JP2015075448A - Ａｔｒ素子、及び、液浸プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】近赤外領域の測定光を用い、かつ、測定光に対する吸収係数の小さい物質であっても、物質の状態を正確に特定できるＡＴＲ素子を提供する。
【解決手段】ＡＴＲ素子１０は、周方向に連なる反射面１３を有する素子本体１１と、素子本体１１に測定光ＤＬを入射させる入射面１９と、入射面１９から入射され、素子本体１１の反射面１３で反射される測定光ＤＬが外部に出射される出射面２１とを備える。入射面１９から入射した測定光ＤＬは、反射面１３で反射を繰り返しながら、螺旋状の通過経路を辿り、第２端面１７に到達する。測定光ＤＬは、ここで反射されて、今度は、第１端面１５に向けて、反射面１３で反射を繰り返しながら、螺旋状の通過経路を辿り、出射面２１から外部に向けて出射される。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば合成樹脂の反応基の濃度変化を測定するのに好適な液浸プローブに関し、特にＡＴＲ素子に関する。

ポリウレタン、ポリエステルなどの合成樹脂を作製する過程で、反応の進行程度を把握するために、測定対象である反応液が含む反応基（例えば、−ＮＣＯ，−ＯＨ，−ＣＯＯＨ）の濃度の変化をインラインで正確に測定することが求められる。

これまで、反応液中に浸漬される検知素子と、検知素子に測定光を照射する照射用光ファイバと、測定対象を通過した測定光を受光する受光用光ファイバと、を備える液浸プローブが知られている（例えば、特許文献１）。この液浸プローブは、検知素子に測定対象が充填される空隙部を設け、この空隙部に充填される測定対象を透過する測定光を受光用光ファイバで受光する。測定光は空隙部の測定対象を透過する際に一部の波長成分が吸収されるため、受光用光ファイバで受光した測定光を分析することで、反応基の濃度を測定することができる。しかし、化学反応槽の中では反応液が撹拌されているので、撹拌に伴う気泡が混じった反応液が空隙部に充填されることがあり、この気泡は反応基の濃度検知にとってノイズとなり、正確な濃度の測定が困難になる。

ここで、物質を分析・測定する手法の一つとして、ＡＴＲ法（全反射減衰法：Attenuated Total Reflection)）が知られている。このＡＴＲ法を適用した液浸プローブも知られている（例えば、特許文献２）。

なお、ＡＴＲ法による分析の要旨は、概略以下の通りである。屈折率の大きいＡＴＲ素子（典型的には結晶）に測定対象を密着させ、測定光の入射角を臨界角よりも大きくとり、測定対象とＡＴＲ物質の間で全反射が起きるように設定する。全反射が生じるとき、測定対象とＡＴＲ素子の界面で光は測定対象の側に少しだけもぐりこんでから反射されてくる。この反射光はエバネッセント（evanescent）光と称される。測定対象において測定光を吸収する領域では、吸収の強さに応じて測定対象固有の波長における反射光のエネルギーが減少する。この反射光のスペクトルを測定することにより物質の分析・測定をすることができる。

特開２００９−２５０８２５号公報 特開２００４−８５４３３号公報

上述した合成樹脂の反応基の濃度を測定することを想定すると、液浸プローブを浸漬する反応液を収容する反応槽から測定結果が伝えられる分光光度計までの距離が相当に離れることがある。この間を光ファイバで結ぶことになるので、液浸プローブに照射する測定光の波長が問題となる。
反応基の濃度を正確に測定することを念頭に置くと、例えば２５００ｎｍ以上の波長域の測定光を用いることが推奨されるが、この波長域の光は光ファイバにおける減衰が大きくなるために、実用化が困難である。一方、波長が１０００〜２０００ｎｍの近赤外線領域の光は、光ファイバにおける減衰が小さく、光ファイバによる導光の問題はない。しかし、近赤外線領域の光は、反応基における吸収係数が極端に小さいために、反応基の濃度測定を正確に行なうことは困難である。
本発明は、以上の技術的課題に基づいてなされたもので、光ファイバによる導光が容易である近赤外領域の測定光を用い、かつ、当該測定光に対する吸収係数の小さい物質であっても、物質の状態を正確に特定できるＡＴＲ素子を提供することを目的とする。

