JP2012127900A

JP2012127900A - 分光分析方法及び分光分析装置

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Publication number: JP2012127900A
Application number: JP2010281446A
Authority: JP
Inventors: Michiko Noguchi; 道子野口
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: JP5494461B2

Abstract

【課題】分光分析方法及び装置において、液体試料の光物性と質量とを簡易に計測する。
【解決手段】液体試料を吸着していない吸着材に、第１の波長範囲の第１の電磁波を照射して、前記吸着材を透過又は反射する第２の電磁波を検出する工程と、液体試料を吸着材に吸着させる工程と、液体試料を吸着した吸着材に、第１の波長範囲の第３の電磁波を照射し、前記吸着材を透過又は反射する第４の電磁波を検出する工程と、第４の電磁波の第２の電磁波からの変化に基づいて、液体試料の光物性情報を取得する工程と、液体試料を吸着した吸着材に、第２の波長範囲の第５の電磁波を照射すると共に、前記吸着材を透過した第６の電磁波を検出し、第５の電磁波と第６の電磁波とに基づいて前記吸着材の光透過率を測定する工程と、前記光透過率に基づいて液体試料の質量情報を取得する工程とを有し、前記各電磁波を照射する工程は、同一の分光分析装置内で行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、分光分析方法及び分光分析装置に関する。

対象試料に赤外線、可視光、紫外線等の電磁波を照射し、その試料を透過する透過光の分光分析等をすることにより、試料の物性を分析する方法が知られている。

例えば、多孔質ガラスに有機ガスを吸着させ、この有機ガスを吸着した多孔質ガラスの紫外・可視吸収スペクトルを測定し、有機ガス吸着前の多孔質ガラスの紫外・可視吸収スペクトルとの差を計算する。これにより吸着させた有機ガス成分のみの紫外、可視吸収スペクトルを得て、吸着したガスの種類と濃度を分析する方法がある。

また、透明な樹脂と、不透明な顔料からなる粒子との混合体であるフィルムに、光を照射し、フィルムを透過した光の強度を受光することにより、フィルムに含まれる粒子の単位面積当たりの含有量を検出する方法がある。

更に、樹脂フィルムに含まれる水分の量を測定する方法がある。この方法では、樹脂フィルムに、水分子に吸収される第１波長をもつ測定光と、水分子に吸収されない第２波長をもつ参照光とを照射し、樹脂フィルムの透過光を受光する。その際に、測定光と参照光を略同じ光路を経由させ、測定光と参照光双方の吸光度に基づいて、樹脂フィルムが含有する水分の量を測定するようにしている。

特開２０００−３３８０４０号公報特開２００２−１６８７８２号公報特開２０１０−１２１９９８号公報

分光分析方法及び分光分析装置において、液体試料の光物性と質量とを簡易に計測することを目的とする。

以下の開示の一観点によれば、液体試料を吸着していない吸着材に、第１の波長範囲の第１の電磁波を照射したときの、前記吸着材を透過又は反射する第２の電磁波を検出する工程と、前記液体試料を前記吸着材に吸着させる工程と、前記液体試料を吸着した前記吸着材に、前記第１の波長範囲の第３の電磁波を照射し、前記吸着材を透過又は反射する第４の電磁波を検出する工程と、前記第４の電磁波の前記第２の電磁波からの変化に基づいて、前記液体試料の光物性情報を取得する工程と、前記液体試料を吸着した前記吸着材に、第２の波長範囲の第５の電磁波を照射すると共に、前記吸着材を透過した第６の電磁波を検出し、前記第５の電磁波と前記第６の電磁波とに基づいて前記吸着材の光透過率を測定する工程と、前記光透過率に基づいて前記液体試料の質量情報を取得する工程とを有し、前記第１の電磁波を照射する工程、前記第３の電磁波を照射する工程、及び前記第５の電磁波を照射する工程は、同一の分光分析装置内で行う分光分析方法が提供される。

また、その開示の別の観点によれば、吸着材に第１の波長範囲の電磁波を照射する第１の光源と、前記吸着材に第２の波長範囲の電磁波を照射する第２の光源と、前記第１の光源から前記吸着材に照射され、該吸着材を透過又は反射した電磁波を検出する第１の検出部と、前記第２の光源から前記吸着材に照射され、該吸着材を透過した電磁波を検出する第２の検出部と、前記第１の検出部の検出結果に基づいて、前記吸着材に吸着している前記液体試料の光物性情報を取得すると共に、前記第２の検出部の検出結果に基づいて、前記液体試料の質量情報を取得する処理部と、を有する分光分析装置が提供される。

