DE112014004680T5

DE112014004680T5 - ATR-Element, Eintauchprüfkopf und Spektrofotometer

Info

Publication number: DE112014004680T5
Application number: DE112014004680.9T
Authority: DE
Inventors: Shouei Ebisawa
Original assignee: DIC Corp; Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2016-06-30
Anticipated expiration: 2034-10-01
Also published as: US20160299063A1; JPWO2015052893A1; WO2015052893A1; JP5839641B2; DE112014004680B4

Abstract

Bereitgestellt ist ein ATR-Element, das ein Messlicht in einem Nah-Infrarotbereich verwendet und den Zustand eines Stoffs sogar dann genau bestimmen kann, falls der Stoff einen niedrigen Absorptionskoeffizienten für das Messlicht aufweist. Ein ATR-Element 10 hat: einen Elementhauptkörper 11, der eine reflektierende, in einer Umfangsrichtung kontinuierliche Oberfläche 13 aufweist; eine Eintrittsoberfläche 19, durch die das Messlicht DL in den Elementhauptkörper 11 eintritt; und eine Austrittsoberfläche 21, durch die das Messlicht DL, das durch die Eintrittsoberfläche 19 eingetreten ist und von der reflektierenden Oberfläche 13 des Elementhauptkörpers 11 reflektiert wurde, nach außen austritt, wobei das Messlicht DL, das durch die Eintrittsoberfläche 19 eingetreten ist, einer spiralförmigen Durchtrittsroute folgt, während es wiederholt von der reflektierenden Oberfläche 13 reflektiert wird, bevor es durch die Austrittsoberfläche 21 nach außen austritt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Eintauchprüfkopf, der geeignet ist, Änderungen in der Konzentration z.B. einer reaktiven Gruppe eines synthetischen Harzes zu messen, und genauer ein ATR-Element.
Stand der Technik
Das Erfassen des Reaktionsfortschritts in dem Herstellungsvorgang eines synthetischen Harzes wie z.B. Polyurethan oder Polyester erfordert ein genaues Messen in der Fertigung von Änderungen in der Konzentration einer reaktiven Gruppe (z.B. -NCO, -OH, -COOH), die in einer gemessenen Reaktionsflüssigkeit enthalten ist.
Ein Eintauchprüfkopf ist bekannt, der ein Erfassungselement hat, das in eine Reaktionsflüssigkeit einzutauchen ist, eine optische Bestrahlungsfaser, durch die das Erfassungselement mit einem Messlicht bestrahlt wird, und eine lichtempfangende optische Faser, die das Messlicht empfängt, das durch den gemessenen Gegenstand durchgetreten ist (z.B. Patentliteratur 1). In diesem Eintauchprüfkopf ist das Erfassungselement mit einer Höhlung bereitgestellt, die mit einem zu messenden Gegenstand zu führen ist, und ein, den gemessenen Gegenstand durchdringendes Messlicht, das die Höhlung fühlt, wird durch die lichtempfangende optische Faser empfangen. Da ein Teil der Wellenlängenbestandteile des Messlichts absorbiert wird, während das Messlicht durch den zu messenden Gegenstand in der Höhlung durchdringt, kann die Konzentration einer reaktiven Gruppe durch die Analyse des Messlichts gemessen werden, das von der lichtempfangenden optischen Faser empfangen wird. Da jedoch die Reaktionsflüssigkeit in einem chemischen Reaktionstank angeregt wird, kann die Höhlung mit einer Reaktionsflüssigkeit gefüllt sein, die durch die Anregung darin gefangene Luftblasen aufweist, und diese Luftblasen stellen ein Geräusch in der Erfassung der Konzentration einer reaktiven Gruppe dar, was es schwierig macht, die genaue Konzentration zu messen.
Hier ist das abgeschwächte Totalreflexionsverfahren (ATR-Verfahren) als eine von Techniken zum Analysieren und Messen von Stoffen bekannt. Ein auf diesem ATR-Verfahren basierender Eintauchprüfkopf ist ebenfalls bekannt (z.B. Patentliteratur 2).
Die Analyse durch das ATR-Verfahren kann wie folgt kurz zusammengefasst werden. Ein zu messender Gegenstand ist in naher Berührung mit einem ATR-Element (üblicherweise ein Kristall) platziert, das einen hohen Brechungsindex aufweist, und der Eintrittswinkel von Messlicht ist eingestellt, größer als ein kritischer Winkel zu sein, so dass eine Totalreflexion zwischen dem zu messenden Gegenstand und dem ATR-Stoff auftritt. Wenn die Totalreflexion auftritt, wird Licht an der Schnittstelle zwischen dem zu messenden Gegenstand und dem ATR-Element reflektiert, nachdem es ein bisschen in den zu messenden Gegenstand eingedrungen ist. Dieses reflektierte Licht wird dahinschwindendes Licht genannt. In einem Bereich des zu messenden Gegenstands, in dem das Messlicht absorbiert wird, verringert sich die Energie des reflektierten Lichts in einer Wellenlänge, die für den zu messenden Gegenstand spezifisch ist, gemäß der Absorptionsintensität. Der Stoff kann durch das Messen des Spektrums dieses reflektierten Lichts analysiert und gemessen werden.
Zitierungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2009-250825 A
Patentliteratur 2: JP 2004-85433 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Falls das voranstehend erwähnte Messen der Konzentration einer reaktiven Gruppe eines synthetischen Harzes angenommen wird, kann ein bemerkenswerter Abstand von einem eine Reaktionsflüssigkeit enthaltenden Reaktionstank, in die der Eintauchprüfkopf eingetaucht wird, zu einem Spektrofotometer, zu dem das Messergebnis übertragen wird, vorhanden sein. Da die Verbindung zwischen den beiden durch eine optische Faser ausgebildet ist, kann die Wellenlänge des zu dem Eintauchprüfkopf abgestrahlten Messlichts ein Problem sein.
Wenn die genaue Messung der Konzentration einer reaktiven Gruppe berücksichtigt wird, ist empfohlen, ein Messlicht in einem Wellenlängenbereich von z.B. 2500 nm oder mehr zu verwenden, aber Licht in diesem Wellenlängenbereich erleidet eine bemerkenswerte Abschwächung durch eine optische Faser, was es schwierig macht, ein derartiges Licht praktisch zu verwenden. Andererseits schwächt sich Licht in einem Nah-Infrarotbereich, der eine Wellenlänge von 1000 bis 2000 nm aufweist, durch eine optische Faser wenig ab, und kann deswegen ohne Probleme durch eine optische Faser geführt werden. Da jedoch reaktive Gruppen einen ausgesprochen niedrigen Absorptionskoeffizienten für Licht in einem Nah-Infrarotbereich aufweisen, ist es schwierig, die Konzentration der reaktiven Gruppen genau zu messen.
