JP2008209160A - Hollow fiber bundle - Google Patents

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JP2008209160A JP2007044454A JP2007044454A JP2008209160A JP 2008209160 A JP2008209160 A JP 2008209160A JP 2007044454 A JP2007044454 A JP 2007044454A JP 2007044454 A JP2007044454 A JP 2007044454A JP 2008209160 A JP2008209160 A JP 2008209160A
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晃史 本郷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive hollow fiber bundle that can be applied movably in a large range and can improve the light quantity received. <P>SOLUTION: This hollow fiber bundle comprises a hollow fiber 2 for irradiation for propagating broad band light, including infrared light or dispersed infrared light and irradiating a measuring object 14 with them, and a hollow fiber 3 for detection for receiving and propagating transmitted light, reflected light, or scattered light from the measuring object 14. The hollow fiber 2 for irradiation and the hollow fiber 3 for detection are bundled on one end side and are separated from each other on the other end side to form a hollow fiber bundle 1. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、中空ファイババンドルに関し、特に、赤外波長帯の光を伝搬して化学物質、生体細胞、ガスなどの分光分析を行う分光分析装置に好適な中空ファイババンドルに関する。   The present invention relates to a hollow fiber bundle, and more particularly to a hollow fiber bundle suitable for a spectroscopic analysis apparatus that propagates light in an infrared wavelength band and performs spectroscopic analysis of chemical substances, living cells, gases, and the like.

従来、タンパク質、脂肪酸、アルコール、糖、色素などの化学物質の分析、生体細胞を構成する分子状態の把握、化学反応過程のモニタリング、ガス濃度の分析などに、赤外吸収スペクトルを測定して分析を行なう赤外分光分析法が広く使用されている。
これを実現する赤外分光分析装置では、フーリエ変換赤外(FTIR)分光器やモノクロメータなどで分光した光を特定の試料に照射し、その試料を透過した光あるいは試料から反射または散乱した光をMCT(Mercury Cadmium Tellurium)などの検出器で受光し
て、赤外吸収スペクトルを測定し、その吸収特性から定量的な分析を行なっている。あるいは、試料には広帯域光を照射し、検出器側で分光して吸収スペクトルを測定する構成も可能である。
Conventionally, infrared absorption spectra are measured and analyzed for analysis of chemical substances such as proteins, fatty acids, alcohols, sugars, and pigments, understanding the state of the molecules that make up living cells, monitoring chemical reactions, and analyzing gas concentrations. Infrared spectroscopy is widely used.
In an infrared spectroscopic analyzer that realizes this, a specific sample is irradiated with light dispersed by a Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer or a monochromator, and the light transmitted through the sample, or the light reflected or scattered from the sample Is received by a detector such as MCT (Mercury Cadmium Tellurium), the infrared absorption spectrum is measured, and quantitative analysis is performed from the absorption characteristics. Alternatively, a configuration is also possible in which the sample is irradiated with broadband light, and the absorption spectrum is measured by performing spectroscopy on the detector side.

赤外分光分析用の光学部品として、光源からの光を導いて試料に照射し、さらに試料を透過した光あるいは試料から反射または散乱した光を受光して検出器に導くために、複数の充実型の光ファイバを一端で結束し、他端で二つに分離したY字型の光ファイババンドルが知られている(特許文献1参照)。
この光ファイババンドルを用いた従来の赤外分光分析装置では、図4(a)に示すように、光源41及び分光器42側に照射用光ファイバ43が7本、検出器47側に検出用光ファイバ46が12本、合計19本の充実型のカルコゲナイド光ファイバが使用され、これら光ファイバ43,46が試料45側で一つに結束され、その結束部の先端に2回反射のZnSeプリズム44が装着された光ファイバプローブとして用いられている。試料45側の光ファイバ結束部は、図4(a)のC−C拡大断面図である図4(b)に示すように、照射用光ファイバ43と検出用光ファイバ46が混在した状態で固定されており、その端面は平坦に研磨されている。
分光された赤外光は照射用光ファイバ43によりZnSeプリズム44に入射し、試料45にプリズム44を押し付けることによって試料45内部をエバネッセント光として吸収を受けながら伝搬する光を検出用光ファイバ46に導き、検出器47で赤外吸収スペクトルを測定する。光ファイバを用いているため、測定部分の可動範囲が広くなり、様々な測定部位に対応できる。
As an optical component for infrared spectroscopic analysis, multiple light sources are used to guide the light from the light source and irradiate the sample, and to receive the light transmitted through the sample or the light reflected or scattered from the sample and guide it to the detector. There is known a Y-shaped optical fiber bundle in which an optical fiber of a type is bundled at one end and separated into two at the other end (see Patent Document 1).
In the conventional infrared spectroscopic analyzer using this optical fiber bundle, as shown in FIG. 4A, there are seven irradiation optical fibers 43 on the light source 41 and spectroscope 42 side, and detection on the detector 47 side. Twelve optical fibers 46, a total of 19 chalcogenide optical fibers, are used. These optical fibers 43 and 46 are bundled together on the sample 45 side, and are reflected twice at the tip of the bundled portion. 44 is used as an optical fiber probe to which 44 is attached. The optical fiber bundling portion on the sample 45 side is a state in which the irradiation optical fiber 43 and the detection optical fiber 46 are mixed, as shown in FIG. It is fixed and its end surface is polished flat.
The split infrared light is incident on the ZnSe prism 44 by the irradiation optical fiber 43, and the prism 44 is pressed against the sample 45 to transmit the light propagating through the sample 45 while being absorbed as evanescent light to the detection optical fiber 46. Then, an infrared absorption spectrum is measured by the detector 47. Since an optical fiber is used, the movable range of the measurement part is widened, and it can be used for various measurement sites.

