JP6010009B2 - ATR element and immersion probe - Google Patents

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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。   The present invention relates to an immersion probe suitable for measuring, for example, a concentration change of a reactive group of a synthetic resin, and more particularly to an ATR element.

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。   In the process of producing a synthetic resin such as polyurethane and polyester, in order to grasp the progress of the reaction, the change in the concentration of the reactive group (for example, -NCO, -OH, -COOH) contained in the reaction liquid to be measured is measured. It is required to measure accurately in-line.

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。   Conventionally, an immersion probe comprising a sensing element immersed in a reaction solution, an irradiation optical fiber that irradiates the sensing element with measurement light, and a light receiving optical fiber that receives the measurement light that has passed through the measurement target has been provided. Known (for example, Patent Document 1). This immersion probe is provided with a gap portion in which the measurement object is filled in the sensing element, and the measurement light transmitted through the measurement object filled in the gap portion is received by the light receiving optical fiber. Since part of the wavelength component is absorbed when the measurement light passes through the measurement target in the gap, the concentration of the reactive group can be measured by analyzing the measurement light received by the light receiving optical fiber. However, since the reaction liquid is agitated in the chemical reaction tank, the reaction liquid mixed with air bubbles accompanying the agitation may be filled in the voids. It becomes difficult to measure the correct concentration.

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)。   Here, an ATR method (Attenuated Total Reflection) is known as one of methods for analyzing and measuring substances. An immersion probe to which this ATR method is applied is also known (for example, Patent Document 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。   The summary of the analysis by the ATR method is as follows. A measurement object is brought into close contact with an ATR element (typically a crystal) having a large refractive index, the incident angle of measurement light is set to be larger than the critical angle, and total reflection occurs between the measurement object and the ATR substance. When total reflection occurs, light is reflected from the measurement object and the ATR element at the interface after being slightly swept to the measurement object side. This reflected light is called evanescent light. In the region where the measurement light is absorbed in the measurement object, the energy of the reflected light at the wavelength specific to the measurement object decreases according to the intensity of the absorption. The substance can be analyzed and measured by measuring the spectrum of the reflected light.

特開2009−250825号公報JP 2009-250825 A 特開2004−85433号公報JP 2004-85433 A

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。
Assuming that the concentration of the reactive group of the synthetic resin is measured, the distance from the reaction vessel containing the reaction solution in which the immersion probe is immersed to the spectrophotometer to which the measurement result is transmitted may be considerably separated. Since this interval is connected by an optical fiber, the wavelength of the measurement light irradiated to the immersion probe becomes a problem.
In consideration of accurately measuring the concentration of the reactive group, for example, it is recommended to use measurement light in a wavelength range of 2500 nm or more. However, since light in this wavelength range has a large attenuation in the optical fiber, It is difficult to put it to practical use. On the other hand, light in the near infrared region having a wavelength of 1000 to 2000 nm has a small attenuation in the optical fiber, and there is no problem of light guide by the optical fiber. However, the light in the near infrared region has an extremely small absorption coefficient in the reactive group, so it is difficult to accurately measure the concentration of the reactive group.
The present invention has been made based on the above technical problem, and uses a measurement light in the near infrared region, which is easy to guide with an optical fiber, and has a small absorption coefficient for the measurement light. Another object of the present invention is to provide an ATR element capable of accurately specifying the state of a substance.

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。
When measuring a substance with a small absorption coefficient, increase the number of reflections as much as possible to increase the total amount of light absorbed by the measurement object from when the measurement light enters the probe until it is emitted. It is desirable.
As a probe to which the ATR method is applied, in addition to a single reflection type with one reflection, a multiple reflection type with a plurality of reflections is known. However, the ATR element of the trapezoidal multi-reflection probe known so far has a number of reflections of about 20, so that it is still insufficient for the measurement object intended by the present invention.

