JPH1082734A - 分子吸収分光用の管状減衰光波センサ - Google Patents
分子吸収分光用の管状減衰光波センサInfo
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- JPH1082734A JPH1082734A JP9208036A JP20803697A JPH1082734A JP H1082734 A JPH1082734 A JP H1082734A JP 9208036 A JP9208036 A JP 9208036A JP 20803697 A JP20803697 A JP 20803697A JP H1082734 A JPH1082734 A JP H1082734A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 分子吸収分光法により液体またはガスを分析
するための減衰光波センサを提供する。 【解決手段】 センサは、流体２４と相互作用可能であ
る光を放射しかつ前記光を前記流体との光の相互作用の
後に受け入れる放射受入れ装置２２と、流体内に浸漬さ
れるように意図された管状光ガイド２６とを備え、該光
ガイドの一端部は放射受入れ装置２２に面するように配
置されかつ該光ガイドの第２端部は該光ガイド内を伝搬
する光を反射可能であり、さらに、光ガイド２６を前記
放射受入れ装置から所定の距離に維持する装置（３２）
を備え、前記距離を維持することにより、光が光ガイド
内を伝搬するときに流体内に減衰光波を形成することが
可能になる。
するための減衰光波センサを提供する。 【解決手段】 センサは、流体２４と相互作用可能であ
る光を放射しかつ前記光を前記流体との光の相互作用の
後に受け入れる放射受入れ装置２２と、流体内に浸漬さ
れるように意図された管状光ガイド２６とを備え、該光
ガイドの一端部は放射受入れ装置２２に面するように配
置されかつ該光ガイドの第２端部は該光ガイド内を伝搬
する光を反射可能であり、さらに、光ガイド２６を前記
放射受入れ装置から所定の距離に維持する装置（３２）
を備え、前記距離を維持することにより、光が光ガイド
内を伝搬するときに流体内に減衰光波を形成することが
可能になる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は分子吸収分光用の管
状の光波減衰センサに関する。本発明は液体溶液内の種
の分析に関する。さらに特定すると、本発明は液体溶液
内の種の分析に関する。
状の光波減衰センサに関する。本発明は液体溶液内の種
の分析に関する。さらに特定すると、本発明は液体溶液
内の種の分析に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】分子吸収
分光法は実験室の規模で非常にしばしば使用される分析
方法である。分子吸収分光法は、溶液内で分析されるべ
き種により光の放射の選択的吸収に基づいている。さ
て、この方法の原理を定義する。
分光法は実験室の規模で非常にしばしば使用される分析
方法である。分子吸収分光法は、溶液内で分析されるべ
き種により光の放射の選択的吸収に基づいている。さ
て、この方法の原理を定義する。
【外１】 は入射放射線の強さでありかつ
【外２】 は波長λにおいて伝達された放射線（ｒａｄｉａｔｉｏ
ｎ）の強さである。これらの二つのパラメータは、次式
で関連づけられている。
ｎ）の強さである。これらの二つのパラメータは、次式
で関連づけられている。
【数１】 式中、ＤＯは
【外３】 と等しい光学密度を表す。
【外４】 はモル消光係数（ｍｏｌａｒ ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ
ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）（ mol-1.litre. cm-1で表さ
れる）、Ｌは溶液内の光学通路（cmで表される）、かつ
Ｃは分析されるべき化学的な種の濃度（ mol.litre-1で
表される）とする。
ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）（ mol-1.litre. cm-1で表さ
れる）、Ｌは溶液内の光学通路（cmで表される）、かつ
Ｃは分析されるべき化学的な種の濃度（ mol.litre-1で
表される）とする。
【０００３】実験室で一般に使用される分光測光につい
ては、最高の測定可能な光学密度は４から７までの範囲
内にある（１０4 から１０7 までの範囲内で変化する信
号の減衰を与える）。
ては、最高の測定可能な光学密度は４から７までの範囲
内にある（１０4 から１０7 までの範囲内で変化する信
号の減衰を与える）。
【０００４】減少した光学通路を有する測定セルを使用
すると、１００cm-1に達することがある吸光度
すると、１００cm-1に達することがある吸光度
【外５】 を測定することができる。これらの値を超えると、もし
も稀釈溶液が分析されるべき種の光学特性を乱さなけれ
ば、分析されるべき試料は稀釈されなければならない。
も稀釈溶液が分析されるべき種の光学特性を乱さなけれ
ば、分析されるべき試料は稀釈されなければならない。
【０００５】分子吸収分光法（分子吸収測光法という用
語も使用される）によるライン分析（ｌｉｎｅ ａｎａ
ｌｙｓｉｓ）においては、２つの光ファイバにより測定
装置と接続された光センサを使用することが必要であ
る。ファイバのうちの一方のファイバは、測定装置の光
源からの光を測定点まで搬送することを可能にする。他
方の光ファイバは、溶液内の長さＬの光学通路を通過し
た後の伝達された放射を収集することを可能にする。実
験室での分析の場合のように、光学通路は、分析される
べき溶液の不透明度の関数として調節される。
語も使用される）によるライン分析（ｌｉｎｅ ａｎａ
ｌｙｓｉｓ）においては、２つの光ファイバにより測定
装置と接続された光センサを使用することが必要であ
る。ファイバのうちの一方のファイバは、測定装置の光
