristik einer ersten Probe, einer zweiten Probe und einer dritten Probe, die ein Tonmineral enthält, in einem ersten Beispiel zeigt.
7 ist ein Diagramm, das das Differential jeder in 6 gezeigten Frequenzcharakteristik zeigt.
8 ist ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristik einer ersten Probe, einer zweiten Probe und einer dritten Probe in einem zweiten Beispiel zeigt.
9 ist ein Diagramm, das das Differential jeder in 8 dargestellten Frequenzcharakteristik zeigt.
10 ist ein Flussdiagramm eines Wassergehalt-Evaluierungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform.
11 ist ein Diagramm, das erste Referenzinformationen gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
12 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Erstellung der in 11 gezeigten Referenzinformationen.
13 ist ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristik von jeder einer Vielzahl von Referenzproben gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
14 ist ein Diagramm, das erste Referenzinformationen gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
15 ist ein Diagramm, das die zweite Referenzinformation gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
16A, 16B und 16C sind Diagramme, die den Zusammenhang zwischen der Frequenzcharakteristik in einem Basisfrequenzbereich und dem Wassergehalt zeigen.
17 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Frequenzcharakteristik in einem Referenzfrequenzbereich und dem Wassergehalt zeigt.
18 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Differenzwert der Frequenzcharakteristik im Referenzfrequenzbereich und dem Wassergehalt zeigt.
19 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Differenzwert der Frequenzcharakteristik im Referenzfrequenzbereich und dem Wassergehalt zeigt, wenn der Wassergehalt gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
20 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Differenzwert der Frequenzcharakteristik im Referenzfrequenzbereich und dem Wassergehalt zeigt, wenn der Wassergehalt größer als der vorbestimmte Wert ist.
21A und 21B sind Diagramme, die die Beziehung zwischen der Trocknungsstärke und jedem der Differenzwerte der Frequenzcharakteristik im Referenzfrequenzbereich und der Frequenzcharakteristik im Basisfrequenzbereich in Abhängigkeit von einer Änderung der Trocknungsstärke zeigen.
22 ist ein Diagramm, das die Veränderungen des Zwischenschichtwassers und des freien Wassers entsprechend einer Veränderung der Trocknungsstärke zeigt.
23 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Spektrometers gemäß einem Modifikationsbeispiel.
24 ist ein Diagramm, das eine Frequenzcharakteristik zeigt, wenn das in 23 gezeigte Spektrometer verwendet wird.
25A und 25B sind Konfigurationsdiagramme von Spektrometern gemäß Modifikationsbeispielen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Diagramme im Detail beschrieben. Darüber hinaus sind gleiche oder gleichwertige Teile in den Diagrammen mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und eine wiederholte Beschreibung entfällt.
[Erste Ausführungsform]
[Spektrometer]
Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Spektrometer 1 gemäß einer ersten Ausführungsform eine Ausgabeeinheit 20, eine Anordnungseinheit 30, eine Justiereinheit 40, eine Reflexionseinheit 50, eine Detektionseinheit 60 und eine Verarbeitungseinheit 70. Das Spektrometer 1 ist eine Vorrichtung zur Durchführung der abgeschwächten Totalreflexionsspektroskopie (ATR) mit Terahertz-Wellen.
Die Ausgabeeinheit 20 gibt eine Terahertz-Welle T aus. Im Einzelnen beinhaltet die Ausgabeeinheit 20 eine Lichtquelle 21, einen Splitter 22, einen Zerhacker 23, eine Vielzahl von Spiegeln M1 bis M3 und ein Terahertz-Wellenerzeugungselement 24. Die Lichtquelle 21 gibt Licht durch Pulsschwingung ab. Beispielsweise gibt die Lichtquelle 21 gepulstes Laserlicht mit einer Pulsbreite von etwa Femtosekunden ab. Das heißt, die Lichtquelle 21 ist eine gepulste Femtosekunden-Laserlichtquelle.
Der Splitter 22 ist zum Beispiel ein Strahlteiler. Der Splitter 22 teilt das von der Lichtquelle 21 abgegebene Licht in Pumplicht P1 und Sondenlicht P2 auf. Der Zerhacker 23 wiederholt da abwechselnde Durchlassen und Sperren des vom Splitter 22 abgegebene Pumplichts P1 in vorgegebenen Zeitabständen.
Die Spiegel M1 bis M3 reflektieren nacheinander das Pumplicht P1, das den Zerhacker 23 durchlaufen hat. Das Pumplicht P1, das den Zerhacker 23 passiert hat, fällt auf das Terahertz-Wellenerzeugungselement 24, nachdem es nacheinander von den Spiegeln M1 bis M3 reflektiert wurde. In der folgenden Beschreibung wird das optische System des Pumplichts P1 vom Splitter 22 zum Terahertz-Wellenerzeugungselement 24 als „optisches Pumpsystem“ bezeichnet.
Das Terahertz-Wellenerzeugungselement 24 gibt die Terahertz-Welle T aus, wenn es das vom Spiegel M3 reflektierte Pumplicht P1 empfängt. Das Terahertz-Wellenerzeugungselement 24 enthält beispielsweise einen nichtlinearen optischen Kristall (z.B. ZnTe), ein photoleitendes Antennenelement (z.B. einen optischen Schalter mit GaAs), einen Halbleiter (z.B. InAs) oder einen Supraleiter. Wenn das Terahertz-Wellenerzeugungselement 24 einen nichtlinearen optischen Kristall enthält, erzeugt das Terahertz-Wellenerzeugungselement 24 die Terahertz-Welle T durch ein nichtlineares optisches Phänomen, das beim Einfall des Pumplichts P1 auftritt.
Die Terahertz-Welle T hat Eigenschaften, die zwischen denen von Licht- und Radiowellen liegen. Die Terahertz-Welle T ist eine elektromagnetische Welle mit einer Frequenz, die einem Zwischenbereich zwischen Lichtwellen und Radiowellen entspricht. Die Terahertz-Welle T hat eine Frequenz von etwa 0,01 THz bis 100 THz. Die Terahertz-Welle T wird mit vorbestimmten Wiederholungsperioden erzeugt und hat eine Impulsbreite von etwa einigen Pikosekunden. Das heißt, das Terahertz-Wellenerzeugungselement 24 erzeugt eine gepulste Lichtfolge mit einer Vielzahl von Terahertz-Wellen T, die in vorbestimmten Zeitintervallen (Pulsintervallen) angeordnet sind. In der folgenden Beschreibung wird das optische System der Terahertz-Welle T vom Terahertz-Wellenerzeugungselement 24 zu einem Detektor 61, der später beschrieben wird, als „optisches Terahertz-Wellen-System“ bezeichnet.
Die Anordnungseinheit 30 ist zum Beispiel ein sogenanntes aplanatisches Prisma. Die Anordnungseinheit 30 hat eine Einfallsoberfläche 30a, eine Austrittssoberfläche 30b, eine reflektierende Oberfläche 30c, eine erste teilreflektierende Oberfläche 30d und eine zweite teilreflektierende Oberfläche 30e. Die Einfallsoberfläche 30a und die Austrittssoberfläche 30b sind parallel zueinander. Die reflektierende Oberfläche 30c steht senkrecht zur Einfallsoberfläche 30a und zur Austrittssoberfläche 30b. Ein Messzielobjekt S ist auf der reflektierenden Oberfläche 30c angeordnet. Die erste teilreflektierende Oberfläche 30d und die zweite teilreflektierende Oberfläche 30e sind Oberflächen der Anordnungseinheit 30, die der reflektierenden Oberfläche 30c gegenüberliegen und eine Vertiefung bilden. Eine durch die erste teilreflektierende Oberfläche 30d und die zweite teilreflektierende Oberfläche 30e gebildete Oberfläche ist in Richtung der reflektierenden Oberfläche 30c zurückgesetzt.
Die Anordnungseinheit 30 ist für die vom Terahertz-Wellenerzeugungselement 24 ausgegebene Terahertz-Welle T transparent. Der Brechungsindex der Anordnungseinheit 30 ist höher als der Brechungsindex des Messzielobjekts S. Das Material der Anordnungseinheit 30 ist z.B. Silizium.
Die auf die Einfallsoberfläche 30a der Anordnungseinheit 30 einfallende Terahertz-Welle T wird nacheinander von der ersten teilreflektierenden Oberfläche 30d, der reflektierenden Oberfläche 30c und der zweiten teilreflektierenden Fläche 30e reflektiert und dann von der Austrittssoberfläche 30b nach außen abgegeben. Durch Erfassen des abgeschwächten Reflexionsgrades der evaneszenten Welle, die austritt, wenn die Terahertz-Welle T an der reflektierenden Oberfläche 30c vollständig reflektiert wird, ist es möglich, die Informationen des Terahertz-Wellenbandes bezüglich des Messzielobjekts S zu erfassen.
Die Justiereinheit 40 hat eine Vielzahl von Spiegeln M4 bis M8. Das vom Splitter 22 ausgegebene Sondenlicht P2 wird nacheinander von den Spiegeln M4 bis M8 reflektiert und von der Reflexionseinheit 50 weiter reflektiert und fällt dann auf den Detektor 61. Die Reflexionseinheit 50 ist ein Spiegel. In der folgenden Beschreibung wird das optische System des Sondenlichts P2 vom Splitter 22 zum Detektor 61 als „optisches Sondensystem“ bezeichnet.
In der Justiereinheit 40 bewegen sich die Spiegel M5 und M6, um die optische Weglänge zwischen den Spiegeln M4 und M5 und die optische Weglänge zwischen den Spiegeln M6 und M7 einzustellen. Auf diese Weise wird die optische Weglänge des optischen Systems der Sonde eingestellt. Die Justiereinheit 40 justiert die Differenz zwischen der „optischen Weglänge, die sich aus der Addition der optischen Weglänge des optischen Terahertz-Wellen-Systems vom Terahertz-Wellen-Erzeugungselement 24 zum Detektor 61 und der optischen Weglänge des optischen Pumpsystems vom Splitter 22 zum Terahertz-Wellen-Erzeugungselement 24 ergibt“ und der „optischen Weglänge des optischen Sondensystems vom Splitter 22 zum Detektor 61“.
Die Detektionseinheit 60 detektiert die von der Anordnungseinheit 30 ausgegebene Terahertz-Welle T. Im Einzelnen umfasst die Detektionseinheit 60 den Detektor 61, einen I/V-Wandlungsverstärker 62, einen Lock-in-Verstärker 63 und einen A/D-Wandler 64. Wenn die von der Anordnungseinheit 30 ausgegebene Terahertz-Welle T und das von der Reflexionseinheit 50 reflektierte Sondenlicht P2 auf den Detektor 61 treffen, erfasst der Detektor 61 die Korrelation zwischen der Terahertz-Welle T und dem Sondenlicht P2.
Der Detektor 61 umfasst insbesondere eine photoleitende Antenne und dergleichen. Wenn das Sondenlicht P2 auf den Detektor 61 einfällt, werden im Detektor 61 Fototräger erzeugt. Wenn die Terahertz-Welle T auf den Detektor 61 trifft, in dem Phototräger erzeugt werden, fließen die Phototräger entsprechend dem elektrischen Feld der Terahertz-Welle T. Als Ergebnis werden die Phototräger vom Detektor 61 als Strom ausgegeben. Die Höhe des vom Detektor 61 abgegebenen Stroms hängt von der elektrischen Feldstärke der Terahertz-Welle T ab.
Der aus dem Detektor 61 ausgegebene Strom wird in den I/V-Umwandlungsverstärker 62 eingegeben. Der I/V-Umwandlungsverstärker 62 wandelt den vom Detektor 61 ausgegebenen Strom in eine Spannung um, verstärkt die Spannung und gibt die verstärkte Spannung an den Lock-in-Verstärker 63 aus. Der Lock-in-Verstärker 63 detektiert synchron das vom I/V-Umwandlungsverstärker 62 ausgegebene elektrische Signal bei der Wiederholungsfrequenz des Durchlassens und des Sperrens des Pumplichts P1 im Zerhacker 23. Der A/D-Wandler 64 wandelt das analoge Signal des Lock-in-Verstärkers 63 in ein digitales Signal um. Das vom Lock-in-Verstärker 63 ausgegebene Signal hat einen Wert, der von der elektrischen Feldstärke der Terahertz-Welle T abhängt. Somit detektiert die Detektionseinheit 60 die Korrelation zwischen der Terahertz-Welle T und dem Sondenlicht P2 und detektiert die elektrische Feldamplitude der Terahertz-Welle T.