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。
Therefore, the present inventors have studied an ATR element that can realize an immersion probe that can obtain a significantly higher number of reflections than before. As a result, the ATR element having a reflection surface on the side surface continuous in the circumferential direction is used, and the measurement light is continuously reflected on the reflection surface to effectively utilize the evanescent light, thereby surpassing the conventional multiple reflection. It was found that the number of reflections would be obtained.
The ATR element of the present invention is based on this finding, is composed of an axially symmetric solid, has an element body having a reflection surface that is continuous in the circumferential direction, and a pair of end faces that are opposed to each other in the axial direction; An incident portion that is incident, and an emission portion that is incident from the incident portion and is reflected by the reflecting surface of the element body, and is emitted to the outside, and the measuring light incident from the incident portion is reflected by the reflecting surface. An ATR element that repeats a spiral passage and is emitted outward from the emitting part, and the incident part and the emitting part are disposed on one of a pair of end faces of the element body. It is characterized by that.

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。
According to the ATR element of the present invention, the measurement light incident on the incident part repeats reflection inside the ATR element and follows the forward path and the return path before reaching the emission part. That is, the measurement light incident from the incident part follows the spiral passage route while being repeatedly reflected on the reflection surface (side surface continuous in the circumferential direction) and reaches the other end surface facing the spiral. This is the outbound path. When the measurement light that has reached the other end face is reflected by the end face, it repeats reflection at the reflection face, follows the spiral passage, reaches the exit section provided on the end face on the incident side, and from there to the outside Is emitted. This is the return trip.
As described above, the ATR element of the present invention can repeat reflection in each of the forward path and the return path, and thus realizes the number of reflections that cannot be obtained by the conventional multiple reflection type ATR element.

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)が求められる
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。
In the ATR element of the present invention, since the measurement light repeats reflection on the reflecting surface and follows a spiral passage path, the incident portion is referenced from the symmetry axis in the reference cross section x orthogonal to the symmetry axis of the element body. more than 80% of the distance to the outer periphery of the cross section x, be in a position of less than 100% (condition a), and, that forms a reference plane x and 45 degrees from (condition B) is obtained.
Condition A is exclusively required to increase the number of times the measurement light is reflected.
Condition B is required exclusively for the measurement light to follow the spiral path.

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。
In the ATR element of the present invention, the element body preferably has a cylindrical shape.
In the cylindrical element body, the reflection surface is an arc surface, and this reflection surface has a constant distance from the axis of symmetry.

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。
In the ATR element of the present invention, it is preferable that the element main body is provided such that the incident part and the emission part form a recess in the end face.
This is because it is easier to form the incident portion and the emission portion in the depression than to form the end surface of the element body protruding.

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。   In the ATR element of the present invention, it is preferable that the incident part and the emission part are formed continuously with the outer periphery of the end face in order to increase the number of reflections.

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。
The present invention provides an immersion probe using the ATR element of the present invention described above.
In other words, this immersion probe is composed of an axially symmetric solid body having an element body having a reflection surface that is continuous in the circumferential direction, an incident portion for allowing measurement light to enter the element body, and an incident portion that is incident on the reflection surface of the element body. An ATR element including measurement light reflected from the light source, first light guide means for guiding the measurement light emitted from the light source to the incident part, and measurement light emitted from the emission part. And a second light guide means for guiding to a predetermined part, wherein the ATR element is composed of the ATR element of the present invention described above.
The immersion probe according to the present invention can increase the number of reflections of the measurement light on the reflection surface of the ATR element to be used, and can also effectively use the evanescent light. Therefore, the immersion probe is a substance having a small absorption coefficient for the measurement light. Even if it exists, it contributes to measuring the state of a substance correctly.

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、第1線状導光部から受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。
In immersion probe of the present invention, the first light guiding means comprises a first linear light guide portion for guiding the measurement light emitted from the light source, the incident part of the measurement light receiving light from a first linear light guide portion A second refracting section that refracts the measurement light emitted from the emitting section along the axial direction of the ATR element, and a second refracting section. a second linear light guide portion for guiding the measurement light receiving light to a given site is preferably provided with a.
By providing the first refracting part corresponding to the incident part, the measurement light can be incident on the incident part from an arbitrary direction. For example, even if the incident part is inclined with respect to the axial direction of the element body, the measurement light guided along the axial direction can be refracted by a necessary angle and incident on the incident part. The same applies to the second refraction part corresponding to the emission part, and the emitted measurement light can be extracted in an arbitrary direction. Note that the first linear light guide and the second linear light guide are typically configured from optical fibers. Further, the first refracting part and the second refracting part are typically constituted by prisms.

