JP3670761B2

JP3670761B2 - Total reflection measuring device

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Publication number: JP3670761B2
Application number: JP14679296A
Authority: JP
Inventors: ちひろ神; 優晴大久保
Original assignee: Jasco Corp
Current assignee: Jasco Corp
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2016-05-15
Also published as: JPH09304269A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は全反射測定装置、特に液状試料の測定に好適に用いられる全反射測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より例えば荷電粒子を含む液状試料の各種光学的情報を得るため、電気泳動法により試料中の成分を分離させ、該分離した試料の透過光を例えば赤外分光法により測定する方法が周知である。
一方、例えばタンパク質の構造は、生体の機能との相関から関心がもたれており、水溶液状態での構造変化を分析することは機能上からも重要である。
【０００３】
しかしながら、被測定試料が水溶液では、例えば赤外分光法により水溶液の光学的情報を得る際には、水が赤外領域において非常に強い吸収を有するため、赤外光透過測定を行うことは極めて困難である。
すなわち、水による赤外光吸収の影響を軽減するためには、光が透過する方向のセルの厚みを薄くしなければならない。
【０００４】
しかしながら、セルの厚みを薄くすると、セルの内面における多重反射による干渉が発生し、測定スペクトルに歪みを与え、正確な測定結果が得られなくなってしまうのである。
そこで、従来においては、液状試料の測定に、液状使用に光を透過させる必要のない全反射測定法（ＡＴＲ法）を応用したものが考えられる。
この全反射測定原理について、図１に基づき説明する。
【０００５】
同図において、被測定試料１０上に該被測定試料１０の屈折率ｎ₂よりも大きい屈折率ｎ₁を有するＡＴＲ半球状プリズム１２またはＡＴＲ三角柱プリズム１２を搭載し、外部からプリズム１２に波長λの光束を入射させる。
そして、プリズム１２から被測定試料１０に対する入射角θを臨界角より大きくすると、入射光は被測定試料１０とプリズム１２の臨界面で全反射されるが、この反射点では被測定試料１０内に光速が僅かに進入する。
【０００６】
この進入深さｄｐを光強度が１／ｅになる深さで定義すると、波長λの場合、深さｄｐは次の数１で示される。
【数１】
ｄｐ＝λ／［２πｎ₁｛（ｓｉｎ²θ−（ｎ₂／ｎ₁）²）｝^1/2］
したがって、被測定試料１０が光を吸収すると、臨界面上にて全反射される光はその分減少する。
【０００７】
このような被測定試料１０とプリズム１２の臨界面における全反射光の特性を解析することにより、被測定試料１０が液状試料のように著しく強い赤外光の吸収を示す場合であっても、該被測定試料１０から光学的情報を得ることが可能となる。
そして、全反射プリズムへの入射および反射光はカセグレン鏡により集光され、該カセグレン鏡により入射および反射角度範囲についてプリズムを透過する。したがって、該プリズムの平面あるいは平頭面を被測定試料に当接させるのみで、該被測定試料の全反射測定を行うことが可能となり、例えば液滴等が被測定試料であっても、極めて容易に全反射測定を行うことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、溶液系における赤外光吸収スペクトルは、僅かな温度変化に対して強度やピーク位置が溶液内の構造変化に伴い微妙に変化する。
このため、溶液の赤外吸収スペクトルの温度依存性を厳密に測定するため、例えば、タンパク質構造の熱変化測定等は、溶液内の精密な温度検出と温度制御が必要になってくる。
従来の方法では、セル内の溶液の温度制御と温度検出に対する対策は何等なされておらず、正確な測定結果が得られなくなってしまうのである。
【０００９】
本発明は前記従来技術の事情に鑑みなされたものであり、その目的は液状試料の温度情報が容易に得られると共に、その温度制御が適正に行える全反射測定測定装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明にかかる全反射測定装置は、カセグレン鏡と、全反射プリズムと、試料セルと、加熱冷却手段と、検知手段と、制御手段と、保持枠と、弾性Ｏリングと、を備えたことを特徴とする。
前記カセグレン鏡は、カセグレン主鏡およびカセグレン副鏡を有し、前記副鏡、主鏡の順に反射された光を被測定試料上に集光し、その全反射光を主鏡、副鏡の順に反射させて得る。
【００１１】
前記全反射プリズムは、カセグレン鏡の下部に配置され、半球状あるいは先端が平頭な円錐状に形成され、該半球状の平面あるいは円錐状の平頭面が前記カセグレン鏡の集光位置となるように配置される。
前記試料セルは、全反射プリズムの半球状の平面あるいは円錐状の平頭面の外径に比較し、やや大きい内径の凹部が設けられ、該凹部に被測定試料が前記全反射プリズムの半球状の平面あるいは円錐状の平頭面に当接するように入れられた熱伝導性材料からなる。
【００１２】
前記加熱冷却手段は、試料セルを加熱および冷却する。
前記検知手段は、試料セル内の被測定試料の温度情報をリアルタイムに検出する。
前記制御手段は、加熱冷却手段の温度を上昇および下降させ、前記検知手段が出力する試料セル内の被測定試料温度が所定温度を保つように温度制御を行う。
前記保持枠は、前記全反射プリズム先端部が表出された状態で、該全反射プリズム先端部が前記カセグレン鏡の集光位置となるように、該全反射プリズムを保持する。
前記弾性Ｏリングは、前記試料セル凹部と前記保持枠との間に介在され、該試料セルと該保持枠との熱膨張の違いによる歪を吸収し、かつ該試料セル内を実質的に気密とするためのものとする。
なお、本発明においては、前記保持枠がコーン状であり、前記弾性Ｏリングが前記試料セル凹部内周に設けられており、前記弾性Ｏリングを介して前記試料セル凹部内周と前記コーン状保持枠とがはめ合わされていることが好適である。
【００１３】
【発明の実施形態】
本発明にかかる全反射測定装置は、試料セル内の被測定試料の温度情報を検知手段によりリアルタイムに採取することと、該検知手段から出力される被測定試料の温度が所定温度を保つように制御手段により温度制御を行うこととしたので、温度変化を生じる環境下にあっても安定した測定結果を得ることが可能となる。
【００１４】
また、前記全反射測定装置において、全反射プリズムの平面あるいは平頭面を表出した状態で先端部に固定する保持枠を備え、試料セルの内周面には弾性Ｏリングが設置され、該弾性Ｏリングを介して試料セル内周面に保持枠がしっかりはめ合わされることにより、試料セル内を実質的に気密とすることが可能となる。それによって、温度変化を生じる環境下にあっても、その外気の影響を直接的に受けることはなくなり、被測定試料の温度制御は容易となる。