Wenn die optische Weglänge des optischen Sondensystems durch Einstellen der optischen Weglänge zwischen den Spiegeln M4 und M5 und der optischen Weglänge zwischen den Spiegeln M6 und M7 in der Justiereinheit 40 eingestellt wird, wird die Zeitdifferenz zwischen dem Sondenlicht P2 und der Terahertzwelle T, die in den Detektor 61 eingegeben wird, eingestellt. Wie oben beschrieben, beträgt die Pulsbreite der Terahertz-Welle T im Allgemeinen etwa Pikosekunden, während die Pulsbreite des Sondenlichts P2 etwa Femtosekunden beträgt. Das heißt, dass die Impulsbreite des Sondenlichts P2 um mehrere Größenordnungen schmaler als die der Terahertz-Welle T ist. Daher wird durch Verschieben des Einfallszeitpunkts des Sondenlichts P2 auf den Detektor 61 durch die Justiereinheit 40 die Zeitwellenform der elektrischen Feldamplitude der Terahertz-Welle T (im Folgenden als „Wellenform des elektrischen Feldes“ bezeichnet) erhalten. Nachfolgend wird die Erfassung einer elektrischen Feldwellenform durch ein solches Verfahren einfach als „Erfassung einer elektrischen Feldwellenform“ bezeichnet.
Wenn der Einfallszeitpunkt des Sondenlichts P2 einmal durchlaufen wird, erhält man die Wellenform des elektrischen Feldes (Detektionsergebnis) einer Terahertz-Welle T, die einer vorgegebenen Zeit entspricht. Der Einfallszeitpunkt des Sondenlichts P2 auf den Detektor 61 kann durch die Justiereinheit 40 mehrere Male durchlaufen werden. In diesem Fall wird eine Vielzahl von Wellenformen des elektrischen Feldes erhalten. Das heißt, die Detektionseinheit 60 kann Daten erfassen, die eine Vielzahl von elektrischen Feldwellenformen umfassen, die einer Vielzahl von Zeitpunkten entsprechen, die voneinander getrennt sind.
Die Verarbeitungseinheit 70 erfasst Informationen über das Messzielobjekt S auf Basis der von der Detektionseinheit 60 erfassten Wellenform des elektrischen Feldes. Insbesondere berechnet die Verarbeitungseinheit 70 Frequenzcharakteristiken, die der Wellenform des elektrischen Feldes entsprechen, basierend auf dem Signalausgang des A/D-Wandlers 64. Die Frequenzcharakteristiken beziehen sich auf die optischen Eigenschaften in Bezug auf die Frequenz. Zu den optischen Eigenschaften gehören Lichtabsorptionsvermögen, Lichtreflexionsvermögen, Lichtdurchlässigkeit und dergleichen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die optische Eigenschaft beispielsweise ein Absorptionskoeffizient für Terahertz-Wellen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Frequenzcharakteristik z.B. ein Absorptionsspektrum. Die Verarbeitungseinheit 70 erfasst auf Basis der Frequenzchararteristika Informationen über das Messzielobjekt S. Die Verarbeitungseinheit 70 ist so konfiguriert, dass sie eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Festwertspeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und dergleichen umfasst.
[Periphere Strukturen der Anordnungseinheit]
Wie in 2 gezeigt, umfasst das Spektrometer 1 außerdem einen Rahmen 32, eine Folie 33 und eine Druckaufbringungsvorrichtung 10 als periphere Strukturen der Anordnungseinheit 30. Darüber hinaus ist in 1 die Darstellung des Rahmens 32, der Folie 33 und der Druckaufbringungsvorrichtung 10 weggelassen.
In dem Rahmen 32 ist eine Aussparung 32c ausgebildet. Der Rahmen 32 ist auf der reflektierenden Oberfläche 30c so angeordnet, dass ein Teil der Anordnungseinheit 30, einschließlich der reflektierenden Oberfläche 30c und der Folie 33, innerhalb der Ausnehmung 32c liegt. Ein Durchgangsloch 32d und ein Durchgangsloch 33a sind im Rahmen 32 bzw. in der Platte 33 ausgebildet. Jedes der Durchgangslöcher 32d und 33a hat z.B. eine kreisförmige Form, wenn man es von der Z-Achse aus betrachtet. Das Messzielobjekt S ist auf der reflektierenden Oberfläche 30c innerhalb der Durchgangslöcher 32d und 33a angeordnet. Die Form jedes der Durchgangslöcher 32d und 33a ist nicht begrenzt. Jedes der Durchgangslöcher 32d und 33a kann zum Beispiel eine rechteckige Form haben, wenn man es von der Z-Achse aus betrachtet.
Die Druckaufbringungsvorrichtung 10 hat eine Kontakteinheit 11 und eine Vorspanneinheit 12. Ein Teil der Kontakteinheit 11 tritt in das Durchgangsloch 32d ein, so dass eine distale Endfläche 11a der Kontakteinheit 11 in Kontakt mit einer Oberfläche Sa des Messzielobjekts S steht. Ein Teil der Kontakteinheit 11, der in das Durchgangsloch 32d eintritt, hat beispielsweise eine zylindrische Form. Die Form der Kontakteinheit 11 ist nicht begrenzt. Ein Teil der Kontakteinheit 11, der in das Durchgangsloch 32d eintritt, kann beispielsweise die Form eines rechteckigen Parallelepipeds haben. Die Vorspanneinheit 12 übt eine Kraft auf eine hintere Endfläche 11b der Kontakteinheit 11 aus. Die Vorspanneinheit 12 hat zum Beispiel eine Pressvorrichtung. Bei der Pressvorrichtung handelt es sich z.B. um einen Drehmomentschlüssel. Die Vorspanneinheit 12 kann eine konstante Last auf die Kontakteinheit 11 ausüben. Die Last wird über die Kontakteinheit 11 auf die Oberfläche Sa des Messzielobjekts S übertragen.
Die Druckaufbringungsvorrichtung 10 ist so konfiguriert, dass sie in der Lage ist, die Größe des auf das Messzielobjekt S ausgeübten Drucks einzustellen. In der Druckaufbringungsvorrichtung 10 kann die auf die Kontakteinheit 11 ausgeübte Last beispielsweise durch Steuerung des Drehmoments des Drehmomentantriebs der Vorspanneinheit 12 eingestellt werden. In der vorliegenden Ausführungsform übt die Druckaufbringungsvorrichtung 10 einen im Wesentlichen konstanten Druck auf das Messzielobjekt S aus. Insbesondere wird, wie oben beschrieben, die Ausbreitung des Messzielobjekts S entlang einer Richtung parallel zur reflektierenden Oberfläche 30c durch den Rahmen 32 reguliert. Wenn die Last von der Vorspanneinheit 12 über die Kontakteinheit 11 auf das Messzielobjekt S übertragen wird, wird das Messzielobjekt S daher in den Rahmen 32 gedrückt. Da die Größe des Drehmoments des Drehmomentantriebs der Vorspanneinheit 12 konstant ist, wird eine konstante Last auf das Messzielobjekt S übertragen. Daher wird ein konstanter Druck auf das Messzielobjekt S ausgeübt. Darüber hinaus bedeutet „Ausüben eines im Wesentlichen konstanten Drucks“ das Ausüben eines Drucks innerhalb eines Bereichs von ± 5 % in Bezug auf den Referenzwert.
[Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren]
Als nächstes wird ein Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren unter Verwendung des Spektrometers 1 beschrieben. Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren des Messzielobjekts S, das Tonminerale enthält. Zunächst wird eine Referenzwellenform des elektrischen Feldes erfasst, indem die Terahertz-Welle T auf die Einfallsoberfläche 30a in einem Zustand einfällt, in dem die reflektierende Oberfläche 30c freiliegt (ein Zustand, in dem das Messzielobjekt S und dergleichen nicht auf der reflektierenden Oberfläche 30c angeordnet sind). Dann werden, wie in 3 gezeigt, eine erste Probe und eine zweite Probe vorbereitet (Schritt S1).
Die erste Probe enthält das gleiche Tonmineral (erstes Tonmineral) wie das des Messzielobjekts S. Die zweite Probe enthält das gleiche Tonmineral (zweites Tonmineral) wie das des Messzielobjekts S. Das heißt, die erste Probe und die zweite Probe enthalten das gleiche Tonmineral. Die Wassergehalte der ersten Probe und der zweiten Probe sind voneinander verschieden. In der vorliegenden Ausführungsform bezieht sich der Begriff „Wassergehalt“ auf das Verhältnis der in der Kristallstruktur des Tonminerals vorhandenen Wassermenge zum Tonmineral. Der Wassergehalt ist beispielsweise ein Wert, der sich aus der Division des Gewichts des in der Kristallstruktur des Tonminerals enthaltenen Wassers durch das Gewicht des Tonminerals ergibt.
In Schritt S1 wird die erste Probe einer ersten Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung und die zweite Probe einer zweiten
Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung unterzogen. Die Bedingungen der ersten
Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung und die Bedingungen der zweiten
Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung sind voneinander verschieden. Bei der ersten
Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung und der zweiten Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung handelt es sich um Behandlungen, die den Wassergehalt der ersten Probe und den Wassergehalt der zweiten Probe dazu bringen, sich voneinander zu unterscheiden. Die erste Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung ist eine Behandlung zur Einstellung des Wassergehalts der ersten Probe auf einen vorgegebenen Wert. Die zweite Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung ist eine Behandlung zur Einstellung des Wassergehalts der zweiten Probe auf einen Wert, der sich von dem Wassergehalt der ersten Probe unterscheidet. Die Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung wird durch eine Trockenbehandlungsvorrichtung, die beispielsweise einen Trockner und eine Vakuumpumpe umfasst, oder durch eine Nassbehandlungsvorrichtung, die beispielsweise einen Exsikkator umfasst, durchgeführt.
Die erste Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung ist z.B. eine Behandlung zur Verringerung des Wassergehalts der ersten Probe. Die erste Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung ist z.B. eine Trocknungsbehandlung mit einer Trocknungsvorrichtung. Die zweite Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung ist z.B. eine Behandlung zur Erhöhung des Wassergehalts der zweiten Probe. Die zweite Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung ist z.B. eine Nassbehandlung mit einer Nassbehandlungsvorrichtung. Es wird davon ausgegangen, dass der Wassergehalt der zweiten Probe größer ist als der Wassergehalt der ersten Probe. Außerdem, wenn der Wassergehalt der ersten Probe und der Wassergehalt der zweiten Probe unterschiedlich gemacht werden können, kann entweder die erste oder die zweite Probe nicht der Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung unterzogen werden.
Als erste Probe kann das Messzielobjekt S verwendet werden, das der ersten Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung unterzogen wurde. Als zweite Probe kann das Messzielobjekt S, das der zweiten Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung unterzogen wurde, verwendet werden. Das heißt, dass die erste Probe und die zweite Probe die Messzielobjekte S mit unterschiedlichen Wassergehalten sein können. Schritt S1 entspricht dem ersten Schritt des Hygroskopizität-Evaluierungsverfahrens.
Dann wird die erste Probe in das Durchgangsloch 32d des auf der reflektierenden Oberfläche 30c angeordneten Rahmens 32 gelegt. Dann wird ein im Wesentlichen konstanter Druck auf die erste Probe ausgeübt. Konkret wird zunächst die Kontakteinheit 11 in der Durchgangsöffnung 32d des Rahmens 32 angeordnet. Dann wird die Vorspanneinheit 12 an der hinteren Endfläche 11b der Kontakteinheit 11 angeordnet, um das Drehmoment des Drehmomentschraubers einzustellen. Auf diese Weise wird ein im Wesentlichen konstanter Druck auf die erste Probe ausgeübt.
Dann wird die Terahertz-Welle T auf die erste Probe einfallen gelassen, und die Terahertz-Welle T von der ersten Probe wird erfasst (Schritt S2). Infolgedessen wird die Wellenform des elektrischen Feldes (erstes Erfassungsergebnis) der ersten Probe erfasst. In Schritt S2 wird somit die Terahertzwellen-Spektroskopie mit abgeschwächter Totalreflexion verwendet. Schritt S2 entspricht dem zweiten Schritt des Hygroskopizität-Evaluierungsverfahrens. Anschließend wird die Frequenzcharakteristik der ersten Probe erfasst (Schritt S3). Insbesondere wird die erste Frequenzcharakteristik der ersten Probe auf Basis der Wellenform des elektrischen Referenzfeldes und der Wellenform des elektrischen Feldes der ersten Probe berechnet. Für die zweite Probe wird, ähnlich wie bei der ersten Probe, die Wellenform des elektrischen Feldes der zweiten Probe erfasst und die zweite Frequenzcharakteristik der zweiten Probe wird berechnet. Das heißt, dass die Schritte S1 bis S3 jeweils für die erste Probe und die zweite Probe ausgeführt werden.
4 ist ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristik der ersten Probe und der zweiten Probe für das Messzielobjekt S in einem Beispiel zeigt. Wie in 4 gezeigt, enthält die erste Frequenzcharakteristik L1 der ersten Probe einen ersten Peak P1 in einem Referenzfrequenzbereich F. Die zweite Frequenzcharakteristik L2 der zweiten Probe enthält einen zweiten Peak P2 in dem Referenzfrequenzbereich F.
