JP2001108610A

JP2001108610A - 光学分析用セル及び光学分析計

Info

Publication number: JP2001108610A
Application number: JP29188199A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kidai; 誠希代; Yasushi Noguchi; 恭野口; Naoya Hayamizu; 直哉速水; Sumishige Yamabe; 純成山辺; Daisuke Matsushima; 大輔松島
Original assignee: APURIKUSU KK; Toshiba Corp; Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: APURIKUSU KK; Toshiba Corp; Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2001-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】測定用のバイパスラインを設置することなく、
製造ライン内に配置して、圧力損失を低く抑え、大流量
の検体を通過させて光学分析が可能である。【解決手段】セル本体１に測定部２を配置し、この測定
部内に測定対象物質を含有する検体を通過させて、測定
対象物質の濃度を計測する光学分析計において、生産工
程中の製造ラインと別に濃度測定のためのバイパスライ
ンを設置することなく、製造ライン中に設置可能な小型
で、耐圧、耐高流量性の構造を備えた光学分析用セル
で、セル本体１の前記測定部２の横断面の形状が四角形
又は長円形もしくは楕円形であり、この測定部の検体通
路を挟んで向かい合う面の壁に光軸上に対して、透光部
材３として石英ガラスを気密状に嵌合してなり、この石
英ガラス板の両外側面と前記光源及び前記受光部との間
に濃度測定をする検体に適合する測定波長を選択するた
めの光学フイルタ７を配置した構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、測定部を備え小
型で製造工程の配管内に組み込まれる光学分析用セル及
び光学分析計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学分析機器において測定部にプ
リズムや回析格子を介して発光部からの光を単色光とし
て照射し、測定部内の検体を通過するときの光の吸収量
を光電管・光電子増倍管等の受光部で光量を測定し、濃
度測定等が行われている。なお、光学測定器における光
学分析用セルには、石英ガラスを箱形に熔封加工してそ
の両端に検体を導入、排出するための石英管を熔着した
ものが使用されていた。しかし、従来の光学分析用セル
は石英ガラスを加工する必要があるが、石英ガラスの加
工温度が１２００℃以上と高温のため、ガラス加工用ガ
スバーナーでも大型セルの成形加工は困難であった。

【０００３】特に、製造工程のインラインで使用可能
な、毎分数リッタの検体を圧力損失無く通過させること
が可能な大容量の光学分析用セルは製造が困難で、更
に、高濃度の検体を測定するための数ミリメートルのセ
ル長を持った光学分析用セルを精度良く製作することも
困難であった。

【０００４】しかも、透光部材の石英ガラスの厚さを均
一にし、歪みを完全に除去することが非常に困難である
ため、光学分析用セル全体を石英ガラスで構成すること
は機械的強度が弱く、内圧の変動などにより光学分析用
セルが破損し易いという欠点があった。そのため製造ラ
イン内で直接測定することができなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】光学分析機器において
測定部は円筒状に形成されているから流路の幅が広く、
セル本体を小さくすることができなかった。特に、イン
ラインにおいて、圧力損失を少なくし、大流量で通過さ
せることができる測定部を形成することは困難であっ
た。

【０００６】この発明の課題は、このような従来の困難
な点を解決し、圧力損失を減少し、大流量の検体を通過
させる測定部を備えた光学分析用セルを提供することで
ある。

【０００７】また、この発明の課題は、製造ライン内に
配置でき、検体の測定が可能な光学分析計を提供するこ
とである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記実情に
鑑みてなされたもので、セル本体内に測定部を配置し、
この測定部内に測定対象物質を含有する検体を通過させ
て、測定対象物質の濃度計測する光学分析用セルにおい
て、生産工程中の製造ラインと別に濃度測定のためのバ
イパスラインを設置することなく、製造ライン中に設置
可能な小型で、耐圧、耐高流量性の構造である構成によ
って前記課題は達成できる。

【０００９】また、セル本体の内部に測定部を備え、発
光部からの光が光学フィルタを透過して得られる任意の
波長の単色光として前記測定部の透明部分に照射し、こ
の測定部内に測定対象物質を含有する検体を通過させ、
検体の光の吸収光量を、受光部で電流に変換し、測定対
象物質の濃度を計測する光学分析用セルにおいて、セル
本体の前記測定部の横断面の形状が四角形又は長円形も
しくは楕円形であり、該測定部の検体通路を挟んで向か
い合う面の壁に光軸上に対して、石英ガラス板を気密状
に嵌合してなり、この石英ガラス板の両外側面と前記光
源及び前記受光部との間に濃度測定をする検体に適合す
る測定波長を選択するための光学フィルタを配置した構
成によって前記課題は達成できる。