Unter Berücksichtigung der voranstehend beschriebenen technischen Probleme ausgedacht, zielt die vorliegende Erfindung darauf, ein ATR-Element bereitzustellen, das Messlicht in einem Nah-Infrarotbereich verwendet, das einfach durch eine optische Faser geführt werden kann, und das den Zustand eines Stoffes sogar dann genau bestimmen kann, falls der Stoff einen niedrigen Absorptionskoeffizienten für das Messlicht aufweist.
Lösung des Problems
Wenn der zu messende Gegenstand ein Stoff mit einem niedrigen Absorptionskoeffizienten ist, ist es erwünscht, die Gesamtmenge des durch den Gegenstand absorbierten Lichts zu erhöhen, das zwischen dem Zeitraum zwischen dem Eintritt und dem Ausgang des Messlichts in/aus dem Prüfkopf gemessen wird, indem die Anzahl der Reflexionen so stark wie möglich erhöht wird.
Bekannte Prüfköpfe basierend auf dem ATR-Verfahren sind nicht nur von einer Art einer einzelnen Reflexion, in der die Anzahl der Reflexionen eins beträgt, sondern von einer Art einer mehrfachen Reflexion, in der die Anzahl der Reflexionen eine Mehrzahl beträgt. Jedoch beträgt die Anzahl der Reflexionen in dem ATR-Element eines bekannten Prüfkopfs der Art mit einer trapezförmigen Mehrfachreflexion ungefähr 20, was noch immer nicht genug für die zu messenden Gegenstände ist, für die die vorliegende Erfindung vorgesehen ist.
Deswegen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein ATR-Element berücksichtigt, das einen Eintauchprüfkopf realisieren kann, der in der Lage ist, eine drastisch höhere Anzahl von Reflexionen als bekannte Prüfköpfe zu erlangen. Als Ergebnis haben wir herausgefunden, dass eine Anzahl von Reflexionen, die die der bekannten mehrfachen Reflexionen überschreitet, durch die Verwendung eines ATR-Elements erlangt werden könnte, das eine Seitenfläche in der Umfangsrichtung kontinuierlich als Reflexionsoberfläche aufweist, und in dem verursacht wird, dass das Messlicht sich kontinuierlich von der reflektierenden Oberfläche reflektiert, um dabei das dahinschwindende Licht wirkungsvoll zu verwenden.
Ausgehend von dieser Erkenntnis hat das ATR-Element der folgenden Erfindung: einen Elementhauptkörper, der durch einen achsensymmetrischen Festkörper ausgebildet ist, und eine reflektierende, in einer Umfangsrichtung kontinuierliche Oberfläche aufweist; ein Eintrittsteil, durch das das Messlicht in den Elementhauptkörper eintritt; und eine Austrittsteil, durch das das durch den Eintrittsteil eingetretene und von der reflektierenden Oberfläche des Elementhauptkörpers reflektierte Messlicht nach außen austritt, wobei das Messlicht, das durch das Eintrittsteil eingetreten ist, einer spiralförmigen Durchtrittsroute folgt, während es wiederholt von der reflektierenden Oberfläche reflektiert wird, bevor es durch das Austrittsteil nach außen austritt.
In dem ATR-Element der vorliegenden Erfindung, ist es bevorzugt, damit das Messlicht der spiralförmigen Durchtrittsroute folgt, während es wiederholt von der reflektierenden Oberfläche reflektiert wird, das das Eintrittsteil in einem Bezugsquerschnitt x rechtwinklig zu der Symmetrieachse des Elementhauptkörpers in einem Abstand von 80% oder mehr aber weniger als 100% von dem Abstand von der Symmetrieachse zu dem äußeren Umfang des Bezugsquerschnitts x angeordnet ist (Bedingung A), und dass das Eintrittsteil und der Bezugsquerschnitt x einen Winkel von 45 Grad oder weniger ausbilden (Bedingung B).
Die Bedingung A ist hauptsächlich erforderlich, um die Anzahl der Reflexionen des Messlichts zu erlangen.
Die Bedingung B ist hauptsächlich erforderlich, damit das Messlicht der spiralförmigen Durchtrittsroute folgt.
In dem ATR-Element der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Elementhauptkörper eine zylindrische Form oder eine rohrförmige Form (Rohrform) aufweist.
Der zylindrische Elementhauptkörper weist eine bogenförmige reflektierende Oberfläche auf, und diese reflektierende Oberfläche weist einen konstanten Abstand von der Symmetrieachse auf.
Falls das ATR-Element eine rohrförmige Form aufweist, können nicht nur die äußere Umfangsoberfläche, sondern auch die innere Umfangsoberfläche als die reflektierende Oberfläche dienen, was wirkungsvoll ist, um die Anzahl der Reflexionen des Messlichts zu erhöhen.
In dem ATR-Element der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der Elementhauptkörper eine erste, in die axiale Richtung gerichtete Endfläche und eine zweite, zu der ersten Endfläche gerichtete Endfläche aufweist; dass das Eintrittsteil durch Ausbilden einer Aussparung einer ersten Endfläche bereitgestellt ist; und dass das Austrittsteil durch Ausbilden einer Aussparung einer zweiten Endfläche bereitgestellt ist.
Dies ist deswegen der Fall, da es einfacher ist, das Eintrittsteil und das Austrittsteil in Aussparungen auszubilden, als diese durch Vorspringenlassen der Endflächen von dem Elementhauptkörper auszubilden.
In dem ATR-Element der vorliegenden Erfindung ist es in Bezug darauf bevorzugt, die Anzahl der Reflexionen zu erhöhen, dass das Eintrittsteil so ausgebildet ist, dass es mit dem äußeren Umfang der ersten Endfläche kontinuierlich ist, und dass das Austrittsteil so ausgebildet ist, dass es mit dem äußeren Umfang der zweiten Endfläche kontinuierlich ist.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Eintauchprüfkopf unter Verwendung des voranstehend beschriebenen ATR-Elements der vorliegenden Erfindung bereit.
Dieser Eintauchprüfkopf hat nämlich: ein ATR-Element, das einen Elementhauptkörper aufweist, der durch einen achsensymmetrischen Festkörper ausgebildet ist, und eine reflektierende Oberfläche aufweist, die in der Umfangsrichtung kontinuierlich ist, ein Eintrittsteil, durch das das Messlicht in den Elementhauptkörper eintritt, und ein Austrittsteil, durch das das Messlicht, das durch das Eintrittsteil eingetreten ist und von der reflektierenden Oberfläche des Elementhauptkörpers reflektiert wurde, nach außen austritt; ein erstes Lichtführungsmittel, das das von einer Lichtquelle abgegebene Messlicht zu dem Eintrittsteil führt; und ein zweites Lichtführungsmittel, das das durch das Austrittsteil austretende Messlicht zu einer vorbestimmten Position führt, wobei das ATR-Element das ATR-Element der vorliegenden Erfindung ist, das voranstehend beschrieben wurde.
