JPH0560681A - 分光分析方法 - Google Patents

分光分析方法

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Publication number
JPH0560681A
JPH0560681A JP24503091A JP24503091A JPH0560681A JP H0560681 A JPH0560681 A JP H0560681A JP 24503091 A JP24503091 A JP 24503091A JP 24503091 A JP24503091 A JP 24503091A JP H0560681 A JPH0560681 A JP H0560681A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
laser
cell
semiconductor laser
spectroscopic analysis
Prior art date
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Pending
Application number
JP24503091A
Other languages
English (en)
Inventor
Kentaro Tada
健太郎 多田
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH0560681A publication Critical patent/JPH0560681A/ja
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低コストで狭い実験室でもレーザ分光分析を
可能とする。 【構成】 分光分析を行いたい気体分子もしくは気体ラ
ジカルのエネルギ状態の励起にAlGaAs半導体レー
ザを用いる。 【効果】 半導体レーザは、色素レーザに較べてはるか
に小型かつ安価であり、消費電力も小さいため、扱いが
容易で小型化が可能であり、低コストの実験の実現が可
能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザを用いた気
体分子の分光分析方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、気体分子もしくは気体ラジカルの
分光分析方法において、窒素レーザ励起の色素レーザ、
エキシマーレーザ励起の色素レーザなどの可視光レーザ
を吸収スペクトルまたは蛍光励起スペクトルを得る際の
気体分子もしくは気体ラジカルの振動準位もしくは振電
準位の励起光として用いる分光分析方法として図5に示
すような方法が報告されている(片山幹郎「レーザと化
学」参照)。
【0003】図5は、気体分子または気体ラジカルの吸
収スペクトルを測定して、振動分光を行う場合の従来例
の概念図である。図中、11は、色素可変レーザ、12
は測定したい気体を密閉するセルで、セル12の両脇に
は、レーザ光をほぼ100%通すウィンドウ12aが向
き合わせについている。
【0004】13は、レーザ光を半分通し、半分反射す
るミラーである。光出力検出器(例えばフォトダイオー
ド)15によってレーザ光の強度を常時測定する。また
セル12内を通過した後のレーザ光の強度を光出力検出
器14によって測定する。光出力検出器14の測定値を
A、検出器15の測定値をBとすると、両検出器14、
15からそれぞれデータ処理装置(例えばボックスカー
積分器)16へA、Bを送り、データ処理装置16でデ
ータ処理を行い、A/Bをチャートレコーダ17におく
り、これを記録する。
【0005】色素可変レーザ11の発振波長を変化させ
ていくことによって、セル12内の気体の振動吸収スペ
クトルが得られる。また振電スペクトルを測定する場合
には、ミラー13の前または後ろに非線形光学結晶を配
置し、それによってレーザ光の波長を半分にすることも
ある。また蛍光励起スペクトルを測定する場合には、ミ
ラー13と光出力検出器15を取り除き、セル12の中
央部に穴を設け、その穴に光電子倍増管を装着する。光
電子倍増管からの検出信号がデータ処理装置16に送ら
れるようにする。以上の方法によりレーザ光を用いるこ
とによって、他の方法では得られない気体分子もしくは
気体ラジカルの電子構造、振動構造に関する情報を得る
ことができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述の分光分析方法で
