JPS5946839A - 液体用光音響分析装置 - Google Patents
液体用光音響分析装置Info
- Publication number
- JPS5946839A JPS5946839A JP57158547A JP15854782A JPS5946839A JP S5946839 A JPS5946839 A JP S5946839A JP 57158547 A JP57158547 A JP 57158547A JP 15854782 A JP15854782 A JP 15854782A JP S5946839 A JPS5946839 A JP S5946839A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- radius
- analysis cell
- analytical cell
- peripheral surface
- photoacoustic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- 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
- G01N21/1702—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with opto-acoustic detection, e.g. for gases or analysing solids
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、光音響分析装置に係り、特に液体用の高感度
定量分析に好適な光音響分析装置に関するものである。
定量分析に好適な光音響分析装置に関するものである。
液体用の光音響分析装置は、分析化学等の分野で利用さ
れてきたが、液体における光音響信号発生機構に関する
理論はまだ確立されていない。したがって、既に報告さ
れている光音響分析セルも理論的な最適設計になってい
ない。
れてきたが、液体における光音響信号発生機構に関する
理論はまだ確立されていない。したがって、既に報告さ
れている光音響分析セルも理論的な最適設計になってい
ない。
特に、光音響分析装置の分析セル内における光音響信号
強度の分布や減衰効果等の分析−１，ルの設計にＭ要な
特性が解析されていない。したがって、従来の光音響分
析装置では、分析セルの幾何学的条件で決まる最高感度
が得られていないという欠点があった。
強度の分布や減衰効果等の分析−１，ルの設計にＭ要な
特性が解析されていない。したがって、従来の光音響分
析装置では、分析セルの幾何学的条件で決まる最高感度
が得られていないという欠点があった。
〔発明の目的〕゛
本発明の目的は、入射光線により誘起された圧力疎密波
を効率良く測定し、茜感度の液体用の光音響分析装置を
提供することにある。
を効率良く測定し、茜感度の液体用の光音響分析装置を
提供することにある。
本発明の特徴は、壁の一部が少なくとも圧電変換素子に
て構成される分析セルの内周面の半径をｒおよび分析セ
ル内に入射される光線の半径ｒＱとした時、ｒ／ｒｏが
１〜８の範囲になるような半径ｒを有する分析セルを設
けたことにある。１液体用の光音響分析装置の最適設計
条件を決定するために、液体における光音響信号発生機
構を解析した。ここでは、まず、試料である液体におけ
る光音響信号発生機構に関する理論解析を簡単に説明し
、光音響分析装置の分析セルの最適設計法を示す。
て構成される分析セルの内周面の半径をｒおよび分析セ
ル内に入射される光線の半径ｒＱとした時、ｒ／ｒｏが
１〜８の範囲になるような半径ｒを有する分析セルを設
けたことにある。１液体用の光音響分析装置の最適設計
条件を決定するために、液体における光音響信号発生機
構を解析した。ここでは、まず、試料である液体におけ
る光音響信号発生機構に関する理論解析を簡単に説明し
、光音響分析装置の分析セルの最適設計法を示す。
第１図に液体用の光音響分析セルの円筒状圧電変換素子
１０を含む横断面を示す。この分析セルに液体試料１２
を満たし、パルス変調された入射光１４によシ誘起され
た圧力疎密波を円筒状圧電素子１０によシ検出する。分
析セルの内周面の半径をｒ、入射光線の半径をｒ（、と
すると、パルス変調された入射光線Ｃの強度分布Ｉ（−
、Ｂは（１）式で表現される。
１０を含む横断面を示す。この分析セルに液体試料１２
を満たし、パルス変調された入射光１４によシ誘起され
た圧力疎密波を円筒状圧電素子１０によシ検出する。分
析セルの内周面の半径をｒ、入射光線の半径をｒ（、と
すると、パルス変調された入射光線Ｃの強度分布Ｉ（−
、Ｂは（１）式で表現される。
