JPS626521Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、流体試料の成分を測定するのに使う
流れ室（flowcell）に関するものである。

従来、連続流れ分析に使う流れ室の形成には、
単一の平面内の試料流体流路を経て光線を横方向
に差向けこれを流体流路の反対側で検出する（米
国特許第3511009号明細書）ものと、のぞき径路
（sight path）が流体流路の一部にその軸線方向
に沿う、ベリンジヤー（Bellinger）等を発明者
とする米国特許第3740158号明細書に示してある
ようなものとがある。一般に流体流路の横断面寸
法は１mmまたはそれ以下であつて、これはのぞき
径路の横断面寸法をきびしく制限するものであ
る。前記したような流れ室の使用の際に、のぞき
径路に合致する流体流路の箇所であつて流体流路
がのぞき径路に入つて出て行く前記箇所に一般に
異物のたまる障害がある。流体が斜めにのぞき径
路に入つてこれから出る位置に位置する異物によ
り試料測定の際に光学的の影を生ずる。小さな気
泡および汚ごれのような異物の混入を、イズリー
リ（Isreeli）を発明者とする米国特許第3236602
号明細書に記載してあるように流体流路の表面を
湾曲させることにより、またはラクリーズ
（Rachlis）等を発明者とする米国特許第3583817
号明細書に記載してあるようにこのような表面を
斜切することにより、最少にする提案が行われて
いる。異物のこのようなたまりは、ピラビン
（Pelavin）を発明者とする米国特許第3418053号
明細書に記載してあるように流体流路をまつすぐ
にし光の入射放出を流体流路に対して斜めにする
ことにより防ぐことができる。しかし流れ室の構
造により著しい光エネルギ損失を伴い、このよう
な提案は全く有効でない。従来前記した構造の場
合のように、流体流路を横切つて光エネルギを前
後に反射する鏡として作用する軸線方向に延びる
銀めつきしたまたは輝く表面部分を使うことによ
り流れ室内で光エネルギを反射する提案が行われ
ている。しかし鏡反射によつて生ずる光エネルギ
の著しい損失はよく知られている。さらにのぞき
径路の長さは一定でない。従つてのぞき径路の長
さは試料のうちの異るものに対して異る。この場
合分析の精度に欠けるようになる。

一般の流れ室ではまたとくにレーザー照明を利
用する流れ室では、光エネルギの反射のために内
部全反射を使うのは古くから行われている。この
ような反射はみがいた室面により生ずる。これ等
の反射は鏡面により生ずる光エネルギの損失を伴
わない。本考案では新規な組合わせでこのような
内部全反射を利用する。

さらに染料レージーの場合のようにジヤーナ
ル・オブ・フイジカル・エンジニアリング・サイ
エンテイフツク・インストラクシヨン（J.Phys.
E.Sci。Instr）第77972号に記載してあるウルリ
ツヒ・フリツツラー（Ulrich Fritzler）の論文
によるような染料室内の内反射により染料径路の
多重通過横方向照明の場合に種種の提案がなされ
ている。しかしこのような提案は流体試料成分の
測定用ではなく、またフリツツラーは検出器によ
る検出のために染料室から光エネルギを得る問題
には直面しなかつたのは明らかである。

本考案の目的は、問題成分について試料流体の
測光測定を行い、のぞき径路内の汚れおよび小気
泡の形の異物の混入を全く除き光学的影が最少に
なるようにした新規な流れ室を提供しようとする
にある。本考案の他の目的は、流体流路を光入射
室端から光放出室端まで所定回数だけ通過させる
光エネルギにより照明する前記のような流れ室を
提供しようとするにある。なお本考案の他の目的
は、このような流れ室内に流体流路を横切る光の
内部全反射を生じさせ入射側から放出側までの光
径路を若干の場合にじぐざぐ形またはつる巻形に
しようとするにある。さらに本考案の目的は、可
視波長および紫外線の波長の領域で普通の照明法
を使うのに適し、またレーザーによる照明に充分
適合した前記のような流れ室を提供しようとする
にある。