は、色素レーザの励起用に、エキシマーレーザ、窒素レ
ーザをスペクトル分析に色素レーザなどを用いている
が、これらのレーザ装置は、いずれもかなりの大きさを
持ち、実験を行うためには、広い実験室と冷却用水、高
圧電源、定盤、真空ポンプ、ガスボンベなどの大がかり
な設備が必要であった。そのため、実験設備を整え、実
験を行うためには、多大な費用と時間を要した。
【0007】本発明の目的は、分光分析に半導体レーザ
を用いることによって、装置を小型化、簡易化し、測定
時間の削減を可能ならしめた分光分析方法を提供するこ
とにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による分光分析方法においては、気体分子も
しくは気体ラジカルの分光分析において、半導体レーザ
からのレーザ光を気体分子もしくは気体ラジカルの吸収
スペクトルを得る際の気体分子もしくは気体ラジカルの
振動準位の励起光として用いるものである。
【0009】また、気体分子もしくは気体ラジカルの分
光分析において、半導体レーザからのレーザ光を気体分
子もしくは気体ラジカルの蛍光励起スペクトルを得る際
の気体分子もしくは気体ラジカルの振動準位の励起光と
して用いるものである。
【0010】また、気体分子もしくは気体ラジカルの分
光分析において、半導体レーザからのレーザ光を非線形
光学結晶により、半分の波長とし、気体分子もしくは気
体ラジカルの吸収スペクトルを得る際の気体分子もしく
は気体ラジカルの振動準位の励起光として用いるもので
ある。
【0011】また、気体分子もしくは気体ラジカルの分
光分析において、半導体レーザからのレーザ光を非線形
光学結晶により、半分の波長とし、気体分子もしくは気
体ラジカルの蛍光励起スペクトルを得る際の気体分子も
しくは気体ラジカルの振電準位の励起光として用いるも
のである。
【0012】半導体レーザとしては、AlGaAs/G
aAs系レーザ、InGaAsP/InP系レーザ、A
lGaInP/GaAs系レーザ等、種々のレーザを用
いることができる。
【0013】
【作用】AlGaAs系半導体レーザの温度による発振
波長の変化は、およそ0.27nm/℃である(米津宏
雄 光通信素子工学 244p)。室温25℃での発振
波長は、830nmであるから、ペルチエ素子などによ
って半導体レーザの温度を0〜100℃程度まで変える
ことによって、823〜850nm程度まで発振波長を
変えることが可能である。この波長帯は、気体分子もし
くは気体ラジカルの振動状態の励起エネルギに相当す
る。
【0014】従って、AlGaAs半導体レーザを吸収
スペクトルまたは蛍光励起スペクトルを測定したい気体
分子または気体ラジカルに照射し、レーザ光の波長を温
度変化によって変えていくと、レーザ光の波長がそれら
の気体分子もしくは気体ラジカルの振動準位間の遷移エ
ネルギに共鳴したときに、それらの気体分子または気体
ラジカルによるレーザ光の吸収が起きる。
【0015】従って、AlGaAs半導体レーザは、温
度による発振波長の制御によって、気体分子または気体
ラジカルの吸収スペクトルまたは、蛍光励起スペクトル
の測定を行う分光分析に用いることができる。
【0016】また、AlGaAs系半導体レーザの温度
による発振波長は、820〜850nm程度まで発振波
長を変えることが可能であるが、更に非線形結晶を用い
て波長を半分にすることによって410〜425nmの
光を得ることができる。この波長帯は、気体分子もしく
は気体ラジカルの振電状態の励起エネルギに相当する。
【0017】従ってAlGaAs半導体レーザからのレ
ーザ光を非線形結晶によって半分の波長にした後、吸収
スペクトルまたは蛍光励起スペクトルを測定したい気体
分子または気体ラジカルに照射し、レーザ光の波長を温
度変化によって変えていくと、非線形結晶通過後の光の
波長がそれらの気体分子もしくは気体ラジカルの振電準
位間の遷移エネルギに共鳴したときに、それらの気体分
子または気体ラジカルによる光の吸収が起きる。
【0018】従って、AlGaAs半導体レーザは、温
度による発振波長の制御によって、気体分子または気体
ラジカルの吸収スペクトルまたは、蛍光励起スペクトル
の測定を行う分光分析に用いることができる。
【0019】半導体レーザは、色素レーザなどに較べ
て、はるかに小型かつ安価で消費電力も小さいため、扱
いが容易で、低コストの実験が可能となる。また狭い実
験室にも設置できるので、分光分析の研究者数増大にも
つながる。以上のように半導体レーザを振電分光分析に
用いることによって、振動分光分析は従来より容易なも
のとなる。
【0020】