源からの光を測定点まで搬送することを可能にする。他
方の光ファイバは、溶液内の長さＬの光学通路を通過し
た後の伝達された放射を収集することを可能にする。実
験室での分析の場合のように、光学通路は、分析される
べき溶液の不透明度の関数として調節される。
【０００６】しかしながら、吸光度が非常に高い（おそ
らくは、５０cm- 1 よりも高い）ときには、測定のため
に必要な光学通路が非常に小さいので、溶液が毛管現象
のために、光エミッタとセンサと組み合わされた光コレ
クタとの間に捕獲される。従って、センサは最早やイン
ラインセンサの役目をしない。吸光度の高い溶液の吸収
測定に使用される光波減衰センサについて考察すること
にする。これらのセンサの原理は、反射面による偏差の
瞬間における光のサブミクロン侵入特性（ｓｕｂｍｉｃ
ｒｏｎ ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）に基
づいている。
らくは、５０cm- 1 よりも高い）ときには、測定のため
に必要な光学通路が非常に小さいので、溶液が毛管現象
のために、光エミッタとセンサと組み合わされた光コレ
クタとの間に捕獲される。従って、センサは最早やイン
ラインセンサの役目をしない。吸光度の高い溶液の吸収
測定に使用される光波減衰センサについて考察すること
にする。これらのセンサの原理は、反射面による偏差の
瞬間における光のサブミクロン侵入特性（ｓｕｂｍｉｃ
ｒｏｎ ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）に基
づいている。
【０００７】減衰光波の概念について定義する。屈折率
ｎ1 を有する第１媒体から送られる光線がｎ1 よりも低
い屈折率ｎ2 を有する第２媒体の表面に達したときに、
光線の入射角βが対応した電磁波の二つの挙動を決定す
る。もしもβが臨界角βC よりも小さければ、電磁波は
第２媒体に完全に伝達される。もしもβがβC と等しい
かまたは大きければ、電磁波は２つの媒体の間の界面に
おいて完全に反射される。
ｎ1 を有する第１媒体から送られる光線がｎ1 よりも低
い屈折率ｎ2 を有する第２媒体の表面に達したときに、
光線の入射角βが対応した電磁波の二つの挙動を決定す
る。もしもβが臨界角βC よりも小さければ、電磁波は
第２媒体に完全に伝達される。もしもβがβC と等しい
かまたは大きければ、電磁波は２つの媒体の間の界面に
おいて完全に反射される。
【０００８】臨界角βC は次式により定義される。
【数２】
【０００９】物理的な観点から、反射された光波に対す
る伝達された光波からの突然の通過（ｓｕｄｄｅｎ ｐ
ａｓｓａｇｅ）は完全には満足されない。マクスウエル
の方程式を使用するさらに正確な検討により、減衰光波
の概念を使用してこれらの二つの現象の間に過渡段階が
導入されている。
る伝達された光波からの突然の通過（ｓｕｄｄｅｎ ｐ
ａｓｓａｇｅ）は完全には満足されない。マクスウエル
の方程式を使用するさらに正確な検討により、減衰光波
の概念を使用してこれらの二つの現象の間に過渡段階が
導入されている。
【００１０】媒体の変化（ｍｅｄｉｕｍ ｃｈａｎｇ
ｅ）における電磁波の挙動のモデリングにより、βがβ
C と等しいかまたは大きいときに、光は第１媒体に向か
って反射される前に第２媒体を僅かに透過する。深さが
放射の波長λと関連したこの侵入は、「減衰光波」（ｅ
ｖａｎｅｓｃｅｎｔ ｗａｖｅ）として知られている。
侵入深さｄｐは次式により与えられる。
ｅ）における電磁波の挙動のモデリングにより、βがβ
C と等しいかまたは大きいときに、光は第１媒体に向か
って反射される前に第２媒体を僅かに透過する。深さが
放射の波長λと関連したこの侵入は、「減衰光波」（ｅ
ｖａｎｅｓｃｅｎｔ ｗａｖｅ）として知られている。
侵入深さｄｐは次式により与えられる。
【数３】
【００１１】可視範囲（０．４μｍから０．８μｍまで
の範囲）内の波長については、前記深さｄｐは数マイク
ロメートルである。減衰光波センサに使用されるのは、
この特性である。分析における減衰光波の重要性につい
て、以下に具体的に説明する。電磁波が複数の反射を行
う光学導体（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）内
を伝搬する。各々の反射のために、周囲の媒体が放射に
より厳密に調査される。それゆえに、光センサを製造す
るために、これらの反射を利用することができる。しか
しながら、センサの寸法は、光波の入射角により大いに
左右される。
の範囲）内の波長については、前記深さｄｐは数マイク
ロメートルである。減衰光波センサに使用されるのは、
この特性である。分析における減衰光波の重要性につい
て、以下に具体的に説明する。電磁波が複数の反射を行
う光学導体（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）内
を伝搬する。各々の反射のために、周囲の媒体が放射に
より厳密に調査される。それゆえに、光センサを製造す
るために、これらの反射を利用することができる。しか
しながら、センサの寸法は、光波の入射角により大いに
左右される。
【００１２】光波の入射角の関数としての光波の透過を
例示する曲線を図１に示してある。入射角βを横軸にプ
ロットし、かつ侵入深さｄｐを縦軸にプロットしてあ
る。二つの領域を図１において観察することができ、か
つ使用される放射の波長および放射により厳密に調査さ
れる媒体の吸光度により左右される角度βの値β1によ
り、 −光学導体の長さの単位あたりの高い反射レベルを発生
する高い光波の透過を特徴とする領域Ｉと、光学導体の
長さの単位あたりの低い反射レべルを発生する低い光波
の透過を特徴とする領域ＩＩとに分離される。
例示する曲線を図１に示してある。入射角βを横軸にプ
ロットし、かつ侵入深さｄｐを縦軸にプロットしてあ
る。二つの領域を図１において観察することができ、か
つ使用される放射の波長および放射により厳密に調査さ
れる媒体の吸光度により左右される角度βの値β1によ
