JP2005140546A

JP2005140546A - 低温拡散反射測定装置及びそれに用いる試料ホルダ、低温拡散反射スペクトル測定方法

Info

Publication number: JP2005140546A
Application number: JP2003374691A
Authority: JP
Inventors: Keiichiro Ogawa; 桂一郎小川; Jun Harada; 潤原田; Takashi Yamanishi; 孝志山西
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2003-11-04
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】本発明の目的は、低温においても試料への氷結が起こることなく、温度制御下で粉末試料の拡散反射スペクトルの測定を容易に行うことができる粉末試料用低温拡散反射スペクトル測定装置を提供することにある。
【解決手段】クライオスタット１２と、クライオスタット熱伝導部２１に熱伝導板２２および熱伝導体１８を介して接続され、かつ、粉末試料がクライオスタット光学窓２８の内側に近接して保持されることを特徴とする温度変化分光測定用粉末試料ホルダ１３と、積分球１４および検出器１６を備えた拡散反射光検出手段とを組み合わせた粉末試料用低温拡散反射スペクトル測定装置１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、低温における粉末試料の拡散反射スペクトル測定法の改良に関するものである。

拡散反射スペクトル測定は、粉末試料の分光学的測定のなかでもっとも有力な方法の一つとして広く行われている(例えば、特許文献１を参照)。
拡散反射スペクトル測定においては、試料からの拡散反射光の集光のために積分球を用い、その開口部に試料を設置する。集光する拡散反射光の損失を小さくするためには、積分球に入射する拡散反射光の立体角を大きくする必要があるので、積分球開口部と試料の間の距離はできる限り小さくする必要がある。
拡散反射スペクトルを低温で測定するためには、試料は真空容器に入れて冷却しなければならない。なぜなら、大気中で試料を冷却すると、試料表面で氷結が起こるからである。真空容器中での試料の冷却には、通常、クライオスタットが用いられる。

特開平１１−３０４６８９号公報実験化学講座第１版第３巻丸善１９５６年ｐ．３７９実験化学講座第３版第４巻−２丸善１９７５年ｐ．３９４

クライオスタットの真空容器内部において、試料はクライオスタットの熱伝導部に接続した試料ホルダ内に置かれる。クライオスタットの熱伝導部は真空容器の中心部分にあり、それに接続される試料ホルダは、通常、試料が真空容器の中心部分に位置するように作られている。そのような試料ホルダを用いる限り、試料はクライオスタットの光学窓からかなり離れたところに位置してしまうので、拡散反射スペクトルの測定は不可能である。
本発明の目的は、低温においても試料への氷結を起こすことなく、温度制御下での粉末試料の拡散反射スペクトルが容易に測定できる装置を提供することにある。

上記目的を達成するためには、クライオスタットの真空容器中で粉末試料の温度が設定温度（低温）に到達し、かつ、試料と積分球開口部との間の距離を良質の拡散反射スペクトルが測定できるまで十分に小さくする必要がある。そのため、本発明者らはクライオスタットに取り付けて使用する温度変化分光測定用粉末試料ホルダを発明した。その最大の特徴は、試料室がクライオスタットの光学窓の内側に近接するように作られている点である。
この温度変化分光測定用粉末試料ホルダ、クライオスタット、および拡散反射光検出のための積分球を備えた拡散反射測定装置を組み合わせることによって、本発明の目的である温度制御した低温で粉末試料の拡散反射スペクトルが容易に測定できる装置の提供が可能となった。

すなわち、本発明の温度変化拡散反射スペクトル測定装置は、(１)クライオスタット、(２)クライオスタットの熱伝導部に熱伝導体を介して接続され、かつ、試料が前記クライオスタット光学窓の内側に近接して保持されることを特徴とする温度変化分光測定用粉末試料ホルダ、および(３)積分球と検出器を備えた拡散反射光検出手段が組み合わされたことを特徴とする。
そして、本発明の低温拡散反射スペクトル測定方法は、クライオスタットの真空容器内において、その光学窓に近接して粉末試料を保持し、前記真空容器の外部に設置された拡散反射光検出手段を用いることによって、温度制御下での粉末試料の拡散反射スペクトル測定を可能にすることを特徴とする。
また、本発明の試料ホルダは、クライオスタットの熱伝導部に熱伝導体を介して接続され、かつ、試料が前記クライオスタット光学窓の内側に近接して保持されることを特徴とする。
さらに、上記の温度変化分光測定用粉末試料ホルダにおいて、熱伝導体に温度センサを設置することが好適である。

本発明の粉末試料用低温拡散反射スペクトル測定装置によれば、クライオスタットの熱伝導部に熱伝導体を介して接続され、かつ、試料が前記クライオスタット光学窓の内側に近接して保持される構成としたことにより、積分球に入射する拡散反射光の立体角を大きくでき、低温においても試料への氷結を起こすことなく、温度制御下で粉末試料の拡散反射スペクトルが容易に測定できるようになった。

以下に本発明の温度変化拡散反射スペクトル測定装置の好適な実施形態について、図面を参照して説明を行う。図１(ａ)は本発明の一実施形態に係る温度変化拡散反射スペクトル測定装置の概略構成図であり、クライオスタット１２の真空容器２４の部分、温度変化分光測定用粉末試料ホルダ１３、および積分球１４の部分を側面から見た断面図として示してある。また、図１(ｂ)は真空容器２４の部分、温度変化分光測定用粉末試料ホルダ１３、および積分球１４の部分を上から見た断面図である。
本実施形態の温度変化拡散反射スペクトル測定装置１０は、試料を冷却（または加熱）するためのクライオスタット１２、温度変化分光測定用粉末試料ホルダ１３、および試料からの拡散反射光の検出手段（積分球１４、検出器１６）を備えている。

