JP5333158B2 - 液体試料配置機構、それを用いた屈折率測定装置及び屈折率測定方法 - Google Patents
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図4は、従来の屈折率測定装置の一例を示す概略構成図である。
屈折率測定装置101は、設定波長(例えば、546.1nm)の光を設定方向に出射する光源10と、液体試料Sが収容されるVブロックプリズム130と、設定波長の光を受光するセンサ20と、屈折率測定装置101全体を制御するコンピュータ(制御部)140とを備える。
なお、光源10に原点を有したXYZ座標系を定義して、光源10からの光の出射方向をX方向とし、Y方向はX方向に垂直である水平方向とし、Z方向はX方向に垂直である上下方向とする。
このような構成において、スペクトル光源11で出射された光は、集光レンズ12と、干渉フィルタ13と、集光レンズ14と、入口スリット15と、コリメータレンズ16とをこの順に通過して、X方向に向かう設定波長の平行光束とされることになる。
これにより、屈折率測定装置101内の所定の位置に液体試料Sが配置されていると、液体試料Sに平行光束がX方向から照射されるようになっている。
このような構成において、X方向に対して角度i’に進行する光が、テレメータレンズ21と、出口スリット22と介して光電子増倍管23に集光されるようにすることができ、その結果、X方向に対する光の進行方向の角度i’をセンサ20で検出することができる。
これにより、屈折率測定装置101内の所定の位置に配置された液体試料Sを透過した後の光の進行方向の角度i’を検出することができるようになっている。
Vブロックプリズム130は、頂角90°のV字形状の溝130aが上面で左右方向に右側面から左側面まで走るように形成された光透過性(屈折率N)の直方体130bと、直方体130bの右側面で溝130aを塞ぐように形成された右側壁130cと、直方体130bの左側面で溝130aを塞ぐように形成された左側壁130dとを有する。
このような直方体130bの大きさは、例えば、20mm×36mm×28mmとなり、上面からの溝130aの深さは、例えば、16mmとなっており、測定をする際には溝130a内に1cm3〜3cm3の液体試料Sを三角柱形状に収容することができるようになっている。
また、Vブロックプリズム130は、溝130aがY方向から見るとV字形状となり、かつ、光の行路上に配置されるように、屈折率測定装置101内の所定の位置に取り付け取り外しが可能となっている。つまり、光が液体試料Sの内部に入射する入射面の角度が45°となり、光が液体試料Sの内部から出射する出射面の角度が−45°となるようになっている。
これにより、直方体130bの屈折率Nと、空気の屈折率(1.0)とは一定であるので、X方向からの平行光束が、液体試料Sと直方体130bとを透過した後、液体試料Sの屈折率nの大きさに応じて、光の進行方向が角度i’に変化することになる。
CPU41が処理する機能をブロック化して説明すると、光源10とセンサ20とを制御する光学系制御部41aと、液体試料Sの屈折率nを算出する算出部41bとを有する。
また、メモリ42には、液体試料Sの屈折率nを算出するための下記式(A)と、Vブロックプリズム130の屈折率Nとが予め記憶されている。
例えば、X方向から平行光束を液体試料Sに照射し、液体試料SとVブロックプリズム130とを透過した後の光の進行方向の角度i’が何度になるかをセンサ20で検出する。
算出部41bは、メモリ42に予め記憶された式(A)と屈折率Nと、光学系制御部41aで取得された角度i’とを用いて、液体試料Sの屈折率nを算出する制御を行う。
また、複数の種類の液体試料Sの屈折率nを測定するためには、一の液体試料Sの屈折率nを算出した後には、屈折率測定装置101内の所定の位置からVブロックプリズム130を取り外し、Vブロックプリズム130の溝130a内を洗浄して、Vブロックプリズム130の溝130a内に、二の液体試料Sを収容して、屈折率測定装置101内の所定の位置にVブロックプリズム130を取り付けるという必要があり、非常に手間と時間とがかかった。
さらに、屈折率測定装置101内の所定の位置にVブロックプリズム130を正確に取り付けなければ、液体試料Sの屈折率nを正確に算出することができなかった。