本考案は、流体試料の成分の定量の測光分析装
置において、 (イ) 光源と、 (ロ) 軸線を持ち、入口及び出口を備え、ほぼ長方
形の横断面を持つ縦方向の試料用の流体流路を
形成する細長い透明な流路形成手段と、 (ハ) 前記軸線に或る角度をなして、前記流体流路
の一端部付近において、光線を、前記光源から
前記流体試料を通過させ、次いでこの流体試料
と前記流路形成手段との界面を通過させて差し
向ける差し向け手段と、 (ニ) 前記界面を越えて前記光線を内部に全反射さ
せて、この光線を、異なる軸線方向場所におい
て前記流体試料を横切つて向け直す光線向け直
し手段と、 (ホ) 放出される前記光線から、前記流体試料によ
るこの光線の吸光度を検出する手段と、 を包含し、 前記流体流路のほぼ長方形の横断面を、前記光
線が前記流体試料を横切つて向け直される領域に
おいて、前記流体流路の内部表面壁がほぼ扁平に
なるように、形成し、 前記光線向け直し手段により、前記光線が前記
流体流路の他端部付近において、前記軸線に或る
角度をなして放出されるまで、所定回数にわたつ
て前記流体試料を横切つて前記光線を内部に全反
射させ続けるようにし、 放出されるまで所定回数にわたつて前記流体試
料を横切つて前記光線を内部に全反射させ続ける
前記光線向け直し手段を、前記流路形成手段によ
り中断されるほぼつる巻形のライトパイプにより
構成して成る 測光分析装置にある。

したがつて本考案によれば、流路形成手段によ
り中断されたほぼつる巻形のライトパイプを使用
することにより、流体試料を横切る光線を一層有
効に内部に全反射させ、ライトパイプの横断面寸
法を流体流路の横断面寸法（たとえば１mm）に非
常に近似させることができるので有効光径路を増
加させることができると共に、装置全体の構造を
小型、軽量かつ簡潔にすることができる。さらに
ライトパイプと本体２０との接着部分を高度にみ
がく手数を減少させることができる。

以下本考案による測光分析装置の実施例を添付
図面について詳細に説明する。

第１図に示すように本考案測光分析装置は、光
源１０と流れ室（flowcell）１２と光検出器１４
とを備えている。流れ室１２は、たとえば普通の
方法で繊維光学系１６，１８により光源１０およ
び光検出器１４に光学的に連結してある。流れ室
１２は、適当なガラス材、石英材またはサフアイ
ア材から構成した不活性の透明材料から成る細長
い剛性の本体２０を備えている。本体２０は、流
体試料の成分の分析のために縦方向の円筒形の流
体流路２２を形成する。しかし流体流路２２は、
大体長方形の横断面を持ち、図示のような半径で
内側すみ部に丸みを付けた形状で例示してある。
流体流路２２は、ガス区分によりそれぞれ隣接試
料から逐次に隔離した液体試料の流れを普通の方
法〔スミス（Smythe）およびシエイモス
（Shamos）を発明者とする米国特許第3804593号
明細書〕で受入れるようにしてある。このよよう
なガス区分は、丸みを付けたすみ部を持つ流体流
路の横断面に対しては、このような丸みをつけた
すみ部を持たない流体流路に対する場合よりも更
に容易に形が流体流路と一致するようになる。

本考案の場合のように、流体流路を大体長方形
の横断面にすることにより、光を横方向に通過さ
せる円筒面を形成する流体流路の場合に存在する
レンズ効果を防ぐことができる。

製造を容易にするために、本体２０の互いに対
向して向き合う２つの側面を平坦にし、後述の装
置と協力させて光源１０から流体流路を数回横切
つて光を内部に全反射させる。この装置は本実施
例では、中実の棒状体を形成する互いに対向する
コイル端部に光入射部および光放出部を持つ大体
コイル状の構造部材２４を備えている。このコイ
ル状の構造部材２４は、本体２０により中断さ
れ、ガラス材または石英材のような比較的高い屈
折率を持つライトパイプ用の適当な材料から構成
してあるが、サフアイヤ材で作ることが望まし
い。コイル状の構造部材２４の各巻きすなわち各
巻輪は、第２図に示すように相互に整合され且つ
たとえば光学的接着剤により本体２０の前記した
平坦な表面に固着された２つの平坦な表面を持つ
ている。図示のように本体２０は正方形の横断面
にしてもよい。第２図に示すようにコイル状の構
造部材の２４の各巻輪は、光の前回の通過から引
続く次回の通過に際し、この次回の通過が流体流
路２２の一部を横切り、流体流路の一端部に更に
近付いた位置にくるように構成してある。光を内
部に全反射するコイル状の構造部材２４を形成す
るライトパイプは、図示のように流体流路２２の
横断面寸法に近い横断面寸法を持つている。コイ
ル状の構造部材２４が図示のように流体流路２２
を横切り光を３回通し、流体流路２２が１mmの横
断面寸法を持つているとすれば、流れ室１２の有
効光径路はほぼ３mmである。