Der Eintauchprüfkopf der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl der Reflexionen des Messlichts in der reflektierenden Oberfläche des zu verwendenden ATR-Elements erlangen, und kann ebenfalls ein dahinschwindendes Licht wirkungsvoll einsetzen, was sogar dann zu einer genauen Messung des Zustands eines Stoffs beiträgt, falls der Stoff einen niedrigen Absorptionskoeffizienten für das Messlicht aufweist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Spektrofotometer bereit, das den Eintauchprüfkopf der vorliegenden Erfindung verwendet, der voranstehend beschrieben wurde.
Dieses Spektrofotometer hat nämlich: eine Lichtquelle, die ein Messlicht abgibt; und einen Fotometerhauptkörper, der das durch den Eintauchprüfkopf durchgetretene Messlicht streut und erfasst, wobei der Eintauchprüfkopf der voranstehend beschriebene Eintauchprüfkopf der vorliegenden Erfindung ist.
Das Spektrofotometer der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl der Reflexionen des Messlichts in der reflektierenden Oberfläche des ATR-Elements des Eintauchprüfkopfs erlangen, was sogar dann zu einer genauen Messung des Zustands eines Stoffes beiträgt, falls der Stoff einen niedrigen Absorptionskoeffizienten für das Messlicht aufweist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine größere Anzahl von Reflexionen realisiert, als bekannt möglich ist, indem das ATR-Element verwendet wird, dass die Seitenoberfläche in der Umfangsrichtung als die reflektierende Oberfläche kontinuierlich aufweist, und indem verursacht wird, dass Messlicht kontinuierlich von der reflektierenden Oberfläche reflektiert wird. Somit ist es möglich, das Messlicht in einem Nah-Infrarotbereich zu verwenden, und den Zustand eines Stoffes sogar dann genau zu messen, falls der Stoff einen niedrigen Absorptionskoeffizienten für das Messlicht aufweist.
Darüber hinaus ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein erwünschtes Endprodukt bevorzugt herzustellen, in dem der Prozess der synthetischen Reaktionen des Produkts überwacht wird, solange das Produkt, ob es organisch oder anorganisch ist, synthetischen Reaktionen in dem Herstellungsprozess unterliegt, wie z.B. synthetische Harzprodukte, Flüssigkristallprodukte oder Pigmentprodukte, und somit kann ein Reaktionsproduktherstellungsverfahren bereitgestellt werden. Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung in einem breiten Bereich von Anwendungen mit nicht nur herstellungsbezogenem Prozessmanagement in den Gebieten der chemischen Güter, medizinischen Güter, industriellen Pulvergütern, Nahrungsmitteln usw. verwendet werden, sondern ebenfalls durch Industrie und Chemie; verschiedene Harze und Kunststoffe, die durch Polyurethan, Polyester, Epoxid und reaktive Heißschmelzen repräsentiert sind; Versuch, Analyse und Messung; medizinische Güter und Biologie; Erziehungs-/ Forschungseinrichtungen, usw.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A bis 1D sind Ansichten von drei Seiten, die ein zylindrisches ATR-Element in einer Ausführungsform zeigen, in denen 1A eine Draufsicht ist, 1B eine Seitenansicht ist, 1C eine Ansicht von unten ist, und 1D ein modifiziertes Beispiel entsprechend 1B zeigt.
2A bis 2C Ansichten sind, die die Bedingung A der Ausführungsform darstellen.
3A bis 3C Ansichten sind, die die Bedingung B der Ausführungsform darstellen.
4A bis 4C Ansichten sind, die schematisch eine Durchtrittsroute eines Messlichts in dem ATR-Element der 1A, 1B und 1C zeigen, in denen 4A, 4B und 4C den 1A, 1B bzw. 1C entsprechen.
5A bis 5C Ansichten von drei Seiten sind, die ein prismatisches ATR-Element in der Ausführungsform zeigen, in denen 5A eine Draufsicht ist, 5B eine Seitenansicht ist und 5C eine Ansicht von unten ist.
6A bis 6C Ansichten von drei Seiten sind, die ein kegelstumpfförmiges ATR-Element in der Ausführungsform zeigen, in denen 6A eine Draufsicht ist, 6B eine Seitenansicht ist und 6C eine Ansicht von unten ist.
7A bis 7C Ansichten von drei Seiten sind, die ein rohrförmiges ATR-Element in der Ausführungsform zeigen, in denen 7A eine Draufsicht ist, 7B eine Seitenansicht ist und 7C eine Ansicht von unten ist.
8 eine Ansicht ist, die die Konfiguration eines Spektrofotometers unter Verwendung des ATR-Elements der Ausführungsform zeigt.
9 eine Ansicht ist, die die Konfiguration eines Eintauchprüfkopfs zeigt, der für das Spektrofotometer der 8 verwendet wird.
10 eine Ansicht ist, die eine Übersicht über einen Versuch zeigt, der durchgeführt wurde, um die Wirkung einer Ausführungsform zu bestätigen.
11A und 11B Diagramme sind, die die Versuchsergebnisse eines Beispiels 1 bzw. eines Vergleichsbeispiels 1 zeigen, in denen 11A die Ergebnisse zeigt, die unter Verwendung des Eintauchprüfkopfs der Ausführungsform erlangt wurden, und 11B die Ergebnisse zeigt, die unter Verwendung eines bekannten Eintauchprüfkopfs erlangt wurden.
12A und 12B Diagramme sind, die die Versuchsergebnisse eines Beispiels 2 bzw. eines Vergleichsbeispiels 2 zeigen, in denen 12A die Ergebnisse zeigt, die unter Verwendung des Eintauchprüfkopfs der Ausführungsform erlangt wurden, und 12B die Ergebnisse zeigt, die unter Verwendung des bekannten Eintauchprüfkopfs erlangt wurden.
Beschreibung der Ausführungsform
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben.
Wie aus 1A bis 1D ersichtlich ist, hat ein ATR-Element 10 gemäß dieser Ausführungsform einen Elementhauptkörper 11 und eine Eintrittsoberfläche 19 und eine Austrittsoberfläche 21, die zusammen mit dem Elementhauptkörper 11 bereitgestellt sind. 1B kombiniert die Seite, auf der die Eintrittsoberfläche 19 bereitgestellt ist, und die Seite, auf der die Austrittsoberfläche 21 bereitgestellt ist.
Elementhauptkörper 11
Der Elementhauptkörper 11 hat eine zylindrische Form als eine Form von achsensymmetrischen Formen, und hat eine äußere Umfangsoberfläche 13 und eine Endfläche (erste Endfläche) 15 und die andere Endfläche (zweite Endfläche) 17, die in die Richtung einer Symmetrieachse y gerichtet sind. Hier ist die äußere Umfangsoberfläche 13 eine Oberfläche, die den Elementhauptkörper 11 von dem umgebenden Raum trennt, und als eine Oberfläche funktioniert, die innerhalb des Elementhauptkörpers 11 sich bewegendes Licht auf das Innere des ATR-Elements 10 reflektiert. Somit kann betreffend die Lichtreflexion die äußere Umfangsoberfläche 13 als die reflektierende Oberfläche 13 bezeichnet werden.