Der „Peak“ der Frequenzcharakteristik bezieht sich auf einen Abschnitt der Frequenzcharakteristik, in dem sich die Änderungsrate der optischen Charakteristik mit der Frequenzänderung ändert. Wenn beispielsweise angenommen wird, dass die horizontale Achse eine Frequenz und die vertikale Achse ein optisches Merkmal angibt, und ein Punkt, der ein optisches Merkmal angibt, das einer vorbestimmten Frequenz zwischen einer Frequenz und einer anderen Frequenz entspricht, sich auf der einen oder anderen Seite in Bezug auf eine Grundlinie befindet, die einen Punkt, der ein optisches Merkmal angibt, das einer Frequenz entspricht, mit einem anderen Punkt verbindet, der ein anderes optisches Merkmal angibt, das einer anderen Frequenz entspricht, ist ein Abschnitt zwischen einer Frequenz und einer anderen Frequenz in der Frequenzcharakteristik der Peak. Die Grundlinie kann eine gerade Linie oder eine Kurve sein. Ein weiteres Beispiel: Wenn die horizontale Achse eine Frequenz und die vertikale Achse ein optisches Merkmal angibt, ist ein Abschnitt der Frequenzcharakteristik, in dem sich die Änderungsrate des optischen Merkmals bei einer Frequenzänderung von einer positiven Zahl zu einer negativen Zahl ändert, oder ein Abschnitt der Frequenzcharakteristik, in dem sich die Änderungsrate des optischen Merkmals bei einer Frequenzänderung von einer negativen Zahl zu einer positiven Zahl ändert, der Peak der Frequenzcharakteristik.
Der erste Peak P1 der ersten Frequenzcharakteristik L1 befindet sich auf einer Seite einer Grundlinie B1. Der zweite Peak P2 der zweiten Frequenzcharakteristik L2 liegt auf einer Seite einer Grundlinie B2. Die Größe des ersten Peaks P1 und die Größe des zweiten Peaks P2 sind voneinander verschieden. Die Größe des zweiten Peaks P2 ist größer als die Größe des ersten Peaks P1.
Die „Größe des Peaks“ bezieht sich auf das Ausmaß, in dem der Peak von der Grundlinie entfernt ist. Wenn der Peak weit von der Grundlinie entfernt ist, ist die Größe des Peaks groß. Ist der Peak geringfügig von der Grundlinie entfernt, ist die Größe des Peaks klein. Wenn der maximale Abstand zwischen dem Peak und der Grundlinie groß ist, ist die Größe des Peaks groß. Wenn der maximale Abstand zwischen dem Peak und der Grundlinie klein ist, ist die Größe des Peaks klein. Ein maximaler Abstand D2 zwischen dem zweiten Peak P2 und der Grundlinie B2 der zweiten Frequenzcharakteristik L2 ist größer als ein maximaler Abstand D1 zwischen des ersten Peaks P1 und der Grundlinie B1 der ersten Frequenzcharakteristik L1. Darüber hinaus können die Frequenzen, die dem maximalen Abstand D1 und dem maximalen Abstand D2 entsprechen, gleich oder unterschiedlich sein.
Wenn die Fläche zwischen dem Peak und der Grundlinie groß ist, ist die Größe des Peaks groß. Wenn die Fläche zwischen dem Peak und der Grundlinie klein ist, ist die Größe des Peaks klein. Die Fläche zwischen dem zweiten Peak P2 und der Grundlinie B2 des zweiten Frequenzgangs L2 ist größer als die Fläche zwischen dem ersten Peak P1 und der Grundlinie B1 des ersten Frequenzgangs L1.
5 ist ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristik der ersten Probe und der zweiten Probe für das Messzielobjekt S in einem anderen Beispiel zeigt. Die Bedingungen der ersten Wasserabsorptions-/Dehydrationsbehandlung, die auf die erste Probe für das Messzielobjekt S in einem anderen Beispiel angewendet wird, sind die gleichen wie die Bedingungen der ersten Wasserabsorptions-/Dehydrationsbehandlung, die auf die erste Probe für das Messzielobjekt S in einem Beispiel angewendet wird. Die Bedingungen der zweiten Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung, die bei der zweiten Probe für das Messzielobjekt S in einem anderen Beispiel angewandt wird, sind die gleichen wie die Bedingungen der zweiten Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung, die bei der zweiten Probe für das Messzielobjekt S in einem Beispiel angewandt wird.
Wie in 5 gezeigt, sind die Größe des ersten Peaks P1 der ersten Frequenzcharakteristik L1 und die Größe des zweiten Peaks P2 der zweiten Frequenzcharakteristik L2 ungefähr gleich. Der maximale Abstand D1 zwischen dem ersten Peak P1 und der Grundlinie B1 der ersten Frequenzcharakteristik L1 und der maximale Abstand D2 zwischen dem zweiten Peak P2 und der Grundlinie B2 der zweiten Frequenzcharakteristik L2 sind ungefähr gleich. Die Fläche zwischen dem ersten Peak P1 und der Grundlinie B1 der ersten Frequenzcharakteristik L1 und die Fläche zwischen dem zweiten Peak P2 und der Grundlinie B2 der zweiten Frequenzcharakteristik L2 sind annähernd gleich groß.
Dann wird die Hygroskopizität des Messzielobjekts S auf Basis der ersten Frequenzcharakteristik L1 und der zweiten Frequenzcharakteristik L2 bewertet. Insbesondere wird, wie in 3 gezeigt, die Differenz zwischen der Größe des ersten Peaks P1 der ersten Frequenzcharakteristik L1 im Referenzfrequenzbereich F und der Größe des zweiten Peaks P2 der zweiten Frequenzcharakteristik L2 im Referenzfrequenzbereich F erfasst (Schritt S4) . Dann wird die Größe der Hygroskopizität des Messzielobjekts S auf Basis der in Schritt S4 erfassten Differenz bewertet (Schritt S5).
Insbesondere wird, wenn die in Schritt S4 erfasste Differenz relativ groß ist, bewertet, dass die Hygroskopizität des Messzielobjekts S relativ groß ist. Wenn die in Schritt S4 ermittelte Differenz relativ klein ist, wird davon ausgegangen, dass die Hygroskopizität des Messzielobjekts S relativ klein ist. Zum Beispiel ist die Differenz zwischen der Größe des ersten Peaks P1 und der Größe des zweiten Peaks P2, wie in 4 gezeigt, größer als die Differenz zwischen der Größe des ersten Peaks P1 und der Größe des zweiten Peaks P2, wie in 5 gezeigt. Daher ist die Größe der Hygroskopizität des Messzielobjekts S in einem Beispiel größer als die Größe der Hygroskopizität des Messzielobjekts S in einem anderen Beispiel.
Somit wird in Schritt S5 durch Vergleich der Differenz zwischen der Größe des ersten Peaks P1 und der Größe des zweiten Peaks P2 für jedes der verschiedenen Messzielobjekte S evaluiert, ob die Größe der Hygroskopizität des Messzielobjekts S relativ groß ist oder nicht. In Schritt S5 wird evaluiert, dass die Größe der Hygroskopizität des Messzielobjekts S umso größer ist, je größer die Differenz zwischen der Größe des ersten Peaks P1 und der Größe des zweiten Peaks P2 ist.
Die „Größe der Hygroskopizität“ bezieht sich auf die Fähigkeit, Wasser zu absorbieren. Wenn beispielsweise zwei Proben unter denselben Bedingungen (z.B. dieselbe Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Zeit) einer Wasserabsorptionsbehandlung unterzogen werden und eine Probe eine größere Menge Wasser absorbiert als die andere, wird die Hygroskopizität der einen Probe als größer als die Hygroskopizität der anderen Probe bezeichnet. Die Schritte S4 und S5 entsprechen dem dritten Schritt des Hygroskopizität-Evaluierungsverfahrens.
Ein erstes Beispiel wird unter Bezugnahme auf 6 und 7 beschrieben. Im ersten Beispiel wurde die Hygroskopizität des Messzielobjekts S, das Montmorillonit als Tonmineral enthält, bewertet. Im ersten Beispiel wurden die Schritte S1 bis S3 für die erste, zweite und dritte Probe, die Montmorillonit als Tonmineral enthält, durchgeführt. Die erste Probe wurde durch Trocknen einer Probe des Messzielobjekts S unter Verwendung der oben beschriebenen Trocknungsvorrichtung hergestellt. Die zweite Probe wurde hergestellt, indem eine Probe des Messzielobjekts S unbeaufsichtigt gelassen wurde. Das heißt, dass die zweite Probe eine Probe des Messzielobjekts S ist, die nicht der Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung unterzogen wurde. Es wird angenommen, dass der Wassergehalt der zweiten Probe größer ist als der Wassergehalt der ersten Probe. Die dritte Probe wurde durch Befeuchten einer Probe des Messzielobjekts S mit der oben beschriebenen Nassbehandlungsvorrichtung hergestellt. Es wird davon ausgegangen, dass der Wassergehalt der dritten Probe größer ist als der Wassergehalt der zweiten Probe. Proben des Messzielobjekts S wurden z.B. vom Hersteller bezogen. In diesem Beispiel handelt es sich bei jeder Probe des Messzielobjekts S um Montmorillonit mit relativ hoher Reinheit.
6 ist ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristik jeder der ersten, zweiten und dritten Proben zeigt, die Montmorillonit enthalten. Wie in 6 gezeigt, enthält die erste Frequenzcharakteristik L11 der ersten Probe einen ersten Peak P11 in einem Referenzfrequenzbereich F1. Die zweite Frequenzcharakteristik L12 der zweiten Probe enthält einen zweiten Peak P12 im Referenzfrequenzbereich F1. Die dritte Frequenzcharakteristik L13 der dritten Probe enthält einen dritten Peak P13 im Referenzfrequenzbereich F1. Der Referenzfrequenzbereich F1 beträgt 2,7 THz bis 3,0 THz.
Die Größe des ersten Peaks P11, die Größe des zweiten Peaks P12 und die Größe des dritten Peaks P13 sind voneinander verschieden. Die Größe des zweiten Peaks P12 ist größer als die Größe des ersten Peaks P11. Die Größe des dritten Peaks P13 ist größer als die Größe des zweiten Peaks P12. Ein maximaler Abstand D12 zwischen dem zweiten Peak P12 und der Grundlinie B12 ist größer als ein maximaler Abstand D11 zwischen dem ersten Peak P11 und der Grundlinie B11. Ein maximaler Abstand D13 zwischen dem dritten Peak P13 und der Grundlinie B13 ist größer als der maximale Abstand D12 zwischen dem zweiten Peak P12 und der Grundlinie B12. Die Fläche zwischen dem zweiten Peak P12 und der Grundlinie B12 ist größer als die Fläche zwischen dem ersten Peak P11 und der Grundlinie B11. Die Fläche zwischen dem dritten Peak P13 und der Grundlinie B13 ist größer als die Fläche zwischen dem zweiten Peak P12 und der Grundlinie B12.
7 ist ein Diagramm, das das Differential jeder der in 6 gezeigten Frequenzcharakteristiken L11, L12 und L13 zeigt. Wie in 7 gezeigt, ist der Peak P15 des Differentials L15 der zweiten Frequenzcharakteristik L12 größer als der Peak P14 des Differentials L14 der ersten Frequenzcharakteristik L11. Der Peak P16 des Differentials L16 der dritten Frequenzcharakteristik L13 ist größer als der Peak P15 des Differentials L15 der zweiten Frequenzcharakteristik L12. Entsprechend den Differentialen L14, L15 und L16 kann die Größe des ersten Peaks P11, die Größe des zweiten Peaks P12 und die Größe des dritten Peaks P13 leicht erfasst werden, indem der Einfluss der Grundlinien B1, B2 und B3 eliminiert wird.
Darüber hinaus umfassen die erste Frequenzcharakteristik L11, die zweite Frequenzcharakteristik L12 und die dritte Frequenzcharakteristik L13 den ersten Peak P11, den zweiten Peak P12 bzw. den dritten Peak P13 im gleichen Referenzfrequenzbereich F1. Daher wird davon ausgegangen, dass die Kristallformen der Tonminerale (Montmorillonit) der ersten Probe, der zweiten Probe und der dritten Probe die gleichen sind. Wenn die Kristallformen der Tonminerale der ersten Probe, der zweiten Probe und der dritten Probe unterschiedlich sind, werden die Referenzfrequenzbereiche der ersten Probe, der zweiten Probe und der dritten Probe ebenfalls als unterschiedlich eingeschätzt. Da Montmorillonit eine geschichtete Kristallstruktur aufweist, nimmt die Stärke der Wasserstoffbrückenbindung zu, wenn Wasser zwischen die Schichten gelangt. Infolgedessen wird davon ausgegangen, dass molekulare Schwingungen induziert werden, die die Größe des Peaks erhöhen. Darüber hinaus wird in der Industrie häufig verlangt, die Menge des in die Kristallstruktur eingedrungenen Wassers als Wasserrückhaltevermögen zu erfassen.