吸収係数の小さい物質を測定対象とする場合には、反射回数をできるだけ多くすることにより、測定光がプローブに入射してから出射されるまでの間に測定対象に吸収される合計の光量を増やすことが望まれる。
ＡＴＲ法を適用したプローブは、反射回数が１回の単反射型のものに加えて、反射回数が複数回の多重反射型のものが知られている。ところが、これまで知られている台形状の多重反射型プローブのＡＴＲ素子は、反射回数が２０回程度であるために、本発明が志向する測定対象には未だ不十分である。

そこで本発明者等は、これまでに比べて格段に多い反射回数が得られる液浸プローブを実現できるＡＴＲ素子を検討した。その結果、周方向に連なる側面を反射面とするＡＴＲ素子を用い、当該反射面に測定光を連続的に反射させて、エバネッセント光を有効的に活用することにより、これまでの多重反射を凌駕する回数の反射が得られるであろうことを知見した。
本発明のＡＴＲ素子は、この知見に基づくものであり、軸対称な立体からなり、周方向に連なる反射面と軸方向に対向する一対の端面とを有する素子本体と、素子本体に測定光を入射させる入射部と、入射部から入射され、素子本体の反射面で反射される測定光が外部に出射される出射部と、を備え、入射部から入射した測定光が、反射面で反射を繰り返しながら、螺旋状の通過経路を辿り、出射部から外部に向けて出射されるＡＴＲ素子であって、入射部と出射部とが、素子本体の一対の端面のいずれか一方に配設されることを特徴とする。

本発明のＡＴＲ素子によると、入射部に入射した測定光は、ＡＴＲ素子の内部で反射を繰り返して出射部に達するまでに、往路と復路を辿る。つまり、入射部から入射した測定光は、反射面（周方向に連なる側面）で反射を繰り返しながら、螺旋状の通過経路を辿り、対向する他方の端面に到達する。これが往路である。他方の端面に到達した測定光は、当該端面で反射されると、反射面で反射を繰り返しながら、螺旋状の通過経路を辿り、入射した側の端面に設けられる出射部に達し、そこから外部に出射される。これが復路である。
本発明のＡＴＲ素子は、このように、往路及び復路の各々において、反射を繰り返すことができるので、従来の多重反射型のＡＴＲ素子では得られない回数の反射を実現する。

本発明のＡＴＲ素子において、測定光が、反射面で反射を繰り返しながら、螺旋状の通過経路を辿るために、入射部は、素子本体の対称軸に直交する基準断面ｘにおいて、対称軸から基準断面ｘの外周までの距離の８０％以上、１００％未満の位置にあること（条件Ａ）、及び、基準断面ｘと４５度以下の角度をなしていること（条件Ｂ）が好ましい。
条件Ａは、専ら、測定光が反射する回数を稼ぐために要求される。
条件Ｂは、専ら、測定光が螺旋状の通過経路を辿るために要求される。

本発明のＡＴＲ素子は、素子本体が、円柱状の形態を有していることが好ましい。
円柱状の素子本体は、反射面が円弧面になり、この反射面は対称軸からの距離が一定である。

本発明のＡＴＲ素子において、素子本体は、入射部及び出射部が、当該端面に窪みを形成することで設けられることが好ましい。
入射部及び出射部を窪みに形成する方が、素子本体の端面を突出させて形成するよりも容易だからである。

本発明のＡＴＲ素子において、入射部及び出射部は、当該端面の外周に連なって形成されることが、反射の回数を増やす上で好ましい。

本発明は、以上説明した本発明のＡＴＲ素子を用いた液浸プローブを提供する。
つまり、この液浸プローブは、軸対称な立体からなり、周方向に連なる反射面を有する素子本体と、素子本体に測定光を入射させる入射部と、入射部から入射され、素子本体の反射面で反射される測定光が外部に出射される出射部と、を備えるＡＴＲ素子と、光源から出射される測定光を入射部に導く第１導光手段と、出射部から出射される測定光を所定の部位まで導く第２導光手段と、を備え、ＡＴＲ素子が以上説明した本発明のＡＴＲ素子からなることを特徴とする。
本発明の液浸プローブは、用いるＡＴＲ素子の反射面における測定光の反射回数を稼ぐことができ、しかもエバネッセント光をも有効的に活用することができるので、測定光に対する吸収係数の小さい物質であっても、物質の状態を正確に測定するのに寄与する。