Eine breite Varietät von Materialien, die einen hohen Brechungsindex aufweisen und eine Totalreflexion verursachen können, wenn sie mit Licht bestrahlt werden, können als der Elementhauptkörper 11 verwendet werden. Beispiele solcher Materialien sind geschmolzener Quarz, Saphir, kubisches Zirkon (kubisches-ZrO₂), Zinkselenid (ZnSe), Zinksulfid (ZnS) und Diamant. Aus diesen Materialien ist kubisches Zirkon oder Saphir in Bezug auf ihren hohen Brechungsindex und die Trägheit bezüglich eines zu untersuchenden Gegenstands bevorzugt, wenn die Kosten ebenfalls berücksichtigt werden sollen.
Eintrittsoberfläche 19
Die Eintrittsoberfläche 19 ist in der ersten Endfläche 15 des Elementhauptkörpers 11 bereitgestellt, und wenn ein zu messender Gegenstand mit Infrarotlicht als Messlicht durch einen Eintauchprüfkopf mit dem ATR-Element 10 bestrahlt wird, tritt das Messlicht durch diese Eintrittsoberfläche 19 in den Elementhauptkörper 11 ein.
Die Eintrittsoberfläche 19 ist so ausgebildet, dass ihre normale Linie N die folgenden Bedingungen A und B relativ zu der reflektierenden Oberfläche 13 erfüllt.
Diese Bedingungen A und B sind erforderlich, damit das in das ATR-Element 10 eingetretene Messlicht einer spiralförmigen Durchtrittsroute zu der zweiten Endfläche 17 durch wiederholtes mehrmaliges Reflektieren von der reflektierenden Oberfläche 13 folgt. Die normale Linie N der Eintrittsoberfläche 19 substituiert die optische Achse des Messlichts.
Das tatsächliche Messlicht DL ist ein Lichtstrom, der z.B. durch eine optische Faser eingebracht wird, und weist eine konstante Verteilungsintensität auf, und dieser Lichtstrom folgt in dem Vorhandensein des dahinschwindenden Lichts einer spiralförmigen Durchtrittsroute entlang der reflektierenden Oberfläche 13 des ATR-Elements 10. Im Folgenden wird ein einfaches Modell verwendet, um den Eintritt, die Reflexion usw. des Lichts zum einfachen Verständnis zu beschreiben.
Die Bedingung A bestimmt, dass, wie aus 2A ersichtlich ist, die normale Linie N der Eintrittsoberfläche 19 einen Bereich von 80% oder mehr und weniger als 100% eines Radius r eines Bezugsquerschnitts x rechtwinklig zu der Symmetrieachse y angeordnet ist. Diese Bedingung A ist erforderlich, damit eine größere Menge Messlicht DL von der reflektierenden Oberfläche 13 reflektiert wird. Wie nämlich aus einem Vergleich zwischen 2B und 2C ersichtlich ist, desto näher an der äußeren Umfangsoberfläche (reflektierende Oberfläche) 13 das Messlicht DL eintritt, desto größer ist die Anzahl der Reflexionen des Messlichts DL durch die reflektierende Oberfläche 13.
Gemäß der Bedingung A ist die Eintrittsoberfläche 19 dieser Ausführungsform so bereitgestellt, dass sie mit der äußeren Umfangsoberfläche 13 der ersten Endfläche 15 kontinuierlich ist. Somit kann das Bereitstellen der Eintrittsoberfläche 19 an dem äußersten Umfang des Elementhauptkörpers 11 die Anzahl der Reflexionen durch die reflektierende Oberfläche 13 erhöhen.
Als Nächstes bestimmt die Bedingung B, dass ein Winkel θ_NS, der durch die normale Linie N der Eintrittsoberfläche 19 und den Bezugsquerschnitt x ausgebildet ist, 45 Grad oder weniger beträgt. Diese Bedingung B ist erforderlich, damit das Messlicht DL einer spiralförmigen Durchtrittsroute folgt.
Wie aus 3A ersichtlich ist, falls nämlich die normale Linie N parallel zu dem Bezugsquerschnitt x liegt, d.h., falls der Winkel θ_NS 0 Grad beträgt, dreht sich das Messlicht DL an der reflektierenden Oberfläche 13 in reflektiertes Licht in die entgegengesetzte Richtung, so dass das Messlicht DL theoretisch wiederholt innerhalb des Bereichs des gleichen Bezugsquerschnitts x reflektiert wird.
Damit das Messlicht DL aus dem in 3A gezeigten Zustand gerät und einer spiralförmigen Durchtrittsroute folgt, sollte der Winkel θ_NS 0 Grad überschreiten. Falls jedoch dieser Winkel θ_NS zu groß ist, wie aus 3B ersichtlich ist, wird der Abstand der Spirale in der Durchtrittsroute groß, was zur Erhöhung der Anzahl der Reflexionen nachteilig ist. Es ist daher bevorzugt, dass der Winkel θ_NS 45 Grad oder weniger beträgt, wie aus 3C ersichtlich ist. Die Anzahl der Reflexionen steigt mit dem Verringern des Winkels θ_NS, so dass der Winkel θ_NS bevorzugt 30 Grad oder weniger beträgt, und sogar noch bevorzugter 15 Grad oder weniger beträgt.
Als Nächstes ist die Eintrittsoberfläche 19 durch Ausbilden einer Aussparung 20 in der ersten Endfläche 15 bereitgestellt. Insbesondere ist die Aussparung 20 durch Ausschneiden eines Teils der ursprünglich flachen ersten Endfläche 15 ausgebildet, und die als die Aussparung 20 ausgebildete Wandoberfläche ist als die Eintrittsoberfläche 19 verwendet. Diese Wandoberfläche (Eintrittsoberfläche 19) weist eine ebene Form auf. Unter Betrachtung des Sicherns der Intensität des eintretenden Lichts ist es ebenfalls akzeptabel, die Aussparung 20 in der gleichen Drehrichtung in einer Draufsicht an einer Mehrzahl an Positionen in der ersten Endfläche 15 bereitzustellen, solange die Interferenz des eintretenden Lichts reduziert werden kann.
Aus dem Gesichtspunkt, den Verlust des Messlichts DL aufgrund der Reflexion oder Brechung an der Fügeoberfläche zu reduzieren, ist es bevorzugt, dass der Elementhauptkörper 11 mit Vorsprüngen einstückig ausgebildet ist. Diesbezüglich ist der voranstehend erwähnte Schneidprozess bevorzugt, da er den einstückigen Elementhauptkörper einfach ausbilden kann.
