JPH0545901B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は透過法によつて不均一系試料の赤外
線吸収スペクトルを測定する場合に生ずる大きな
バツクグラウンドを除去するためのアクセサリー
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、石炭粉末などの不均一系試料の赤外線吸
収スペクトルを測定する場合には、得られたスペ
クトルから直線とか曲線を用いてベースラインを
差し引くことによりバツクグラウンドを消去して
いた（大沢祥拡、松村秀彦、藤井修治、燃協誌、
48703（1969），peter R.Solomon and Robert
M.Carangelo，Fuel，61663（1982））。この方法
では、光の散乱とか反射に基づくバツクグラウン
ドがひとまとめにして差し引かれることになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この方法では真のバツクグラウンドは不明確で
あり、バツクグラウンドとしての直線や曲線の決
定を人間の勘に頼らざるをえないところから分析
精度に問題があつた。

本発明者らはこのような問題点を解決するべく
鋭意検討の結果、CsIとKBr等特定の関係にある
２種以上の無機物の均一混合物よりなる窓材を錠
剤化した試料の後方に密着して設置することによ
りバツクグラウンドを軽減させる窓材の作製方法
を案出し、その内容を第35回日本分析化学会に発
表した。この方法は、錠剤化試料の透過光と散乱
光を一様に散乱させることによつて真の吸収スペ
クトルを得ようとするものであり、バツクグラウ
ンドが軽減されるほどピーク強度は大きくなり、
Ｓ／Ｂ比（シグナル／バツクグラウンド比）を約
５倍程度改善することができた。ところが光を散
乱させるために検出器に入射する光量が減少し、
その結果Ｓ／Ｂ比（シグナル／ノイズ比）がやや
悪化するという問題点を生じた。

本発明はこれらの問題点を解決して不均一系試
料の赤外線吸収スペクトルのＳ／Ｂ比及びＳ／Ｎ
比を改善し、分析精度を向上させることを目的と
している。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はこのような目的を達成するべくなされ
たものであり、錠剤化された試料及び該試料後方
に密着した特定の無機物よりなる赤外線散乱窓材
の周囲に配設され該試料より出射される赤外線散
乱光及び反射光を捕集して赤外線分光光度計の検
出器へ送る反射鏡又はプリズムよりなる赤外線吸
収スペクトルのバツクグラウンド軽減アクセサリ
ーによりこの目的を達成したものである。

第１図にこのアクセサリーの使用態様の一例を
示す。同図に示すように反射鏡１の焦点位置２に
錠剤化された試料３が配置されている。この試料
３は窓材４の中央の凹所に嵌め込まれている。赤
外光５は入射口６から反射鏡１に入り、試料３に
入射して透過、反射あるいは散乱される。透過光
も窓材４により散乱される。また、前方に散乱し
た赤外光も集光している。これらの試料からの出
射光は反射鏡１により集められ、平面鏡７、凹面
鏡８を通つて検出器９に収束される。

このように反射鏡には楕円面鏡あるいは放物面
鏡等が用いられる。反射鏡の径及び焦点距離は個
個の赤外線分光光度計に応じて適当になるように
定めればよい。錠剤化した試料は第１図に示す如
く原則として焦点位置の付近に置いて測定する。
しかしながら、試料の出入の便宜の点で第４図に
示す如く反射鏡（図ではプリズム１０）に嵌め込
む形で設けてもよい。反射鏡には赤外光線を試料
に入射させる入射口と試料を出し入れし所定位置
に支持する機構が必要である。散乱光の回収率を
高めるために入射口の面積はなるべく小さくする
のがよい。そのために、例えば第２図に示す如く
入射赤外光線を反射鏡面付近で焦点を結ぶように
入射せしめてもよい。そのほか、反射鏡内の試料
透過光の通る部位に第３図に示す如く反射板１１
等を設けて透過光も反射させてもよい。反射板の
形状としては平板、円錐、球面などが利用され
る。

