JPH02150748A

JPH02150748A - ファイバー光学カップラー

Info

Publication number: JPH02150748A
Application number: JP1267955A
Authority: JP
Inventors: Cabero Raul; ラウル　カーベロ; Marley Tarlence; ターレンス　マーレイ
Original assignee: Bio Rad Laboratories Inc
Current assignee: Bio Rad Laboratories Inc
Priority date: 1988-10-18
Filing date: 1989-10-13
Publication date: 1990-06-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、一般に赤外線分光法に関し、さらに詳しくは
減衰した全反射率分光法に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕減衰し
た全反射率分光＠（又ときにはプラストラテッド内部反
射率分光法又は内部反射率分光法と呼ばれる）は、全内
部反射が生じつつある表面と密接な接触をするようにさ
れたサンプルの赤外線スペクトルを得る技術である。成
る装置では、サンプルはプリズムの面に置かれ、赤外線
放射の広帯域の源からのビームはプリズムに向けられて
、それはサンプルが置かれた表面で完全に内部で反射さ
れる。全内部反射の現象では、光は実際に数ミクロンの
オーダーで表面に侵入する。それ故、成る波長が選択的
に吸収される程度まで、プリズムから現われる光は、サ
ンプルの吸収スペクトルを示す。

他の装置は、米国特許第４５９５８３３号に示されるよ
うな円筒状の内部反射要素を用いる。この特許では、特
別な反射要素及び内部反射要素の特別な構造が用いられ
て、源からの実質的に全ての放射を要素にカップリング
し、さらに検出器への伝動のために要素から出てくる全
ての放射を集める。

また、他の装置は、ニス、シムホン（Ｓ、Ｓｉｍｈｏ−
ｎｇ）　、イー、コソワー（Ｅ、　Ｋｏｓｏｗｅｒ）及
びエーカツアー（Ａ、　Ｋａｔｚｉｒ）　　ｒバイオケ
ミカル・アンド・バイオフィジカル・リサーチ・コンミ
ュニケーションズ（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｎｄ　
Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅ５ｅａ−ｒｃｈ　Ｃｏｍ
ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）　」１４２巻、３号（１９８
７年２月１３日）に報告されている。ハロゲン化銀のフ
ァイバーが直径方向に切断された毛細管に置かれ、両端
で糊ずけされて減衰した全反射率セルを規定する０分光
計の源からの光は、ファイバーの一端に集中し、一方他
端から現われる光は、集められそして検出器に向けられ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、減衰した全反射率の現象を用いてサンプルの
吸収スペクトルを測定する技術を提供する。

簡単に云えば、技術は、内部反射要素として光学ファイ
バーを用いることを含む。ファイバーは、好ましくはそ
の芯までむかれた中間の部分により分離されそして隣接
している第一及び第二の部分よりなる。赤外線の源から
の放射のビームは、進路に沿って向けられ、そして第一
の端上に集中させ、それによりビームの少なくとも小部
分がファイバーに入る。ファイバーの第二の端から現わ
れる光が集められそして光学的進路に沿って向けられ、
最後には検出器で終わる。フーリエ変換分光法の場合に
は、干渉計は、好ましくは源とファイバーの第一の端と
の間に、ビームの進路に挿入される。

使用にあたっては、ファイバーの裸の部分は、その吸収
スペクトルが測定されるべきサンプルに沈めるか又はさ
もなければそれと密接な接触をするようにされる。この
検出器に達する放射は、所望のスペクトルの情報を含む
。

本発明は、分光計のサンプル・コンパートメント内に適
合する比較的簡単な付属品の使用により実現できる。２
個のファイバーの端は、それぞれのｘ−ｙ−ｚのステー
ジに締め付けられて、射出レンズ及び集束レンズに関し
て横方向の調節可能性及び集束をもたらす、ファイバー
の端を締め付ける好ましい形では、それぞれのファイバ
ーの端は、管（又は多数の伸縮自在の管）に滑りこむ１
次に、ファイバー及び−本以上の管は、同軸的な孔を有
するコネクターに挿入さ九、そして変形可能なフェルー
ルにより同軸的に保持される。

