【発明の詳細な説明】
マルチパスセル及び分析方法 発明の分野
本発明は、流体の光学分析装置及びそのような分析を実行する方法に関し、特
に、マルチパスセル（multipass cell）及びそのようなセルを用いた分析方法に
関するものである。発明の背景
多くの光分析方法に共通する特徴は、測定値が、対象となる物質または分析サ
ンプルの特定の物理的パラメータ及び合成に使用される光学的な放射だけでなく
、とりわけ分析サンプル中の放射の経路長に依存することである。
経路長が測定値に影響し、そのため本発明と関係がある典型的な光学分析方法
は、サンプルによりほぼ規定された光学的放射の吸収が計測される方法である。
このような方法は、公知であり、特に限定されないが、通常の吸収分光法、蛍光
分析法、比濁分析法（濁度の測定）等を含む。排気ガスの汚染物質濃度の計測及
びモニタは、特定の好ましい例である。
サンプルの吸収力（光学的な吸収性）に応じて、二つの異なるアプローチが考
えられる。高吸収性のサンプルにおいては、サンプルの比較的短い放射経路が好
ましい。一方、サンプルが低吸収力の場合、例えば、対象となるその中に含まれ
る物体の低吸収力又は希薄に起因する場合、これが通常スペクトル吸収による分
析感度を増加させるため、比較的長い経路が好ましい。
光学的な方法により、大気のような対象となる媒体内の汚染物質のような特定
の物体の軌跡の決定は、例えば、環境的な又は他の理由のため、注目されている
分析分野である。特定の光学的な方法の信頼性（例えば、再現性）、特定性、及
び感応性を増加させる従来の手段は、“マルチパスセル”と呼ばれるものを使用
することである。セルの内部に含まれる、又はセルを通過する分析サンプル内又
は通過する分析される放射の経路長は、セル内にミラーを配置することにより延
長され、セル内の経路長は、反射数によって延長される。
光学的に透明な流体を分析する定性的及び定量的な方法のためのマルチパスセ
ルは、公知であり、例えば、ドイツ特許公開第２９ ３７ ３５２号に記載され
ている（その明細書による開示は、参考としてすべての目的のためにここに取り
入れられている）。
上記のような従来のマルチパスセルは、一般に、光学的な入口を介してチャン
バー内を通り、光学的な出口を介してチャンバーを離れる放射を反射するための
複数のミラーを組み込まれた円柱状容器の形状を有するチャンバーを備える。従
来のマルチパスセルのミラーは、チャンバー内又は外側のいずれかに配置される
。
一般に、従来のマルチパスセルにおいて、実質的に、チャンバーを通過するす
べての放射は、長手方向又は対角線上にチャンバーを通過する光線の束を形成す
る。この結果、ミラーは、チャンバーに又はその付近に置かれ、凹面ミラーは、
集光の問題を避けるようにしなければならない。出願人の知り得る限りでは、平
面ミラーを使用するマルチパスセルは、従来にはない。明らかに、マルチパスセ
ルに使用される凹面ミラーには、光学的にかなり高い精度が必要とされ、このた
め、高価である。
公知のマルチパスセルの凹面ミラーの配置には、通常分析操作を通じて起こる
機械的及び／又は熱的な偏差を補償するためにミラーの調整手段が必要とされる
。これは、ミラーがセルの異なる部分に、例えば、円柱状チャンバーの分離した
フランジ又は平面壁に配置される場合、特に重要である。公知のマルチパスセル
のさらに不利な点は、それらが光学的な所定の単一な経路長しか許容しないこと
であ
る。しかしながら、同じ流体の異なる成分を分析するとき、種々の光学的に異な
る経路長が必要となり、このため、与えられたマルチパスセルの経路長を変化さ
せるためにいくつかの異なるセル又は非常に高機能な構造を使用しなければなら
ない。
さらに、従来のマルチパスセルを使用する場合、操作及び維持のためのミラー
の位置的な制御が複雑となり、熟練したオペレータを必要とし、反射数は、限定
される傾向にある。発明の目的、要約、及び用語
従って、本発明の主な目的は、通常の（平面の）ミラーを用いて高信頼性及び
高感度で動作し、多くの経路を許容し、ミラーの配置を容易にするマルチパスセ
ルを提供することである。
この目的及び明細書により明らかにされる利点は、流体の光学分析用のマルチ
パスセルによる本発明の第一の一般的な実施形態に従って達成され、マルチパス
セルは、各々が実質的に平面の反射ミラー面を有する複数のミラー手段を備え、
ミラー手段は、平面ミラーがその中心に面する円形形状に配置される。
ここで使用される“光を反射するミラー面”又はその略
語は、通常、セルの特定の分析に使用される光を反射することができる固体面を
意味する。
ここで、“光”の語は、広義に使用され、周知の方法及び手段、例えば、集光
、反射、検出により分析することができる波長の多色及び／又は単色の電磁放射
を含む。好ましい光は、光学分野における紫外線（ＵＶ）から赤外線（ＩＲ）の
波長内の多色又は単色の放射である。
ここで、“反射”語は、特定の高反射又は逆に低吸収に限定されない。約５０
％の反射（入射される放射の半分が反射され、他の半分が透過することを意味す
る）で十分である。しかしながら、本発明の多くの目的に対して、従来の光学ミ
ラーに使用されるような輝く面で十分である。銀、非腐食性鋼、金及び他の貴金
属のような金属の高研磨面と同様に、金属蒸着、例えば、金、白金又は合金のよ
うな貴金属を含む適切な金属の真空蒸着又は銀の沈殿により形成され、保護膜に
より被覆又は被覆されていないものも、本発明に従うセルのミラーに使用するこ
とができる。
ここで、“平面”の語は、当該分野で一般に理解される意味で使用され、本発
明に従う適切なミラー面の幾何学的な形状を意味する。平坦さの簡単な検査は、
対象物の歪みのない同一サイズの鏡像を生成することである。
凹面ミラーに対する平面ミラーの顕著な利点に関して、
従来技術が、平面ミラーを備えるマルチパスセルを開示していないことは、驚き
である。マルチパスセルにおけるこのようなミラーの使用により平面ミラーの位
置の制御及び配置の問題が解消されると考えられる。一般的な局面に従えば、本
発明は、マルチパスセルのための簡略なミラー配置及びマルチパスセルの製造方
法を教示する。好ましい実施形態の簡単な説明
我々は、本発明を達成するための研究を通じて、驚くほど単純且つ効率的な方
法で、高精度に位置の制御を維持しながら、十分な数の平面ミラーを配置するこ
とができることを見いだした。本発明に従うマルチパスセルの製造と同様に、ミ
ラーの配置は、高い寸法精度（公称寸法からの偏差として通常±１μｍ以下、好
ましくは±０．１μｍ）の比較的単純な構造を商業的に利用することに基づいて
おり、本発明に従えば、平面ミラーの位置合わせに効率的に使用することができ
る。
本発明に従う好ましい位置合わせ手段は、２種類の相補的な要素を備え、その
うちの第一又は“凹状の”のものは、円形部材（ここでは、“ミラー支持部”と
いう）の外周面又は内周面に沿ってミラーを支持する。第一の要素の好ましい例
は、規則正しく間隔を開けられ、規則正しい形状の
表面に形成された周上の複数の凹部を備えた円形部材であり、複数の凹部は、円
形部材の回転軸と平行に延出し、通常円盤形状又はホイール形状の円形部材の外
周面又は環状体の内周面に沿って配置される。
凹部は、周囲に等間隔で配置されることが好ましい。また、ミラー支持部は、
以下に説明するようなタイプの間隔を開けて配置された複数の要素を受けるため
の偶数の凹部を有することが好ましい。凹部は、各凹部の“中心”を通る理論的
な放射方向の線に関して対称な形状でなくてもよい。
位置合わせ手段の第一の要素の好ましい典型例は、はめば歯車（外周面に凹部
がある）及びリング歯車（内周面に凹部がある）であり、両者は、 “真っ直ぐ
な歯を有する”タイプのものであり、高精度に成形及び加工できる、鋼、アルミ