反射鏡の代わりに第５図に示すようなプリズム
１０を用いてもよい。プリズムも反射鏡と同様に
楕円面鏡又は放物面鏡等の形状にして使用する。
このプリズムは全反射を利用するところに特徴が
あり、それによつて高い反射率が得られる点で反
射鏡にまさる。材質は、KRS−５，WRS−６，
KBr，NaCl，AgCl，Csl，CsBr，Siなど屈折率
の高いものが好ましい。外面に第５図に示すよう
にAl被膜１２などを設ければ光の漏出を防いで
散乱光のさらに高い回収率を得ることができる。
プリズムの使用方法は反射鏡と同様でよい。

反射鏡あるいはプリズムによつて集めた光は検
出器の検出面に収束させる。そのために凹面鏡、
レンズ等を適宜付加することができる。そのほか
光度計内部の配置の関係で光路を変える必要があ
る場合には平面鏡等が適宜追加されることはいう
までもない。一方、第４図に示す如く反射鏡ある
いはプリズムを楕円球状とし、その一方の焦点に
試料を置いて他方の焦点に検出器を置く態様も可
能である。その場合、反射鏡とプリズムを組合せ
てもよい。

本発明のアクセサリーは本発明者らが先に開発
した窓材と組合せて用いることによつて威力を発
揮するものである。

この窓材は屈折率の異なる２種以上の無機物か
ら形成され、少なくともその一のものの屈折率は
錠剤を形成せしめる無機物の屈折率と0.1以上異
ならなくてはならない。他の無機物の屈折率は前
記錠剤用無機物の屈折率と異ならなくてもよく、
例えばこの錠剤用無機物と同一であつてもよい。

次に、この窓材を形成する無機物はいずれも表
面反射損失が少なくかつ赤外線吸収スペクトルを
測定する全波長にわたつて赤外光を透過しうるも
のでなければならない。表面反射損失は少なけれ
ば少ない程好ましく、1/3以下、なるべく1/5以下
であることが好ましい。赤外線吸収スペクトルは
通常波数600〜4000cm^-1程度の範囲が測定される
からこの全範囲で透過性を有することが必要であ
る。透過性はなるべく高いことが好ましく、例え
ば厚さ５mmで透過率60％以上あればよい。

このような窓材用無機物に適するものの例とし
てはNaCl（屈折率1.519）、KBr（屈折率1.526）、
KRS−５（屈折率2.371）、KRS−６（屈折率
2.177）、AgCl（屈折率1.980）、Csl（屈折率1.738）、
CsBr（屈折率1.662）、Si（屈折率3.422）、などを挙
げることができる。錠剤用無機物にKBrを用い
た場合にはこれ屈折率の異なる窓材用無機物とし
てはKRS−５、KRS−６、AgCl、Si、Csl及び
CsBrが適当であり、NaClは屈折率の差が小さす
ぎるため適当でない。これらのなかではCsI及び
CsBrが特に好ましい。KRS−５及びKRS−６は
表面反射損失が24〜28％と大きく、AgClは表面
反射損失が20％と比較的大きいことに加えて測定
波長域の両端部における透過率が大きくない点で
問題が残る。これらと組合せる他の窓材用無機物
としては例えばKBr、NaClなどが適当である。
無機物の適当な混合比は重量比で通常95：５〜
５：95の範囲にある。一つの無機物にKCl、
NaCl、KIなどを用いた場合にもこれと組合わせ
る適当な無機物が同様に選択される。

窓材用無機物は２種に限定されるものではな
く、３種以上を混合して用いることもできる。

窓材用無機物の混合比はバツクグラウンドをな
るべく小さくしうるように定められ、例えば
KBr錠剤法において窓材としてCsI−KBrを用い
た場合にはCsI50〜60％程度が適当である。他の
場合には適当な混合比を実験によつて求めればよ
い。核無機物は粒子状態で窓材に加工する。粒径
は１〜100μm程度、特に３〜20μm程度が好まし
い。各粉末は前記無機物の純品のほか２種以上の
前記無機物の固溶体あるいは均一分散体であつて
もよい。