また従来、図5に示すように、試料54に照射するプローブに中空ファイバ53を用いた分光分析装置が提案されている(特許文献2参照)。図5(a)は透過光を測定する測定例であり、光源51からの光を分光器52で分光し、分光された光をプローブとしての中空ファイバ53によって試料54に照射し、試料54を透過した透過光を検出器55によって分光分析を行なうものである。
図5(b)は反射光や散乱光を測定する測定例であり、試料54から反射あるいは散乱され、中空ファイバ53を逆方向に伝搬した光を、半透鏡56と反射鏡57によって検出器55に導き分光分析を行なうものである。
中空ファイバ53の先端開口部を試料54に接触もしくは近接した状態とし、中空ファイバ53の開口部から発せられる分光された赤外光を試料54に照射する。プローブが中空ファイバ53により形成されているため、充実型の赤外光伝送用光ファイバのように光導波の際にファイバの自家蛍光の発生がなく、分析精度を高めることができる。
米国特許第5170056号明細書 特開2004−294150号公報
Conventionally, as shown in FIG. 5, a spectroscopic analyzer using a hollow fiber 53 as a probe for irradiating a sample 54 has been proposed (see Patent Document 2). FIG. 5A is a measurement example for measuring the transmitted light. The light from the light source 51 is dispersed by the spectroscope 52, and the sampled light is irradiated to the sample 54 by the hollow fiber 53 as a probe. The transmitted transmitted light is spectrally analyzed by the detector 55.
FIG. 5B is a measurement example for measuring reflected light and scattered light. Light reflected or scattered from the sample 54 and propagated through the hollow fiber 53 in the reverse direction is detected by a semi-transparent mirror 56 and a reflecting mirror 57. To conduct spectroscopic analysis.
The tip opening of the hollow fiber 53 is brought into contact with or close to the sample 54, and the sample 54 is irradiated with the dispersed infrared light emitted from the opening of the hollow fiber 53. Since the probe is formed by the hollow fiber 53, there is no generation of auto-fluorescence of the fiber during the optical waveguide unlike the solid-state infrared transmission optical fiber, and the analysis accuracy can be improved.
US Patent No. 5170056 JP 2004-294150 A

図4に示す複数の充実型の光ファイバ43,46が一端は結束され、他端は分離されたY字型の光ファイババンドルでは、多数の光ファイバをバンドル化することにより受光量を向上させているが、血糖値を非侵襲的に計測するような用途においては更に分析精度を高める必要がある。
充実型の光ファイバを用いているため、試料45側の結束された複数の光ファイバ43,46は接着固定され、端面は一様に研磨されている。そのため、プローブ先端と試料との距離は任意に調整できるが、試料への照射光量に対する検出光の受光量を独立に調整することができない。先端にプリズム44を装着させ受光量が大きく取れるように工夫されているが、照射用光ファイバ43と検出用光ファイバ46は、受光量が最大になるように考慮して配置されておらず、また受光量が最大になるように調節することもできない。
また光ファイバには赤外光伝送を可能とするカルコゲナイドガラスを使用しているが、これは毒性材料であり医療用途の生体分析には適した材料ではない。先端に装着しなければならないプリズム44のZnSeも毒性材料であり、また同じく赤外光学材料として一般的なフッ化カルシウムは潮解性があり、湿潤な試料への挿入、接触、接近には適さない。また、充実型の光ファイバでは自家蛍光発生の可能性もあり、高精度分析には障害となる。
In the Y-shaped optical fiber bundle in which a plurality of solid optical fibers 43 and 46 shown in FIG. 4 are bundled at one end and separated at the other end, the amount of received light is improved by bundling a large number of optical fibers. However, in applications where blood glucose levels are measured non-invasively, it is necessary to further improve analysis accuracy.
Since a solid optical fiber is used, the plurality of optical fibers 43 and 46 bound on the sample 45 side are bonded and fixed, and the end surfaces are uniformly polished. Therefore, although the distance between the probe tip and the sample can be arbitrarily adjusted, the amount of detection light received with respect to the amount of light irradiated on the sample cannot be adjusted independently. Although the prism 44 is attached to the tip to devise a large amount of received light, the irradiation optical fiber 43 and the detection optical fiber 46 are not arranged so as to maximize the amount of received light. Also, it cannot be adjusted to maximize the amount of received light.
In addition, chalcogenide glass that enables infrared light transmission is used for the optical fiber, but this is a toxic material and not a material suitable for bioanalysis for medical purposes. ZnSe of the prism 44 that must be attached to the tip is also a toxic material, and calcium fluoride, which is also a general infrared optical material, is deliquescent and is not suitable for insertion into, contact with, or access to a wet sample. . In addition, a solid optical fiber may generate autofluorescence, which is an obstacle to high-precision analysis.

図5に示した分光分析装置においては、図5(a)の透過光の測定では、試料の厚さや容器(ステージ)の吸収特性に検出光量が大きく依存し、検出対象物質に制限を受ける。また、図5(b)の反射光や散乱光の測定では、試料54からの微弱な反射光あるいは散乱光を入射光とは逆方向に一本の同一の中空ファイバ53内を伝搬させ、半透鏡56によって入射光と分離する。その結果、実際に検出器に受光される光量はかなり微弱である。さらに図5(a)の透過光に基づく測定例、図5(b)の反射光や散乱光に基づく測定例、ともに測定系が固定されるので、広範な部位を測定するには制限を受ける。また図5の分光分析では、液体中に置かれた試料の分析を目的としている。このような環境においては、両端が開放された中空ファイバ53内部に、外部から異物が侵入してしまう。高い撥水性を有する中空ファイバを使用することにより、異物侵入によって中空ファイバ自体の損傷を防ぐことは可能であったとしても、中空ファイバ内壁の汚染により検出感度は格段に劣化してしまう。   In the spectroscopic analysis apparatus shown in FIG. 5, in the measurement of the transmitted light in FIG. 5A, the detected light amount greatly depends on the thickness of the sample and the absorption characteristics of the container (stage), and is limited by the detection target substance. Further, in the measurement of reflected light and scattered light in FIG. 5B, the weak reflected light or scattered light from the sample 54 is propagated in the same hollow fiber 53 in the opposite direction to the incident light, and half The incident light is separated by the transmission mirror 56. As a result, the amount of light actually received by the detector is quite weak. Further, since the measurement system is fixed in both the measurement example based on the transmitted light in FIG. 5A and the measurement example based on the reflected light and the scattered light in FIG. 5B, there is a limitation in measuring a wide range of parts. . Further, the spectroscopic analysis of FIG. 5 aims at analyzing a sample placed in a liquid. In such an environment, foreign matter enters the hollow fiber 53 whose both ends are open from the outside. Even if it is possible to prevent damage to the hollow fiber itself due to foreign substance intrusion by using a hollow fiber having high water repellency, the detection sensitivity is greatly deteriorated due to contamination of the inner wall of the hollow fiber.