本発明の液浸プローブにおいて、第１導光手段は、光源から出射される測定光を導く第１線状導光部と、線状導光部から受交した測定光を入射部に向けて屈折させる第１屈折部と、を備え、第２導光手段は、出射部から出射される測定光をＡＴＲ素子の軸線方向に沿って屈折させる第２屈折部と、第２屈折部から受交した測定光を所定の部位まで導く第２線状導光部と、を備えることが好ましい。
入射部に対応する第１屈折部を設けることにより、任意の向きから入射部に測定光を入射させることができる。例えば、入射部が素子本体の軸線方向に対して傾斜していても、軸線方向に沿って導かれる測定光を必要な角度だけ屈折させて入射部に入射させることができる。また、出射部に対応する第２屈折部についても同様であり、出射された測定光を任意の向きに引き出すことができる。なお、第１線状導光部及び第２線状導光部は、典型的には、光ファイバから構成される。また、第１屈折部、第２屈折部は、典型的には、プリズムから構成される。

また、本発明の液浸プローブにおいて、入射部と出射部とが設けられる側の素子本体を保持するホルダを備え、このホルダは、入射部と出射部を含む領域を、外部から気密に封止することが好ましい。そうすることで、測定対象が入射部及び出射部に付着するのを避けることができる。

さらに、本発明の液浸プローブにおいて、第１導光手段は、入射部に向けて測定光を平行化する光学手段を備え、第２導光手段は、出射部から出射される測定光を集光する光学手段を備えることが好ましい。
平行化する光学手段は、入射部における拡散損失を低減するのに有効であり、集光する光学手段は、信号光損失を低減するのに有効である。

本発明によれば、周方向に連なる側面を反射面とするＡＴＲ素子を用い、当該反射面に対して測定光を連続的に反射させることにより、これまでには得られない回数の反射を実現する。その結果、近赤外領域の測定光を用い、かつ、当該測定光に対する吸収係数の小さい物質であっても、物質の状態を正確に測定できる。

さらに、本発明によれば、有機・無機を問わず、合成樹脂製品、液晶製品、顔料製品など、製造過程で合成反応を有するものであれば、その合成反応過程をモニタリングすることにより、所望とされる最終製品の製造を好適に行うことができ、反応生成物の製造方法を提供することができる。しかも、化学品、医薬品、粉体工業品、食品等、各分野の製造に係わるプロセス管理のみならず、業種別では、化学、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ、反応性ホットメルトに代表される各種樹脂並びにプラスチック、試験・分析・測定、医薬品・バイオ、教育・研究機関等の幅広い利用が可能である。

本実施形態における円柱状のＡＴＲ素子を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 本実施形態の条件Ａを説明する図である。 本実施形態の条件Ｂを説明する図である。 図１のＡＴＲ素子における測定光の通過経路を模式的に示す図であり、（ａ），（ｂ）は往路を示し、（ｃ），（ｄ）は復路を示す。 本実施形態における入射面、出射面の他の形態を示す図である。 本実施形態のＡＴＲ素子を用いた分光光度計の構成を示す図である。 図６の分光光度計に用いられる液浸プローブの構成を示し、（ａ）は入射面を含む断面図であり、（ｂ）は出射面を含む断面図である。 本実施形態の効果を確認するために行った実験の概要を示す図である。 実施例１、比較例１の結果を示すグラフであり、（ａ）は本実施形態による液浸プローブを用いた結果、（ｂ）は従来の液浸プローブを用いた結果を示す。 実施例２、比較例２の結果を示すグラフであり、（ａ）は本実施形態による液浸プローブを用いた結果、（ｂ）は従来の液浸プローブを用いた結果を示す。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態にかかるＡＴＲ素子１０は、図１に示すように、素子本体１１と、素子本体１１に一体的に設けられ、同じ側の端面に形成される入射面１９及び出射面２１とを備えている。
［素子本体１１］
素子本体１１は、軸対称の一形態である円柱状をなしており、外周面１３と、対称軸ｙの方向に対向する一方の端面（第１端面）１５及び他方の端面（第２端面）１７を備えている。ここで、外周面１３は、素子本体１１をその周囲と区画する面であるが、ＡＴＲ素子１０においては、素子本体１１の内部を進む光をその内側で反射する面として機能する。したがって、光の反射に係る事項については、外周面１３を反射面１３と称することがある。