そこで、本発明は、測定中に液体試料が蒸発していくことを防止するとともに、屈折率測定装置内の所定の位置に一度配置したVブロックプリズムを取り外したり取り付けたり洗浄したりすることをなくすことができる液体試料配置機構、それを用いた屈折率測定装置及び屈折率測定方法を提供することを目的とする。
本発明の液体試料配置機構によれば、液体試料が収容されるセルと、セルが載置されるVブロックプリズムとを備える。
そして、セルは、本体部と、本体部に取り付け取り外し可能な蓋部とを有するので、測定中には蓋部を取り付けることにより、液体試料が蒸発していくことを防止することができる。
また、本発明の液体試料配置機構では、複数の種類の液体試料の屈折率を測定するためには、セルを交換すればよいので、Vブロックプリズムは、屈折率測定装置内の所定の位置に一度配置すれば配置したままでよくなる。
また、上記の発明において、前記Vブロックプリズムは、頂角90°のV字形状の溝が形成されており、前記セルは、正方形の底面と、光透過性の4面の側壁とを有するようにしてもよい。
本発明の液体試料配置機構によれば、セルは、正方形の底面と光透過性の4面の側壁とを有するので、分光光度計に使用されるセルを用いることができる。
本発明の屈折率測定方法によれば、セルの側壁の表面状態(スリ面、研磨面等)の影響を抑えることができるので、液体試料の屈折率を高精度で算出することができる。
本発明の屈折率測定方法によれば、セルは、正方形の底面と光透過性の4面の側壁とを有するので、分光光度計に使用されるセルを用いることができるが、計算の精度への影響(頂角誤差による影響、セルの側壁の平行度の誤差による影響等)が心配されるけれど、分光光度計に使用されるセルを用いても、4ヶ所の頂角位置で測定して平均値を算出するので、液体試料の屈折率を高精度で算出することができる。
屈折率測定装置1は、設定波長(例えば、546.1nm)の光を設定方向に出射する光源10と、液体試料Sを配置するための液体試料配置機構30と、設定波長の光を受光するセンサ20と、屈折率測定装置1全体を制御するコンピュータ(制御部)40とを備える。
なお、光源10に原点を有したXYZ座標系を定義して、光源10からの光の出射方向をX方向とし、Y方向はX方向に垂直である水平方向とし、Z方向はX方向に垂直である上下方向とする。
液体試料配置機構30は、石英セル50とVブロックプリズム31とを備える。
石英セル50は、液体試料Sを収容する本体部51と、本体部51に取り付け取り外し可能な蓋部52とを有する。
本体部51は、光透過性(屈折率Ns)の4面の側壁51a〜51dと、側壁51a〜51dの下部に形成された正方形の底面51eとからなる。本体部51の大きさは、例えば、12.5mm×12.5mm×45mmとなり、側壁51a〜51dの厚さは、1.25mmとなっており、測定をする際には本体部51内に2cm3〜3.5cm3の液体試料Sを四角柱形状に収容することができるようになっている。
蓋部52は、側壁51a〜51dの上部に取り付け取り外し可能となっている。これにより、測定中に液体試料Sが蒸発していくことを防止することができるとともに、石英セル50を横にしても、石英セル50内から液体試料Sがこぼれないようになっている。
なお、このような石英セル50は、分光光度計に使用されることもできるようになっている。
また、Vブロックプリズム31は、溝31aがY方向から見るとV字形状となり、かつ、光の行路上に配置されるように、屈折率測定装置1内の所定の位置に取り付け取り外しが可能となっている。つまり、光が溝31aに入射する入射面の角度が45°となり、光が溝31aから出射する出射面の角度が−45°となるようになっている。
そして、石英セル50の2面の側壁51a、51bが溝31aに当接するように載置されると、光が液体試料Sの内部に入射する入射面の角度が45°となり、光が液体試料Sの内部から出射する出射面の角度が−45°となるようになっている。
これにより、Vブロックプリズム31の屈折率Nと、空気の屈折率(1.0)とは一定であるので、X方向からの平行光束が、液体試料SとVブロックプリズム31と側壁51a、51bとを透過した後、液体試料Sの屈折率nの大きさに応じて、光の進行方向が角度i’に変化することになる。
なお、屈折率測定装置1では、Vブロックプリズム31を一度取り付ければ、取り外す必要がないので、Vブロックプリズム31は屈折率測定装置1内の所定の位置に常に取り付けられていることになる。