【００１５】
また、被測定試料が長時間加熱された場合であっても、容易に蒸発してしまうのを防ぐことが可能となる。
それによって、被測定試料として水溶液だけではなく、該水溶液より揮発性の高い有機溶媒を用いることも可能となる。
【００１６】
また、試料セルと保持枠は、弾性Ｏリングを介在させることにより、保持枠の材質と試料セルの構成材質が異なり、両者の膨張係数が相違した場合であっても、温度変化に伴う両者の膨張度の相違を前記弾性Ｏリングが吸収し、試料セルと全反射プリズムに応力歪みを与えることがない。
以下、図面に基づき本発明の一実施態様について説明する。
【００１７】
図３には本発明の一実施態様にかかる全反射測定装置の概略構成が示されており、前記図１と対応する部分には符号１００を加えて示し説明を省略する。
なお、本実施態様において、全反射測定装置に電界型のものを想定し、該電界型全反射測定装置により荷電粒子を含んだ液状試料の光学的情報を得る場合について説明する。
【００１８】
同図に示す全反射測定顕微鏡１１４は、カセグレン鏡１１６と、それ自体誘引電極部を構成するＡＴＲプリズム１１２と、電極接続部１１８と、対向電極部１２０と、試料セル１１１と、図３において試料セル１１１の下部に配置されたホットステージ１１３よりなる加熱冷却手段と、検知手段１１５と、制御手段１１７と、図３においてホットステージ１１３の下部に配置されたステージ１１９とを備えている。
すなわち、前記カセグレン鏡１１６は、中心部に穴１２２ａが形成された凹面鏡よりなるカセグレン主鏡１２２と、前記カセグレン主鏡１２２よりも径の小さい凸面鏡よりなるカセグレン副鏡１２４とを、中心軸Ｃを一致させて対向配置している。
【００１９】
一方、全反射プリズム１１２は、略円錐状に形成され、その先端部が平頭面１１２ａを形成している。
前記カセグレン主鏡１２２は主鏡保持部材１２６に接着固定されている。
一方、カセグレン副鏡１２４は副鏡保持部材１２８により光路を妨げないように保持されている。
そして、主鏡保持部材１２６は、外枠１３０に上下動自在に螺合されており、任意の螺合位置で固定ネジ１３２を締めつけることにより固定可能である。
【００２０】
また、前記副鏡保持部材１２８は、同じく外枠１３０に対し光軸調整ネジ１３２によって保持されており、該光軸調節ネジ１３２を調整することにより、カセグレン副鏡１２４をその光軸と直交する面上で位置調整することができる。
したがって、前記外枠１３０と主鏡保持部材１２６の螺合状態を変更することにより、主鏡１２２と副鏡１２４の相対距離を変更し、さらに光軸調整ネジ１３２を調整することにより、主鏡１２２と副鏡１２４の光軸を一致させることができる。
【００２１】
前記プリズム１１２は、コーン状保持枠１３４の先端部に、該プリズム１１２の平頭面を表出した状態で接着固定されており、該コーン状保持枠１３４はホルダ１３６に調整ネジ１３２によって光軸と直交する平面上で位置変更可能に保持されている。
【００２２】
ホルダ１３６は、前記外枠１３０に上下動自在に螺合されており、位置決めネジ１４０を絞めつけることにより、任意の上下位置でプリズム１１２を位置決めすることができる。
また、前記全反射プリズム１１２は、導電性を有する半導体材料より形成されている。
すなわち、一般的なＡＴＲプリズムとしては、水溶液の屈折率が小さいため、ＺｎＳｅが用いられているが、該ＺｎＳｅは絶縁物質であり、誘引電極部として機能させることができないのである。
【００２３】
なお、前記半導体材料としては、ゲルマニウムが好適である。
そして、試料セル１１１は、熱伝導性の高い材質よりなり、全反射プリズム１１２の平頭面の外径に比較し、やや大きい内径の凹部が設けられ、該凹部には被測定液１１０が平頭面に当接するように入れられている。
また、ホットステージ１１３は、熱伝導性の高い材質よりなる試料セル１１１を加熱および冷却することにより、該試料セル１１１内の被測定液１１０の温度を上昇および下降させている。
【００２４】
また、検知手段１１５は、試料セル１１内の被測定液１１０に感温部が浸漬され、該感温部により被測定液の温度情報をリアルタイムに検出している。
また、制御手段１１７は、ホットステージ１１３の温度を上昇および下降させ、検知手段１２５が出力する試料セル１１１内の被測定液１１０の温度が所定温度を保つように制御を行っている。
【００２５】
また、ステージ１１９は、昇降することにより試料セル１１１の水平位置調整をすることにより、全反射プリズム１１２の平頭面１１２ａと対向電極１２０の電極端面１２０ａの距離、すなわち電極間の距離を試料の特性と印加する電圧に応じて好適な距離に設定している。
なお、試料セル１１１の材質は、熱伝導性の高いものであれば良く、真鍮等が好適である。
【００２６】
図４には本実施態様に用いられる試料セル１１１近傍の縦断面図が示されており、図５には本実施態様に用いられる試料セル１１１の上面図が示されている。
検知手段１１５は、本実施態様においてアルメル−クロメル熱電対１２１と温度モニタ１２３よりなり、熱電対１２１が出力する被測定液１１０の温度情報を温度モニタ１２３によりリアルタイムに監視している。
【００２７】
電極接続部１１８は、オーミックコンタクト膜１４２およびリード線１４２ａよりなり、前記図４に示すように、前記全反射プリズム１１２の円錐面には該オーミックコンタクト膜１４２が付着メッキされている。
さらに、前記オーミックコンタクト膜１４２には、電源１４４の一方の極から伸びたリード線１４６ａがコーン状保持枠１３４に形成された穴を通して接続されている。
【００２８】
リード線１４６ａは、コーン状保持枠１３４に接着剤１４８により固着されている。
すなわち、前記プリズム１１２が半導体材料のため、リード線１４６ａを直接接続しても、全反射プリズム１１２を直接電極としては用いられない。
このため、プリズム１１２とリード線１４６ａの接続媒体としてオーミックスコンタクト膜１４２を設けているのである。
【００２９】
ここで、プリズム１１２に用いられるゲルマニウムは、一般的にｎ型あるいはｐ型の半導体となっている。
そして、ｎ型の場合には、前記オーミックコンタクト膜１４２の材料としてＳｎを、またｐ型の場合には、ＡｕあるいはＩｎ等を用いるのが好適である。
【００３０】
試料セル１１１は、プリズム１１２の平頭面１１２ａの外径に比較し、やや大きい内径の凹部１１１ａが設けられており、該試料セル１１１の凹部１１１ａに荷電粒子を含む被測定液１１０が入れられている。
そして、試料セル１１１の凹部１１１ａに入れられた被測定液１１０にプリズム１１２の平頭面１１２ａが僅かに浸漬されている。
【００３１】
また、全反射プリズム１１２の対向位置には円柱状の対向電極部１２０が設けられており、該対向電極部１２０の平面な電極端面１２０ａが全反射プリズム１１２の平頭面１１２ａと平行となるように配置されている。
すなわち、試料セル１１１の凹部１１１ａに入れられた被測定液１１０に対向電極部１１２が絶縁物材よりなる円板１２５を介して試料セル１１１上に浸漬されており、該対向電極部１２０の平面な電極端面１２０ａが全反射プリズム１１２の平頭面１１２ａと平行となるように配置されている。
