JPH07113789A - 光音響分光分析装置用のpzt検出器 - Google Patents

光音響分光分析装置用のpzt検出器

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JPH07113789A
JPH07113789A JP5260964A JP26096493A JPH07113789A JP H07113789 A JPH07113789 A JP H07113789A JP 5260964 A JP5260964 A JP 5260964A JP 26096493 A JP26096493 A JP 26096493A JP H07113789 A JPH07113789 A JP H07113789A
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JP
Japan
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pzt
detector
photoacoustic
fluororesin
present
Prior art date
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Application number
JP5260964A
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Inventor
Takehiro Kihara
武弘 木原
Yukio Fujine
幸雄 藤根
Mitsuru Maeda
充 前田
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Japan Atomic Energy Agency
Original Assignee
Japan Atomic Energy Research Institute
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 耐硝酸性を有し、しかも高感度を有する、光
音響分光法用のPZT検出器を提供する。 【構成】 接液面にフッ素樹脂のコーティングを有す
る、光音響分光分析装置のPZT検出器。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、核燃料再処理工程等に
おいて強酸溶液を用いる工程での微量分析に利用できる
光音響分光分析装置のPZT検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】光音響分光法は、光励起された化学種が
無放射過程により過剰のエネルギーを放出する現象を利
用したもので、化学種の光吸収に起因する圧力波(光音
響波)を測定し、その強度から化学種の定量分析を行
い、そして、そのときの測定波長から定性分析を極微量
濃度で行う分析法である。
【0003】光音響分光法による分析を水溶液中で行う
場合には、光音響波発生源である水溶液と音響検出器と
は直接接した方が感度が良い。一般に、光音響分光法に
おける音響検出器には圧電素子(ピエゾ素子)が用いら
れる。水溶液中で分析を行う場合の圧電素子としては、
水とのマッチングが良いPZT(ジルコン酸−チタン酸
系鉛)がしばしば用いられる。しかし、PZTは、耐硝
酸性がほとんどないので、酸溶液中で使用することは不
可能である。このことはPZTの製法に起因している。
つまり、PZTを分極するためにペースト状の金をPZ
Tの表面に塗布して焼結する際に気泡が発生し、この気
泡によってピンホールが生成する。このピンホールから
酸溶液が浸入し腐蝕が進むのである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記問題点に鑑み、本
発明は、耐硝酸性を有し、しかも高感度を有する、光音
響分光法用のPZT検出器を提供することを目的とす
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意研究し
た結果、PZTの接液面にフッ素樹脂のコーティング
(以下、被覆ともいう)を施すことで上記問題点か解決
されることを見い出した。従って、本発明によれば、接
液面にフッ素樹脂のコーティングを有する光音響分光分
析装置のPZT検出器が提供される。
【0006】本発明の光音響分光分析装置のPZT検出
器の一態様を図1に示す。図1に示されているPZT検
出器は中空円筒形である。フッ素樹脂のコーティング
は、中空円筒内面及び上下端面に施される。PZT検出
器の形状は図1に示したものに限られず、従来から使用
されている円板状、円柱状又は立方体若しくは角柱状で
あてもよい。
【0007】本発明において使用するPZTは、従来公
知の如何なるものも使用し得る。市販のPZTも数多く
あり、分極されたタイプや未分極のタイプもあるが、こ
れらを直接又は加工して使用することができる。
