JP2005233884A - エバネッセント波を用いた粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトル測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】前処理を行わないそのままの形の粉末、特に５ｍｍ〜数ｎｍの粒径の粉末若しくは粉末を固めた試料片について、紫外可視吸収スペクトルの測定を容易にする。また、電気、磁気、光、熱等の刺激を加えながら紫外可視吸収スペクトルの測定を可能とする。
【解決手段】スラブ型光導波路５又はプリズム上に粉末、特に５ｍｍ〜数ｎｍの粒径の粉末若しくは粉末を固めた試料片を置き、スラブ型光導波路５又はプリズム内で全反射するようになした紫外可視プローブ光により生じたエバネッセント波が試料により吸収されることを利用して、紫外可視吸収スペクトルを測定する。
【選択図】図１

Description

本発明はエバネッセント波を用いた粉末、特に５ｍｍ〜数ｎｍの粒径の粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトル測定装置に関し、更に詳細にはプリズム内での１回の、或いはスラブ型光導波路内での複数回の全反射により生じるエバネッセント波を利用して粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトルを測定するようになしたエバネッセント波を用いた粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトル測定装置に係わる。

物質の吸収スペクトルは、物質の性質を分子レベルで理解するための有力な方法である。しかし、これまで粉末、特に５ｍｍ〜数ｎｍの粒径の粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトルを直接測定する方法は知られていない。本発明は粉末、特に５ｍｍ〜数ｎｍの粒径の粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトルの直接測定を初めて実現したものである。しかも、その測定操作はきわめて簡便であり、粉末若しくは粉末を固めた試料片を試料室に置くだけで、瞬時に且つ確実に紫外可視吸収スペクトルを得ることができる。

一般に固体試料に光が入射すると正反射と拡散反射が起こる。正反射とは試料表面での鏡面反射であり、拡散反射とはあらゆる方向に反射される現象である。拡散反射の強度は吸収強度とＫｕｂｅｌｋａ−Ｍｕｎｋ関数によって関係づけられているので、拡散反射スペクトルを測定し、これをＫｕｂｅｌｋａ−Ｍｕｎｋ関数に変換すれば、粉末若しくは粉末を固めた試料片の『吸収スペクトル』が得られることになる。これが、現在粉末若しくは粉末を固めた試料片の『吸収スペクトル』を得る方法として標準的に用いられている拡散反射法の原理である。

拡散反射法によって正しい『吸収スペクトル』を得るためには、測定した拡散反射光に正反射光が混入していないことが必要である。特に吸収強度の大きい物質は正反射光が強いので、正反射を取り除くためにさまざまな工夫が行われる。その一つが試料の希釈である。吸収強度の大きい粉末若しくは粉末を固めた試料片でも、十分に希釈すれば拡散反射スペクトルから吸収スペクトルを得ることができる。しかし、希釈剤によっては試料の吸着や化学反応による変化が引き起こされ、本来の試料のスペクトルが得られない場合がある。また、試料及び希釈剤の粒径の違いは、拡散反射スペクトルに影響を与える。希釈剤が吸湿するだけでもスペクトルは変化する。いずれにせよ希釈剤によって試料は破壊される。

また、試料が蛍光を発する場合には、拡散反射スペクトルは蛍光の影響を強く受け、正しい吸収スペクトルは得られない。拡散反射法では蛍光の影響を完全に取り除くことは原理的に不可能である。

上記のように、拡散反射法にはさまざまな欠点がある。これに対して、エバネッセント光の測定を利用した本発明によれば、上記の問題は全て解決することができる。即ち、
１．エバネッセント光の測定により直接吸収スペクトルを得ることができる。
２．試料はそのままの形で測定に用いることができる。
３．測定操作はきわめて簡便。試料室に試料を置くだけで瞬時にスペクトルが得られる 。
４．試料室は開放系なので、電気、光、熱（冷、温）などの外部刺激を与えながらの測 定が容易にできる。
５．蛍光性の試料でも蛍光の影響を受けない吸収スペクトルが得られる。

而して、本発明の要旨とするところは、光源と、前記光源から発射された光を集光する入射側集光光学系と、該入射側集光光学系で集光された光を内部において１回反射させるプリズム、或いは複数回反射させるスラブ型光導波路と、前記プリズム或いはスラブ型光導波路から出射した光を吸収スペクトル測定する分光器とからなるエバネッセント波を用いた粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトル測定装置にある。

また、上記構成において、プリズム或いはスラブ型光導波路と分光器との間に、光の中心部を通過させるスリットを配置すると共に、該スリットと分光器との間に集光光学系を配置するようになしてもよい。この場合には光のエネルギーを大きくとることができる。