ニウム及びその他の金属から選択される金属のような構造材料からなる。
位置合わせ手段の第二の又は“突出部を有するタイプの好ましい例は、円柱ベ
アリングに通常使用されるような円柱要素（ここでは簡略のため“円柱”という
）であり、例えば、ベアリングの外枠及び内枠の間の機械的連結が、均一な直径
を有し、ベアリングの枠の間に等間隔に配置される複数の鋼製の円柱によって形
成されるものである。
本発明は、はめば歯車又はリング歯車のような、十分な数（例えば、凹部の数
に対応して）の円柱を有する、ミラー支持部の組合せを教示する。すべての円柱
は、凹部の深さよりいくらか大きい均一な直径（ここでは、“適合直径”という
）を有し、各凹部は、円柱の位置を確実に規定し、隣接する二つの（及び他のす
べて）円柱は、マルチパスセルに使用されるミラー配置における対応する平面ミ
ラーの位置を規定する凹部から突出する。“対応する”又は“調整されている”
ミラーは、特定のミラーに“調整されている”二つの隣接する円柱に接触すると
ともに正確に決定された位置に保持されている特定のミラーである。
この一般的な教示から、凹部の形状及び寸法（幅及び深さ）は、各円柱が、ミ
ラー支持部の凹部にぴったりと保持され、ミラー保持部の凹状の周方向への移動
を防止されるように、円柱に適合しなければならないことが明らかである。図と
関連して以下に詳細に説明する。
要するに、本発明は、商業的に利用可能で、所望のチャンバー容積を許容する
高精度な、円周上に配置された複数の平面ミラー面を有する新規なマルチパスセ
ルを提供し、一つ及び同一のマルチパスセルの光学的経路長の変更と同様に、非
常に多くの数の反射が可能である。
一般に、本発明に従うセルは、ミラーの配置を維持し、
流体プローブを受けるためのチャンバー手段を備える。“流体”の語は、物体を
取り囲むのに使用され、物体は、操作温度では、液体、気体、気体及び液体の混
合物である。明らかに、対象となる物体は、本発明に従って光学的に分析される
媒体に混合される場合、液体又は固体のいずれかである。
チャンバーは、所望の形状及び容積を有し、分析されるサンプルを受けるとと
もに保持することができる材料からなる。チャンバーは、使用される光学的な放
射を透過するような材料を使用する必要はない。しかしながら、本発明の多くの
目的に対して、チャンバーは、実質的に金属又は合成プラスチックから作られる
ハウジングを備え、本発明に従うセルに用いられる分析方法に使用される放射の
光学的な入口及び出口を有する。好ましくは、本発明に従うマルチパスセルのチ
ャンバー手段は、単一の光学的ポートを有し、それは、入力ポート及び出力ポー
トとして機能し、例えば、使用される光学的な放射は、ミラー配置を通過した後
、チャンバーから反射される。偏向板が、本発明による円形のミラー配置の中心
軸に垂直な（９０°）面に放射経路を向けるセル内に配置されるならば、光学的
なポートは、セルの周辺部又はその上部のいずれかに配置されてもよい。
通常、チャンバーは、本発明に従う円形のミラー配置を受け、保持するハウジ
ングとなる。このような配置は、ミラー配置のすべてのミラーから等間隔な点に
より規定される中心軸を有する。ここで、中心軸及びすべてのミラーの長手方向
に垂直に交わる面をセルの“主面”と定義する。
ミラーの配置は、実質的に円形のミラー支持部を備えるため、チャンバーは、
通常円形の外形を有し、チャンバー又はハウジングの外形は、選択の問題であり
、円形のミラー支持部は、円形であることを必要としない要素によって囲まれて
もよいことがわかる。ハウジングの好ましいタイプは、円筒又は円盤の形状を有
している。
他の通常好ましい実施の形態に従えば、各ミラーは、平面ミラー面に関して垂
直（すなわち、直角）に延びる法線（以下“Ｓ”という）によって実質的に規定
される周囲位置を有する。相互に隣接するミラー面の法線（Ｓ）に囲まれる角度
（α）が３６０°／ｎを満足するように、ミラーの少なくとも大多数（通常、す
べてのミラー、又は一つを除くすべてのミラー）が、位置合わせされる。ここで
、ｎは、偶数の整数であり、最小のものは４に等しい。また、“３６０”の語は
、完全な円（４００°を有するものを完全な円とする他の定義に対して）を意味
する。
本発明に従う配置におけるミラーの数は、理論的なパラ
メータよりむしろ実際のパラメータにより、すなわち、セルの大きさによって限
定される。一般的には、ミラーの数は、６から２４までの範囲にあるが、下限も
上限もそれ自体円形ではないと考えられる。
さらに、反射するミラー面の法線（Ｓ）は、前記セル内の共通点（Ｐ）で交わ
る。点（Ｐ）は、主面と上記中心軸の交点を規定する点と一致することが好まし
い。
各ミラーは、上記の二つの協調する円柱に操作上物理的に接触する。ミラー支
持部の選択に応じて、円柱は、各ミラーのミラー面か、その背面のいずれかに接
触する。好ましくは、物理的な接触は、できるだけ直接的であり、中間要素は、
特定の目的に必要ならば、各ミラーとその協調する円柱との間で使用されてもよ
い。
周囲にあるミラー支持部の凹部又は溝は、いかなる断面形状（主面に示すよう
に）であってもよい。所定のミラー支持部のすべての凹部は、典型的には、はめ
ば歯車又はリング歯車の歯又ははめ歯のような同一形状及び大きさを有する。こ
のような溝は、Ｖ又はＵ字形であり、又は、二つの対称な側面により形成された
曲げられた台形形状を有し、好ましくは６０°から１２０°までの方向における
開口角を形成する。
ミラーを位置決めするため、一つの円柱状要素は、二つ
の隣接する溝の各々に配置され、各ミラーは、二つの円柱に操作上接触して保持
されるように作られている。従って、ミラー支持部及び円柱状要素の間の一方の
接触並びに円柱及びミラーの間の他方の接触は、十分に規定された線の形を有す
る。対応する凹部及びミラーに接触する線が、十分な長さ、例えば、ミラーの位
置を確実に規定するのに十分な長さを有していれば、円柱状要素の長さは、余り
重要ではない。円柱状要素は、ミラー支持部の下面からミラー支持部の上面まで
、又は、各面を越えて延び、又は、ミラー支持部の凹部の接触面より短い長さを
有してもよい。円柱が、対応するミラーと配置の中心との間に位置するならば、
すなわち、凹部が支持部の内周面に配置されるミラー支持部の場合、円柱は、セ
ルを通過する放射の光線が反射される反射ミラー面の部分まで延びることはない
。
典型的には、各円柱状要素は、ミラー支持部の対応する凹部又は溝の“高さ”
（軸方向長さ）の少なくとも半分に相当する軸方向長さを有する。円柱の直径は
、調整されるミラーがミラー支持部の周囲面に接触しないように選択される。ミ
ラーが、同一の直径を有する二つの隣接する円柱に対称となるように位置決めさ
れれば、対応するミラーは、上記のように中心点Ｐを通過する線に関して直角に
（９０°で）
位置合わせされる。
反射面が直角以外に位置決めされるように（例えば、セルを通る光の二重の経
路のように）所定のミラーが配置されると、接触している円柱は、異なる直径を
有することになる。
言い換えれば、円柱状要素の直径は、調整されたミラーの角度位置を規定する
のに使用することができる。上記に簡略に述べたように、商業的に利用可能で量
産されているベアリングは、直径の許容差に関する非常に厳密な要求に合うよう
に作られ、非常に低コストで利用することができる。商業的に利用可能なはめば
歯車及びリング歯車の直径及び凹部の形状に関しても同様に考えられる。
容易に理解されるように、各ミラーは、円柱と確実に接触し、十分な長さの操
作上の反射面の部分をもたらすような十分な長さでミラーから上方に延びるのに
十分な長さを有し、例えば、ミラーの支持部の凹部の長さの少なくとも約３０％
だけミラー支持部の上面を越えて延びるようにしてもよい。ミラーが、リング歯
