JPH11344435A - 分析装置および試料セル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被測定試料を安定して高精度に分析すること
ができる分析装置を提供する。 【解決手段】 重水素ランプ１１から出射された照明光
は、ライトガイド４０を経て、入射面２１から試料セル
２０内に入射する。試料セル２０内に入射した照明光
は、試料セル２０内の凸レンズ２５により集光され、試
料セル２０内の被測定試料により波長に応じた吸光を受
けて、出射面２２から出射される。出射面２２から出射
された照明光は、ライトガイド５０を経て、スリット３
１の開口から分光器３０の筐体内に入射する。分光器３
０の筐体内に入射した照明光は、反射鏡３２により反射
され、グレーティング３３により波長に応じた角度で回
折され、光検出器３４により波長に応じて各受光素子で
検出され、照明光のスペクトルが得られる。このスペク
トルに基づいて被測定試料が分析される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体または液体の
被測定試料を光学的に分析する分析装置、および、その
分析装置において用いられる試料セルに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、気体または液体の被測定試料
を分析する分析装置として、光学的な手法によるものが
知られている。この分析装置は、外部から試料セル中に
照明光を入射させ、その照明光を試料セル中に容れられ
た被測定試料を通過させ、試料セルから外部に出射され
た照明光を分光器により分光してスペクトルを求め、そ
のスペクトルに基づいて試料セル中の被測定試料を分析
するものである。

【０００３】このような分光装置において高感度に分析
を行うためには、光源から出射された照明光を試料セル
中の被測定試料に効率よく照射するとともに、被測定試
料を通過した照明光を分光器に効率よく入射させること
が要求される。例えば、特開平１０−５８５５８号公報
に開示された分析装置は、試料セルの入射面および出射
面を除く面の内壁に反射部材を設けることにより、入射
面から試料セルの内部に入射した照明光を出射面から外
部に効率よく出射するものである。また、特開平７−１
６７７８４号公報に開示された分析装置は、光源を試料
セルに近接して配置することにより、光源から出射され
た照明光を試料セル中の被測定試料に効率よく照射する
とともに、分光器を試料セルに近接して配置することに
より、被測定試料を通過した照明光を分光器に効率よく
入射させるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
何れの従来技術でも、一般に、光源から出射される照明
光が発散光であることから、光源から試料セルへ照明光
が入射する効率を向上させ、また、試料セルから分光器
へ照明光が入射する効率を向上させるためには、光源と
試料セルとの間および試料セルと分光器との間それぞれ
に、照明光を集光する集光光学系を備える必要がある。
そして、それ故、光源と試料セルとの間および試料セル
と分光器との間には一定の距離が必要となる。

【０００５】このように光源と試料セルとの間に一定の
距離があり、試料セルと分光器との間に一定の距離があ
る場合には、その間に存在する空気の揺らぎが分析結果
に影響を与える。すなわち、光源から出射されて分光器
に入射する照明光は、一般には紫外光であり、光源と試
料セルとの間の空気層、試料セル中の被測定試料、およ
び、試料セルと分光器との間の空気層を経て、分光器に
入射し分光されることから、その分光により得られるス
ペクトルは、被測定試料だけでなく空気層における吸光
をも反映したものである。そして、空気が揺らいでいる
場合には、分光により得られるスペクトルは安定せず変
動するので、被測定試料の分析結果の精度は悪くなる。

【０００６】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、被測定試料を安定して高精度に分析す
ることができる分析装置、および、その分析装置におい
て好適に用いられる試料セルを提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る分析装置
は、(1) 照明光を出射する光源部と、(2) 入射面が光源
部と接続され、光源部から出射されて入射面に入射した
照明光を集光し出射面から出射する集光光学系を内部ま
たは壁面に有する試料セルと、(3) 出射面と接続され、
出射面から出射された照明光を入力し分光する分光器
と、を備えることを特徴とする。

【０００８】この分析装置によれば、光源部から出射さ
れた照明光は、入射面から試料セル内部に入射し、試料
セルの内部または壁面に設けられた集光光学系により集
光され、試料セル内の被測定試料により波長に応じた吸
光を受けて、出射面から出射される。試料セルの出射面
から出射された照明光は分光器により分光され、照明光
のスペクトルが得られる。このスペクトルに基づいて被
測定試料が分析される。

【０００９】光源部は、照明光として紫外光を出射する
紫外光源を有するものであるのが好適であり、特に重水
素ランプを有するものであるのが好適である。

【００１０】また、本発明に係る試料セルは、被測定試
料を内部に容れる試料セルであって、外部から入射面に
入射した光を集光し出射面から出射する集光光学系を内
部または壁面に備えることを特徴とする。この試料セル
は、上記分析装置において好適に用いられる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。尚、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。