Wie aus 1D ersichtlich ist, kann die Eintrittsoberfläche 19 ebenfalls durch Vorspringenlassen eines Teils der flachen ersten Endfläche 15 ausgebildet sein. In diesem Fall ist ein erwünschtes Verfahren zum Produzieren des Elementhauptkörpers 11, den Vorsprung und das Hauptteil des Elementhauptkörpers 11, die getrennt produziert werden, zusammenzufügen. In diesem Fall ist es auch aus dem Gesichtspunkt den Verlust des Messlichts DL aufgrund der Reflexion oder Brechung an der Fügeoberfläche zu reduzieren bevorzugt, dass der Elementhauptkörper 11 mit dem Vorsprung einstückig ausgebildet wird.
Diese einstückige Struktur kann durch Ausbilden des Elementhauptkörpers 11 auf Abmessungen, unter Berücksichtigung der Vorsprünge und dann Abschneiden der anderen Teile als der Vorsprünge realisiert werden.
Wenn eine Eintrittsoberfläche 19 ausgebildet wird, ist somit das Abschneiden der Aussparung 20 (sh. 1B) aus dem Gesichtspunkt der Mannstunden und der Materialkosten bevorzugter als das Abschneiden des anderen Teils als dem Vorsprung (sh. 1D). Wenn jedoch eine Mehrzahl der Eintrittsoberflächen ausgebildet wird, können beide Verfahren aus dem Gesichtspunkt der Mannstunden und der Materialkosten angenommen werden. Das gleiche gilt für die Austrittsoberfläche 21.
Austrittsoberfläche 21
Die Austrittsoberfläche 21 ist so bereitgestellt, dass das durch die Eintrittsoberflächen 19 eingetretene Messlicht DL abgegeben werden kann, nachdem es der spiralförmigen Durchtrittsroute durch Reflektieren durch die reflektierende Oberfläche 13 wiederholt mehrere Male gefolgt ist. Deswegen ist die Austrittsoberfläche 21 an einer Position entsprechend der Durchtrittsroute bereitgestellt. Wie mit der Eintrittsoberfläche 19 ist die Austrittsoberfläche 21 in einer Aussparung 22 bereitgestellt.
Die Austrittsoberfläche 21 dieser Ausführungsform ist in der zweiten Endfläche 17 an der Seite gegenüber der Eintrittsoberfläche 19 quer zu der Symmetrieachse y bereitgestellt. Entsprechend erfüllt wie die Eintrittsoberfläche 19 die Austrittsoberfläche 21 die Bedingung A und die Bedingung B, die voranstehend beschrieben wurden. Jedoch findet dies in einer bevorzugten Form statt, und die Austrittsoberfläche 21 funktioniert grundsätzlich, solange sie an einer Position entsprechend der spiralförmigen Durchtrittsroute bereitgestellt ist.
Dies ist der Fall, da das Messlicht DL ein Lichtstrom ist, der eine konstante Intensitätsverteilung aufweist, wie voranstehend beschrieben wurde, so dass dieser Lichtstrom ohne Versagen durch Durchtreten durch die spiralförmige Route durch die Austrittsoberfläche 21 austritt.
Deswegen kann für die Eintrittsoberfläche 19 in der ersten aus 1B ersichtlichen Endfläche 15 die Austrittsoberfläche 21 an der Position in der zweiten aus 1B ersichtlich Endfläche 17 bereitgestellt sein, die ist, oder für die Eintrittsoberfläche 19 bei der ersten aus 1D ersichtlichen Endfläche 15 kann die Austrittsoberfläche 21 an der aus 1D ersichtlichen Position an der zweiten Endfläche 17 bereitgestellt sein. Darüber hinaus kann für die Eintrittsoberfläche 19 an der ersten aus 9 ersichtlichen Endfläche 15 die Austrittsoberfläche 21 an der Position an der zweiten aus 9 ersichtlichen Endfläche 17 bereitgestellt sein.
Alternativ kann die Austrittsoberfläche 21 ebenfalls wie die Eintrittsoberfläche 19 an einer Mehrzahl von Positionen bereitgestellt sein, und das Bereitstellen der Austrittsoberfläche 21 an einer Mehrzahl von Positionen ist ebenfalls aus dem Gesichtspunkt bevorzugt, die Intensität des austretenden Lichts sicherzustellen.
Form der Reflexion
Wie aus 4 ersichtlich ist, folgt das Messlicht DL in dem voranstehend beschriebenen ATR-Element 10, wenn das Messlicht DL innerhalb des Elementhauptkörpers 11 durch die Eintrittsoberfläche 19 eintritt, einer spiralförmigen Durchtrittsroute P von der Seite der ersten Endfläche 15 zu der Seite der zweiten Endfläche 17, während es wiederholt durch die reflektierende Oberfläche 13 total reflektiert wird, und tritt dann durch die Austrittsoberfläche 21 nach außen aus. Während die reflektierende Oberfläche 13 des ATR-Elements zumindest teilweise in Berührung mit dem zu messenden Gegenstand sein muss, ist es aus dem Gesichtspunkt, die gesamte spiralförmige Durchtrittsroute P wirkungsvoll zu verwenden, bevorzugt, dass das ATR-Element 10 so in den zu messenden Gegenstand eingetaucht ist, dass es mit dem zu messenden Gegenstand entlang des gesamten Umfangs der reflektierenden Oberfläche 13 in Berührung ist.
Modifizierte Beispiele der Form des Elementhauptkörpers
Wie voranstehend beschrieben wurde, wird das Messlicht DL gemäß dem ATR-Element 10 kontinuierlich von der in der Umfangsrichtung kontinuierlichen reflektierenden Oberfläche 13 reflektiert, und die Reflexion setzt sich ebenfalls in der axialen Richtung fort, so dass die Anzahl der Reflexionen des Messlichts DL bemerkenswert erhöht werden kann.
Während der zylindrische Elementhauptkörper 11 für das ATR-Element 10 verwendet wird, ist die Form des Elementhauptkörpers der vorliegenden Erfindung nicht darauf begrenzt. Der seitliche Querschnitt kann eine Polygonform sein, und z.B. kann auch ein Elementhauptkörper 111 verwendet werden, der einen sechseckigen seitlichen Querschnitt aufweist, wie aus 5 ersichtlich ist.
Es ist nicht notwendig, dass der Durchmesser des Elementhauptkörpers 11, der voranstehend beschrieben wurde, in der axialen Richtung y konstant ist, und z.B. kann ebenfalls ein Elementhauptkörper 211 verwendet werden, dessen Durchmesser von der ersten Endfläche 15 zu der zweiten Endfläche 17 reduziert ist, wie aus 6 ersichtlich ist. Darüber hinaus ist es auch möglich, ein Muster kontinuierlich zu wiederholen, in dem der Durchmesser reduziert und dann wieder erhöht ist.