【００１０】前記検体がオゾン水である検体を前記測定
部内に通過させ、前記光源と前記受光素子とにより前記
オゾン含有量を光学的に測定したり、また、硝酸溶液を
測定部に通過させてこれらの成分濃度を測定する光学分
析用セル構造によって前記課題は達成できる。

【００１１】前記検体がフッ酸溶液である場合、前記光
学分析用セルにおいて、セル本体の前記測定部の横断面
の形状が四角形又は長円形もしくは楕円形であり、この
測定部の検体通路を挟んで向かい合う面の壁に、光軸上
に対して、サファイアガラス板を気密状に嵌合してな
り、このサファイアガラス板の両外側面と前記光源及び
前記受光部との間に濃度測定をする検体に適合する測定
波長を選択するための光学フィルタを配置した構成によ
って前記課題は達成できる。

【００１２】この発明の光学分析用セルは、分析セル全
体は樹脂を本体として検体が通過する測定部の横断面の
形状が四角形又は長円形もしくは楕円形であり、この測
定部の検体通路を挟んで向かい合う面の壁に光軸上に対
して、石英ガラス板又はサファイアガラス板を気密状に
嵌合してなるから、同じ断面積を持つ円筒状の通路の場
合と比較して、光学分析用セルの厚さを薄くすることが
でき、セル本体が樹脂一体削りだし加工のため、セルの
壁の厚さは圧力に耐えられるだけの充分な厚さに加工が
可能である。一方、検体通路の横断面の形状を特定の形
状にしたことにより円筒状の通路の直径と同じ厚さの場
合には円筒状通路より断面積が大きくなり、検体を大流
量で流しても圧力損失が少なく、検体の圧力変動の影響
を受けにくい構造が実現できる。

【００１３】また、検体が通過する通路の断面が四角形
又は長円形もしくは楕円形の検体通路を挟んで向かい合
う面の壁に光軸上に対して気密的に嵌め込まれた石英ガ
ラス又はサファイアガラス板の内面間の距離（セル長）
は、通路断面の四角形又は長円形もしくは楕円形の光軸
上の幅を変えることで、セル長を０．５〜１００ｍｍま
で自由に調節できるので広い濃度に対応できる。更に、
測定部の断面を特殊形状にしたので光学分析計を設置し
た製造ラインのインラインにおいて検体は測定部の中央
部分だけではなく両端部分を通過するためセル本体が検
体が通過するための抵抗となり難く、圧力損失が起こり
難い構造である。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明の光学分析用セルを図面
に基づき説明する。図１はこの発明の光学分析用セルの
一実施の形態の概略説明図、図２は図１のＡ−Ａ線拡大
断面説明図、図３はこの発明の光学分析計の測定フロー
図、図４はこの発明の光学分析計に使用する脱湿機構の
実施の形態の説明図、図５はこの発明の光学分析計のオ
ゾン濃度特性を示すグラフ、図６はこの発明の光学分析
計によって測定した硝酸溶液の紫外線の吸収特性を示す
グラフ、図７は硝酸溶液濃度特性を示すグラフである。

【００１５】１は検体を連続的に通過させる測定部２を
中央に備えたセル本体で、このセル本体１は検体を連続
的に流通させるための検体通路２０を、横断面が四角形
又は長円形もしくは楕円形に成るように形成してある。
このセル本体１の中央部分において、前記検体通路２０
を挟んで向かい合う面の壁に、光軸上に相対して凸形の
石英ガラス等の透光部材３がＯリング１０を介して機密
的に嵌め込んである。

【００１６】４は測定部２に接続した検体通路２０の流
入部で、この流入部４から検体を連続的に流入させて反
対側の排出部５から排出させる。この流入部４、排出部
５を備えた測定部２を挟んで、一方の外側に水銀ランプ
等の光源を備えた発光部６を設置し、反対側の外側には
光学フィルタ７、受光部８を設置してある。この発光部
６からの単色光が測定部２を通過した光は受光部８で受
光される。９は測定部２の両側に嵌め込んだ石英ガラス
の押え板である。