【００１２】図１は、本実施形態に係る分析装置の構成
図である。この分析装置は、光源部１０、試料セル２０
および分光器３０を備えて構成される。図２は、試料セ
ル２０の断面図である。

【００１３】光源部１０は、試料セル２０中に容れられ
た被測定試料を光学的に分析するのに好適な波長帯域を
有する照明光を試料セル２０に向けて出射するものであ
る。光源部１０は、照明光として紫外光を出射する紫外
光源であるのが好適である。光源部１０は、上記照明光
を出射する重水素ランプ１１をランプ容器１２内に有
し、そのランプ容器１２とその外側の壁１３との間に断
熱材１４を有し、また、ランプ容器１２および壁１３そ
れぞれに接して放熱器１５，１６を有している。断熱材
１４は、重水素ランプ１１で生じた熱を試料セル２０に
伝導させないためのものである。放熱器１５，１６は、
重水素ランプ１１で生じた熱を放熱するものである。

【００１４】ランプ容器１２、壁１３および断熱材１４
それぞれには開口が設けられており、重水素ランプ１１
から出射された照明光を試料セル２０の入射面２１に導
くためのライトガイド４０が構成されている。このライ
トガイド４０は、密封された空間であって、その空間内
部の空気の揺らぎが小さいものとなっているのが好適で
ある。または、ライトガイド４０は、照明光の吸収が極
めて小さい材料（例えば石英ガラス）のロッドや光ファ
イバからなるものであるのも好適である。

【００１５】試料セル２０は、被測定試料を内部に容れ
るものであって、照明光を内部へ入射する入射面２１
と、内部を通過した照明光を外部へ出射する出射面２２
とを有している。入射面２１および出射面２２それぞれ
は、照明光の吸収が極めて小さい材料（例えば石英ガラ
ス）からなるものが好適である。入射面２１は、ライト
ガイド４０を介して光源部１０と接続されている。ま
た、試料セル２０は、被測定試料を内部へ流入させる流
入口２３と、内部の被測定試料を外部へ流出させる流出
口２４とを有している。流入口２３および流出口２４
は、例えば、被測定試料を輸送する輸送管と接続されて
おり、この場合、輸送管中を輸送される被測定試料の一
部は、流入口２３を経て試料セル２０内に流入し、流入
口２４を経て輸送管に戻される。

【００１６】また、試料セル２０は、入射面２１近傍の
内部に集光光学系である凸レンズ２５を有している。凸
レンズ２５は、光源部１０から出射されライトガイド４
０を介して入射面２１から内部に入射した照明光を集光
し、これを出射面２２から出射する。ここで、「集光」
は、照明光を収斂光として出力する場合に限らず、発散
光として入射した照明光を平行光として出力する場合
や、入射時の発散角よりも小さい発散角で照明光を出力
する場合を含む。凸レンズ２５は、照明光の吸収が極め
て小さい材料（例えば石英ガラス）からなるものが好適
である。

【００１７】試料セル２０の出射面２２と分光器３０の
スリット３１との間には、出射面２２から出射された照
明光を分光器３０に導くためのライトガイド５０が設け
られている。ライトガイド５０は、ライトガイド４０と
同様に、密封された空間であって、その空間内部の空気
の揺らぎが小さいものとなっているのが好適である。ま
たは、ライトガイド５０は、照明光の吸収が極めて小さ
い材料（例えば石英ガラス）のロッドや光ファイバから
なるものであるのも好適である。

【００１８】分光器３０は、試料セル２０の出射面２２
から出射された照明光をライトガイド５０を介して入力
し分光するものである。分光器３０は、スリット３１、
反射鏡３２、グレーティング３３および光検出器３４を
有している。スリット３１は、例えば３ｍｍ×０．１ｍ
ｍの矩形状の開口を有し、試料セル２０の出射面２２か
らライトガイド５０を経て到達した照明光のうち開口に
到達したものを通過させる。反射鏡３２は、スリット３
１の開口を通過した照明光を、グレーティング３３に向
けて反射させる。グレーティング３３は、反射型の回折
格子であって、反射鏡３２から到達した照明光を入力
し、その照明光を波長に応じた角度で回折させて分光す
る。光検出器３４は、多数の受光素子が一次元配列され
たもの（例えばフォトダイオードアレイ）であって、グ
レーティング３３により分光された照明光を各受光素子
により検出する。この光検出器３４により照明光のスペ
クトルが検出される。反射鏡３２、グレーティング３３
および光検出器３４は、分光器３０の筐体内に存在して
いる。また、スリット３１は、その筐体の壁面に存在
し、ライトガイド５０と接している。したがって、分光
器３０内は密封された空間となっている。