流れ室１２の感度は、流体流路２２を横切る光
の通過回数に伴つて増す。しかし流体流路２２を
横切る光の通過回数が増すに伴い、光の発散によ
り光損失が増す。ここに例示した流体流路２２を
横切る光の通過回数は１例にすぎないことは云う
までもない。所望によりコイル状の構造部材２４
は、本体２０の外部の大気光線から流体流路２２
をしやへいするように、ジヤケツト（図示してな
い）を設け、または本体２０に光しやへい体を設
け、或はこれ等の両方を行つてもよい。流れ室の
１つの利点は、試料ごとに変らない既知の光学的
長さを持つていることである。実際上コイル状の
構造部材２４の各巻輪においては、これを本体２
０に光学的接着剤により接着しようとする部分を
高度にみがき、各巻輪を接着しようとする本体２
０の表面と同様なみがき程度にする。

第４図、第５図および第６図に示した従来の測
光分析装置による流れ室では、流れ室本体は第１
図の実施例の本体と同じである。そして同様な構
成部材に同じ参照数字を使つてある。この測光分
析装置では流体流路２２を横切つて光を前後に差
向ける差し向け手段は、ガラス材石英材またはサ
フアイア材から構成されほぼ扁平なフイン２８か
ら成つている。フイン２８の全表面は高度にみが
かれ、また各フイン２８は第５図に例示したよう
に軸線方向に片寄つた関係に光学的接着剤により
本体２０の高度にみがいた表面部分に固着した基
部を備えている。各フイン２８の外側縁部分は、
90゜の角度で相互に交さする１対の互いに隣接す
る平坦な反射縁部３０，３０により形成してあ
る。この交さ点はフイン２８の中間面にある。図
示の測光分析装置では各フイン２８は、本体２０
の軸線方向に細長い。各フイン２８の幅は、流体
流路２２を横切る光の通過回数に従つて変る。

第４図に示すように流れ室はその各流部部分に
光入射管３２および光放出管３４を備えている。
光入射管３２および光放出管３４は、本体２０に
対して斜めに、それぞれ同じ鋭角をなすようにし
てある。この角度はたとえば約30゜として示して
ある。光入射管３２および光放出管３４の内端部
は高度にみがかれ、本体２０の同様にみがいた表
面部分に光学的接着剤により固着してある。光入
射管３２および光放出管３４は同じものとして示
してある。第５図に示すように、光入射管３２お
よび光放出管３４は、各フイン２８に対して光が
光放出管３４を経て出る前に、流体流路２２をそ
の斜めに３回横切るように構成し配置してある。
光入射管３２により流体流路２２を横切つて差向
けた光は、第５図に示すようにフイン２８の一方
により流体流路２２を横切つて内部に全反射をす
る。図示のように光は、フイン２８により流体流
路２２を横切り１回差向けられる。同様に前記の
フイン２８により流体流路２２を横切つて反射し
た光は、他方のフイン２８により光放出管３４に
向う方向に流体流路２２を横切つて反射する。流
体流路２２を横切り光をこのように反射する間
に、各フイン２８に入る光エネルギは、光エネル
ギの発散によるエネルギ損失を最少にするフイン
２８の平坦な表面の内部全反射により、フイン２
８内に実質的に封じこまれる。