本発明は、上記課題を解決し、広範囲に可動して適用できると共に、受光光量を向上できる安価な中空ファイババンドルを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an inexpensive hollow fiber bundle that can solve the above-described problems and can be applied in a wide range and can improve the amount of received light.

上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第1の態様は、赤外光を含む広帯域光または分光された赤外光を伝搬して被測定物に照射する照射用中空ファイバと、前記被測定物の透過光、反射光あるいは散乱光を受光して伝搬する検出用中空ファイバとが結束されていることを特徴とする中空ファイババンドルである。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
According to a first aspect of the present invention, there is provided an irradiation hollow fiber that propagates broadband light including infrared light or dispersed infrared light to irradiate the object to be measured, and transmitted light, reflected light of the object to be measured, A hollow fiber bundle in which a hollow fiber for detection that receives and propagates scattered light is bundled.

本発明の第2の態様は、赤外光を含む広帯域光または分光された赤外光を伝搬して被測定物に照射する照射用中空ファイバと、前記被測定物の透過光、反射光あるいは散乱光を受光して伝搬する検出用中空ファイバとを有し、前記照射用中空ファイバと前記検出用中空ファイバとは一端部側が結束され、他端部側が分離されていることを特徴とする中空ファイババンドルである。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an irradiation hollow fiber for propagating a broadband light including infrared light or a dispersed infrared light to irradiate the object to be measured, and transmitted light, reflected light or A hollow hollow fiber for detecting and propagating scattered light, the hollow hollow fiber for irradiation and the hollow hollow fiber for detection being bundled at one end side and separated at the other end side It is a fiber bundle.

本発明の第3の態様は、第1の態様又は第2の態様の中空ファイババンドルにおいて、前記被測定物側における前記照射用中空ファイバの端面と前記検出用中空ファイバの端面が、位置をずらして配置されていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the hollow fiber bundle of the first aspect or the second aspect, the end face of the irradiation hollow fiber and the end face of the detection hollow fiber on the measured object side are shifted in position. It is characterized by being arranged.

本発明の第4の態様は、第1の態様又は第2の態様の中空ファイババンドルにおいて、前記被測定物側における前記照射用中空ファイバと前記検出用中空ファイバが、端面の位置を相対的に移動調整可能に結束されていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the hollow fiber bundle of the first aspect or the second aspect, the irradiation hollow fiber and the detection hollow fiber on the measured object side are relatively positioned at end surfaces. It is characterized by being bundled so that movement adjustment is possible.

本発明の第5の態様は、第1〜第4の態様のいずれかの中空ファイババンドルにおいて、前記照射用中空ファイバが中心部に配置され、前記検出用中空ファイバが前記照射用中空ファイバの周辺部に配置されて結束されていることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the hollow fiber bundle according to any one of the first to fourth aspects, the irradiation hollow fiber is disposed at a central portion, and the detection hollow fiber is around the irradiation hollow fiber. It is arrange | positioned at the part and is bundled.

本発明の第6の態様は、第1〜第4の態様のいずれかの中空ファイババンドルにおいて、前記検出用中空ファイバが中心部に配置され、前記照射用中空ファイバが前記検出用中空ファイバの周辺部に配置されて結束されていることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the hollow fiber bundle according to any one of the first to fourth aspects, the detection hollow fiber is disposed at a central portion, and the irradiation hollow fiber is around the detection hollow fiber. It is arrange | positioned at the part and is bundled.

本発明の第7の態様は、第1〜第4の態様のいずれかの中空ファイババンドルにおいて、前記照射用中空ファイバは結束横断面の一方の略片半分に、前記検出用中空ファイバは他方の略片半分に配置されていることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the hollow fiber bundle of any one of the first to fourth aspects, the irradiation hollow fiber is in one approximately half of the binding cross section, and the detection hollow fiber is in the other half. It arrange | positions at the substantially half piece, It is characterized by the above-mentioned.

本発明の第8の態様は、第1〜第7の態様のいずれかの中空ファイババンドルにおいて、前記照射用中空ファイバと前記検出用中空ファイバの前記被測定物側の先端面が伝搬する赤外光に対して透明な封止部材によって封止されていることを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, in the hollow fiber bundle according to any one of the first to seventh aspects, the infrared rays propagated by the distal end surfaces on the measured object side of the irradiation hollow fiber and the detection hollow fiber. It is sealed with a sealing member that is transparent to light.

本発明の第9の態様は、第1〜第7の態様のいずれかの中空ファイババンドルにおいて、前記照射用中空ファイバ及び前記検出用中空ファイバの内部が陽圧に保持されていることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in the hollow fiber bundle according to any one of the first to seventh aspects, the inside of the irradiation hollow fiber and the detection hollow fiber is maintained at a positive pressure. To do.

本発明の第10の態様は、第1〜第9の態様のいずれかの中空ファイババンドルにおいて、前記照射用中空ファイバ及び前記検出用中空ファイバは、導波路を構成する管状部材の内周面に、伝送する赤外光に対して透明な誘電体薄膜が形成された中空ファイバであることを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, in the hollow fiber bundle according to any one of the first to ninth aspects, the irradiation hollow fiber and the detection hollow fiber are arranged on an inner peripheral surface of a tubular member constituting the waveguide. A hollow fiber in which a dielectric thin film transparent to the transmitted infrared light is formed.