車のようなミラー支持部の内側の周囲面に沿って配置されると、この場合、円柱
要素は、ミラーの背面と接触するため、ミラーの後部は、十分に平面となり、好
ましくは、ミラー面と平行になる。
ミラーを円柱と接触した位置で固定して保持し、ミラー
支持部と確実に接続されるように、従来のクランプ又は付勢手段が使用される。
本発明の第一の好ましい実施形態に従えば、ミラーは、取り外し可能に設置され
、例えば、クランプ用ブラケットにより固定される。
第二の好ましい実施形態に従えば、ミラーは、永久的に円柱に接続され、例え
ば、エポキシタイプの熱可塑性ポリマー又は反応性樹脂のような高分子接着剤に
より、固定される。円柱及びミラーを備えたミラーキャリアーは、マルチパスセ
ルを閉じ、又は封止するフランジにマウントされる。放射のセルの入口及び出口
のための従来の光学手段は、チャンバー壁又はフランジに配置してもよい。
光学的な入口及び出口、流動手段と同様のセルに出入りする流体のサンプルを
通過するためのポート、及びマルチパスセルの操作のための他の部品に関する詳
細は、当業者に知られており、さらに詳細に説明しない。
創造的なマルチパスセルの好ましい実施形態では、すべてのミラーは、均等に
且つ平坦に配置され、ミラー面の法線Ｓは、ミラー支持部の軸と交差し、その軸
に関して等間隔に配置される。隣接する法線Ｓ間の角度αは、等しく、好ましく
は、３６０°／ｎであり、ここで、ｎは、偶整数であり、最小のものは４である
。
一方、ミラーの数は、偶数である必要はなく、他の円形
状配置における一つの特定のミラーが、使用される放射の入口及び出口ポートと
干渉すれば、このミラーを省略してもよく、その結果の配置も、本発明において
は実質的に円形であると考えられる。最大反射数及び光学経路の最大長さを得る
ために、放射の入射する光線は、中心に導入されないで、例えば、対角線上のミ
ラー面に向けられないで、対角線上の次のミラー面の一つに向けられることが好
ましい。
ミラー配置の対称性及びこのような入射角によって、放射の入射する光線は、
ｎ−１回反射され、チャンバー内をｎ回走査した後、光学出口を通ってセルから
出ていく。ｎが、比較的大きい偶整数の場合、好ましくは、偶数の除数の場合、
異なる反射数が得られる。例えば、以下の入射角では、ｎ＝２４に対して異なる
光線の通過数が得られ、その偶数の除数が１２、８、６、４のとき、例えば、４
回の反射に対して４５°、６回の反射に対して３０°、８回の反射に対して２２
．５°、１２回の反射に対して１５°、２４回の反射に対して７．５°である。
このようにして、ミラーの位置を変更することなく、複数の光線を、異なる光
学経路長で通過させることができる。
厳格に均一な対称性から外れている本発明に従うミラー配置は、容易に提供す
ることができ、一つ又はそれ以上の
ミラーに調整された円柱対の直径が異なるならば、特別な効果をもたらす。光学
分野に経験のある者は、目的に応じた光学的配置並びにミラー支持部及び円柱の
対応する直径を容易に計算することができる。例えば、光学経路は、法線Ｓの基
点でα／４だけ最後の反射ミラーの角度を変えることにより重複させることがで
き、反射された光線は、反対方向であるが二度同じ経路を通過する。
対称なミラー支持部における偶数の実質的に同形のパターンでの好ましいミラ
ーの配置は、特に、ミラーを調整して取り扱うための付加手段が、必要とされな
いため、確実な操作の点で有利である。周囲温度のため、ミラー支持部の均等な
熱的膨張又は収縮に関して、光学経路長は、小範囲で変化するが、角度又は反射
は、一定のままである。図面の簡単な説明
本発明は、以下の添付図面を参照することによりよりよく理解されるであろう
。
図１は、従来のマルチパスセルを示す概略上面図である。
図２は、本発明に従うマルチパスセルの複数のミラーの円形状配置を示す概略
上面図である。
図３は、本発明に従うマルチパスセルのより詳細な概略上面図である。
図４Ａは、円形のミラー支持部に配置された複数の平面ミラーの配置を示す概
略上面図である。
図４Ｂは、図４ＡのＡ−Ａ線に沿った概略側部断面図である。
図５は、同一及び異なる直径の円柱対の効果を示すためのミラー支持部の概略
部分上面図である。好適な実施形態の詳細な説明
図１に概略的に示す従来のセル１は、三つの凹面ミラー１４、１６、１８を具
備するハウジング又はチャンバー１５を備える。放射は、ポート１１から入り、
ポート１２から出る。凹面ミラーによる放射の反射により、放射の経路長は、チ
ャンバーの直径Ｌの３倍になる。セル１を通過する放射の経路の小偏差は、ミラ
ーの凹面形状によって補償されることになる。例えば、凹面ミラーの動きを制御
することによって、反射数すなわち経路長を増加することは、可能であるが、そ
のような動きは、作動及び制御に対してむしろ精緻な配置を必要とすることは、
明らかである。
一方、図２に上面が示される本発明に従う平面ミラー２０の円状配置２は、ミ
ラーの相対的な動きなしに、非常に大きな通過数をもたらす。明らかに、このよ
うな配置は、その配置における個々のミラーが必要な精度で配置されれ
ば、凹面ミラーを有するマルチパスセルに対する実質的な利点をもたらす。
図３に概略的に示すように、本発明に係るマルチパスセル３は、光学的な放射
用の光学的な出入口１３と同様に、サンプルとなる流体用の入口ポート１１０及
び出口ポート１２０を有するチャンバー１９を備えている。チャンバー１９は、
ミラー支持部３０に関して回転対称に配置された複数のミラー２０の実質的に円
形状の配置を含み、光を反射する平面ミラー面２１０は、支持部３０の回転軸に
向けられ、そこから等間隔になるように間隔を開けて配置され、それらの“理論
的に垂直な”又は“直角の”線Ｓが、点Ｐで交差する。点Ｐで交差する隣接する
二つのミラー（２０ａ、２０ｂ）の法線Ｓは、角度αをなし、角度αは３６０°
／ｎであることが好ましく、ここで、ｎは、４以上の偶整数である。ミラー２０
の背面２０１は、反射するミラー面２１０と平行でなくてもよい。
光学分野における経験のある者にとっては明らかであるが、本発明に従うセル
の経路長は、セル内の放射の入射角に応じて変更することができ、代わりに、放
射を反射する第一のミラーが決定される。
創造的なセルを使用する好ましい実施形態では、セル又はチャンバーの角度位
置が、所望の経路長に対して設定さ
れれば、放射源及びセル内の放射の経路長は、一定に維持されるだろう。しかし
ながら、これは、利便性の問題だけでなく、セルの位置を一定に維持しながら、
セル内の放射の経路を変更することは十分に可能である。
図４Ａは、概略的に、また、簡潔のために一つの同じ図に、外周面を利用した
ミラー支持部及び内周面を利用したミラー支持部を示す。図４Ａの左側は、はめ
ば歯車タイプのミラー支持部４１であり、図４Ａの右側は、リング歯車タイプの
ミラー支持部４２である。両者の組合せは、単に構造を複雑にするだけであるた
め、実際に、本発明に従うミラー配置は、外周面を用いたミラー支持部又は内周
面を用いたミラー支持部のいずれかを通常備える。
ミラー支持部４１の外周面４１０又はミラー支持部４２の内周面４２０のいず
れかに沿ってミラー２０が好ましく対称に配置された両タイプのミラー支持部が
、図４Ａに示されている。
いずれかのタイプの支持部を用いて、ミラー２０は、円柱対３０に接近して接
触して配置され、代わりに、円柱対３０が、ミラー支持部４１及び４２の各々の
内周面４１０又は外周面４２０の凹部４３にはめられて位置決めされる。
各ミラー２０は、二つの円柱状要素３０ａ、３０ｂに近接して接触して位置する
ような大きさにされるとともに、位
置決めされている。凹部４３及び要素３０は、この要求を満足するような大きさ
にされている。