【0008】本発明において使用されるフッ素樹脂は、
当該技術分野において最も広い意味に解釈され、フッ素
原子を含むホモポリマー及びコポリマーを包含する。例
えば、ポリ(テトラフルオロエチレン)、ポリ(フッ化
ビニル)、ポリ(フッ化ビニリデン)等を用いることが
できる。また、フッ素樹脂は他の元素、例えば他のハロ
ゲン、特に塩素を含んでいてもよい。そのようなフッ素
樹脂の例として、ポリ(トリフルオロクロルエチレン)
やポリ(ジクロルジフルオロエチレン)等が挙げられ
る。本発明においては、PZTとしてポリ(テトラフル
オロエチレン)(以下、PTFEともいう)を用いるこ
とが好ましい。
【0009】フッ素樹脂のコーティングの厚みは、本発
明においては特に臨界的ではなく、PZT表面のピンホ
ールを塞ぎ、且つ酸に対して耐性を有するのに十分な厚
みであれば如何なる厚みでもよい。但し、フッ素樹脂の
厚みが余りに大きくなると、PZTの感度が低下するお
それがあるので、フッ素樹脂のコーティングの厚みは約
1mmとするのが実用的である。本発明においては、フ
ッ素樹脂のコーティングの厚みは約0.5mmとするこ
とが好ましい。
【0010】PZTへフッ素樹脂をコーティングする方
法に特に制限はなく、従来公知の如何なる方法をも用い
ることができる。例えば、図1に示す中空円筒状のPZ
Tの場合には、フッ素樹脂のチューブを中空円筒に内挿
し、次いで該チューブを加熱することによってフッ素樹
脂を中空円筒の内壁面に密着させる。中空円筒の両端面
は該チューブをテーパー状に折り返して密着させる。ま
た、別法として、フッ素樹脂のディスパージョンをPZ
Tへ薄く塗布し、これを焼結してフッ素樹脂のコーティ
ングを形成する。コーティングの厚みはこの操作を繰り
返すことによって調節する。
【0011】加熱によってフッ素樹脂のコーティングを
形成した場合には、これによってPZTの分極が失われ
るおそれがあるので、フッ素樹脂のコーティング後にP
ZTの再分極処理を行う必要がある。但し、加熱温度が
約165℃以下であればPZTの分極は失われないので
再分極処理の必要はない。
【0012】PZTを分極するには、PZTを約60〜
100℃に加熱した状態で、約1〜1.2kVの電圧を
PZTに印加すればよい。
【0013】
【作用】本発明によれば、光音響分光法において、PZ
T検出器と硝酸等の酸溶液との接触によるPZTの腐蝕
が起こることなく光音響波を検出することができる。
【0014】また、フッ素樹脂のコーティングをしてい
ない従来のPZT検出器と本発明のPZT検出器とを比
較すると、本発明のPZT検出器の方が、効率良く光音
響波を検出することができる。この理由は以下の通りで
ある。
【0015】本発明では水溶液中の発生した光音響波
は、媒質1(水)から媒質2(フッ素樹脂のコーティン
グ)を経て、媒質3(PZT)へと伝搬していく。この
光音響波の透過率が高いほど、光音響波が検出器PZT
に伝搬しやすいので感度が高くなる。これを式を用いて
説明すると以下の通りである。
【0016】媒質1から媒質2への音の透過率Tは、二
つの媒質の音響インピーダンス(Z1、Z2)を用いて次
式で表される。
【0017】
【式1】 また、媒質1から媒質2を経て媒質3へ伝搬する場合の
透過率は、媒質1から媒質2への透過率(T1)と、媒
質2から媒質3への透過率(T2)との積で表される。
【0018】ここで、本発明によるフッ素樹脂コーテ
ィングPZT検出器、従来のPZT検出器及び石英
ガラスセルの外側にPZTを接着させた検出器の透過率
を比較すると以下の通りである。なお、音響インピーダ
ンス値は、理科年表に記載されている値である。
【0019】水−フッ素樹脂コーティング−PZT
(本発明によるフッ素樹脂コーティングPZT検出器)
【0020】
【式2】 ここで、Z1=1.50×106[N・sec・m-3] Z2=2.69×106[N・sec・m-3] Z3=10.6×106[N・sec・m-3]である。
【0021】水−PZT(従来のPZT検出器)
【0022】
【式3】 ここで、Z1=1.50×106[N・sec・m-3] Z2=10.6×106[N・sec・m-3]である。
【0023】水−石英ガラス−PZT(石英ガラスセ
ルの外側にPZTを接着させた検出器)
【0024】
【式4】 ここで、Z1=1.50×106[N・sec・m-3] Z2=11.4×106[N・sec・m-3] Z3=10.6×106[N・sec・m-3]である。
【0025】以上のように、本発明のフッ素樹脂コーテ
ィングPZT検出器の光音響波透過率が最も高い。従っ
て、本発明のフッ素樹脂コーティングPZT検出器の感
度が最も高いことが分かる。
【0026】以下、本発明を実施例に従って更に詳細に
説明するが、本実施例は本発明の範囲を何ら制限するも
のではない。
【0027】
【実施例1】光音響分光実験装置の構成を図2に示す。
光源にはYAGレーザー励起色素レーザー1(波長57
5.2nm)を用いた。YAGレーザーで励起された励
