JP2019520581A - ダイヤモンド材料から作製された減衰全反射結晶 - Google Patents
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Abstract
Description
エバネッセント効果は、ATR結晶が、調べている試料よりも高い屈折率を持つ光学材料から作製されていることを必要とする。固体試料の場合には、ATR結晶および試料は押し付け合わされる。ATR角柱および試料の間の密着が、最良の結果のために望まれる。ダイヤモンド材料の優れた光学的および機械的特性は、それを、特に、非常に硬い固体を調べる場合に、ATR分光のための理想的な材料とする。
ATR結晶の種々の形状が利用できる。ATR結晶の形状は、分光計のタイプおよび分析される試料の性状に依存するであろう。典型的なATR結晶の形状は、角柱、切頭角柱、面取り矩形ブロック、面取り円柱およびそれらの変形を含む。これらの形状の共通した特徴は、分析される試料に押し付けられた「平坦な作用面、および赤外線分析ビームを試料と接触した作用面に向けることができ、次いで、検出器に向けてATR結晶に内面反射できるように、該ビーム用に入射面および出光面を供する角度付きまたは面取り側面を含む。
ATR結晶はダイヤモンド材料から形成され、かつ
赤外線分析ビーム用の入射面、赤外線分析ビーム用の出射面、および分析される試料と接触するための作用面を有するように構成され、ここで、ATR結晶が、入射面および出射面を形成する2つの平坦な面取り側壁、および作用面を形成する面取り円柱の端面を含む面取り円柱の形態をしており、
入射面、出射面および作用面が、使用に際して、分析ビームが、入射面を通って、分析される試料と接触している作用面の内側に向い、次いで分析される試料と接触している作用面の内側で内面反射することにより、分析ビームが出射面を通ってATR結晶の外へ出ることができるように構成されており、および
作用面は凸曲面である、ATR結晶が提供される。
本発明の第2の態様によると、赤外線ビーム源、本発明の第1の態様によるATR結晶、および検出器を含むATR分光計が提供される。
本発明の良好な理解のため、およびどのようにしてそれを実施することができるかを示すために、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して例としてのみ記載する。
上記に照らして、本発明は、湾曲作用面を有するダイヤモンドATR結晶を提供する。湾曲作用面は、分析ビームが向けられる作用面の領域が試料とより信頼性良く密着できるように、平坦な作用面と比較して外向きに突出している(すなわち、凸)。さらに、ダイヤモンドは極度に硬いので、ATR結晶を有意に変形または損傷させることなく、この湾曲構成で試料材料中に効果的に押し込むことができる。
ATR結晶の凸曲面作用面を規定する別の方法は、凸曲面作用面の深さ、すなわち、凸曲面作用面によって規定される球状セグメントの深さによる。有利には、凸曲面作用面によって規定される該セグメントの深さは、少なくとも2μm、5μm、または10μm、および/または100μm、80μm、または70μm未満、および/またはこれらの値の任意の組合せによって形成される範囲内である。
図1および2に例示されたATR結晶のさらなる特徴は、作用面を囲う二次的面取り面である。この二次的面取り面は、湾曲作用面の表面積を低下させ、したがって、ATR結晶の曲面と分析される試料との接触を改良することができる所与の力のための圧力を増大させるように働く。
図3は、図1および2に例示されたATR結晶の製造に関する基本的な工程を例示する。
工程2において、円柱の末端を加工して、湾曲作用面36を形成する。ダイヤモンド材料において曲面を形成するための適切な方法は、レーザー旋削および研磨カップを用いる研磨を含む。
工程3において、二次的面取り面38が、湾曲作用面36の周りに形成される。これは、レーザー切削、旋削、または研磨を用いて行ってよい。
原理的には、工程1から3は任意の順序で行うこともできよう。
ATR結晶を作製するのに用いるダイヤモンド材料は、好ましくは、単結晶ダイヤモンド材料、より好ましくは、IIa型ダイヤモンド材料、より好ましくは、IIa型合成ダイヤモンド材料、最も好ましくは、単結晶化学蒸着(CVD)ダイヤモンド材料である。
ATR結晶の形状に関する多様性を想定することができる。図5(a)から5(d)は、本発明の実施形態によるATR結晶のいくつかの代替形状を例示し:図5(a)は、異なる面取り形状を有する変形を例示し;図5(b)は、二次的面取り面が設けられていない変形を例示し;図5(c)は、平坦なベースでなく尖ったベースを有する結晶の構成を例示し;および図5(d)は、球状曲面ではなく矩形曲面を有する変形を例示す。これらは非包括的な1組の代替例を表し、本発明を、実施形態を参照して特に示し、記載してきたが、添付の請求の範囲によって規定される本発明の範囲を逸脱することなく形態および詳細の種々の変形をなすことができるのは、当業者に理解されるであろう。
Claims (7)
- 分析される試料の減衰全反射(ATR)分光用のATR結晶であって、
ATR結晶がダイヤモンド材料から形成され、かつ
赤外線分析ビーム用の入射面、赤外線分析ビーム用の出射面、および分析される試料と接触するための作用面を有するように構成されており、ここでATR結晶が、入射面および出射面を形成する2つの平坦な面取り側壁、および作用面を形成する面取り円柱の端面を含む面取り円柱の形態をしており;
入射面、出射面および作用面が、使用に際して、分析ビームが、入射面を通って、分析される試料と接触している作用面の内側に向かい、次いで分析される試料と接触している作用面の内側で内面反射することにより、分析ビームが出射面を通ってATR結晶の外へ出ることができるように構成されており、
前記作用面が凸曲面であることを特徴とする、ATR結晶。 - 前記凸曲面作用面が、2から100μmの範囲の深さを有するセグメントを画定する、請求項1に記載のATR結晶。
- 前記作用面が球対称である、請求項1または2に記載のATR結晶。
- 前記作用面を囲う二次的面取り面をさらに含む、請求項1から3のいずれか1項に記載のATR結晶。
- 前記入射面、前記出射面、および/または前記作用面が30nm未満の表面粗さRaを有する、請求項1から4のいずれか1項に記載のATR結晶。
- 前記入射面、前記出射面、および/または前記作用面が、632.8nmにおいて≦1の縞の表面不規則性を有する、請求項1から5のいずれか1項に記載のATR結晶。
- 赤外線ビーム源、請求項1から6のいずれか1項に記載のATR結晶、および検出器を含むATR分光計。
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