図４Ｂは、図４ＡのＡ−Ａ線に沿った断面図である。再び、図の左側は、外周
面４１０を用いたはめば歯車タイプのミラー支持部４１を示し、図の右側には、
内周面４２０を用いたリング歯車タイプのミラー支持部４２を示している。
反射するすべてのミラー面２１が、回転軸Ｐの方に向けられている（面してい
る）ため、ミラー面２１（図４Ｂ参照）は、ミラー支持部の外周面４１０を用い
るときには、円柱３１及び支持部４１の上面を越えて上部に延出している。一方
、リング歯車タイプのミラー支持部４２の内周面４２０にミラーが配置される場
合、ミラー２０は、ミラー支持部４２の上面４１１を越える必要はなく、円柱３
０は、特定の理由により所望されるならば、ミラー支持部４２の上部を越えて延
出してもよい。一方、ミラー２０を位置決めするためのリング歯車タイプのミラ
ー支持部４２の内周面４２０を用いる場合、そのようなミラー２０の背面２０１
は、ミラー面２１に実質的に平行であり、同一直径の円柱３０を使用することが
できる。しかしながら、異なる直径の円柱が使用されれば、通常のプリズム状の
ミラー（図示省略、例えば、ミラー面と背面との間に閉じられた角度
を有するもの）を用いてもよい。
図５は、ミラー支持部５１の分割部分５を概略的に示す上面図である。溝５５
は、円柱対５３ａ、ｂ；５４ａ、ｂを受ける。円柱対５３ａ、５３ｂの円柱は、
通常好ましい一つの実施形態に直線で示される同一直径“ｄ”を有する。この結
果、ミラー２０（他のミラーすべてが示されているわけではない）の法線Ｓは、
ミラー支持部５１の中心にある点Ｐと交わる。すべてのミラー面は、中心点Ｐの
方に向けられる。
しかしながら、異なる直径“ｄ1”、“ｄ2”の円柱５４ａ、５４ｂを用いた場
合、ミラー５８の法線Ｓは、点Ｐで交わらない。以下に説明するように、円柱５
４ａ、５４ｂの直径は、異なるため、ミラー５８の直線Ｓは、交差する法線Ｓに
対して角度α／４だけオフセットしている。実施例１
この実施例は、光線の２４回の通過をもたらす図４の実施形態に従うミラー２
０の配置を示す。隣接するミラー２０ａ及び２０ｂの二つの法線Ｓ間の角度αは
、３６０°／２４、すなわち、１５°である。ミラー支持部４１は、半径４５．
２７４６ｍｍ、高さ１６ｍｍの円形状ディスクであり、外周面４１０にＶ字形の
溝４３を備える。
この実施例のミラー支持部４１は、外周面に等間隔に配置された同一形状及び
同一寸法の４８個の“歯”又は凹部４３を有するはめば歯車であり、各凹部の間
隔は、７．５°であり、各凹部は、外方への分岐角９０°で配置された真っ直ぐ
で対称な側面を有する。すべての凹部４３の深さは、２８２８．４マイクロメー
タ（μｍ）である。
長さ１６ｍｍ、直径４ｍｍの円柱３０が、各凹部４３に配置される。平面ミラ
ー面２１を有する２３個のミラー２０は、隣接する円柱対３０にそれぞれ配置さ
れる。理論的に可能なミラー位置の一つが、放射の出入り用の光学ポートとして
使用できるように残されている。
すべてのミラー面２１は、支持部４１の回転軸Ｐの方に向けられ、ミラー面の
高さは、２４ｍｍであり、ミラー面は、１／３、又は６ｍｍだけ支持部４１の上
部に突出している。ミラー面２１のこの“フリー”部分は、放射を反射するため
に使用される。
他の例として、ミラー支持部は、円形の内周面４２０を有する環状体４２であ
り、実質的に上記のようなミラー配置を提供する寸法を有する。
種々の手段が、ミラー及びミラー支持部の円柱を固定するために使用すること
ができる。弾性鋼材ブラケットが、この例に使用され、支持部４１の底面に（例
示していない
方法で）固定される。他の例として、フランジ、又はリング（図示省略）を、円
柱に対して所定の力又はバネ力でミラーを付勢するのに使用することもできる。
残りのセルの部品すべて、例えば、サンプルの流体をセルの内外に通過させる
ポート、適切な材料が選択された放射用の光学ポートは、従来のマルチパスセル
を作成し、使用する分野に経験を有する者にとって明らかであろう。実施例２
この実施例のセルは、経路の最後に反射するミラー面が、図５と関連して説明
した９０°と異なる角度で配置される点を除き、実施例１と同様である。
ミラー支持部、凹部及びミラーは、ミラー面５２と接触する円柱対５４ａ、５
４ｂが、他の円柱と異なる直径を有する点を除き、実施例１と同様である。円柱
５４ａの直径は、４１６７．７μｍであり、円柱５４ｂの直径は、３８４６．０
μｍである。他の円柱はすべて、直径４０００．０μｍである。実施例１のミラ
ー面２１の対称配置と比較すると、法線Ｓdの起点又は原点におけるミラー面５
８の配置角度は、３．７５°に相当するα／４になる。点Ｐに関する配置角度の
方向は、ミラー面５８により反射される放射が、対角上のミラー面にあたるよう
に（図３には示し
ていない）選択されることが好ましく、ミラー面５８に反射される前に移動した
経路に沿って再び通過することになる。この結果、セルの光学経路を二度通過す
ることにあるが、上記に説明したようにセルへの入射点での放射の角度だけ再び
変更されることができる。
本発明の上記の説明及び実施例は、説明のためになされたものであり、本発明
を限定するものではない。分光法及び関連する目的のためにマルチパスセルを作
り、使用する当業者にとっては、種々の変更は明らかであろう。例えば、本発明
と関連する光学的に透明な流体は、気体及び液体を含み、それらは、少なくとも
紫外線（ＵＶ）から赤外線（ＩＲ）までの波長範囲で透過性を有している。
本発明の円形ミラー配置を含むチャンバーは、ガラス、セラミック材料、ステ
ンレス鋼、構造用合成ポリマー、又はシート状金属から作られ、必要ならば、測
定条件下で、好ましくは、流体プローブを受けるための従来のマルチパスセルチ
ャンバーに通常使用される周囲温度及び圧力の条件下で、化学的に攻撃的なプロ
ーブ媒体に耐える少なくとも一つの保護層を備える。セル及び取り囲むチャンバ
ーの内外へにプローブの充填及び放出は、バッチ処理的に又は連続して行われ、
従来のマルチパスセルのように、適当な開口が、設けられる。
ミラー支持部（十分に円形でなくともよい）の円形の外周面又は内周面に沿っ
たミラーの位置決め、取付、及び固定は、ある種のゲージ又はマスターとしてミ
ラー支持部の周囲の凹部を上記のように使用して行われる。このとき、フレキシ
ブルなブラケット又は架橋可能な高分子合成物に下端を埋め込むことによりミラ
ーを固定し、それを加硫し、ゲージを取り除く。さらに、温度、圧力等の操作パ
ラメータを計測及び／又は更正するための従来の手段をセル内に配置することも
できる。
上記のように、間隔を開けられたミラー及びミラー支持部間の要素は、商業的
に利用可能な高精度な量産品であるため、ベアリングタイプの高精度な円柱を用
いることが好ましい。しかしながら、本発明の範囲には、そのような要素が、商
業的に利用可能で比較的低コストであり、又は、そのようになれば、例えば、多
角形断面を有する、円柱以外の間隔を開ける要素を使用することも含まれる。同
様に、本発明では、円柱又は同じ機能を有する他の間隔を開ける要素は、鋼から
作られるのではなく、少なくとも一部は、他の金属から作られてもよく、本発明
に従う円柱状の又は他のタイプの間隔を開ける要素の形状にされれば、十分な寸
法安定性をもたらし、十分小さな許容差を維持することができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Multi-pass cell and analysis method Field of the invention
The present invention relates to a device for optical analysis of fluids and a method for performing such an analysis.
