JPH0785122B2 - 光ファイバセンサ - Google Patents
光ファイバセンサInfo
- Publication number
- JPH0785122B2 JPH0785122B2 JP3196985A JP19698591A JPH0785122B2 JP H0785122 B2 JPH0785122 B2 JP H0785122B2 JP 3196985 A JP3196985 A JP 3196985A JP 19698591 A JP19698591 A JP 19698591A JP H0785122 B2 JPH0785122 B2 JP H0785122B2
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- JP
- Japan
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- optical fiber
- fiber sensor
- clad
- test liquid
- concentration
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを用いて水
中の有機溶媒の濃度等を測定する光ファイバセンサに関
する。
中の有機溶媒の濃度等を測定する光ファイバセンサに関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば、酒類中のエタノール定量
には浮秤法が用いられ、酒精計を試料液中に浮遊させて
濃度換算表を参照しつつ濃度測定を行なったり、また、
近時、ガスクロマトグラフ等を用いてより簡便な測定を
行なっている。
には浮秤法が用いられ、酒精計を試料液中に浮遊させて
濃度換算表を参照しつつ濃度測定を行なったり、また、
近時、ガスクロマトグラフ等を用いてより簡便な測定を
行なっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、従来
の浮秤法によれば、一度蒸留を行なう必要があり、測定
時間が掛かるとともに、測定作業も煩雑であった。ま
た、ガスクロマトグラフィーによれば、機器が高価なた
め、測定コストが高くなるうえ、これらいずれの方法も
フロー系でリアルタイムに測定することは困難であると
いう問題があった。
の浮秤法によれば、一度蒸留を行なう必要があり、測定
時間が掛かるとともに、測定作業も煩雑であった。ま
た、ガスクロマトグラフィーによれば、機器が高価なた
め、測定コストが高くなるうえ、これらいずれの方法も
フロー系でリアルタイムに測定することは困難であると
いう問題があった。
【０００４】本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は極めて、簡単な構造で、コス
トも安価であり、さらに、簡単な工程で、リアルタイム
に水中の有機溶媒の濃度等を測定することのできる光フ
ァイバセンサを提供することにある。
たものであり、その目的は極めて、簡単な構造で、コス
トも安価であり、さらに、簡単な工程で、リアルタイム
に水中の有機溶媒の濃度等を測定することのできる光フ
ァイバセンサを提供することにある。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】上記目的を達成するた
めに、本発明は、光ファイバのコア１２の表面にキトサ
ン複合膜をクラッド１４として被着させて成る光ファイ
バセンサ１０から構成される。
めに、本発明は、光ファイバのコア１２の表面にキトサ
ン複合膜をクラッド１４として被着させて成る光ファイ
バセンサ１０から構成される。
【０００６】
【作用】光が光ファイバセンサ内を透過する際、被検液
中の水／エタノールの組成比によりキトサン／ＰＶＡ膜
クラッドの膨潤収縮の程度が変化し、その時のクラッド
の密度変化により臨界角が変化することにより伝搬光量
が変化する。このときの透過光量を測定することによ
り、これに対応した被検液中のエタノール濃度を得るこ
ととなる。
中の水／エタノールの組成比によりキトサン／ＰＶＡ膜
クラッドの膨潤収縮の程度が変化し、その時のクラッド
の密度変化により臨界角が変化することにより伝搬光量
が変化する。このときの透過光量を測定することによ
り、これに対応した被検液中のエタノール濃度を得るこ
ととなる。
【０００７】
【実施例】以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実
施例を説明する。図１は、本発明の実施例に係る光ファ