り、 −光学導体の長さの単位あたりの高い反射レベルを発生
する高い光波の透過を特徴とする領域Ｉと、光学導体の
長さの単位あたりの低い反射レべルを発生する低い光波
の透過を特徴とする領域ＩＩとに分離される。
【００１３】それゆえに、本発明による減衰光波センサ
を実現するための最大の利点（総体的な寸法が小さい）
を提供するのは領域Ｉである。前記センサは領域Ｉ内で
機能するように意図されている。しかしながら、電磁波
の伝搬角を正確に調節可能であることが必要である。光
学ガイド内の電磁波の伝搬角を調節することができると
すぐに、反射の各々において厳密に調査される深さを制
御することができ、従って、減衰光波センサの役目をす
る光学ガイドが得られる。可視範囲内の波長に対するほ
ぼ１μｍのこのような深さは、原位置での分光分析方法
において新規の展望を開いている。
を実現するための最大の利点（総体的な寸法が小さい）
を提供するのは領域Ｉである。前記センサは領域Ｉ内で
機能するように意図されている。しかしながら、電磁波
の伝搬角を正確に調節可能であることが必要である。光
学ガイド内の電磁波の伝搬角を調節することができると
すぐに、反射の各々において厳密に調査される深さを制
御することができ、従って、減衰光波センサの役目をす
る光学ガイドが得られる。可視範囲内の波長に対するほ
ぼ１μｍのこのような深さは、原位置での分光分析方法
において新規の展望を開いている。
【００１４】現在、多数の研究室がこのようなセンサに
多大な関心を示している。しかしながら、このようなセ
ンサを設計する問題は、従来、限られた範囲でのみ研究
されてきた。減衰光波センサまたはプローブの二つの種
類が知られている。
多大な関心を示している。しかしながら、このようなセ
ンサを設計する問題は、従来、限られた範囲でのみ研究
されてきた。減衰光波センサまたはプローブの二つの種
類が知られている。
【００１５】図２に図解的に例示した第１の種類におい
ては、センサは、保護シースを備えておらずかつ分岐回
路４内に配置された光ファイバ２を備えている。分岐回
路４内には、分析されるべき溶液が矢印Ｆで示した方向
に循環している。図２は、また、ファイバ２の両端部に
それぞれ連結された光源６および光検出器８を示す。図
３に図解的に例示した第２の種類においては、センサ
は、ガラス板１０を備えている。ガラス板１０の片面
は、分析されるべき溶液１２内に浸漬されている。
ては、センサは、保護シースを備えておらずかつ分岐回
路４内に配置された光ファイバ２を備えている。分岐回
路４内には、分析されるべき溶液が矢印Ｆで示した方向
に循環している。図２は、また、ファイバ２の両端部に
それぞれ連結された光源６および光検出器８を示す。図
３に図解的に例示した第２の種類においては、センサ
は、ガラス板１０を備えている。ガラス板１０の片面
は、分析されるべき溶液１２内に浸漬されている。
【００１６】前記浸漬を可能にするために、内部に溶液
が矢印Ｇで示すように循環するダクト１３に形成された
スロットがガラス板１０を受け入れている。反対側のガ
ラス板の面は、その両端部に２つのプリズム１４および
１６を備えている。これらのプリズムは電磁波をガラス
板１０の中に送入しかつ前記電磁波を該ガラス板から送
出するように意図されている。そのうえ、これらのプリ
ズム１４および１６は、それぞれ、光源１８、光検出器
２０と接続されている。
が矢印Ｇで示すように循環するダクト１３に形成された
スロットがガラス板１０を受け入れている。反対側のガ
ラス板の面は、その両端部に２つのプリズム１４および
１６を備えている。これらのプリズムは電磁波をガラス
板１０の中に送入しかつ前記電磁波を該ガラス板から送
出するように意図されている。そのうえ、これらのプリ
ズム１４および１６は、それぞれ、光源１８、光検出器
２０と接続されている。
【００１７】図２および図３に示したセンサは、実験室
の規模で最も広範囲に使用されている。しかしながら、
これらのセンサは、 −光の入口を出口から分離する距離、 −センサの総体的な寸法（図２に例示したセンサについ
て）、 −センサを実現しかつ取り替えることが困難（図３に例
示したセンサについて）であるために、産業環境用には
極めて好適ではない。
の規模で最も広範囲に使用されている。しかしながら、
これらのセンサは、 −光の入口を出口から分離する距離、 −センサの総体的な寸法（図２に例示したセンサについ
て）、 −センサを実現しかつ取り替えることが困難（図３に例
示したセンサについて）であるために、産業環境用には
極めて好適ではない。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は前述した不利点
をなくすことを目的としている。本発明は分子吸収分光
法により流体（液体またはガス）を分析するための減衰
光波センサに関し、前記センサは、該センサが −流体と相互に作用可能である光を放射しかつ前記光を
前記流体との光の相互作用後に受け入れる放射受入れ装
置（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｒｅｃｅｐｔｉｏｎｍｅａｎ
ｓ）と、 −流体内に浸漬されるように意図された管状光ガイドと
を備え、該光ガイドの第１端部は放射受入れ装置に面し
て配置されかつ該光ガイドの第２端部は光ガイド内に伝
搬する光を反射可能であり、さらに、 −光ガイドを放射受入れ装置から所定の距離に維持する
装置を備え、前記距離により、光が光ガイド内を伝搬す
るときに流体内に減衰していく光波を形成することが可
能であることを特徴とする。
をなくすことを目的としている。本発明は分子吸収分光
法により流体（液体またはガス）を分析するための減衰
光波センサに関し、前記センサは、該センサが −流体と相互に作用可能である光を放射しかつ前記光を
前記流体との光の相互作用後に受け入れる放射受入れ装
置（ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｒｅｃｅｐｔｉｏｎｍｅａｎ