CPU41が処理する機能をブロック化して説明すると、光源10とセンサ20とを制御する光学系制御部41aと、液体試料Sの屈折率nを算出する算出部41bと、液体試料Sの屈折率nの平均値を算出する平均値算出部41cとを有する。
例えば、X方向から平行光束を液体試料Sに照射し、液体試料SとVブロックプリズム31と石英セル50とを透過した後の光の進行方向の角度i’が何度になるかをセンサ20で検出する。
算出部41bは、メモリ42に予め記憶された式(A)と屈折率Nと、光学系制御部41aで取得された角度i’とを用いて、液体試料Sの屈折率nを算出する制御を行う。
平均値算出部41cは、液体試料Sの屈折率nの平均値を算出する制御を行う。
まず、測定者は、屈折率測定装置1内の所定の位置にVブロックプリズム31を取り付ける。
次に、測定者は、石英セル50の本体部51内に一の液体試料Sを収容して、蓋部52を取り付ける(準備工程)。
次に、測定者は、屈折率測定装置1内のVブロックプリズム31の溝31aに石英セル50を載置する。このとき、第一の側壁51aと第二の側壁51bとが溝31aに当接するように載置する。さらに、第一の側壁51a及び第二の側壁51bと、溝31aとの間に、第一の側壁51a及び第二の側壁51bの表面状態(スリ面、研磨面等)の影響を抑えるため、石英セル50と同じ屈折率Nsの接触液を配置する(塗布工程)。
そして、コンピュータ40によって、光源10から設定波長の光をX方向に出射させて、液体試料SとVブロックプリズム31と側壁51a、51bとを透過した後の光の進行方向の角度i’をセンサ20で検出させることで、液体試料Sの屈折率nを算出する(第一測定工程)。
次に、測定者は、石英セル50を回転させて、Vブロックプリズム31の溝31aに載置する。このとき、第二の側壁51bと第三の側壁51cとが溝31aに当接するように載置する。さらに、第二の側壁51b及び第三の側壁51cと、溝31aとの間に、第二の側壁51b及び第三の側壁51cの表面状態(スリ面、研磨面等)の影響を抑えるため、石英セル50と同じ屈折率Nsの接触液を配置する(塗布工程)。
そして、コンピュータ40によって、光源10から設定波長の光をX方向に出射させて、液体試料SとVブロックプリズム31と側壁51b、51cとを透過した後の光の進行方向の角度i’をセンサ20で検出させることで、液体試料Sの屈折率nを算出する(第二測定工程)。
そして、コンピュータ40によって、光源10から設定波長の光をX方向に出射させて、液体試料SとVブロックプリズム31と側壁51c、51dとを透過した後の光の進行方向の角度i’をセンサ20で検出させることで、液体試料Sの屈折率nを算出する(第三測定工程)。
次に、測定者は、石英セル50を回転させて、Vブロックプリズム31の溝31aに載置する。このとき、第四の側壁51dと第一の側壁51aとが溝31aに当接するように載置する。さらに、第四の側壁51d及び第一の側壁51aと、溝31aとの間に、第四の側壁51d及び第一の側壁51aの表面状態(スリ面、研磨面等)の影響を抑えるため、石英セル50と同じ屈折率Nsの接触液を配置する(塗布工程)。
そして、コンピュータ40によって、光源10から設定波長の光をX方向に出射させて、液体試料SとVブロックプリズム31と側壁51a、51dとを透過した後の光の進行方向の角度i’をセンサ20で検出させることで、液体試料Sの屈折率nを算出する(第四測定工程)。
さらに、二の液体試料Sの屈折率nを測定するには、一の液体試料Sが収容された石英セル50から、二の液体試料Sが収容された石英セル50へと交換することになる。
上述した屈折率測定装置1では、本体部51は、4面の側壁51a〜51dと正方形の底面51eとからなる構成を示したが、3面の側壁と正三角形の底面とからなるような構成としてもよい。
10 光源
20 センサ
30 液体試料配置機構
31 Vブロックプリズム
31a 溝
40、140 コンピュータ(制御部)
50 石英セル
51 本体部
51a〜51d 側壁
51e 底面
52 蓋部
Claims (5)
- 光を設定方向に出射する光源と、
光を受光するセンサと、
前記設定方向に対する液体試料を透過した後の光の進行方向の角度をセンサで検出して、前記液体試料の屈折率を算出する制御部とを備える屈折率測定装置に使用され、
