JP2014238333A - Liquid immersion probe and infrared spectrophotometer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液浸プローブ及び赤外分光光度計に関する。 The present invention relates to an immersion probe and an infrared spectrophotometer.
従来、液浸プローブは、例えば化学反応槽における反応の進行度を測定するために用いられている。(1)このような液浸プローブとしては、出光手段としての出光用光ファイバー、及びこの出光用光ファイバーからの光線を受光する受光用光ファイバーを備え、この出光用光ファイバーから受光用光ファイバーまでの光路中に測定対象である反応液が介在可能な空洞部が設けられている(特開2009−250825号公報参照)。そして、この液浸プローブを反応液に浸漬した状態で、上記出光用光ファイバーから光線を出射すると、この光線が上記空洞部に介在される反応液を透過する際に一部の波長の光線が吸収される。このため、受光用光ファイバーで受光した光線を分析することで、反応液の状態等を把握することができ、このため反応の進行度を測定できる。 Conventionally, an immersion probe is used, for example, to measure the progress of a reaction in a chemical reaction tank. (1) As such an immersion probe, a light-emitting optical fiber as a light-emitting means and a light-receiving optical fiber that receives light from the light-emitting optical fiber are provided in an optical path from the light-emitting optical fiber to the light-receiving optical fiber. A cavity portion in which a reaction liquid to be measured can be interposed is provided (see JP 2009-250825 A). Then, when light is emitted from the light-emitting optical fiber in a state where the immersion probe is immersed in the reaction liquid, a part of the wavelength of light is absorbed when the light passes through the reaction liquid interposed in the cavity. Is done. For this reason, by analyzing the light received by the light receiving optical fiber, it is possible to grasp the state of the reaction solution and the like, and thus the progress of the reaction can be measured.
また、物質を分析する方法の一つに全反射減衰法(ATR法(attenuated total reflection法))がある。(2)この全反射減衰法では、図6に示すように、光線103が測定対象102の表面に向かって臨界角以上の入射角で入射すると、光線103はプリズム101と測定対象102との界面で全反射する。そして、全反射の際にエバネッセント波が測定対象102側に浸透する。全反射に際して光線は、測定対象102固有の吸収(浸透)がなされるため、受光した光線103を分析することにより、測定対象の状態を把握することができる。この全反射減衰法を用いて物質の状態を測定する素子としては、ATRプローブが公知であり(特開2004−85433号公報参照)、このようなATRプローブは、出光用光ファイバー、受光用光ファイバー、及びATR結晶を備え、このATR結晶は光線を反射する角錐部又は円錐部を有している。さらに、このATRプローブは、出光用光ファイバーとATR結晶との間に配設され、平行光線がATR結晶に入射されるよう光路を調整するための入射レンズを備える。また、このATRプローブは、受光用光ファイバーとATR結晶との間に配設され、平行光線が受光用光ファイバーに入射されるよう光路を調整するための出射レンズを備える。この入射レンズ及び出射レンズによって、平行光線がATR結晶の角錐部において全反射し、この全反射した光線が平行光線とされて受光用光ファイバーが受光して、上述のような測定が行われている。
One of the methods for analyzing a substance is an attenuated total reflection method (ATR method (attenuated total reflection method)). (2) In this total reflection attenuation method, as shown in FIG. 6, when the
しかし、(1)上記従来の空洞部を有する液浸プローブにあっては、空洞部に的確に測定対象たる液体が流れ込まないと的確な測定を行うことができない。さらに、この空洞部に介在される液体内に気泡が存在すると、精度の良い測定を行うことができない。 However, (1) In the conventional immersion probe having a cavity, accurate measurement cannot be performed unless the liquid to be measured flows into the cavity. Furthermore, if bubbles are present in the liquid interposed in the cavity, accurate measurement cannot be performed.
また、(2)上記ATRプローブにあっては、上述のように光路を調製する光学レンズを配設しても、光線をATR結晶で確実に全反射させ、さらに受光用光ファイバーで正確に受光させるためには、出光用光ファイバー、受光用光ファイバー、光学レンズ及びATR結晶の位置決めを精度良く行う必要がある。つまり、この位置決めに僅かなズレが生じても、受光用光ファイバーによって正確に光線を受光できず、精度の良い測定を行うことができない。さらに、全反射減衰法では上述のように臨界角以上の入射角で測定対象との界面に光線を入射させる必要があり、測定対象の屈折率によって上記臨界角は異なるため、測定対象に応じてその都度上述のような位置決めを精度良く行う必要がある。 (2) In the ATR probe, even if the optical lens for adjusting the optical path is provided as described above, the light is surely totally reflected by the ATR crystal and is accurately received by the light receiving optical fiber. For this purpose, it is necessary to accurately position the light emitting optical fiber, the light receiving optical fiber, the optical lens, and the ATR crystal. That is, even if a slight deviation occurs in the positioning, the light receiving optical fiber cannot accurately receive the light beam and accurate measurement cannot be performed. Furthermore, in the total reflection attenuation method, as described above, it is necessary to allow light to be incident on the interface with the measurement object at an incident angle greater than the critical angle, and the critical angle differs depending on the refractive index of the measurement object. It is necessary to perform the positioning as described above with accuracy each time.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高精度の測定を容易かつ確実に行うことのできる液浸プローブ及び赤外分光光度計の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an immersion probe and an infrared spectrophotometer capable of easily and reliably performing high-accuracy measurement.