そして、前記対向電極部１２０は、前記電源１１５の他方の極とリード線１４６ｂを介して接続されている。
【００３２】
試料セル１１１の側面より貫通した孔１２７が設けられており、この孔１２７に参照電極部１２９が絶縁物材よりなる円筒状部材１３１を介してはめ込まれており、試料セル１１１内の被測定液１１０に浸漬されている。そして、参照電極部１３９により、プリズム１１２の平頭面１１２ａと対向電極部１２０の電極端面１２０ａにより被測定液１１０に印加されている電圧がリアルタイムに監視されている。
なお、試料セル１１１の側面より貫通した孔１３１が設けられており、この孔１３１に対向電極部１２０のリード線１３３がやはり絶縁物材よりなる円筒状部材１３５を介してはめ込まれている。
【００３３】
試料セル１１１の上面と内面より貫通した孔１３７が設けられており、この孔１３７に検知手段１１５の熱電対１２１が挿通されており、試料セル１１１内の被測定液１１０に浸漬されている。
そして、試料セル１１１の内周面にはその全周に亘って溝１３９が設けられており、該溝１３９内に弾性Ｏリング１４１が設けられている。そして、弾性Ｏリング１４１を介して試料セル１１１内周面に保持枠１８０がしっかりはめ合わされており、試料セル１１１内が実質的に気密とされている。
なお、対向電極部１２０の材質は電界をかけた時に安定したものであれば良く、Ａｕあるいはカーボン等が好適である。
【００３４】
また、円筒状部材１３１，１３５には、セラミックス、プラスチック等の絶縁物材を用いるのが好適である。
本実施態様にかかる全反射測定装置１１４は概略以上のように構成され、次にその作用について説明する。
【００３５】
まず、前述したように、プリズム１１２の平頭面１１２ａと対向電極部１２０の電極端面１２０ａとが平行に対向配置するように、ホットステージ１１３上に試料セル１１１を載置する。
なお、対向電極部は、絶縁物材よりなる円板１２５を介して試料セル１１１上に載置されていることが好適である。
すなわち、プリズム１１２の平頭面１１２ａと対向電極部１２０の電極端面１２０ａとの間隔、すなわち電極間の距離が通常３００〜５００μｍ程度となるように、円板１２５の厚みを変更することにより調節されている。
【００３６】
また、対向電極部１２０が試料セル１１１に直接的に接触した場合、該試料セルが導電性を有していると電極となってしまい、試料セル１１１内面にも測定荷電粒子が誘引されてしまうからである。
また、円板１２５の外形を対向電極部１２０の電極端面１２０ａ外形よりも大としていることが好適である。
【００３７】
すなわち、対向電極部１２０が円板１２５に載置されている場合、裏面側の電極端面が被測定液１１０と接触していると、該電極端面にも測定荷電粒子が誘引されてしまうからである。
そして、試料セル１１１の凹部１１１ａに荷電粒子を含んだ被測定液１１０を滴下し、対向電極部１２０を該被測定液１１０に浸漬させる。
【００３８】
一方、カセグレン鏡１１６およびプリズム１１２についても位置決めを行う。そして、顕微鏡のステージ１１９の高さを調節して、試料セル１１１の凹部１１１ａに滴下した被測定液１１０の液面にプリズム１１２の平頭面１１２ａを僅かに浸漬させる。
したがって、被測定液１１０は、対向配置された平頭面１１２ａと電極端面１２０ａによって挟み込まれることとなる。
【００３９】
この状態において、電源１１５から電流が流れ、プリズム１１２の平頭面１１２ａが一方の電極となり、また、対向電極部１２０の電極端面１２０ａが他方の電極となり、被測定液１１０に電圧が印加される。
このため、被測定液１１０中の荷電粒子を含む物質が、それぞれの有する極性と反対極性の電極へと誘引されることとなる。
【００４０】
したがって、プリズム１１２の平頭面１１２の電極を測定したい物質が有する極性と反対極性にすることにより、測定物液１１０を平頭面１１２ａに誘引することができる。
そして、前記図３において、赤外光源１５０から出射された光束をマイケルソン干渉計１５２に導光して赤外干渉光を生成し、これを固定鏡１５４で反射させて入射光１５６を形成する。
【００４１】
入射光１５６は、カセグレン副鏡１２４、カセグレン主鏡１２２およびプリズム１１２を介して被測定液１１０上に照射され、該被測定液１１０とプリズム１１２の臨界面からの全反射光１５８が形成される。
全反射光１５８は、固定鏡１６０で反射されてＭＣＴ検出器１６２でその光強度が検出され、その検出信号が信号処理装置１６４に供給される。
【００４２】
一方、レーザー１６６から出射されたレーザー光をマイケルソン干渉計１５２に導光し、レーザー干渉光を生成してその光強度をフォトダイオード１６８で検出し、その検出信号をサンプリング信号として信号処理装置１６４に供給する。
信号処理装置１６４は、このサンプリング信号に同期して、ＭＣＴ検出器１６２からの光強度信号を読取り、公知の信号処理を行って赤外吸収スペクトルを求め、これをレコーダー１７０に出力させる。
【００４３】
ここで、試料セル１１１内の被測定液１１０の温度情報を検知手段によりリアルタイムに採取することと、該検知手段１１５から出力される被測定液１１０の温度が所定温度を保つように制御手段１１７により温度制御を行うため、温度変化を生じる環境下にあっても安定した測定結果を得ることができる。
【００４４】
また、弾性Ｏリング１４１を介して試料セル１１１内周面にコーン状保持枠１８０がしっかりはめ合わされるため、試料セル１１１内を実質的に気密とすることができる。
それによって、温度変化を生じる環境下にあっても、その外気の影響を直接的に受けることはなくなり、被測定試料の温度制御は容易となる。
また、被測定液１１０が長時間加熱された場合であっても、容易に蒸発してしまうのを防ぐことができる。
【００４５】
また、被測定試料として水溶液だけではなく、該水溶液より揮発性の高い有機溶媒を用いることができる。
また、試料セル１１１とコーン状保持枠１３４は、弾性Ｏリング１４１を介在させるため、コーン状保持枠１３４の材質と試料セル１１１の構成材質が異なり、両者の膨張係数が相違した場合であっても、温度変化に伴う両者の膨張度の相違を弾性Ｏリング１４１が吸収し、試料セル１１１と全反射プリズム１１２に応力歪みを与えることがない。
【００４６】
なお、前記カセグレン副鏡１２４下部にはマスク１７２が設けられ、該マスク１７２は、プリズム１１２の全反射の臨界角より小さい入射角の光線を遮光する。
以上のようにして、プリズム１１２の平頭面１１２ａに誘引された測定荷電物質の全反射測定を行うことが可能となる。
なお、プリズム１１２の平頭面１１２ａに測定荷電物質を効率良く正確に誘引するために、前記コーン状保持枠１３４には、プラスチック等の絶縁物材を用いるのが好適である。
すなわち、コーン状保持枠１３４が被測定液１１０に僅かでも接触した場合、該コーン状保持枠１３４が導電性を有していると電極となってしまい、コーン状保持枠１３４にも測定荷電物質が誘引されてしまうからである。
【００４７】
同様にして、円筒状部材１３１，１３５にも、セラミックス、プラスチック等の絶縁物材を用いることが好適である。
以上説明した本実施態様にかかる全反射測定装置は、プリズム１１２にｎ型半導体のゲルマニウムを用い、円錐面にオーミックコンタクト膜１４２としてＳｎを真空蒸着で約１ミクロン程度付着メッキした。
