JPH1123451A - 減衰全内反射測定装置 - Google Patents

減衰全内反射測定装置

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JPH1123451A
JPH1123451A JP9164360A JP16436097A JPH1123451A JP H1123451 A JPH1123451 A JP H1123451A JP 9164360 A JP9164360 A JP 9164360A JP 16436097 A JP16436097 A JP 16436097A JP H1123451 A JPH1123451 A JP H1123451A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、固体粒子、ガス状粒子、その他泡に
よって測定が阻害されるのを防止した減衰全内反射測定
装置を提供することを目的とする。 【解決手段】近赤外吸光度測定装置において、減衰全内
反射プローブは2つの高純度石英層で被覆された安価な
低純度中心コアから構成される。狭波長帯の近赤外光を
軸方向に外層内に送り、外層の内外面間で全内反射をお
こさせる。外層を通って来た光を近赤外光検出器で測定
することにより、被測定液中の浮遊粒子や気泡の影響を
受けることなしに外層の外面に接触する液体の吸光度を
測定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、減衰全内反射測定
装置に関し、より詳しくは、固体粒子、ガス状粒子、そ
の他泡等によって測定が阻害されないようになっている
減衰全反射プローブを使用して、液体の吸光度を近赤外
光によって測定する測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】本発明の従来技術は特にはない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般的に、液体の吸光
度を測定する場合、固体粒子、ガス状粒子、その他泡に
よって測定が阻害されるというといった問題点があっ
た。そこで、本発明は、減衰全反射(ATR:Attenuat
ed Total Reflection)による測定の実行によって、測
定が粒子によって阻害されないようになる。本発明のプ
ローブは高純度石英またはシリカのような高純度近赤外
光の搬送材料で生成された円筒から構成される。分光計
から射出された狭波長帯の近赤外光は軸方向に光ファイ
バーを通って円筒に入り、円筒の内外壁間で多重全内反
射する。円筒を通る光は円筒の外面で全内反射をおこす
度に、円筒の外壁に接触する液体の光吸収によって、光
量を減少する。その結果、円筒を通る近赤外光は液体の
吸光度に相当する光量だけ減衰する。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
上記課題を解決するため、コア部分を有する光搬送棒
と、該コア部分と係合する内面と外面を有する隣接高純
度外層と、近赤外光を軸方向に前記外層を通過させ、該
近赤外光に前記内面と前記外面で全内反射させる手段
と、外層を通過する近赤外光を検出する手段と、を有す
ることを特徴とするものである。
【0005】請求項2記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項1記載の減衰全内反射測定装置におい
て、前記コア部分は、コアと、該コアから前記外層を隔
離する中間高純度層と、を有することを特徴とするもの
である。請求項3記載の発明は、上記課題を解決するた
め、請求項2記載の減衰全内反射測定装置において、前
記中間高純度層は、前記外層より薄くて、より小さい屈
折率を有することを特徴とするものである。
【0006】請求項4記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項3記載の減衰全内反射測定装置におい
て、前記コアは、前記中間高純度層および前記外層より
純度が低いことを特徴とするものである。請求項5記載
の発明は、上記課題を解決するため、請求項1記載の減
衰全内反射測定装置において、近赤外光を分光計から前
記外層へ送る光ファイバーと、近赤外光を前記外層から
前記近赤外光検出手段へ送る光ファイバーと、を有する
ことを特徴とするものである。
【0007】請求項6記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項3記載の減衰全内反射測定装置におい
て、外層は略100ミクロンの厚さであり、前記中間高
純度層は略20ミクロンの厚さであることを特徴とする
ものである。請求項7記載の発明は、上記課題を解決す
るため、請求項2記載の減衰全内反射測定装置におい
て、前記コア、前記中間高純度層、前記外層が本質的に
石英から構成されることを特徴とするものである。
【0008】本発明の好適な実施例では、円筒は高純度
の石英の第1および第2薄層で被覆された安価な石英コ
アから構成されている。第1層は約20ミクロンの厚さ
を有し、その屈折率は厚さ約100ミクロンの第2外層
より小さい。近赤外光は分光計から石英の外層に入れら
れる。石英の内層が石英のコアと石英の外層とを隔離し
ているので、コアの純度は円筒の内層と外層の間の境界
面で発生する全内反射には何の影響も与えない。このよ