本発明の核心部分は，温度変化分光測定用粉末試料ホルダ１３の形状と設置機構にある。本試料ホルダ１３は、試料室２０がクライオスタットの光学窓２８の内側に近接するように、その形状はＬ字形である。これは、従来の試料ホルダが棒状で、その試料室がクライオスタットの中心軸上にあるのと決定的に異なる。本試料ホルダ１３においては、試料室２０が中心軸から大きくはずれて光学窓２８に近接した位置にあるので、試料２６と積分球開口部２９の間の距離が小さくなり、拡散反射光の効率的な集光が可能となった。
このようなＬ字形とするために、本試料ホルダ１３は、クライオスタット熱伝導部２１に直接結合する熱伝導板２２と、先端を試料室２０とする熱伝導体１８の２つに分けて構成し、両者を直交させた。両者は容易に着脱できるように、ねじを用いて接続している。これによって、試料設置時の操作性も高まっている。
真空容器２４の外側には、遮光壁３２が容器を取り囲むように設置されている。これは、拡散反射光検出手段への迷光の進入を防ぐためである。拡散反射光検出手段は、積分球１４と検出器１６とで構成されており、遮光壁３２の外側に設置される。また、光ファイバ３０の先端が積分球１４内に設置されている。該光ファイバ３０によって試料への照射光を積分球１４内に導光し、積分球１４の開口部２９から試料へ光を照射する。

以上が本実施形態の概略説明であり、次に試料の拡散反射スペクトル測定について説明する。まず、被測定対象の粉末試料は、上記の試料ホルダ１３の試料室２０(図２を参照)内に保持される。そして、試料ホルダ１３の熱伝導板２２をクライオスタット１２の熱伝導部２１に結合する。そして、真空容器２４内を真空にしてクライオスタット１２により試料を低温に保つ。光源(図示せず)からの光は光ファイバ３０を通り、積分球１４内へと導かれる。そして、図中の点線の矢印で模式的に示したように、光ファイバ３０の先端から射出した光は、積分球１４の開口部２９、真空容器２４の光学窓２８を通り、該光学窓２８に内側から近接して設置された試料室２０内の試料２６に照射される。試料２６からの拡散反射光（図中の実線の矢印で模式的に示した）は、光学窓２８、開口部２９を通り、積分球１４内に取り込まれ、検出器１６によって検出される。このように、試料を真空容器の光学窓に近接して保持することができるため、積分球に入射する拡散反射光の立体角を大きくできる。また、試料自体はクライオスタットの真空容器内にあるため、正確な温度制御の下で測定を行うことができる。

図２は，試料ホルダの部分の側面から見た断面図である。本実施形態の試料ホルダ１３は、クライオスタットの熱伝導部に接続するための熱伝導板２２と、該熱伝導板に垂直に接続された熱伝導体１８と、を備えている。そして、試料２６を入れる試料室２０は熱伝導体１８の先端部分に設置されている。試料室２０はガラス等からなる窓３６と、熱伝導体１８の先端面に取り付けられる蓋３４とによって構成されている。窓３６は熱伝導体１８の先端面に対向して配置され、窓３６に被せるように蓋３４を熱伝導体１８の先端に取り付けることで窓３６を固定する。そして、試料２６は熱伝導体１８の先端面と窓３６の間に保持される。
熱伝導板２２と熱伝導体１８に熱伝導性の高い無酸素銅を用いることによって，十分な熱伝導を確保しており、試料２６は問題なく冷却できる。このように、試料は熱伝導体と直接接触しているため、効率的に冷却される。
熱伝導体１８の試料室近傍には、温度センサ３８が埋め込まれている。温度センサ３８が試料２６の十分に近い箇所に設置されているため、試料の温度を正確に検知することができる。

本発明の一実施形態にかかる低温拡散反射測定装置の概略構成図本発明の一実施形態にかかる試料ホルダの断面図

符号の説明

１０低温拡散反射測定装置
１２クライオスタット１２
１３試料ホルダ
１４積分球
１６検出器
１８熱伝導体
２０試料室
２１クライオスタット熱伝導部
２２熱伝導板
２４真空容器

Claims

クライオスタットの真空容器内において、その光学窓に近接して粉末試料を保持し、前記真空容器の外部に設置された拡散反射光検出手段を用いることによって、温度制御下での粉末試料の拡散反射スペクトル測定を可能にすることを特徴とする低温拡散反射スペクトル測定方法。
クライオスタットの熱伝導部に熱伝導体を介して接続され、かつ、試料が前記クライオスタット光学窓の内側に近接して保持されることを特徴とする温度変化分光測定用粉末試料ホルダ。
請求項２記載の温度変化分光測定用粉末試料ホルダにおいて、熱伝導体に温度センサを設置したことを特徴とする温度変化分光測定用粉末試料ホルダ。
請求項１記載の測定方法にもとづき、クライオスタットと、請求項２または３記載の温度変化分光測定用粉末試料ホルダと、積分球および検出器を備えた拡散反射光検出手段とが組み合わされたことを特徴とする低温拡散反射スペクトル測定装置。