ｓ）と、 −流体内に浸漬されるように意図された管状光ガイドと
を備え、該光ガイドの第１端部は放射受入れ装置に面し
て配置されかつ該光ガイドの第２端部は光ガイド内に伝
搬する光を反射可能であり、さらに、 −光ガイドを放射受入れ装置から所定の距離に維持する
装置を備え、前記距離により、光が光ガイド内を伝搬す
るときに流体内に減衰していく光波を形成することが可
能であることを特徴とする。
【００１９】放射受入れ装置が −光を放射するために意図された中央光ファイバを備
え、前記ファイバの端部は管状光ガイドに面して配置さ
れかつ光ガイドは同心をなし、さらに、 −中央光ファイバを囲みかつ光ガイドの第１端部を通過
する光を受け入れるように意図されている周囲光ガイド
を備えていることが好ましい。
え、前記ファイバの端部は管状光ガイドに面して配置さ
れかつ光ガイドは同心をなし、さらに、 −中央光ファイバを囲みかつ光ガイドの第１端部を通過
する光を受け入れるように意図されている周囲光ガイド
を備えていることが好ましい。
【００２０】本発明によるセンサの好ましい一実施例に
よれば、管状光ガイドの第１端部は円錐台を形成するた
めに面取りされ、対応した円錐台の頂点は、光ガイド内
に配置されている。この面取りにより、光が光波を減衰
させるために適切な角度に従って管状ガイド内を伝搬す
ることが可能になる。
よれば、管状光ガイドの第１端部は円錐台を形成するた
めに面取りされ、対応した円錐台の頂点は、光ガイド内
に配置されている。この面取りにより、光が光波を減衰
させるために適切な角度に従って管状ガイド内を伝搬す
ることが可能になる。
【００２１】前記面取りがなされない場合には、管状ガ
イドを放射受入れ装置（光ファイバであることが好まし
い）から分離する距離は、サイズを小さくしたセンサの
実現を構想するためには過大になろう。従って、前記面
取りにより、管状光ガイドと放射受入れ装置との間の距
離を減らすことが可能になる。一実施例によれば、管状
光ガイドの第２端部は、光を反射可能である材料で被覆
されている。
イドを放射受入れ装置（光ファイバであることが好まし
い）から分離する距離は、サイズを小さくしたセンサの
実現を構想するためには過大になろう。従って、前記面
取りにより、管状光ガイドと放射受入れ装置との間の距
離を減らすことが可能になる。一実施例によれば、管状
光ガイドの第２端部は、光を反射可能である材料で被覆
されている。
【００２２】保持装置は、管状光ガイドの第１端部と、
前記第１端部に面する放射受入れ装置の端部と、前記第
１端部を測定部材の内部の前記距離において固定する装
置とを含む管状部材を備えている。センサは、また、管
状光ガイドの第１端部および第２端部を緊密に閉ざすた
めの装置と、管状光ガイドの内部に収容された較正流体
とを備えている。その場合には、センサは内部基準（ｉ
ｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）を有する。
前記第１端部に面する放射受入れ装置の端部と、前記第
１端部を測定部材の内部の前記距離において固定する装
置とを含む管状部材を備えている。センサは、また、管
状光ガイドの第１端部および第２端部を緊密に閉ざすた
めの装置と、管状光ガイドの内部に収容された較正流体
とを備えている。その場合には、センサは内部基準（ｉ
ｎｔｅｒｎａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）を有する。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明は添付図面を参照して以下
に記載した本発明の限定しない実施例を検討することに
より、より良好に理解されよう。図４および図５に図解
的に示した本発明によるセンサは、 −分子吸収分光法により前記センサを使用して分析しか
つ前記光を液体溶液との光の相互作用後に受け入れるこ
とが所望されるときに、液体溶液２４と相互作用可能な
光を放射するための放射受入れ装置２２と、さらに、液
体溶液内に浸漬されるべき、例えば、ガラス製の管状光
ガイド２６を備え、光ガイド２６の第１端部２８は放射
受入れ装置２２に面するように配置されかつ光ガイドの
第２端部３０は光ガイド２６内を伝搬する光を反射する
ことが可能であり、さらに、光ガイド２６を前記放射受
入れ装置２２から所定の距離Ｄに維持する装置３２を備
え、前記距離により、光が光ガイド２６内を伝搬すると
きに、液体溶液２４内に減衰していく光波を形成するこ
とが可能になる。
に記載した本発明の限定しない実施例を検討することに
より、より良好に理解されよう。図４および図５に図解
的に示した本発明によるセンサは、 −分子吸収分光法により前記センサを使用して分析しか
つ前記光を液体溶液との光の相互作用後に受け入れるこ
とが所望されるときに、液体溶液２４と相互作用可能な
光を放射するための放射受入れ装置２２と、さらに、液
体溶液内に浸漬されるべき、例えば、ガラス製の管状光
ガイド２６を備え、光ガイド２６の第１端部２８は放射
受入れ装置２２に面するように配置されかつ光ガイドの
第２端部３０は光ガイド２６内を伝搬する光を反射する
ことが可能であり、さらに、光ガイド２６を前記放射受
入れ装置２２から所定の距離Ｄに維持する装置３２を備
え、前記距離により、光が光ガイド２６内を伝搬すると
きに、液体溶液２４内に減衰していく光波を形成するこ
とが可能になる。
【００２４】図示した実施例においては、放射受入れ装
置２２は、光を放射するための中央光ファイバ３４と、
中央光ファイバ３４を囲みかつ光ガイド２６の第１端部
２８を通過する光を受け入れる周囲光ファイバ３６とを
有する光ファイバの束を備える。管状ガイド２６に面し
たファイバ３４の端部の軸線Ｘは、該管状ガイドの軸線
Ｙと一致する。前記端部においては、ファイバ３６の軸
線はファイバ３４の軸線に平行である。
置２２は、光を放射するための中央光ファイバ３４と、
中央光ファイバ３４を囲みかつ光ガイド２６の第１端部
２８を通過する光を受け入れる周囲光ファイバ３６とを