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。   The immersion probe of the present invention further includes a holder for holding the element body on the side where the incident portion and the emission portion are provided, and this holder hermetically seals the region including the incidence portion and the emission portion from the outside. It is preferable to do. By doing so, it can avoid that a measuring object adheres to an entrance part and an output part.

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。
Furthermore, in the immersion probe of the present invention, the first light guide means includes optical means for collimating the measurement light toward the incident portion, and the second light guide means collects the measurement light emitted from the emission portion. It is preferable to provide optical means for emitting light.
The collimating optical means is effective for reducing the diffusion loss at the incident portion, and the condensing optical means is effective for reducing the signal light loss.

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。   According to the present invention, by using an ATR element having a side surface continuous in the circumferential direction as a reflection surface, the measurement light is continuously reflected on the reflection surface, thereby realizing the number of times of reflection that has not been obtained so far. To do. As a result, it is possible to accurately measure the state of a substance even when the measurement light in the near infrared region is used and the substance has a small absorption coefficient with respect to the measurement light.

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。   Furthermore, according to the present invention, regardless of whether organic or inorganic, synthetic resin products, liquid crystal products, pigment products, etc., which have a synthetic reaction in the production process, can be obtained by monitoring the synthetic reaction process. The final product to be produced can be suitably produced, and a method for producing a reaction product can be provided. Moreover, not only process management related to manufacturing in various fields such as chemicals, pharmaceuticals, powdered industrial products, foods, etc., but by industry, various resins represented by chemicals, polyurethanes, polyesters, epoxies, reactive hot melts, etc. It can be used widely for plastics, testing / analysis / measurement, pharmaceuticals / biotechnology, education / research institutes, etc.

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。It is a figure which shows the cylindrical ATR element in this embodiment, (a) is a top view, (b) is a side view. 本実施形態の条件Aを説明する図である。It is a figure explaining the condition A of this embodiment. 本実施形態の条件Bを説明する図である。It is a figure explaining the condition B of this embodiment. 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。FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a measurement light passing path in the ATR element of FIG. 1, where (a) and (b) indicate a forward path, and (c) and (d) indicate a return path. 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。It is a figure which shows the other form of the entrance plane in this embodiment, and an output surface. 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。It is a figure which shows the structure of the spectrophotometer using the ATR element of this embodiment. 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。The structure of the immersion probe used for the spectrophotometer of FIG. 6 is shown, (a) is sectional drawing containing an entrance plane, (b) is sectional drawing containing an output surface. 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。It is a figure which shows the outline | summary of the experiment conducted in order to confirm the effect of this embodiment. 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。It is a graph which shows the result of Example 1 and the comparative example 1, (a) shows the result using the immersion probe by this embodiment, (b) shows the result using the conventional immersion probe. 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。It is a graph which shows the result of Example 2 and the comparative example 2, (a) shows the result using the immersion probe by this embodiment, (b) shows the result using the conventional immersion probe.

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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, the ATR element 10 according to the present embodiment includes an element main body 11, and an incident surface 19 and an emission surface 21 that are provided integrally with the element main body 11 and are formed on the end surface on the same side. ing.
[Element body 11]
The element body 11 has a cylindrical shape that is one form of axial symmetry, and has an outer peripheral surface 13, one end surface (first end surface) 15 and the other end surface (second end surface) that face each other in the direction of the symmetry axis y. 17 is provided. Here, the outer peripheral surface 13 is a surface that divides the element body 11 from its periphery, but the ATR element 10 functions as a surface that reflects light traveling inside the element body 11 on the inside thereof. Therefore, the outer peripheral surface 13 may be referred to as the reflective surface 13 for matters relating to light reflection.

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)、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。 The element main body 11 has a high refractive index, and a material that can cause total reflection when irradiated with light can be widely applied. For example, quartz glass, sapphire, cubic zirconia (cubic-ZrO 2 ), zinc selenide (ZnSe), zinc sulfide (ZnS), diamond, and the like are applicable. Among these, considering the cost, cubic zirconia or sapphire is preferable because it has a high refractive index and is inert to the specimen.