素子本体１１は、高い屈折率を有し、光を照射することにより全反射が生じうる素材を広く適用することができる。例えば、石英ガラス、サファイア、立方晶ジルコニア（cubic-ＺｒＯ_２）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、ダイアモンドなどが該当する。この中では、コストをも考慮すると、屈折率が高く、被検体に対して不活性であることから、立方晶ジルコニア又はサファイアが好ましい。

［入射面１９］
入射面１９は、素子本体１１の第１端面１５に設けられており、ＡＴＲ素子１０を備える液浸プローブにより、測定対象に測定光として赤外光を照射する際に、測定光を素子本体１１に入射させる面である。
入射面１９は、その法線Ｎが反射面１３に対して以下の２つの条件Ａ，Ｂを満たすように形成されている。この２つの条件Ａ，Ｂは、ＡＴＲ素子１０に入射した測定光が、反射面１３で複数回の反射を繰り返すことで、第２端面１７に向けて、螺旋状の通過経路を辿るために必要である。入射面１９の法線Ｎは、測定光の光軸を代替している。
なお、実際の測定光ＤＬは、例えば光ファイバなどにより導入される、一定の強度分布を有する光束であり、エバネッセント光の存在下で、この光束がＡＴＲ素子１０の反射面１３により螺旋状の通過経路を辿ることになるが、以下の説明においては、簡単のため、光の入射・反射などは単純なモデルで説明する。

条件Ａは、入射面１９の法線Ｎが、図２（ａ）に示すように、対称軸ｙに直交する基準断面ｘの半径ｒの８０％以上、１００％未満の領域に存在することを規定する。この条件Ａは、反射面１３において、測定光ＤＬがより多く反射するために要求される。つまり、図２（ｂ）と図２（ｃ）を比較すると判るように、測定光ＤＬがより外周面（反射面）１３の近くに入射される方が、反射面１３により反射される回数が多くなる。
本実施形態の入射面１９は、条件Ａに従って、第１端面１５の外周面１３に連なって設けられている。このように、入射面１９を素子本体１１の最外周に設けることで、反射面１３で反射される回数を増やすことができる。

次に、条件Ｂは、入射面１９の法線Ｎが、基準断面ｘとなす角度θ_ＮＳが４５度以下であることを規定する。この条件Ｂは、測定光ＤＬが螺旋状の通過経路を辿るために要求される。
つまり、図３（ａ）に示すように、法線Ｎが基準断面ｘと平行、つまり角度θ_ＮＳが０度だとすれば、測定光ＤＬは反射面１３で向きが反対の反射光となるので、理論上は、測定光ＤＬは同一の基準断面ｘの範囲内で反射を繰り返すことになる。
図３（ａ）の状態を脱して測定光ＤＬが螺旋状の通過経路を辿るためには、角度θ_ＮＳが０度を超えればよい。ただし、この角度θ_ＮＳが図３（ｂ）に示すように大きすぎると、通過経路における螺旋のピッチが大きくなるので、反射の回数を増やす上で不利である。そこで、図３（ｃ）に示すように、角度θ_ＮＳを４５度以下にすることが好ましい。反射の回数は、角度θ_ＮＳが小さいほど多くなるので、角度θ_ＮＳは３０度以下がより好ましく、１５度以下がさらに好ましい。