有する光ファイバの束を備える。管状ガイド２６に面し
たファイバ３４の端部の軸線Ｘは、該管状ガイドの軸線
Ｙと一致する。前記端部においては、ファイバ３６の軸
線はファイバ３４の軸線に平行である。
【００２５】管状光ガイド２６の第１端部２８は、円錐
台を形成するように面取り３８を有し、対応した円錐台
の頂点Ｏは軸線Ｙ上の管状光ガイド２６の内部に配置さ
れている。管状光ガイドの第２端部は、光を反射可能な
層４０で被覆され、それにより前記層４０は光ガイド２
６の端部３０において鏡を形成している。
台を形成するように面取り３８を有し、対応した円錐台
の頂点Ｏは軸線Ｙ上の管状光ガイド２６の内部に配置さ
れている。管状光ガイドの第２端部は、光を反射可能な
層４０で被覆され、それにより前記層４０は光ガイド２
６の端部３０において鏡を形成している。
【００２６】図４および図５は、中央光ファイバ３４か
らの円錐形の光ビーム４２を示す。光ビーム４２内に
は、ガイド２６の端部２８は配置されている。図５は、
また、分子吸収分光の性能を発揮することができかつ使
用者のための対応した測定を実施する測定装置４４を図
解的に示す。測定装置４４は、中央ファイバ３４により
伝達された光を発生するレーザ源４６と、周囲の光ファ
イバ３６から光を受け入れる測定装置４８とを備えてい
る。
らの円錐形の光ビーム４２を示す。光ビーム４２内に
は、ガイド２６の端部２８は配置されている。図５は、
また、分子吸収分光の性能を発揮することができかつ使
用者のための対応した測定を実施する測定装置４４を図
解的に示す。測定装置４４は、中央ファイバ３４により
伝達された光を発生するレーザ源４６と、周囲の光ファ
イバ３６から光を受け入れる測定装置４８とを備えてい
る。
【００２７】図示していない装置により、レーザ源４６
と中央ファイバ３４との間の光結合（ｏｐｔｉｃａｌ
ｃｏｕｐｌｉｎｇ）と、測定装置４８と周囲ファイバ３
６との間の光結合とを実施することができる。従って、
レーザ源４６により放射された光は、中央ファイバ内を
伝搬しかつ光ビーム４２の形態で中央ファイバを通過す
る。光ビーム４２内には、管状ガイド２６の端部２８が
配置されている。
と中央ファイバ３４との間の光結合（ｏｐｔｉｃａｌ
ｃｏｕｐｌｉｎｇ）と、測定装置４８と周囲ファイバ３
６との間の光結合とを実施することができる。従って、
レーザ源４６により放射された光は、中央ファイバ内を
伝搬しかつ光ビーム４２の形態で中央ファイバを通過す
る。光ビーム４２内には、管状ガイド２６の端部２８が
配置されている。
【００２８】ビーム４２の部分はガイド２６をその面取
り端部２８により透過しかつ連続した反射の助けにより
ガイド内を伝搬する。減衰していく光波が液体２４内に
形成される。ガイド２６内を伝搬する光は、鏡４０によ
り反射されかつ周囲ファイバ３６を通過しかつ測定装置
４８により分析される。
り端部２８により透過しかつ連続した反射の助けにより
ガイド内を伝搬する。減衰していく光波が液体２４内に
形成される。ガイド２６内を伝搬する光は、鏡４０によ
り反射されかつ周囲ファイバ３６を通過しかつ測定装置
４８により分析される。
【００２９】管状ガイド２６内を伝搬する光の角度β
は、臨界角βC を僅か超え、従って、角度βは上記の領
域Ｉ内に配置されている。この角度βは、中央光ファイ
バ３４と面取り３８により形成された円錐台の大きい辺
（ｌａｒｇｅ ｂａｓｅ）との間の距離Ｄを変更するこ
とにより調節される。対応した円錐台の頂点の角度の半
分（ｓｅｍｉａｎｇｌｅ）をαで示してある。面取りさ
れた管状ガイドに相当しかつ減衰していく光波を得るこ
とを可能にする距離Ｄは、面取りされていないガイドに
相当する距離よりも小さい。
は、臨界角βC を僅か超え、従って、角度βは上記の領
域Ｉ内に配置されている。この角度βは、中央光ファイ
バ３４と面取り３８により形成された円錐台の大きい辺
（ｌａｒｇｅ ｂａｓｅ）との間の距離Ｄを変更するこ
とにより調節される。対応した円錐台の頂点の角度の半
分（ｓｅｍｉａｎｇｌｅ）をαで示してある。面取りさ
れた管状ガイドに相当しかつ減衰していく光波を得るこ
とを可能にする距離Ｄは、面取りされていないガイドに
相当する距離よりも小さい。
【００３０】管状ガイド２６においては、光は反射端部
３０まで導かれる。前記端部３０を被覆する材料は、光
波を全体として反射するシリカでコーティングされたア
ルミニウム堆積物（ｄｅｐｏｓｉｔ）である。その後、
光は管状ガイドの面取りされた端部に戻る。光は前記の
面取りされた端部を通過するときに管状ガイド２６を通
過して、その中心として前記管状ガイドの軸線Ｙを有す
る円形の像を形成する。前記像の直径は、管状ガイド２
５の厚さｅの２倍の厚さにほぼ等しい。
３０まで導かれる。前記端部３０を被覆する材料は、光
波を全体として反射するシリカでコーティングされたア
ルミニウム堆積物（ｄｅｐｏｓｉｔ）である。その後、
光は管状ガイドの面取りされた端部に戻る。光は前記の
面取りされた端部を通過するときに管状ガイド２６を通
過して、その中心として前記管状ガイドの軸線Ｙを有す
る円形の像を形成する。前記像の直径は、管状ガイド２
５の厚さｅの２倍の厚さにほぼ等しい。
【００３１】液体内の光波の透過度は、管状ガイド内の
光ビームの反射数により定義されている。この反射数は
管状ガイドの厚さと液体内に配置された管状ガイド部分
の長さＬとの関数である。保持装置または維持装置３２
は、図５に示した緊密な（ｔｉｇｈｔ）管状要素５０を
備えている。前記要素５０は、第１の側において、光フ
ァイバ束の端部を受け入れるための第１穴５２を有す
る。第１穴５２は管状ガイド２６に面している。前記要
素５０は、また、第２の側において、管状ガイド２６の
面取りされた端部を受け入れるための第２穴５４を有す
る。図５から理解できるように、前記の２つの穴５２、
５４は、同心をなしかつ相互に連絡している。
光ビームの反射数により定義されている。この反射数は
管状ガイドの厚さと液体内に配置された管状ガイド部分
の長さＬとの関数である。保持装置または維持装置３２