本発明は、サンプルを分光計から離れた位置に置く、従
って、外界温度以外で行なわれたその場の一回以上の測
定が可能である０本発明は、その化学的組成が変化する
サンプル例えば重合するエポキシ又は他の樹脂をモニタ
ーする特別な有用性を有する。従って、ファイバーを腹
合構造に入れそして樹脂の硬化の状態をモニターするこ
とができる。−度樹脂が硬化すると、ファイバーの突き
出した部分が折り取られそして捨てられる。−片の光学
ファイバーは、十分に安く、それは使い捨て部材と考え
ることができる。その上、ファイバーは、その小さい直
径のために、硬化した要素の強度を低下させない。

本発明の本質及び利点の他の理解は、明細書の他の部分
及び図面に関して実現できる。

第１Ａ及び１８図は、減衰した全反射率分光法を行なう
ための装置の概略図である。

第２図は、分光計のサンプル・コンパートメント内に適
合する付属品の好ましい態様を示す。

第３図は、好ましいファイバー設置を示す詳細図である
。

第１図は、サンプル１２について減衰した全反射分光法
を行なうための装置１０の概略図である。

例示の態様は、フーリエ変換分光計を利用し、それはマ
イケルソン干渉計１５、［１７及び検出器２０よりなる
。源１７からの光ビームは、干渉計１５を通過して変調
したビーム２２を生成し、各スペクトル成分はその自体
の独特な肩波数に変調される。第一及び第二のレンズ２
５ａ及び２５ｂは、干渉計からのビームをファイバー２
７の第一の端上に集中し、そしてファイバー２７の第二
の端がら現われる光をとらえるように働く、第二のレン
ズ２５ｂによりとらえられた光は、検出器２　ｏに向け
られる。

ファイバー２７は、一般に被覆されていても又は被覆さ
れていなくてもよく、そして保護的な外側のコーティン
グを有することができる０本明細書では、用語芯は、被
覆（もしあるならば）及びコーティング（もしあるなら
ば）を除いたファイバーの部分に関する。ファイバー２
７は、好ましくは裸の芯にまでむかれた第三の中間の部
分３２により分離されしかも隣接している第一及び第二
の部分３０ａ及び３０ｂを有する連続したファイバーで
ある。中間の部分は、サンプル１２に沈められ、るか又
はそれによりコーティングされる。コーティング又は被
覆の性質に応じて、除去は任意の好適な化学的又は機械
的な方法による。中間の部分３２は、一般に、ファイバ
ーの全長の比較的小さな小部分（例えば部分の−より小
さい）を占める。ファイバーの部分３０ａ及び３０ｂは
、ファイバーの伝動性によってのみ規定され、そして非
常に長い（例えば数メートル又は赤外線ファイバー技術
における予期される改良により４．５メートル又はそれ
以上）、概略図は一般の直線による構造を示しているが
、ファイバーは通常ループ状の構造をとり、２個のファ
イバーの端は、同一の方向（相対することなく）を示す
。

好ましい態様では、ファイバー２７は、被覆されていな
いが、保護的にコーティングされている（ただし、コー
ティングは中間の部分３２がも除去されている）カルコ
ゲニド・ファイバー（１０〜３００ミクロンのオーダー
の芯の直径を有する）である、赤外線に使用するのに好
適なこのタイプのファイバーは、インフラレッド・ファ
イバー・システムズ、シルバー・スプリングス、メリー
ランド（Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ
ｓ、　５ｉｌｖｅｒ　Ｓｐｒｉ−ｎｇｓ、　Ｍａｒｙｌ
ａｎｄ）から入手できる。集中するビームの直径がファ
イバーのそれよりも非常に大きいので、ビームの非常に
小さい小部分のみが、実際にファイバーに射出される０
１例えば、ｆ／１の光学レンズ（ｆ＝１２鶴、ｄ＝１２
１１１）から集光されたときビームの直径は約２１ｍ１
である。

サンプル１２は、中間の部分３２の外表面と密接な接触
ができる液体又は他の材料である０部分３２に沿って内
部で反射されるファイバー２７内の光は、ファイバーに
向って戻される前に数ミクロンの深さで実際にサンプル
に浸透する。従って検出器２０に達する光は、サンプル
１２の吸収スペクトルに相当するスベク゛トルの情報を
運ぶ。