[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。
[Incident surface 19]
The incident surface 19 is provided on the first end surface 15 of the element body 11, and when the measurement target is irradiated with infrared light as measurement light by the immersion probe including the ATR element 10, the measurement light is transmitted to the element body 11. It is the surface which makes it enter.
The incident surface 19 is formed so that the normal N thereof satisfies the following two conditions A and B with respect to the reflecting surface 13. These two conditions A and B are necessary for the measurement light incident on the ATR element 10 to follow the spiral passing path toward the second end face 17 by repeating the reflection on the reflecting surface 13 a plurality of times. It is. The normal N of the incident surface 19 substitutes for the optical axis of the measurement light.
Note that the actual measurement light DL is a light beam having a constant intensity distribution introduced by, for example, an optical fiber, and this light beam passes through the reflection surface 13 of the ATR element 10 in a spiral shape in the presence of evanescent light. Although the path will be traced, in the following description, for the sake of simplicity, the incident / reflection of light will be described with a simple model.

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。
Condition A is that the normal line N of the incident surface 19 exists in an area of 80% or more and less than 100% of the radius r of the reference cross section x orthogonal to the symmetry axis y, as shown in FIG. Stipulate. This condition A is required in order for the measurement light DL to be reflected more on the reflecting surface 13. That is, as can be seen by comparing FIG. 2B and FIG. 2C, the number of times the measurement light DL is reflected by the reflection surface 13 is more incident when the measurement light DL is incident closer to the outer peripheral surface (reflection surface) 13. Become more.
According to the condition A, the incident surface 19 of the present embodiment is provided continuously with the outer peripheral surface 13 of the first end surface 15. As described above, by providing the incident surface 19 on the outermost periphery of the element body 11, it is possible to increase the number of times reflected by the reflecting surface 13.

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θNS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θNS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θNSが0度を超えればよい。ただし、この角度θNS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θNSを45度以下にすることが好ましい。反射の回数は、角度θNSが小さいほど多くなるので、角度θNSは30度以下がより好ましく、15度以下がさらに好ましい。
Next, the condition B defines that the angle θ NS formed by the normal line N of the incident surface 19 and the reference cross section x is 45 degrees or less. This condition B is required for the measurement light DL to follow a spiral passage route.
That is, as shown in FIG. 3A, if the normal line N is parallel to the reference section x, that is, if the angle θ NS is 0 degree, the measurement light DL is reflected light having the opposite direction on the reflection surface 13. Therefore, theoretically, the measurement light DL is repeatedly reflected within the same reference cross section x.
In order to leave the state of FIG. 3A and the measurement light DL follows the spiral passage route, the angle θ NS only needs to exceed 0 degree. However, if the angle θ NS is too large as shown in FIG. 3B, the pitch of the spiral in the passage route becomes large, which is disadvantageous in increasing the number of reflections. Therefore, as shown in FIG. 3C, it is preferable to set the angle θ NS to 45 degrees or less. Since the number of reflections increases as the angle θ NS is smaller, the angle θ NS is more preferably 30 degrees or less, and further preferably 15 degrees or less.

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。
Next, the incident surface 19 is provided by forming a recess 20 in the first end surface 15. That is, the hollow 20 is formed by cutting a part of the originally flat first end surface 15, and the wall surface formed along with the formation of the hollow 20 is the incident surface 19. The wall surface (incident surface 19) is formed in a flat shape. In addition, as long as the interference of incident light can be reduced, the depressions 20 may be provided at a plurality of locations in the same rotational direction when viewed from the first end surface 15 in view of securing the intensity of incident light.
From the viewpoint of reducing the loss of the measurement light DL due to reflection or refraction at the joint surface, it is preferable that the element body 11 including the protruding portion is integrally formed. Since it can form integrally, it is suitable.
As shown in FIGS. 5C and 5D, the incident surface 19 can also be formed by projecting a part of the flat first end surface 15 together with the emission surface 21. In this case, when manufacturing the element main body 11, a method in which the protruding portion and the main part of the element main body 11 are separately manufactured and bonded can be considered. In this case as well, measurement by reflection or refraction at the bonding surface is possible. From the viewpoint of reducing the loss of the light DL, it is preferable that the element body 11 is integrally formed including the protruding portion.
In realizing this integrated structure, after the element main body 11 is formed to have a dimension that takes into account the protruding portion, portions other than the protruding portion may be removed by cutting.
Thus, when forming one incident surface 19, it is better to cut the recess 20 (see FIG. 1B) than to cut a portion other than the protruding portion (FIG. 5C, (See (d)), which is preferable from the viewpoint of man-hours and material costs. However, when a plurality of incident surfaces are formed, any method can be employed from the viewpoint of man-hours and material costs. This also applies to the emission surface 21.