うな構造によって、近赤外光の通る円筒は薄くすること
ができると共に、比較的短い長さの石英層で、多数の全
内反射を円筒の外面において行なうことができる。円筒
は僅か20cmの長さで全近赤外波長領域にわたる測定
が可能になる。
【0009】
【発明の実施の形態】図1に示す発明の実施例におい
て、石英管11は管壁に囲まれた空洞室13を有する。
管11の両端は縮小されて固体石英の同軸棒状端15、
16を形成する。その一端15は光ファイバー17によ
って分光計19に接続され、他端16は光ファイバー2
3によって検出器25へ接続されている。
【0010】近赤外分光計19は狭波長帯の近赤外光を
光ファイバーケーブル17を通じて石英棒状端15へ送
り、円筒状の管壁を通じて他の棒状端16へ送る。分光
計19は回転回折格子型にすることによって、近赤外ス
ペクトル領域における狭波長帯の近赤外光の中心波長を
変えることができる。搬送光の振幅は近赤外スペクトル
領域にわたって、一定間隔で増分された波長毎に検出器
で検出される。
【0011】近赤外光は円筒状の管壁を通過する間に、
円筒壁の内外面で多重全内反射する。管11の円筒状の
外壁は外筒27で囲まれており、外筒27は管11の外
壁と対面する内室29を有する。被測定液は内室29に
供給され、管11を通る狭波長帯の近赤外光は円筒壁の
外面で全内反射する度に、部分的に吸収される。光の吸
収量は管壁を通る波長に対する液体の吸光度によって決
められる。この吸収が行なわれた後、光は棒状端16か
ら光ファイバー23を通って近赤外光検出器25へ送ら
れ、受光された近赤外光の振幅が検出される。
【0012】測定は近赤外スペクトル領域に分布された
波長増分毎に行なわれるのが望ましい。吸光度は全内反
射で測定されるので、内室29内の液体への非常に少な
い透過光量で吸光度は測定される。従って、内室29内
の液体に浮遊する泡、粒子は吸光度の測定に何の影響も
与えない。図2に示す実施例は図1に示すものと類似で
あるが、図2の装置は特に流動する液体の測定に適して
いる点が異なる。図2に示すように、空洞石英管11は
液体入口33および出口35を有するジャケット31に
囲まれている。ここで、液体はジャケット31と管11
の間の空室に入り、流動している液体の吸光度は減衰全
反射効果によって測定することができる。
【0013】図1および図2の実施例では、石英管の厚
さは外筒から管に加えられる外力に十分耐え得る厚さで
なくてはならない。管壁が厚ければ厚いほど、光が円筒
状管壁を通る間に発生する全内反射は少なくなる。長い
近赤外波長で全内反射量を十分必要な量にするために
は、管は非常に長く、例えば、200cm迄に長くしな
ければならない。更に、管の両端を棒状に引抜くには難
しい製作技術を必要とする。
【0014】本発明の好適な実施例が図3〜図5に示さ
れているが、減衰全反射プローブは2つの外層41、4
3でコートされた内部固体円筒39を有する固体石英棒
37から形成される。内部棒39は比較的純度の低い安
価な石英材から生成され、その外面は高純度石英の厚さ
約20ミクロンの薄い層41と厚さ約100ミクロンの
高純度石英の厚い第2外層43で被覆されている。内層
41の屈折率は外層43の屈折率より小さくされている
ので、外層を通る光は内層41と外層43の境界面46
で全内反射する。
【0015】分光計19からの狭波長帯の近赤外光は光
ファイバー連結部45を通って外層43に入り、この外
層43を通って軸方向に送られ光ファイバー連結部47
を経由して近赤外光検出器25に入る。光ファイバー連
結部45、47はアダプター48、49により外層43
に光学的に接続されている。狭波長帯の近赤外光は外層
43と内層41、外層43の境界面46との間で多重全
内反射する。搬送光はコア39の純度の低さには影響さ
れない。
【0016】コア39は境界面46で行なわれる全内反
射に影響を与えないよう高純度の内層41によって外層
43から隔離されている。外層43を通る光は外層43
の外面と接触する外筒50内の液体の吸光によって減衰
し、この減衰度を検出器で測定することによって液体の
吸光度が得られる。図5に示されるように、光ファイバ
ー連結部45はプラスチックのクラッド53で囲まれた
光ファイバー51の外装部(sheath)を有する。光ファ
イバーは分光計からの光を受光端55で受光すると共
に、出光端59に向かって広がっている。出光端59で
は光ファイバーは連結用アダプター48の円筒リング状
の光ファイバー61に接続されている。アダプター48
では円筒リング状の光ファイバー61は内部金属リング
65と外部金属リング67とで挟まれており、光ファイ
バー61の出光端面は外部円筒状石英層43の軸方向の
端面と接続されている。アダプター48は外部円筒状ケ
ース69を有し、プラスチックまたは金属のような適切
な材料から生成される。
【0017】ケース69は石英棒37の端部と重なって
いるが、石英棒37の外層43の外部円筒表面との間に
は、プラスチックコート73で被覆された高純度の内部
石英層71が挟み込まれ、更に、金属リング75を挿入
して外層43から隔離されている。石英層71はケース
69と石英棒37の外層43とを隔離するために使用さ
れ、アダプター48の重なり部において、全内反射が外
層43の外面でアダプター48によって影響されないよ
うにしてある。