また、プリズム１１２の平頭面１１２ａの直径を１ｍｍに、対向電極部１２０の電極端面１２０ａの直径を２ｍｍにそれぞれ形成し、電極端面１２０ａの水平位置を測定試料の表面位置より１ｍｍ低い位置に設定することにより、荷電粒子を含んだ測定試料の平頭面１１２ａへの誘引が効率良く行われた。
【００４８】
なお、顕微鏡のステージ１１９を昇降させ試料セル１１１の水平位置調整をすることにより、平頭面１１２ａと電極端面１２０ａとの間隔、すなわち、電極間の距離を、試料の特性と印加する電圧に応じて好適な距離に設定することが可能となる。
また、被測定液の屈折率を１．４程度と想定し、またプリズム１１２としてゲルマニウムを用いた場合、全反射の臨界角は２０．５度となる。
そして、カセグレン鏡１１６のＮＡをそれぞれ約１０度大きくとると、該カセグレン鏡１１６の開口角は６０度となるため、プリズムの円錐角も６０度に設定した。
【００４９】
この結果、曲率半径が３mmのプリズム１１２を円錐角６０度に形成することにより、優れた全反射測定能を得ることができた。
図５には本実施態様にかかる全反射測定装置による測定結果が示されている。
本分析系では、水溶液の温度と赤外光吸収度の相関を検証する目的で、被測定液として水を用い、水温を２４〜７５゜Ｃで変化させる条件とした。
同図より明らかなように、本実施態様にかかる全反射測定装置によれば、被測定液の温度を変化させても、その赤外光吸収度の変化を適正に把握することができる。
【００５０】
以上のように、本実施態様にかかる全反射測定装置によれば、全反射プリズム１１２を電極として作用させているため、電極面となる平頭面１１２ａにおいて全反射測定ができ、平頭面１１２ａに誘引された荷電物質を正確かつ容易に全反射測定することが可能となる。
しかも、試料セル１１１内の被測定液１１０の温度情報を検知手段１１５によりリアルタイムに採取することと、該検知手段１１５から出力される被測定液１１０の温度が所定温度を保つように制御手段１１７により温度制御を行うため、温度変化を生じる環境下にあっても安定した測定結果を得ることができる。
【００５１】
また、弾性Ｏリング１４１を介して試料セル１１０内周面にコーン状保持枠１８０がしっかりはめ合わされるため、試料セル１１１内を実質的に気密とすることができる。
それによって、温度変化を生じる環境下にあっても、その外気の影響を直接的に受けることはなくなり、被測定液１１０の温度制御は容易となる。
【００５２】
また、被測定液１１０が長時間加熱された場合であっても、容易に蒸発してしまうのを防ぐことができる。
それによって、被測定液１１０として水溶液だけではなく、該水溶液より揮発性の高い有機溶媒を用いることもできる。
また、試料セル１１１とコーン状保持枠１８０は、弾性Ｏリング１４１を介在させるため、コーン状保持枠１３４の材質と試料セル１１１の構成材質が異なり、両者の膨張係数が相違した場合であっても、温度変化に伴う両者の膨張度の相違を弾性Ｏリング１４１が吸収し、試料セルと全反射プリズムに応力歪みを与えることがない。
【００５３】
なお、前記実施態様においてはＡＴＲプリズム自体を誘引電極部として用いたが、プリズムの全反射面に接触させて金属ワイヤーのグリッド電極を配置すること、あるいはプリズムの全反射面に金属グリッドをメッキして電極とすること等も可能である。
また、前記実施態様においては、ＡＴＲプリズムの形状を先端が平頭な円錐状としたが、該形状は試料が液体の場合に好適であり、試料がゼリー状等の半固体の場合には、ＡＴＲプリズムの形状を半球状に形成することが好適である。
また、前記実施態様において、試料セルを被測定試料が入れられる凹部が設けられたものとしたが、フローセルにも適用することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明にかかる全反射測定装置によれば、試料セル内の被測定試料の温度情報を検知手段によりリアルタイムに採取することと、該検知手段から出力される被測定試料の温度が所定温度を保つように制御手段により温度制御を行うこととしたので、温度変化を生じる環境下にあっても安定した測定結果を得ることができる。
また、前記全反射測定装置において、全反射プリズムの平面あるいは平頭面を表出した状態で先端部に固定する保持枠を備え、試料セルの内周面には弾性Ｏリングが設置され、該弾性Ｏリングを介して試料セル内周面に保持枠がしっかりはめ合わされることにより、試料セル内を実質的に気密とすることができる。
それによって、温度変化を生じる環境下にあっても、その外気の影響を直接的に受けることはなくなり、被測定試料の温度制御は容易となる。
また、被測定試料が長時間加熱された場合であっても、容易に蒸発してしまうのを防ぐことができる。
それによって、被測定試料として水溶液だけではなく、該水溶液より揮発性の高い有機溶媒を用いることもできる。
また、試料セルと保持枠は、弾性Ｏリングを介在させることにより、保持枠の材質と試料セルの構成材質が異なり、両者の膨張係数が相違した場合であっても、温度変化に伴う両者の膨張度の相違を前記弾性Ｏリングが吸収し、試料セルと全反射プリズムに応力歪みを与えることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】全反射測定原理の説明図である。
【図２】本発明の一実施態様にかかる全反射測定装置の概略構成図である。
【図３】図３に示した全反射測定装置に用いられる試料セル近傍の縦断面図である。
【図４】図３に示した全反射測定装置に用いられる試料セルの上面図である。
【図５】図３に示した全反射測定装置による測定結果の１例である。
【符号の説明】
１１０被測定液
１１１試料セル
１１２全反射プリズム
１１３ホットステージ（加熱冷却手段）
１１４電界型全反射顕微鏡
１１５検知手段
１１７制御手段
１１９ステージ
１３４コーン状保持枠
１４１弾性Ｏリング[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a total reflection measuring apparatus, and more particularly to a total reflection measuring apparatus suitably used for measuring a liquid sample.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, in order to obtain various kinds of optical information of a liquid sample containing charged particles, a method of separating components in the sample by electrophoresis and measuring the transmitted light of the separated sample by, for example, infrared spectroscopy is well known. is there.