Ein zweites Beispiel wird unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben. Im zweiten Beispiel wurde die Hygroskopizität des Messzielobjekts S, das Kaolinit als Tonmineral enthält, bewertet. Im zweiten Beispiel wurden die Schritte S1 bis S3 für die erste, zweite und dritte Probe, die Kaolinit als Tonmineral enthält, durchgeführt. Die erste Probe, die zweite Probe und die dritte Probe wurden jeweils durch Trocknen, Vernachlässigen oder Befeuchten der Probe des Messzielobjekts S wie oben beschrieben hergestellt. Die Proben des Messzielobjekts S wurden z.B. vom Hersteller bezogen. In diesem Beispiel ist jede Probe des Messzielobjekts S Kaolinit mit relativ hoher Reinheit.
8 ist ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristik jeder der ersten, zweiten und dritten Proben zeigt, die Kaolinit enthalten. Wie in 8 gezeigt, enthält die erste Frequenzcharakteristik L21 der ersten Probe einen ersten PEak P21 in einem Referenzfrequenzbereich F2. Die zweite Frequenzcharakteristik L22 der zweiten Probe enthält einen zweiten Peak P22 im Referenzfrequenzbereich F2. Die dritte Frequenzcharakteristik L23 der dritten Probe enthält einen dritten Peak P23 im Referenzfrequenzbereich F2. Der Referenzfrequenzbereich F2 beträgt 3,5 THz bis 3,7 THz. Die Größe des ersten Peaks P21, die Größe des zweiten Peaks P22 und die Größe des dritten Peaks P23 sind ungefähr gleich groß.
Die Differenz zwischen der Größe des ersten Peaks P11 und der Größe des zweiten Peaks P12 (siehe 6) ist größer als die Differenz zwischen der Größe des ersten Peaks P21 und der Größe des zweiten Peaks P22 (siehe 8) . Die Differenz zwischen der Größe des ersten Peaks P11 und der Größe des dritten Peaks P13 (siehe 6) ist größer als die Differenz zwischen der Größe des ersten Peaks P21 und der Größe des dritten Peaks P23 (siehe 8) . Der Unterschied zwischen der Größe des zweiten Peaks P12 und der Größe des dritten Peaks P13 (siehe 6) ist größer als der Unterschied zwischen der Größe des zweiten Peaks P22 und der Größe des dritten Peaks P23 (siehe 8).
9 ist ein Diagramm, das das Differential jeder der in 8 gezeigten Frequenzcharakteristiken L21, L22 und L23 zeigt. Wie in 9 gezeigt, sind der Peak P24 des Differentials L24 der ersten Frequenzcharakteristik L21, der Peak P25 des Differentials L25 der zweiten Frequenzcharakteristik L22 und der Peak P26 des Differentials L26 der dritten Frequenzcharakteristik L23 ungefähr gleich.
Da in der vorliegenden Ausführungsform der Unterschied zwischen den Größen der Peaks P11, P12 und P13, wenn das Tonmineral Montmorillonit ist, größer ist als der Unterschied zwischen den Größen der Peaks P21, P22 und P23, wenn das Tonmineral Kaolinit ist, kann man sehen, dass die Größe der Hygroskopizität des Messzielobjekts S, das Montmorillonit enthält, größer ist als die Größe der Hygroskopizität des Messzielobjekts S, das Kaolinit enthält.
Darüber hinaus umfassen die erste Frequenzcharakteristik L21, die zweite Frequenzcharakteristik L22 und die dritte Frequenzcharakteristik L23 den ersten Peak P21, den zweiten Peak P22 bzw. den dritten Peak P23 im gleichen Referenzfrequenzbereich F2. Daher wird angenommen, dass die Kristallformen der Tonminerale (Kaolinit) der ersten Probe, der zweiten Probe und der dritten Probe gleich sind. Wenn die Kristallformen der Tonminerale der ersten Probe, der zweiten Probe und der dritten Probe unterschiedlich sind, werden die Referenzfrequenzbereiche der ersten Probe, der zweiten Probe und der dritten Probe ebenfalls als unterschiedlich eingeschätzt.
[Funktionen und Auswirkungen des Hygroskopizität-Evaluierungsverfahrens]
Wie oben beschrieben, wird bei dem Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren im zweiten Schritt unter Verwendung der Terahertz-Welle T ein erstes Detektionsergebnis für die erste Probe, die das erste Tonmineral enthält, und ein zweites Detektionsergebnis für die zweite Probe, die das zweite Tonmineral enthält, das dasselbe wie das erste Tonmineral ist, erhalten. Darüber hinaus wird im ersten Schritt die erste Probe der ersten Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung und die zweite Probe der zweiten Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung unterzogen. Im dritten Schritt wird die Größe der Hygroskopizität des Messzielobjekts S auf Basis der Differenz zwischen der Größe des ersten Peaks P1 der ersten Frequenzcharakteristik L1 im Referenzfrequenzbereich F und der Größe des zweiten Peaks P2 der zweiten Frequenzcharakteristik L2 im Referenzfrequenzbereich F evaluiert. Auf diese Weise kann durch die Verwendung der Terahertz-Welle T die Hygroskopizität des Messzielobjekts S beispielsweise ohne chemische Reaktion (zerstörungsfrei) des Messzielobjekts S bewertet werden, ohne dass eine Strahlenbelastung verhindert werden muss. Daher ist es mit dieser Methode zur Bewertung der Hygroskopizität möglich, die Hygroskopizität des Messzielobjekts S einfach zu evaluieren.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung stellten die Hypothese auf, dass die Probleme verschiedener Methoden, wie der Karl-Fischer-Titration oder der oben beschriebenen Röntgenbeugungsmethode, durch die Verwendung von Terahertz-Wellen gelöst werden könnten. Daher haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung die Hygroskopizität jeder montmorillonithaltigen Probe und jeder Kaolinit-haltigen Probe durch Bestrahlung der Proben mit Terahertz-Wellen wie im ersten und zweiten Beispiel untersucht. Als Ergebnis wurden bei montmorillonithaltigen Proben Änderungen in der Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik im Referenzfrequenzbereich aufgrund von Unterschieden in den Bedingungen der Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung beobachtet, aber bei Kaolinit-haltigen Proben wurden keine solchen Änderungen beobachtet. Auf Basis dieser Ergebnisse haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung festgestellt, dass montmorillonithaltige Proben eine hohe Hygroskopizität aufweisen, während kaolinithaltige Proben eine geringe Hygroskopizität aufweisen. Mit anderen Worten ist es den Erfindern der vorliegenden Anmeldung gelungen, die Probleme verschiedener Methoden, wie der Karl-Fischer-Titration oder der Röntgenbeugungsmethode, durch den Einsatz von Terahertz-Wellen zu lösen.
Das Tonmineral ist Montmorillonit oder Kaolinit. Daher ist es möglich, die Hygroskopizität des Messzielobjekts S zu evaluieren, das Montmorillonit oder Kaolinit als ein Tonmineral enthält.
Im zweiten Schritt wird die Terahertzwellen-abgeschwächte Totalreflexionsspektroskopie eingesetzt. Damit ist es möglich, die Hygroskopizität des Messzielobjekts S einfach und zuverlässig zu bewerten.
[Wassergehalt-Evaluierungsverfahren]
Als nächstes wird ein Wassergehalt-Evaluierungsverfahren unter Verwendung des Spektrometers 1 beschrieben. Das Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Wassergehalt-Evaluierungsverfahren des Messzielobjekts S, das ein hygroskopisches Tonmineral enthält. Zunächst wird, wie in 10 gezeigt, das Messzielobjekt S, das auf Basis der Differenz zwischen der Größe des ersten Peaks P1 im Referenzfrequenzbereich F und der Größe des zweiten Peaks P2 im Referenzfrequenzbereich F ausgewählt wurde, vorbereitet (Schritt S21). In Schritt S21 wird zum Beispiel das Messzielobjekt S, das in Schritt S5 als relativ hygroskopisch bewertet wurde, vorbereitet. In der vorliegenden Ausführungsform wird zum Beispiel das Messzielobjekt S, das Montmorillonit als Tonmineral enthält, vorbereitet. Schritt S21 entspricht jeweils dem vierten Schritt des Hygroskopizität-Evaluierungsverfahrens und dem ersten Schritt des Wassergehalt-Evaluierungsverfahrens.
Dann wird die Terahertz-Welle T auf das Messzielobjekt S auftreffen gelassen, und die Terahertz-Welle T vom Messzielobjekt S wird erfasst (Schritt S22). Als Ergebnis wird die Wellenform des elektrischen Feldes (Erfassungsergebnis) des Messzielobjekts S erfasst. In Schritt S22 wird also die Terahertz-Wellen-Spektroskopie mit abgeschwächter Totalreflexion verwendet. Schritt S22 entspricht jeweils dem fünften Schritt des Hygroskopizität-Evaluierungsverfahrens und dem zweiten Schritt des Wassergehalt-Evaluierungsverfahrens.
Dann wird die Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts S erfasst (Schritt S23). Insbesondere wird auf Basis der Wellenform des elektrischen Referenzfeldes und der Wellenform des elektrischen Feldes des Messzielobjekts S die Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts S berechnet. Dann wird der Wassergehalt des Messzielobjekts S auf Basis der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts S bewertet (Schritt S24). In Schritt S24 wird der Wassergehalt des Messzielobjekts S auf Basis von Referenzinformationen (erste Referenzinformationen) und der Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts S im Referenzfrequenzbereich evaluiert. Die Referenzinformation ist eine Information, die den Zusammenhang zwischen der Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich und dem Wassergehalt der Referenzprobe angibt. Die Referenzprobe enthält das gleiche Tonmineral wie das Tonmineral des Messzielobjekts S. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Referenzprobe Montmorillonit mit relativ hoher Reinheit. Die Referenzprobe kann eine Probe des Messzielobjekts S sein.
Wie in 11 gezeigt, unter der Annahme, dass die horizontale Achse den Wassergehalt der Referenzprobe anzeigt und die vertikale Achse die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich anzeigt, zeigt die Referenzinformation R die Korrelation zwischen dem Wassergehalt der Referenzprobe und der Größe des Peaks an. Als Größe des Peaks wird z.B. der Differenzwert (siehe z.B. die Peaks P14, P15, P16 u.ä. in 7) der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich verwendet. Insbesondere wird als Größe des Peaks beispielsweise der maximale Absolutwert des Differenzwertes verwendet. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Referenzinformation R unter Verwendung der solchen fünf Maximalwerte erstellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Referenzinformation R durch Durchführung einer Regressionsanalyse mit der Größe des Peaks als abhängige Variable und dem Wassergehalt als unabhängige Variable berechnet. Bei der Regressionsanalyse kann es sich beispielsweise um eine lineare Regression oder eine nichtlineare Regression handeln.
Als Größe des Peaks kann z.B. ein Wert verwendet werden, der dem Abstand (maximaler Abstand, durchschnittlicher Abstand o.ä.) zwischen der Grundlinie und dem Peak der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich entspricht. Als Größe des Peaks kann z.B. ein Wert verwendet werden, der der Fläche zwischen der Grundlinie und dem Peak der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich entspricht. Als Größe des Peaks kann z.B. ein Wert verwendet werden, der der Peakposition oder -fläche des Referenzfrequenzbereichs im Differenzwert der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe entspricht.
Wie in 11 gezeigt, ist beispielsweise, wenn die Größe (Differenzwert) des Peaks der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts S im Referenzfrequenzbereich Y ist, der Wassergehalt des Messzielobjekts S X, bezogen auf die Referenzinformation R. Schritt S24 entspricht jedem der sechsten Schritte des Hygroskopizitätsbewertungsverfahrens und dem dritten Schritt des Wassergehaltsbewertungsverfahrens.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Erzeugung der Referenzinformationen R beschrieben. Wie in 12 gezeigt, wird eine Vielzahl von Referenzproben mit unterschiedlichen Wassergehalten vorbereitet (Schritt S41). Der Wassergehalt jeder der mehreren Referenzproben wird durch Durchführung der Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung wie in Schritt S1 eingestellt. Jeder Wassergehalt wird z.B. aus der Gewichtsdifferenz vor und nach dem Verfahren von Schritt S1 berechnet. Wenn der Wassergehalt jeder der mehreren Referenzproben unterschiedlich sein kann, kann eine der mehreren Referenzproben nicht der Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung unterzogen werden. Schritt S41 entspricht jeweils dem siebten Schritt des Hygroskopizität-Evaluierungsverfahrens und dem vierten Schritt des Wassergehalt-Evaluierungsverfahrens.
Dann wird die Terahertz-Welle T auf jede der Vielzahl von Referenzproben einfallen gelassen, und die Terahertz-Welle T von jeder der Vielzahl von Referenzproben wird erfasst (Schritt S42) . Als Ergebnis wird eine Wellenform des elektrischen Feldes (Erfassungsergebnis) von jeder der Vielzahl von Referenzproben erfasst. In Schritt S42 wird also die Terahertzwellen-Spektroskopie mit abgeschwächter Totalreflexion verwendet. Schritt S42 entspricht jeweils dem achten Schritt des Hygroskopizität-Evaluierungsverfahrens und dem fünften Schritt des Wassergehalt-Evaluierungsverfahrens.
