JPH0961345A - 赤外線入射用赤外ファイバーを具えた液体分析用プリズムユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小形のＡＴＲプリズムであっても、赤外線の
入射と放射が確実に行なわれるプリズムユニットの提
供。 【解決手段】 入射した赤外線を接触した液体の表面で
反射させるＡＴＲプリズム５１を具えたプリズムユニッ
ト２２は、赤外線をＡＴＲプリズムに入射させる入射用
赤外ファイバー２４と、反射した赤外線を受光する受光
用赤外ファイバー２５とをさらに具えている。光源から
の赤外線は、入射用赤外ファイバー２４によって伝送さ
れ、入射用赤外ファイバーから小形のプリズム上に放射
されるときに、小さな点からの放射となって、プリズム
上の特定の点からプリズムに確実に入射させられる。境
界面Ｆで反射した赤外線は、受光用赤外ファイバー２５
によって、プリズムの特定の点から確実に取り出され
る。従って、プリズムユニットは液体分析装置の成分分
析精度や、測定精度を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、赤外線を使用して、液
状の食品、液状化学製品等の液体の成分の分析及び／又
は液体の濃度を測定する（本明細書では、成分の分析と
濃度測定を、まとめて単に「分析」と称する。）液体分
析装置において使用される、ＡＴＲ（Attenuated Total
Reflection：減衰全反射法）プリズムユニットに関す
る。なお、以下、ＡＴＲプリズムを、単に、「プリズ
ム」と称することにする。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の液体分析装置は、光源ユ
ニットから発した赤外線をプリズムユニット内に設けら
れ且つ液体サンプルに接触したプリズムに入射させ、液
体サンプルとの境界面で反射させて受光ユニットによっ
て受光し、そして、液体サンプルとの境界面で反射した
赤外線の内、弱められた波長の赤外線の出力を検出する
ことによって、液体の分析をするようになっている。

【０００３】この場合、光源ユニットから発した赤外線
は、光源ユニット内に設けられたレンズ、ミラー、スリ
ット等の集光装置によって、プリズムユニットのプリズ
ム上の所定の位置に集光されてプリズムを通過した後
に、再度集光されて受光ユニットに受光されるようにな
っている。

【０００４】又、液体分析装置は、液状の飲食品の成分
分析や濃度測定に使用されることがある。この場合、プ
リズムユニットが液状の飲食品に浸されるため、プリズ
ムは、消毒液によって定期的に消毒されて、常時、清潔
に保たれていなければならない。そこで、プリズムに
は、消毒液に侵されない耐蝕性に優れた物質を使用する
必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
液体分析装置のプリズムユニットは、レンズ、ミラー、
スリット等によって集光された赤外線をプリズムで受光
するようになっているため、次の問題点を有している。 (1) プリズム上の特定の点で赤外線を受光することが困
難である。 (2) プリズムに入射した後に、プリズム上の特定の位置
より放射される赤外線を取り出すことはさらに困難であ
る。 (3) 赤外線の入射と取り出しが困難であるから、液体分
析装置の分析精度や濃度測定精度を高めることができな
い。 (4) プリズムユニットを光源ユニットや受光ユニットか
ら離す程、赤外線の入射と取り出しが困難になる。この
ため、プリズムユニットを光源ユニットや受光ユニット
から離れた場所で使用することができない。

【０００６】(5) プリズムには、消毒液に侵されない耐
蝕性に優れた物質を使用する必要があることから、ダイ
ヤモンド、サファイヤ等を使用することが考えられる
が、ダイヤモンド、サファイヤ等は、耐蝕性に優れてい
る反面、高価であるため、小形に形成しなければならな
い。ところが、プリズムが小形であると、赤外線の入射
と取り出しが、より一層困難になるという問題点が生じ
る。

【０００７】本発明の目的は、プリズムが小形であって
も、赤外線をプリズム上の特定の点で確実に受光し且つ
受光ユニットに確実に放射することができるとともに、
光源ユニットや受光ユニットから従来よりも離れた場所
において使用することのできる液体分析装置用プリズム
ユニットを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、入射した赤外
線を接触した測定対象の液体との境界面で反射させるＡ
ＴＲプリズムを具えた液体分析用プリズムユニットにお
いて、前記赤外線を前記ＡＴＲプリズムに入射させる入
射用赤外ファイバーと、前記反射した赤外線を受光する
受光用赤外ファイバーとを具えたことを特徴とする液体
分析用プリズムユニットにより、前記課題を解決した。

【０００９】

【作用】光源より発した赤外線は入射用赤外ファイバー
に入射する。入射用赤外ファイバーに入射した赤外線
は、入射用赤外ファイバーによってプリズムユニットま
で案内されて、プリズムに対して一定の角度でプリズム
の一端に入射させられる。このとき、赤外線は、入射用
赤外ファイバーの端部がプリズムに密着あるいは接近し
ているため、プリズム上の特定の点に確実に入射させら
れる。

【００１０】プリズムに入射した赤外線は、プリズムが
接している液体サンプルとの境界面で反射する。赤外線
が反射するとき、ある特定の波長の赤外線は液体サンプ
ル中の特定の成分に吸収されて減衰させられる。