以下の開示によれば、液体試料の状態を保持したまま、液体試料の光物性及び質量の計測を行うことができるので、計測の効率及び精度の向上を図ることができる。また、特に微量な液体試料においても、計測中に液体試料が紛失して液体試料の状態が変化することがないので、精度を悪化させることなく液体試料の光物性及び質量の計測が可能となる。

図１は、分光分析装置の全体の構成例を示す図である。図２は、分光分析装置の光源部の構成例を示す図である。図３は、分光分析装置の検出部の構成例を示す図である。図４は、分光分析装置及び分光分析方法において、液体試料の光物性情報を取得するための手順を示すフローチャートである。図５は、分光分析装置及び分光分析方法において、液体試料の質量情報を取得するための手順を示すフローチャートである。図６は、多孔質ポリプロピレンフィルムに、ポリ塩化ビニルに付着した液体試料を吸着させたときの光学像である。図７は、液体試料の赤外吸収スペクトルを示す図である。図８は、多孔質ポリプロピレンの全光透過率と液体試料の質量との関係を示す図である。

分光分析方法等により液体試料の定性・定量分析を行う際には、液体試料の物性測定と液体試料の質量の計量とを別々の装置を用いて行うことがある。そのため液体試料の分析の効率が悪い。また、液体試料の状態を保持するのが困難であるため、特に液体試料が微量な場合に測定精度が悪化するという問題がある。

本実施形態に係る分光分析装置及び分光分析方法では、液体試料を吸着材に吸着して、液体試料の状態を保持したまま、液体試料の光物性及び質量の計測を行うことにより、上記問題を解決するようにしている。

図１〜図３を参照しながら、本実施形態に係る分光分析装置の構成について説明する。

図１は、分光分析装置の全体の構成例を示す図である。

図１に示されるように、分光分析装置は、赤外線及び可視光を照射する光源部１０と、光源部１０から照射された赤外線及び可視光が通過する入射スリット２０と、入射スリット２０を通過して吸着材３２を透過した赤外線及び可視光を検出するための検出部３０と、計数回路４０及び計数回路５０とを介して検出部３０から検出結果が入力され、その検出結果を処理するコンピュータ６０とを有する。

そして、検出部３０は、吸着材３２と、吸着材３２が設置された試料室３１と、吸着材３２を透過した赤外線を検出する赤外分光検出器３５と、吸着材３２を透過した可視光を検出する積分球（光束系）３６とを有する。

光源部１０からは赤外線及び可視光が照射され、照射された光は入射スリット２０を介して試料室３１に設置されている吸着材３２に照射される。吸着材３２を透過した赤外線及び可視光は、それぞれ赤外分光検出器３５及び積分球３６で検出されて電気信号に変換され、計数回路４０及び計数回路５０を介してコンピュータ６０に入力され処理される。

図２は、分光分析装置の光源部１０の構成例を示す図である。図２に示されるように、光源部１０は、赤外線Ｌ１Ａを照射する赤外光源１１と、可視光Ｌ２Ａを照射する可視光源１２とを有し、更に、赤外線Ｌ１及び可視光Ｌ２を反射して、入射スリット２０へ誘導するための可動式反射鏡３３と、反射鏡３４とを有する。

赤外光源１１から赤外線Ｌ１Ａが照射された場合、可動式反射鏡１３は赤外線Ｌ１Ａと平行な向き１３ａを向き、赤外線Ｌ１Ａは直進して赤外線Ｌ１Ｂとなり、入射スリット２０を通過する。

また、可視光源１２から可視光Ｌ２Ａが照射された場合、可視光Ｌ２Ａは反射鏡１４で反射され可視光Ｌ２Ｂとなる。そして、可動式反射鏡１３は向き１３ｂを向き、可視光Ｌ２Ｂは可動式反射鏡１３によって反射され可視光Ｌ２Ｃとなり、可視光Ｌ２Ｃは入射スリット２０を通過する。