イバセンサ１０の拡大縦断面説明図であり、図におい
て、この光ファイバセンサは、円柱状のコア１２と、こ
のコア１２の表面に被着されたクラッド１４から形成さ
れる。コア１２は、公知のプラスチック系又は石英系の
何れを用いてもよい。クラッド１４は、キトサン／ＰＶ
Ａ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）膜として形
成されており、後述のように、試料溶液中の溶媒を含ん
だクラッドの密度変化に対応する溶液の濃度等を測定す
ることとなる。本実施例においては、例えば、長さ４０
ｍｍ、直径０．８ｍｍの石英コアを用い、クラッド１４
を膜厚約１μｍに形成している。尚、この光ファイバセ
ンサ１０は、図３に示すように、複数本を束ねて長手両
端部のみをエポキシ樹脂１６で固着させた状態として用
いてもよい。
施例を説明する。図１は、本発明の実施例に係る光ファ
イバセンサ１０の拡大縦断面説明図であり、図におい
て、この光ファイバセンサは、円柱状のコア１２と、こ
のコア１２の表面に被着されたクラッド１４から形成さ
れる。コア１２は、公知のプラスチック系又は石英系の
何れを用いてもよい。クラッド１４は、キトサン／ＰＶ
Ａ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ）膜として形
成されており、後述のように、試料溶液中の溶媒を含ん
だクラッドの密度変化に対応する溶液の濃度等を測定す
ることとなる。本実施例においては、例えば、長さ４０
ｍｍ、直径０．８ｍｍの石英コアを用い、クラッド１４
を膜厚約１μｍに形成している。尚、この光ファイバセ
ンサ１０は、図３に示すように、複数本を束ねて長手両
端部のみをエポキシ樹脂１６で固着させた状態として用
いてもよい。
【０００８】図４には、この光ファイバセンサ１０を用
いて具体的にセル化した光ファイバセンサセル１８の概
略縦断面説明図が示されており、図において、例えば、
テフロンチューブからなる柱体状のセル本体２０の断面
略中心位置には長手方向に光ファイバセンサ１０が固着
形成され、その光ファイバセンサ１０の両端部はセル本
体２０から露出している。このセル本体２０の内部に
は、光ファイバセンサ１０の周縁を間隙Ｄ１を配して囲
繞するように、例えばステンレスチューブ等から成る隔
壁２２が設けられ、この囲繞された部分に被検液流路２
４を形成している。そして、この隔壁２２はセル本体２
０の端部側側方に設けられた入口流路を介して入口２６
に接続するとともに、同セル本体２０の他端部側側方に
設けた出口流路を介して出口２８にも接続し、これによ
って、入口２６から流入した被検液は被検液流路２４を
流通して出口２８から排出される。入口２６及び出口２
８には図示しない管が接続されて光ファイバセンサセル
１８の近傍に配置された容器内の被検液内に延設され、
かつ図示しないポンプ等を介設させて同容器内の被検液
と、セル本体２０内の被検液流路２４間で被検液を循環
流通させている。さらに、セル本体２０の内部であっ
て、隔壁２２の外部側には間隙Ｄ２を配して囲繞するよ
うに、恒温水流路３０が形成され、各離反するような両
端寄り位置に設けた入口３２、及び出口３４に連通して
いる。入口３２及び出口３４には図示しない連通パイ
プ、及びポンプが接続されており、所定温度に保持され
た恒温水等が循環している。したがって、セル本体２０
内部に内側から外側にかけて順次、光ファイバセンサ１
０、被検液流路２４、恒温水流路３０が形成され、基本
的には光ファイバセンサ１０、特にそのキトサン複合膜
からなるクラッド１４と被検液流路２４が光量／濃度検
出部を形成することとなる。この光ファイバセンサセル
１８は、上記のようなセル構造に限ることなく、光ファ
イバセンサ１０を用いて任意の構造としてもよい。
いて具体的にセル化した光ファイバセンサセル１８の概
略縦断面説明図が示されており、図において、例えば、
テフロンチューブからなる柱体状のセル本体２０の断面
略中心位置には長手方向に光ファイバセンサ１０が固着
形成され、その光ファイバセンサ１０の両端部はセル本
体２０から露出している。このセル本体２０の内部に
は、光ファイバセンサ１０の周縁を間隙Ｄ１を配して囲
繞するように、例えばステンレスチューブ等から成る隔
壁２２が設けられ、この囲繞された部分に被検液流路２
４を形成している。そして、この隔壁２２はセル本体２
０の端部側側方に設けられた入口流路を介して入口２６
に接続するとともに、同セル本体２０の他端部側側方に
設けた出口流路を介して出口２８にも接続し、これによ