次に、入射面１９は、第１端面１５に窪み２０を形成することで設けられる。つまり、もともとは平坦な第１端面１５の一部を切削することで、窪み２０を形成し、窪み２０の形成に伴って形成される壁面を入射面１９とする。なお、この壁面（入射面１９）は平面状に形成されている。また、入射光の干渉を低減できる範囲であれば、入射光の強度を確保する点から、この窪み２０を第１端面１５に平面視して同一回転方向の複数個所に設けても構わない。
接合面における反射や屈折による測定光ＤＬの損失を低減する観点からは、突出部分を含めて素子本体１１は一体的に形成されていることが好ましいが、上記の切削加工によれば、簡便に一体的に形成することができるので好適である。
入射面１９は、出射面２１とともに、図５（ｃ），（ｄ）に示すように、平坦な第１端面１５の一部を突出させて形成することもできる。この場合は、素子本体１１の製作にあたって、突出部分と素子本体１１の要部とを個別に作製しておいて接合する方法が考えられるが、この場合においても、接合面における反射や屈折による測定光ＤＬの損失を低減する観点からは、突出部分を含めて素子本体１１は一体的に形成されていることが好ましい。
この一体的構造を実現するにあたっては、突出部分を考慮した寸法に素子本体１１を形成した後に突出部分以外の部分を切削により除去すればよい。
このように、１つの入射面１９を形成する場合には、窪み２０を切削加工するほうが（図１（ｂ）参照）、突出部分以外の部分を切削加工するよりも（図５（ｃ），（ｄ）参照）、工数や材料費の観点から好適であるが、複数個の入射面を形成する場合には、工数や材料費の観点からは、いずれの方法も採用することができる。このことは、出射面２１についても同様にあてはまる。

［出射面２１］
出射面２１は、入射面１９から入射した測定光ＤＬが、反射面１３で複数回の反射を繰り返して螺旋状の通過経路を辿った後に、外部に取り出すために設けられている。したがって、出射面２１は、通過経路に位置に設けられることになる。出射面２１も、入射面１９と同様に、窪み２２に設けられている。
本実施形態の出射面２１は、第１端面１５であって、入射面１９が設けられる側とは、中心を挟んで反対側に設けられている。したがって、出射面２１は、入射面１９と同様に、前述した条件Ａ、条件Ｂを備えている。ただし、これは好ましい形態であって、基本的には、螺旋状の通過経路に対応する位置であれば機能する。
これは、上述したように、測定光ＤＬは一定の強度分布を有する光束であることから、この光束が螺旋状の通過経路Ｐを通過することにより、必ず出射面２１から出射されることになるからである。

［反射形態］
さて、以上説明したＡＴＲ素子１０は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、測定光ＤＬが入射面１９から素子本体１１の内部に入射されると、反射面１３で全反射を繰り返しながら、第１端面１５の側から第２端面１７の側に向けて、螺旋状の通過経路Ｐを辿り、第２端面１７に到達する。ここまでが、通過経路Ｐの往路Ｐ_Ｏである。第２端面１７に到達した測定光ＤＬは、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、第２端面１７で反射し、今度は、第１端面１５の側に向けて、反射面１３で全反射を繰り返しながら、螺旋状の通過経路Ｐ、つまり往路Ｐ_Ｉを辿る。測定光ＤＬは、第１端面１５に設けられる出射面２１から外部に向けて出射される。なお、ＡＴＲ素子１０の反射面１３は、その一部が測定対象に接していれば良いが、螺旋状の通過経路Ｐの全てを有効活用する観点からは、ＡＴＲ素子１０を測定対象内に浸漬させて、反射面１３の全周に亘り測定対象に接していることが好ましい。

以上説明したように、ＡＴＲ素子１０によれば、測定光ＤＬが周方向に連なる反射面１３を連続的に反射され、かつ、その反射が軸方向にも連続するので、測定光ＤＬの反射回数を著しく多くすることができる。しかも、ＡＴＲ素子１０によれば、測定光ＤＬの通過経路Ｐが往路Ｐ_Ｏと往路Ｐ_Ｉからなるので、通過経路Ｐが往路Ｐ_Ｏだけからなる場合と比べると、反射回数を倍増できる。

［出射面、反射面の変更例］
ＡＴＲ素子１０の入射面１９と出射面２１は、独立する窪み２０と窪み２２に各々設けられるが、本発明は、図５（ａ），（ｂ）に示すように、窪み２０，２２を繋げることで、共通する斜面の一端に入射面１９を他端に出射面２１を設けることもできる。
また、前述したように、本発明は、図５（ｃ），（ｄ）に示すように、入射面１９と出射面２１を、第１端面１５の一部を突出させて形成することもできる。