また、上記構成において、プリズム或いはスラブ型光導波路と分光器との間に、プリズム或いはスラブ型光導波路から出射した光を集光する出射側集光光学系を配置するようにしてもよい。

また、上記出射側集光光学系を配置するようになした構成において、入射側集光光学系とプリズム或いはスラブ型光導波路との間、又はプリズム或いはスラブ型光導波路と出射側集光光学系との間に光軸に対しロール方向回転可能な偏光子を配置し、プリズム或いはスラブ型光導波路に入射する光、又はプリズム或いはスラブ型光導波路から出射する光のどちらか一方をＰ偏光子（縦波）、Ｓ偏光子（横波）の紫外可視光を用いて紫外可視吸収スペクトル測定することにより、粉末若しくは粉末を固めた試料片の分子の配向情報を測定するようにしてもよい。

更にまた、上記出射側集光光学系を配置するようになした構成において、光源と入射側集光光学系との間及び出射側集光光学系と分光器との間を夫々光ファイバーをもって接続するようにしてもよい。この場合には試料に光（ポンプ光）を当てながら測定しても影響を受けることがない。

更にまた、上記構成において、プリズム或いはスラブ型光導波路に、所要の厚みを有する所要形状の板の中央部に試料充填孔を設けた試料保持体を載置し、該試料保持体をもって粉末若しくは粉末を固めた試料片を保持するようになしてもよい。この場合には試料を手際よくプリズム或いはスラブ型光導波路上に保持することができると共に均一に載せることができるものである。

また、上記構成において、試料保持体としては、試料充填孔を上部側が下部側より広くなしたものを用いることが好ましい。この場合には試料の充填作業を素早く行うことができ、測定の効率を向上させることができる。

本発明によれは、従来方法による問題点を解消し、以下の効果を得ることができる。
１．エバネッセント光の測定により直接吸収スペクトルを得ることができる。
２．試料はそのままの形で測定に用いることができる。
３．測定操作はきわめて簡便。試料室に試料を置くだけで瞬時にスペクトルが得られる 。
４．試料室は開放系なので、電気、光、熱（冷、温）などの外部刺激を与えながらの測 定が容易にできる。
５．蛍光性の試料でも蛍光の影響を受けない吸収スペクトルが得られる。

即ち、試料の調整が不要で、また得られるスペクトルは所謂吸収スペクトルであって、データの補正が不要であり、更に非破壊の測定であるため、その他の測定法で同一の試料をクロスチェックすることも可能であり、また試料の発する蛍光の影響を殆ど受けず、加えて試料に電気、磁気、光、熱（冷、温）等の刺激を加えながら測定することも可能となるものである。

また、プリズム或いはスラブ型光導波路への光の入射角又はプリズム或いはスラブ型光導波路から出射する光の角度を調整することにより、エバネッセント波の染み出し長を調整することができるため、光の入射角度を変化させて測定することにより、粉末微粒子の表面と内部での構造の違いを知ることも可能である。

また、プリズム或いはスラブ型光導波路と分光器との間に、光の中心部を通過させるスリットを配置すると共に、該スリットと分光器との間に集光光学系を配置するようになした場合には、光のエネルギーを大きくとることができるものである。

また、プリズム或いはスラブ型光導波路と分光器との間に、プリズム或いはスラブ型光導波路から出射した光を集光する出射側集光光学系を配置し、入射側集光光学系とプリズム或いはスラブ型光導波路との間、又はプリズム或いはスラブ型光導波路と出射側集光光学系との間に光軸に対しロール方向回転可能な偏光子を配置し、プリズム或いはスラブ型光導波路に入射する光、又はプリズム或いはスラブ型光導波路から出射する光のどちらか一方をＰ偏光子（縦波）、Ｓ偏光子（横波）の紫外可視光を用いて紫外可視吸収スペクトル測定することにより、粉末若しくは粉末を固めた試料片の分子の配向情報を測定するようにしてもよい。

また、プリズム或いはスラブ型光導波路と分光器との間に、プリズム或いはスラブ型光導波路から出射した光を集光する出射側集光光学系を配置し、光源と入射側集光光学系との間及び出射側集光光学系と分光器との間を夫々光ファイバーをもって接続するようにした場合には、試料に光（ポンプ光）を当てながら測定しても影響を受けることがないものである。

また、プリズム或いはスラブ型光導波路に、所要の厚みを有する所要形状の板の中央部に試料充填孔を設けた試料保持体を載置し、該試料保持体をもって粉末若しくは粉末を固めた試料片を保持するようになした場合には、試料を手際よくプリズム或いはスラブ型光導波路上に保持することができると共に均一に載せることができるものである。