[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。
[Exit surface 21]
The exit surface 21 is provided to allow the measurement light DL incident from the entrance surface 19 to be extracted outside after repeatedly reflecting on the reflecting surface 13 a plurality of times and following a spiral passage. Therefore, the emission surface 21 is provided at a position on the passage route. Similarly to the incident surface 19, the exit surface 21 is also provided in the recess 22.
The exit surface 21 of the present embodiment is the first end surface 15 and is provided on the opposite side of the center from the side on which the entrance surface 19 is provided. Therefore, the exit surface 21 has the above-described condition A and condition B similarly to the entrance surface 19. However, this is a preferred form, and basically functions as long as the position corresponds to the spiral passage route.
As described above, since the measurement light DL is a light beam having a constant intensity distribution, the light beam is always emitted from the emission surface 21 by passing through the spiral passage path P. Because.

[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。
[Reflection form]
As shown in FIGS. 4A and 4B, the ATR element 10 described above causes total reflection at the reflection surface 13 when the measurement light DL enters the element body 11 from the incident surface 19. While repeating, the spiral passage route P is traced from the first end face 15 side toward the second end face 17 side, and reaches the second end face 17. What has been discussed so far is the forward P O of passage path P. As shown in FIGS. 4C and 4D, the measurement light DL that has reached the second end surface 17 is reflected by the second end surface 17, and this time toward the first end surface 15 side, the reflecting surface 13 is reflected. in while repeating total reflection, helical passage path P, i.e. it follows the forward path P I. The measurement light DL is emitted outward from an emission surface 21 provided on the first end face 15. The reflection surface 13 of the ATR element 10 only needs to be partly in contact with the measurement target. However, from the viewpoint of effectively using all of the spiral passage path P, the ATR element 10 is immersed in the measurement target. It is preferable that the entire surface of the reflecting surface 13 is in contact with the measurement target.

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と往路Pからなるので、通過経路Pが往路Pだけからなる場合と比べると、反射回数を倍増できる。 As described above, according to the ATR element 10, the measurement light DL is continuously reflected on the reflection surface 13 that is continuous in the circumferential direction, and the reflection is also continuous in the axial direction. Can be significantly increased. Moreover, according to the ATR element 10, since the passage path P of the measuring light DL is composed of forward P O and forward P I, as compared with when the passing path P consists only forward P O, it can double the number of reflections.

[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。
[Example of changing the exit surface and reflection surface]
The entrance surface 19 and the exit surface 21 of the ATR element 10 are provided in independent recesses 20 and 22, respectively, but the present invention connects the recesses 20 and 22 as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). Thus, the incident surface 19 can be provided at one end of the common slope, and the exit surface 21 can be provided at the other end.
Further, as described above, in the present invention, as shown in FIGS. 5C and 5D, the incident surface 19 and the emission surface 21 can be formed by projecting a part of the first end surface 15. .

[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。
[Spectrophotometer]
Next, a Fourier Transform Infrared Spectroscopy spectrophotometer 1 using the ATR element 10 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 6, the spectrophotometer 1 includes an ATR probe 30 including an ATR element 10, a light source 3, a spectrometer 5, a photodetector 7, and a data processing / display device 9. . An optical fiber is connected between the light source 3 and the ATR probe 30, between the ATR probe 30 and the spectrometer 5, between the spectrometer 5 and the photodetector 7, and between the photodetector 7 and the data processing / display device 9. ing.