第１Ｂ図は、フーリエ変換分光計よりむしろ分散分光計
を利用する態様の概略図である。ダッシュの付いた番号
は、対応する要素に用いられる。

この態様では、モノクロメータ−３５は、光学的な流れ
に挿入される。

第２図は、第１図の装置を補足するための分光計の付属
品４ｏの好ましい態様の図である。付属品４０は、台板
４２を含み、それに第一及び第二のレンズ・マウント４
５ａ及び４５ｂ並びに第一及び第二のｘ−ｙ−ｚステー
ジ５０ａ及び５０ｂが載せられる。レンズ・マウント４
５ａ及び４５ｂは、台板に固定して載せられ、そして固
定した位置にレンズ２５ａ及び２５ｂを維持し、好まし
くはそれらのそれぞれの光学軸は、台板４２の平面に平
行である。　ｘ−ｙ−ｚステージ５０ａ及び５０ｂ−の
それぞれは第一、第二及び第三の一次元並進運動ステー
ジを含み、第一は台板に載せられ、第二は第一に載せら
れそして第三は第二に載せられる。ステージ５０ａ及び
５０ｂは、それらに第一及び第二のファイバー・ホルダ
ー５５ａ及び５５ｂを載せ、そしてそれらはファイバー
２７の第一及び第二の端を保持する。

ステージ５０ａ及び５０ｂは、それぞれレンズ２５ａ及
び２５ｂに関してファイバーの端を合わせるために用い
られる。レンズ２５ａは、入ってくる干渉計のビーム（
それは収束しつつあるだろう）を捕らえるように配置さ
れ、それを鋭く集中させる。ステージ５０ａは、調節さ
れてファイバーの端は焦点にある。レンズ・マウント４
５ｂは、検出器２０の入射窓付近に位置し、ステージ５
０ｂは調節されて、ファイバー２７の第二の端から現わ
れる光はレンズ２５ｂにより集められそして検出器に向
けられる。ファイバーの端の位置の調節は、代表的には
、検出器の出力の信号を最大にする位置に、ステージを
移動することによりなされる。

第３図は、ファイバーの端がファイバー・ホルダーに載
せられるやり方を示す詳細な図である。

ファイバーの端は、ファイバーのサイズに応じて一木以
上のテフロン管に挿入される。０．０１６インチ（４０
０μ）の外径を有するファイバーでは、２本の伸縮自在
なスパツゲテイ状の管６０ａ及び６０ｂが用いられる。

内部の管は、２６　ＡＷＧ軽量ウオール管（内径０．０
１８、外径０．０３０）であり、外部の管は、２０　Ａ
ＷＧ標準ウオール管　（内径０．０３４、外径０．０６
６）である、ファイバー／管のアセンブリーは、ファイ
バー・ホルダー５５ａに固定された外側にねじを切った
カ　ラー６５を通して挿入される。ファイバーは、テフ
ロンフェルール６７［内径０．０６７に孔をあけられた
１／１６インチ（約０．１６ａｎ）コにより同軸的に保
持される。カラー６５の軸の大きさは１インチ（約２．
５４ｃｍ）より小さいが、管は長さ６インチ（約１５．
２ａｎ）である。

結論として、本発明は、簡単且つ有効なやり方で減衰し
た全内部反射率分光法を行なう装置及び方法を提供する
ことが分かる０本発明は、その場でサンプルを連続的に
モニターさせ、それはサンプルが化学的な変化を行なう
場合を含む。その上、ファイバーの長さが制限されない
ので、サンプルは分光計から離れて位置でき、おそらく
高い又は低い温度で保持できる。

前述は本発明の好ましい態様の完全な記述であるが、種
々の変更、別の構成及び同等な態様を用いることができ
る。従って、前述の記載及び説明は、特許請求の範囲に
より限定される本発明の範囲を制限するものとしてみな
してはならない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、減衰した全反射率の現象を用いてサン
プルの吸収スペクトルを簡単且つ効果的に測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ及び１８図は、減衰した全反射率分光法を行うた
めの装置の概略図である。第２図は、分光計のサンプル・コンパートメント内に適
合する付属品の好ましいｇ　ＪＭを示す。第３図は、好ましいファイバー設置を示す詳細図である
。１０・・・装置　　　　１２・・・サンプル１５・・・
干渉計　　　１７・・・源２０・・・検出器　　　２２・・・ビーム２５ａ・・レ
ンズ　　　２５ｂ・・レンズ２７・・・ファイバー　３
０ａ・・第一の部分３０ｂ・・第二の部分　３２・・・
中間の部分３５・・・モノクロメータ− ５ａ５ｂ５　０　　、ａ５ａ０ａ・付属品　　　４２・レンズマウントレンズマウント・ステージ　　５０ｂ・　ファイバーネルダー　　　　５５ｂ・管　　　　６
０ｂ・カラー　　　・６７