図３は、分光分析装置の検出部３０の構成例を示す図である。

図３に示されるように、検出部３０は、上記の分光分析装置の全体の構成例での説明において示した構成要素以外に、吸着材３２を透過した赤外線Ｌ１を赤外分光検出器３５に誘導し、吸着材３２を透過した可視光Ｌ２を積分球３６に誘導するための、可動式反射鏡３３と、反射鏡３４とを有する。

入射スリット２０を通過した赤外線Ｌ１Ｂ及び可視光Ｌ２Ｃは、試料室３１に設置されている吸着材３２に入射する。赤外線Ｌ１Ｂ及び可視光Ｌ２Ｃは、吸着材３２に吸着され、保持されている液体試料の部分３２ａに入射する。

そして、赤外光源１１から赤外線Ｌ１Ａが照射されている場合、可動式反射鏡３３は吸着材３２を透過した赤外線Ｌ１Ｃと平行な向き３３ａを向き、赤外線Ｌ１Ｃは直進して赤外線Ｌ１Ｄとなる。赤外線Ｌ１Ｄは赤外分光検出器３５に受光される。赤外分光検出器３５の検出結果はコンピュータ６０に入力され、液体試料を吸着していない吸着材３２の第２の赤外吸収スペクトル、及び液体試料を吸着している吸着材３２の第１の赤外吸収スペクトルが測定される。

可視光源１２から可視光Ｌ２Ａが照射されている場合、可動式反射鏡３３は向き３３ｂを向き、吸着材３２を透過した可視光Ｌ２Ｄは可動式反射鏡３３によって反射され、可視光Ｌ２Ｅとなる。可視光Ｌ２Ｅは、更に反射鏡３４で反射され可視光Ｌ２Ｆとなり、可視光Ｌ２Ｆは積分球３６に受光される。積分球３６の検出結果はコンピュータ６０に入力され、液体試料を吸着している吸着材３２の光透過率が測定される。

次に、図４及び図５に沿って、本実施形態に係る分光分析装置の動作手順、及び分光分析方法の手順について説明する。

図４は、分光分析装置及び分光分析方法において、液体試料の光物性情報を取得するための手順を示すフローチャートである。

図４に示されるように、液体試料を吸着していない吸着材３２を試料室３１に設置し、その吸着材３２に赤外光源１１から赤外線Ｌ１を照射する（ステップＳ１）。

吸着材３２を透過した赤外線Ｌ１は赤外分光検出器３５で検出され、その検出結果はコンピュータ６０に入力される。そして、液体試料を吸着していない吸着材３２の第２の赤外吸収スペクトルが測定される（ステップＳ２）。

それから、吸着材３２に光物性及び質量の計測の対象となる液体試料を吸着させ、保持させる（ステップＳ３）。

次に、液体試料を吸着した吸着材３２を試料室３１に設置し、その吸着材３２に赤外光源１１から赤外線Ｌ１を照射する（ステップＳ４）。

吸着材３２を透過した赤外線Ｌ１は赤外分光検出器３５で検出され、その検出結果はコンピュータ６０に入力される。そして、液体試料を吸着した吸着材３２の第１の赤外吸収スペクトルが測定される（ステップＳ５）。

コンピュータ６０によって、第１の赤外吸収スペクトルと第２の赤外吸収スペクトルとの差スペクトルが算出され、液体試料の赤外吸収スペクトルが取得される（ステップＳ６）。

取得された液体試料の赤外吸収スペクトルは、例えばコンピュータ６０のディスプレイ等に表示される（ステップＳ７）。表示された液体試料の赤外吸収スペクトルを分析することにより、液体試料の成分等についての光物性情報を取得することができる。

図５は、分光分析装置及び分光分析方法において、液体試料の質量情報を取得するための手順を示すフローチャートである。

先ず、液体試料を吸着した吸着材３２に、可視光源１２から可視光Ｌ２を照射する（ステップＳ８）。

吸着材３２を透過した可視光Ｌ２は積分球３６で検出され、その検出結果はコンピュータ６０に入力される。そして、液体試料を吸着した吸着材３２の光透過率が測定される（ステップＳ９）。

コンピュータ６０は、測定した光透過率と、吸着材３２に吸着している液体試料の質量と吸着材３２の光透過率との特性曲線とにより、液体試料の質量を算出する（ステップＳ１０）。