On the other hand, for example, the structure of a protein is interested from the correlation with the function of a living body, and analyzing the structural change in an aqueous solution state is also important in terms of function.
[0003]
However, when the sample to be measured is an aqueous solution, for example, when optical information of the aqueous solution is obtained by infrared spectroscopy, it is extremely difficult to perform infrared light transmission measurement because water has very strong absorption in the infrared region. Have difficulty.
That is, in order to reduce the influence of infrared light absorption by water, the thickness of the cell in the direction in which light is transmitted must be reduced.
[0004]
However, if the thickness of the cell is reduced, interference due to multiple reflection occurs on the inner surface of the cell, and the measurement spectrum is distorted, so that an accurate measurement result cannot be obtained.
Therefore, conventionally, a total reflection measurement method (ATR method) that does not require light transmission for liquid use can be considered for measurement of a liquid sample.
The principle of total reflection measurement will be described with reference to FIG.
[0005]
In the figure, the refractive index n of the sample 10 to be measured is placed on the sample 10 to be measured.₂Refractive index n greater than₁ATR hemispherical prism 12 or ATR triangular prism prism 12 is mounted, and a light beam having a wavelength λ is incident on the prism 12 from the outside.
When the incident angle θ from the prism 12 to the sample 10 to be measured is made larger than the critical angle, the incident light is totally reflected by the critical surfaces of the sample 10 to be measured and the prism 12. Light speed enters slightly.
[0006]
If the penetration depth dp is defined as a depth at which the light intensity is 1 / e, the depth dp is expressed by the following formula 1 in the case of the wavelength λ.
[Expression 1]
dp = λ / [2πn₁{(Sin²θ− (n₂/ N₁)²)}^1/2]
Therefore, when the sample 10 to be measured absorbs light, the light totally reflected on the critical surface is reduced accordingly.
[0007]
By analyzing the characteristics of the total reflection light at the critical surface of the sample to be measured 10 and the prism 12, even when the sample to be measured 10 exhibits a very strong absorption of infrared light like a liquid sample, Optical information can be obtained from the sample 10 to be measured.
The incident and reflected light on the total reflection prism is collected by the Cassegrain mirror, and is transmitted through the prism by the Cassegrain mirror in the incident and reflection angle range. Therefore, the total reflection measurement of the sample to be measured can be performed only by bringing the flat surface or the flat surface of the prism into contact with the sample to be measured. For example, even if a droplet or the like is the sample to be measured, it is extremely easy. Total reflection measurement can be performed.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the infrared light absorption spectrum in the solution system slightly changes in intensity and peak position with a change in structure in the solution with respect to a slight temperature change.
For this reason, in order to strictly measure the temperature dependence of the infrared absorption spectrum of the solution, for example, measurement of the thermal change of the protein structure requires precise temperature detection and temperature control in the solution.
In the conventional method, no measures are taken for temperature control and temperature detection of the solution in the cell, and an accurate measurement result cannot be obtained.
[0009]
The present invention has been made in view of the circumstances of the prior art, and an object of the present invention is to provide a total reflection measuring and measuring apparatus capable of easily obtaining temperature information of a liquid sample and appropriately controlling the temperature.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a total reflection measuring apparatus according to the present invention includes a Cassegrain mirror, a total reflection prism, a sample cell, a heating / cooling unit, a detection unit, a control unit,A holding frame, an elastic O-ring,It is provided with.
  The Cassegrain mirror has a Cassegrain primary mirror and a Cassegrain secondary mirror, condenses the light reflected in the order of the secondary mirror and the primary mirror on the sample to be measured, and totally reflects the light in the order of the primary mirror and the secondary mirror. Get reflected.
[0011]
The total reflection prism is disposed at the lower part of the Cassegrain mirror, and is formed in a hemispherical shape or a conical shape having a flat-headed tip, and the hemispherical plane or the conical flat-faced surface is a condensing position of the Cassegrain mirror. Be placed.
The sample cell is provided with a concave portion having a slightly larger inner diameter than the outer diameter of the hemispherical flat surface or conical flat surface of the total reflection prism, and the sample to be measured is a hemispherical shape of the total reflection prism. It consists of a heat conductive material put in contact with a flat or conical flat head surface.
[0012]
  The heating / cooling means heats and cools the sample cell.
  The detection means detects the temperature information of the sample to be measured in the sample cell in real time.
  The control means raises and lowers the temperature of the heating / cooling means, and performs temperature control so that the measured sample temperature in the sample cell output from the detection means maintains a predetermined temperature.
  The holding frame holds the total reflection prism so that the tip of the total reflection prism becomes a light condensing position of the Cassegrain mirror in a state where the tip of the total reflection prism is exposed.
  The elastic O-ring is interposed between the sample cell recess and the holding frame, absorbs strain due to a difference in thermal expansion between the sample cell and the holding frame, and is substantially hermetically sealed in the sample cell. It shall be for
  In the present invention, the holding frame has a cone shape, the elastic O-ring is provided on the inner periphery of the sample cell recess, and the inner periphery of the sample cell recess and the cone shape are provided via the elastic O-ring. It is preferable that the holding frame is fitted.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The total reflection measuring apparatus according to the present invention collects the temperature information of the sample to be measured in the sample cell in real time by the detection means, and keeps the temperature of the sample to be measured output from the detection means at a predetermined temperature. Since temperature control is performed by the control means, it is possible to obtain a stable measurement result even in an environment where temperature changes occur.
[0014]
The total reflection measuring device further includes a holding frame that is fixed to the tip portion in a state where the flat or flat head surface of the total reflection prism is exposed, and an elastic O-ring is installed on the inner peripheral surface of the sample cell. By firmly fitting the holding frame to the inner peripheral surface of the sample cell via the O-ring, the inside of the sample cell can be made substantially airtight. As a result, even under an environment in which a temperature change occurs, it is not directly affected by the outside air, and the temperature control of the sample to be measured becomes easy.
[0015]
Further, even when the sample to be measured is heated for a long time, it is possible to prevent the sample from being easily evaporated.
As a result, not only an aqueous solution but also an organic solvent having higher volatility than the aqueous solution can be used as a sample to be measured.
[0016]
In addition, the sample cell and the holding frame have an elastic O-ring interposed, so that the material of the holding frame and the constituent material of the sample cell are different, and even if the expansion coefficients of both are different, The elastic O-ring absorbs the difference in the degree of expansion and does not give stress strain to the sample cell and the total reflection prism.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 3 shows a schematic configuration of a total reflection measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, and a portion corresponding to FIG.
In the present embodiment, a case where an electric field type is assumed as the total reflection measuring apparatus and a case where optical information of a liquid sample containing charged particles is obtained by the electric field type total reflection measuring apparatus will be described.
