JPH087193B2

JPH087193B2 - 液状試料吸光分析測定用光音響セル

Info

Publication number: JPH087193B2
Application number: JP2172423A
Authority: JP
Inventors: 幸人田淵; 敏行松中
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-06-28
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1996-01-29
Anticipated expiration: 2011-01-29
Also published as: JPH0460441A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、液状試料に測定用変調光を照射することに
より液状試料の光吸収に伴う熱の発生によって発生する
音波を測定する液状試料吸光分析測定用光音響セルに関
する。

［従来の技術］従来、液体や半流動体などの液状の試料に測定用変調
光を照射し、液状試料の光吸収に伴う熱の発生によって
発生する音波を測定して試料の分析を行う液状試料吸光
分析測定装置が知られている。

そして、その音波の測定を行う光分析測定用光音響セ
ル10は、第３図に示すように、円筒状の管12の両端に石
英ガラス板13,14が取り付けられている。

そして、石英ガラス板13と円筒状の管12との間、及び
石英ガラス板14と円筒状の管12との間には気密を保持す
るためにＯリング18,19が嵌入されており、これらによ
り試料液20を貯留するための気密の試料箱22が構成され
ている。

更に、円筒状の管12の上部に穿設された穴にはＬ字状
のパイプ24が接合されており、パイプ24の先端には、主
として10kHz以下の周波数に感度を有するマイクロホン2
6が配置されている。

また、測定用変調光は、例えば振幅変調されたレーザ
光が用いられ、その変調には1kHz以下で使用可能なメカ
ニカルチョッパ等が用いられている。

次に動作について説明する。

試料箱22内に試料液20を封入し、試料箱22の外部から
変調光（例えばレーザ光）を石英ガラス板13を通して試
料液20に照射すると、試料液20はレーザ光を吸収する。

この際、試料液20は光吸収に伴い熱を発生し、この熱
による周期的な熱流によって音波が発生する。

そして、この音波をマイクロホン26で採って測定する
ことにより試料液20の吸光量を測定し、この吸光量によ
り試料液20の定性・定量分析が行われる。

［発明が解決しようとする課題］従来の液状試料吸光分析測定装置は、上述したよう
に、測定用変調光の変調に1kHz以下で使用可能なメカニ
カルチョッパ等が用いられ、かつ粒子変位に敏感なマイ
クロホンを用いて光音響信号を粒子変位に比例する信号
として受信していた。この場合、変調周波数に反比例し
て感度が減少するので、高くとも1kHz以下で使用しなけ
ればならないという制限があり、このため、周囲の雑音
を拾いやすく、振動に弱いと共に信号処理に時間を要す
る等の不具合があった。加えて、信号処理に時間が掛か
るため試料液の温度定上昇による物性値変化や熱運動に
よる信号のドリフトによって再現性の低下や、増幅回路
の温度ドリフトによる信頼性の低下を引き起こしやすか
った。また、商用周波数に接近し過ぎているために商用
周波数ノイズの除去が有効に行えない等の課題があっ
た。更に、試料液の蒸気及び飛沫がマイクロホンやセル
の接着部分に到達するために耐久性に劣り、汚れやすい
ため、微量測定時に信頼性に欠けるという課題があっ
た。

発明の目的本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであ
り、その目的は、数10kHz〜数MHzで変調をかけられら測
定用変調光に対して十分な感度を持ち音圧に敏感な液状
試料吸光分析測定用光音響セルを提供することにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成させるために、本発明に係る液状試料
吸光分析測定用光音響セルは、液状試料に測定用変調光
を照射し、前記液状試料の光吸収熱にて生ずる音波を測
定して前記液状試料の分析を行う液状試料吸光分析測定
装置において、前記液状試料を入れる透明な測定管と、
前記測定管の両端に設けられた音波反射仕切弁と、前記
測定管を嵌挿させた円筒形状の共振器と、前記共振器に
貼着された音波測定圧電体と、を有することを特徴とす
る。

［作用］上記構成によれば、分析が行われる液状試料は測定管
内の音波反射仕切弁の間に封入される。そして、この液
状試料に測定用変調光を照射した際に生ずる音波は、測
定管を嵌挿させた共振器にて伝達されて音波測定圧電体
にて検出される。

［実施例］以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図には、液状試料吸光分析測定装置において用い
られる光音響セル30の好適な実施例が示されている。

この光音響セル30は、図に示すように、透明な細長い
共鳴管としての石英管32を有しており、石英管32の両端
には音響インピーダンスの大きい手動コックから成る液
状試料を仕切るための弁34,36が配置されている。ここ
で、両仕切弁34,36間の石英管32により試料液20を貯留
する試料室22が形成されている。

そして、石英管32にはアルミ、真鍮等の金属部材から
成る円筒状の共振器38が外嵌されている。この共振器38
の外周面にはリング状のPZT等の圧電部材40が貼着され
ており、これによりセンサが構成されている。