【0018】石英棒37と検出器25の間の光ファイバ
ー連結部47と光ファイバーアダプター49は光ファイ
バー連結部45とアダプター48とそれぞれ全く同じで
ある。吸光度が全内反射によって測定されるので、石英
棒37に接する液体の吸光度は液体中の固体粒子やガス
状粒子に阻害されることなしで容易に測定することがで
きる。
【0019】外層43が比較的薄く、例えば、約100
ミクロンで生成できるので、外層43を通る光は軸方向
で比較的に短い距離を通る間に、外層43の外筒から多
くの全内反射を発生することができる。その結果、プロ
ーブの検出部の長手方向の長さは比較的短くてすみ、例
えば、僅か10〜20cmで、近赤外光の領域において
吸光度を有効に測定することができる。
【0020】上記の測定器において、近赤外光は石英筒
に入る前に狭波長帯幅毎に分散される。また、広波長帯
の近赤外光を石英筒へ送ることができ、光は円筒を通過
後、分光計によって分散され、検出器または複数の検出
器で検出される。本発明の好適な上記実施例に対する各
種の変形態様はクレームで定められた発明の趣旨と範囲
から離脱することなしで実施することができる。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、減衰全反射プローブは
液体中に浮遊する固体粒子や泡による悪影響を受けるこ
となしに液体の吸光度を有効に測定することができる。
また、プローブは粒子、泡、その他を含まない液体の吸
光度の測定にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプローブの初期の段階の実施例を示す
概略縦断面図である。
【図2】流動する液体を測定するために設計された本発
明の初期の段階の実施例を示す。
【図3】本発明の好適な実施例の概略を示す。
【図4】好適な実施例のプローブのセンサー部の立体投
影図である。
【図5】本発明のプローブの円筒状センサー部が光ファ
イバーに接続される部分の詳細を示す縦断面図である。
【符号の説明】
11:石英管 13:空洞室 15:石英管受光端部 16:石英管出光端部 17:光ファイバー 19:近赤外分光計 23:光ファイバー 25:近赤外光検出器 27:外筒 29:外筒内室 31:ジャケット 33:液入口 35:液出口 37:石英棒 39:内部固体円筒 41:第1内層 43:第2外層 45:光ファイバー連結部 46:内層と外層との境界面 47:光ファイバー連結部 48:アダプター 49:アダプター 50:外筒 51:光ファイバーの外装部 53:プラスチックのクラッド 55:光ファイバーの受光端 59:光ファイバーの出光端 61:アダプターの円筒リング 65:アダプターの内部金属リング 67:アダプターの外部金属リング 69:アダプターのケース 71:アダプターの内部石英層 73:アダプターのプラスチックコート 75:アダプターの金属リング
フロントページの続き (71)出願人 597087712 12101 Tech Road Silve r Spring,Maryland 20904 U.S.A. (72)発明者 ウルスラ エッシェンアウワー アメリカ合衆国 メリーランド州 21234 ボルティモア エイピーティ.202 バ ーンウエル コート 1

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コア部分を有する光搬送棒と、 該コア部分と係合する内面と外面を有する隣接高純度外
    層と、 近赤外光を軸方向に前記外層を通過させ、該近赤外光に
    前記内面と前記外面で全内反射させる手段と、外層を通
    過する近赤外光を検出する手段と、を有することを特徴
    とする減衰全内反射測定装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の減衰全内反射測定装置にお
    いて、 前記コア部分は、コアと、該コアから前記外層を隔離す
    る中間高純度層と、を有することを特徴とする減衰全内
    反射測定装置。
  3. 【請求項3】請求項2記載の減衰全内反射測定装置にお
    いて、 前記中間高純度層は、前記外層より薄くて、より小さい
    屈折率を有することを特徴とする減衰全内反射測定装
    置。
  4. 【請求項4】請求項3記載の減衰全内反射測定装置にお
    いて、 前記コアは、前記中間高純度層および前記外層より純度
    が低いことを特徴とする減衰全内反射測定装置。
  5. 【請求項5】請求項1記載の減衰全内反射測定装置にお
    いて、 近赤外光を分光計から前記外層へ送る光ファイバーと、 近赤外光を前記外層から前記近赤外光検出手段へ送る光
    ファイバーと、を有することを特徴とする減衰全内反射
    測定装置。
  6. 【請求項6】請求項3記載の減衰全内反射測定装置にお
    いて、 外層は略100ミクロンの厚さであり、前記中間高純度
    層は略20ミクロンの厚さであることを特徴とする減衰
    全内反射測定装置。
  7. 【請求項7】請求項2記載の減衰全内反射測定装置にお
    いて、 前記コア、前記中間高純度層、前記外層が本質的に石英
    から構成されることを特徴とする減衰全内反射測定装
    置。
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