Während der voranstehend beschriebene Elementhauptkörper 11 durch einen festen Zylinder ausgebildet ist, kann darüber hinaus ein Elementhauptkörper 311 durch ein hohles Rohr ausgebildet sein, wie aus 7 ersichtlich ist. Wie aus 7 ersichtlich ist, weist der rohrförmige Elementhauptkörper 311 nicht nur eine äußere Umfangsoberfläche 113 auf, sondern ebenfalls eine innere Umfangsoberfläche 213, um als reflektierende Oberfläche zu dienen, so dass die Anzahl der Reflexionen im Vergleich mit dem Elementhauptkörper 11, der lediglich die äußere Umfangsoberfläche 13 aufweist, die als die reflektierende Oberfläche dient, verdoppelt werden kann.
Es ist bevorzugt, dass die Elementhauptkörper 111, 211, 311 ebenfalls die Bedingung A und die Bedingung B erfüllen. In dem Fall des Elementhauptkörpers 111, der einen sechseckigen seitlichen Querschnitt aufweist, kann der Abstand entsprechend dem Radius r der 2 der Abstand von der Symmetrieachse y zu dem Mittelpunkt von jeder Seite sein, wie aus 5 ersichtlich ist.
In diesem Fall kann jede Seite des sechseckigen Prismas als reflektierende Oberfläche des Elementhauptkörpers 111 betrachtet werden, und das Messlicht DL folgt einer spiralförmigen Durchtrittsroute, indem es kontinuierlich von der reflektierenden Oberfläche reflektiert wird.
Für die Elementhauptkörper 111, 211, 311 ist ebenfalls ein dahinschwindendes Licht unter bestimmten Bedingungen auf den reflektierernden Oberflächen (Seitenoberflächen der Elementhauptkörper) ihrer entsprechenden Formen vorhanden.
Spektrofotometer
Als Nächstes wird ein Fourrier-Transformation-Infrarot-Spektroskopie-Spektrofotometer 1 unter Verwendung des ATR-Elements 10 mit Bezug auf 8 und 9 beschrieben.
Wie aus 8 ersichtlich ist, hat das Spektrofotometer 1 einen ATR-Prüfkopf 30, der das ATR-Element 10, eine Lichtquelle 3, ein Spektrometer 5, einen Fotodetektor 7 und eine Datenverarbeitungs-/Anzeigevorrichtung 9 hat. Optische Fasern verbinden zwischen der Lichtquelle 3 und dem ATR-Prüfkopf 30, dem ATR-Prüfkopf 30 und dem Spektrometer 5, dem Spektrometer 5 und dem Fotodetektor 7 und dem Fotodetektor 7 und der Datenverarbeitungs-/Anzeigevorrichtung 9. Die tatsächlichen Ausleitpositionen der optischen Fasern, die in 8 vereinfacht dargestellt sind, sind aus 9 ersichtlich. Das gleiche betrifft 10.
Die Lichtquelle 3 erzeugt das Messlicht DL und gibt das Messlicht DL zu dem ATR-Prüfkopf 30 (ATR-Element 10) ab. Die Lichtquelle 3 ist nicht besonders begrenzt, und eine Halogen-Wolframlampe und andere öffentlich bekannte Lichtquellen können als die Lichtquelle 3 verwendet werden.
Es ist wirkungsvoll in einer Reduktion eines Diffusionsverlustes an der Eintrittsoberfläche 19, dass das Messlicht DL durch eine Kollimatorlinse 4 durchtritt, und dabei das Messlicht DL parallelisiert wird, bevor es in die Eintrittsoberfläche 19 des ATR-Elements 10 eintritt.
Es ist wirkungsvoll im Reduzieren eines Reflexionsverlustes an der Eintrittsoberfläche 19, das Messlicht DL zu orientieren, dass es rechtwinklig auf die Eintrittsoberfläche 19 fällt, wenn es in die Eintrittsoberfläche 19 eintritt.
Es ist wirkungsvoll im Reduzieren eines Signallichtverlustes, dass das Messlicht DL, das durch die Austrittsoberfläche 21 austritt, durch eine Verdichterlinse 6 durchtritt, und dabei das Messlicht DL verdichtet wird, bevor es in eine optische Faser 37 eintritt.
Das Spektrometer 5 empfängt einen von dem ATR-Prüfkopf 30 abgegebenen Strahl und teilt ihn durch die Wellenlänge. Das Spektrometer 5 ist nicht besonders begrenzt, und ein Defraktions-Gitterspektrometer, ein FTIR-Spektrometer, und andere öffentlich bekannte Spektrometer können als das Spektrometer 5 verwendet werden.
Der Fotodetektor 7 empfängt und erfasst das durch das Spektrometer 5 verteilte Licht. Der Fotodetektor 7 ist nicht besonders begrenzt, und eine Fotodiode, eine Lawinen-Fotodiode, ein Fotomultiplikatorrohr und andere öffentlich bekannte Fotodetektoren können als der Fotodetektor 7 verwendet werden. Die Datenverarbeitungs-/Anzeigevorrichtung 9 erzeugt eine Spektruminformation auf der Basis von Intrarotlicht, das von dem Fotodetektor 7 empfangen wurde, und zeigt die erzeugte Spektruminformation als Bildinformation an. Die Datenverarbeitungs-/Anzeigevorrichtung 9 ist nicht besonders begrenzt, und ein Personalcomputer kann für das Datenverarbeitungsteil verwendet werden, und eine Anzeigevorrichtung, die den Personalcomputer begleitet, kann für das Anzeigeteil verwendet werden.
Wie aus 9 ersichtlich ist, hat der ATR-Prüfkopf 30 einen ersten Halter 31 an der Seite der ersten Endfläche 15 des ATR-Elements 10, und einen zweiten Halter 33 an der Seite der zweiten Endfläche 17 des ATR-Elements 10.
Der erste Halter 31 hält die Seite der ersten Endfläche 15 und befestigt eine optische Faser 35, die das zu der Eintrittsoberfläche 19 abgestrahlte Messlicht DL von der Lichtquelle 3 führt. Der zweite Halter 33 hält die Seite der zweiten Endfläche 17 und befestigt die optische Faser 37, die das durch die Austrittsoberfläche 21 austretende Messlicht DL empfängt und das Messlicht DL zu dem Spektrometer 5 führt.
O-Ringe 39 sind jeweils zwischen dem ersten Halter 31 und dem ATR-Element 10 und zwischen dem zweiten Halter 31 und dem ATR-Element 10 bereitgestellt, um die Spalten luftdicht von außen abzudichten, und den Eintritt des zu messenden Gegenstands in die Halteteile zu verhindern.
Wie aus 9 ersichtlich ist, bezieht die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Prismas 23 ein, um zu verursachen, dass das Messlicht DL gebeugt wird und in die Eintrittsoberfläche 19 eintritt, wie auch die Verwendung des Prismas 23, um zu verursachen, dass das durch die Austrittsoberfläche 21 austretende Messlicht DL gebeugt wird. Die Verwendung des Prismas 23 gestattet es, dass die optische Faser 35 parallel zu der Symmetrieachse y geführt ist. Das gleiche gilt für die Austrittsoberfläche 21.