起光2はビームスプリッタ3において分割される。分割
された一方の光は光の強度の変動を検出するためにフォ
トダイオード4に導かれ、その強度が電気信号に変換さ
れる。電気信号はディジタルストレージオシロスコープ
5によって処理される。また、分割された他方の光は2
枚のレンズによってビーム径を調整され後述する光音響
セル6に入る。光音響セル6から出た光はビームストッ
パー7にあたる。光音響セルによって発生した電気信号
はプリアンプ8によって増幅されディケードフィルター
9にかけられてノイズが除去された後に、ディジタルス
トレージオシロスコープによって平均化処理される。
【0028】図3は、光音響セル6の構造を表す図であ
る。光音響セル6は石英ガラスからなっている。PZT
検出器10は光音響セル6の中心部に位置している。光
音響セル6の全長は100mmである。PZT検出器1
0は、トーキン製ネテックN−21であり、長さ20m
m、外径11mmφ、内径9mmφの中空円筒形であ
る。光音響セル6の両端には、同じく石英ガラスからな
る光学窓11が備えられている。ビームスプリッタ3に
より分割された励起光2は光学窓11を通して光音響セ
ル6の中心軸に沿って通過する。測定溶液は、インレッ
ト12を通してセル内に流通させ、アウトレット13か
ら出る。PZT検出器には、光音響波によるPZTの電
気分極を測定するための電極が設けられている。電極は
金ペーストを用いて作製した。
【0029】ポリ(テトラフルオロエチレン)コーティ
ングPZT検出器を用いて、3N硝酸溶液中の硝酸ネオ
ジムの分析を行い、その検量線を作成した。その結果を
図4に示す。
【0030】図4の結果から明らかなように、硝酸ネオ
ジムの濃度と光音響信号とは、広い測定濃度範囲におい
て良い直線性を有しており、本発明のフッ素樹脂コーテ
ィングPZT検出器が光音響分光法の検出器として有用
であることが分かった。
【0031】
【実施例2】実施例1の光音響分光実験装置を用い、P
ZT検出器として、ポリ(テトラフルオロエチレン)コ
ーティングPZT、コーティングのないPZT、軟質ポ
リ塩化ビニルコーティングPZT、硬質ポリビニルエス
テルコーティングPZT及び硬質ポリスチレンコーティ
ングPZTの5種類を用いて、3N硝酸中の硝酸ネオジ
ムを分析試料として検出限界及び耐酸性を調べた。その
結果を表1に示す。
【0032】
【表1】 表1から明らかなように、本発明のフッ素樹脂コーティ
ングPZTは、測定感度が非常に高いばかりでなく、耐
酸性が非常に優れたものである。
【0033】
【発明の効果】本発明のフッ素樹脂コーティングPZT
検出器は、耐酸性が非常に高く、高濃度の硝酸、硫酸、
塩酸等の強酸下でも測定が可能であり、しかも、その感
度は従来の検出器に比して非常に高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光音響分光法用のPZT検出器の一態
様を示す図である。
【図2】光音響分光実験装置の構成を表す図である。
【図3】光音響セルの構造を表す図である。
【図4】硝酸ネオジムの検量線を表す図である。
【符号の説明】
1 YAGレーザー励起色素レーザー 2 励起光 3 ビームスプリッタ 4 フォトダイオード 5 ディジタルストレージオシロスコープ 6 光音響セル 7 ビームストッパー 8 プリアンプ 9 ディケードフィルター 10 PZT検出器 11 光学窓 12 インレット 13 アウトレット
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年11月16日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意研究し
た結果、PZTの接液面にフッ素樹脂のコーティング
(以下、被覆ともいう)を施すことで上記問題点が解決
されることを見い出した。従って、本発明によれば、接
液面にフッ素樹脂のコーティングを有する光音響分光分
析装置のPZT検出器が提供される。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 接液面にフッ素樹脂のコーティングを有
    する、光音響分光分析装置のPZT検出器。
  2. 【請求項2】 中空円筒状のPZT検出器の円筒内面及
    び上下端面にフッ素樹脂のコーティングを有する、請求
    項1に記載のPZT検出器。
  3. 【請求項3】 フッ素樹脂が、ポリ(テトラフルオロエ
    チレン)である、請求項1に記載のPZT検出器。
  4. 【請求項4】 フッ素樹脂のコーティングを施した後に
    PZTの分極処理を行う、請求項に記載のPZT検出
    器。
JP5260964A 1993-10-19 1993-10-19 光音響分光分析装置用のpzt検出器 Pending JPH07113789A (ja)

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