本発明によれば、複数の中空ファイバを結束させてバンドル化しているので、受光光量を増大できると共に、広範囲の測定箇所に可動して適用することができる。さらに、従来の充実型光ファイバと比較して、一般に中空ファイバはコア径の大きなファイバが容易に製造できるので、より少ない本数でバンドルを構成しても十分な受光量を確保し、また端面研磨などの工程も必要ないので、低価格で効果的な構造を実現することができる。
また、結束されている被測定物側における照射用中空ファイバと検出用中空ファイバとの端面が、当該端面の位置をずらして配置され、或いは、当該端面の位置を相対的に移動調整可能に結束されているので、被測定物からの検出光の受光感度を向上することができる。
According to the present invention, since a plurality of hollow fibers are bundled and bundled, the amount of received light can be increased, and it can be applied to a wide range of measurement locations. In addition, compared to conventional solid-state optical fibers, hollow fibers can generally be easily manufactured with large core diameters, so that sufficient light reception can be ensured even with a smaller number of bundles, and end face polishing is performed. Therefore, an effective structure can be realized at a low price.
Further, the end surfaces of the irradiation hollow fiber and the detection hollow fiber on the side of the object to be measured are arranged so that the positions of the end surfaces are shifted, or the end surfaces are bound so that the position of the end surfaces can be relatively moved and adjusted. Therefore, the light receiving sensitivity of the detection light from the object to be measured can be improved.

以下に、本発明に係る中空ファイババンドルの実施形態を図面を用いて説明する。図1(a)は、本発明の一実施形態の中空ファイババンドルを使用した分光分析装置の概略構成図であり、図1(b)は図1(a)のA−A拡大断面図である。   Embodiments of a hollow fiber bundle according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Fig.1 (a) is a schematic block diagram of the spectrometer which uses the hollow fiber bundle of one Embodiment of this invention, FIG.1 (b) is AA expanded sectional drawing of Fig.1 (a). .

この実施形態の中空ファイババンドル1は、1本の照射用中空ファイバ2と、6本の検
出用中空ファイバ3とを有する。照射用中空ファイバ2および検出用中空ファイバ3の一端部側(試料14側)は円筒状のフェルール7内に挿入されて一つに結束されている。フェルール7は光ファイバプローブとして試料14に近接あるいは接触させて設けられる。また、フェルール7により一つに結束された照射用中空ファイバ2と検出用中空ファイバ3は、コネクタ6部より照射用中空ファイバ2と検出用中空ファイバ3とに二分されている。照射用中空ファイバ2は保護チューブ4内に収納され、照射用中空ファイバ2の他端は分光器12に光学的に接続されると共に、検出用中空ファイバ3は保護チューブ5内に収納され、検出用中空ファイバ3の他端は検出器15に光学的に接続されている。
The hollow fiber bundle 1 of this embodiment has one irradiation hollow fiber 2 and six detection hollow fibers 3. One end side (sample 14 side) of the irradiation hollow fiber 2 and the detection hollow fiber 3 is inserted into a cylindrical ferrule 7 and bound together. The ferrule 7 is provided as an optical fiber probe close to or in contact with the sample 14. Further, the irradiation hollow fiber 2 and the detection hollow fiber 3 bundled together by the ferrule 7 are divided into the irradiation hollow fiber 2 and the detection hollow fiber 3 from the connector 6 part. The irradiation hollow fiber 2 is housed in a protective tube 4, the other end of the irradiation hollow fiber 2 is optically connected to the spectrometer 12, and the detection hollow fiber 3 is housed in a protective tube 5 for detection. The other end of the hollow fiber 3 for use is optically connected to the detector 15.

中空コアを有して赤外波長領域の光を低損失で伝送可能な構造として、導波路を構成する管状部材の内壁に、伝送する赤外光に対して透明な誘電体薄膜を内装した誘電体内装中空ファイバが知られている(例えば特許第3566232号公報参照)。誘電体薄膜は、環状オレフィンポリマーあるいは銀ハライド材料など赤外領域で透明な誘電体が用いられる。管状部材は、リン青銅あるいはステンレスなどの金属パイプ、または石英ガラスあるいはフッ素樹脂などの非金属パイプからなり、非金属パイプあるいは金属パイプの内壁には、銀、金、モリブデン、ニッケルなどの金属薄膜が設けられる。
本実施形態では、照射用中空ファイバ2及び検出用中空ファイバ3として、外周部にポリイミド保護膜が形成された石英ガラスキャピラリを用い、その内周面に銀薄膜及び環状オレフィンポリマー薄膜が形成された誘電体内装金属中空ファイバを使用した。この誘電体内装金属中空ファイバは、内径700μm、外径850μmである。
A dielectric that has a hollow core and is capable of transmitting light in the infrared wavelength region with low loss, and has a dielectric thin film that is transparent to the transmitted infrared light on the inner wall of the tubular member that constitutes the waveguide. A body-internal hollow fiber is known (see, for example, Japanese Patent No. 3566232). As the dielectric thin film, a transparent dielectric material such as a cyclic olefin polymer or a silver halide material is used. The tubular member is made of a metal pipe such as phosphor bronze or stainless steel, or a non-metal pipe such as quartz glass or fluororesin, and a metal thin film such as silver, gold, molybdenum or nickel is formed on the inner wall of the non-metal pipe or metal pipe. Provided.
In the present embodiment, a quartz glass capillary having a polyimide protective film formed on the outer peripheral portion is used as the irradiation hollow fiber 2 and the detection hollow fiber 3, and a silver thin film and a cyclic olefin polymer thin film are formed on the inner peripheral surface thereof. A dielectric-filled metal hollow fiber was used. This dielectric-incorporated metal hollow fiber has an inner diameter of 700 μm and an outer diameter of 850 μm.

光源11から発光され、分光器12によって分光された赤外光は、照射用中空ファイバ2に導かれてステージ13上の試料14に照射される。試料14において透過、反射あるいは散乱した光は、検出用中空ファイバ3によって受光される。検出用中空ファイバ3を伝搬した光は検出器15に受光され、試料14による赤外吸収スペクトルが測定される。   Infrared light emitted from the light source 11 and dispersed by the spectroscope 12 is guided to the irradiation hollow fiber 2 and irradiated onto the sample 14 on the stage 13. Light transmitted, reflected or scattered by the sample 14 is received by the detection hollow fiber 3. The light propagated through the detection hollow fiber 3 is received by the detector 15 and the infrared absorption spectrum of the sample 14 is measured.