上記課題を解決するためになされた液浸プローブは、
平凸球面レンズと、
この平凸球面レンズの平面に光線を出射する出光手段と、
この出光手段から出射され、球冠状凸面で反射され、かつ平面から出射する光線を受光する受光手段と
を備え、
上記平凸球面レンズの平面を基準とし、出光手段の出光位置と受光手段の受光位置とが平面の中心に対して点対称に配設されている。
An immersion probe made to solve the above problems is
A plano-convex spherical lens;
A light output means for emitting light to the plane of the plano-convex spherical lens;
A light receiving means for receiving the light emitted from the light emitting means, reflected by the spherical convex surface, and emitted from the plane;
With the plane of the plano-convex spherical lens as a reference, the light output position of the light output means and the light reception position of the light receiving means are arranged point-symmetrically with respect to the center of the plane.
当該液浸プローブは、測定対象たる液体に浸漬した状態で、出光手段から平凸球面レンズの平面に光線を出射すると、この光線は、平凸球面レンズの球冠状凸面で反射し、この反射に際して光線は測定対象固有の波長が吸収される。そして、この球冠状凸面で反射した光線は、平凸球面レンズの平面から出射され、上記出光手段の出光位置と点対象位置に受光位置が配された受光手段によって受光される。このため、受光手段によって受光された光線を分析し、吸収された光線を特定することで、測定対象の状態等を判断することができる。また、当該液浸プローブは、上述のように平凸球面レンズと測定対象たる液体との界面(球冠状凸面)で光線を反射させることで光線の一部を吸収させるものであるので、上記従来の空洞部を有する液浸プローブに比べて、気泡等の存在により測定誤差を生ずるおそれが少なく、高精度の測定を容易かつ確実に行うことができる。また、上記光線の反射が平凸球面レンズの球冠状凸面で行われるので、出光手段から入射された光線がこの球冠状凸面で全反射しやすく、このため従来の角錐部を有するATR結晶を用いるものに比べて、出光手段、受光手段及び平凸球面レンズの位置決めを精度高くする必要が少なく、容易かつ確実に高精度の測定を行うことができる。 When the immersion probe is immersed in the liquid to be measured and emits a light beam from the light output means to the plane of the plano-convex spherical lens, the light beam is reflected by the spherical convex surface of the plano-convex spherical lens. The light beam absorbs a wavelength specific to the object to be measured. The light beam reflected by the spherical convex convex surface is emitted from the plane of the plano-convex spherical lens, and is received by the light receiving means in which the light receiving position is arranged at the light output position of the light output means and the point target position. Therefore, by analyzing the light received by the light receiving means and specifying the absorbed light, it is possible to determine the state of the measurement target. In addition, since the immersion probe absorbs a part of the light beam by reflecting the light beam at the interface (spherical convex surface) between the plano-convex spherical lens and the liquid to be measured as described above, Compared to an immersion probe having a hollow portion, there is less risk of measurement errors due to the presence of bubbles and the like, and highly accurate measurement can be performed easily and reliably. In addition, since the light beam is reflected by the spherical crown-shaped convex surface of the plano-convex spherical lens, the light beam incident from the light exit means is easily totally reflected by the spherical crown-shaped convex surface, and therefore, a conventional ATR crystal having a pyramid portion is used. Compared to the above, the positioning of the light emitting means, the light receiving means, and the plano-convex spherical lens is less required to be highly accurate, and highly accurate measurement can be performed easily and reliably.
また、上記平凸球面レンズがサファイア又は石英からなるとよい。これにより、サファイア及び石英は屈折率が高いため、様々の物質を測定するに際しても上記球冠状凸面において光線を容易に全反射させることができる。また、サファイア及び石英は比較的不活性なため、有機溶剤等に液浸させても平凸球面レンズの劣化を招くおそれが少ない。 The plano-convex spherical lens may be made of sapphire or quartz. Thereby, since sapphire and quartz have a high refractive index, the light beam can be easily totally reflected on the convex surface of the spherical crown even when measuring various substances. In addition, since sapphire and quartz are relatively inactive, there is little possibility of deteriorating the plano-convex spherical lens even when immersed in an organic solvent.
