JPH1062334A - 分光分析装置及び分析用細管 - Google Patents

分光分析装置及び分析用細管

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JPH1062334A
JPH1062334A JP21456696A JP21456696A JPH1062334A JP H1062334 A JPH1062334 A JP H1062334A JP 21456696 A JP21456696 A JP 21456696A JP 21456696 A JP21456696 A JP 21456696A JP H1062334 A JPH1062334 A JP H1062334A
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JP
Japan
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light
analysis
sample
tube
wavelength
Prior art date
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JP21456696A
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English (en)
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Takeshi Ono
剛 小野
Ayumi Totsuka
あゆみ 戸塚
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Aloka Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料が少量で済み、しかも外乱の影響を受け
ることなく正確かつ高感度の分析ができる分光分析装置
を提供する。 【解決手段】 分析用細管20は、管内を通過する光を
管内に向かって反射する反射層が設けられた可撓性を有
する細管であり、内部に試料ガスが満たされる。半導体
レーザ12の出射光は、分析用細管20の一端から入射
し、当該管内を反射を繰り返しながら通過し、管内の試
料ガスにて吸収作用を受けたのち、光検出器30で検出
される。温度コントローラ14及び電流コントローラ1
6による動作温度及び駆動電流の制御により半導体レー
ザ12の発振波長を掃引し、光検出器30にて各波長に
ついての光強度を求めることにより、試料ガスの光吸収
スペクトルが得られる。試料ガスの容器として分析用細
管20を用いたことにより、試料ガスの量が極めて少量
で済む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料に対して光を
照射し、その光吸収スペクトルから試料の成分を分析す
る分光分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図3は、赤外域の光吸収スペクトルを利
用した従来の分光分析装置の構成を模式的に示した図で
ある。この装置は、ガスの成分分析を目的とする。
【0003】図3において、ランプ40は、可視光域か
ら赤外域の広い波長範囲にわたる光を発する。試料セル
50には、分析対象となる試料ガスが収容される。ラン
プ40の出射光は、試料セル50に入射し、内部の試料
ガスとの相互作用によりそのスペクトルの一部が吸収さ
れる。
【0004】一般に、ガスの吸収係数は小さいため、高
感度で測定するためには吸収光路長を長くする必要があ
る。そこで、図2の装置では、試料セル50は、多重反
射を利用して光路長を延ばすホワイト型セルと呼ばれる
構造を採っている。すなわち、試料セル50には、2枚
の平面鏡52−1及び52−2と、3枚の球面鏡54−
1、54−2及び54−3が設けられ、試料セル50に
入射した光は、平面鏡52−1で反射して球面鏡54−
1に入射し、以降球面鏡54−1〜54−3の間で所定
回数の反射を繰り返したのち、平面鏡52−2を介して
試料セル50の外に出力される。この例では、試料セル
50への入射光は、球面鏡54−1〜54−3の間を5
0往復し、約10mの光路長が得られる。
【0005】試料セル50から出た光は、分散型分光器
60に入射する。分散型分光器60では、入射した光は
平面鏡62で方向が変えられ、回折格子64で波長散乱
される。そして、波長散乱された光のうち特定の波長の
光のみが、スリット66を通過し、分散型分光器60か
ら出力される。光検出器70は、分散型分光器60から
出力された光の強度を検出する。
【0006】回折格子64の角度θを連続的に変えてい
けば、これに応じてスリット66を通過する光の波長が
変化するので、各波長の光の強度を求めることにより光
吸収スペクトルが求められる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】分光分析において高感
度の測定を行うためには、試料セル50内の吸収光路長
を長くする必要がある。しかし、上記従来装置では、吸
収光路長を長くするには試料セル50のサイズを大きく
する必要があり、これに伴って試料ガスが多量に必要に
なるという問題があった。
【0008】また、上記従来装置では、正しい光路長を
得るためには、試料セル50の平面鏡52や球面鏡54
の精密な調整が必要であった。特に、球面鏡54は、振
動や温度変化により角度や曲率が変わるため、正しい光
路長が得られなかったり、光が試料セルから正しい方向
に出射しなかったりする場合があり、精密な測定のため
には設置環境を極めて厳密に管理する必要があった。
【0009】本発明は、以上のような問題を解決するた
めになされたものであり、試料が少量で済み、しかも外
乱の影響を受けることなく正確かつ高感度の分析ができ
る分光分析装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明に係る分光分析装置は、光源と、試料を収