[0018]
The total reflection measuring microscope 114 shown in FIG. 1 includes a Cassegrain mirror 116, an ATR prism 112 that itself constitutes an attracting electrode section, an electrode connecting section 118, a counter electrode section 120, a sample cell 111, and a sample in FIG. A heating / cooling unit including a hot stage 113 disposed below the cell 111, a detection unit 115, a control unit 117, and a stage 119 disposed below the hot stage 113 in FIG.
In other words, the Cassegrain mirror 116 includes a Cassegrain primary mirror 122 made of a concave mirror having a hole 122a formed in the center thereof, and a Cassegrain secondary mirror 124 made of a convex mirror having a smaller diameter than the Cassegrain primary mirror 122, with a central axis C. They are arranged opposite to each other.
[0019]
On the other hand, the total reflection prism 112 is formed in a substantially conical shape, and the tip thereof forms a flat head surface 112a.
The Cassegrain primary mirror 122 is bonded and fixed to the primary mirror holding member 126.
On the other hand, the Cassegrain secondary mirror 124 is held by the secondary mirror holding member 128 so as not to obstruct the optical path.
The primary mirror holding member 126 is screwed to the outer frame 130 so as to be movable up and down, and can be fixed by tightening a fixing screw 132 at an arbitrary screwing position.
[0020]
The secondary mirror holding member 128 is similarly held by the optical axis adjusting screw 132 with respect to the outer frame 130. By adjusting the optical axis adjusting screw 132, the Cassegrain secondary mirror 124 is orthogonal to the optical axis. The position can be adjusted on the surface.
Accordingly, by changing the screwed state of the outer frame 130 and the primary mirror holding member 126, the relative distance between the primary mirror 122 and the secondary mirror 124 is changed, and further, the optical axis adjusting screw 132 is adjusted, whereby the primary mirror The optical axes of 122 and the secondary mirror 124 can be made to coincide.
[0021]
The prism 112 is bonded and fixed to the tip of the cone-shaped holding frame 134 with the flat head surface of the prism 112 exposed, and the cone-shaped holding frame 134 is attached to the holder 136 with the optical axis by the adjusting screw 132. It is held so that its position can be changed on an orthogonal plane.
[0022]
The holder 136 is screwed to the outer frame 130 so as to be movable up and down, and the prism 112 can be positioned at any vertical position by tightening the positioning screw 140.
The total reflection prism 112 is made of a conductive semiconductor material.
That is, as a general ATR prism, ZnSe is used because the refractive index of the aqueous solution is small. However, the ZnSe is an insulating material and cannot function as an attracting electrode part.
[0023]
Note that germanium is suitable as the semiconductor material.
The sample cell 111 is made of a material having high thermal conductivity, and is provided with a recess having a slightly larger inner diameter than the outer diameter of the flat head surface of the total reflection prism 112, and the measured liquid 110 is in the flat head surface in the recess. It is put in contact with.
Further, the hot stage 113 raises and lowers the temperature of the measured liquid 110 in the sample cell 111 by heating and cooling the sample cell 111 made of a material having high thermal conductivity.
[0024]
The detecting means 115 has a temperature sensing part immersed in the measured liquid 110 in the sample cell 11 and detects temperature information of the measured liquid in real time by the temperature sensitive part.
In addition, the control means 117 controls the temperature of the hot stage 113 to increase and decrease so that the temperature of the measured liquid 110 in the sample cell 111 output from the detection means 125 is maintained at a predetermined temperature.
[0025]
Further, the stage 119 moves up and down to adjust the horizontal position of the sample cell 111, so that the distance between the flat head surface 112a of the total reflection prism 112 and the electrode end surface 120a of the counter electrode 120, that is, the distance between the electrodes, is the characteristic of the sample. And a suitable distance according to the applied voltage.
In addition, the material of the sample cell 111 should just be a thing with high heat conductivity, and brass etc. are suitable.
[0026]
FIG. 4 shows a longitudinal sectional view of the vicinity of the sample cell 111 used in this embodiment, and FIG. 5 shows a top view of the sample cell 111 used in this embodiment.
In this embodiment, the detection means 115 includes an alumel-chromel thermocouple 121 and a temperature monitor 123, and the temperature information of the measured liquid 110 output from the thermocouple 121 is monitored by the temperature monitor 123 in real time.
[0027]
The electrode connection portion 118 includes an ohmic contact film 142 and a lead wire 142a. As shown in FIG. 4, the ohmic contact film 142 is attached and plated on the conical surface of the total reflection prism 112.
Further, a lead wire 146 a extending from one pole of the power supply 144 is connected to the ohmic contact film 142 through a hole formed in the cone-shaped holding frame 134.
[0028]
The lead wire 146a is fixed to the cone-shaped holding frame 134 with an adhesive 148.
That is, since the prism 112 is a semiconductor material, even if the lead wire 146a is directly connected, the total reflection prism 112 is not directly used as an electrode.
Therefore, the ohmic contact film 142 is provided as a connection medium between the prism 112 and the lead wire 146a.
[0029]
Here, germanium used for the prism 112 is generally an n-type or p-type semiconductor.
In the case of n-type, it is preferable to use Sn as the material of the ohmic contact film 142, and in the case of p-type, Au or In is preferably used.
[0030]
The sample cell 111 is provided with a concave portion 111a having a slightly larger inner diameter than the outer diameter of the flat head surface 112a of the prism 112, and the measured liquid 110 containing charged particles is placed in the concave portion 111a of the sample cell 111. Yes.
Then, the flat head surface 112a of the prism 112 is slightly immersed in the measured liquid 110 placed in the recess 111a of the sample cell 111.
[0031]
In addition, a columnar counter electrode portion 120 is provided at a position facing the total reflection prism 112, and the planar electrode end surface 120 a of the counter electrode portion 120 is parallel to the flat head surface 112 a of the total reflection prism 112. Has been placed.
That is, the counter electrode portion 112 is immersed on the sample cell 111 in the liquid to be measured 110 placed in the recess 111 a of the sample cell 111 via the disc 125 made of an insulating material, and the plane of the counter electrode portion 120 is The electrode end surface 120 a is arranged so as to be parallel to the flat head surface 112 a of the total reflection prism 112.
The counter electrode unit 120 is connected to the other pole of the power supply 115 via a lead wire 146b.
[0032]
A hole 127 penetrating from the side surface of the sample cell 111 is provided, and a reference electrode portion 129 is fitted into the hole 127 via a cylindrical member 131 made of an insulating material. 110. The voltage applied to the measured liquid 110 is monitored in real time by the reference electrode portion 139 through the flat head surface 112a of the prism 112 and the electrode end surface 120a of the counter electrode portion 120.
A hole 131 penetrating from the side surface of the sample cell 111 is provided, and the lead wire 133 of the counter electrode portion 120 is fitted into the hole 131 via a cylindrical member 135 made of an insulating material.
[0033]
A hole 137 penetrating from the upper surface and the inner surface of the sample cell 111 is provided, and the thermocouple 121 of the detection means 115 is inserted into the hole 137 and is immersed in the measured liquid 110 in the sample cell 111.