当該液浸プローブは、上記出光手段から出射する光線の一部を遮光する遮光手段をさらに備えることが好ましい。これにより、出光手段から出射する光線のうち上記球冠状凸面において全反射しない光線を上記遮光手段によって遮光することができるため、不要な光線の伝播を防ぐことができる。 It is preferable that the immersion probe further includes a light blocking unit that blocks a part of the light beam emitted from the light output unit. Thereby, among the light rays emitted from the light exit means, the light rays that are not totally reflected by the spherical convex surface can be shielded by the light shield means, so that unnecessary propagation of the light rays can be prevented.
当該液浸プローブは、上記平凸球面レンズの球冠状凸面の外面に金属膜が蒸着されていてもよい。これにより、球冠状凸面における特定の光線の吸収がより起こりやすくなり、より高精度の測定を行うことができる。 In the immersion probe, a metal film may be deposited on the outer surface of the spherical convex surface of the plano-convex spherical lens. Thereby, absorption of the specific light ray on the spherical crown-shaped convex surface is more likely to occur, and more accurate measurement can be performed.
また、当該液浸プローブは複数対の上記出光手段及び受光手段を備えるとよい。これにより、上記球冠状凸面において全反射する光線の光量を増加させることができるため、測定精度を高めることができる。 The immersion probe may include a plurality of pairs of the light emitting means and the light receiving means. Thereby, since the light quantity of the light ray totally reflected on the spherical crown-shaped convex surface can be increased, the measurement accuracy can be increased.
上記出光手段及び受光手段は、平凸球面レンズの平面に略垂直に配設される光ファイバーを備えるとよい。これにより、容易に上記平凸球面レンズに光線を入射させ全反射させることができる。 The light exiting means and the light receiving means may include an optical fiber disposed substantially perpendicular to the plane of the plano-convex spherical lens. As a result, light can be easily incident on the plano-convex spherical lens and totally reflected.
さらに、上記平凸球面レンズの平面を基準とし、対偶する上記出光手段の出光位置及び受光手段の受光位置間距離が平面の直径の80%以上であるとよい。これにより、上記出光手段からの光線が球冠状凸面に入射する角度(入射角)が界面に対して鋭角となりやすく、様々な測定対象物において入射角が臨界角以上となりやすく、このため容易かつ確実に光線を球冠状凸面で全反射させることができる。 Furthermore, it is preferable that the distance between the light exit position of the light exiting means and the light receiving position of the light receiving means is 80% or more of the diameter of the plane with respect to the plane of the plano-convex spherical lens. As a result, the angle (incident angle) at which the light beam from the light exiting unit enters the spherical crown-shaped convex surface is likely to be an acute angle with respect to the interface, and the incident angle is likely to be greater than the critical angle in various measurement objects. The light beam can be totally reflected by the convex surface of the spherical crown.
また、上記平凸球面レンズが、平面側に凸面と沿う凹面を有していることが好ましい。これにより、球冠状凸面において全反射した光線が凹面において凸面に向けて全反射し、再度球冠状凸面に入射し、この球冠状凸面で全反射すると、球冠状凸面において光線が全反射する回数が増加する。このように球冠状凸面における光線の全反射する回数が増加すると、測定対象の界面で吸収される光線の光量が大きくなるため、より高精度の測定を行うことができる。 The plano-convex spherical lens preferably has a concave surface along the convex surface on the plane side. As a result, the light beam totally reflected on the spherical crown-shaped convex surface is totally reflected toward the convex surface on the concave surface, is incident again on the spherical crown-shaped convex surface, and is totally reflected on this spherical crown-shaped convex surface, the number of times the light beam is totally reflected on the spherical crown-shaped convex surface. To increase. When the number of times of total reflection of light rays on the spherical crown-shaped convex surface increases in this way, the amount of light rays absorbed at the interface of the measurement object increases, so that more accurate measurement can be performed.
また、上記課題を解決するための別の発明は、当該液浸プローブを備える赤外分光光度計である。当該赤外分光光度計は、当該液浸プローブを備えるので、精度の高い測定を容易かつ確実に行うことができる。 Another invention for solving the above problem is an infrared spectrophotometer including the immersion probe. Since the infrared spectrophotometer includes the immersion probe, highly accurate measurement can be performed easily and reliably.
なお、「球冠」とは、球を一平面で切ったときの曲面部分を意味する。「平凸球面レンズの平面基準」とは、平凸球面レンズの平面への投影位置を基準とすることを意味する。 The “spherical crown” means a curved surface portion when a sphere is cut in one plane. “Planar reference of plano-convex spherical lens” means that the projection position on the plane of the plano-convex spherical lens is used as a reference.
以上説明したように、本発明の液浸プローブ及び赤外分光光度計は、高精度の測定を容易かつ確実に行うことができる。 As described above, the immersion probe and infrared spectrophotometer of the present invention can easily and reliably perform highly accurate measurement.