容し、一方端から前記光源の光が入力される分析用細管
であって、前記光源の光を管内に向かって反射するよう
加工された分析用細管とを有し、前記分析用細管の他方
端から出射した光を検出して分析することを特徴とす
る。
【0011】この構成では、試料は分析用細管の中に収
容される。光源から発せられた光は、分析用細管の一方
端から入力され、その細管中を反射を繰り返しながら通
過し、その細管の他方端から出射する。光は、この分析
用細管の中を通過する間に管内の試料と相互作用を行
い、この結果試料の各成分に対応した特定の波長の光が
吸収される。分析用細管から出射される光を検出するこ
とにより、試料の成分を分析することができる。
【0012】上記従来装置では、光が通過する場所は試
料セルの一部のみであり、構造上、光が通過しない大部
分の場所にも試料を満たすために試料が多量に必要であ
った。これに対して、本構成では、分析用細管の径を光
源の出射光とほぼ同径とすれば、光は当該細管内のほと
んどの部分を通過し、当該細管内の試料のほとんどが光
と相互作用するため無駄がない。逆に言えば、本構成に
よれば、試料は実際に光吸収に関与するだけの量があれ
ばよいことになり、試料が極めて少量で済む。特に、気
体試料のように、長い吸収光路長が必要とされる場合に
は、試料の節減の効果が大きい。また、本構成は、試料
を収容する容器、すなわち分析用細管に機械的な機構が
ないので、従来装置のような光学的な調整は不要であ
り、また振動や温度変化などの外乱の影響を極めて受け
にくい。
【0013】上記構成において、分析用細管に可撓性を
有するものを用いれば、長い分析用細管を例えばコイル
状に巻いて用いることなどが可能となり、分光分析装置
の設置を容易にすることができる。
【0014】また、本発明の好適な態様では、前記光源
は、半導体レーザと、この半導体レーザの発振波長を制
御するレーザ制御手段と、を有し、前記レーザ制御手段
によって前記半導体レーザから発せられる光の波長を変
化させ、前記分析用細管から出射した光の強度を各波長
ごとに順次検出することにより光吸収スペクトルを求め
る。
【0015】この構成では、光源に半導体レーザを用
い、レーザ制御手段によって半導体レーザの発振波長を
変化させながら、各波長ごとに光強度を検出して光吸収
スペクトルを求める。レーザ制御手段としては、例え
ば、半導体レーザの駆動電流を制御する方式や、半導体
レーザの動作温度を制御する方式、あるいは両者を組み
合わせた方式などを用いることができる。半導体レーザ
の波長選択は極めて高精度に行うことができるので、本
構成によれば、スペクトル分解能を大幅に向上させるこ
とができる。また、上記従来装置では、広帯域のランプ
の光を分散型分光器で波長分散し、スリットで所望の波
長を選択していたため、分解能を上げようとすれば光検
出器に入射する光強度が低下してしまったが、本構成で
はこのような光強度の低下は生じない。
【0016】また、本発明に係る分析用細管は、試料を
収容するための分析用細管であって、当該管内を通過す
る所定波長帯域の光を当該管内に向かって反射する反射
手段を有し、一方端を分光分析装置の光源に、他方端を
分光分析装置の光検出器にそれぞれ接続して用いられる
ことを特徴とする。
【0017】この分析用細管によれば、試料の量を大幅
に節約することができる。また、この分析用細管は、従
来のホワイト型セルに比べ、光学的調整などの取扱いが
格段に容易である。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。
【0019】図1は、本発明に係る分光分析装置の概略
構成を示す図である。
【0020】図1において、光源部10は、半導体レー
ザ12、温度コントローラ14、及び電流コントローラ
16を含んでいる。この例では、半導体レーザ12は、
赤外域の波長の光を発する。半導体レーザ12の材料と
しては、例えばAlGaAs系やInGaAsP系など
を用いることができ、分析に必要な波長範囲に適したも
のを選択すればよい。例えば、AlGaAs系はほぼ
0.7〜0.9μmの波長範囲で、InGaAsP系は
ほぼ1.1〜1.6μmの波長範囲で常温発振する。ま
た、1種類の半導体レーザで分析に必要な波長範囲がカ
バーしきれない場合は、複数種類の半導体レーザを切り
換え使用してもよい。
【0021】半導体レーザ12の発振波長は、温度コン
トローラ14または電流コントローラ16によって制御
される。温度コントローラ14は、例えばペルチェ素子
などの熱電素子などを含み、半導体レーザ12の動作温
度を調節する。また、電流コントローラ16は、半導体
レーザ12の駆動電流を制御する。これら各コントロー
ラにより半導体レーザ12の動作温度及び/又は駆動電
流を変化させることにより、発振波長を変化させること
ができる。一般に、動作温度制御は比較的大まかな波長
選択に適し、駆動電流制御は細かい波長選択に適してい
る。半導体レーザは、極めて高精度に波長選択を行うこ
とができるので、従来の分散型分光器とスリットにより
波長選択を行う構成に比べて、光の強度を低下させずに
スペクトル分解能を大幅に向上させることができる。
【0022】なお、半導体レーザ12の出力部にはレー
ザ光をほぼ平行化するコリメータレンズが設けられてい
る。
【0023】半導体レーザ12には、分析用細管20の
一方端が接続されている。分析用細管20は、半導体レ
ーザ12からの光が反射しながら管内を通過するよう、
反射層が設けられている。試料ガスは、試料導入口22
から分析用細管20内に導入され、試料排出口24から
排出される。図2に示すように、分析用細管20は、ガ
ラスからなる例えば肉厚10μm程度の基管200の外
側に金蒸着などの手法で反射層202を形成し、更に管
全体としての柔軟性と強度を持たせるためにその外側を
ポリイミドなどの保護層204でコーティングして形成
している。このような構造により、分析用細管20は可
撓性を有するので、全長が長くなった場合にはコードの
ように巻いてコンパクトな形で使用することもでき、設