照射用中空ファイバ2と検出用中空ファイバ3とが結束されて一体になった結束部(フェルール7部)は、図1(b)の光ファイバ横断面に示すように、照射用中空ファイバ2が中心部に、検出用中空ファイバ3がその周辺部に配置されている。本実施形態では、図1(b)のように1本の照射用中空ファイバ2と、その外周に6本の検出用中空ファイバ3を使用したが、これに限らず、例えば照射用中空ファイバを3本、検出用中空ファイバはこれら照射用中空ファイバを取り囲むように、さらに多くの本数の中空ファイバを使用してもよい。また本実施形態では、上述したように、照射用中空ファイバ2と検出用中空ファイバ3は共に、内径700μm、外径850μmのものを使用したが、それぞれ異なる径の中空ファイバを用いてもよい。   As shown in the cross section of the optical fiber in FIG. 1B, the irradiation hollow fiber 2 is formed as a bundled portion (ferrule 7 portion) in which the irradiation hollow fiber 2 and the detection hollow fiber 3 are united. At the center, the detection hollow fiber 3 is arranged at the periphery. In this embodiment, as shown in FIG. 1B, one irradiation hollow fiber 2 and six detection hollow fibers 3 on the outer periphery thereof are used. The three detection hollow fibers may use a larger number of hollow fibers so as to surround these irradiation hollow fibers. In the present embodiment, as described above, both the irradiation hollow fiber 2 and the detection hollow fiber 3 have an inner diameter of 700 μm and an outer diameter of 850 μm. However, hollow fibers having different diameters may be used.

本実施形態では、環状オレフィンポリマーを内装した誘電体内装金属中空ファイバを使用したが、誘電体を内装していない銀中空ファイバでは、透過率は高々数%である。従って、照射用中空ファイバ2及び検出用中空ファイバ3として、誘電体を内装していない金属中空ファイバを用いた場合、試料14に照射される光量は微弱であり、検出用中空ファイバ3を伝搬し検出器15で受光される光量はノイズレベルとなり、精確な分光分析を行なうことが難しい。これに対し、赤外領域で透明な誘電体を内装した金属中空ファイバを用いることによって、長さ1m程度の伝送路で約70%の透過率があり、赤外分光分析に必要な十分な感度が得られる。   In this embodiment, a dielectric-incorporated metal hollow fiber with a cyclic olefin polymer is used. However, the transmittance of a hollow silver fiber without a dielectric is at most several percent. Therefore, when a metal hollow fiber not including a dielectric is used as the irradiation hollow fiber 2 and the detection hollow fiber 3, the amount of light irradiated on the sample 14 is very weak and propagates through the detection hollow fiber 3. The amount of light received by the detector 15 becomes a noise level, and it is difficult to perform accurate spectroscopic analysis. In contrast, by using a metal hollow fiber with a transparent dielectric material in the infrared region, the transmission line has a transmittance of about 70% in a transmission line of about 1 m in length, and sufficient sensitivity necessary for infrared spectroscopic analysis. Is obtained.

照射用中空ファイバ2と検出用中空ファイバ3のフェルール7内の配置は、図1(b)の配置に限らずに、図2(a)のように、検出用中空ファイバ3を中心部に、照射用中空ファイバ2を検出用中空ファイバ3の周辺部に配置してもよい。この配置の場合には、図1(a)において光源11側と検出器15側に接続した中空ファイバをそれぞれ逆に接続すれば、図1と同一構造の中空ファイババンドル1を用いて容易に分析装置を構成できる
The arrangement of the irradiation hollow fiber 2 and the detection hollow fiber 3 in the ferrule 7 is not limited to the arrangement of FIG. 1B, but as shown in FIG. The irradiation hollow fiber 2 may be arranged around the detection hollow fiber 3. In this arrangement, if the hollow fibers connected to the light source 11 side and the detector 15 side in FIG. 1 (a) are connected in reverse, the analysis can be easily performed using the hollow fiber bundle 1 having the same structure as FIG. The device can be configured.

さらに、図2(b)のように、楕円管状のフェルール8内に、照射用中空ファイバ2をフェルール8内の横断面の略片半分に、検出用中空ファイバ3を他の略片半分に配置させてもよい。また、図2(b)では、照射用中空ファイバ2と検出用中空ファイバ3をそれぞれ3本ずつ使用しているが、例えば、各1本ずつ使用し並列に配置して結束させた構造としてもよい。   Further, as shown in FIG. 2 (b), the irradiation hollow fiber 2 is arranged in a substantially half half of the cross section in the ferrule 8 and the detection hollow fiber 3 is arranged in another substantially half half in the elliptical ferrule 8. You may let them. In FIG. 2B, three irradiation hollow fibers 2 and three detection hollow fibers 3 are used. However, for example, a structure in which each one is used and arranged in parallel and bundled may be used. Good.

各中空ファイバの本数や配置は被測定物である試料14の大ささや形状、材料による吸収率や反射・散乱量などに依存して選択される。例えば、試料が微小な場合には図1(b)の構成、試料がある程度の大きさを有する場合には図2(a)の構成の方が検出器15への受光量が大きく有利である。また試料が楕円形状の場合には図2(b)の構成の方が検出受光量を大きくすることができる。   The number and arrangement of the hollow fibers are selected depending on the size and shape of the sample 14 to be measured, the absorption rate by the material, the amount of reflection / scattering, and the like. For example, when the sample is very small, the configuration shown in FIG. 1B is advantageous, and when the sample has a certain size, the configuration shown in FIG. . When the sample is elliptical, the configuration shown in FIG. 2B can increase the amount of received light.