In addition, multipass cells and analysis methods using such cells
It is about.Background of the Invention
A feature common to many optical analysis methods is that the measured value is
As well as the specific physical parameters of the sample and the optical radiation used in the synthesis
In particular, depends on the path length of the radiation in the analytical sample.
Typical optical analysis methods where path length affects measurements and is therefore relevant to the present invention
Is a method in which the absorption of optical radiation, approximately defined by the sample, is measured.
Such a method is known and is not particularly limited.
Includes analytical methods, nephelometric methods (measurement of turbidity) and the like. Measurement and measurement of pollutant concentration in exhaust gas
Monitors and monitors are certain preferred examples.
Two different approaches are considered depending on the absorbency of the sample (optical absorption).
available. For highly absorbing samples, the relatively short emission path of the sample is preferred.
Good. On the other hand, if the sample has low absorption, for example,
If this is due to low absorption or dilution of the object, this is usually due to spectral absorption.
A relatively long path is preferred to increase the sensitivity of the run.
Optical methods for identification of contaminants in media of interest, such as the atmosphere
The determination of the trajectory of an object is of interest, for example, for environmental or other reasons
Analysis field. The reliability (eg, reproducibility), specificity, and
Traditional means of increasing responsiveness and sensitivity use what is called a "multi-pass cell"
It is to be. Within the analytical sample contained in or passing through the cell
The path length of the analyzed radiation passing through is extended by placing a mirror in the cell.
And the path length in the cell is extended by the number of reflections.
Multipass cell for qualitative and quantitative methods for analyzing optically clear fluids
Are known and described, for example, in DE-A-29 37 352.
(The disclosure of that specification is hereby incorporated by reference for all purposes.
Included).
Conventional multi-pass cells, such as those described above, are generally channeled through an optical entrance.
To reflect radiation passing through the bar and leaving the chamber via the optical outlet
A chamber having a cylindrical container shape incorporating a plurality of mirrors is provided. Obedience
The mirror of the conventional multipass cell is located either inside or outside the chamber
.
Generally, in a conventional multi-pass cell, substantially no liquid passes through the chamber.
All radiation forms a bundle of light rays passing through the chamber in a longitudinal or diagonal direction.
You. As a result, the mirror is placed in or near the chamber, and the concave mirror is
We have to avoid the problem of light collection. To the best of the applicant's knowledge,
There is no conventional multi-pass cell using a plane mirror. Obviously, the multipass
Concave mirrors used for optical devices require optically high precision,
Expensive.
The arrangement of concave mirrors in known multi-pass cells usually occurs through analytical operations
Mirror adjustment means are required to compensate for mechanical and / or thermal deviations
. This means that the mirror is separated into different parts of the cell, for example, a cylindrical chamber
This is particularly important when arranged on a flange or a flat wall. Known multipath cells
A further disadvantage of these is that they only allow a single predetermined optical path length.
In
You. However, when analyzing different components of the same fluid, various optically different
The path length of a given multipath cell may vary.
To use several different cells or very sophisticated structures to
Absent.
In addition, when using conventional multipath cells, mirrors for operation and maintenance
Position control is complicated, requires skilled operators, and the number of reflections is limited
Tend to be.Purpose, abstract, and terminology of the invention
Accordingly, a primary object of the present invention is to provide high reliability and reliability using a normal (planar) mirror.
It operates with high sensitivity, allows many paths, and facilitates mirror placement.
Is to provide
This object and the advantages made clear by the description are that a
Achieved according to a first general embodiment of the invention with pass cells,
The cell comprises a plurality of mirror means each having a substantially planar reflecting mirror surface;
The mirror means is arranged in a circular shape with the plane mirror facing the center.
As used herein, "mirror surface for reflecting light" or its abbreviation
The term usually refers to a solid surface that can reflect the light used for a particular analysis of the cell.
means.
Here, the term "light" is used in a broad sense and is well known in the art for methods and means
Polychromatic and / or monochromatic electromagnetic radiation at wavelengths that can be analyzed by reflection, detection
including. Preferred light is from ultraviolet (UV) to infrared (IR) in the optical field.
Polychromatic or monochromatic radiation within the wavelength.
Here, the term "reflection" is not limited to a particular high reflection or, conversely, low absorption. About 50
% Reflection (meaning that half of the incoming radiation is reflected and the other half is transmitted)
Is sufficient. However, for many of the purposes of the present invention, conventional optical
A glowing surface such as that used for lar is sufficient. Silver, non-corrosive steel, gold and other precious metals
Like highly polished surfaces of metals such as metals, metal deposition, such as gold, platinum or alloys
Formed by vacuum deposition or silver precipitation of a suitable metal, including precious metals such as
More coated or uncoated may also be used for cell mirrors according to the present invention.
Can be.
Here, the term “plane” is used in a sense generally understood in the art, and
Means a suitable mirror surface geometry according to the description. A simple inspection of flatness is
The purpose is to produce a mirror image of the same size without distortion of the object.
Regarding the significant advantages of flat mirrors over concave mirrors,
It is surprising that the prior art does not disclose multi-pass cells with flat mirrors
It is. The use of such mirrors in multi-pass cells allows
It is believed that the placement control and placement problems are eliminated. According to the general aspects, books
The invention relates to a simplified mirror arrangement for a multi-pass cell and a method of manufacturing the multi-pass cell.
Teaches the law.BRIEF DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
We have through our research to achieve the present invention, surprisingly simple and efficient
A sufficient number of flat mirrors while maintaining high-precision position control.