置環境に応じた自由なセッティングを行うことができ
る。
【0024】なお、反射層202や保護層204の材質
は上記のものに限られるものではなく、特に反射層20
2は分析に用いるレーザ光の波長帯域に適合したものを
用いることが望ましい。また、反射層202は、基管2
00の内側に形成してもよい。
【0025】分析用細管20の内径は、半導体レーザ1
2から出射するほぼ平行なレーザ光の径にほぼ等しいサ
イズとする。このようなサイズとすることにより、レー
ザ光を効率よく利用することができる。また、分析用細
管20の長さは、適切な光吸収のために必要な光路長と
同程度の長さとする。
【0026】半導体レーザ12から発せられたレーザ光
は、分析用細管20内に入射し、分析用細管20内を反
射を繰り返しながら通過する。レーザ光は、この間に分
析用細管20内の試料ガスと相互作用し、試料ガスの成
分に応じて吸収される。そして、吸収されなかった残余
光が分析用細管20の端部に接続された光検出器30に
よって検出される。
【0027】光検出器30は、検出した光をその強度に
応じた電気信号に変換して出力する。この電気信号は、
図示しない信号/データ処理部に伝送され、光吸収スペ
クトルが求められる。なお、光検出器30としては、例
えばフォトダイオードを用いることができる。
【0028】以上の構成において、温度コントローラ1
4及び/又は電流コントローラ16により半導体レーザ
12の発振波長を掃引しながら、光検出器30にて各波
長に対する光強度を検出することにより、試料ガスの光
吸収スペクトルを得ることができる。
【0029】本実施形態によれば、まず第1に試料の量
を節約することができる。例えば、本実施形態におい
て、分析用細管20の内径を1mm、長さを10mとし
た場合、これを満たすのに必要な試料ガスは約10cm
3 であるが、前述の従来装置では、10mの光路長の試
料セルは500cm3 程度の容積であり、試料の節減効
果は明らかである。また、本実施形態では、試料容器で
ある分析用細管20に機械的な機構がないため、従来装
置の試料セルのような光学的調整や設置環境の管理がほ
とんど不要である。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
試料を収容する容器として分析用細管を用いたことによ
り、少量の試料で分析を行うことができ、しかも温度変
化や振動などの外乱の影響を受けにくい分光分析装置を
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る分光分析装置の概略構成を示す
図である。
【図2】 実施形態の分析用細管の構造を示す断面図で
ある。
【図3】 従来の分光分析装置の一例の概略構成を示す
図である。
【符号の説明】
10 光源部、12 半導体レーザ、14 温度コント
ローラ、16 電流コントローラ、20 分析用細管、
22 試料導入口、24 試料排出口、30光検出器、
200 基管、202 反射層、204 保護層。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光源と、 試料を収容し、一方端から前記光源の光が入力される分
    析用細管であって、前記光源の光を管内に向かって反射
    するよう加工された分析用細管と、 を有し、前記分析用細管の他方端から出射した光を検出
    して分析を行うことを特徴とする分光分析装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の分光分析装置であっ
    て、 前記分析用細管は可撓性を有することを特徴とする分光
    分析装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の分光分析
    装置であって、 前記光源は、半導体レーザと、この半導体レーザの発振
    波長を制御するレーザ制御手段とを有し、 前記レーザ制御手段によって前記半導体レーザから発せ
    られる光の波長を変化させ、前記分析用細管から出射し
    た光の強度を各波長ごとに順次検出することにより光吸
    収スペクトルを求めることを特徴とする分光分析装置。
  4. 【請求項4】 試料を収容するための分析用細管であっ
    て、当該管内を通過する所定波長帯域の光を当該管内に
    向かって反射する反射手段を有し、 一方端を分光分析装置の光源に、他方端を分光分析装置
    の光検出器にそれぞれ接続して用いられる分析用細管。
JP21456696A 1996-08-14 1996-08-14 分光分析装置及び分析用細管 Pending JPH1062334A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008249385A (ja) * 2007-03-29 2008-10-16 Furukawa Electric Co Ltd:The マイクロリアクタ
JP2018512074A (ja) * 2015-03-05 2018-05-10 コリア リサーチ インスティチュート オブ スタンダーズ アンド サイエンス 微量サンプル使用高感度光吸収セルを含む測定デバイス
CN109632411A (zh) * 2018-11-27 2019-04-16 中国农业大学 一种栽培基质前处理及成分快速光谱检测一体化系统
US11421094B2 (en) 2016-07-20 2022-08-23 Solvay Sa Functionalized particulate bicarbonate as blowing agent, foamable polymer composition containing it, and its use in manufacturing a thermoplastic foamed polymer

Cited By (5)

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