窓材は屈折率の異なる上記の無機物粒子が寄集
まつた状態になるように成型される。この成型方
法としては無機物粒子の混合粉末を例えば真空プ
レス成型すればよい。このような窓材において
は、屈折率の異なる無機物がランダムに寄り集ま
つた状態になるため赤外光が無機物の境界面で屈
折し表面反射もひきおこす。その結果、光の散乱
度が増して窓材から検出器へ放出される光の均一
性が向上し、スペクトルのＳ／Ｂ比を向上させ
る。光の一部は試料部に反射され、試料から再び
窓材へ戻されることによつてその情報量が増すと
いう効果もある。

窓材の厚さは0.5〜５mm程度が適当である。形
状は例えば打錠された試料と同径あるいは異径の
デイスク状であつてもよく、あるいは第６図に示
すような打錠された試料３を挿入する凹所を有す
る皿状としてもよい。第６図の例のものは特に好
ましい。

この窓材は打錠された試料の後方に密着させて
使用する必要がある。

本発明のアクセサリーの効果を高めるために試
料はなるべく小型にすることが好ましい。適当な
試料の大きさはアクセサリーと相対的に定まり、
例えば楕円鏡の場合、たとえば短径の1/5以下に
することが好ましい。

試料の錠剤化の際に使用される従来のKBr等
の希釈剤の代わりに上記窓剤と同様の無機物混合
粉末を使用することによつて赤外吸収スペクトル
の信号比をさらに増加させることができる。この
無機物は窓材と同一であつてもよく異なつていて
もよい。この粉末を試料の錠剤化用に使用する方
法は従来のKBr等の単品の場合と同様でよく、
試料と均一に混合後所定の形状に真空プレス成型
すればよい。試料との混合比率も従来と同様でよ
い。

〔作用〕

不均一系試料の透過法によるスペクトルに大き
なバツクグラウンドが生じる原因は散乱にあると
考えられる。すなわち、散乱された光はその一部
分しか検出されていないために大きなバツクグラ
ウンドが生じる。従つて、散乱光、反射光及び透
過光のすべてを捕集することができればバツクグ
ラウンドの問題は解決する。このような着想のも
とになされたものが本発明である。

一方錠剤化された試料から出射される光外光は
面光源と同様になるためその光を焦点に配置した
検出器にすべて集めることは事実上困難である。
そこで、前記窓材を用いてまず試料から一様に散
乱されるようにし、その光をなるべく多く捕集す
ればこの捕集された光を試料から出射される全体
の光にさらに近ずけ、バツクグラウンドの消去を
達成することができる。

〔実施例〕

本発明のアクセサリーの例を第１図〜第５図に
示す。

第１図〜第４図の例のものはいずれも楕円面鏡
を反射鏡１として用いており、第１図〜第３図の
例においては錠剤化された試料３が窓材４の凹所
に嵌め込まれて、また、第４図の例においては試
料と略同形のデイスク形窓材の前方に密接させて
いずれも焦点位置２に配置されている。第２図の
例は赤外光５を入射口６付近に収束させて入射口
６を小さくした例であり、第３図の例は試料３の
後方にカセグレン式の反射板１１を配設して試料
の透過光も反射させるようにした例である。第４
図の例は楕円面鏡１の一方の焦点に試料３をそし
て他方の焦点に検出器９を配置した例である。

第５図の例は散乱光の集光にプリズム１０を利
用した例である。このプリズム１０はKRS−５
を楕円面鏡状に加工しその外面にAI被膜１２の
鏡面を設けている。窓材４に収容された試料３は
プリズム１０の中央部に嵌め込む形で配置されて
いる。