第７図、第８図および第９図に示した従来の測
光分析装置は、第１図および第４図の場合に比べ
てタングステンフイラメント灯またはアーク灯の
ような普通の照明の場合に、光エネルギの発散に
よる光の損失があるために光学的には有効でな
い。しかし第７図の流れ室は図示してないレーザ
ーのような照明源では極めて有効である。この測
光分析装置では流れ室の本体３４′は長方形の横
断面とくに正方形の横断面を持つている。本体３
４′は細長く、ガラス材、石英材またはサフアイ
ア材から構成され、入口端部および出口部材を持
つ縦方向のまつすぐな流体流路３６を形成してあ
る。流体流路３６は、普通の犠性管法
（sacrificial tube techniques）を使うことにより
本体３４′のガラス材または石英材内に成形され
る。流体流路３６は、前記した流体流路２２と同
様な寸法および形状を持ち、第８図に例示したよ
うに本体３４′の一方の半分内に位置している。
本体３４′の全外面は第４図の変型と同様に高度
にみがいてある。第７図に示した測光分析装置は
光入射管３８および光放出管４０を備えている。
各管３８，４０は第７図および第８図に示したよ
うに本体３４′および流体流路３６に対して斜め
にしてある。前記した光学的部品の構造および配
置は、光入射管３８を経て入射した光が、光放出
管４０を経て出る前に、流体流路３６を３回斜め
に通過するようにしてある。この場合光径路４２
を図示してある。光放出管４０は、光入射管３８
より広い面積を持つ放出光を生じ、流体流路３６
内の流体の特定の屈折率に従つて、流体流路３６
およびその中に含まれる液体を横切つて光が通る
際幾分屈折するが、光エネルギを流れ室から放出
することができる。光径路４２は図示のように扁
平な形状のつる巻形を形成する。光径路４２の扁
平なつる巻形は本体３４′の４側辺から生ずる。
これ等の側辺は、前記したように光線の放出に先
だつて本体３４′内に入射した光線を内部に全反
射する。前記したようにこのような内部反射は鏡
面反射より有効である。

比較のために１例として第７図に示した測光分
析装置を使用する場合に、光を内部で反射する本
体３４′の４側辺の代りに、第７図に示した測光
分析装置に鏡を使つた場合、各表面の反射を85％
と仮定すると、鏡形状は第７図に示した測光分析
装置で光の反射の100％の反射効率とは異つて、
光エネルギの23％の光反射効率を持つ。

以上本考案をその実施例について詳細に説明し
たが本考案はなおその精神を逸脱しないで種種の
変化変型を行うことができることは云うまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による流れ室を持つ測光分析装
置の１実施例の斜視図、第２図は第１図を光線お
よび検出器を省いて示す平面図、第３図は第２図
の３−３線に沿う断面図、第４図は従来の測光分
析装置を光源および検出器を省いて示す斜視図、
第５図は第４図の平面図、第６図は第５図の６−
６線に沿う横断面図、第７図はレーザーのような
照明源に有効な従来の測光分析装置の平面図、第
８図は第７図の端面図、第９図は第７図の側面図
である。 １０……光源、１２……流れ室、１４……検出
器、１６，１８……繊維光学系、２０……本体、
２２……流体流路、２４……コイル状の構造部
材、２８……フイン、３２，３８……光入射管。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 流体試料の成分の定量の測光分析装置におい
   て、 (イ) 光源と、 (ロ) 軸線を持ち、入口及び出口を備え、ほぼ長
   方形の横断面を持つ縦方向の試料用の流体流
   路を形成する細長い透明な流路形成手段と、 (ハ) 前記軸線に或る角度をなして、前記流体流
   路の一端部付近において、光線を、前記光源
   から前記流体試料を通過させ、次いでこの流
   体試料と前記流路形成手段との界面を通過さ
   せて差し向ける差し向け手段と、 (ニ) 前記界面を越えて前記光線を内部に全反射
   させて、この光線を、異なる軸線方向場所に
   おいて前記流体試料を横切つて向け直す光線
   向け直し手段と、 (ホ) 放出される前記光線から、前記流体試料に
   よるこの光線の吸光度を検出する手段と、 を包含し、 前記流体流路のほぼ長方形の横断面を、前記光
   線が前記流体試料を横切つて向け直される領域に
   おいて、前記流体流路の内部表面壁がほぼ扁平に
   なるように、形成し、 前記光線向け直し手段により、前記光線が前記
   流体流路の他端部付近において、前記軸線に或る
   角度をなして放出されるまで、所定回数にわたつ
   て前記流体試料を横切つて前記光線を内部に全反
   射させ続けるようにし、 放出されるまで所定回数にわたつて前記流体試
   料を横切つて前記光線を内部に全反射させ続ける
   前記光線向け直し手段を、前記流路形成手段によ
   り中断されるほぼつる巻形のライトパイプにより
   構成して成る 測光分析装置。 (2) 前記つる巻形の各一巻きを、前記流路形成手
   段に固定した実用新案登録請求の範囲第(1)項記
   載の測光分析装置。