[第一実施形態]
<赤外分光光度計>
図1の赤外分光光度計1は、フーリエ変換赤外分光光度計であり、測定対象に赤外光をあてることによりスペクトル情報を得て測定対象の特性や状態等を得る機器である。例えば、赤外分光光度計1は、有機溶剤5の反応状態を測定することができる。
[First embodiment]
<Infrared spectrophotometer>
An infrared spectrophotometer 1 in FIG. 1 is a Fourier transform infrared spectrophotometer, and is a device that obtains spectral information by applying infrared light to a measurement target to obtain characteristics, states, and the like of the measurement target. For example, the infrared spectrophotometer 1 can measure the reaction state of the
赤外分光光度計1は、液浸プローブ2、光度計本体3、及び液浸プローブ2と光度計本体3とを接続する接続部4を備える。
The infrared spectrophotometer 1 includes an
(液浸プローブ)
上記液浸プローブ2は、測定対象に赤外光を照射し反射光を得る光学素子である。この液浸プローブ2を有機溶剤5に浸漬させることにより赤外光を照射し反射光を得ることができる。
(Immersion probe)
The
液浸プローブ2は、図2に示すように、平凸球面レンズ11、出光手段12、受光手段13及びこれらを支持する支持部14を備える。
As shown in FIG. 2, the
平凸球面レンズ11は、図3に示すように、円状の平面15及び球冠状凸面16を有し、略半球状に形成されている。この平凸球面レンズ11は、液浸プローブ2の先端部に配設されており、上記球冠状凸面16は平面15よりも先端側に配設される。さらに、平凸球面レンズ11の平面15には、後述する出光手段12及び上記受光手段13が当接している。このため、この平凸球面レンズ11は、出光手段12からの光線が平面15から入射され、この光線が測定対象との界面(球冠状凸面16)で全反射し、この全反射した光線が受光手段13に向けて平面15から出射される。
As shown in FIG. 3, the plano-convex
この平凸球面レンズ11は、特に限定されないが、ダイヤモンド、サファイア、石英等からなるとよい。これらの中でも高屈折率であること、不活性の特性を有すること、加工性の観点等からサファイア又は石英が好ましい。
The plano-convex
上記平凸球面レンズ11の屈折率の下限としては、1.43が好ましく、1.45がより好ましい。上記屈折率が上記下限未満であると、測定対象との屈折率差が小さくなり過ぎ、全反射を行う臨界角が小さくなり過ぎるおそれがある。なお、上記屈折率の上限は、特に限定されるものではなく、例えば2.5とすることができる。なお、上記屈折率は、波長589.3nmの光線(ナトリウムのD線)を用い、温度25℃で湿度50%の状態で測定した値であり、複屈折性を有する場合には常光線の屈折率と異常光線の屈折率との平均値を意味する。
The lower limit of the refractive index of the plano-convex
また、平凸球面レンズ11は、特に限定されるものではないが、球冠状凸面16の外面に蒸着された金属膜を有することも可能である。このように金属膜を設けることで、球冠状凸面16における特定の光線の吸収がより起こりやすくなり、より高精度の測定を行うことができる。この金属膜に用いられる金属としては、特に限定されないが、銀、金、銅、亜鉛、アルミニウム、カリウム等が挙げられる。また、金属膜の厚さとしては、特に限定されないが、30nm以上70nm以下が好ましく、40mm以上60mm以下が好ましい。金属膜の厚さが上記範囲外の場合、金属膜による測定精度向上効果が十分に得られないおそれがある。
Further, the plano-convex
また、平凸球面レンズ11の平面15の半径は、特に限定されないが、この半径の下限は、2mmが好ましく、2.5mmがより好ましい。また、この半径の上限は、4mmが好ましく、3.5mmがより好ましい。平凸球面レンズ11の平面15の半径が上記下限未満の場合、平凸球面レンズ11が小さくなりすぎるため、出光手段12及び受光手段13を正確に配設することが困難となり、精度の良い測定を行うことが困難となるおそれがある。一方、上記半径が上記上限を超える場合、液浸プローブ2が大きくなりすぎ液浸プローブの取扱性が損なわれるおそれがある。
Further, the radius of the
球冠状凸面16の高さは、上記平面15の半径の一倍であることが最も好ましく、つまり平凸球面レンズ11は半球状であることが最も好ましい。ここで、球冠状凸面16の高さは、上記平面15の半径の0.8倍以上が好ましく、0.9倍以上がより好ましい。この高さが上記下限未満であると、界面で全反射し難くなるおそれがある。なお、球冠状凸面16の高さの上限は、上記平面15の半径の1倍である。
The height of the spherical crown-shaped