I found that I can do it. As with the manufacture of the multi-pass cell according to the invention,
The arrangement of the mirrors should have high dimensional accuracy (typically ± 1 μm or less
Based on the commercial use of relatively simple structures (preferably ± 0.1 μm).
And, according to the invention, can be used efficiently for aligning flat mirrors.
You.
A preferred alignment means according to the invention comprises two complementary elements, the
The first or “concave” one is a circular member (here, “mirror support”).
) Is supported along the outer peripheral surface or the inner peripheral surface. Preferred example of the first element
Are regularly spaced and of regular shape
A circular member having a plurality of circumferential concave portions formed on the surface, wherein the plurality of concave portions are circular.
Extends parallel to the axis of rotation of the profiled member, usually outside of a disk-shaped or wheel-shaped circular member
It is arranged along the peripheral surface or the inner peripheral surface of the annular body.
The recesses are preferably arranged at equal intervals around the periphery. Also, the mirror support is
To receive multiple spaced elements of the type described below
It is preferable to have an even number of concave portions. Recesses are theoretically passed through the "center" of each recess
The shape does not have to be symmetrical with respect to a line in an appropriate radial direction.
A preferred typical example of the first element of the alignment means is a cogwheel (recess on the outer peripheral surface).
) And a ring gear (there is a recess on the inner peripheral surface).
Steel and aluminum with high precision, which can be molded and processed with high precision
It is made of a structural material such as a metal selected from N and other metals.
A preferred example of the second or "protrusion type" of alignment means is a cylindrical base.
Cylinder element as commonly used for alling (herein called "cylinder" for simplicity)
), For example, where the mechanical connection between the outer and inner frames of the bearing has a uniform diameter
And formed by a plurality of steel cylinders equally spaced between the bearing frames
It is something that is done.
The present invention provides a sufficient number of cogwheels or ring gears (e.g.
Teach a combination of mirror supports having a cylinder (corresponding to). All cylinders
Is a uniform diameter that is somewhat greater than the depth of the recess (herein referred to as the "fit diameter").
), Each recess securely defining the position of the cylinder and two adjacent (and other
All) cylinders are the corresponding planar mirrors in the mirror arrangement used for multipass cells.
Protruding from the recess defining the position of the error. “Corresponding” or “adjusted”
When a mirror touches two adjacent cylinders that are “aligned” to a particular mirror,
Both are specific mirrors that are held in precisely determined positions.
From this general teaching, the shape and dimensions (width and depth) of the recesses are
The mirror holder is held in the concave part of the mirror support part, and the concave part of the mirror holder moves in the circumferential direction.
It must be clear that the cylinder must be fitted so that Figure and
This will be described in detail below.
In short, the present invention is commercially available and allows for the desired chamber volume
A new multi-pass sensor with multiple plane mirrors arranged on a circle with high accuracy
As well as changing the optical path length of one and the same multipath cell.
A large number of reflections is always possible.
In general, the cells according to the invention maintain the arrangement of the mirrors,
A chamber means for receiving a fluid probe is provided. The term “fluid” refers to an object
Used to enclose, at operating temperatures, objects may be liquids, gases, mixtures of gases and liquids.
It is a compound. Obviously, the object of interest is analyzed optically according to the invention
When mixed with a medium, it is either a liquid or a solid.
The chamber has the desired shape and volume and receives the sample to be analyzed.
It is made of a material that can be held in the body. The chamber is used for the optical
It is not necessary to use a material that transmits radiation. However, many of the present inventions
For purposes, the chamber is made substantially of metal or synthetic plastic
With a housing for the radiation used in the analytical method used in the cell according to the invention.
It has an optical entrance and an exit. Preferably, a multipath cell chip according to the invention is used.
The chamber means has a single optical port, which comprises an input port and an output port.
Acts as a mirror, for example, the optical radiation used is passed through a mirror arrangement
, Reflected from the chamber. The deflector is the center of the circular mirror arrangement according to the invention.
If placed in a cell that directs the radiation path to a plane (90 °) perpendicular to the axis,
Such ports may be located either at the periphery of the cell or at the top.
Typically, the chamber is housed in a circular mirror arrangement according to the invention for receiving and holding it.
And Such an arrangement is at a point equidistant from all mirrors in the mirror arrangement.
It has a more defined central axis. Where the central axis and the longitudinal direction of all mirrors
Is defined as the "principal surface" of the cell.
Since the arrangement of the mirrors comprises a substantially circular mirror support, the chamber is:
Usually has a circular outer shape, the outer shape of the chamber or housing is a matter of choice
The circular mirror support is surrounded by elements that do not need to be circular
Is also good. Preferred types of housing have the shape of a cylinder or disk.
doing.
According to another generally preferred embodiment, each mirror is perpendicular to the plane mirror surface.
Substantially defined by a normal (ie, "S") extending perpendicularly (ie, at a right angle)
Having a surrounding position. Angles enclosed by normals (S) to mirror surfaces adjacent to each other
At least the majority of mirrors (usually, so that (α) satisfies 360 ° / n).
All mirrors, or all but one) are aligned. here
, N are even integers, the smallest being equal to four. Also, the word "360"
, Meaning a perfect circle (as opposed to another having a 400 ° is a perfect circle)
I do.
The number of mirrors in the arrangement according to the invention is a theoretical parameter.
Limited by the actual parameters rather than the meter, i.e. by the size of the cell
Is determined. Generally, the number of mirrors will range from 6 to 24, but the lower limit
The upper limit is not considered to be circular in itself.
Further, the normal (S) of the mirror surface to be reflected intersects at a common point (P) in the cell.
You. The point (P) preferably coincides with a point defining the intersection of the main surface and the central axis.
No.
Each mirror is in operational physical contact with the two cooperating cylinders described above. Mirror support
Depending on the selection of the holding part, the cylinder is in contact with either the mirror surface of each mirror or its back.
Touch. Preferably, the physical contact is as direct as possible and the intermediate element is
If necessary for a particular purpose, it may be used between each mirror and its cooperating cylinder.
No.
The concave portion or groove of the surrounding mirror supporting portion may have any cross-sectional shape (as shown in the main surface).
To). All recesses in a given mirror support are typically
It has the same shape and size as the teeth or cogs of a bevel gear or ring gear. This
Are V- or U-shaped or formed by two symmetrical sides
Having a bent trapezoidal shape, preferably in the direction from 60 ° to 120 °
An opening angle is formed.
One cylindrical element is used to position the mirror.
Located in each of the adjacent grooves, each mirror is held in operational contact with two cylinders
It is made to be. Therefore, one side between the mirror support and the cylindrical element
The contact and the other contact between the cylinder and the mirror have a well-defined line shape
You. The line contacting the corresponding recess and the mirror must be of sufficient length, e.g.
The length of the columnar element, if it is long enough to
It does not matter. The cylindrical element extends from the lower surface of the mirror support to the upper surface of the mirror support.
Or extending beyond each surface, or shorter than the contact surface of the concave portion of the mirror support.
May have. If the cylinder is located between the corresponding mirror and the center of the arrangement,
That is, when the concave portion is a mirror supporting portion arranged on the inner peripheral surface of the supporting portion, the cylinder is
Ray of radiation passing through it does not extend to the part of the reflective mirror surface where it is reflected
.
Typically, each cylindrical element is the "height" of a corresponding recess or groove in the mirror support.
It has an axial length corresponding to at least half of (axial length). The diameter of the cylinder is
, The mirror to be adjusted is selected such that it does not contact the peripheral surface of the mirror support. Mi
Are positioned symmetrically on two adjacent cylinders of the same diameter.