Wie aus 9 ersichtlich ist, tritt in einem Zustand, in dem der ATR-Prüfkopf 30 in einen flüssigen zu messenden Gegenstand L eingetaucht ist, in dem Spektrometer 1 das Messlicht DL von der Lichtquelle 3 durch die optische Faser 35 in die Eintrittsoberfläche 19 des ATR-Elements ein, und das durch die Austrittsoberfläche 21 austretende Messlicht DL wird durch die optische Faser 37 empfangen und zu dem Spektrometer 5 geführt. Darauffolgend wird die Spektruminformation des zu messenden Gegenstands durch den Fotodetektor 7 und die Datenverarbeitungs-/ Anzeigevorrichtung 9 angezeigt, so dass der Zustand der Reaktionen des zu messenden Gegenstands erfasst werden kann.
Da in diesem Prozess das Messlicht DL einer großen Anzahl von Reflexionen von der reflektierenden Oberfläche 13 innerhalb des ATR-Elements 10 unterliegt, ist die für einen zu messenden Gegenstand S spezifische Wellenlänge zu einem bemerkenswerten Ausmaß absorbiert. Da zusätzlich der ATR-Prüfkopf 30 den zu messenden Gegenstand S in Berührung mit der äußeren Umfangsoberfläche 13 des ATR-Elements 10 misst, besteht eine geringe Möglichkeit von durch das Vorhandensein von Luftblasen verursachten Fehlern. Somit ist das Spektrometer 1, das das ATR-Element 10 verwendet, in der Lage zu einer hochgenauen Messung.
Während der zu messende Gegenstand S des Spektrometers 1 beliebig ist, kann, falls eine Reaktionsflüssigkeit in dem Herstellungsprozess eines synthetischen Harzes, das eine reaktive Gruppe enthält (z.B. -NCO, -OH, -COOH) als der zu messende Gegenstand S verwendet wird, der Fortschritt der Reaktionen genau erfasst werden.
Somit ist es möglich, ein erwünschtes Endprodukt durch Überwachen des Prozesses der synthetischen Reaktionen des Produkts bevorzugt herzustellen, solange das Produkt, ob es organisch oder anorganisch ist, synthetischen Reaktionen in dem Herstellungsprozess unterliegt, wie z.B. synthetische Harzprodukte, Flüssigkristallprodukte oder Pigmentprodukte. Die vorliegende Erfindung kann in einem breiten Bereich von Anwendungen verwendet werden, die nicht nur durch herstellungsbezogenes Prozessmanagement in den Gebieten der chemischen Güter, medizinischen Güter, industriellen Pulvergüter, Nahrungsmittel usw. einfließen, sondern ebenfalls durch die Industrie, die Chemie; verschiedene Harze und Kunststoffe, die durch Polyurethan, Polyester, Epoxid und reaktive Heißschmelze dargestellt sind; Versuch, Analyse und Messung; medizinische Güter und Biologie; Ausbildungs-/ Forschungseinrichtungen, usw.
Beispiele
In dem Folgenden wird die vorliegende Erfindung in genauerem Detail unter Verwendung von Beispielen beschrieben.
Beispiel 1
Ein Versuch zum Bestätigen der Wirkungen des ATR-Elements gemäß der Ausführungsform, insbesondere ein Versuch, absichtlich Hilfsblasen um das ATR-Element zu erzeugen, wurde durchgeführt.
Die Produktionsbedingungen des ATR-Elements, das für den Versuch verwendet wurde, waren wie folgt (sh. 1A, 1B, 1C; die Anzahl der Aussparungen 20, 22 betrug jeweils 1).

Material: Saphir
Form: Zylinder (Durchmesser: 20 mm; wirkungsvolle Eintauchlänge in den zu messenden Gegenstand S: 60 mm)
Winkel θ_NS: 2,5 Grad (geschätzter Spiralabstand: 1,75 mm)
Radiale Position des Eintritts des Messlichts: 0,915r (geschätzte Reflexionsroute: dodekagonal)
Geschätzte Anzahl der Reflexionen: 411

Die Bedingungen für die Konfiguration des Spektrometers waren wie folgt.

Lichtquelle: Halogen-Wolfram-Lampe „HL-2000“ von Ocean Optics
Spektrometer: Defraktions-Gitter-Spektrometer „MicroHR“, 600 Zeilen/mm von HORIBA
Fotodetektor: APD-Detektor „SPD_A_M1“ von AUREA

In dem Versuch wurden Luftblasen nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit seit dem Beginn der Messung eingeblasen (sh. 10). Der zu messende Gegenstand S war Toluen, und die Spektral-Wellenlänge des Spektrometers 5 betrug 1400 nm.
Vergleichsbeispiel 1
Der Versuch wurde ebenfalls an einem Übertragungsprüfkopf („IN237P10“) von Hellma) 130 durchgeführt, der eine Höhlung T aufweist, die mit dem zu messenden Gegenstand S gefühlt ist, in der gleichen Weise wie mit Beispiel 1 durchgeführt.
11 zeigt die Ergebnisse. In dem Vergleichsbeispiel 1 variierten die Messergebnisse bemerkenswert nachdem das Einblasen von Luftblasen begonnen wurde. Im Gegensatz wurde in dem Beispiel 1 gemäß der Ausführungsform kein Unterschied zwischen den Messergebnissen vor und nach dem Einblasen der Luftblasen erfasst. Dies zeigt, dass in dieser Ausführungsform das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Luftblasen keinen Einfluss auf die Messergebnisse aufweist.
Beispiel 2
Das ATR-Element 10 des Beispiels 1 wurde in Toluen eingetaucht, das der zu messende Gegenstand S war, und das Absorptionsspektrum wurde gemessen (sh. 10).
Hinsichtlich der Messbedingungen wurde das Spektrometer des Beispiels 1 verwendet, und der Versuch wurde über dem Bereich der ausgewählten Wellenlänge des Spektrometers von 1100 nm bis 1700 nm in Schritten von 1 nm durchgeführt.
Vergleichsbeispiel 2
Das Absorptionsspektrum wurde in der gleichen Weise wie mit dem Beispiel 2 gemessen, mit der Ausnahme, dass das ATR-Element „661. 820-NIR“ von Hellma verwendet wurde.
12 zeigt die Messergebnisse.
In dem Absorptionsspektrum des Beispiels 2 gibt es Spitzen bei ungefähr 1160 nm und ungefähr 1680 nm, die vermutet werden, von einer Methylgruppe bzw. einem Benzolring abgeleitet zu sein. Da die Reproduzierbarkeit hoch war, wenn dieses Spektrum wiederholt gemessen wurde (nicht gezeigt), wird erwartet, dass in Zukunft das Vorhandensein von Toluen um das ATR-Element 10 gemäß der Ausführungsform aus diesen Spitzen bestimmt werden kann, durch weiteres Untersuchen der Spektra von verschiedenen Substanzen, die einen Benzolring und eine Methylgruppe aufweisen, unter Verwendung des Spektrofotometers der vorliegenden Erfindung.