また、試料保持体として、試料充填孔を上部側が下部側より広くなしたものを用いた場合には、試料の充填作業を素早く行うことができ、測定の効率を向上させることができるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、光源と、前記光源から発射された光を集光する入射側集光光学系と、該入射側集光光学系で集光された光を内部において１回反射させるプリズム、或いは複数回反射させるスラブ型光導波路と、前記プリズム或いはスラブ型光導波路から出射した光を吸収スペクトル測定する分光器と、前記分光器による吸収スペクトルを編集するコンピュータとをもって構成するようになしたことにある。

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の第１実施例の説明図、図２は試料保持体の平面図、図３は図２中Ａ−Ａ線断面図、図４は試料保持体をスラブ型光導波路上に載置した状態の斜視図である。

図中、１は粉末、特に５ｍｍ〜数ｎｍの粒径の粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトル測定装置である。２は光源である。また、該光源２は、本実施例では白色光若しくは連続波長可変の光源を用いている。尚、斯かる光源２は角度可変又は効率の良い角度に調整できるようになしてもよい。

３は前記光源２から発射された光を集光する入射側集光光学系であり、角度調整可能である。そしてまた、該入射側集光光学系３は、本実施例にあっては光ファイバー４をもって前記光源２に接続している。

５はスラブ型光導波路であり、前記入射側集光光学系３で集光された光を内部において複数回反射させるものである。また該スラブ型光導波路５は、Ｙ軸方向に走査可能としている。

６は前記スラブ型光導波路５に載置する試料保持体であり、本実施例におけるものは、所要の厚みを有する方形の板の中央部に長さ方向に沿って試料充填孔６ａを設けたものである。該試料保持体６をもって粉末試料Ｓをスラブ型光導波路５上に保持するものである。また、該試料保持体６の試料充填孔６ａは、上部側が下部側よりも開いている。また、試料に加温、冷却等の刺激を加えるときは、該試料保持体６に熱を加えて行うものである。また、その材質としては、表面を梨地アルマイト処理したアルミニウムやその他の金属、或いはセラミックや樹脂、ガラス等が用いられる。また、本実施例では試料保持体として、方形の板の中央部に長さ方向に沿って試料充填孔６ａを設けたものを用いたが、試料充填孔としては、円形、正方形、長方形、楕円形その他の形状となしてもよい。また、該試料保持体６は、プリズム或いはスラブ型光導波路に紫外可視光に透明な材料（有機、無機材料、例えば旭硝子社製サイトップ、ＭｇＦなど）を介して接着、固定してもよい。このようになした場合にはプリズム或いはスラブ型光導波路の検出面の洗浄が容易になる。

７は前記スラブ型光導波路５から出射した光を集光する出射側集光光学系である。また、該出射側集光光学系７は、角度調整可能である。

８は前記出射側集光光学系７により集光した光を分光測定するＣＣＤ分光器である。また、該ＣＣＤ分光器８は、本実施例にあっては光ファイバー９をもって前記出射側集光光学系７に接続している。

１０は前記ＣＣＤ分光器８に接続したコンピュータであり、粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトルデータを編集し、モニターに画像として表示するものである。

本実施例は、上記構成要素からなり、そしてスラブ型光導波路５をＹ軸方向に走査し、入射側、出射側集光光学系３、７を角度調整して、スラブ型光導波路上に載せた粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトル情報を得、該情報をコンピュータ１０にて編集し、そのモニターに表示するものである。

次に、図５に示した本発明の第２実施例について説明する。
本実施例と前記第１実施例との相違点は、本実施例において入射側集光光学系３とスラブ型光導波路５との間に光軸に対しロール方向回転可能な偏光子１１を配置した点にある。尚、その他の構成は前記第１実施例と同様であるから、詳細な説明は省略する。また、本実施例においては偏光子１１を入射側集光光学系３とスラブ型光導波路５との間に配置したが、スラブ型光導波路５と出射側集光光学系７との間、あるいは入射側及び出射側の両方に配置するようにしてもよい。またその他、図示はしないが、後記第６実施例及び第７実施例において、偏光子を入射側集光光学系３と三角プリズム１４或いは半円柱形プリズム１５との間、又は三角プリズム１４或いは半円柱形プリズム１５と出射側集光光学系７との間に配置するようにしてもよい。

次に、図６に示した本発明の第３実施例について説明する。
本実施例と前記第１実施例との相違点は、本実施例において光源２と入射側集光光学系３との間、並びに出射側集光光学系７とＣＣＤ分光器８との間の接続を、光ファイバーを用いないで行うことにある。そして、この場合には、光源２とＣＣＤ分光器８を夫々角度調整可能とし、これらを動かして光軸を調整するものである。尚、図において試料保持体６及びコンピュータ１０は省略している。