If so, the corresponding mirror is at right angles to the line passing through the center point P as described above.
(At 90 °)
Aligned.
Make sure that the reflective surface is positioned at a non-perpendicular angle (for example,
When a given mirror is positioned (like a road), the contacting cylinders have different diameters.
Will have.
In other words, the diameter of the cylindrical element defines the adjusted mirror angular position
Can be used for As mentioned briefly above, commercially available and quantity
The bearings produced are designed to meet the very exacting requirements for diameter tolerances
Made at a very low cost. Commercially available fit
The same applies to the diameter of the gear and the ring gear and the shape of the recess.
As can be easily understood, each mirror makes reliable contact with the cylinder and has a sufficient length of operation.
To extend upward from the mirror long enough to provide a portion of the reflective surface
Have a sufficient length, for example at least about 30% of the length of the recess in the support of the mirror
Only the mirror support may extend beyond the upper surface. Mirror with ring teeth
When placed along the inner peripheral surface of a car-like mirror support, in this case a cylinder
Because the elements contact the back of the mirror, the rear of the mirror is sufficiently flat and
More preferably, it is parallel to the mirror surface.
Hold the mirror fixedly in contact with the cylinder,
Conventional clamps or biasing means are used to ensure a secure connection with the support.
According to a first preferred embodiment of the invention, the mirror is removably mounted.
For example, it is fixed by a clamp bracket.
According to a second preferred embodiment, the mirror is permanently connected to the cylinder, e.g.
For example, a polymer adhesive such as an epoxy-type thermoplastic polymer or a reactive resin
More fixed. Mirror carriers with cylinders and mirrors
Mounted on a flange that closes or seals the valve. Radiation cell inlet & outlet
Conventional optical means for can be located on the chamber wall or flange.
Optical inlets and outlets, samples of fluid entering and exiting the cell as well as flow means
Details on ports to pass through and other parts for operation of the multipath cell
Details are known to those skilled in the art and will not be described in further detail.
In a preferred embodiment of the creative multi-pass cell, all mirrors are equally
And the mirror surface normal S intersects the axis of the mirror support,
Are arranged at equal intervals. The angle α between adjacent normals S is equal and preferably
Is 360 ° / n, where n is an even integer and the smallest is 4.
.
On the other hand, the number of mirrors need not be even,
One particular mirror in the configuration is the entrance and exit ports of the radiation used.
If there is interference, this mirror may be omitted, and the resulting arrangement is also considered in the present invention.
Is considered to be substantially circular. Obtain the maximum number of reflections and the maximum length of the optical path
Therefore, the incident ray of radiation is not introduced into the center, for example,
Should not be directed to the mirror surface, but to one of the next diagonal mirror surfaces.
Good.
Due to the symmetry of the mirror arrangement and such an angle of incidence, the incident ray of radiation is
After being reflected n-1 times and scanning the chamber n times, the cell exits through the optical outlet
to go out. If n is a relatively large even integer, preferably an even divisor,
Different reflection numbers are obtained. For example, the following angles of incidence are different for n = 24
When the number of rays passed is obtained and the even divisor is 12, 8, 6, or 4, for example, 4
45 ° for one reflection, 30 ° for six reflections, 22 for eight reflections
. 5 °, 15 ° for 12 reflections, 7.5 ° for 24 reflections.
In this way, multiple light beams can be transmitted to different light sources without changing the mirror position.
It can be passed by the school path length.
A mirror arrangement according to the present invention that deviates from strictly uniform symmetry is easily provided.
One or more
Different diameters of the cylinder pairs adjusted to the mirror have a special effect. Optics
Those who have experience in the field can use the optical arrangement according to the purpose and the mirror support and cylinder.
The corresponding diameter can be easily calculated. For example, the optical path is based on the normal S
By changing the angle of the last reflecting mirror by α / 4 at the point,
The reflected light beam then follows the same path in the opposite direction but twice.
Preferred mirrors in even, substantially conformal patterns on symmetric mirror supports
The arrangement of the mirrors does not require, in particular, additional means for adjusting and handling the mirrors.
This is advantageous in terms of reliable operation. Due to the ambient temperature, the mirror support
With respect to thermal expansion or contraction, the optical path length varies in a small range, but may vary in angle or reflection.
Remains constant.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
The present invention will be better understood with reference to the following drawings, in which:
.
FIG. 1 is a schematic top view showing a conventional multipath cell.
FIG. 2 schematically shows a circular arrangement of a plurality of mirrors of a multi-pass cell according to the invention.
It is a top view.
FIG. 3 is a more detailed schematic top view of a multipath cell according to the present invention.
FIG. 4A is a schematic diagram showing an arrangement of a plurality of flat mirrors arranged on a circular mirror support.
It is a schematic top view.
FIG. 4B is a schematic side sectional view taken along line AA of FIG. 4A.
FIG. 5 shows a schematic of a mirror support to show the effect of a pair of cylinders of the same and different diameters.
It is a partial top view.Detailed Description of the Preferred Embodiment
The conventional cell 1 shown schematically in FIG. 1 comprises three concave mirrors 14, 16, 18.
A housing or chamber 15 is provided. Radiation enters through port 11,
Exit port 12. Due to the reflection of the radiation by the concave mirror, the path length of the radiation is
It is three times the diameter L of the chamber. The small deviation of the path of radiation passing through cell 1 is
This is compensated by the concave shape of the hole. For example, control the movement of a concave mirror
It is possible to increase the number of reflections, that is, the path length, by
Movements such as require a rather sophisticated arrangement for actuation and control,
it is obvious.
On the other hand, the circular arrangement 2 of the plane mirror 20 according to the present invention whose top surface is shown in FIG.
This results in a very high number of passages without relative movement of the ras. Obviously this is
Such an arrangement is such that the individual mirrors in that arrangement are arranged with the required accuracy.
This offers substantial advantages over multi-pass cells having concave mirrors.
As schematically shown in FIG. 3, the multi-pass cell 3 according to the present invention provides optical radiation
As with the optical port 13 for the sample, the inlet port 110 and the
And a chamber 19 having an outlet port 120. The chamber 19
A substantially circular shape of the plurality of mirrors 20 arranged rotationally symmetrically with respect to the mirror support 30;
The plane mirror surface 210 that reflects the light, including the arrangement of the shapes,
Pointed and spaced evenly from it, their "theory"
"Perpendicular" or "perpendicular" lines S intersect at point P. Adjacent to intersect at point P
The normal S of the two mirrors (20a, 20b) forms an angle α, which is 360 °
/ N, where n is an even integer of 4 or more. Mirror 20
May not be parallel to the reflecting mirror surface 210.
As will be clear to those with experience in the field of optics, cells according to the invention
Path length can be varied depending on the angle of incidence of the radiation in the cell,
A first mirror that reflects the radiation is determined.
In a preferred embodiment using a creative cell, the angular position of the cell or chamber
Is set for the desired path length.
If so, the source and the path length of the radiation in the cell will be kept constant. However
While this is not just a matter of convenience,
It is quite possible to change the path of the radiation in the cell.
FIG. 4A uses the outer peripheral surface schematically and in one and the same view for brevity.
4 shows a mirror supporting portion using a mirror supporting portion and an inner peripheral surface. The left side of FIG.
The right side of FIG. 4A is a ring gear type mirror support portion 41 of a ring gear type.
The mirror support section 42. The combination of both simply complicates the structure
Therefore, in practice, the mirror arrangement according to the present invention requires a mirror support using an outer peripheral surface or an inner peripheral.
It usually has one of the mirror supports using a surface.