A groove 139 is provided on the inner peripheral surface of the sample cell 111 over the entire circumference, and an elastic O-ring 141 is provided in the groove 139. The holding frame 180 is firmly fitted to the inner peripheral surface of the sample cell 111 via the elastic O-ring 141, so that the inside of the sample cell 111 is substantially airtight.
The counter electrode 120 may be made of any material that is stable when an electric field is applied, and Au, carbon, or the like is preferable.
[0034]
The cylindrical members 131 and 135 are preferably made of an insulating material such as ceramic or plastic.
The total reflection measuring apparatus 114 according to this embodiment is configured as described above, and the operation thereof will be described next.
[0035]
First, as described above, the sample cell 111 is placed on the hot stage 113 so that the flat head surface 112a of the prism 112 and the electrode end surface 120a of the counter electrode portion 120 are arranged to face each other in parallel.
Note that the counter electrode portion is preferably placed on the sample cell 111 via a disc 125 made of an insulating material.
That is, the distance between the flat head surface 112a of the prism 112 and the electrode end surface 120a of the counter electrode portion 120, that is, the distance between the electrodes is adjusted by changing the thickness of the circular plate 125 so that it is usually about 300 to 500 μm. Yes.
[0036]
In addition, when the counter electrode unit 120 is in direct contact with the sample cell 111, if the sample cell has conductivity, an electrode is formed, and measurement charged particles are attracted to the inner surface of the sample cell 111. Because.
Further, it is preferable that the outer shape of the disc 125 is larger than the outer shape of the electrode end surface 120a of the counter electrode portion 120.
[0037]
That is, when the counter electrode unit 120 is placed on the disc 125, if the electrode end surface on the back side is in contact with the liquid 110 to be measured, the measurement charged particles are attracted to the electrode end surface. is there.
Then, the measurement liquid 110 containing charged particles is dropped into the recess 111 a of the sample cell 111, and the counter electrode part 120 is immersed in the measurement liquid 110.
[0038]
On the other hand, the Cassegrain mirror 116 and the prism 112 are also positioned. Then, the height of the stage 119 of the microscope is adjusted, and the flat head surface 112a of the prism 112 is slightly immersed in the liquid surface of the liquid 110 to be measured that has been dropped into the recess 111a of the sample cell 111.
Therefore, the liquid to be measured 110 is sandwiched between the flat head surface 112a and the electrode end surface 120a arranged to face each other.
[0039]
In this state, a current flows from the power source 115, the flat head surface 112 a of the prism 112 serves as one electrode, and the electrode end surface 120 a of the counter electrode unit 120 serves as the other electrode, and a voltage is applied to the measured liquid 110.
For this reason, the substance containing the charged particles in the measured liquid 110 is attracted to the electrodes having the opposite polarities.
[0040]
Therefore, by setting the electrode on the flat head surface 112 of the prism 112 to a polarity opposite to the polarity of the substance to be measured, the measured liquid 110 can be attracted to the flat head surface 112a.
In FIG. 3, the light beam emitted from the infrared light source 150 is guided to the Michelson interferometer 152 to generate infrared interference light, which is reflected by the fixed mirror 154 to form the incident light 156. .
[0041]
Incident light 156 is irradiated onto the liquid under measurement 110 via the Cassegrain secondary mirror 124, the Cassegrain main mirror 122, and the prism 112, and total reflected light 158 from the critical surfaces of the liquid under measurement 110 and the prism 112 is formed. .
Total reflected light 158 is reflected by fixed mirror 160, its light intensity is detected by MCT detector 162, and the detection signal is supplied to signal processing device 164.
[0042]
On the other hand, the laser light emitted from the laser 166 is guided to the Michelson interferometer 152, the laser interference light is generated, the light intensity is detected by the photodiode 168, and the detection signal is used as a sampling signal as the signal processing device 164. To supply.
The signal processing device 164 reads the light intensity signal from the MCT detector 162 in synchronization with the sampling signal, performs known signal processing to obtain an infrared absorption spectrum, and causes the recorder 170 to output it.
[0043]
Here, the temperature information of the liquid to be measured 110 in the sample cell 111 is collected in real time by the detection means, and the control means 117 so that the temperature of the liquid to be measured 110 output from the detection means 115 is kept at a predetermined temperature. Therefore, stable measurement results can be obtained even in an environment where temperature changes occur.
[0044]
Further, since the cone-shaped holding frame 180 is firmly fitted to the inner peripheral surface of the sample cell 111 via the elastic O-ring 141, the inside of the sample cell 111 can be substantially airtight.
As a result, even under an environment in which a temperature change occurs, it is not directly affected by the outside air, and the temperature control of the sample to be measured becomes easy.
Further, even when the measured liquid 110 is heated for a long time, it can be prevented from easily evaporating.
[0045]
Further, not only an aqueous solution but also an organic solvent having higher volatility than the aqueous solution can be used as a sample to be measured.
In addition, since the sample cell 111 and the cone-shaped holding frame 134 interpose the elastic O-ring 141, the material of the cone-shaped holding frame 134 and the constituent material of the sample cell 111 are different, and the expansion coefficients of both are different. However, the elastic O-ring 141 absorbs the difference in expansion between the two due to the temperature change, and the sample cell 111 and the total reflection prism 112 are not stress-strained.
[0046]
A mask 172 is provided below the Cassegrain sub-mirror 124, and the mask 172 blocks light rays having an incident angle smaller than the critical angle of total reflection of the prism 112.
As described above, it is possible to perform total reflection measurement of the measurement charged substance attracted to the flat head surface 112a of the prism 112.
In order to attract the measurement charged substance to the flat head surface 112a of the prism 112 efficiently and accurately, it is preferable to use an insulating material such as plastic for the cone-shaped holding frame 134.
That is, when the cone-shaped holding frame 134 is in contact with the liquid 110 to be measured even if it is slightly conductive, the cone-shaped holding frame 134 becomes an electrode, and the cone-shaped holding frame 134 also has a measurement charged substance. Because it will be attracted.
[0047]
Similarly, it is preferable to use an insulating material such as ceramic or plastic for the cylindrical members 131 and 135.
In the total reflection measuring apparatus according to this embodiment described above, germanium, which is an n-type semiconductor, is used for the prism 112, and Sn is deposited on the conical surface as an ohmic contact film 142 by about 1 micron by vacuum deposition.
Further, the diameter of the flat head surface 112a of the prism 112 is 1 mm, the diameter of the electrode end surface 120a of the counter electrode portion 120 is 2 mm, and the horizontal position of the electrode end surface 120a is set to a position 1 mm lower than the surface position of the measurement sample. As a result, the measurement sample containing charged particles was efficiently attracted to the flat head surface 112a.
[0048]
In addition, by moving the stage 119 of the microscope up and down and adjusting the horizontal position of the sample cell 111, the distance between the flat head surface 112a and the electrode end surface 120a, that is, the distance between the electrodes depends on the characteristics of the sample and the applied voltage. It is possible to set a suitable distance.