って、入口２６から流入した被検液は被検液流路２４を
流通して出口２８から排出される。入口２６及び出口２
８には図示しない管が接続されて光ファイバセンサセル
１８の近傍に配置された容器内の被検液内に延設され、
かつ図示しないポンプ等を介設させて同容器内の被検液
と、セル本体２０内の被検液流路２４間で被検液を循環
流通させている。さらに、セル本体２０の内部であっ
て、隔壁２２の外部側には間隙Ｄ２を配して囲繞するよ
うに、恒温水流路３０が形成され、各離反するような両
端寄り位置に設けた入口３２、及び出口３４に連通して
いる。入口３２及び出口３４には図示しない連通パイ
プ、及びポンプが接続されており、所定温度に保持され
た恒温水等が循環している。したがって、セル本体２０
内部に内側から外側にかけて順次、光ファイバセンサ１
０、被検液流路２４、恒温水流路３０が形成され、基本
的には光ファイバセンサ１０、特にそのキトサン複合膜
からなるクラッド１４と被検液流路２４が光量／濃度検
出部を形成することとなる。この光ファイバセンサセル
１８は、上記のようなセル構造に限ることなく、光ファ
イバセンサ１０を用いて任意の構造としてもよい。
【０００９】図５には、このような光ファイバセンサセ
ル１８を用いて被検液の定量を測定する装置全体のブロ
ック構成図が示され、タングステンランプ、レーザ、各
種水銀灯、キセノンランプ等の任意の光源と、各波長の
単色光を取出すモノクロメータと、光ファイバセンサセ
ル１８と、光電管等の検出器と、増幅器と、レコーダか
ら構成されている。図６には、図５に示す装置を用いて
被検液のエタノール濃度と、これに対応する光ファイバ
センサ１０による吸光度差を検出した検量線図が示さ
れ、両者間にほぼ安定したリニア特性関係があることが
理解される。エタノールに対するこの光ファイバセンサ
の応答は、実験的にも証明されており、例えば、５０％
エタノールに対する応答は約９０秒で平衡に達し、ま
た、水による再生も約６０秒という短時間で元の値に戻
ることが確認されている。また、再現性、耐久性も優
れ、かつ、広いエタノール濃度範囲で使用できることが
立証されている。
ル１８を用いて被検液の定量を測定する装置全体のブロ
ック構成図が示され、タングステンランプ、レーザ、各
種水銀灯、キセノンランプ等の任意の光源と、各波長の
単色光を取出すモノクロメータと、光ファイバセンサセ
ル１８と、光電管等の検出器と、増幅器と、レコーダか
ら構成されている。図６には、図５に示す装置を用いて
被検液のエタノール濃度と、これに対応する光ファイバ
センサ１０による吸光度差を検出した検量線図が示さ
れ、両者間にほぼ安定したリニア特性関係があることが
理解される。エタノールに対するこの光ファイバセンサ
の応答は、実験的にも証明されており、例えば、５０％
エタノールに対する応答は約９０秒で平衡に達し、ま
た、水による再生も約６０秒という短時間で元の値に戻
ることが確認されている。また、再現性、耐久性も優
れ、かつ、広いエタノール濃度範囲で使用できることが
立証されている。
【００１０】次に、図５に示す装置を用いて或る種の酒
類を被検液とする場合の濃度検出の作用を説明すると、
前述したように、光ファイバセンサセル１８には、所定
温度（例えば２５℃±０．１℃）に設定された恒温水が
被検液流路２４内を循環流通している。そして、光源か
ら放出された光は、モノクロメータを透過中に単色光の
みが取出され、この単色光が、セル１８内の光ファイバ
センサ１０に至る。ここで、被検液中の水／エタノール
の組成比によりキトサン／ＰＶＡ膜クラッドの膨潤収縮
の程度が変化し、その密度変化にともなうクラッドの屈
折率の変化は下記の式で示される臨界角θｃの変化を引
き起こし、そのため伝搬光量が変化するものである。ｓ
ｉｎθｃ＝ｎ2 ／ｎ1 （ｎ1 ＝コアの屈折率、ｎ2 ＝
クラッドの屈折率）即ち、図７において、ａの角度で入
ってきた光は臨界角がｂの場合、伝搬するが、エタノー
ルと接することでクラッドが収縮して屈折率が上がると
臨界角がｃに変化する。この場合ａの角度で進む光の一
部はクラッド内に進入し、伝搬されないことになり、透
過光量は減少する。これによってエタノールの濃度に対
応した伝搬光量は、検出器内で光電変換され、信号増幅
後、レコーダに記録されることとなる。そして、予め作
成した検量線を参照して、その光量に対応した被検液の
濃度を知ることとなる。尚、エタノール濃度を直読出来
るような機器構成とすることは任意に行なってもよい。
類を被検液とする場合の濃度検出の作用を説明すると、
前述したように、光ファイバセンサセル１８には、所定