【実施例】以下に本発明の分光分析方法の実施例を、図
面を用いて説明する。
【0021】図1は、本発明において気体分子または気
体ラジカルの吸収スペクトルを測定して、振動分光を行
う場合の概念図である。図中、21は、AlGaAs半
導体レーザ、22は、測定したい気体を密閉するセル
で、セル22の両脇には、レーザ光をほぼ100%通す
ウィンドウ22aが向き合わせについている。
【0022】23は、レーザ光を半分通し、半分反射す
るミラーである。光出力検出器25によってレーザ光の
強度を常時測定する。またセル22内を通過した後のレ
ーザ光の強度を光出力検出器24によって測定する。検
出器24の測定値をA、検出器25の測定値をBとする
と、両検出器24,25からそれぞれデータ処理装置2
6へA,Bを送り、データ処理装置26でデータ処理を
行い、A/Bをチャートレコーダ27におくり、これを
記録する。
【0023】半導体レーザ21は、ペルチエ素子を用い
た温度制御装置28に組み込んである。半導体レーザ2
1の発振波長を温度を変えて変化させていくことによっ
て、セル22内の気体の振動吸収スペクトルが得られ
る。この手法によってNO2 の分光分析を行ったとこ
ろ、振動吸収スペクトルが得られた。
【0024】図2は、本発明において気体分子または気
体ラジカルの蛍光励起スペクトルを測定して、振動分光
を行う場合の概念図である。31は、AlGaAs半導
体レーザ、32は、測定したい気体を密閉するセルで、
セル32の両脇にはレーザ光をほぼ100%通すウィン
ドウ32aが向き合わせについている。
【0025】また、セル32の中央部には、レーザ光と
垂直な方向に穴が設けられており、これに光電子増倍管
33が取り付けられている。またレーザ光がセル32に
入射する直前にレンズ35が設けられており、レンズ3
5によってレーザ光は、セル32の中央部で集光される
ようになっている。集光されたレーザ光の一部は、セル
32内の気体によって吸収され、光を吸収した気体は、
蛍光を発する。この気体が発した蛍光を、光電子増倍管
33で検出する。光出力検出器34によってセル32内
を通過した後のレーザ光の強度を測定する。光電子増倍
管33の測定値をA,光出力検出器34の測定値をBと
すると、光電子増倍管33および光出力検出器34から
それぞれデータ処理装置36へ測定値A,Bを送り、デ
ータ処理装置36でデータ処理を行い、A/Bをチャー
トレコーダ37におくり、これを記録する。
【0026】半導体レーザ31は、ペルチエ素子を用い
た温度制御装置38に組み込んである。31の発振波長
を温度を変えて変化させていくことによって、セル32
内の気体の振動蛍光励起スペクトルが得られる。この手
法によってNO2 の分光分析を行ったところ、振動蛍光
励起スペクトルが得られた。
【0027】図3は、本発明において気体分子または気
体ラジカルの吸収スペクトルを測定して、振電分光を行
う場合の概念図である。41は、AlGaAs半導体レ
ーザ、42は、測定したい気体を密閉するセルで、セル
42の両脇には、レーザ光をほぼ100%通すウィンド
ウ42aが向き合わせについている。
【0028】49は、レーザ光の波長を半分にする非線
形結晶である。43は、レーザ光を半分通し、半分反射
するミラーである。光出力検出器45によってレーザ光
の強度を常時測定する。またセル42内を通過した後の
レーザ光の強度を光出力検出器44によって測定する。
検出器44の測定値をA、検出器45の測定値をBとす
ると、両検出器44,45からそれぞれデータ処理装置
46へ測定値A,Bを送り、データ処理装置46でデー
タ処理を行い、A/Bをチャートレコーダ48におく
り、これを記録する。
【0029】半導体レーザ41は、ペルチエ素子を用い
た温度制御装置48に組み込んである。半導体レーザ4
1の発振波長を温度を変えて変化させていくことによっ
て、セル42内の気体の振電吸収スペクトルが得られ
る。この手法によってNO2 の分光分析を行ったとこ
ろ、振電吸収スペクトルが得られた。
【0030】図4は、本発明において気体分子または気
体ラジカルの蛍光励起スペクトルを測定して、振電分光
を行う場合の概念図である。51は、AlGaAs半導
体レーザ、52は、測定したい気体を密閉するセルで、
セル52の両脇には、レーザ光をほぼ100%通すウィ
ンドウ52aが向き合わせについている。
【0031】59は、レーザ光の波長を半分にする非線
形光学結晶である。またセル52の中央部には、レーザ
光と垂直な方向に穴が設けられており、これに光電子増
倍管53が取り付けられるようになっている。またレー