は、図５に示した緊密な（ｔｉｇｈｔ）管状要素５０を
備えている。前記要素５０は、第１の側において、光フ
ァイバ束の端部を受け入れるための第１穴５２を有す
る。第１穴５２は管状ガイド２６に面している。前記要
素５０は、また、第２の側において、管状ガイド２６の
面取りされた端部を受け入れるための第２穴５４を有す
る。図５から理解できるように、前記の２つの穴５２、
５４は、同心をなしかつ相互に連絡している。
【００３２】管状ガイドの外径２Ｒは、光ファイバの束
の直径よりも大きい。従って、要素５０の第２穴の直径
は、その第１穴の直径よりも大きい。要素５０は、第２
の側でかつ第２穴５４の前方において、内側ねじを備え
かつ保持装置５２は緊密な外側ねじを有するリング５６
を有する。リング５６は、前記第２穴５４のねじを切っ
た部分の中にねじ込むことができる。管状ガイド２６
は、リング２６を横断する。
の直径よりも大きい。従って、要素５０の第２穴の直径
は、その第１穴の直径よりも大きい。要素５０は、第２
の側でかつ第２穴５４の前方において、内側ねじを備え
かつ保持装置５２は緊密な外側ねじを有するリング５６
を有する。リング５６は、前記第２穴５４のねじを切っ
た部分の中にねじ込むことができる。管状ガイド２６
は、リング２６を横断する。
【００３３】Ｏリング５８が前記リング５６と、ねじと
第２穴５４との間に形成された要素５０の内側肩部との
間に配置され、それによりＯリング３２をねじ込むこと
により、Ｏリング５４を圧縮することができる。管状ガ
イド２６が液体内に浸漬されているときに、このＯリン
グ５８は要素５０の内部のシールを維持し、かつＯリン
グの圧縮から生ずる変形により、中央光ファイバ３４の
端部に対して選択された距離において、前記要素内の管
状ガイド２６の面取りされた端部を固定することができ
る。
第２穴５４との間に形成された要素５０の内側肩部との
間に配置され、それによりＯリング３２をねじ込むこと
により、Ｏリング５４を圧縮することができる。管状ガ
イド２６が液体内に浸漬されているときに、このＯリン
グ５８は要素５０の内部のシールを維持し、かつＯリン
グの圧縮から生ずる変形により、中央光ファイバ３４の
端部に対して選択された距離において、前記要素内の管
状ガイド２６の面取りされた端部を固定することができ
る。
【００３４】本発明によるセンサは、高い光学密度を有
する溶液の測定のために好適である。このセンサは前述
した既知の減衰光波センサと比較して４つの利点を有す
る。このセンサは、小さい全体の寸法、すなわち、ほぼ
１５cmの長さとほぼ１cmの外径とを有することができ
る。前記センサの同じ側で放射線が受け入れられかつ信
号が送出される。前記センサをインライン（直列）に配
置することができ、その結果、センサを分岐した流れに
配置する必要はない。管状ガイド２６の中空部分は、シ
ールすることができかつ液体較正溶液を満たすことがで
きる。この場合には、センサは、内部基準（ｉｎｔｅｒ
ｎａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）を有する。
する溶液の測定のために好適である。このセンサは前述
した既知の減衰光波センサと比較して４つの利点を有す
る。このセンサは、小さい全体の寸法、すなわち、ほぼ
１５cmの長さとほぼ１cmの外径とを有することができ
る。前記センサの同じ側で放射線が受け入れられかつ信
号が送出される。前記センサをインライン（直列）に配
置することができ、その結果、センサを分岐した流れに
配置する必要はない。管状ガイド２６の中空部分は、シ
ールすることができかつ液体較正溶液を満たすことがで
きる。この場合には、センサは、内部基準（ｉｎｔｅｒ
ｎａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）を有する。
【００３５】この可能性は、図５に図解的に例示され、
管状ガイド２６の両端部をそれぞれシールする２つのプ
ラグ６０、６２を示してある。管状ガイドの内部には、
測定基準（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｔａｎｄａｒ
ｄ）を構成する液体溶液６４が満たされている。管状ガ
イド２６により減衰光波を得ることができる距離Ｄを最
適化可能な式を以下に示す。距離Ｄは測定のために必要
な感度の関数である値Ｄ1 およびＤ2 により定義された
範囲内に選択される。これらの値Ｄ1 およびＤ2 は次式
により与えられる。
管状ガイド２６の両端部をそれぞれシールする２つのプ
ラグ６０、６２を示してある。管状ガイドの内部には、
測定基準（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｔａｎｄａｒ
ｄ）を構成する液体溶液６４が満たされている。管状ガ
イド２６により減衰光波を得ることができる距離Ｄを最
適化可能な式を以下に示す。距離Ｄは測定のために必要
な感度の関数である値Ｄ1 およびＤ2 により定義された
範囲内に選択される。これらの値Ｄ1 およびＤ2 は次式
により与えられる。
【数４】 式中、Ｏは中央光ファイバ３４の光学シース（ｏｐｔｉ
ｃａｌ ｓｈｅａｔｈ）の直径を示し、かつβC は管状
ガイドの光伝搬角を制限することを示し、前記角度は次
式により定義される。
ｃａｌ ｓｈｅａｔｈ）の直径を示し、かつβC は管状
ガイドの光伝搬角を制限することを示し、前記角度は次
式により定義される。
【数５】ｓｉｎβC ＝ｎ1 ／ｎg 式中、ｎ1 は液体溶液２４の屈折率を示し、ｎg は管状
光ガイドを形成する光透過材料の屈折率である。
光ガイドを形成する光透過材料の屈折率である。
【図１】光波が伝搬する媒体と別の媒体との間の界面に
おける光波の入射角βの関数として媒体内の電磁波の侵
入深さ（ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）ｄｐの既述
した変化。
おける光波の入射角βの関数として媒体内の電磁波の侵