Dann wird die Frequenzcharakteristik jeder der mehreren Referenzproben erfasst (Schritt S43). Insbesondere wird die Frequenzcharakteristik der Referenzprobe auf Basis der Wellenform des elektrischen Referenzfeldes und der Wellenform des elektrischen Feldes der Referenzprobe berechnet. Dann wird die Referenzinformation R auf Basis der Frequenzcharakteristik jeder der Vielzahl von Referenzproben und des Wassergehalts jeder der Vielzahl von Referenzproben erzeugt (Schritt S44). Schritt S44 entspricht jeweils dem neunten Schritt des Hygroskopizität-Evaluierungsverfahrens und dem sechsten Schritt des Wassergehalt-Evaluierungsverfahrens.
In Schritt S44 wird die Referenzinformation R auf Basis der Größe (Differenzwert) des Peaks der Frequenzcharakteristik jeder der mehreren Referenzproben im Referenzfrequenzbereich und des Wassergehalts jeder der mehreren Referenzproben erstellt. Insbesondere wird ein Diagramm mit dem Wassergehalt auf der horizontalen Achse und der Größe des Peaks auf der vertikalen Achse erstellt, und Punkte, die den Wassergehalt und die Größe des Peaks anzeigen, die einander entsprechen, werden auf dem Diagramm aufgetragen (siehe 11). Dann wird die Referenzinformation R berechnet, indem die oben beschriebene Regressionsanalyse an der Vielzahl der aufgezeichneten Punkte durchgeführt wird.
[Funktionen und Auswirkungen des Wassergehalt-Evaluierungsverfahrens]
Wie oben beschrieben, wird bei dem Wassergehalt-Evaluierungsverfahren im zweiten Schritt die Terahertz-Welle T verwendet, um ein Detektionsergebnis für das Messzielobjekt S zu erhalten, das ein Tonmineral enthält. Im dritten Schritt wird der Wassergehalt des Messzielobjekts S auf Basis der Referenzinformation R ausgewertet, die die Beziehung zwischen der Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich und dem Wassergehalt der Referenzprobe und der Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts S im Referenzfrequenzbereich angibt. Auf diese Weise kann mit Hilfe der Terahertz-Welle T der Wassergehalt des Messzielobjekts S z.B. ohne chemische Reaktion (zerstörungsfrei) und ohne Vermeidung von Strahlenbelastung ermittelt werden. Darüber hinaus kann der Wassergehalt im Vergleich zu einem Fall, in dem der Wassergehalt auf Basis der Gewichtsdifferenz vor und nach der Trocknungsbehandlung ermittelt wird, einfach bewertet werden. Da Tonminerale mit hoher Hygroskopizität (z.B. Montmorillonit) als Kosmetika, Bodenverbesserungsmaterialien und dergleichen verwendet werden, ist die Bestimmung des Wassergehalts solcher Tonminerale sehr wichtig.
Das Wassergehalt-Evaluierungsverfahren umfasst ferner: einen vierten Schritt der Vorbereitung einer Vielzahl von Referenzproben mit unterschiedlichen Wassergehalten; einen fünften Schritt der Gewinnung eines Detektionsergebnisses für jede der Vielzahl von Referenzproben, indem die Terahertz-Welle T auf jede der Vielzahl von Referenzproben einfällt und die Terahertz-Welle T von jeder der Vielzahl von Referenzproben detektiert wird; und einen sechsten Schritt der Erzeugung der Referenzinformation R auf Basis der Frequenzcharakteristik jeder der Vielzahl von Referenzproben, die aus dem Detektionsergebnis und dem Wassergehalt jeder der Vielzahl von Referenzproben berechnet wird. Im sechsten Schritt wird die Referenzinformation R auf Basis der Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik jeder der Vielzahl von Referenzproben im Referenzfrequenzbereich und des Wassergehalts jeder der Vielzahl von Referenzproben erstellt. Auf diese Weise ist es durch die Verwendung der Terahertz-Welle T möglich, auf einfache Weise die Referenzinformation R zu erhalten, die die Beziehung zwischen der Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich und dem Wassergehalt der Referenzprobe angibt.
Im sechsten Schritt wird der Differenzwert der Frequenzcharakteristik jeder der Vielzahl von Referenzproben im Referenzfrequenzbereich als die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik jeder der Vielzahl von Referenzproben im Referenzfrequenzbereich verwendet. Daher ist es möglich, die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik jeder der mehreren Referenzproben im Referenzfrequenzbereich leicht zu erfassen.
Das Tonmineral ist Montmorillonit. Der Referenzfrequenzbereich liegt bei 2,7 THz bis 3 THz. Daher ist es möglich, den Wassergehalt des Messzielobjekts S, das Montmorillonit als Tonmineral enthält, leicht zu evaluieren.
Im zweiten Schritt wird die Terahertzwellen-abgeschwächte Totalreflexionsspektroskopie eingesetzt. Damit ist es möglich, den Wassergehalt des Messzielobjekts S einfach und zuverlässig zu evaluieren.
[Zweite Ausführungsform]
Als nächstes werden ein Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren und ein Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Bewertung des Zwischenschichtwassers durchgeführt, um das im Messzielobjekt S enthaltene Zwischenschichtwasser auf Basis einer ersten Referenzinformation zu bewerten, und die Bewertung des freien Wassers wird durchgeführt, um das im Messzielobjekt S enthaltene freie Wasser auf Basis einer zweiten Referenzinformation zu bewerten (der sechste Schritt des Hygroskopizitätsbewertungsverfahrens oder der dritte Schritt des Wassergehaltsbewertungsverfahrens) . Das Zwischenschichtwasser ist das Wasser, das zwischen den Kristallschichten in das in der Kristallstruktur des Tonminerals vorhandene Wasser eintritt. Das freie Wasser ist das außerhalb der Kristallschichten verbleibende Wasser, das in der Kristallstruktur des Tonminerals vorhanden ist.
Die erste Referenzinformation wird auf die gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform erstellt. Insbesondere wird zunächst die Frequenzcharakteristik jeder einer Vielzahl von Referenzproben mit unterschiedlichen Wassergehalten erfasst. 13 ist ein Diagramm, das die Frequenzcharakteristik L jeder Referenzprobe gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie in 13 gezeigt, enthält jede Frequenzcharakteristik L einen Peak P im Referenzfrequenzbereich F. Jede Frequenzcharakteristik L enthält keinen Peak in einem Basisfrequenzbereich B. Der Basisfrequenzbereich B ist ein Frequenzband, das der Grundlinie der Frequenzcharakteristik L entspricht. Der Basisfrequenzbereich B ist ein vom Referenzfrequenzbereich F verschiedener Bereich im Frequenzband des Frequenzgangs L. Der Basisfrequenzbereich B ist ein beliebiger Bereich im Frequenzband des Frequenzgangs L mit Ausnahme des Referenzfrequenzbereichs F. Die Referenzprobe ist Montmorillonit mit relativ hoher Reinheit, wie die Referenzprobe in der ersten Ausführungsform. Bei der Referenzprobe kann es sich um eine Probe des Messzielobjekts S handeln.
14 ist ein Diagramm, das die erste Referenzinformation R1 zeigt. Wie in 14 gezeigt, wird angenommen, dass die horizontale Achse den Wassergehalt der Referenzprobe (Gewichtsdifferenz vor und nach der Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung) und die vertikale Achse die Größe des Peaks P der Frequenzcharakteristik L der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich F anzeigt, wobei die erste Referenzinformation R1 die Korrelation zwischen dem Wassergehalt der Referenzprobe und der Größe des Peaks P der Frequenzcharakteristik L der Referenzprobe anzeigt. In der ersten Referenzinformation R1 wird der Differenzwert (sekundärer Differenzwert) des Frequenzgangs L der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich F als die Größe des Peaks P des Frequenzgangs L der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich F verwendet. In der nachfolgenden Beschreibung wird der „Differenzwert (sekundärer Differenzwert) der Frequenzcharakteristik L der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich F“ als ein „Peakwert der Referenzprobe“ bezeichnet.
In der ersten Referenzinformation R1 ändert sich der Peakwert (vertikale Achse) der Referenzprobe linear mit der Änderung des Wassergehalts, wenn der Wassergehalt (horizontale Achse) gleich oder kleiner als ein vorgegebener Wert Q ist. Bei der ersten Referenzinformation R1 behält der Peakwert der Referenzprobe einen festen Wert (bleibt nahezu unverändert), auch wenn sich der Wassergehalt ändert, wenn der Wassergehalt größer als der vorgegebene Wert Q ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der vorbestimmte Wert Q zum Beispiel ein beliebiger Wert zwischen 20 % und 30 %. Der vorgegebene Wert Q beträgt beispielsweise etwa 22, 5 %. Der vorgegebene Wert Q kann je nach Art der Referenzprobe unterschiedlich sein.
15 ist ein Diagramm, das die zweite Referenzinformation R2 zeigt. Wie in 15 gezeigt, zeigt die zweite Referenzinformation R2 die Korrelation zwischen dem Wassergehalt der Referenzprobe und dem Basiswert der Referenzprobe an, wenn man davon ausgeht, dass die horizontale Achse den Wassergehalt der Referenzprobe und die vertikale Achse die Frequenzcharakteristik der Referenzprobe im Basisfrequenzbereich B anzeigt (im Folgenden als „Basiswert der Referenzprobe“ bezeichnet). In der zweiten Referenzinformation R2 ändert sich der Basiswert der Referenzprobe sowohl in dem Fall, in dem der Wassergehalt (horizontale Achse) gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert Q ist, als auch in dem Fall, in dem der Wassergehalt größer als der vorbestimmte Wert Q ist, linear mit der Änderung des Wassergehalts. Bei der Auswertung des Zwischenschichtwassers wird das im Messzielobjekt S enthaltene Zwischenschichtwasser auf Basis der oben beschriebenen ersten Referenzinformation R1 und der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts S ausgewertet, und bei der Auswertung des freien Wassers wird das im Messzielobjekt S enthaltene freie Wasser auf Basis der oben beschriebenen zweiten Referenzinformation R2 und der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts S ausgewertet. Konkret wird zunächst das Messzielobjekt S, das Montmorillonit als Tonmineral enthält, präpariert und dann die Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts S erfasst, wie in der ersten Ausführungsform.
Bei der Zwischenschichtwasserevaluierung wird das im Messzielobjekt S enthaltene Zwischenschichtwasser anhand der ersten Referenzinformation R1 und der Größe des Peaks des Frequenzgangs des Messzielobjekts S im Referenzfrequenzbereich F ausgewertet. Bei der Zwischenschichtwasserevaluierung wird der Differenzwert (sekundärer Differenzwert) des Frequenzgangs des Messzielobjekts S im Referenzfrequenzbereich F als Größe des Peaks des Frequenzgangs des Messzielobjekts S im Referenzfrequenzbereich F verwendet. Bei der Evaluierung des freien Wassers wird das im Messzielobjekt S enthaltene freie Wasser auf Basis der zweiten Referenzinformation R2 und des Frequenzgangs des Messzielobjekts S im Basisfrequenzbereich B (im Folgenden als „Basiswert des Messzielobjekts S“ bezeichnet) evaluiert.
Basierend auf der ersten Referenzinformation R1 (siehe 14) kann man sehen, dass, wenn der Wassergehalt, der dem Peakwert des Messzielobjekts S entspricht, gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert Q ist, je größer der Wassergehalt des Messzielobjekts S ist, desto größer ist die Menge an Zwischenschichtwasser, die in dem Messzielobjekt S enthalten ist. Basierend auf der zweiten Referenzinformation R2 (siehe 15) ist zu erkennen, dass, wenn der Wassergehalt, der dem Basiswert des Messzielobjekts S entspricht, gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert Q ist, der Wassergehalt des Messzielobjekts S umso größer ist, je mehr freies Wasser in dem Messzielobjekt S enthalten ist.
Basierend auf der ersten Referenzinformation R1 kann man sehen, dass, wenn der Wassergehalt, der dem Peakwert des Messzielobjekts S entspricht, größer ist als der vorbestimmte Wert Q, die Menge an Zwischenschichtwasser, die in dem Messzielobjekt S enthalten ist, ungefähr gleich ist, selbst wenn der Wassergehalt des Messzielobjekts S unterschiedlich ist. Basierend auf der zweiten Referenzinformation R2 kann man sehen, dass, wenn der Wassergehalt, der dem Basiswert des Messzielobjekts S entspricht, größer ist als der vorbestimmte Wert Q, je größer der Wassergehalt des Messzielobjekts S ist, desto größer die Menge an freiem Wasser ist, die in dem Messzielobjekt S enthalten ist.