Im Gegensatz wurden in dem Absorptionsspektrum des Vergleichsbeispiels 2 keine Spitzen gefunden, und ein Beweis für das Vorhandensein von Toluen um das ATR-Element „661. 820-NIR“ konnte auch nicht erhalten werden.
Während die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung voranstehend beschrieben wurde, können die in der vorliegenden Erfindung dargelegten Konfigurationen ausgewählt, angenommen oder geeignet in andere Konfigurationen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung modifiziert werden.
Zum Beispiel liegen in dem Elementhauptkörper 11 die erste Endfläche 15 und die zweite Endfläche 17 rechtwinklig zu der Symmetrieachse y, die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf dieses Beispiel begrenzt, und diese Endflächen können relativ zu der Symmetrieachse y geneigt sein. Während darüber hinaus die erste Endfläche 15 und die zweite Endfläche 17 in dem Elementhauptkörper 11 parallel zueinander liegen, ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel begrenzt, sondern diese Endflächen können in entgegengesetzte Richtungen geneigt sein.
Somit ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein erwünschtes Endprodukt durch Überwachen des Prozesses der synthetischen Reaktionen des Produkts bevorzugt herzustellen, solange das Produkt, ob es organisch oder anorganisch ist, synthetische Reaktionen in dem Herstellungsprozess unterliegt, wie z.B. synthetische Harzprodukte, Flüssigkristallprodukte oder Pigmentprodukte. Die vorliegende Erfindung kann in einem breiten Bereich von Anwendungen mit nicht nur herstellungsbezogenen Prozessmanagement in den Gebieten der chemischen Güter, medizinischen Güter, industriellen Pulvergüter, Lebensmittel usw. verwendet werden, sondern auch durch die Industrie, durch Chemie; verschiedene Harze und Kunststoffe, die durch Polyurethan, Polyester, Epoxid und reaktive Heißschmelze dargestellt sind; Versuch, Analyse und Messung; medizinische Güter und Biologie; Ausbildungs-/ Forschungseinrichtungen, usw.
Bezugszeichenliste

1: Spektrofotometer
3: Lichtquelle
4: Kollimatorlinse
5: Spektrometer (Fotometerhauptkörper)
6: Verdichterlinse
7: Fotodetektor (Fotometerhauptkörper)
9: Datenverarbeitungs-/ Anzeigevorrichtung
10: ATR-Element
11: Elementhauptkörper
13: äußere Umfangsoberfläche, reflektierende Oberfläche
15: erste Endfläche
17: zweite Endfläche
19: Eintrittsoberfläche
21: Austrittsoberfläche
22, 22: Aussparung
23: Prisma
30: ATR-Prüfkopf
31: erster Halter
33: zweiter Halter
35, 37: optische Faser
39: O-Ring
111, 211, 311: Elementhauptkörper
113: äußere Umfangsoberfläche, reflektierende Oberfläche
213: innere Umfangsoberfläche
DL: Messlicht
N: normale Linie
T: Höhlung
P: Durchtrittsroute

Claims

ATR-Element mit: einem Elementhauptkörper, der durch einen achsensymmetrischen Festkörper ausgebildet ist und eine in einer Umfangsrichtung kontinuierliche reflektierende Oberfläche aufweist; einem Eintrittsteil, durch das ein Messlicht in den Elementhauptkörper eintritt; und einem Austrittsteil, durch das das durch das Eintrittsteil eingetretene und von der reflektierenden Oberfläche des Elementhauptkörpers reflektierte Messlicht nach außen austritt, wobei das Messlicht, das durch das Eintrittsteil eingetreten ist, einer spiralförmigen Durchtrittsroute folgt, während es wiederholt von der reflektierenden Oberfläche reflektiert wird, bevor es durch das Austrittsteil nach außen austritt.
ATR-Element nach Anspruch 1, wobei in einem Bezugsquerschnitt (x) rechtwinklig zu der Symmetrieachse des Elementhauptkörpers das Eintrittsteil in einem Abstand von 80% oder mehr, aber weniger als 100% des Abstands von der Symmetrieachse zu dem äußeren Umfang des Bezugsquerschnitts angeordnet ist, und ein durch eine normale Linie des Eintrittsteils und des Bezugsquerschnitts ausgebildeter Winkel mehr als 0 Grad, aber nicht mehr als 45 Grad beträgt.
ATR-Element nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Elementhauptkörper eine zylindrische Form oder eine Rohrform aufweist.
ATR-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Elementhauptkörper eine erste Endfläche aufweist, die in die Achsenrichtung gerichtet ist, und eine zweite Endfläche, die zu der ersten Endfläche gerichtet ist, das Eintrittsteil durch Ausbilden einer Aussparung in der ersten Endfläche bereitgestellt ist, und das Austrittsteil durch Ausbilden einer Aussparung in der der zweiten Endfläche bereitgestellt ist.
ATR-Element nach Anspruch 4, wobei das Eintrittsteil so ausgebildet ist, dass es mit dem äußeren Umfang der ersten Endfläche kontinuierlich ist, und das Austrittsteil so ausgebildet ist, dass es mit dem äußeren Umfang der zweiten Endfläche kontinuierlich ist.
Eintauchprüfkopf mit: dem ATR-Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5; einem ersten Lichtführungsmittel, das das von einer Lichtquelle abgegebene Messlicht zu einem Eintrittsteil führt; und einem zweiten Lichtführungsmittel, das das aus dem Austrittsteil austretende Messlicht zu einer vorbestimmten Position führt.
Spektrofotometer mit: dem Eintauchprüfkopf nach Anspruch 6; einer Lichtquelle, die ein Messlicht abgibt; und einem Fotometerhauptkörper, der das Messlicht verteilt und erfasst, das durch den Eintauchprüfkopf durchgetreten ist.
ATR-Element mit: einem Elementhauptkörper, der durch einen achsensymmetrischen Festkörper ausgebildet ist und eine in der Umfangsrichtung kontinuierliche reflektierende Oberfläche aufweist; einem Eintrittsteil, durch das das Messlicht in den Elementhauptkörper eintritt; und einem Austrittsteil, durch das das durch das Eintrittsteil eingetretene und von der Seitenoberfläche des Elementhauptkörpers reflektierte Messlicht nach außen austritt, wobei in einem Bezugsquerschnitt rechtwinklig zu der Symmetrieachse des Elementhauptkörpers das Eintrittsteil in einem Abstand von 80% oder mehr, aber 100% oder weniger des Abstands von der Symmetrieachse zu dem äußeren Umfang des Bezugsquerschnitts angeordnet ist, und ein durch eine normale Linie des Eintrittsteils und des Bezugsquerschnitts ausgebildeter Winkel mehr als 0 Grad, aber nicht mehr als 45 Grad beträgt.
ATR-Element nach Anspruch 1 oder 8, wobei das Messlicht ein Licht in einem Nah-Infrarotbereich ist, das eine Wellenlänge von 1000 bis 2000 nm aufweist.