入深さ（ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ ｄｅｐｔｈ）ｄｐの既述
した変化。
【図２】既述した図解的な減衰光波センサ。
【図３】既述した図解的な減衰光波センサ。
【図４】本発明によるセンサの一実施例の図解的な部分
斜視図。
斜視図。
【図５】図４のセンサの図解的な縦断面図。
２２ 放射受入装置 ２４ 液体溶液 ２６ 管状光ガイド ２８ 光ガイドの第１端部 ３０ 第２端部 ３２ ガイド維持装置 ３４ 中央光ファイバ ３６ 周囲光ファイバ Ｏ 頂点 ４０ 層（鏡） ４２ 光ビーム ５０ 管状部材 ５６ リング ５８ Ｏリング ６０ シール装置 ６２ シール装置
フロントページの続き (72)発明者 ローレン カウストン フランス国ル アングル，リュー デュ シェン ベル，レジデンス ラ マヌファ クチュア
Claims (6)
- 【請求項１】 流体（２４）を分子吸収分光により分析
するための減衰光波センサにおいて、前記センサが流体
と相互作用可能である光を放射しかつ前記光を前記流体
との光の相互作用後に受け入れる放射受入れ装置（２
２）と、 流体内に浸漬されるように意図された管状光ガイド（２
６）とを備え、光ガイドの第１端部は放射受入れ装置に
面して配置されかつ光ガイドの第２端部は光ガイド内を
伝搬する光を反射可能であり、さらに、 光ガイドを放射受入れ装置から所定の距離に維持する装
置（３２）を備え、前記距離を保持することにより光が
光ガイド内を伝搬するときに流体内で減衰光波を形成す
ることが可能になることを特徴とする減衰光波センサ。 - 【請求項２】 放射受入れセンサ（２２）が光を放射す
るための中央光ファイバ（３４）を備え、前記ファイバ
の端部は管状光ガイドに面して配置されかつ管状光ガイ
ドが同心をなし、さらに、 中央光ファイバを包囲しかつ光ガイドの第１端部を通過
する光を受け入れる周囲光ファイバ（３６）を備えてい
ることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。 - 【請求項３】 管状光ガイド（２６）の第１端部が円錐
台を形成するために面取りされ、対応した円錐台の頂点
（Ｏ）が光ガイドの内部に配置されていることを特徴と
する請求項１に記載のセンサ。 - 【請求項４】 管状光ガイド（２６）の第２端部が光を
反射可能な材料（４０）で被覆されていることを特徴と
する請求項１に記載のセンサ。 - 【請求項５】 保持装置（３２）が管状光ガイドの第１
端部と前記第１端部に面して配置された放射受入れ装置
の端部とを含む管状部材（５０）と、 管状部材（５０）の内部に前記の所定の距離において前
記第１端部を固定するための装置（５６，５８）とを備
えていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。 - 【請求項６】 センサが管状光ガイドの第１端部および
第２端部を緊密にシールするための装置（６０，６２）
と、 前記センサが内部基準を有するように前記管状光ガイド
内に収容された較正流体（６４）とを備えていることを
特徴とする請求項１に記載のセンサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9609811A FR2752055B1 (fr) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Capteur tubulaire a onde evanescente pour spectroscopie d'absorption moleculaire |
| FR9609811 | 1996-08-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1082734A true JPH1082734A (ja) | 1998-03-31 |
| JP3895434B2 JP3895434B2 (ja) | 2007-03-22 |
Family
ID=9494788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20803697A Expired - Fee Related JP3895434B2 (ja) | 1996-08-02 | 1997-08-01 | 分子吸収分光用の管状減衰光波センサ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5889279A (ja) |
| EP (1) | EP0822408B1 (ja) |
| JP (1) | JP3895434B2 (ja) |
| AT (1) | ATE305137T1 (ja) |
| DE (1) | DE69734225T2 (ja) |
| FR (1) | FR2752055B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008309785A (ja) * | 2007-06-13 | 2008-12-25 | Mettler-Toledo Ag | 減衰全反射センサー |
| JP2019534453A (ja) * | 2016-10-19 | 2019-11-28 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | エバネッセント導波路検知のための装置および方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100401041C (zh) * | 2005-06-09 | 2008-07-09 | 上海交通大学 | 光波导吸收式气体传感器及测量系统 |
| US7855780B1 (en) | 2007-06-13 | 2010-12-21 | University Of South Florida | Combined fiber-optic absorption and emission measurement apparatus |