第１図に示すようにして赤外線吸収スペクトル
を測定した結果を第７図に示す。

試料は石炭粉末であり、KBrで錠剤化した。
窓材にはCsIの微粉末（125μmアンダー）とKBr
の微粉末（125μmアンダー）を各種比率で混合
し、第６図に示す形状に真空プレス成型して用い
た。第７図においてａは従来例であり、反射鏡及
び窓材のいずれも使用せずに測定して得られたス
ペクトルである。ｂ〜ｆは窓材のみを使用した例
であり、CsIの混合比（重量含有率）をｂは20％、
ｃは30％、ｄは40％、ｅは50％そしてｆは60％の
ものを用いて得られたスペクトルである。ｇは
CsIの含有率60％の窓材を用いさらに反射鏡を使
用して測定して得られたスペクトルである。

次に、赤外線吸収スペクトルを測定した別の例
を第８図に示す。

試料はやはりアモルフアスシリコン粉末であ
り、KBrで錠剤化した。図中ｈは従来例であり、
ｉはCsIの微粉末（125μmアンダー）60重量％と
KBrの微粉末（125μmアンダー）40重量％の混合
粉末をデイスク状に真空プレス成型した窓材を用
いて得られたスペクトルである。また、ｊはこの
窓材に加えて楕円面鏡を用い第４図に示すように
して測定した例である。同図に示すように窓材を
用いることによつて例えば波数2000cm^-1付近に従
来例では不明の新しいペークが明瞭に現れてい
る。さらに、この例では感度不足のためスペクト
ルのリズル成分が大きいがｊの例においてはこの
振動もなくなつてピークの高さを正確に知ること
ができた。

〔発明の効果〕

本発明のアクセサリーにより、散乱光の集光率
を高め、Ｓ／Ｂ比及びＳ／Ｎ比を改善して不均一
系試料の正確な赤外線スペクトルを得ることがで
き、分析精度を大幅に高めることができる。従来
法では発見しにくかつたピークも発見できる。か
かる本発明のアクセサリーは従来測定が困難であ
つた不均一で散乱性が強く光学的に暗い試料に対
して特に有効で良質なスペクトルを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であるアクセサリー
に反射鏡を用いて不均一系試料の赤外線吸収スペ
クトルを測定する状態の概要を示す側面断面図で
あり、第２図及び第３図はこの反射鏡の変更例を
示す側面断面図である。第４図は楕円面鏡の一方
の焦点に試料をそして他方の焦点に検出器を置い
て測定する例を示す側面断面図である。第５図は
アクセサリーにプリズムを用いた例を示す側面断
面図である。第６図は窓材に打錠した試料を入れ
た状態の断面図であり、第７図及び第８図は本発
明のアクセサリーを用いて得られた不均一系試料
の赤外線吸収スペクトルを用いなかつた場合と対
比して示したスペクトル図である １……反射鏡、２……焦点位置、３……錠剤化
された試料、４……窓材、５……赤外光、６……
入射口、７……平面鏡、８……凹面鏡、９……検
出器、１０……プリズム、１１……反射板、１２
……AI被膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 錠剤化された試料及び該試料後方に密着させ
   て設けた少なくとも一のものの屈折率が他のもの
   の屈折率と0.1以上異なり、表面反射損失が1/3以
   下でかつ赤外光を透過しうる、屈折率の異なる２
   種以上の無機物よりなる赤外線散乱剤によつて形
   成されている赤外線散乱窓材の周囲に配設され該
   試料より出射される赤外線散乱光及び反射光を捕
   集して赤外線分光光度計の検出器へ送る反射鏡又
   はプリズムよりなる、赤外線吸収スペクトルのバ
   ツクグラウンド軽減アクセサリー。 ２ 試料が少なくとも一のものの屈折率が他のも
   のの屈折率と0.1以上異なり、表面反射損失が1/3
   以下でかつ赤外光を透過しうる、屈折率の異なる
   ２種以上の無機物よりなる赤外線吸収スペクトル
   の増感希釈剤によつて錠剤化されたものである特
   許請求の範囲第１項記載のアクセサリー。