出光手段12は、平凸球面レンズ11の平面15に向けて光線を出射することで、平凸球面レンズ11に光線を入光させるものであり、光ファイバーを備えている。この光ファイバーは、上記平面15に略垂直に配設され、上記平面15に対して垂直方向の光線を出射可能である。ここで、この出光手段12は、上記垂直方向の光線とともに、この垂直方向に対して傾斜した光線をも出射する。また、この光ファイバーの出光面は、上記平面15に当接している。この光ファイバーのコアの直径は、特に限定されないが、この直径の下限は、40μmが好ましく、50μmがより好ましい。また、この直径の上限は、600μmが好ましく、500μmがより好ましい。上記光ファイバーのコアの直径が上記下限未満の場合、光線を平凸球面レンズ11に入光させることが容易にできないおそれがある。一方、上記直径が上記上限を超える場合、液浸プローブ2が大きくなりすぎ、液浸プローブの取扱性が損なわれるおそれがある。
The light output means 12 emits a light beam toward the
受光手段13は、平凸球面レンズ11の球冠状凸面16で反射し、平凸球面レンズ11の平面15から出射した光線を受光するものであり、光ファイバーを備えている。この光ファイバーは、上記平面15に略垂直に配設されている。また、この光ファイバーの受光面は、上記平面15に当接している。この光ファイバーのコアの直径としては、この光ファイバーのコアの直径は、特に限定されないが、この直径の下限は、40μmが好ましく、50μmがより好ましい。また、この直径の上限は、600μmが好ましく、500μmがより好ましい。上記光ファイバーのコアの直径が上記下限未満の場合、光線を的確に受光できないおそれがある。一方、上記直径が上記上限を超える場合、液浸プローブ2が大きくなりすぎ、液浸プローブの取扱性が損なわれるおそれがある。
The light receiving means 13 receives the light beam reflected by the spherical
出光手段12の出光位置17と受光手段13の受光位置18(図3参照)とは、平凸球面レンズ11の平面15を基準とし、平面15の中心19に対して点対称に配設されている。また、上記出光位置17及び受光位置18は、平面15を基準として、平面15の中心よりも外縁寄りに配設されている。具体的には、出光位置17及び受光位置18間距離は、平面15の直径の80%以上であるとよく、83%以上がより好ましい。これにより、出光手段12が出射し球冠状凸面16へ入射する光線の球冠状凸面16における入射角が界面(入射面)に対して鋭角となりやすく、様々な測定対象において入射角が臨界角以上となりやすく、容易かつ確実に光線を球冠状凸面16において全反射させることができる。一方、上記出光位置17及び受光位置18間距離は、平面15の直径の90%以下であるとよく、87%以下がより好ましい。これにより、出光手段12から平面15に光線を的確に入射させやすい。なお、出光位置17及び受光位置18間距離は、出光位置17の中心と受光位置の中心との間の距離を意味する。
The
支持部14は、円筒状に形成され、出光手段12及び受光手段13を内蔵している。また、支持部14の先端には、上記平凸球面レンズ11が付設される。この支持部14は、特に限定されないが、PEEK(PolyetheretherKetoneketone)樹脂製、ハステロイ製、チタニウム製、ステンレス製等により構成されることができる。この支持部14の長さは、特に限定されないが100mm以上500mm以下が好ましく、200mm以上300mm以下がより好ましい。支持部14の長さが上記範囲外の場合、液浸プローブ2の取扱性が損なわれるおそれがある。
The
(光度計本体)
光度計本体3は、測定光を出射する光源21、干渉光を生成する干渉計22、干渉光を検出する検出器23、検出器の検出信号をフーリエ変換することによりスペクトル情報を得る変換処理部24及び表示部25を備えている。
(Photometer body)
The
光源21は、赤外光の光線を出射する。出射する赤外光としては、特に限定されないが、例えば1μm以上11μmの波長成分を有する赤外光を採用することができる。また、光源21としては、特に限定されないが、タングステンヨウ素ランプや高輝度セラミック光源を用いることができる。
The
干渉計22は、光源21より出射された光線を干渉させる。干渉計22としては、特に限定されないが、マイケルソン干渉計、フィゾー干渉計、マッハツェンダー干渉計等を用いることができる。
The
検出器23は、液浸プローブ2より受光した光線を検出する。検出器23としては、特に限定されないが、DLATGS(Deuterated L−Alanine Triglycine Sulphate)検出器、MCT(Mercury Cadmium Tellurium)検出器、LiTaO3(Lithimu Tantalate)検出器等を用いることができる。
The detector 23 detects the light beam received from the
変換処理部24は、検出器23により検出した赤外光をデジタル化し、デジタル化したデータをフーリエ変換することによりスペクトル情報を作成する。なお、変換処理部24は、具体的には中央処理演算装置や記憶装置である。
The
表示部25は、変換処理部24により得られたスペクトル情報を表示する。表示部25としては、ディスプレイ、プリンタ等を用いることができる。
The
(接続部)
接続部4は、液浸プローブ2と光度計本体3とを光学的に接続する。接続部4は、干渉計22からの光線を液浸プローブ2に入光させるための出光用光ファイバー、液浸プローブ2からの光線を検出器23に受光させるための受光用光ファイバーを備えている。なお、この出光用ファイバー及び受光用光ファイバーは、出光手段12及び受光手段13の光ファイバーと同様のものを用いることができる。
(Connection part)
The connection unit 4 optically connects the
<利点>