また、図1の実施形態では、照射用中空ファイバと検出用中空ファイバとは一端部側が結束され、他端部側は二つに分離されたY字型の構造をしているが、両端とも結束した中空ファイババンドルでもよい。この場合、中空ファイバ内には照射光と検出光が互いに逆向きに伝搬し、同一の中空ファイバで照射用中空ファイバと検出用中空ファイバを兼ねる。このような構成の場合には、従来技術の図5(b)のように、半透鏡などを用いることによって照射光と検出光を分離すればよい。このように一端部が分離された中空ファイババンドル構造でなくても、中空ファイバが複数本束ねられた構造であるので、受光面積が広く、多くの検出光を受光できるので、図5(b)の従来技術よりも高感度に分析できる。   In the embodiment of FIG. 1, the irradiation hollow fiber and the detection hollow fiber have a Y-shaped structure in which one end is bound and the other end is separated into two. A bundle of hollow fiber bundles may be used. In this case, the irradiation light and the detection light propagate in opposite directions in the hollow fiber, and the same hollow fiber serves as both the irradiation hollow fiber and the detection hollow fiber. In the case of such a configuration, the irradiation light and the detection light may be separated by using a semi-transparent mirror or the like as shown in FIG. Even if it is not a hollow fiber bundle structure in which one end is separated in this way, since it is a structure in which a plurality of hollow fibers are bundled, the light receiving area is wide and a large amount of detection light can be received. It can analyze with higher sensitivity than the conventional technology.

また、試料を透過した透過光を測定する場合に、例えば、図1の試料14に臨む検出用中空ファイバ3を試料14を載置したステージ13の後方に引き回して配置して受光するようにしてもよい。この場合、中空ファイババンドルをその中間部で、あるいは光源及び検出器側の端部側で結束するようにしてもよい。   When measuring the transmitted light that has passed through the sample, for example, the detection hollow fiber 3 facing the sample 14 in FIG. 1 is routed behind the stage 13 on which the sample 14 is placed and arranged to receive light. Also good. In this case, the hollow fiber bundle may be bundled at an intermediate portion thereof or at an end portion side on the light source and detector side.

図3に、本発明の中空ファイババンドルの他の実施形態を示す。
図3(a)に示すように、この実施形態の中空ファイババンドルは、結束されている試料14側の部分(フェルール31)において、照射用中空ファイバ2の端面と検出用中空ファイバ3の端面との位置が同一面にはなく、端面の位置をファイバ長手方向にずらせて配置されている。具体的には、照射用中空ファイバ2端面は検出用中空ファイバ3端面よりもフェルール31内の奥に配置されている。また、図3(a)のB−B断面図である図3(b)に示すように、フェルール31内の中心部に1本の照射用中空ファイバ2が、照射用中空ファイバ2の外周部に6本の検出用中空ファイバ3が設けられている。また、フェルール31の先端開口部には、中空ファイバ2,3の内部に異物が侵入しないように封止する封止部材として、中空ファイバ2,3で伝送する赤外光に対して透明なウィンドウ32が嵌め込まれている。
FIG. 3 shows another embodiment of the hollow fiber bundle of the present invention.
As shown in FIG. 3 (a), the hollow fiber bundle of this embodiment includes an end surface of the irradiation hollow fiber 2 and an end surface of the detection hollow fiber 3 in the portion on the sample 14 side (ferrule 31) that is bound. The positions of are not on the same plane, and the positions of the end faces are shifted in the fiber longitudinal direction. Specifically, the end face of the irradiation hollow fiber 2 is disposed deeper in the ferrule 31 than the end face of the detection hollow fiber 3. Further, as shown in FIG. 3B, which is a BB cross-sectional view of FIG. 3A, one irradiation hollow fiber 2 is provided at the center of the ferrule 31, and the outer peripheral portion of the irradiation hollow fiber 2. The six detection hollow fibers 3 are provided in each. In addition, a window transparent to infrared light transmitted by the hollow fibers 2 and 3 is used as a sealing member that seals the inside of the hollow fibers 2 and 3 so that foreign matter does not enter the hollow ends of the ferrule 31. 32 is fitted.

一般に中空ファイバは、中実コアの充実型光ファイバと比較して、出射光の拡がり角が小さい。そのため、照射用中空ファイバ2端面と検出用中空ファイバ3端面とが同一面にあると、照射用中空ファイバ2から照射された光に対し、試料14からの検出光が、検出用中空ファイバ3ではなく、照射光を出射した照射用中空ファイバ2に戻る割合が多くなる。そこで、図3のように照射用中空ファイバ2の端面位置と検出用中空ファィバ3の端面位置を同一面にない構造にすることにより、より効率良く検出光を検出用中空ファイバ3に受光させることができ、高感度の赤外分光分析装置を構築できる。中空ファイバは充実型光ファイバと異なり、端面を研磨する必要が無く、切断するだけで受光面を確保できるので、このような構造を実現することは容易である。   In general, the hollow fiber has a smaller divergence angle of the outgoing light as compared to a solid optical fiber having a solid core. Therefore, if the end face of the irradiation hollow fiber 2 and the end face of the detection hollow fiber 3 are on the same plane, the detection light from the sample 14 is detected by the detection hollow fiber 3 with respect to the light irradiated from the irradiation hollow fiber 2. However, the ratio of returning to the irradiation hollow fiber 2 that has emitted the irradiation light increases. Therefore, as shown in FIG. 3, the detection hollow fiber 3 can receive the detection light more efficiently by adopting a structure in which the end face position of the irradiation hollow fiber 2 and the end face position of the detection hollow fiber 3 are not in the same plane. And a highly sensitive infrared spectroscopic analyzer can be constructed. Unlike a solid optical fiber, a hollow fiber does not require polishing of its end face, and a light receiving surface can be secured only by cutting, so that it is easy to realize such a structure.