また、図示されてはいないが、石英管32の側方から測
定用変調光としてのレーザ光が照射されるようになって
おり、試料室22に貯留される試料液20にレーザ光を照射
することにより試料液20は光吸収に伴い熱を発生し、こ
れにより音波が発生されるようになっている。

更に、仕切弁間の長さをＬ、音速をＶとすると、発生
する音波が所定倍振動の場合、振動数ｆ及び波長λは次
式により求められる。

ｆ＝Vn/2L［Hz］ …（100） λ＝2L/n …（101）（ｎ＝2,3,4……）例えば、発生する音波が第３倍振動の場合、音圧分布
は第１図のようになる。ここで、共振器38は腹の位置に
なるように外嵌されており、またレーザ光も同様に共振
器38が位置しない腹の位置に照射されるようになってい
る。

次に、第２図を用いて上述した光音響セル30を用いた
液状試料吸光分析測定装置の構成について説明する。

図において、42は測定用変調光の変調を行うための変
調信号発生器であり、この変調信号発生器42の出力はレ
ーザダイオード駆動器43に送出されると共に、後述する
ロックインアンプ44にその同期信号として送出されてい
る。

そして、レーザダイオード駆動器43にはレーザダイオ
ード45が接続されており、レーザダイオード45から発射
されたレーザ光はレンズ等の光学系46により光音響セル
30に照射される。

更に、液状試料吸光分析測定用光音響セル30の圧電部
材40の出力側には、プリアンプ47が接続されており、プ
リアンプ47には前記ロックインアンプ44が接続されてい
る。

そして、ロックインアンプ44には信号処理器48が接続
されており、信号処理器48にはディスプレイ49及び記録
器50が接続されている。

ここで、変調信号発生器42からの変調信号が発振され
ると、発振された変調信号によりレーザダイオード駆動
器43はレーザダイオード45を駆動してレーザダイオード
45からレーザ光が発射される。

そして、試料室22に試料液20が貯留された液状試料吸
光分析測定用光音響セル30の音波の腹の位置にレーザ光
は照射される。

この場合、試料室22に貯留されている試料液20は光吸
収に伴い熱を発生し、この熱にて周期的な熱流が生じ試
料液20は振動する。なお、この音波の振動数ｆ及び波長
λは上記（100）式及び（101）式より求められる。

そして、試料液20の振動に伴い共振器38が共振し、共
振器38の外周面に貼着されているリング状のPZT等の圧
電部材40はこの振動を電気信号に変換する。

更に、圧電部材40により変換された電気信号は、プリ
アンプ47により増幅され、増幅された信号はロックイン
アンプ44を介して信号処理器48に入力されて所定の信号
処理が行われる。

この後、信号処理器48の処理結果（試料液20の定性・
定量分析結果）はディスプレイ49に表示されると共に記
録器50に記録される。

ここにおいて、本出願人による実験では、光音響セル
30は数10kHz〜数MHzの変調をかけられたレーザ光に対し
て十分な感度を持つことが確認されている。

なお、上述実施例においては、仕切弁34,36に手動コ
ックを用いたが、これに限らず、電磁弁等を用いてもよ
い。このようにすると、工場生産ラインの配管内に光音
響セル30を配置してオンラインモニター用として使用す
ることが可能である。

また、センサの共振Ｑ値の調整のために、圧電部材40
の外周にゴム材を貼着したり、センサをモールドするこ
とも可能である。

更に、上述実施例においては、レーザダイオードを用
いて説明したが、周波数ｆを数MHz以上に限定すれば、X
eランプや他のレーザの使用が可能である。

［発明の効果］以上説明したように、本発明に係る液状試料吸光分析
測定用光音響セルによれば、数10kHz〜数MHzにおいて変
調をかけた変調光に対して十分な感度を有するセンサを
実現することができたので、周囲の電源ノイズ等の雑音
を分離して測定が可能であり、また極めて振動に強い光
音響セルを提供可能である。また、測定される試料の温
度上昇による検出信号のドリフトの影響を受けにくくな
り、測定における再現性を向上させることが可能であ
る。加えて、試料が封入されているので、試料の蒸気及
び粉末が測定を行うセンサや他の部分に飛散することが
なく、極めて安全にかつ測定の信頼性を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液状試料吸光分析測定用光音響セル
の構成を示す斜視図、第２図は、液状試料吸光分析測定用光音響セルを組み込
んだ実験装置の構成を示すブロック図、第３図は、従来の液状試料吸光分析測定用光音響セルの
構成を示す断面図である。 30…液状試料吸光分析測定用光音響セル 32…石英管 34,36…仕切弁 38…共振器 40…圧電部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液状試料に測定用変調光を照射し、前記液
状試料の光吸収熱にて生ずる音波を測定して前記液状試
料の分析を行う液状試料吸光分析測定装置において、前記液状試料を入れる透明な測定管と、前記測定管の両端に設けられた音波反射仕切弁と、前記測定管を嵌挿させた円筒形状の共振器と、前記共振器に貼着された音波測定圧電体と、を有することを特徴とする液状試料吸光分析測定用光音
響セル。