| CN104880415B (zh) * | 2015-06-01 | 2018-01-09 | 南京先进激光技术研究院 | 一种薄膜气体传感器 |
| DE102018118110B4 (de) * | 2018-07-26 | 2023-01-05 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Sensorvorrichtung und verfahren zur herstellung einer sensorvorrichtung |
| GB2603912A (en) * | 2021-02-17 | 2022-08-24 | The Technology Partnership Plc | Optical Analysis system for Analysing Biological processes |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3557619A (en) * | 1969-03-17 | 1971-01-26 | Phys Chemical Research Corp | Humidity measuring method and apparatus |
| DE3321203A1 (de) * | 1983-06-11 | 1984-12-13 | Phönix Armaturen-Werke Bregel GmbH, 6000 Frankfurt | Refraktometer |
| US4711126A (en) * | 1985-03-13 | 1987-12-08 | 501 Nederlandse Centrale Organisatie Voor Toegepast-Enschappelijk Onderzoek | Sensor for the measurement of the refractive index of a fluid and/or phase boundary between two fluids by means of visible or invisible light |
| US4844869A (en) * | 1985-09-09 | 1989-07-04 | Ord, Inc. | Immunoassay apparatus |
| US4893894A (en) * | 1988-04-29 | 1990-01-16 | Mine Safety Appliances Company | Evanescent sensor |
| US4950885A (en) * | 1989-05-08 | 1990-08-21 | I.V.P. Co. | Fluid coupled fiber optic sensor |
| US5170056A (en) * | 1991-02-28 | 1992-12-08 | Galileo Electro-Optics Corporation | Optical fiber coupled devices for remote spectroscopy in the infrared |
| US5526112A (en) * | 1993-03-05 | 1996-06-11 | Sahagen; Armen N. | Probe for monitoring a fluid medium |
-
1996
- 1996-08-02 FR FR9609811A patent/FR2752055B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-07-24 US US08/899,649 patent/US5889279A/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-07-30 EP EP97401827A patent/EP0822408B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1997-07-30 AT AT97401827T patent/ATE305137T1/de not_active IP Right Cessation
- 1997-07-30 DE DE69734225T patent/DE69734225T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-08-01 JP JP20803697A patent/JP3895434B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008309785A (ja) * | 2007-06-13 | 2008-12-25 | Mettler-Toledo Ag | 減衰全反射センサー |
| JP2019534453A (ja) * | 2016-10-19 | 2019-11-28 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | エバネッセント導波路検知のための装置および方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ATE305137T1 (de) | 2005-10-15 |
| US5889279A (en) | 1999-03-30 |
| FR2752055B1 (fr) | 1998-09-11 |
| DE69734225T2 (de) | 2006-06-22 |
| JP3895434B2 (ja) | 2007-03-22 |
| FR2752055A1 (fr) | 1998-02-06 |
| EP0822408B1 (fr) | 2005-09-21 |
| EP0822408A1 (fr) | 1998-02-04 |
| DE69734225D1 (de) | 2006-02-02 |
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