When the refractive index of the liquid to be measured is assumed to be about 1.4 and germanium is used as the prism 112, the critical angle of total reflection is 20.5 degrees.
When the NA of the Cassegrain mirror 116 is about 10 degrees larger, the opening angle of the Cassegrain mirror 116 is 60 degrees, so the cone angle of the prism is also set to 60 degrees.
[0049]
As a result, it was possible to obtain an excellent total reflection measuring ability by forming the prism 112 having a curvature radius of 3 mm at a cone angle of 60 degrees.
FIG. 5 shows a measurement result obtained by the total reflection measuring apparatus according to this embodiment.
In this analysis system, for the purpose of verifying the correlation between the temperature of the aqueous solution and the infrared light absorbance, water was used as the liquid to be measured, and the water temperature was changed from 24 to 75 ° C.
As is clear from the figure, according to the total reflection measuring apparatus according to the present embodiment, even if the temperature of the liquid to be measured is changed, the change in the infrared light absorbance can be properly grasped.
[0050]
As described above, according to the total reflection measuring apparatus according to the present embodiment, since the total reflection prism 112 acts as an electrode, total reflection measurement can be performed on the flat head surface 112a serving as the electrode surface, and the flat head surface 112a is attracted. It is possible to accurately and easily measure the total reflection of the charged substance.
In addition, the temperature information of the liquid 110 to be measured in the sample cell 111 is collected in real time by the detection means 115, and the control means 117 so that the temperature of the liquid 110 to be measured output from the detection means 115 maintains a predetermined temperature. Therefore, stable measurement results can be obtained even in an environment where temperature changes occur.
[0051]
Further, since the cone-shaped holding frame 180 is firmly fitted to the inner peripheral surface of the sample cell 110 via the elastic O-ring 141, the inside of the sample cell 111 can be substantially airtight.
As a result, even under an environment that causes a temperature change, it is not directly affected by the outside air, and the temperature control of the measured liquid 110 becomes easy.
[0052]
Further, even when the measured liquid 110 is heated for a long time, it can be prevented from easily evaporating.
Thereby, not only the aqueous solution but also an organic solvent having higher volatility than the aqueous solution can be used as the liquid 110 to be measured.
In addition, since the sample cell 111 and the cone-shaped holding frame 180 have the elastic O-ring 141 interposed therebetween, the material of the cone-shaped holding frame 134 and the constituent material of the sample cell 111 are different, and the expansion coefficients thereof are different. However, the elastic O-ring 141 absorbs the difference in expansion between the two due to the temperature change and does not give stress strain to the sample cell and the total reflection prism.
[0053]
In the above embodiment, the ATR prism itself is used as the attracting electrode portion. However, a metal wire grid electrode is disposed in contact with the total reflection surface of the prism, or a metal grid is plated on the total reflection surface of the prism. It can also be used as an electrode.
In the above embodiment, the shape of the ATR prism is a conical shape having a flat tip, but this shape is suitable when the sample is a liquid, and when the sample is a semi-solid such as a jelly, It is preferable to form the prism in a hemispherical shape.
In the above-described embodiment, the sample cell is provided with the recess for receiving the sample to be measured. However, the present invention can also be applied to the flow cell.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the total reflection measurement apparatus of the present invention, the temperature information of the sample to be measured in the sample cell is collected in real time by the detection unit, and the sample to be measured output from the detection unit Since temperature control is performed by the control means so that the temperature is kept at a predetermined temperature, a stable measurement result can be obtained even in an environment in which a temperature change occurs.
The total reflection measuring device further includes a holding frame that is fixed to the tip portion in a state where the flat or flat head surface of the total reflection prism is exposed, and an elastic O-ring is installed on the inner peripheral surface of the sample cell. By firmly fitting the holding frame to the inner peripheral surface of the sample cell via the O-ring, the inside of the sample cell can be substantially airtight.
As a result, even under an environment in which a temperature change occurs, it is not directly affected by the outside air, and the temperature control of the sample to be measured becomes easy.
Further, even when the sample to be measured is heated for a long time, it can be prevented from easily evaporating.
Thereby, not only an aqueous solution but also an organic solvent having higher volatility than the aqueous solution can be used as a sample to be measured.
In addition, the sample cell and the holding frame have an elastic O-ring interposed, so that the material of the holding frame and the constituent material of the sample cell are different, and even if the expansion coefficients of both are different, The elastic O-ring absorbs the difference in the degree of expansion and does not give stress strain to the sample cell and the total reflection prism.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle of total reflection measurement.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a total reflection measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a longitudinal sectional view in the vicinity of a sample cell used in the total reflection measuring apparatus shown in FIG.
4 is a top view of a sample cell used in the total reflection measuring apparatus shown in FIG.
5 is an example of a measurement result obtained by the total reflection measuring apparatus shown in FIG.
[Explanation of symbols]
110 Liquid to be measured
111 Sample cell
112 Total reflection prism
113 Hot stage (heating and cooling means)
114 Electric field type total reflection microscope
115 Detection means
117 Control means
119 stage
134 Cone-shaped holding frame
141 Elastic O-ring

Claims

A Cassegrain that has a Cassegrain primary mirror and a Cassegrain secondary mirror, collects the light reflected in the order of the secondary mirror and primary mirror on the sample to be measured, and reflects the total reflected light in the order of the primary mirror and secondary mirror With a mirror,
A total reflection prism arranged at the lower part of the Cassegrain mirror, formed in a hemispherical shape or a conical shape with a flat tip, and arranged such that the hemispherical plane or the conical shaped flat head surface is a condensing position of the Cassegrain mirror When,
A concave portion having a slightly larger inner diameter is provided in comparison with the outer diameter of the hemispherical plane or conical flat surface of the total reflection prism, and the sample to be measured is a hemispherical plane or conical shape of the total reflection prism. A sample cell made of a heat conductive material placed in contact with the flat head surface of
Heating and cooling means for heating and cooling the sample cell;
Detection means for detecting in real time the temperature information of the sample to be measured in the sample cell;
Control means for raising and lowering the temperature of the heating and cooling means and performing temperature control so that the measured sample temperature in the sample cell output by the detection means maintains a predetermined temperature;
A holding frame for holding the total reflection prism so that the total reflection prism front end is located at the condensing position of the Cassegrain mirror in a state where the total reflection prism front end is exposed;
Elasticity O interposed between the sample cell recess and the holding frame to absorb strain due to a difference in thermal expansion between the sample cell and the holding frame and to make the inside of the sample cell substantially airtight. Ring,
A total reflection measuring device comprising:

In the total reflection measuring apparatus of Claim 1,
The holding frame is cone-shaped,
The elastic O-ring is provided on the inner periphery of the sample cell recess,
The total reflection measuring apparatus , wherein the inner periphery of the sample cell recess and the cone-shaped holding frame are fitted via the elastic O-ring .