液浸プローブ2においては、図3に示すように出光手段12の光ファイバーから出射し平凸球面レンズ11の平面15から入射した光線は、平凸球面レンズ11の凸面16に入射する。この光線が入射する凸面16は球冠状であるため、入射した光線は界面(凸面16)に対して鋭角に入射しやすい。このため、この入射光線の入射角は臨界角以上になり、この入射光線は凸面16の頂部(平面15から最も遠い位置)に向けて全反射する。この全反射した光線は、凸面16の頂部においても全反射する。さらに、この頂部において全反射した光線は、最初に全反射した位置の対象位置にあたる球冠状凸面16に入射し、この部分でも全反射する。このようにして界面で複数回全反射した光線は、平面15に向かい、平面15から受光手段13の受光位置18に向けて出射する。これにより、界面で全反射した光線が受光手段13の受光位置18から受光される。そして、この受光した光線を分析し、吸収された光線を特定することで、測定対象の状態を判断することができる。具体的には、当該液浸プローブを、例えば化学反応槽内に配設することで、この化学反応槽内における反応の進行度をリアルタイムで測定することができる。
<Advantages>
In the
当該液浸プローブ2は、上述のように平凸球面レンズ11の測定対象との界面(球冠状凸面16)で光線を反射させることで光線の一部を吸収させることで測定を行うものであるので、従来のように空洞部を光線を透過させる液浸プローブに比べて、気泡等の存在による測定誤差が生じにくい。
The
また、上述のように光線の反射が平凸球面レンズ11の球冠状凸面16で行われるので、出光手段12から入射された光線がこの球冠状凸面16で全反射しやすく、このため従来のようにATR結晶の角錐部で反射するものに比べて、出光手段12、受光手段13及び平凸球面レンズ11の位置決めを精度高くする必要が少なく、確実に光線を全反射させ受光するための光路設定を容易にすることができ、精度の良い測定を容易且つ確実に行うことができる。
Further, as described above, since the light beam is reflected by the spherical crown-shaped
また、当該液浸プローブ2は、上述のように球冠状凸面16を有するため、屈折率の異なる種々の液体を測定対象とすることができる。つまり、測定対象の屈折率によって界面における臨界角が異なるが、出光手段12から出射した光線のうち臨界角以上で球冠状凸面16に入射する光線が存在し、この光線がその界面(凸面16)で全反射するため、この全反射された光線が凸面16の頂部及び上述のように最初に全反射した位置の対象位置の凸面16において全反射し、このように複数回全反射を行った光線が出光手段12の対偶位置にある受光手段13で受光される。このため、屈折率の異なる種々の液体を測定対象とすることができる。より具体的に説明すると、例えば図3の二点鎖線で示すように出光手段12の光ファイバーの出光面のうち上記平面15の中心に近い側から、上記平面15に対して垂直方向よりも外側に向けて出射する光線Aは、図3の一点鎖線で示すように出光面の中央から平面15に垂直方向に向けて出射する光線Bに比べて、球冠状凸面16の外側かつ鈍角で球冠状凸面16に入射する。そして、この球冠状凸面16で入射した光線Aは、凸面16の頂部に向けて反射し、この凸部16の頂部でさらに反射する。この凸部16の頂部で反射した光線Aは、最初に反射した位置の対象位置にあたる球冠状凸面16に入射し、この部分でも反射する。そして、この光線Aは、出射した出光面の対偶位置の受光手段13の光ファイバーの受光面に入射する。このように、当該液浸プローブ2は、出光面から出射される光線が球冠状凸面16において反射され、上記出光面の対偶位置の受光面に入射されるものであり、球冠状凸面16における光線の入射角がある程度の範囲を有しているため、屈折率の異なる種々の液体を測定対象とすることができる。
Moreover, since the
また、当該液浸プローブ2は、上述のように球冠状凸面16を有し、この球冠状凸面16におけるある程度の範囲の入射角の光線を利用して、屈折率の異なる種々の液体を測定対象とすることができるため、従来の角錐部又は円錐部を有するATR結晶を用いる場合と異なり入射レンズ及び出射レンズが必須ではない。つまり、例えば従来の円錐部を有するATR結晶にあっては、光ファイバーから出射される光線(光束)を上記出射レンズを通さずにそのままATR結晶の円錐部に入射した場合、この円錐部に入射した光線は、ATR結晶の頂部に向けて反射するものの、この反射に際して光束が径方向に広がる。そして、この頂部においてさらに反射すると、さらに光束が径方向に広がり、正確な測定が困難となる。このため、上述のように円錐部又は角錐部を有するATR結晶を用いる場合には出射レンズ及び入射レンズが必要となる。これに対して、当該液晶プローブ2は、球冠状凸面16において光線を反射するものであるので、出射レンズ及び入射レンズを特に用いずとも、正確な測定が可能となる。
Moreover, the
[第二実施形態]
図4の液浸プローブ30は、平凸球面レンズ11と、複数対の出光手段32及び受光手段33と、こられを支持する支持部14を備える。なお、第二実施形態において、第一実施形態と同一の構成や機能を有する部材については、同一符号を用い、その説明を省略する場合がある。
[Second Embodiment]
The
第二実施形態の液浸プローブ30は、複数(図示例では7つ)の出光手段32、及びこの出光手段32に対応する複数の受光手段33を有している。つまり、出光手段32の出光位置と受光手段33の受光位置とが、平凸球面レンズ11の平面15を基準とし、平面15の中心19に対して点対称に配設されている。また、複数の出光手段32の出光位置及び複数の受光手段33の受光位置は、上記平面15を基準とし、同一円上に配置されている。
The