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。
The light source 3 generates the measurement light DL and emits it toward the ATR probe 30 (ATR element 10). The light source 3 is not particularly limited, and a halogen tungsten lamp and other known light sources can be used.
Before the measurement light DL is incident on the incident surface 19 of the ATR element 10, it is effective to reduce the diffusion loss on the incident surface 19 by passing the collimating lens 4 through the collimating lens 4.
Further, when the measurement light DL is incident on the incident surface 19, it is effective to reduce the reflection loss at the incident surface 19 to be perpendicular to the incident surface 19.
Further, it is effective to reduce the signal light loss by condensing the measurement light DL emitted from the emission surface 21 by passing through the condenser lens 6 before entering the optical fiber 37.

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。
The spectroscope 5 receives the light emitted from the ATR probe 30 and divides it by wavelength. The spectrometer 5 is not particularly limited, and a diffraction grating spectrometer, an FTIR spectrometer, and other known spectrometers can be used.
The photodetector 7 receives and detects the light separated by the spectrometer 5. The photodetector 7 is not particularly limited, and a photodiode, an avalanche photodiode, a photomultiplier tube, and other known photodetectors can be used.
The data processing / display device 9 generates vector information based on the infrared light received from the photodetector 7 and displays the generated spectrum information as image information. The data processing / display device 9 is not particularly limited, and a personal computer can be used for the data processing portion, and a display device attached to the personal computer can be used for the display portion. .

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。
As shown in FIG. 7, the ATR probe 30 includes a holder 31 on the first end face 15 side of the ATR element 10.
The holder 31 holds the optical fiber 35 that guides the measurement light DL irradiated to the incident surface 19 from the light source 3 while holding the first end face 15 side. In addition, the holder 31 fixes an optical fiber 37 that guides the measurement light DL emitted from the emission surface 21 to the spectrometer 5.
An O-ring 39 is provided between the holder 31 and the ATR element 10 so as to be hermetically sealed from the outside, preventing a measurement target from entering the holding portion and adhering to the entrance surface 19 and the exit surface 21. To do.
Since the ATR element 10 is provided with the entrance surface 19 and the exit surface 21 on the first end surface 15, the optical fiber 35 and the optical fiber 37 can be disposed on the first end surface 15 which is one end surface, and the inside is hermetically sealed. It is sufficient to provide only one holder 31 to be stopped.
As shown in FIG. 7, in the present invention, the measurement light DL is refracted by the prism 23 and incident on the incident surface 19, and the measurement light DL emitted from the emission surface 21 is refracted by the prism 23. Allow. By using the prism 23, the optical fiber 35 can be routed parallel to the symmetry axis y.

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。
As shown in FIG. 8, the spectrophotometer 1 is configured such that the measurement light DL from the light source 3 is incident on the incident surface 19 of the ATR element 10 via the optical fiber 35 in a state where the ATR probe 30 is immersed in the liquid measurement target S. The measurement light DL incident and emitted from the emission surface 21 is received by the optical fiber 37 and guided to the spectrometer 5. Thereafter, the spectral state of the measurement target is displayed through the photodetector 7 and the data processing / display device 9, whereby the reaction state of the measurement target can be grasped.
In this process, in the ATR element 10, the measurement light DL is reflected by the reflection surface 13 many times, and thus the degree of absorption of the specific wavelength for the measurement target S becomes significant. In addition, since the ATR probe 30 measures the measurement object S in contact with the outer peripheral surface 13 of the ATR element 10, there is little possibility that a measurement error due to the presence of bubbles occurs. Therefore, the spectrophotometer 1 using the ATR element 10 can measure with high accuracy.
The measuring object S of the spectrophotometer 1 is arbitrary, but when the reaction liquid in the process of producing a synthetic resin containing a reactive group (for example, -NCO, -OH, -COOH) is used as the measuring object S, the degree of progress of the reaction Can be grasped accurately.
Therefore, regardless of whether organic or inorganic, synthetic resin products, liquid crystal products, pigment products, etc. that have a synthetic reaction in the manufacturing process can be manufactured by monitoring the synthetic reaction process to produce the desired final product. In addition to process management related to manufacturing in various fields such as chemicals, pharmaceuticals, powdered industrial products, foods, etc., chemicals, polyurethane, polyester, epoxy, reactive hot melts are classified by industry. It can be used in a wide variety of applications such as various types of resins and plastics, testing / analysis / measurement, pharmaceuticals / biotechnology, education / research institutions.