【００１７】この発明の光学分析用セルは、計測する流
体が腐食性の強いものである場合は耐蝕性のある樹脂で
少なくとも表面成形した配管および測定部を使用するこ
とができる。例えば、一般的に知られる耐蝕性であるフ
ッ素樹脂としてポリエチレンテトラフルオロエチレンテ
トラフルオロエチレンーパーフルオロアルキルビニルエ
ーテル重合体（ＰＦＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶ
ＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポ
リフッ化ビニル（ＰＶＦ）等が挙げられる。

【００１８】この発明の光学分析用セルを備えた光学分
析計の１実施の形態の測定フローを図３に示す。７ａ及
び８ａは検体を通過した光束を受光する検出側光学フィ
ルタ及び検出側受光部であり、７ｂ，８ｂは発光部６か
らの光をハーフミラ１６で分割した比較光を受光する比
較側光学フィルタと比較側受光部である。１１は測定部
２の両側に配置した密閉室で、この密閉室１１はシリカ
ゲル等の吸湿剤を充填した脱湿器１２に連通してあり、
密閉室１１の両側に循環するように循環ポンプ１４が接
続管１３によって接続してある。１５は密閉室１１の外
側に気密的に嵌め込んである石英ガラス板である。１６
は発光部６から測定部２に照射する光束を測定部２側と
ブランク側とに分割するハーフミラーである。１７は検
出側受光部８ａ及び比較側受光部８ｂで電気信号となっ
て入力するヘッドアンプで、このヘッドアンプ１７から
の電気信号は変換器の濃度検出部１８にて演算処理され
て濃度として計測され、表示部３０に表示される。濃度
検出部１８には、電源部１９を介して電源３１が与えら
れている。

【００１９】この発明の光学分析計の動作を図３の測定
フロー図に基づいて説明する。この発明の光学分析計の
セル本体１の測定部２に流入部４から検体を流入させ、
反対側の排出部５より排出する。この測定部２を通過す
るとき発光部６からの単色光の光束が検体を通過して光
学フィルタ７ａを通過して受光部８ａに受光され、検出
回路に入力される。

【００２０】この発明の光学分析計は、低温の検体を測
定するときは、流通する検体と室内の湿気により測定部
２の測定窓の石英ガラスの面に結露を生じることがある
ので、正しい測定を阻害することを防止するため、特開
平１１−１４２２３６号明細書に記載した脱湿機構を採
用することができる。この脱湿機構の実施の形態は図４
に示されるものである。

【００２１】測定部２の両側に配置した測定窓の透光部
材３，３の外側で、外部の石英ガラス板１５，１５との
間に形成された密閉室１１，１１を配置し、この密閉室
１１，１１は接続管１３において閉回路を形成し、この
接続管１３の中間に脱湿器１２および循環ポンプ１４を
介在してある。この脱湿器１２にはシリカゲル、燐酸カ
ルシウム、塩化カルシウム等の吸湿剤を充填してあり、
密閉室１１内の空気を循環ポンプ１４によって循環する
ようにして密閉室１１，１１内の空気の湿気を完全に除
去することができる。

【００２２】図３に示す光学分析計の実施の形態を使用
してオゾン濃度を測定したときのオゾン濃度特性曲線を
図５に示す。この光学分析計の発光部６に低圧水銀ラン
プを使用し、光学フイルタ７を組み合わせて２５４ｎｍ
付近の光波長を選択し、測定部２のセル長１ｍｍとし
た。検体としてオゾン水を測定部２に流入させてそのオ
ゾン濃度を計測した結果、分析値と一致することが判っ
た。

【００２３】図６はこの発明の光学分析計による硝酸溶
液を計測したときの紫外線吸収特性曲線で、この結果か
らも明らかなように２５４ｎｍ付近に最大吸収があり、
硝酸溶液の濃度測定が可能である。

【００２４】図３に示す光学分析計の実施の形態を使用
して硝酸濃度を測定したときの硝酸溶液濃度特性曲線を
図７に示す。この光学分析計の発光部６に低圧水銀ラン
プを使用し、光学フィルタ７を組み合わせて２５４ｎｍ
付近の光波長を選択し、測定部２のセル長を２ｍｍとし
た。

【００２５】また、図３に示す光学分析計において、フ
ッ酸溶液を測定する場合の構成を以下に示す。この分析
計の発光部６にハロゲンランプを使用し、光学フィルタ
７を組み合わせて、１６１ｎｍ付近の光波長を選択し、
透光部材３にサファイアガラス板を嵌合することより、
フッ酸溶液の測定は可能となる。