この第二実施形態の液浸プローブ30は、複数の出光手段32から光線を出射することで、平凸球面レンズ11の球冠状凸面16において全反射させる光線の光量を増加させることができる。そして、この全反射した光線は、各出光手段32と対となる受光手段33によって受光され、この複数の受光手段33で受光される光線の光量(合計量)は、比較的大きいので、当該液浸プローブ30を用いることで、より高精度の測定を行うことができる。
The
[第三実施形態]
図5の液浸プローブ40は、平凸球面レンズ41、出光手段12、受光手段13及びこられを支持する支持部14を備える。なお、第三実施形態において、第一又は第二実施形態と同一の構成や機能を有する部材については、同一符号を用い、その説明を省略する場合がある。
[Third embodiment]
The
第三実施形態の平凸球面レンズ41は、平面45、球冠状凸面46、及び平面45側に球冠状凸面46と沿う凹面50を備えている。上記凹面50は、上記球冠状凸面46と同心かつ相似形に設けられている。上記平面45は、円環状に設けられる。この円環状の平面45には出光手段12及び受光手段13が当接している。
The plano-convex
上記球冠状凸面46及び凹面50の大きさは、特に限定されるものではないが、上記凹面50の半径(円環状の平面45の内径)の下限としては、上記球冠状凸面46の半径(円環状の平面45の外径)の0.8倍が好ましく、0.85倍がより好ましく、0.9倍がさらに好ましい。上記凹面50の半径が上記下限未満であると、凹面50による反射回数の増加の効果が十分に得られないおそれがある。一方、上記凹面50の半径の上限としては、特に限定されるものではないが、上記球冠状凸面46の半径の0.98倍が好ましく、0.95倍がより好ましい。上記半径が上記上限を超えると、当該平凸球面レンズ41の形成が困難となるおそれがある。
The sizes of the spherical crown-shaped
第三実施形態の液浸プローブ40は、平凸球面レンズ41の球冠状凸面46により全反射した光線は、凹面50に入射し、この凹面50においても全反射する。そして、この凹面50において全反射した光線は、再度球冠状凸面46に入射し、全反射する。このように球冠状凸面46及び凹面50で全反射を繰り返した後に、平面45から光線が出射する。このように当該液浸プローブ40は、上記凹面50を有することで、球冠状凸面46における反射回数が多くなるので、測定対象による光線吸収の回数が増加し、より高精度の測定を行うことができる。
In the
[その他の実施形態]
なお、本発明の液浸プローブ及び赤外分光光度計は、上記態様の他、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。
[Other Embodiments]
In addition, the immersion probe and infrared spectrophotometer of this invention can be implemented in the aspect which gave various change and improvement other than the said aspect.
上記実施態様において、出光手段及び受光手段が光ファイバーを備えるものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。また、出光手段及び受光手段が、光ファイバーのみならず光学レンズをさらに備えることも可能である。例えば、出光用光ファイバー及び/又は受光用光ファイバーと平凸球面レンズとの間にセルフォック(登録商標)レンズやコリメーターレンズ等の光路調整のためのレンズを配設することができる。これにより、所望の光路をより確実に設定することができる。さらに、出光手段及び受光手段は平凸球面レンズの平面に当接することを説明したが、これに限定されず、出光手段及び受光手段と平凸球面レンズとの間に間隙を設けてもよい。 In the said embodiment, although the light emission means and the light-receiving means were provided with the optical fiber, this invention is not limited to this. Further, the light exiting means and the light receiving means may further include an optical lens as well as an optical fiber. For example, a lens for adjusting the optical path such as a SELFOC (registered trademark) lens or a collimator lens can be disposed between the outgoing optical fiber and / or the receiving optical fiber and the plano-convex spherical lens. Thereby, a desired optical path can be set more reliably. Further, the light emitting means and the light receiving means have been described as contacting the plane of the plano-convex spherical lens. However, the present invention is not limited to this, and a gap may be provided between the light emitting means and the light receiving means and the plano-convex spherical lens.