ただし、ＩＯは光源強度、Ｓは光散乱因子、ｔは時間、
ｆは光変調周波数、δ（８）はデルタ関数、（Ｘ）の〔
〕はガガラの記号である。入射光線によシ発生する圧力
疎密波Ｐ（ア＋’）は（２）式で表現される。
ｆは光変調周波数、δ（８）はデルタ関数、（Ｘ）の〔
〕はガガラの記号である。入射光線によシ発生する圧力
疎密波Ｐ（ア＋’）は（２）式で表現される。
ただしξは定数である。
（１）式及び伐）式を適当な境界条件のもとで解き、液
体試料容器内での圧力波強度の分布及び圧電変換素子１
０の特性等を考慮すると、光音響（８号強度Ｖの分析セ
ルの内周面の半径ｒに対する依存性が求まる。この関係
を（３）式に示す。
体試料容器内での圧力波強度の分布及び圧電変換素子１
０の特性等を考慮すると、光音響（８号強度Ｖの分析セ
ルの内周面の半径ｒに対する依存性が求まる。この関係
を（３）式に示す。
・・・（３）
ただし、ηは定数、１ｏｚ は０次変形ベッセル関数、
ＫｏはＯ次変形ノ・ンケル関数を表わす。
ＫｏはＯ次変形ノ・ンケル関数を表わす。
（３）式に基づいて得られた分析セルの感度特性を第２
図に示す。第２図からｌ ＜ ｒ ／ ｒ （１≦８の
範囲に大きな誘起電圧が発生することがわかる。現実的
に分析セルの内周面の半径ｒを入射光線の半径ｒ（、よ
り小さくすることはできない。しノヒがつ゛Ｃ１分析セ
ルの内周面の半径及び入射光線の半径をこの範囲に入る
ようにすればよいことがわかった。
図に示す。第２図からｌ ＜ ｒ ／ ｒ （１≦８の
範囲に大きな誘起電圧が発生することがわかる。現実的
に分析セルの内周面の半径ｒを入射光線の半径ｒ（、よ
り小さくすることはできない。しノヒがつ゛Ｃ１分析セ
ルの内周面の半径及び入射光線の半径をこの範囲に入る
ようにすればよいことがわかった。
上記の検討結果に基づいて得られた本発明の好適な一実
施例を第３図及び第４図により説明する。
施例を第３図及び第４図により説明する。
第３図及び第４図に示した液体用の光音響分析装置の分
析セルは、分析セルの中央部に筒状の圧電変換素子１０
を配し、その両端に液体試料の出口部および入口部２０
．２２が取付けられている。
析セルは、分析セルの中央部に筒状の圧電変換素子１０
を配し、その両端に液体試料の出口部および入口部２０
．２２が取付けられている。
液体試料入口部２０および液体試料出口部２２の他端に
は、窓２４Ａおよび２４Ｂが設けられる。
は、窓２４Ａおよび２４Ｂが設けられる。
レーザー光線１４は、分析セルの一方の窓２４Ｂよシ液
体試料が充填された分析セル内に入射し、もう一方の窓
２４Ａから出射する。液体試料にレーザー光線１４が照
射されて生じる圧力波の分析セル外への漏洩を防ぐため
バッキング２６Ａ。
体試料が充填された分析セル内に入射し、もう一方の窓
２４Ａから出射する。液体試料にレーザー光線１４が照
射されて生じる圧力波の分析セル外への漏洩を防ぐため
バッキング２６Ａ。
２６Ｂが、液体試料入口部２０と窓２４Ａの間および液
体試料出口部２２と窓２４Ｂの間に挿入される。分析セ
ル外部からの振動を防ぐためにカバー２８Ａおよび２８
Ｂ内に、窓２４Ａ１バッキング２６Ａ１液体試料入ロ部
２０、圧電変換素子１０、液体試料出口部２２、バッキ
ング２６Ｂおよび窓２４Ｂが順次配置される。カバー２
８Ａおよび２８Ｂの両端にキャップ３０Ａおよび３０Ｂ
が取付けられ、それらを一体に結合する。レーザー光線
１４は、レーザー発信器１５よシ発信され入射光線に半
径０．６ ｗｎのレーザー光線を用いる人 と、分析セル内周面の最適半径ｒは（３）式より０．６
瓢から４．８ｍ＋となる。この場合、最高感度は分析セ
ル内周面の半径ｒが約１．２ ｒｔｒｓとなシ、従来の
半径的６ｍｍの半径に比較し約１．５倍感度が向上する
効果がある。
体試料出口部２２と窓２４Ｂの間に挿入される。分析セ
ル外部からの振動を防ぐためにカバー２８Ａおよび２８
Ｂ内に、窓２４Ａ１バッキング２６Ａ１液体試料入ロ部
２０、圧電変換素子１０、液体試料出口部２２、バッキ
ング２６Ｂおよび窓２４Ｂが順次配置される。カバー２
８Ａおよび２８Ｂの両端にキャップ３０Ａおよび３０Ｂ
が取付けられ、それらを一体に結合する。レーザー光線
１４は、レーザー発信器１５よシ発信され入射光線に半
径０．６ ｗｎのレーザー光線を用いる人 と、分析セル内周面の最適半径ｒは（３）式より０．６
瓢から４．８ｍ＋となる。この場合、最高感度は分析セ
ル内周面の半径ｒが約１．２ ｒｔｒｓとなシ、従来の
半径的６ｍｍの半径に比較し約１．５倍感度が向上する
効果がある。
第２図に従来の液体用の光音響分析装置の分析セルに対
応する分析セルの内周面の半径ｒと入射光線半径ｒｏと
の比をＥで表わし、本実施例による分析セルの内周面の