【００２６】

【発明の効果】この発明の光学分析用セル及び光学分析
計は、測定部に大容量の検体を通過させることができ、
検体の流通の抵抗も少なく、圧力損失も少なく、圧力変
動の影響を受け難いため、製造ラインにおいてバイパス
ラインを配設することなくインラインに配置でき、同じ
流量を流す円筒状流路と比べて、測定部を薄く、小型化
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】光学分析用セルの一実施の形態の概略説明図で
ある。

【図２】図１のＡ−Ａ線拡大断面説明図である。

【図３】光学分析計の測定フロー図である。

【図４】光学分析計に使用する脱湿機構の実施の形態の
説明図である。

【図５】光学分析計のオゾン濃度特性を示すグラフであ
る。

【図６】光学分析計によって測定した硝酸溶液の紫外線
の吸収特性を示すグラフである。

【図７】光学分析計の硝酸溶液濃度特性を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１セル本体２測定部３透光部材４流入部５排出部６発光部７光学フィルタ７ａ検出側光学フィルタ７ｂ比較側光学フィルタ８受光部８ａ検出側受光部８ｂ比較側受光部９押え板１０Ｏリング１１密閉室１２脱湿器１３接続管１４循環ポンプ１５石英ガラス板１６ハーフミラー１７ヘッドアンプ１８濃度検出部１９電源部２０検体通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者希代誠東京都八王子市小宮町934番地11 株式会社アプリクス内 (72)発明者野口恭東京都八王子市小宮町934番地11 株式会社アプリクス内 (72)発明者速水直哉神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術センター内 (72)発明者山辺純成神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術センター内 (72)発明者松島大輔神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地株式会社東芝生産技術センター内Ｆターム(参考） 2G020 BA02 BA14 CB26 CB31 CC02 CC13 CC26 CD13 CD23 2G057 AA20 BA01 BB02 BB10 DA02 DB02 DB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セル本体内に測定部を配置し、この測定部
内に測定対象物質を含有する検体を通過させて、前記測
定対象物質の濃度を計測することを特徴とする光学分析
用セル。
【請求項２】光源と、この光源からの光を受光する受光
部と、前記光源と前記受光部との間に、前記光源からの
光を前記受光部が受光可能に設けられた少なくとも一組
の対向する透光部材を有し、この透光部材間を測定対象
物質を含有する検体が流通可能に検体流路が設けられた
測定部とを有することを特徴とする光学分析用セル。
【請求項３】前記光源と前記透光部材との間に、前記光
源からの光から任意の波長の光を選択する光学手段を配
置させたことを特徴とする請求項２に記載の光学分析用
セル。
【請求項４】前記光学手段は、プリズム、回折格子、ハ
ーフミラー、或いは光学フィルタであることを特徴とす
る請求項３に記載の光学分析用セル。
【請求項５】前記受光部は、光電管或いは光電子増倍管
であることを特徴とする請求項２に記載の光学分析用セ
ル。
【請求項６】前記検体流路の断面形状は、四角形、長円
形或いは楕円形であることを特徴とする請求項２に記載
の光学分析用セル。
【請求項７】前記光源と前記透光部材との間、或いは前
記透光部材と前記受光部との間の少なくとも一方に任意
の測定波長の光のみを透過する光学フィルタを設けたこ
とを特徴とする請求項２に記載の光学分析用セル。
【請求項８】前記透光部材は、石英ガラス或いはサファ
イアガラスのいずれかであることを特徴とする請求項２
に記載の光学分析用セル。
【請求項９】前記検体は、オゾン水、硝酸溶液或いはフ
ッ酸溶液のいずれかであることを特徴とする請求項１乃
至請求項８のいずれか１項に記載の光学分析用セル。
【請求項１０】光源と、この光源からの光を受光する受
光部と、前記光源と前記受光部との間に、前記光源から
の光を前記受光部が受光可能に設けられた少なくとも一
組の対向する透光部材を有し、内部に測定対象物質を含
有する検体が流通可能な検体流路が設けられた測定部
と、前記受光部において受光した光に基づき前記検体の
濃度を側定する濃度測定手段とを有することを特徴とす
る光学分析計。
【請求項１１】前記透光部材は、石英ガラス或いはサフ
ァイアガラスのいずれかであることを特徴とする請求項
１０に記載の光学分析計。