ザ光がセル52に入射する直前にレンズ55が設けられ
ており、レンズ55によってレーザ光はセル52の中央
部で集光されるようになっている。集光されたレーザ光
の一部は、セル52内の気体によって吸収され、光を吸
収した気体は蛍光を発する。この気体が発した蛍光を光
電子増倍管53で検出する。光出力検出器54によって
セル52内を通過した後のレーザ光の強度を測定する。
光電子増倍管53の測定値をA、光出力検出器54の測
定値をBとすると、光電子増倍管53および光出力検出
器54からそれぞれデータ処理装置56へ測定値A,B
を送り、データ処理装置56でデータ処理を行い、A/
Bをチャートレコーダ57におくり、これを記録する。
【0032】半導体レーザ51は、ペルチエ素子を用い
た遠度制御装置58に組み込んである。半導体レーザ5
1の発振波長を、温度を変えて変化させていくことによ
って、セル52内の気体の振電蛍光励起スペクトルが得
られる。この手法によってNO2 の分光分析を行ったと
ころ、振電蛍光励起スペクトルが得られた。
【0033】
【発明の効果】以上のように本発明の半導体レーザを用
いた分光分析方法によれば、装置を小型化、簡易化し、
低コストで、狭い実験室でも分光分析を行うことが可能
となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法によって気体の振動吸収スペクト
ルを得る場合の実験図である。
【図2】本発明の方法によって気体の振動蛍光励起スペ
クトルを得る場合の実験図である。
【図3】本発明の方法によって気体の振電吸収スペクト
ルを得る場合の実験図である。
【図4】本発明の方法によって気体の振電蛍光励起スペ
クトルを得る場合の実験図である。
【図5】従来の方法によって振動吸収スペクトルを得る
場合の実験図である。
【符号の説明】
21,31,41,51 半導体レーザ 22,32,42,52 セル 49,59 非線形光学結晶 A,B 各測定器からの出力 A/B データ処理装置からの出力で、AをBで除算し
た値

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気体分子もしくは気体ラジカルの分光分
    析において、 半導体レーザからのレーザ光を気体分子もしくは気体ラ
    ジカルの吸収スペクトルを得る際の気体分子もしくは気
    体ラジカルの振動準位の励起光として用いることを特徴
    とする分光分析方法。
  2. 【請求項2】 気体分子もしくは気体ラジカルの分光分
    析において、 半導体レーザからのレーザ光を気体分子もしくは気体ラ
    ジカルの蛍光励起スペクトルを得る際の気体分子もしく
    は気体ラジカルの振動準位の励起光として用いることを
    特徴とする分光分析方法。
  3. 【請求項3】 気体分子もしくは気体ラジカルの分光分
    析において、 半導体レーザからのレーザ光を非線形光学結晶により、
    半分の波長とし、気体分子もしくは気体ラジカルの吸収
    スペクトルを得る際の気体分子もしくは気体ラジカルの
    振動準位の励起光として用いることを特徴とする分光分
    析方法。
  4. 【請求項4】 気体分子もしくは気体ラジカルの分光分
    析において、 半導体レーザからのレーザ光を非線形光学結晶により、
    半分の波長とし、気体分子もしくは気体ラジカルの蛍光
    励起スペクトルを得る際の気体分子もしくは気体ラジカ
    ルの振電準位の励起光として用いることを特徴とする分
    光分析方法。
JP24503091A 1991-08-30 1991-08-30 分光分析方法 Pending JPH0560681A (ja)

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JP24503091A JPH0560681A (ja) 1991-08-30 1991-08-30 分光分析方法

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990050179A (ko) * 1997-12-16 1999-07-05 이구택 용액중의 슬러지 농도 측정방법
JP2007309849A (ja) * 2006-05-19 2007-11-29 Japan Science & Technology Agency 酸素分子の検出及び定量装置及び方法

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