Wie oben beschrieben, wird in der vorliegenden Ausführungsform durch Verwendung des Differenzwertes der Frequenzcharakteristik L der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich F als Größe des Peaks P der Frequenzcharakteristik L der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich F und durch Verwendung des Differenzwertes der Frequenzcharakteristik des Messzielobjektes S im Referenzfrequenzbereich F als Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik des Messzielobjektes S im Referenzfrequenzbereich F die Zwischenschichtwasserauswertung zur Bewertung des im Messzielobjekt S enthaltenen Zwischenschichtwassers durchgeführt. Auf diese Weise kann durch Evaluieren des im Messzielobjekt S enthaltenen Zwischenschichtwassers der Wassergehalt des Messzielobjekts S näher bestimmt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Auswertung des freien Wassers weiterhin durchgeführt, um das im Messzielobjekt S enthaltene freie Wasser auf Basis der zweiten Referenzinformation R2 auszuwerten, die die Beziehung zwischen der Frequenzcharakteristik L der Referenzprobe im Basisfrequenzbereich B, der sich vom Referenzfrequenzbereich F unterscheidet, und dem Wassergehalt der Referenzprobe und der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts S im Basisfrequenzbereich B angibt. Auf diese Weise wird es möglich, den Wassergehalt des Messzielobjekts S genauer zu evaluieren, indem neben dem im Messzielobjekt S enthaltenen Zwischenschichtwasser auch das im Messzielobjekt S enthaltene freie Wasser evaluiert wird.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben herausgefunden, dass das im Messzielobjekt S enthaltene Zwischenschichtwasser durch Verwendung des Peakwertes (sekundärer Differenzwert) des Messzielobjektes S und das im Messzielobjekt S enthaltene freie Wasser durch Verwendung des Basiswertes des Messzielobjektes S evaluiert werden kann. Das heißt, wie in 16A bis 16C gezeigt, dass es zum Beispiel eine starke Korrelation zwischen der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe im Basisfrequenzbereich B (zum Beispiel, wenn die Frequenz 1 THz, 2 THz oder 4 THz beträgt) und dem Wassergehalt der Referenzprobe gibt. Darüber hinaus besteht, wie in 17 gezeigt, eine starke Korrelation zwischen der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich F (z.B. wenn die Frequenz 2, 8 THz beträgt) und dem Wassergehalt der Referenzprobe. Andererseits besteht, wie in 18 gezeigt, eine schwache Korrelation zwischen dem Peakwert (sekundärer Differenzwert) der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich F (z.B. wenn die Frequenz 2, 8 THz beträgt) und dem Wassergehalt der Referenzprobe im Vergleich zur Korrelation zwischen der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich F und dem Wassergehalt der Referenzprobe.
Mit Blick auf eine solche Tendenz haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung eine genauere Analyse der Korrelation zwischen dem Peakwert (sekundärer Differenzwert) und dem Wassergehalt der Referenzprobe durchgeführt. Als Ergebnis haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung festgestellt, dass, wie in 19 gezeigt, wenn der Wassergehalt gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert Q ist, eine starke Korrelation zwischen dem Peakwert und dem Wassergehalt der Referenzprobe besteht, während, wie in 20 gezeigt, wenn der Wassergehalt größer als der vorbestimmte Wert Q ist, der Peakwert der Referenzprobe nahezu unverändert bleibt, selbst wenn sich der Wassergehalt ändert.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung analysierten diese Ergebnisse wie folgt. Das heißt, wie in 21A und 21B gezeigt, nimmt der Wassergehalt der Referenzprobe ab, wenn die Trocknungsstärke der Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung zunimmt (wenn die Feuchtigkeit abnimmt). Das heißt, die in der Referenzprobe enthaltene Wassermenge (Zwischenschichtwasser und freies Wasser) nimmt mit zunehmender Trocknungsstärke der Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung ab. Wie in 21A gezeigt, bleibt der Peakwert der Referenzprobe auf einem festen Wert, auch wenn die Trocknungsstärke der Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung zunimmt, wenn der Wassergehalt größer als der vorgegebene Wert Q ist. Andererseits, wenn der Wassergehalt gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert Q ist, ändert sich der Peakwert der Referenzprobe linear, wenn die Trocknungsstärke der Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung zunimmt. Wie in 21B gezeigt, ändert sich der Basiswert der Referenzprobe sowohl in dem Fall, in dem der Wassergehalt größer als der vorbestimmte Wert Q ist, als auch in dem Fall, in dem der Wassergehalt gleich oder kleiner als der vorbestimmte Wert Q ist, linear, wenn die Trocknungsstärke der Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung zunimmt. Dies liegt wahrscheinlich daran, dass, wie in 22 gezeigt, das Zwischenschichtwasser 82 zwischen die Kristallschichten 81 eintritt, während das freie Wasser 83 außerhalb der Kristallschichten 81 verbleibt. Insbesondere wird das zwischen die Kristallschichten 81 eindringende Zwischenschichtwasser 82 nicht leicht durch Veränderungen in der äußeren Umgebung, wie z.B. Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung, beeinflusst. Daher ändert sich die Menge des Zwischenschichtwassers 82 beispielsweise nicht, wenn die Trocknungsstärke der Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung zunimmt (wenn ein Wechsel vom nassen zum trockenen Zustand stattfindet), wenn die Trocknungsstärke relativ niedrig ist, und beginnt zu sinken, nachdem die Trocknungsstärke bis zu einem gewissen Grad zunimmt. Das außerhalb der Kristallschichten 81 verbleibende freie Wasser 83 ist anfällig für Veränderungen in der äußeren Umgebung, wie z.B. Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung. Wenn also beispielsweise die Trocknungsstärke der Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung zunimmt (wenn ein Wechsel vom feuchten in den trockenen Zustand stattfindet), ist zu erwarten, dass die Menge des freien Wassers 83 unabhängig von der Größe der Trocknungsstärke abnimmt.
Wie oben beschrieben, ist es den Erfindern der vorliegenden Anmeldung gelungen, unterschiedliche Reaktionen des Zwischenschichtwassers und des freien Wassers auf die Bedingungen der Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung zu erfassen, wenn der Wassergehalt der Referenzprobe auf einen Wert geändert wurde, der größer ist als der vorgegebene Wert Q. Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben festgestellt, dass der Wassergehalt des Messzielobjekts S auf Basis solcher Ergebnisse detaillierter bewertet werden kann.
Das Zwischenschichtwasser 82, das von der äußeren Umgebung weniger beeinflusst wird als das freie Wasser 83, ist eine wichtige Einheit für die Aufrechterhaltung des Wasserrückhaltevermögens des Tonminerals. Nach dem Verfahren der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, als Bewertung des Wasserrückhaltevermögens des Tonminerals den Schwellenwert (vorbestimmter Wert Q) der Trocknungsstärke für die Aufrechterhaltung des Zwischenschichtwassers 82, den Grad der Abnahme des Zwischenschichtwassers 82 entsprechend der Zunahme der Trocknungsstärke und dergleichen zu erfassen. Es wird erwartet, dass das Verfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform als Technik bei der Entwicklung von Produkten eingesetzt wird, bei denen Funktionen wie das Wasserrückhaltevermögen des Zwischenschichtwassers 82 wichtig sind (z.B. landwirtschaftliche Bodenverbesserungsmaterialien, die Tonmineralien enthalten, Detox-Nahrungsmittel und Kosmetika).
Modifikationsbeispiele
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Wie in 23 gezeigt, kann sowohl im Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren als auch im Wassergehalt-Evaluierungsverfahren ein Spektrometer 1A anstelle des Spektrometers 1 verwendet werden. Das Spektrometer 1A enthält eine Ausgabeeinheit 20A anstelle der Ausgabeeinheit 20 und eine Detektionseinheit 60A anstelle der Detektionseinheit 60. Das Spektrometer 1A enthält nicht die Justiereinheit 40 und die Reflexionseinheit 50. Das Spektrometer 1A enthält die Ausgabeeinheit 20A, einen Zerhacker 26, eine Anordnungseinheit 30, die Detektionseinheit 60A und eine Verarbeitungseinheit 70.
Die Ausgabeeinheit 20A weist eine Vielzahl von Lichtquellen 25 auf. Jede Lichtquelle 25 gibt eine Terahertz-Welle T mit einer einzigen Wellenlänge ab. Die Lichtquellen 25 geben Terahertz-Wellen T mit unterschiedlichen Frequenzen aus. Die Lichtquelle 25 ist z.B. eine Rückwärtswellenröhre oder ein Quantenkaskadenlaser. Der Zerhacker 26 lässt die von der Lichtquelle 25 ausgegebene Terahertz-Welle T in vorgegebenen Intervallen abwechselnd durch und sperrt sie. Die von der Ausgabeeinheit 20A ausgegebene Terahertz-Welle T fällt auf die Einfallsoberfläche 30a der Anordnungseinheit 30, wird nacheinander von der ersten teilreflektierenden Oberfläche 30d, der reflektierenden Oberfläche 30c und der zweiten teilreflektierenden Fläche 30e reflektiert und dann von der Austrittssoberfläche 30b an den Ausgang ausgegeben, um auf die Detektionseinheit 60A zu treffen.
Die Detektionseinheit 60A detektiert die von der Anordnungseinheit 30 ausgegebene Terahertz-Welle T. Insbesondere umfasst die Detektionseinheit 60A einen Detektor 65, einen Lock-in-Verstärker 63 und einen A/D-Wandler 64. Der Detektor 65 ist beispielsweise eine Golay-Zelle, ein Bolometer, eine Schottky-Barrierediode oder eine resonante Tunneldiode. Das von dem Detektor 65 ausgegebene elektrische Signal wird in den Lock-in-Verstärker 63 eingegeben. Der Lock-in-Verstärker 63 erfasst das vom Detektor 65 ausgegebene elektrische Signal synchron mit der Wiederholungsfrequenz des Durchgangs und der Sperrung der Terahertz-Welle T im Chopper 23. Der A/D-Wandler 64 wandelt das analoge Signal des Lock-in-Verstärkers 63 in ein digitales Signal um. Die Verarbeitungseinheit 70 berechnet auf Basis des vom A/D-Wandler 64 ausgegebenen Signals Frequenzcharakteristika. Darüber hinaus kann das Spektrometer 1A den Zerhacker 26 und den Lock-in-Verstärker 63 nicht enthalten.
Sowohl bei dem Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren als auch bei dem Wassergehalt-Evaluierungsverfahren unter Verwendung des Spektrometers 1A wird die Terahertz-Welle T mit einer einzigen Wellenlänge auf das Messzielobjekt S oder ähnliches auftreffen. Insbesondere, wie in 24 gezeigt, fallen die Terahertz-Welle T mit einer Frequenz (Referenzfrequenz) p, die Terahertz-Welle T mit einer Frequenz f1 und die Terahertz-Welle T mit einer Frequenz f2 auf das Messzielobj ekt S oder dergleichen. f1 ist ein Wert kleiner als p. f2 ist ein Wert größer als p.
Dann werden als Frequenzcharakteristiken, wenn die Frequenzen p, f1 und f2 sind, Ap, Af1 bzw. Af2 berechnet. Ap, Af1 und Af2 sind z.B. Absorptionswerte. Dann wird Am auf Basis von Am = (Af2 - Af1) × (p - f1)/(f2 - f1) + Af1 berechnet (Gleichung 1). Dann wird auf Basis von Ap > Am + α (Gleichung 2) bestimmt, ob es einen Peak im Referenzfrequenzbereich gibt oder nicht. Wenn Gleichung 2 erfüllt ist, wird festgestellt, dass ein Peak vorhanden ist, und wenn Gleichung 2 nicht erfüllt ist, wird festgestellt, dass kein Peak vorhanden ist.
Der Referenzfrequenzbereich ist f1 bis f2. Die Grundlinie ist eine gerade Linie, die den Punkt (f1, Af1) und den Punkt (f2, Af2) miteinander verbindet. Die Peaks der Frequenzcharakteristik im Bezugsfrequenzbereich sind die Verbindungslinie zwischen dem Punkt (p, Ap) und dem Punkt (f1, Af1) und die Verbindungslinie zwischen dem Punkt (p, Ap) und dem Punkt (f2, Af2) . Darüber hinaus ist α ein Puffer. α kann entsprechend der Situation des Spektrometers 1A eingestellt werden. α kann auf Basis von Rauschen oder dergleichen während der Messung durch das Spektrometer 1A eingestellt werden. Ein Beispiel: α ist ein Wert, der dem Dreifachen der Standardabweichung der Messabweichung entspricht.
Als Frequenzcharakteristiken bei den Frequenzen p, f1 und f2 können anstelle der Extinktionen Ap, Af1 und Af2 die Durchlichtintensitäten Ip, If1 und If2 verwendet werden. In diesem Fall wird Im auf Basis von Im = (If2 - If1) × (p - f1)/ (f2 - f1) + If1 berechnet (Gleichung 3) . Dann wird auf Basis von Ip < Im - α (Gleichung 4) bestimmt, ob es einen Peak bei der Bezugsfrequenz gibt oder nicht. Wenn Gleichung 4 erfüllt ist, wird festgestellt, dass ein Peak vorhanden ist, und wenn Gleichung 4 nicht erfüllt ist, wird festgestellt, dass kein Peak vorhanden ist.