Either the outer peripheral surface 410 of the mirror support 41 or the inner peripheral surface 420 of the mirror support 42
Both types of mirror supports, along which the mirrors 20 are preferably arranged symmetrically,
, FIG. 4A.
With either type of support, the mirror 20 contacts the cylinder pair 30 in close proximity.
Touched, instead, a pair of cylinders 30 is provided for each of the mirror supports 41 and 42
The inner peripheral surface 410 or the outer peripheral surface 420 is positioned by being fitted into the concave portion 43.
Each mirror 20 is located in close contact with two cylindrical elements 30a, 30b.
As well as the size
It has been decided. Recess 43 and element 30 are sized to meet this requirement.
Has been.
FIG. 4B is a sectional view taken along line AA of FIG. 4A. Again, the left side of the figure is the outer
A cog wheel type mirror support portion 41 using the surface 410 is shown.
The ring gear type mirror support portion 42 using the inner peripheral surface 420 is shown.
All reflecting mirror surfaces 21 are oriented towards the axis of rotation P (facing
Therefore, the mirror surface 21 (see FIG. 4B) uses the outer peripheral surface 410 of the mirror support.
When extending, it extends upward beyond the upper surfaces of the column 31 and the support portion 41. on the other hand
When the mirror is arranged on the inner peripheral surface 420 of the ring gear type mirror support portion 42,
In this case, the mirror 20 does not need to go over the upper surface 411 of the mirror support portion 42,
0 extends beyond the top of mirror support 42 if desired for a particular reason.
May be issued. On the other hand, a ring gear type mirror for positioning the mirror 20
When the inner peripheral surface 420 of the support portion 42 is used, the back surface 201 of such a mirror 20 is used.
May use a cylinder 30 substantially parallel to the mirror surface 21 and of the same diameter.
it can. However, if cylinders of different diameters are used, the usual prismatic
Mirror (not shown, eg, closed angle between mirror surface and back surface)
May be used.
FIG. 5 is a top view schematically showing the divided part 5 of the mirror support part 51. Groove 55
Receive the cylinder pairs 53a, b; 54a, b. The cylinder of the cylinder pair 53a, 53b is
It has the same diameter "d" shown in a straight line in one generally preferred embodiment. This result
As a result, the normal S of mirror 20 (not all other mirrors are shown) is
Intersects a point P at the center of the mirror support 51. All mirror surfaces are at the center point P
Turned towards.
However, different diameters "d1”,“ DTwoWhen using columns 54a and 54b
In this case, the normal S of the mirror 58 does not intersect at the point P. As described below, the cylinder 5
Since the diameters of the mirrors 4a and 54b are different, the straight line S of the mirror 58 is
It is offset by an angle α / 4.Example 1
This embodiment provides a mirror 2 according to the embodiment of FIG.
0 indicates the arrangement. The angle α between two normals S of adjacent mirrors 20a and 20b is
360 ° / 24, that is, 15 °. The mirror support 41 has a radius of 45.
It is a circular disk with a height of 2746 mm and a height of 16 mm, and a V-shaped
A groove 43 is provided.
The mirror supporting portions 41 of this embodiment have the same shape and are arranged at equal intervals on the outer peripheral surface.
A cogwheel with 48 "teeth" or recesses 43 of the same dimensions, between each recess
The spacing is 7.5 ° and each recess is a straight, disposed at an outward branch angle of 90 °
With symmetrical sides. The depth of all the recesses 43 is 2828.4 micrometer.
(Μm).
A cylinder 30 having a length of 16 mm and a diameter of 4 mm is arranged in each recess 43. Plane Mira
23 mirrors 20 each having a surface 21 are respectively disposed on adjacent cylinder pairs 30.
It is. One of the theoretically possible mirror positions is as an optical port for radiation in and out
Left for use.
All mirror surfaces 21 are oriented toward the rotation axis P of the support 41, and
The height is 24 mm and the mirror surface is only 1/3 or 6 mm above the support 41.
Part. This "free" part of the mirror surface 21 reflects the radiation
Used for
As another example, the mirror support is an annular body 42 having a circular inner peripheral surface 420.
And have dimensions that provide a mirror arrangement substantially as described above.
Various means used to fix the mirror and the cylinder of the mirror support
Can be. Elastic steel brackets are used in this example, and are
Not shown
Fixed in a way). As another example, a flange or a ring (not shown) is
It can also be used to bias the mirror with a predetermined or spring force against the column.
Pass all remaining cell components, e.g., sample fluid, into and out of the cell
Ports, the optical ports for radiation, with the appropriate materials selected, are compatible with conventional multi-pass cells.
Will be apparent to those with experience in the field of creating and using.Example 2
The cell of this embodiment has a mirror surface that reflects at the end of the path, described in connection with FIG.
This is the same as the first embodiment except that it is arranged at an angle different from 90 °.
The mirror supporting portion, the concave portion, and the mirror are connected to a pair of cylinders 54a,
4b is the same as Example 1 except that 4b has a different diameter from the other cylinders. Column
The diameter of 54a is 4167.7 μm, and the diameter of cylinder 54b is 3846.0.
μm. All other cylinders are 4000.0 μm in diameter. Mira of Example 1
The normal SdMirror surface 5 at the origin or origin of
The arrangement angle of 8 is α / 4 corresponding to 3.75 °. Of the arrangement angle with respect to point P
The direction is such that radiation reflected by mirror surface 58 impinges on a diagonal mirror surface.
(Shown in FIG. 3
Is not selected) and moved before being reflected by the mirror surface 58
You will pass again along the route. This results in passing twice through the optical path of the cell.
However, as explained above, the angle of radiation at the point of incidence on the cell is again
Can be changed.
The foregoing description and examples of the invention have been presented for purposes of illustration.
Is not limited. Create multipass cells for spectroscopy and related purposes
Various modifications will be apparent to those skilled in the art. For example, the present invention
Optically clear fluids associated with include gases and liquids, at least
It has transparency in the wavelength range from ultraviolet (UV) to infrared (IR).
The chamber containing the circular mirror arrangement of the present invention can be made of glass, ceramic material, stainless steel.
Made of stainless steel, structural synthetic polymer, or sheet metal and, if necessary,
Under constant conditions, preferably a conventional multi-pass cell for receiving a fluid probe
Under the conditions of ambient temperature and pressure normally used for chambers, chemically aggressive proces
At least one protective layer that withstands the medium. Cell and surrounding chamber
Filling and discharging of the probe into and out of the probe can be performed batchwise or continuously,
Appropriate openings are provided, as in a conventional multi-pass cell.
Along the circular outer or inner peripheral surface of the mirror support (which may not be sufficiently circular)
The positioning, mounting, and fixing of the mirrors is performed as a kind of gauge or master.
This is done using the recesses around the perimeter support as described above. At this time, flexi
Mirrors by embedding the lower end in a flexible bracket or a crosslinkable polymer compound
-Secure, vulcanize it and remove the gauge. In addition, operating parameters such as temperature and pressure
Conventional means for measuring and / or correcting parameters may be located in the cell.
it can.
As noted above, the elements between the spaced mirrors and the mirror supports are commercially available.
Because it is a high-precision mass-produced product that can be used for
Is preferred. However, such elements are within the scope of the present invention.
Commercially available and relatively low cost, or if so, for example,
The use of spacing elements other than cylinders having a square cross section is also included. same
Thus, in the present invention, a cylinder or other spacing element having the same function is made of steel.
Rather than being made, at least in part, it may be made from other metals.
A cylindrical or other type of spacing element in accordance with
It provides legal stability and can maintain sufficiently small tolerances.