この特性曲線は、例えば図８に示される曲線のようなものである。図８に示される曲線は下記の式（１）で与えられる。

そして、液体試料の質量は例えばコンピュータ６０のディスプレイ等に表示される（ステップＳ１１）。

なお、本実施形態における分光分析装置及び分光分析方法において、液体試料を吸着していない吸着材３２の第２の赤外吸収スペクトルがあらかじめ分かっている場合は、図４（ａ）のステップＳ１及びステップＳ２の工程は省略することができる。

また、本実施形態において測定される光透過率は、積分球３６により測定される全光透過率でも良いが、光透過率は分光光度計によって測定される分光透過率であっても良い。

そして、吸着材３２に吸着している液体試料の質量と吸着材３２の光透過率との特性曲線における光透過率は、本実施形態における分光分析装置及び分光分析方法において、積分球３６又は分光光度計が検出する可視光と同一の波長範囲の可視光に対する、吸着材３２の光透過率である。

また、吸着材３２は、多孔質有機高分子フィルムであることが望ましい。

吸着材３２には、液体試料の光物性情報を取得するために赤外線Ｌ１が照射され、液体試料の質量情報を取得するために可視光Ｌ２が照射される。しかし、液体試料の光物性情報を取得するために吸着材３２に照射する電磁波は、液体試料と相互作用が生じる第１の波長範囲の電磁波でよい。また、液体試料の質量情報を取得するために吸着材３２に照射する電磁波は、吸着材３２に吸着している液体試料の質量と吸着材３２の光透過率との特定の関係を有する第２の波長範囲の電磁波でよい。

なお、吸着材３２に照射する第１の波長範囲の電磁波については、吸着材３２を透過する第１の波長範囲の電磁波を検出して、液体試料の光物性情報を取得するようにしてもよいが、吸着材３２を反射する波長範囲１の電磁波を検出して、液体試料の光物性情報を取得するようにしてもよい。

また、赤外線Ｌ１の光路及び可視光Ｌ２の光路は、図１〜図３に示される光路に限定されることはない。赤外線Ｌ１の光路及び可視光Ｌ２の光路は、赤外光源１１から照射された赤外線Ｌ１が、吸着材３２を透過又は反射して赤外分光検出器３５に受光されるようになっており、可視光源１２から照射された可視光Ｌ２が、吸着材３２を透過して積分球３６に受光されるようになっておれば、任意の光路を取り得る。

以上に説明した本実施形態に係る分光分析方法及び分光分析装置では、液体試料を吸着材３２に吸着して液体試料の状態を保持したまま、同一の装置内で液体試料の光物性及び質量の計測を行うことができるので、計測の効率及び精度の向上を図ることができる。

また、装置外に吸着材３２を出す必要がないので、特に微量な液体試料においても、計測中に液体試料が紛失して液体試料の状態が変化することがないので、精度を悪化させることなく液体試料の光物性及び質量の計測が可能となる。

次に、吸着材３２として多孔質ポリプロピレンフィルムを使用し、液体試料としてポリ塩化ビニル中に付着した液体を使用して、本実施形態に係る分光分析方法により、液体試料の光物性及び質量の計測を行う。ポリプロフピレンは撥水性を有するため、液体試料として所望の油状成分のみを吸着し、保持することが可能である。

図６（ａ）は液体試料吸着前の多孔質ポリプロピレンフィルムの光学像を基にして描いた図であり、図６（ｂ）及び（ｃ）は液体試料吸着後の多孔質ポリプロピレンフィルムの光学像を基にして描いた図である。

図６（ｃ）に示される試料Ｂの像は、図６（ｂ）に示される試料Ａの像よりも多孔質ポリプロピレンフィルムに液体試料を多量に吸着させた場合の像である。多孔質ポリプロピレンフィルムに液体試料を吸着させると、円形の吸着箇所ができることが分かる。

図７は、試料Ｂの赤外吸収スペクトルを示す図である。この赤外吸収スペクトルは、本実施形態に係る分光分析方法により得られたものである。即ち、図７に示される赤外吸収スペクトルは、液体試料を吸着していない多孔質ポリプロピレンフィルムの第２の赤外吸収スペクトルと、液体試料を吸着した多孔質ポリプロピレンフィルムの第１の赤外吸収スペクトルとを測定し、第１の赤外吸収スペクトルと第２の赤外吸収スペクトルとの差スペクトルから取得されたものである。