温度（例えば２５℃±０．１℃）に設定された恒温水が
被検液流路２４内を循環流通している。そして、光源か
ら放出された光は、モノクロメータを透過中に単色光の
みが取出され、この単色光が、セル１８内の光ファイバ
センサ１０に至る。ここで、被検液中の水／エタノール
の組成比によりキトサン／ＰＶＡ膜クラッドの膨潤収縮
の程度が変化し、その密度変化にともなうクラッドの屈
折率の変化は下記の式で示される臨界角θｃの変化を引
き起こし、そのため伝搬光量が変化するものである。ｓ
ｉｎθｃ＝ｎ2 ／ｎ1 （ｎ1 ＝コアの屈折率、ｎ2 ＝
クラッドの屈折率）即ち、図７において、ａの角度で入
ってきた光は臨界角がｂの場合、伝搬するが、エタノー
ルと接することでクラッドが収縮して屈折率が上がると
臨界角がｃに変化する。この場合ａの角度で進む光の一
部はクラッド内に進入し、伝搬されないことになり、透
過光量は減少する。これによってエタノールの濃度に対
応した伝搬光量は、検出器内で光電変換され、信号増幅
後、レコーダに記録されることとなる。そして、予め作
成した検量線を参照して、その光量に対応した被検液の
濃度を知ることとなる。尚、エタノール濃度を直読出来
るような機器構成とすることは任意に行なってもよい。
【００１１】本発明に係る光ファイバセンサによれば、
酒類中のエタノールの濃度測定のほか、水中のエタノー
ル以外の水可溶性有機溶媒（メタノール、イソプロピル
アルコール等の各種アルコール、ジオキサン、アセトニ
トリル等）の定量等を行なうことが可能である。さら
に、キトサンのアミノ基のプロトン解離平衡が、キトサ
ンの形態変化を引き起こすことから、有機酸（各種カル
ボン酸やカルボキシル基を有する化合物）の分析にも使
用することが出来る。
酒類中のエタノールの濃度測定のほか、水中のエタノー
ル以外の水可溶性有機溶媒（メタノール、イソプロピル
アルコール等の各種アルコール、ジオキサン、アセトニ
トリル等）の定量等を行なうことが可能である。さら
に、キトサンのアミノ基のプロトン解離平衡が、キトサ
ンの形態変化を引き起こすことから、有機酸（各種カル
ボン酸やカルボキシル基を有する化合物）の分析にも使
用することが出来る。
【００１２】（実験例） （１）直径１ｍｍの石英コア・石英クラッド光ファイバ
の両端をポリ塩化ビニールで被覆した後フッ化水素酸に
室温で４５分浸漬して中央部のクラッドのみを剥離し、
その後、露出したコア表面を３−グリシドキシプロピル
トリメトキシシランで化学処理し、その上にキトサン複
合膜を被覆した。得られたファイバ１本をセル本体の中
央にセットし、これを紫外可視分光光度計で５００ｎｍ
での透過光量の違いを測定して、図６に示すようなエタ
ノール濃度と光量との関係を示す検量線図を得た。ま
た、２０、２５、３０度の焼酎について、それぞれ１
９．８、２５．８、３５．６％のエタノール濃度値を得
た。 （２）直径０．２３ｍｍの石英コア・プラスチッククラ
ッド光ファイバで、中央部のクラッドのみを燃やして剥
離した後、キトサン複合膜を被覆して光ファイバセンサ
を形成した。得られた光ファイバセンサ１０本束ねてそ
の両端部のみをエポキシ樹脂で固めてセルにセットして
用い、図８に示す検量線図を得た。
の両端をポリ塩化ビニールで被覆した後フッ化水素酸に
室温で４５分浸漬して中央部のクラッドのみを剥離し、
その後、露出したコア表面を３−グリシドキシプロピル
トリメトキシシランで化学処理し、その上にキトサン複
合膜を被覆した。得られたファイバ１本をセル本体の中
央にセットし、これを紫外可視分光光度計で５００ｎｍ
での透過光量の違いを測定して、図６に示すようなエタ
ノール濃度と光量との関係を示す検量線図を得た。ま
た、２０、２５、３０度の焼酎について、それぞれ１
９．８、２５．８、３５．６％のエタノール濃度値を得
た。 （２）直径０．２３ｍｍの石英コア・プラスチッククラ
ッド光ファイバで、中央部のクラッドのみを燃やして剥
離した後、キトサン複合膜を被覆して光ファイバセンサ
を形成した。得られた光ファイバセンサ１０本束ねてそ
の両端部のみをエポキシ樹脂で固めてセルにセットして
用い、図８に示す検量線図を得た。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る光
ファイバセンサによれば、単に、光ファイバのコアの表
面にキトサン複合膜をクラッドとして被着させることと
しているので、極めて簡単な構造で、コストも安価であ
り、さらに、簡単な工程で、リアルタイムに水中の有機
溶媒の濃度等を測定することが可能であるという効果を