［分光光度計］
次に、ＡＴＲ素子１０を用いたFourier Transform Infrared Spectroscopy分光光度計１について、図６及び図７を参照して説明する。
分光光度計１は、図６に示すように、ＡＴＲ素子１０を備えるＡＴＲプローブ３０と、光源３と、分光器５と、光検出器７と、データ処理・表示装置９と、を備えている。光源３とＡＴＲプローブ３０の間、ＡＴＲプローブ３０と分光器５の間、分光器５と光検出器７の間、光検出器７とデータ処理・表示装置９の間は、光ファイバにより接続されている。

光源３は、測定光ＤＬを生成し、かつ、ＡＴＲプローブ３０（ＡＴＲ素子１０）に向けて出射する。光源３としては、特に限定されるものではなく、ハロゲンタングステンランプ、その他の公知の光源を用いることができる。
測定光ＤＬを、ＡＴＲ素子１０の入射面１９に入射させる前に、コリメートレンズ４を通過させることによって平行化することが、入射面１９における拡散損失を低減するのに有効である。
また、測定光ＤＬを入射面１９に入射させる際には、入射面１９に対して垂直にすることが、入射面１９における反射損失を低減するのに有効である。
さらに、出射面２１から出射される測定光ＤＬが光ファイバ３７に入射される前に、集光レンズ６を通過させることによって集光することが、信号光損失を低減するのに有効である。

分光器５は、ＡＴＲプローブ３０から出射される光線を受光するとともに、波長別に分ける。分光器５としては、特に限定されるものではなく、回折格子分光器、ＦＴＩＲ分光器、その他の公知の分光器を用いることができる。
光検出器７は、分光器５で分光された光を受光して検出する。光検出器７としては、特に限定されるものではなく、フォトダイオード、アバランシェ・フォトダイオード、光電子倍増管、その他の公知の光検出器を用いることができる。
データ処理・表示装置９は、光検出器７から受光した赤外光に基づいてスベクトル情報を生成するとともに、生成されたスペクトル情報を画像情報として表示する。データ処理・表示装置９については、特に限定されるものではなく、データ処理部分については、パーソナルコンピュータを用いることができ、また、表示部分については、パーソナルコンピュータに付随する表示装置を用いることができる。

ＡＴＲプローブ３０は、図７に示すように、ＡＴＲ素子１０の第１端面１５の側にホルダ３１を備えている。
ホルダ３１は、第１端面１５の側を保持するとともに、入射面１９に照射する測定光ＤＬを光源３から導く光ファイバ３５を固定する。また、ホルダ３１は、出射面２１から出射される測定光ＤＬを分光器５に導く光ファイバ３７を固定する。
ホルダ３１とＡＴＲ素子１０の間に、Ｏリング３９を設けることにより外部から気密に封止して、保持部分の内部へ測定対象が侵入して入射面１９及び出射面２１に付着するのを防止する。
ＡＴＲ素子１０は、第１端面１５に入射面１９と出射面２１を設けているので、光ファイバ３５と光ファイバ３７を一方の端面である第１端面１５に配置できるとともに、内部を気密に封止するホルダ３１を一つだけ設ければ足りる。
なお、図７に示すように、本発明は、プリズム２３により測定光ＤＬを屈折させて入射面１９に入射させること、また、出射面２１から出射した測定光ＤＬをプリズム２３により屈折させることを許容する。プリズム２３を用いることにより、光ファイバ３５を対称軸ｙに平行に引き回すことができる。

分光光度計１は、図８に示すように、ＡＴＲプローブ３０を液状の測定対象Ｓに浸漬した状態で、光源３からの測定光ＤＬが光ファイバ３５を介してＡＴＲ素子１０の入射面１９に入射され、出射面２１から出射された測定光ＤＬが光ファイバ３７で受光されとともに分光器５に導かれる。以後、光検出器７及びデータ処理・表示装置９を経て、測定対象のスペクトル情報を表示させることで、測定対象の反応状態を把握することができる。
この過程において、ＡＴＲ素子１０の中では、測定光ＤＬは、反射面１３で反射する回数が多いために、測定対象Ｓに対する固有の波長が吸収される程度が顕著となる。加えてＡＴＲプローブ３０は、ＡＴＲ素子１０の外周面１３に接する測定対象Ｓを測定するものであるから、気泡の存在による測定誤差が生ずるおそれが小さい。したがって、ＡＴＲ素子１０を用いる分光光度計１は、高い精度の測定が可能になる。
分光光度計１の測定対象Ｓは任意であるが、反応基（例えば、−ＮＣＯ，−ＯＨ，−ＣＯＯＨ）を含む、合成樹脂の製造過程の反応液を測定対象Ｓにすると、反応の進行程度を正確に把握することができる。
したがって、有機・無機を問わず、合成樹脂製品、液晶製品、顔料製品など、製造過程で合成反応を有するものであれば、その合成反応過程をモニタリングすることにより、所望とされる最終製品の製造を好適に行うことができ、化学品、医薬品、粉体工業品、食品等、各分野の製造に係わるプロセス管理のみならず、業種別では、化学、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ、反応性ホットメルトに代表される各種樹脂並びにプラスチック、試験・分析・測定、医薬品・バイオ、教育・研究機関等の幅広い利用が可能である。