[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θNS: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。
[Example]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples.
Example 1
An experiment for confirming the effect of the ATR element 10 according to the present embodiment, particularly an experiment for intentionally generating bubbles around the ATR element 10 was performed.
The manufacturing conditions of the ATR element (FIG. 1) used in the experiment are as follows.
Material: Sapphire Shape: Cylindrical (diameter 20 mm, effective length 30 mm immersed in measurement object S)
Angle θ NS : 2.5 degrees (estimated spiral pitch 1.75 mm)
Measurement light incident radius position: 0.915r (reflection path is estimated dodecagonal shape)
Estimated number of reflections: 411 times The conditions that constitute the spectrophotometer are as follows.
Light source: halogen tungsten lamp “HL-2000” manufactured by Ocean Optics
Spectrometer: Diffraction grating spectrometer “MICROHR” manufactured by HORIBA, 600 lines / mm
Photodetector: APD detector “SPD-A-M1” manufactured by AUREA
In the experiment, bubbles are blown after a predetermined time has elapsed from the start of measurement (see FIG. 8). In addition, distilled water is used as the measuring object S, and the spectral wavelength of the spectroscope 5 is 1400 nm.
(Comparative Example 1)
In the same manner as in Example 1, a transmission probe (“IN237P10” manufactured by Hellma) 130 having a gap T filled with the measuring object S was also performed.
The results are shown in FIG. 9, whereas in Comparative Example 1 (FIG. 9B), the measurement result greatly fluctuates after starting the blowing of bubbles, whereas Example 1 according to the present embodiment (FIG. 9). (A)), it was confirmed that there is no difference in the measurement results before and after the blowing of bubbles. That is, in this embodiment, it can be seen that the measurement result is not affected by the presence or absence of bubbles.

(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。
(Example 2)
The ATR element 10 of Example 1 was immersed in distilled water as the measuring object S, and the absorbance spectrum was measured (FIG. 10 (a)).
The measurement conditions were the spectrophotometer of Example 1, and the selected wavelength of the spectroscope was set in a range of 1000 nm to 1700 nm in 1 nm increments.
(Comparative Example 2)
In the same manner as in Example 2, an absorbance spectrum was measured using an ATR element “661.820-NIR” manufactured by Hellma (FIG. 10B).
The measurement results of Example 2 and Comparative Example 2 are also shown in FIG. In the absorbance spectrum of the comparative example (FIG. 10 (b)), no peak can be observed, whereas in the absorbance spectrum of Example 2 (FIG. 10 (a)), 1070, 1140, 1210, 1440 nm. There is a clear peak in the vicinity. These peaks are presumed to originate from water-specific (—OH) bonds. Although illustration is omitted, since the spectrum according to Example 2 has been confirmed to have high reproducibility when repeatedly measured, the spectrophotometer of the present embodiment is used to deepen consideration of spectra of various substances. Thus, it is expected that a substance existing around the ATR element 10 according to the present embodiment can be identified.

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。
The preferred embodiment of the present invention has been described above. However, the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate without departing from the gist of the present invention.
For example, in the element body 11, the first end surface 15 and the second end surface 17 are orthogonal to the symmetry axis y, but the present invention is not limited to this and may be inclined with respect to the symmetry axis y. In the element body 11, the first end surface 15 and the second end surface 17 are parallel to each other. However, the present invention is not limited to this, and for example, the directions may be inclined opposite to each other.

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。   Thus, according to the present invention, regardless of organic or inorganic, synthetic resin products, liquid crystal products, pigment products, etc., if there is a synthetic reaction in the manufacturing process, by monitoring the synthetic reaction process, The desired final product can be manufactured suitably. Not only process management related to manufacturing in various fields such as chemicals, pharmaceuticals, powdered industrial products, foods, etc. It can be used in a wide variety of applications such as epoxy, various resins and plastics typified by reactive hot melt, testing / analysis / measurement, pharmaceuticals / bio, education / research institutes, etc.