半径ｒと入射光線半径ｒ（１との比をＤで表わす。本実
施例によれば、第２図に示すようにｒ ／ ｒ Ｑの領
域が小さいので、従来の分析セルの約１．１倍から１．
５倍高感度化する効果がある。
応する分析セルの内周面の半径ｒと入射光線半径ｒｏと
の比をＥで表わし、本実施例による分析セルの内周面の
半径ｒと入射光線半径ｒ（１との比をＤで表わす。本実
施例によれば、第２図に示すようにｒ ／ ｒ Ｑの領
域が小さいので、従来の分析セルの約１．１倍から１．
５倍高感度化する効果がある。
本実施例によれば、分析セルの内周面の半径ｒが従来の
分析セルのそれよりも小さくなるので、試料の容量を１
７％から５６チ低減できる。
分析セルのそれよりも小さくなるので、試料の容量を１
７％から５６チ低減できる。
光音響分析セルの感度は入射光強度に比例する。
したがって、感度を１．５倍向上するためには光源強度
を５０チ増強すればよい。しかし、光源にレーザー光線
等を使用する場合には、本実施例に示す如く分析セルの
内周面の半径を最適化する方が、レーザーはより小型の
ものですむ。
を５０チ増強すればよい。しかし、光源にレーザー光線
等を使用する場合には、本実施例に示す如く分析セルの
内周面の半径を最適化する方が、レーザーはより小型の
ものですむ。
本発明によれば、光音響分析装置の感度を著しく高める
ことができる。
ことができる。
第１図は液体用の光音響分析セルの円筒状圧電変換素子
部の横断面図、第２図は入射光線の半径ｒｏ と分析セ
ルの内周面の半径ｒとの比ｒ ／ ｒ Ｏと圧電変換素
子の誘起電圧との関係を示す特性図、第３図は本発明の
好適な一実施例である光音響分析装置の分析セルの分解
図、第４図は第３図の組立て図である。 １０・・・圧電変換素子、１２・・・液体試料、２０・
・・液体試料入口部、２２・・・液体試料出口部、２４
Ａ。 ２４ Ｂ ・・・窓、２８ Ａ 、 ２８ Ｂ ・−ｈ
バー、３０Ａ。
部の横断面図、第２図は入射光線の半径ｒｏ と分析セ
ルの内周面の半径ｒとの比ｒ ／ ｒ Ｏと圧電変換素
子の誘起電圧との関係を示す特性図、第３図は本発明の
好適な一実施例である光音響分析装置の分析セルの分解
図、第４図は第３図の組立て図である。 １０・・・圧電変換素子、１２・・・液体試料、２０・
・・液体試料入口部、２２・・・液体試料出口部、２４
Ａ。 ２４ Ｂ ・・・窓、２８ Ａ 、 ２８ Ｂ ・−ｈ
バー、３０Ａ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、光入射窓を有して壁部の一部が少なくとも筒状の圧
電変換素子にて構成される分析セルと、前記光入射窓か
ら前記分析セル内に入射する光線を出力する光線発生手
段とからなる光音響分析装置において、分析セルの内周
面の半径をｒおよび入射する前記光線の半径をｒＱとし
た時、ｒ ／ ｒ 。 が１〜８の範囲になるような半径ｒを有する前記分析セ
ルを設けたことを特徴とする光音響分析装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57158547A JPS5946839A (ja) | 1982-09-10 | 1982-09-10 | 液体用光音響分析装置 |
| US06/530,061 US4557137A (en) | 1982-09-10 | 1983-09-07 | Photoacoustic analyzer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57158547A JPS5946839A (ja) | 1982-09-10 | 1982-09-10 | 液体用光音響分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5946839A true JPS5946839A (ja) | 1984-03-16 |
| JPS6342734B2 JPS6342734B2 (ja) | 1988-08-25 |
Family
ID=15674088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57158547A Granted JPS5946839A (ja) | 1982-09-10 | 1982-09-10 | 液体用光音響分析装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4557137A (ja) |
| JP (1) | JPS5946839A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2685482B2 (ja) * | 1988-04-08 | 1997-12-03 | 株式会社日立製作所 | 粒子状物質の分析方法及び装置 |