図７に示される赤外吸収スペクトルにおいて、１７２３ｃｍ^-1、１２７３ｃｍ^-1、１１２２ｃｍ^-1付近に、エステルのＣ＝Ｏ、Ｃ−Ｏの伸縮振動に帰属する非常に強いピークが見られる。また、１６００ｃｍ^-1、１５８０ｃｍ^-1付近には、略等しい強度で、１，２−置換のフタル酸エステルに特徴的な鋭いピークが見られる。更に、１０７３ｃｍ^-1、７４３ｃｍ^-1付近にも特徴的なピークが見られる。以上から、試料Ｂの主成分はフタル酸エステルであることが分かる。

図８は、液体試料を吸着させた多孔質ポリプロピレンフィルムの全光透過率（％）と、吸着させた試料Ｂに対応する液体試料の質量（μｇ）との関係を示す図である。丸印で示されるのは測定により得られた結果であり、曲線は上記の式（１）で表される。本実施形態に係る分光分析方法により得られた試料Ｂの全光透過率は１３（％）である。従って、式（１）より試料Ｂの質量は２０（μｇ）と算出される。

本実施形態に係る分光分析方法及び分光分析装置を用いて、赤外吸収スペクトルが所望のピーク強度を持つ特定の液体試料の光透過率と質量との関係を表す、検量線を作成することができる。検量線の作成は、所望のピーク強度を持つ、質量が既知の液体試料に対して、光透過率を調べる。この光透過率を、いくつかの既知の質量の液体試料に対して調べることによって、検量線を作成することができる。

また、電子部品等に付着した絶縁油等の微量の付着油に対して、本実施形態に係る分光分析方法及び分光分析装置を適用することができる。即ち、微量の付着油を液体試料として、吸着材３２に吸着、保持させることにより、計測中に微量の付着油の状態を保持し、微量の付着油を紛失することなく、付着油の光物性情報及び質量情報を取得することができる。

１０…光源部、１１…赤外光源、１２…可視光源、１３、３３…可動式反射鏡、１４、３４…反射鏡、２０…入射スリット、３０…検出部、３１…試料室、３２…吸着材、３５…赤外分光検出器、３６…積分球

Claims

液体試料を吸着していない吸着材に、第１の波長範囲の第１の電磁波を照射したときの、前記吸着材を透過又は反射する第２の電磁波を検出する工程と、
前記液体試料を前記吸着材に吸着させる工程と、
前記液体試料を吸着した前記吸着材に、前記第１の波長範囲の第３の電磁波を照射し、前記吸着材を透過又は反射する第４の電磁波を検出する工程と、
前記第４の電磁波の前記第２の電磁波からの変化に基づいて、前記液体試料の光物性情報を取得する工程と、
前記液体試料を吸着した前記吸着材に、第２の波長範囲の第５の電磁波を照射すると共に、前記吸着材を透過した第６の電磁波を検出し、前記第５の電磁波と前記第６の電磁波とに基づいて前記吸着材の光透過率を測定する工程と、
前記光透過率に基づいて前記液体試料の質量情報を取得する工程とを有し、
前記第１の電磁波を照射する工程、前記第３の電磁波を照射する工程、及び前記第５の電磁波を照射する工程は、同一の分光分析装置内で行うことを特徴とする分光分析方法。
前記質量情報を取得する工程において、前記光透過率と、前記吸着材に吸着している前記液体試料の質量との特性曲線とに基づいて、前記液体試料の質量情報を取得することを特徴とする請求項１に記載の分光分析方法。
前記吸着材が多孔質有機高分子フィルムであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分光分析方法。
前記第１の波長範囲が赤外線領域であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の分光分析方法。
前記第２の波長範囲が可視光領域であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の分光分析方法。
吸着材に第１の波長範囲の電磁波を照射する第１の光源と、
前記吸着材に第２の波長範囲の電磁波を照射する第２の光源と、
前記第１の光源から前記吸着材に照射され、該吸着材を透過又は反射した電磁波を検出する第１の検出部と、
前記第２の光源から前記吸着材に照射され、該吸着材を透過した電磁波を検出する第２の検出部と、
前記第１の検出部の検出結果に基づいて、前記吸着材に吸着している前記液体試料の光物性情報を取得すると共に、前記第２の検出部の検出結果に基づいて、前記液体試料の質量情報を取得する処理部と、を有することを特徴とする分光分析装置。