Claims

【特許請求の範囲】

（１）サンプルの吸収スペクトルを測定する装置におい
て、進路の第一の端から進路の第二の端へ進路に沿って分析
的放射のビームを向わせるための源を有する分光計並び
に該進路の第二の端でビームの強度を表す信号をもたら
すための検出器；光学ファイバーのそれぞれの端から、第一及び第二の部
分の中間の該ファイバーの第三の部分のそれぞれの端に
延在する第一及び第二の部分を有し、前記の第三の部分
がその芯を曝しそして前記の第一及び第二の部分がそれ
らの芯を曝していない光学ファイバー；該ビームの少なくとも一部を該ファイバーの前記の第一
の端に射出するための該進路に設けられた手段；及び該ファイバーの前記の第二の端から現われる光のかなり
の部分を集めそして該光を該検出器に向わせるための該
進路に設けられた手段よりなる装置。
（２）該分光計が、該進路に設けられた干渉計を有する
フーリエ変換分光計である請求項１記載の装置。
（３）該干渉計が、該源と該ファイバーとの間に設けら
れている請求項２記載の装置。
（４）該分光計が、該進路に設けられたモノクロメータ
ーを有する分散分光計である請求項１記載の装置。
（５）射出するための該手段及び集めるための手段が、
凸レンズよりなる請求項１記載の装置。
（６）分析的放射のビームをして源から検出器への進路
に沿つて伝わらせる分光計のための付属品において、台板；ビームを小さな点に集中させるために進路に設けられた
第一のレンズ；該台板に載せられそして三次元に動きうる要素を有する
第一のステージ；前記の第一のステージの該要素に載せられ、前記の第一
のステージの該要素に関して固定された光学ファイバー
の第一の端を保持するように操作する第一のファイバー
ホルダーであつて、前記の第一のステージの該要素が、
該点のすぐ近くの場所に光学ファイバーの第一の端を位
置させるように前記の第一のレンズに関して配置可能で
あり；光を検出器に向けるように進路に設けられた第二
のレンズ；該台板に載せられそして三次元に動きうる要素を有する
第二のステージ；前記の第二のステージの該要素に載せられ、前記の第二
のステージの該要素に関して固定された光学ファイバー
の第二の端モ保持するように操作する第二のファイバー
ホルダーであつて、前記の第二のステージの該要素が、
該ファイバーの前記の第二の端から現われる光を集めそ
してこのような光を検出器に向わせる位置に該ファイバ
ーの前記の第二の端を配置するように前記の第二のレン
ズに関して配置可能であることよりなる付属品。
（７）各ファイバーホルダーが、該ファイバーを受け入れる大きさの内径を有する少なく
とも一つの長さの管；該管を受け入れるような大きさの内径を有し、それぞれ
のステージ要素に固定して載せられたガラ該管の回りの
圧縮可能なフェルール；及び該管の回りの該フェルールを圧縮するように形成され、
該カラーに装着されたナットよりなる請求項６記載の付属品。
（８）該ステージのそれぞれが、ｘ−ｙ−２の直進する
ステージである請求項６記載の付属品。
（９）分光計を用いてサンプルの吸収スペクトルを測定
する方法において、第一及び第二の部分並びに第三の中間の部分を有する光
学ファイバーを設け；サンプルと中間の部分の少なくとも一部との間の密接な
接触を促進し；ファイバーの第一の端にビームの少なくとも一部を集め
るように分光計のビームの進路にファイバーを挿入し；
そしてファイバーの第二の端から現われる光を分光計の検出器
へ向けることよりなる方法。
（１０）該ビームが、ファイバーの第一の端の付近の比
較的小さな点に集中する請求項９記載の方法。
（１１）該ファイバーが、芯を有しそして芯の外側に少
なくとも１層を最初に設け、さらに第三の中間の部分の
上の少なくとも１層を除去する、該促進工程前に行なわ
れる工程を含む請求項９記載の方法。
（１２）分光計を用いてサンプルの吸収スペクトルを測
定する方法において、第一及び第二の端並びに芯を有する光学ファイバーを設
け；芯の長さの比較的小さい小部分上でサンプルと芯との間
の密接な接触を促進し；ファイバーの第一の端にビームの少なくとも一部を集め
るように分光計のビームの進路にファイバーを挿入し；
そしてファイバーの第二の端から現われる光を分光計の検出器
へ向けることよりなる方法。