【００１９】この分析装置は以下のように作用する。被
測定試料は、流入口２３を経て試料セル２０内に流入し
て流出口２４から流出する。光源部１０の重水素ランプ
１１から出射された照明光は、ライトガイド４０を経
て、入射面２１から試料セル２０内に入射する。試料セ
ル２０内に入射した照明光は、凸レンズ２５により集光
され、試料セル２０内の被測定試料により波長に応じた
吸光を受けて、出射面２２から出射される。出射面２２
から出射された照明光は、ライトガイド５０を経て、ス
リット３１の開口から分光器３０の筐体内に入射する。
分光器３０の筐体内に入射した照明光は、反射鏡３２に
より反射され、グレーティング３３により波長に応じた
角度で回折され、光検出器３４により波長に応じて各受
光素子で検出され、照明光のスペクトルが得られる。光
検出器３４により得られた照明光のスペクトルは、試料
セル２０内の被測定試料により受けた波長に応じた吸光
を反映したものであるので、この照明光のスペクトルに
基づいて試料セル２０内の被測定試料を分析することが
できる。

【００２０】この分析装置によれば、凸レンズ２５を試
料セル２０内に設けたことにより、光源部１０と試料セ
ル２０との間および試料セル２０と分光器３０との間に
集光光学系を設ける必要はない。そして、光源部１０と
試料セル２０との間にライトガイド４０を設け、また、
試料セル２０と分光器３０との間にライトガイド５０を
設けたことにより、重水素ランプ１１から出射された照
明光は外気にふれることなく分光器３０に入射するの
で、空気の揺らぎの影響の少ないスペクトル分光が可能
となり、被測定試料を安定して高精度に分析することが
できる。

【００２１】ライトガイド４０，５０それぞれが中空の
ものである場合であっても、それらの光路長を短くする
ことができるので、ライトガイド４０，５０それぞれの
内部の空気による吸光の影響をも低減することができ
る。ライトガイド４０，５０それぞれが照明光の吸収が
極めて小さい石英ガラス等のロッドや光ファイバからな
るものである場合には、空気による吸光の影響は全く無
くなる。また、ライトガイド４０，５０それぞれの光路
長を短くすることができることから、分析装置の小型化
が可能である。

【００２２】また、重水素ランプ１１から熱が発生する
が、その熱は放熱器１５，１６により放熱され、試料セ
ル２０への熱伝導は断熱材１４により遮断されるので、
試料セル２０内の被測定試料の温度変化は抑制され、安
定した分析が可能である。

【００２３】次に、本発明に係る分析装置において好適
に用いられる試料セルの他の実施形態について説明す
る。図３〜５それぞれは、他の実施形態に係る試料セル
の断面図である。

【００２４】図３に示す試料セル６０は、照明光を内部
へ入射する入射面６１と、内部を通過した照明光を外部
へ出射する出射面６２とを有している。また、試料セル
６０は、被測定試料を内部へ流入させる流入口６３と、
内部の被測定試料を外部へ流出させる流出口６４とを有
している。入射面６１は、凸レンズになっており、集光
光学系として作用する。この試料セル６０を用いた分析
装置では、試料セル６０の入射面を凸レンズとしたこと
により、照明光の光路上の光学部品が少なくなるので、
照明光の損失を低減することができ、試料セル６０内の
被測定試料を高感度に分析することができる。

【００２５】図４に示す試料セル７０は、照明光を内部
へ入射する入射面７１と、内部を通過した照明光を外部
へ出射する出射面７２とを有している。また、試料セル
７０は、被測定試料を内部へ流入させる流入口７３と、
内部の被測定試料を外部へ流出させる流出口７４とを有
している。この試料セル７０の側壁のうち入射面７１近
傍部分は集光器７５となっている。この集光器７５は、
入射面７１に近いほど小さい径となっており、照明光を
反射させる反射部材が内面に設けられている。そして、
集光器７５は、入射面７１から入射した発散光である照
明光を反射部材で反射させて集光する集光光学系として
作用する。この試料セル７０を用いた分析装置でも、別
に凸レンズを設ける必要がないので、照明光の光路上の
光学部品が少なくなるので、照明光の損失を低減するこ
とができ、試料セル７０内の被測定試料を高感度に分析
することができる。