中空ファイバ2,3の端面の位置は、試料形状などによって最適位置が存在するので、照射用中空ファイバ2と検出用中空ファイバ3とが結束されている状態を保持しながら、照射用中空ファイバ2と検出用中空ファイバ3の端面位置を相対的に移動できる構造とするのが好ましい。
具体的には、図3(a)において、中空ファイババンドルのプローブとしてのフェルール31先端と試料14との距離a、および照射用中空ファイバ2の端面位置と検出用中空ファイバ3の端面位置との距離bを、検出器による受光量が最大となるように、各々独立に移動調節できるようにした。
なお、複数の照射用中空ファイバ同士の端面位置をずらしたり、複数の検出用中空ファイバ同士の端面位置をずらしたりしてもよい。また、例えば、照射用中空ファイバと検出用中空ファイバとが挿入されるフェルールを、照射用中空ファイバと検出用中空ファイバとに区分する二重管構造などにして相互に軸方向に移動できるように構成してもよい。更に、中空ファイバの端面移動を送りねじなどの機構を用いて実施してもよい。
Since the positions of the end faces of the hollow fibers 2 and 3 are optimum depending on the sample shape or the like, the irradiation hollow fiber 2 is maintained while the irradiation hollow fiber 2 and the detection hollow fiber 3 are kept in a bundled state. It is preferable to adopt a structure in which the position of the end face of the detection hollow fiber 3 can be moved relatively.
Specifically, in FIG. 3A, the distance a between the tip of the ferrule 31 serving as the probe of the hollow fiber bundle and the sample 14, the end surface position of the irradiation hollow fiber 2, and the end surface position of the detection hollow fiber 3 The distance b can be independently adjusted so as to maximize the amount of light received by the detector.
Note that the end face positions of the plurality of irradiation hollow fibers may be shifted, or the end face positions of the plurality of detection hollow fibers may be shifted. Also, for example, a ferrule into which the irradiation hollow fiber and the detection hollow fiber are inserted can be moved in the axial direction with a double tube structure that divides the irradiation hollow fiber and the detection hollow fiber into each other. It may be configured. Furthermore, the end face of the hollow fiber may be moved using a mechanism such as a feed screw.

一般に中空ファイバの場合は、充実型光ファイバより出射光の拡がり角が小さく照射用中空ファイバ2の端面位置は、図3(a)に示すように検出用中空ファイバ3の端面位置より奥に配置する方が受光量を大きくすることができる。但し、試料14の形状が凹形状の場合には、逆に照射用中空ファイバ2の端面位置を検出用中空ファイバ3の端面位置より突き出した方が感度が大きくなる場合があり、検出器の受光量をモニターしながら各中空ファイバ2,3の端面位置調節することが効果的である。このように、端面位置を移動調整可能な構成とすることにより、図4に示した従来の充実型光ファイババンドルを用いた分光分析装置のように、先端にプリズムを装着すること無しに、より高感度な分光分析が可能になった。   In general, in the case of a hollow fiber, the divergence angle of the emitted light is smaller than that of the solid optical fiber, and the end face position of the irradiation hollow fiber 2 is arranged behind the end face position of the detection hollow fiber 3 as shown in FIG. It is possible to increase the amount of received light. However, when the shape of the sample 14 is concave, the sensitivity may increase when the end face position of the irradiation hollow fiber 2 is protruded from the end face position of the detection hollow fiber 3. It is effective to adjust the position of the end face of each of the hollow fibers 2 and 3 while monitoring the amount. In this way, by adopting a configuration in which the position of the end face can be moved and adjusted, the spectroscopic analyzer using the conventional solid optical fiber bundle shown in FIG. Highly sensitive spectroscopic analysis has become possible.

即ち、中空ファイバ2、3として、上記図1の実施形態と同一の、内径700μm、外径850μmのオレフィンポリマー内装銀中空ファイバを使用し、図3に示した1本の照射用中空ファイバ2と6本の検出用中空ファイバ3の端面位置の調整を行なうことによって、上述した従来技術である図4に示す照射用光ファイバ7本、検出用光ファイバ12本の計19本の充実型カルコゲナイド光ファイバを用いた光ファイババンドルと比較して、約2倍の検出器受光量を得ることができた。   That is, as the hollow fibers 2 and 3, the same olefin polymer-embedded silver hollow fiber having an inner diameter of 700 μm and an outer diameter of 850 μm, which is the same as that of the embodiment of FIG. 1, is used, and the irradiation hollow fiber 2 shown in FIG. By adjusting the position of the end face of the six detection hollow fibers 3, 19 solid chalcogenide lights in total, including the seven irradiation optical fibers and the 12 detection optical fibers shown in FIG. Compared with an optical fiber bundle using a fiber, about twice the amount of light received by the detector could be obtained.

また、中空ファイババンドルは、一端を試料14に挿入または接近させても、各中空ファイバ2,3内部に外部からの特定の異物が侵入しないように中空ファイバ2,3を伝搬する赤外光に対して透明なウィンドウ32をフェルール31先端に装着させた。ウィンドウ材としては赤外領域において透明なシリコン、ゲルマニウム、セレン化亜鉛、硫化セレン、フッ化カルシウムなどの無機材料が用いられるが、試料14がもつ固有の吸収ピークと一致しない赤外吸収を有する樹脂性材料を用いることもできる。この場合、平板型のウィンドウ32だけでなく、中空ファイババンドル先端全体を覆うようにキャップの形状を成型して取り付けてもよい。あるいは、ウィンドウやキャップのような封止部材を用いるのではなく、中空ファイバ2,3内部にガスを供給し陽圧にすることによって、各中空ファイバ2,3内部に、外部からの異物侵入を防止することも可能である。   Further, the hollow fiber bundle is adapted to infrared light propagating through the hollow fibers 2 and 3 so that a specific foreign substance does not enter the hollow fibers 2 and 3 even if one end is inserted or approached to the sample 14. On the other hand, a transparent window 32 was attached to the tip of the ferrule 31. As the window material, an inorganic material such as silicon, germanium, zinc selenide, selenium sulfide, or calcium fluoride that is transparent in the infrared region is used, but a resin having an infrared absorption that does not match the intrinsic absorption peak of the sample 14 A functional material can also be used. In this case, the cap shape may be molded and attached so as to cover not only the flat window 32 but also the entire tip of the hollow fiber bundle. Alternatively, rather than using a sealing member such as a window or a cap, by supplying a gas to the inside of the hollow fibers 2 and 3 to make a positive pressure, foreign matter intrusions into the hollow fibers 2 and 3 from the outside. It is also possible to prevent.

なお、上記実施形態では、照射用中空ファイバ2を伝搬し試料14に照射する光は分光器12によって分光された赤外光を用いたが、試料14には赤外光を含む広帯域光を照射し、検出器15側で分光して赤外吸収スペクトル特性を測定する構成も可能である。   In the above embodiment, the infrared light split by the spectroscope 12 is used as the light that propagates through the irradiation hollow fiber 2 and irradiates the sample 14. However, the sample 14 is irradiated with broadband light including infrared light. In addition, a configuration in which the infrared absorption spectrum characteristic is measured by performing spectroscopy on the detector 15 side is also possible.