前記光源から出射される光の行路上に、光透過性の容器内に収容された液体試料を配置するための液体試料配置機構であって、
前記液体試料配置機構は、前記液体試料が収容される容器であるセルと、当該セルが載置される光透過性のVブロックプリズムとを備え、
前記Vブロックプリズムは、V字形状の溝が上面に形成された直方体であり、当該溝が設定方向と垂直方向から見るとV字形状となり、かつ、行路上に配置され、
前記セルは、光透過性の少なくとも2面の側壁と当該側壁の下部に形成された底面とからなる本体部と、前記側壁の上部に取り付け取り外し可能な蓋部とを有し、
測定を行う際には、前記セルの本体部に液体試料が収容されて、前記本体部に蓋部が取り付けられた後、前記セルの2面の側壁が、前記Vブロックプリズムの溝に当接するように載置されることを特徴とする液体試料配置機構。 - 前記Vブロックプリズムは、頂角90°のV字形状の溝が形成されており、
前記セルは、正方形の底面と、光透過性の4面の側壁とを有することを特徴とする請求項1に記載の液体試料配置機構。 - 光を設定方向に出射する光源と、
前記光源から出射される光の行路上に、光透過性の容器内に収容された液体試料を配置するための液体試料配置機構と、
光を受光するセンサと、
前記設定方向に対する液体試料を透過した後の光の進行方向の角度をセンサで検出して、前記液体試料の屈折率を算出する制御部とを備える屈折率測定装置であって、
前記液体試料配置機構は、前記液体試料が収容される容器であるセルと、当該セルが載置される光透過性のVブロックプリズムとを備え、
前記Vブロックプリズムは、V字形状の溝が上面に形成された直方体であり、当該溝が設定方向と垂直方向から見るとV字形状となり、かつ、行路上に配置され、
前記セルは、光透過性の少なくとも2面の側壁と当該側壁の下部に形成された底面とからなる本体部と、前記側壁の上部に取り付け取り外し可能な蓋部とを有し、
測定を行う際には、前記セルの本体部に液体試料が収容されて、前記本体部に蓋部が取り付けられた後、前記セルの2面の側壁が、前記Vブロックプリズムの溝に当接するように載置されることを特徴とする屈折率測定装置。 - 光を設定方向に出射する光源と、
前記光源から出射される光の行路上に、光透過性の容器内に収容された液体試料を配置するための液体試料配置機構と、
光を受光するセンサと、
前記設定方向に対する液体試料を透過した後の光の進行方向の角度をセンサで検出して、前記液体試料の屈折率を算出する制御部とを備える屈折率測定装置を用いた屈折率測定方法であって、
前記液体試料配置機構は、前記液体試料が収容される容器であるセルと、当該セルが載置される光透過性のVブロックプリズムとを備え、
前記Vブロックプリズムは、V字形状の溝が上面に形成された直方体であり、当該溝が設定方向と垂直方向から見るとV字形状となり、かつ、行路上に配置され、
前記セルは、光透過性の少なくとも2面の側壁と当該側壁の下部に形成された底面とからなる本体部と、前記側壁の上部に取り付け取り外し可能な蓋部とを有し、
前記セルの本体部に液体試料を収容して、前記本体部に蓋部を取り付ける準備工程と、
前記Vブロックプリズムの溝に、前記セルの側壁と同じ屈折率の接触液を塗布する塗布工程と、
前記セルの2面の側壁が、前記Vブロックプリズムの溝に当接するように載置して、前記液体試料の屈折率を算出する測定工程とを含むことを特徴とする屈折率測定方法。 - 前記Vブロックプリズムは、頂角90°のV字形状の溝が形成されており、
前記セルは、正方形の底面と、光透過性の4面の側壁とを有し、
第一の側壁と第二の側壁とが、前記Vブロックプリズムの溝に当接するように載置して、前記液体試料の屈折率を算出する第一測定工程と、
第二の側壁と第三の側壁とが、前記Vブロックプリズムの溝に当接するように載置して、前記液体試料の屈折率を算出する第二測定工程と、
第三の側壁と第四の側壁とが、前記Vブロックプリズムの溝に当接するように載置して、前記液体試料の屈折率を算出する第三測定工程と、
第四の側壁と第一の側壁とが、前記Vブロックプリズムの溝に当接するように載置して、前記液体試料の屈折率を算出する第四測定工程と、
前記第一測定工程と第二測定工程と第三測定工程と第四測定工程とで算出された屈折率の平均値を算出する平均値算出工程とを含むことを特徴とする請求項4に記載の屈折率測定方法。
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