Die Grundlinie ist eine Gerade, die den Punkt (f1, If1) und den Punkt (f2, If2) miteinander verbindet. Die Peaks des Frequenzgangs im Referenzfrequenzbereich sind die Verbindungslinie zwischen dem Punkt (p, Ip) und dem Punkt (f1, If1) und die Verbindungslinie zwischen dem Punkt (p, Ip) und dem Punkt (f2, If2). Außerdem darf in diesem Fall keine Referenzmessung durchgeführt werden.
Gemäß dem Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren und dem Wassergehalt-Evaluierungsverfahren unter Verwendung des Spektrometers 1A ist es möglich, die Hygroskopizität des Messzielobjekts S zu bewerten und den Wassergehalt des Messzielobjekts S mit einer einfachen Konfiguration zu bewerten.
Darüber hinaus können die Spektrometer 1 und 1A keine Vorrichtungen zur Durchführung der abgeschwächten Totalreflexionsspektroskopie sein. Wie in 25A gezeigt, kann die Terahertz-Welle T in den Spektrometern 1 und 1A durch das Messzielobjekt S oder ähnliches laufen. Wie in 25B gezeigt, kann die Terahertz-Welle T in den Spektrometern 1 und 1A detektiert werden, nachdem sie von einem Paar von Spiegeln M und dem Messzielobjekt S reflektiert wurde.
Darüber hinaus kann ein optisches Interferenzsystem als optisches System der Detektionseinheiten 60 und 60A verwendet werden. In diesem Fall kann das Absorptionsspektrum der Terahertz-Welle T direkt erfasst werden, ohne die Wellenform des elektrischen Feldes der Terahertz-Welle T durch die Detektionseinheiten 60 und 60A zu erfassen.
Außerdem wird als ein Tonmineral das Beispiel von Montmorillonit oder Kaolinit angeführt. Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren und das Wassergehalt-Evaluierungsverfahren können jedoch auf verschiedene Tonminerale angewendet werden.
Obwohl das Beispiel, in dem die Vorspanneinheit 12 eine Pressvorrichtung oder ähnliches hat, dargestellt ist, kann die Vorspanneinheit 12 zusätzlich zum Beispiel ein Gewicht mit einem vorbestimmten Gewicht sein. Die Vorspanneinheit 12 kann eine dem Gewicht der Vorspanneinheit 12 entsprechende Last auf die Kontakteinheit 11 in Richtung der Z-Achse ausüben. Die Last wird über die Kontakteinheit 11 auf die Oberfläche Sa des Messzielobjekts S übertragen. In diesem Fall kann zum Beispiel die Größe des auf das Messzielobjekt S ausgeübten Drucks angepasst werden, indem die Vorspanneinheit 12 durch ein Gewicht mit einem anderen Gewicht ersetzt wird.
Ein Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist [1] „Ein Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren zur Bewertung der Hygroskopizität eines Messzielobjekts, das ein Tonmineral enthält, umfassend: einen ersten Schritt des Vorbereitens einer ersten Probe, die ein erstes Tonmineral als das Tonmineral enthält, und einer zweiten Probe, die ein zweites Tonmineral, das das gleiche wie das erste Tonmineral ist, als das Tonmineral enthält; einen zweiten Schritt des Gewinnens eines ersten Detektionsergebnisses für die erste Probe und eines zweiten Detektionsergebnisses für die zweite Probe durch Erzeugen einer Terahertz-Welle, die auf jede der ersten und zweiten Proben einfällt, und Detektieren der Terahertz-Welle von jeder der ersten und zweiten Proben; und einen dritten Schritt des Evaluierens der Hygroskopizität des Messzielobjekts auf Basis einer ersten Frequenzcharakteristik der ersten Probe, die aus dem ersten Erfassungsergebnis berechnet wird, und einer zweiten Frequenzcharakteristik der zweiten Probe, die aus dem zweiten Erfassungsergebnis berechnet wird, wobei im ersten Schritt mindestens eine der ersten und zweiten Proben einer Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung unterzogen wird, und in dem dritten Schritt eine Größe der Hygroskopizität des Messzielobjekts basierend auf einer Differenz zwischen einer Größe eines ersten Peaks der ersten Frequenzcharakteristik in einem Referenzfrequenzbereich und einer Größe eines zweiten Peaks der zweiten Frequenzcharakteristik in dem Referenzfrequenzbereich evaluiert wird.“
Bei dem in [1] beschriebenen Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren wird im zweiten Schritt unter Verwendung der Terahertz-Welle das erste Detektionsergebnis für die erste Probe, die das erste Tonmineral enthält, und das zweite Detektionsergebnis für die zweite Probe, die das zweite Tonmineral enthält, das mit dem ersten Tonmineral identisch ist, ermittelt. Zusätzlich wird im ersten Schritt mindestens eine der ersten und zweiten Proben einer Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung unterzogen, und im dritten Schritt wird die Größe der Hygroskopizität des Messzielobjekts auf Basis der Differenz zwischen der Größe des ersten Peaks der ersten Frequenzcharakteristik im Referenzfrequenzbereich und der Größe des zweiten Peaks der zweiten Frequenzcharakteristik im Referenzfrequenzbereich bewertet. Auf diese Weise kann durch die Verwendung der Terahertz-Welle die Hygroskopizität des Messzielobjekts bewertet werden, zum Beispiel ohne chemische Reaktion und ohne dass eine Strahlenexposition verhindert werden muss. Daher ist es bei diesem Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren und dem Wassergehalt-Evaluierungsverfahren möglich, die Hygroskopizität des Messzielobjekts einfach zu evaluieren.
Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann sein [2] "Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß [1], wobei das Tonmineral Montmorillonit oder Kaolinit ist. " Somit ist es möglich, die Hygroskopizität des Messzielobjekts zu bewerten, das Montmorillonit oder Kaolinit als Tonmineral enthält.
Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann sein [3] „Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß [1] oder [2], ferner umfassend: einen vierten Schritt des Vorbereitens des Messzielobjekts, das auf Basis der Differenz zwischen der Größe des ersten Peaks und der Größe des zweiten Peaks ausgewählt wird; einen fünften Schritt des Erfassens eines Erfassungsergebnisses für das Messzielobjekt durch Erzeugen einer Terahertz-Welle, die auf das Messzielobjekt einfällt, und Erfassen der Terahertz-Welle von dem Messzielobjekt; und einen sechsten Schritt des Evluierens eines Wassergehalts des Messzielobjekts auf Basis einer Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts, die aus dem Erfassungsergebnis berechnet wird, wobei in dem sechsten Schritt der Wassergehalt des Messzielobjekts auf Basis einer ersten Referenzinformation ausgewertet wird, die eine Beziehung zwischen einer Größe eines Peaks einer Frequenzcharakteristik einer Referenzprobe in dem Referenzfrequenzbereich und einem Wassergehalt der Referenzprobe und einer Größe eines Peaks der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts in dem Referenzfrequenzbereich angibt.“ Auf diese Weise kann durch die Verwendung der Terahertz-Welle der Wassergehalt des Messzielobjekts beispielsweise ohne chemische Reaktion und ohne die Notwendigkeit der Vermeidung einer Strahlenbelastung evaluiert werden. Daher ist es möglich, den Wassergehalt des Messzielobjekts einfach zu evaluieren.
Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann sein [4] „Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß [3], wobei im sechsten Schritt, eine Zwischenschichtwasserevaluierung durchgeführt wird, um das in dem Messzielobjekt enthaltene Zwischenschichtwasser zu evaluieren, indem ein Differenzwert der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe in dem Referenzfrequenzbereich als die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe in dem Referenzfrequenzbereich verwendet wird und ein Differenzwert der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts in dem Referenzfrequenzbereich als die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts in dem Referenzfrequenzbereich verwendet wird.“ Auf diese Weise wird es möglich, durch die Evaluierung des im Messzielobjekt enthaltenen Zwischenschichtwassers den Wassergehalt des Messzielobjekts detaillierter zu evaluieren.
Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann sein: [5] „Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß [4], wobei im sechsten Schritt die Evaluierung des freien Wassers weiter durchgeführt wird, um das in dem Messzielobj ekt enthaltene freie Wasser auf Basis einer zweiten Referenzinformation zu bewerten, die eine Beziehung zwischen einer Frequenzcharakteristik der Referenzprobe in einem Basisfrequenzbereich, der sich von dem Referenzfrequenzbereich unterscheidet, und einem Wassergehalt der Referenzprobe und einer Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts in dem Basisfrequenzbereich angibt.“ Auf diese Weise wird es möglich, den Wassergehalt des Messzielobjekts detaillierter zu evaluieren, indem zusätzlich zu dem im Messzielobjekt enthaltenen Zwischenschichtwasser auch das im Messzielobjekt enthaltene freie Wasser evaluiert wird.
Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann sein [6] "Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß einem von [3] bis [5], weiter umfassend: einen siebten Schritt der Vorbereitung einer Vielzahl von Referenzproben mit unterschiedlichen Wassergehalten, wobei jede der Vielzahl von Referenzproben die Referenzprobe ist; einen achten Schritt der Erfassung eines Detektionsergebnisses für jede der Vielzahl von Referenzproben durch Erzeugen einer Terahertz-Welle, die auf jede der Vielzahl von Referenzproben einfällt, und Detektion der Terahertz-Welle von jeder der Vielzahl von Referenzproben; und einen neunten Schritt des Erzeugens der ersten Referenzinformation auf Basis einer Frequenzcharakteristik jeder der mehreren Referenzproben, die aus dem Detektionsergebnis und dem Wassergehalt jeder der mehreren Referenzproben berechnet wird, wobei in dem neunten Schritt die erste Referenzinformation auf Basis einer Größe eines Peaks der Frequenzcharakteristik jeder der mehreren Referenzproben in dem Referenzfrequenzbereich und dem Wassergehalt jeder der mehreren Referenzproben erzeugt wird. "Daher ist es durch die Verwendung der Terahertz-Welle möglich, auf einfache Weise die erste Referenzinformation zu erhalten, die die Beziehung zwischen der Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich und dem Wassergehalt der Referenzprobe angibt.
Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann sein [7] „Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß [6], wobei im neunten Schritt ein Differenzwert der Frequenzcharakteristik jeder der mehreren Referenzproben im Referenzfrequenzbereich als die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik jeder der mehreren Referenzproben im Referenzfrequenzbereich verwendet wird.“ Daher ist es möglich, die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik jeder der mehreren Referenzproben im Referenzfrequenzbereich leicht zu erfassen.
Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann sein [8] „Das Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß einem von [1] bis [7], wobei im zweiten Schritt eine Terahertzwellen-Spektroskopie mit abgeschwächter Totalreflexion verwendet wird.“ Damit ist es möglich, die Hygroskopizität des Messzielobjekts einfach und zuverlässig zu evaluieren.
Ein Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist [9] „Ein Wassergehalt-Evaluierungsverfahren zur Bewertung des Wassergehalts eines Messzielobjekts, das ein Tonmineral enthält, umfassend: einen ersten Schritt des Vorbereitens des Messzielobjekts; einen zweiten Schritt des Erfassens eines Detektionsergebnisses für das Messzielobjekt durch Erzeugen einer Terahertz-Welle, die auf das Messzielobjekt einfällt, und Detektieren der Terahertz-Welle von dem Messzielobjekt; und einen dritten Schritt des Evaluierens des Wassergehalts des Messzielobjekts auf Basis einer Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts, die aus dem Detektionsergebnis berechnet wird, wobei in dem dritten Schritt der Wassergehalt des Messzielobjekts auf Basis einer ersten Referenzinformation evaluiert wird, die eine Beziehung zwischen einer Größe eines Peaks einer Frequenzcharakteristik einer Referenzprobe in einem Referenzfrequenzbereich und einem Wassergehalt der Referenzprobe und einer Größe eines Peaks der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts in dem Referenzfrequenzbereich angibt.“
Bei dem in [9] beschriebenen Wassergehalt-Evaluierungsverfahren wird im zweiten Schritt die Terahertz-Welle verwendet, um das Detektionsergebnis für das Messzielobjekt zu erhalten, das ein Tonmineral enthält. Im dritten Schritt wird der Wassergehalt des Messzielobjekts auf Basis der ersten Referenzinformation ausgewertet, die die Beziehung zwischen der Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich und dem Wassergehalt der Referenzprobe und der Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts im Referenzfrequenzbereich angibt. Auf diese Weise kann durch die Verwendung der Terahertz-Welle der Wassergehalt des Messzielobjekts evaluiert werden, zum Beispiel ohne chemische Reaktion des Messzielobjekts und ohne dass eine Vermeidung der Strahlenbelastung erforderlich ist. Daher ist es mit diesem Wassergehalt-Evaluierungsverfahren möglich, den Wassergehalt des Messzielobjekts einfach zu evaluieren.