【００２６】図５に示す試料セル８０は、照明光を内部
へ入射する入射面８１と、内部を通過した照明光を外部
へ出射する出射面８２とを有している。また、試料セル
８０は、被測定試料を内部へ流入させる流入口８３と、
内部の被測定試料を外部へ流出させる流出口８４とを有
している。さらに、試料セル８０は、集光光学系とし
て、入射面８１近傍の内部に凸レンズ８５を有し、出射
面８２近傍の内部に凸レンズ８６を有している。凸レン
ズ８５は、入射面８１から入射した照明光を平行光とし
て、これを試料セル８０内の被測定試料を通過させ、凸
レンズ８６は、被測定試料を通過した照明光を収斂して
出射面８２から出射させる。

【００２７】また、試料セル８０の出射面８２と分光器
３０のスリット３１との間には、ライトガイド９０およ
び光ファイバ束９１が設けられている。ライトガイド９
０は、密封された空間であるものや、照明光の吸収が極
めて小さい材料（例えば石英ガラス）のロッドからなる
ものであるが好適である。光ファイバ束９１を構成する
各光ファイバの入射端は、ライトガイド９０の内部にあ
って、凸レンズ８６の後焦点位置にある。また、光ファ
イバ束９１を構成する各光ファイバの出射端は、スリッ
ト３１の開口位置にある。

【００２８】この試料セル８０を用いた分析装置では、
入射面８１から入射した照明光は、凸レンズ８５により
平行光とされ、試料セル８０内の被測定試料により波長
に応じた吸光を受け、凸レンズ８６により収斂されて出
射面８２から出射される。出射面８２から出射された照
明光は、ライトガイド９０を経て光ファイバ束９１の入
射端に入射し、光ファイバ束９１を導波し、光ファイバ
束９１の出射端から出射される。光ファイバ束９１の出
射端から出射された照明光は、スリット３１の開口を経
て分光器３０の筐体内に入射して、分光器３０によりス
ペクトル分光される。このように、入射面８１近傍の内
部に凸レンズ８５と、出射面８２近傍の内部に凸レンズ
８６と、凸レンズ８６により収斂された照明光を分光器
３０に入射させるライトガイド９０および光ファイバ束
９１とを有することにより、照明光を有効に利用するこ
とができ、試料セル８０内の被測定試料を高感度に分析
することができる。

【００２９】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく種々の変形が可能である。例えば、照明光を出
射する光源は、重水素ランプに限られるものではなく、
タングステンランプ等であってもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
よれば、光源部から出射された照明光は、入射面から試
料セル内部に入射し、試料セルの内部または壁面に設け
られた集光光学系により集光され、試料セル内の被測定
試料により波長に応じた吸光を受けて、出射面から出射
される。試料セルの出射面から出射された照明光は分光
器により分光され、照明光のスペクトルが得られる。こ
のスペクトルに基づいて被測定試料が分析される。

【００３１】このような構成としたことにより、集光光
学系を試料セル内に設けたことにより、光源部と試料セ
ルとの間および試料セルと分光器との間に集光光学系を
設ける必要はない。そして、光源部と試料セルとの間に
ライトガイドを設け、また、試料セルと分光器との間に
ライトガイドを設けることにより、光源部から出射され
た照明光は外気にふれることなく分光器に入射するの
で、空気の揺らぎの影響の少ないスペクトル分光が可能
となり、被測定試料を安定して高精度に分析することが
できる。また、本発明は、気体および液体の何れをも安
定して高精度に分析することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る分析装置の構成図である。

【図２】試料セルの断面図である。

【図３】試料セルの断面図である。

【図４】試料セルの断面図である。

【図５】試料セルの断面図である。

【符号の説明】

１０…光源部、１１…重水素ランプ、１２…ランプ容
器、１３…壁、１４…断熱材、１５，１６…放熱器、２
０…試料セル、２１…入射面、２２…出射面、２３…流
入口、２４…流出口、２５…凸レンズ、３０…分光器、
３１…スリット、３２…反射鏡、３３…グレーティン
グ、３４…光検出器、４０，５０…ライトガイド。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光を出射する光源部と、 入射面が前記光源部と接続され、前記光源部から出射さ
   れて前記入射面に入射した照明光を集光し出射面から出
   射する集光光学系を内部または壁面に有する試料セル
   と、 前記出射面と接続され、前記出射面から出射された照明
   光を入力し分光する分光器と、 を備えることを特徴とする分析装置。
2. 【請求項２】 前記光源部は前記照明光として紫外光を
   出射する紫外光源を有することを特徴とする請求項１記
   載の分析装置。
3. 【請求項３】 前記光源部は重水素ランプを有すること
   を特徴とする請求項１記載の分析装置。
4. 【請求項４】 被測定試料を内部に容れる試料セルであ
   って、外部から入射面に入射した光を集光し出射面から
   出射する集光光学系を内部または壁面に備えることを特
   徴とする試料セル。