次に、図７に示した本発明の第４実施例について説明する。
本実施例と前記第１実施例との相違点は、本実施例において光源２と入射側集光光学系３との間の接続を光ファイバーを用いないで行うことと、スラブ型光導波路５とＣＣＤ分光器８との間に出射側集光光学系を配置しない点である。そして、この場合には、光源２を角度調整しないで楔型に光を入射させると共に、ＣＣＤ分光器８を角度調整し、スラブ型光導波路５からの出射光の必要な角度成分のみを検出するものである。尚、図において試料保持体６及びコンピュータ１０は省略している。

次に、図８に示した本発明の第５実施例について説明する。
本実施例と前記第１実施例との相違点は、本実施例において光源２と入射側集光光学系３との間の接続を光ファイバーを用いないで行うこと、スラブ型光導波路５とＣＣＤ分光器８との間に出射側集光光学系を配置しないこと、更にスラブ型光導波路とＣＣＤ分光器との間に、光の中心部を通過させるスリット１２を配置すると共に、該スリット１２とＣＣＤ分光器との間に集光光学系１３を配置した点である。そしてこの場合には光のエネルギーを大きくとることができるものである。尚、図において試料保持体６及びコンピュータ１０は省略している。

次に、図９に示した本発明の第６実施例について説明する。
本実施例と前記第１実施例との相違点は、前記第１実施例におけるスラブ型光導波路に代えて内部において光を１回反射させる三角プリズム１４を用いるようにした点である。尚、その他の構成は前記第１実施例と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

次に、図１０に示した本発明の第７実施例について説明する。
本実施例と前記第１実施例との相違点は、前記第１実施例におけるスラブ型光導波路に代えて内部において光を１回反射させる半円柱形プリズム１５を用いるようにした点である。尚、その他の構成は前記第１実施例と同様であるから、詳細な説明は省略する。而して、本実施例にあっては光の入射、出射についての角度依存性を解決することができるものである。

本発明の第１実施例の説明図である。 試料保持体の平面図である。 図２中Ａ−Ａ線断面図である。 試料保持体をスラブ型光導波路上に載置した状態の斜視図である。 本発明の第２実施例の説明図である。 本発明の第３実施例の説明図である。 本発明の第４実施例の説明図である。 本発明の第５実施例の説明図である。 本発明の第６実施例の説明図である。 本発明の第７実施例の説明図である。

符号の説明

１ 粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトル測定装置
２ 光源
３ 入射側集光光学系
４ 光ファイバー
５ スラブ型光導波路
６ 試料保持体
６ａ 試料充填孔
７ 出射側集光光学系
８ ＣＣＤ分光器
９ 光ファイバー
１０ コンピュータ
１１ 偏光子
１２ スリット
１３ 集光光学系
１４ 三角プリズム
１５ 半円柱形プリズム

Claims (7)

1. 光源と、前記光源から発射された光を集光する入射側集光光学系と、該入射側集光光学系で集光された光を内部において１回反射させるプリズム、或いは複数回反射させるスラブ型光導波路と、前記プリズム或いはスラブ型光導波路から出射した光を吸収スペクトル測定する分光器とからなるエバネッセント波を用いた粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトル測定装置。
2. プリズム或いはスラブ型光導波路と分光器との間に、光の中心部を通過させるスリットを配置すると共に、該スリットと分光器との間に集光光学系を配置してなる請求項１記載の粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトル測定装置。
3. プリズム或いはスラブ型光導波路と分光器との間に、プリズム或いはスラブ型光導波路から出射した光を集光する出射側集光光学系を配置してなる請求項１記載のエバネッセント波を用いた粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトル測定装置。
4. 入射側集光光学系とプリズム或いはスラブ型光導波路との間、又はプリズム或いはスラブ型光導波路と出射側集光光学系との間に光軸に対しロール方向回転可能な偏光子を配置してなる請求項３記載のエバネッセント波を用いた粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトル測定装置。
5. 光源と入射側集光光学系との間及び出射側集光光学系と分光器との間を夫々光ファイバーをもって接続してなる請求項３又は４記載のエバネッセント波を用いた粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトル測定装置。
6. プリズム或いはスラブ型光導波路に、所要の厚みを有する所要形状の板の中央部に試料充填孔を設けた試料保持体を載置し、該試料保持体をもって粉末若しくは粉末を固めた試料片を保持するようになした請求項１、２、３、４又は５記載のエバネッセント波を用いた粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトル測定装置。
7. 試料保持体が、試料充填孔を上部側が下部側より広くなした試料保持体である請求項６記載のエバネッセント波を用いた粉末若しくは粉末を固めた試料片の紫外可視吸収スペクトル測定装置。
   

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