［実施例］
以下、本発明を実施例に基づいてより詳細に説明する。
（実施例１）
本実施形態に従うＡＴＲ素子１０の効果を確認する実験、特にＡＴＲ素子１０の周囲に意図的に気泡を生じさせる実験を行った。
実験に用いたＡＴＲ素子（図１）の製作条件は以下の通りである。
材質：サファイア
形状：円柱（直径２０ｍｍ、測定対象Ｓに浸漬する有効長３０ｍｍ）
角度θ_ＮＳ：２．５度（推定螺旋ピッチ１．７５ｍｍ）
測定光入射半径位置：０．９１５ｒ（反射経路は推定１２角形状）
推定反射回数：４１１回
また、分光光度計を構成した条件は以下の通りである。
光源：ハロゲンタングステンランプ Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ社製「ＨＬ−２０００」
分光器：回折格子分光器 ＨＯＲＩＢＡ社製「ｍｉｃｒｏＨＲ」,６００線/ｍｍ
光検出器：ＡＰＤ検出器 ＡＵＲＥＡ社製 「ＳＰＤ−Ａ−Ｍ１」
実験は、測定を開始して所定の時間が経過してから気泡を吹き付ける、というものである（図８参照）。なお、蒸留水を測定対象Ｓとして用い、分光器５の分光波長は１４００ｎｍである。
（比較例１）
実施例１と同様にして、測定対象Ｓが充填される空隙部Ｔを有する透過型プローブ（Ｈｅｌｌｍａ社製の「ＩＮ２３７Ｐ１０」）１３０についても行った。
結果を図９に示すが、比較例１（図９（ｂ））は気泡の吹き付けを開始してから、測定結果が大きくぶれているのに対して、本実施形態に従う実施例１（図９（ａ））は、気泡の吹付の前後で測定結果に差異はないことが確認された。すなわち、本実施形態においては、気泡の有無により測定結果に影響がないことが分かる。

（実施例２）
実施例１のＡＴＲ素子１０を測定対象Ｓである蒸留水中に浸漬させ、吸光度スペクトルを測定した（図１０（ａ））。
測定条件は、実施例１の分光光度計を用い、分光器の選択波長を１ｎｍ刻みで１０００ｎｍから１７００ｎｍの範囲に亘って行った。
（比較例２）
実施例２と同様にして、Ｈｅｌｌｍａ社製のＡＴＲ素子「６６１．８２０−ＮＩＲ」を用いて、吸光度スペクトルを測定した（図１０（ｂ））。
実施例２と比較例２の測定結果を図１０に併せて示す。比較例（図１０（ｂ））の吸光度スペクトルでは、何らのピークも認めることができないのに対して、実施例２（図１０（ａ））の吸光度スペクトルには、１０７０，１１４０，１２１０，１４４０ｎｍ付近に明確なピークが存在する。これらのピークは、水特有の（−ＯＨ）結合に由来すると推察される。図示は省略するが、実施例２によるスペクトルは、繰り返し測定した時の再現性が高いことが確認されていることから、本実施形態の分光光度計を用いて種々の物質のスペクトルの考察を深めることで、本実施形態によるＡＴＲ素子１０の周囲に存在する物質を同定できるようになることが期待される。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、素子本体１１は第１端面１５及び第２端面１７が対称軸ｙに対して直交するが、本発明はこれに限定されず、対称軸ｙに対して傾斜していてもよい。また、素子本体１１は第１端面１５と第２端面１７が互いに平行をなしているが、本発明はこれに限定されず、例えば、互いに向きが逆に傾斜していてもよい。