| DE4130639A1 (de) * | 1991-09-14 | 1993-03-18 | Reinhard Dr Niessner | Verfahren zur quantitativen und qualitativen erfassung von kohlenwasserstoffhaltigen russschwebeteilchen in gasen |
| US5444541A (en) * | 1994-02-16 | 1995-08-22 | Eastern Washington University | Methods for photoacoustically analyzing chemicals and chemical reactions using photoactive particle-emitting compounds |
| ES2221925T3 (es) * | 1995-09-04 | 2005-01-16 | Siemens Building Technologies Ag | Sensor de gas fotoacustico y su utilizacion. |
| EP0840105A1 (en) * | 1996-11-05 | 1998-05-06 | Orbisphere Laboratories Neuchatel Sa | Spectroscopic method and apparatus |
| US5933245A (en) * | 1996-12-31 | 1999-08-03 | Honeywell Inc. | Photoacoustic device and process for multi-gas sensing |
| GB9921982D0 (en) * | 1999-09-16 | 1999-11-17 | Secretary Trade Ind Brit | Cavitation sensor |
| CN105078412B (zh) * | 2015-07-07 | 2018-08-31 | 上海理工大学 | 基于光声谱分析的组织弹性分析方法与装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5347886A (en) * | 1976-08-27 | 1978-04-28 | Nasa | Differential photoacoustic absorbance detecting apparatus |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3938365A (en) * | 1973-11-29 | 1976-02-17 | Massachusetts Institute Of Technology | Detecting trace gaseous species acoustically in response to radiation from an intense light source |
| US4200399A (en) * | 1978-11-20 | 1980-04-29 | General Motors Corporation | Resonant optoacoustic spectroscopy apparatus |
| JPS5764145A (en) * | 1980-10-07 | 1982-04-19 | Toyo Soda Mfg Co Ltd | Flow type optoacoustic detector |
-
1982
- 1982-09-10 JP JP57158547A patent/JPS5946839A/ja active Granted
-
1983
- 1983-09-07 US US06/530,061 patent/US4557137A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5347886A (en) * | 1976-08-27 | 1978-04-28 | Nasa | Differential photoacoustic absorbance detecting apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4557137A (en) | 1985-12-10 |
| JPS6342734B2 (ja) | 1988-08-25 |
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