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
往路
復路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Spectrophotometer 3 Light source 4 Collimating lens 5 Spectrometer 6 Condensing lens 7 Photo detector 9 Data processing / display apparatus 10 ATR element 11 Element main body 13 Outer peripheral surface, reflecting surface 15 First end surface 17 Second end surface 19 Incident surface 21 Outgoing surfaces 20 and 22 Depression 23 Prism 30 ATR probe 31 Holder 35 and 37 Optical fiber 39 O-ring DL Measurement light N Normal line T Air gap P Passage path P O Outbound path P I Return path

Claims (8)

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、
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、
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、
ことを特徴とするATR素子。
An element body having an axially symmetric solid body and having a reflective surface that is continuous in the circumferential direction and a pair of end surfaces that are opposed in the axial direction;
An incident part for allowing measurement light to enter the element body;
An emission part that is incident from the incident part and is reflected by the reflection surface of the element body and is emitted to the outside; and
The measurement light incident from the incident portion is an ATR element that is emitted outward from the emission portion, following a spiral passage path while being repeatedly reflected by the reflection surface,
The incident portion and the emitting portion are disposed on any one of the pair of end surfaces of the element body ,
The incident portion is
In the reference cross section (x) orthogonal to the symmetry axis of the element body, it is at a position of 80% or more and less than 100% of the distance from the symmetry axis to the outer periphery of the reference cross section,
Said reference section and is greater than 0 degrees, that not make an angle of less than 45 degrees,
An ATR element characterized by the above.
前記素子本体は、
円柱状の形態を有している、
請求項1に記載のATR素子。
The element body is
Having a cylindrical shape,
The ATR element according to claim 1 .
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又は請求項2に記載のATR素子。
The entrance portion and the exit portion, Ru provided by forming a recess in said end face,
ATR element according to claim 1 or claim 2.
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、
請求項に記載のATR素子。
The incident part and the emission part are formed continuously to the outer periphery of the end face.
The ATR element according to claim 3 .
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〜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。
An element main body having an axially symmetric solid body and having a reflection surface continuous in the circumferential direction, an incident portion for allowing measurement light to be incident on the element main body, an incident light from the incident portion, and reflected by the reflection surface of the element main body An ATR element comprising: an emission part from which the measurement light is emitted to the outside;
First light guiding means for guiding the measurement light emitted from a light source to the incident portion;
A second light guide means for guiding the measurement light emitted from the emission section to a predetermined site,
The ATR element is the ATR element according to any one of claims 1 to 4 .
An immersion probe characterized by that.
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、前記第1線状導光部から受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、
請求項に記載の液浸プローブ。
The first light guide means includes
A first linear light guide portion for guiding the measurement light emitted from the light source, a first refracting portion for refracting toward the measurement light received light to the incident portion from the first linear light guide portion, With
The second light guide means includes
A second refracting portion for refracting along the measurement light emitted from the emitting portion in the axial direction of the ATR element, second linear guiding the measurement light receiving optical from said second bent portion to a predetermined site A light guide,
The immersion probe according to claim 5 .
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、
請求項又は請求項に記載の液浸プローブ。
A holder for holding the element body on the side where the incident part and the emission part are provided;
The holder hermetically seals an area including the incident portion and the emission portion from the outside.
The immersion probe according to claim 5 or 6 .
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〜請求項のいずれか一項に記載の液浸プローブ。
The first light guide means includes
Optical means for collimating the measurement light toward the incident portion;
The second light guide means includes
Comprising optical means for condensing the measurement light emitted from the emission part,
Immersion probe according to any one of claims 5 to claim 7.
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US4835389A (en) * 1988-02-19 1989-05-30 Laser Precision Corporation Internal reflection spectroscopy for deep container immersion
JPH07174696A (en) * 1993-12-17 1995-07-14 Chubu Electric Power Co Inc Salinity sensor
JP2807777B2 (en) * 1994-09-09 1998-10-08 工業技術院長 Optical absorption spectrum measuring device using slab optical waveguide
JP2004145354A (en) * 2003-11-27 2004-05-20 System Instruments Kk Optical coupling method for optical waveguide spectroscope and waveguide for optical waveguide spectrometry
JP5839641B2 (en) * 2013-10-11 2016-01-06 Dic株式会社 ATR element, immersion probe, and spectrophotometer

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