奏する。
ファイバセンサによれば、単に、光ファイバのコアの表
面にキトサン複合膜をクラッドとして被着させることと
しているので、極めて簡単な構造で、コストも安価であ
り、さらに、簡単な工程で、リアルタイムに水中の有機
溶媒の濃度等を測定することが可能であるという効果を
奏する。
【図１】本発明の実施例に係る光ファイバセンサの拡大
縦断面説明図である。
縦断面説明図である。
【図２】同光ファイバセンサの端面図である。
【図３】複数本の光ファイバセンサを束ねて長手両端部
のみをエポキシ樹脂で固着させた場合の拡大端面図であ
る。
のみをエポキシ樹脂で固着させた場合の拡大端面図であ
る。
【図４】本発明の実施例に係る光ファイバセンサを用い
た光ファイバセンサセルの概略縦断面説明図である。
た光ファイバセンサセルの概略縦断面説明図である。
【図５】光ファイバセンサセルを用いた装置全体のブロ
ック構成図である。
ック構成図である。
【図６】被検液のエタノール濃度と吸光度差との検量線
図である。
図である。
【図７】コアとクラッドとの境界面での光の伝搬作用を
説明する説明図である。
説明する説明図である。
【図８】実験例に係る被検液のエタノール濃度と吸光度
差との検量線図である。
差との検量線図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 6/02 Ａ (72)発明者 倉内 芳秋 大分県大分市ひばりケ丘３丁目９番３号 (72)発明者 柳井 ▲たか▼之 山口県下関市長府松小田西町６番６号
Claims (1)
- 【請求項１】 光ファイバのコアの表面にキトサン複合
膜をクラッドとして被着させて成る光ファイバセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3196985A JPH0785122B2 (ja) | 1991-07-10 | 1991-07-10 | 光ファイバセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3196985A JPH0785122B2 (ja) | 1991-07-10 | 1991-07-10 | 光ファイバセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0519123A JPH0519123A (ja) | 1993-01-29 |
| JPH0785122B2 true JPH0785122B2 (ja) | 1995-09-13 |
Family
ID=16366914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3196985A Expired - Lifetime JPH0785122B2 (ja) | 1991-07-10 | 1991-07-10 | 光ファイバセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0785122B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3157952B2 (ja) * | 1993-06-02 | 2001-04-23 | アヴェンティス・リサーチ・ウント・テクノロジーズ・ゲーエムベーハー・ウント・コー・カーゲー | 化学物質検出用光学センサー |
| US6134045A (en) * | 1997-07-17 | 2000-10-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Chitosan optical materials |
| JP2010223817A (ja) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Soka Univ | エタノールセンサ及びこれを用いたエタノール計測システム |
| CN102879136B (zh) * | 2011-07-11 | 2014-08-06 | 广东海洋大学 | 壳聚糖薄膜高性能光纤压力传感头及其制作方法 |
-
1991
- 1991-07-10 JP JP3196985A patent/JPH0785122B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0519123A (ja) | 1993-01-29 |
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