Das Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann sein [10] „Das Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß [9], wobei im dritten Schritt eine Zwischenschichtwasserevaluierung durchgeführt wird, um das in dem Messzielobjekt enthaltene Zwischenschichtwasser zu evaluieren, indem ein Differenzwert der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe in dem Referenzfrequenzbereich als die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe in dem Referenzfrequenzbereich verwendet wird und ein Differenzwert der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts in dem Referenzfrequenzbereich als die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts in dem Referenzfrequenzbereich verwendet wird.“ Auf diese Weise kann durch die Evaluierung des im Messzielobjekt enthaltenen Zwischenschichtwassers der Wassergehalt des Messzielobjekts näher bestimmt werden.
Das Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann sein [11] „Das Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß [10], wobei im dritten Schritt die Evaluierung des freien Wassers weiter durchgeführt wird, um das im Messzielobjekt enthaltene freie Wasser auf Basis einer zweiten Referenzinformation zu bewerten, die eine Beziehung zwischen einer Frequenzcharakteristik der Referenzprobe in einem Basisfrequenzbereich, der sich vom Referenzfrequenzbereich unterscheidet, und einem Wassergehalt der Referenzprobe und einer Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts im Basisfrequenzbereich angibt.“ Auf diese Weise wird es möglich, den Wassergehalt des Messzielobjekts detaillierter zu bewerten, indem zusätzlich zu dem im Messzielobjekt enthaltenen Zwischenschichtwasser auch das im Messzielobjekt enthaltene freie Wasser ausgewertet wird.
Das Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann sein: [12] „Das Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß einem der Schritte [9] bis [11], ferner umfassend: einen vierten Schritt des Vorbereitens einer Vielzahl von Referenzproben mit unterschiedlichen Wassergehalten, wobei jede der Vielzahl von Referenzproben die Referenzprobe ist; einen fünften Schritt des Erfassens eines Detektionsergebnisses für jede der Vielzahl von Referenzproben durch Erzeugen einer Terahertz-Welle, die auf jede der Vielzahl von Referenzproben einfällt, und Erfassen der Terahertz-Welle von jeder der Vielzahl von Referenzproben; und einen sechsten Schritt des Erzeugens der ersten Referenzinformation auf Basis einer Frequenzcharakteristik jeder der mehreren Referenzproben, die aus dem Detektionsergebnis und dem Wassergehalt jeder der mehreren Referenzproben berechnet wird, wobei in dem sechsten Schritt die erste Referenzinformation auf Basis einer Größe eines Peaks der Frequenzcharakteristik jeder der mehreren Referenzproben in dem Referenzfrequenzbereich und des Wassergehalts jeder der mehreren Referenzproben erzeugt wird.“ Daher ist es durch die Verwendung der Terahertz-Welle möglich, auf einfache Weise die erste Referenzinformation zu erhalten, die die Beziehung zwischen der Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich und dem Wassergehalt der Referenzprobe angibt.
Das Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann sein [13] „Das Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß [12], wobei im sechsten Schritt ein Differenzwert der Frequenzcharakteristik jeder der mehreren Referenzproben im Referenzfrequenzbereich als die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik jeder der mehreren Referenzproben im Referenzfrequenzbereich verwendet wird.“ Daher ist es möglich, die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik jeder der mehreren Referenzproben im Referenzfrequenzbereich leicht zu erfassen.
Das Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann sein [14] „Das Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß einem von [9] bis [13], wobei das Tonmineral Montmorillonit ist und der Referenzfrequenzbereich 2,7 THz bis 3 THz beträgt.“ Daher ist es möglich, den Wassergehalt des Messzielobjekts, das Montmorillonit als Tonmineral enthält, einfach zu bewerten.
Das Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann sein [15] „Das Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß einem von [9] bis [14], wobei im zweiten Schritt eine Terahertzwellen-abgeschwächte Totalreflexionsspektroskopie verwendet wird.“ Damit ist es möglich, den Wassergehalt des Messzielobjekts einfach und zuverlässig zu ermitteln.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, ein Verfahren zur Bewertung der Hygroskopizität, das in der Lage ist, die Hygroskopizität eines Messzielobjekts einfach zu evaluieren, und ein Wassergehalt-Evaluierungsverfahren, das in der Lage ist, den Wassergehalt eines Messzielobjekts einfach zu evaluieren, bereitzustellen.

Claims

Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren eines Messzielobjekts, das ein Tonmineral enthält, umfassend: einen ersten Schritt der Vorbereitung einer ersten Probe, die ein erstes Tonmineral als Tonmineral enthält, und einer zweiten Probe, die ein zweites Tonmineral, das dasselbe wie das erste Tonmineral ist, als Tonmineral enthält; einen zweiten Schritt des Erfassens eines ersten Detektionsergebnisses für die erste Probe und eines zweiten Detektionsergebnisses für die zweite Probe, indem eine Terahertz-Welle dazu gebracht wird, auf jede der ersten und zweiten Proben einzufallen, und Detektierens der Terahertz-Welle von jeder der ersten und zweiten Proben; und einen dritten Schritt der Evaluierung der Hygroskopizität des Messzielobjekts auf Basis einer ersten Frequenzcharakteristik der ersten Probe, die aus dem ersten Detektionsergebnis berechnet wird, und einer zweiten Frequenzcharakteristik der zweiten Probe, die aus dem zweiten Detektionsergebnis berechnet wird, wobei im ersten Schritt mindestens eine der ersten und zweiten Proben einer Wasserabsorptions-/Dehydratisierungsbehandlung unterzogen wird, und im dritten Schritt eine Größe der Hygroskopizität des Messzielobjekts auf Basis einer Differenz zwischen einer Größe eines ersten Peaks der ersten Frequenzcharakteristik in einem Referenzfrequenzbereich und einer Größe eines zweiten Peaks der zweiten Frequenzcharakteristik in dem Referenzfrequenzbereich evaluiert wird.
Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Tonmineral Montmorillonit oder Kaolinit ist.
Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: einen vierten Schritt der Vorbereitung des Messzielobjekts, das auf Basis der Differenz zwischen der Größe des ersten Peaks und der Größe des zweiten Peaks ausgewählt wird; einen fünften Schritt des Erfassens eines Detektionsergebnisses für das Messzielobjekt durch Erzeugen einer Terahertz-Welle, die auf das Messzielobjekt einfällt, und Detektieren der Terahertz-Welle aus dem Messzielobjekt; und einen sechsten Schritt der Evaluierung eines Wassergehalts des Messzielobjekts auf Basis einer Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts, die aus dem Detektionsergebnis berechnet wird, wobei im sechsten Schritt der Wassergehalt des Messzielobjekts auf Basis einer ersten Referenzinformation evaluiert wird, die eine Beziehung zwischen einer Größe eines Peaks einer Frequenzcharakteristik einer Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich und einem Wassergehalt der Referenzprobe und einer Größe eines Peaks der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts im Referenzfrequenzbereich angibt.
Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß Anspruch 3, wobei im sechsten Schritt eine Zwischenschichtwasserbewertung durchgeführt wird, um das im Messzielobjekt enthaltene Zwischenschichtwasser zu bewerten, indem ein Differenzwert der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich als die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich verwendet wird und ein Differenzwert der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts im Referenzfrequenzbereich als die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts im Referenzfrequenzbereich verwendet wird.
Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß Anspruch 4, wobei im sechsten Schritt ferner eine Evaluierung des freien Wassers durchgeführt wird, um das in dem Messzielobjekt enthaltene freie Wasser auf Basis einer zweiten Referenzinformation zu bewerten, die eine Beziehung zwischen einer Frequenzcharakteristik der Referenzprobe in einem Basisfrequenzbereich, der sich von dem Referenzfrequenzbereich unterscheidet, und einem Wassergehalt der Referenzprobe und einer Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts in dem Basisfrequenzbereich angibt.
Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, weiter umfassend: einen siebten Schritt der Vorbereitung einer Vielzahl von Referenzproben mit unterschiedlichen Wassergehalten, wobei jede der Vielzahl von Referenzproben die Referenzprobe ist; einen achten Schritt des Erfassens eines Detektionsergebnisses für jede der Vielzahl von Referenzproben, indem eine Terahertz-Welle dazu gebracht wird, auf jede der Vielzahl von Referenzproben einzufallen, und die Terahertz-Welle von jeder der Vielzahl von Referenzproben detektiert wird; und einen neunten Schritt des Erzeugens der ersten Referenzinformation auf Basis einer Frequenzcharakteristik jeder der Vielzahl von Referenzproben, die aus dem Detektionsergebnis und dem Wassergehalt jeder der Vielzahl von Referenzproben berechnet wird, wobei im neunten Schritt die erste Referenzinformation auf Basis der Größe eines Peaks der Frequenzcharakteristik jeder der mehreren Referenzproben im Referenzfrequenzbereich und des Wassergehalts jeder der mehreren Referenzproben erzeugt wird.
Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß Anspruch 6, wobei im neunten Schritt ein Differenzwert der Frequenzcharakteristik jeder der Vielzahl von Referenzproben im Referenzfrequenzbereich als die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik jeder der Vielzahl von Referenzproben im Referenzfrequenzbereich verwendet wird.
Hygroskopizität-Evaluierungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei im zweiten Schritt eine Terahertzwellen-Spektroskopie mit abgeschwächter Totalreflexion verwendet wird.
Wassergehalt-Evaluierungsverfahren zur Evaluierung des Wassergehalts eines Messzielobjekts, das ein Tonmineral enthält, umfassend: einen ersten Schritt zur Vorbereitung des Messzielobjekts; einen zweiten Schritt des Erfassens eines Detektionsergebnisses für das Messzielobjekt durch Erzeugen einer Terahertz-Welle, die auf das Messzielobjekt einfällt, und Detektieren der Terahertz-Welle von dem Messzielobjekt; und einen dritten Schritt der Bewertung des Wassergehalts des Messzielobjekts auf Basis einer aus dem Detektionsergebnis berechneten Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts, wobei im dritten Schritt der Wassergehalt des Messzielobjekts auf Basis einer ersten Referenzinformation evaluiert wird, die eine Beziehung zwischen einer Größe eines Peaks einer Frequenzcharakteristik einer Referenzprobe in einem Referenzfrequenzbereich und einem Wassergehalt der Referenzprobe und einer Größe eines Peaks der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts in dem Referenzfrequenzbereich angibt.
Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß Anspruch 9, wobei im dritten Schritt eine Zwischenschichtwasserevaluierung durchgeführt wird, um das im Messzielobjekt enthaltene Zwischenschichtwasser zu evaluieren, indem ein Differenzwert der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich als die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik der Referenzprobe im Referenzfrequenzbereich verwendet wird und ein Differenzwert der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts im Referenzfrequenzbereich als die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts im Referenzfrequenzbereich verwendet wird.
Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß Anspruch 10, wobei im dritten Schritt die Evaluierung des freien Wassers weiter durchgeführt wird, um das in dem Messzielobjekt enthaltene freie Wasser auf Basis einer zweiten Referenzinformation zu evaluieren, die eine Beziehung zwischen einer Frequenzcharakteristik der Referenzprobe in einem Basisfrequenzbereich, der sich von dem Referenzfrequenzbereich unterscheidet, und einem Wassergehalt der Referenzprobe und einer Frequenzcharakteristik des Messzielobjekts in dem Basisfrequenzbereich angibt.
Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, weiter umfassen: einen vierten Schritt der Herstellung einer Vielzahl von Referenzproben mit unterschiedlichen Wassergehalten, wobei jede der Vielzahl von Referenzproben die Referenzprobe ist; einen fünften Schritt des Erfassens eines Erfassungsergebnisses für jede der Vielzahl von Referenzproben, indem eine Terahertz-Welle dazu gebracht wird, auf jede der Vielzahl von Referenzproben einzufallen und die Terahertz-Welle von jeder der Vielzahl von Referenzproben detektiert wird; und einen sechsten Schritt des Erzeugens der ersten Referenzinformation auf Basis einer Frequenzcharakteristik jeder der Vielzahl von Referenzproben, die aus dem Detektionsergebnis und dem Wassergehalt jeder der Vielzahl von Referenzproben berechnet wird, wobei im sechsten Schritt die erste Referenzinformation auf Basis der Größe eines Peaks der Frequenzcharakteristik jeder der mehreren Referenzproben im Referenzfrequenzbereich und des Wassergehalts jeder der mehreren Referenzproben erstellt wird.
Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß Anspruch 12, wobei im sechsten Schritt ein Differenzwert der Frequenzcharakteristik jeder der Vielzahl von Referenzproben im Referenzfrequenzbereich als die Größe des Peaks der Frequenzcharakteristik jeder der Vielzahl von Referenzproben im Referenzfrequenzbereich verwendet wird.
Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei das Tonmineral Montmorillonit ist und der Referenzfrequenzbereich 2,7 THz bis 3 THz beträgt.
Wassergehalt-Evaluierungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei im zweiten Schritt eine Terahertzwellen-Spektroskopie mit abgeschwächter Totalreflexion verwendet wird.