(a)は本発明の一実施形態の中空ファイババンドルを用いた分光分析装置の概略構成図であり、(b)は(a)のA−A拡大断面図である。(A) is a schematic block diagram of the spectrometer which used the hollow fiber bundle of one Embodiment of this invention, (b) is AA expanded sectional drawing of (a). 本発明の他の実施形態の中空ファイババンドルの結束部における断面構造を示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows the cross-sectional structure in the binding part of the hollow fiber bundle of other embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態の中空ファイババンドルの試料側における縦断面図であり、(b)は(a)のB−B断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view in the sample side of the hollow fiber bundle of other embodiment of this invention, (b) is BB sectional drawing of (a). (a)は従来の充実型光ファイババンドルを用いた分光分析装置の概略構成図であり、(b)は(a)のC−C拡大断面図である。(A) is a schematic block diagram of the spectrometer which used the conventional solid optical fiber bundle, (b) is CC expanded sectional drawing of (a). 従来の中空ファイバを用いた分光分析装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the spectrometer which used the conventional hollow fiber.

符号の説明Explanation of symbols

1 中空ファイババンドル
2 照射用中空ファイバ
3 検出用中空ファイバ
4、5 保護チューブ
6 コネクタ
7 フェルール
8 フェルール
11 光源
12 分光器
14 試料(被測定物)
15 検出器
31 フェルール
32 ウィンドウ(封止部材)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hollow fiber bundle 2 Irradiation hollow fiber 3 Detection hollow fiber 4, 5 Protective tube 6 Connector 7 Ferrule 8 Ferrule 11 Light source 12 Spectrometer 14 Sample (measurement object)
15 Detector 31 Ferrule 32 Window (sealing member)

Claims (10)

赤外光を含む広帯域光または分光された赤外光を伝搬して被測定物に照射する照射用中空ファイバと、前記被測定物の透過光、反射光あるいは散乱光を受光して伝搬する検出用中空ファイバとが結束されていることを特徴とする中空ファイババンドル。   An irradiation hollow fiber that propagates broadband light including infrared light or spectral infrared light to irradiate the object to be measured, and detection that propagates by receiving transmitted light, reflected light, or scattered light of the object to be measured. A hollow fiber bundle characterized in that the hollow fiber is bundled. 赤外光を含む広帯域光または分光された赤外光を伝搬して被測定物に照射する照射用中空ファイバと、前記被測定物の透過光、反射光あるいは散乱光を受光して伝搬する検出用中空ファイバとを有し、前記照射用中空ファイバと前記検出用中空ファイバとは一端部側が結束され、他端部側が分離されていることを特徴とする中空ファイババンドル。   An irradiation hollow fiber that propagates broadband light including infrared light or spectral infrared light to irradiate the object to be measured, and detection that propagates by receiving transmitted light, reflected light, or scattered light of the object to be measured. A hollow fiber bundle, wherein the irradiation hollow fiber and the detection hollow fiber are bundled at one end and separated at the other end. 前記被測定物側における前記照射用中空ファイバの端面と前記検出用中空ファイバの端面が、位置をずらして配置されていることを特徴とする請求項1または2記載の中空ファイババンドル。   3. The hollow fiber bundle according to claim 1, wherein an end face of the irradiation hollow fiber and an end face of the detection hollow fiber on the object to be measured side are arranged to be shifted in position. 前記被測定物側における前記照射用中空ファイバと前記検出用中空ファイバが、端面の位置を相対的に移動調整可能に結束されていることを特徴とする請求項1または2記載の中空ファイババンドル。   The hollow fiber bundle according to claim 1 or 2, wherein the irradiation hollow fiber and the detection hollow fiber on the object to be measured are bound so that the position of the end face can be relatively adjusted. 前記照射用中空ファイバが中心部に配置され、前記検出用中空ファイバが前記照射用中空ファイバの周辺部に配置されて結束されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の中空ファイババンドル。   The said irradiation hollow fiber is arrange | positioned in the center part, and the said detection hollow fiber is arrange | positioned and bound in the peripheral part of the said irradiation hollow fiber, The one in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Hollow fiber bundle. 前記検出用中空ファイバが中心部に配置され、前記照射用中空ファイバが前記検出用中空ファイバの周辺部に配置されて結束されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の中空ファイババンドル。   The said detection hollow fiber is arrange | positioned in the center part, The said hollow fiber for irradiation is arrange | positioned in the peripheral part of the said detection hollow fiber, and is bundled. Hollow fiber bundle. 前記照射用中空ファイバは結束横断面の一方の略片半分に、前記検出用中空ファイバは他方の略片半分に配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の中空ファイババンドル。   The hollow according to any one of claims 1 to 4, wherein the irradiation hollow fiber is disposed in one approximately half of the binding cross section, and the detection hollow fiber is disposed in the other approximately half. Fiber bundle. 前記照射用中空ファイバと前記検出用中空ファイバの前記被測定物側の先端面が伝搬する赤外光に対して透明な封止部材によって封止されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の中空ファイババンドル。   8. The irradiation hollow fiber and the detection hollow fiber are sealed by a sealing member that is transparent to infrared light propagating on the measured object side end surfaces. The hollow fiber bundle according to any one of the above. 前記照射用中空ファイバ及び前記検出用中空ファイバの内部が陽圧に保持されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の中空ファイババンドル。   The hollow fiber bundle according to any one of claims 1 to 7, wherein the inside of the hollow fiber for irradiation and the hollow fiber for detection are held at a positive pressure. 前記照射用中空ファイバ及び前記検出用中空ファイバは、導波路を構成する管状部材の内周面に、伝送する赤外光に対して透明な誘電体薄膜が形成された中空ファイバであることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の中空ファイババンドル。   The irradiation hollow fiber and the detection hollow fiber are hollow fibers in which a dielectric thin film transparent to infrared light to be transmitted is formed on an inner peripheral surface of a tubular member constituting a waveguide. The hollow fiber bundle according to any one of claims 1 to 9.
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