このように、本発明によれば、有機・無機を問わず、合成樹脂製品、液晶製品、顔料製品など、製造過程で合成反応を有するものであれば、その合成反応過程をモニタリングすることにより、所望とされる最終製品の製造を好適に行うことができ、化学品、医薬品、粉体工業品、食品等、各分野の製造に係わるプロセス管理のみならず、業種別では、化学、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ、反応性ホットメルトに代表される各種樹脂並びにプラスチック、試験・分析・測定、医薬品・バイオ、教育・研究機関等の幅広い利用が可能である。

１ 分光光度計
３ 光源
４ コリメートレンズ
５ 分光器
６ 集光レンズ
７ 光検出器
９ データ処理・表示装置
１０ ＡＴＲ素子
１１ 素子本体
１３ 外周面，反射面
１５ 第1端面
１７ 第２端面
１９ 入射面
２１ 出射面
２０，２２ 窪み
２３ プリズム
３０ ＡＴＲプローブ
３１ ホルダ
３５，３７ 光ファイバ
３９ Ｏリング
ＤＬ 測定光
Ｎ 法線
Ｔ 空隙部
Ｐ 通過経路
Ｐ_Ｏ 往路
Ｐ_Ｉ 復路

Claims (9)

1. 軸対称な立体からなり、周方向に連なる反射面と軸方向に対向する一対の端面とを有する素子本体と、
   前記素子本体に測定光を入射させる入射部と、
   前記入射部から入射され、前記素子本体の前記側面で反射される前記測定光が外部に出射される出射部と、を備え、
   前記入射部から入射した前記測定光が、前記反射面で反射を繰り返しながら、螺旋状の通過経路を辿り、前記出射部から外部に向けて出射されるＡＴＲ素子であって、
   前記入射部と前記出射部とが、前記素子本体の一対の前記端面のいずれか一方に配設される、
   ことを特徴とするＡＴＲ素子。
2. 前記入射部は、
   前記素子本体の対称軸に直交する基準断面（ｘ）において、前記対称軸から前記基準断面の外周までの距離の８０％以上、１００％未満の位置にあり、
   前記基準断面とは、０度を超え、４５度以下の角度をなしている、
   請求項１に記載のＡＴＲ素子。
3. 前記素子本体は、
   円柱状の形態を有している、
   請求項１又は請求項２に記載のＡＴＲ素子。
4. 前記入射部及び前記出射部は、前記端面に窪みを形成することで設けられ、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のＡＴＲ素子。
5. 前記入射部及び前記出射部は、前記端面の外周に連なって形成される、
   請求項４に記載のＡＴＲ素子。
6. 軸対称な立体からなり、周方向に連なる反射面を有する素子本体と、前記素子本体に測定光を入射させる入射部と、前記入射部から入射され、前記素子本体の前記反射面で反射される前記測定光が外部に出射される出射部と、を備えるＡＴＲ素子と、
   光源から出射される前記測定光を前記入射部に導く第１導光手段と、
   前記出射部から出射される前記測定光を所定の部位まで導く第２導光手段と、を備え、
   前記ＡＴＲ素子が、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＡＴＲ素子である、
   ことを特徴とする液浸プローブ。
7. 前記第１導光手段は、
   前記光源から出射される前記測定光を導く第１線状導光部と、前記線状導光部から受交した前記測定光を前記入射部に向けて屈折させる第１屈折部と、を備え、
   前記第２導光手段は、
   前記出射部から出射される前記測定光を前記ＡＴＲ素子の軸線方向に沿って屈折させる第２屈折部と、前記第２屈折部から受交した前記測定光を所定の部位まで導く第２線状導光部と、を備える、
   請求項６に記載の液浸プローブ。
8. 前記入射部と前記出射部とが設けられる側の前記素子本体を保持するホルダを備え、
   前記ホルダは、前記入射部と前記出射部を含む領域を、外部から気密に封止する、
   請求項６又は請求項７に記載の液浸プローブ。
9. 前記第１導光手段は、
   前記入射部に向けて前記測定光を平行化する光学手段を備え、
   前記第２導光手段は、
   前記出射部から出射される前記測定光を集光する光学手段を備える、
   請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載のの液浸プローブ。

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