また、上記実施形態においては、平凸球面レンズが略半球状のものを例にとり説明したが、本発明はこれに限定されず、平凸球面レンズが球冠状凸面とこれに対向する平面とを有するものであれば略半球状の形状に限定されるものではない。具体的には、例えば上述のような球冠状凸面を有する半球状部分と、上述のような平面を有するとともに上記半球状部分に連続する円柱状部分とが一体的に設けられた平凸球面レンズであっても、当該液浸プローブに採用することができる。 In the above embodiment, the plano-convex spherical lens is described as an example of a substantially hemispherical lens, but the present invention is not limited to this, and the plano-convex spherical lens includes a spherical crown-shaped convex surface and a plane opposite thereto. If it has, it will not be limited to a substantially hemispherical shape. Specifically, for example, a plano-convex spherical lens in which a hemispherical portion having a spherical crown-like convex surface as described above and a cylindrical portion having a flat surface as described above and continuing to the hemispherical portion are provided integrally. Even so, it can be employed in the immersion probe.
さらに、当該液浸プローブは、出光手段と平凸球面レンズとの間に出光手段から出射する不要な光線(出光手段が出射する光線の一部)を遮光する遮光手段を配設することも可能である。これにより、不要な光線が平凸球面レンズ内を伝播することを防ぐことができる。なお、この遮光手段としては、特に限定されないが、例えば、出光手段の出光面と略同径の孔を備えるスペーサーを用いることができ、このスペーサーを出光手段と平凸球面レンズとの間に配設することにより、不要な光を遮光することができる。 Further, the immersion probe may be provided with a light shielding means for shielding unnecessary light (a part of light emitted by the light exiting means) emitted from the light exiting means between the light exiting means and the plano-convex spherical lens. It is. Thereby, it is possible to prevent unnecessary rays from propagating through the plano-convex spherical lens. The light shielding means is not particularly limited. For example, a spacer having a hole having the same diameter as the light exit surface of the light exit means can be used, and this spacer is disposed between the light exit means and the plano-convex spherical lens. By providing, unnecessary light can be shielded.
さらに、液浸プローブは、有機溶剤に浸漬させて用いるものに限定されず、種々の液体に浸漬することが可能であり、また、赤外分光光度計においても、フーリエ変換赤外分光光度計に限定されず、分散型赤外分光光度計であってもよい。 Furthermore, the immersion probe is not limited to those used by being immersed in an organic solvent, and can be immersed in various liquids. In addition, in the infrared spectrophotometer, the Fourier transform infrared spectrophotometer is also used. It is not limited, A dispersive infrared spectrophotometer may be sufficient.
以上のように、本発明の液浸プローブ及びこの液浸プローブを備える赤外分光光度計は、例えば有機溶媒の反応状態の測定等に用いることができる。 As described above, the immersion probe of the present invention and the infrared spectrophotometer provided with the immersion probe can be used, for example, for measuring the reaction state of an organic solvent.
1 赤外分光光度計
2 液浸プローブ
3 光度計本体
4 接続部
5 有機溶剤
11 平凸球面レンズ
12 出光手段
13 受光手段
14 指示部
15 平面
16 凸面
17 出光位置
18 受光位置
19 中心
21 光源
22 干渉計
23 検出器
24 変換処理部
25 表示部
30 液浸プローブ
32 出光手段
33 出光手段
40 液浸プローブ
41 平凸球面レンズ
45 平面
46 球冠状凸面
50 凹面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (9)
この平凸球面レンズの平面に光線を出射する出光手段と、
この出光手段から出射され、球冠状凸面で反射され、かつ平面から出射する光線を受光する受光手段と
を備え、
上記平凸球面レンズの平面を基準とし、出光手段の出光位置と受光手段の受光位置とが平面の中心に対して点対称に配設されている液浸プローブ。 A plano-convex spherical lens;
A light output means for emitting light to the plane of the plano-convex spherical lens;
A light receiving means for receiving the light emitted from the light emitting means, reflected by the spherical convex surface, and emitted from the plane;
An immersion probe in which the light output position of the light output means and the light receiving position of the light receiving means are arranged point-symmetrically with respect to the center of the plane with respect to the plane of the plano-convex spherical lens.
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