【００１１】その後、減衰させられた特定の波長の赤外
線と減衰されない波長の赤外線は、ともに、プリズムの
他端から放射されて、受光用赤外ファイバーに入射し、
受光ユニットまで案内される。このとき、赤外線は、受
光用赤外ファイバーの端部がプリズムに密着あるいは接
近しているため、プリズム上の特定の位置から確実に受
光用赤外ファイバーに放射される。最後に、減衰された
波長の赤外線の出力を検出して、液体サンプルの成分分
析や、液体の濃度測定が行なわれる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図９に基づ
いて説明する。液体分析装置２０全体を図２に基づいて
説明する。液体分析装置２０は、主に、光源ユニット２
１、プリズムユニット２２、受光ユニット２３により構
成されている。プリズムユニット２２は成分、濃度の測
定対象となる液体サンプルＳに接している。３つのユニ
ット２１，２２，２３は赤外ファイバー２４，２５で接
続されている。光源ユニット２１から発した赤外線は、
プリズムユニット２２へ入射用赤外ファイバー２４によ
って伝送され、その後、プリズムユニット２２から受光
ユニット２３へ受光用赤外ファイバー２５によって伝送
されるようになっている。

【００１３】赤外線の波長は、約２乃至２５μｍであ
る。赤外ファイバー２４，２５の材質は、カルコゲン化
ガラス（As-Se-Te）、銀ハライド（AgCl：AgBr）、フッ
化ジルコニウム、無水石英等である。赤外ファイバー２
４，２５の直径は約０．２５乃至１．５mmであり、長さ
は約１乃至５ｍである。

【００１４】光源ユニット２１を図３乃至図６に基づい
て説明する。図３に示すように、光源ユニット２１は、
主に、ヒーター３１、レンズ３２、スリット３３、チョ
ッパー３４により構成されている。ヒーター３１には、
螺旋状に巻かれたニクロム線又はタングステン線（図示
省略）が使用されている。ヒーター３１は、約６００乃
至１０００℃に加熱されたとき、約２乃至２５μｍの波
長を有する広帯域の赤外線を発光するようになってい
る。なお、ヒーター３１はセラミックヒーター（図示省
略）、あるいは、赤外線を発する他種の光源、例えば、
高圧水銀灯、赤外線レーザーであってもよい。

【００１５】ヒーター３１は、金属製の内筒３５と外筒
３６で構成されたケーシング３７によって囲まれて、保
護されている。内筒３５と外筒３６との間には、ケーシ
ング３７の加熱を防止する冷却水Ｗが流れるようになっ
ている。

【００１６】ヒーター３１より発した赤外線は、光路Ａ
で示すようにレンズ３２に入射し、レンズ３２で光路Ｂ
で示すように集光されて入射用赤外ファイバー２４に入
射させられるようになっている。この場合、レンズ３２
の中心を通過した赤外線は、入射用赤外ファイバー２４
に集光される際に、スリット３３の中心遮光部３８によ
ってカットされる。これは、赤外線を、後述するプリズ
ムユニット２２に内蔵されたプリズム５１（図１、図８
参照）に、プリズム５１の長軸方向に対してある角度を
持たせて入射させ、液体サンプルＳ面上で反射させ易く
するためである。

【００１７】仮に、レンズ３２の中心を通過した赤外線
を入射用赤外ファイバー２４に入射させると、その赤外
線は、プリズム５１の長軸方向に対して０度近傍の角度
でプリズム５１に入射し、液体サンプルＳ面上で反射す
ることなくプリズム５１を通過して、液体サンプルＳ面
上で反射した他の赤外線を弱めて、受光ユニット２３で
の成分の分析精度や、液体の濃度測定精度を低下させる
原因となる。

【００１８】又、赤外線は、迷光（光雑音）の影響を後
処理で軽減するため、後述するチョッパー３４により一
定の間隔で光の強弱が生じるように変調された後、入射
用赤外ファイバー２４に入射するようになっている。レ
ンズ３２の材質は、フッ化カルシウム、ＺｎＳｅ、Ｇ
ｅ、サファイア、フッ化バリウム、ＫＲＳ−５の単結
晶、準単結晶等である。レンズ３２の直径は約２乃至１
００mmである。なお、図５に示すように、レンズ３２の
替わりに、楕円鏡、放物面鏡等の２枚の凹面鏡３９，３
９を向き合わせ状態で使用して、赤外線を入射用赤外フ
ァイバー２４に集光させてもよい。

【００１９】チョッパー３４は、図６に示すように、放
射状に形成されて赤外線が通過する複数の赤外線通過孔
４０を有し、図示しない駆動装置の回転軸４１（図３参
照）に設けられて回転させられ、赤外線に、例えば、毎
秒１２．５回の光の強弱を生じさせるようになってい
る。なお、スリット３３、チョッパー３４は、必ずしも
必要でなく、高精度の濃度測定精度を必要としない場合
には設けなくてもよい。

【００２０】プリズムユニット２２を図１、図７乃至図
９に基づいて説明する。プリズムユニット２２は、主
に、プリズム５１、プリズムケース５２、プリズム押さ
えフランジ５３によって構成されている。プリズム５１
は、プリズムケース５２内に液体サンプルＳが浸入して
プリズム５１の背面に回らないように、サンプルパッキ
ン５４とプリズムパッキン５５とに挟み込まれている。
プリズムケース５２とサンプルパッキン５４には、プリ
ズム５１の片面に対向して液体サンプル進入孔５６，５
７が形成されている。液体サンプル進入孔５６，５７
は、液体サンプルＳを導き入れてプリズム５１の片面に
接触させるために形成されている。

【００２１】プリズム５１の材質は、耐蝕性に優れたダ
イヤモンド、サファイア、シリコン、ＺｎＳｅ、ポリエ
チレン等である。プリズム５１は、直径または一辺の長
さが約２乃至３０mm程度の比較的小形な円盤状または方
形状に形成されている。方形状に形成されている場合に
は、赤外線が入射しやすいように入射面（プリズムの端
面）をプリズム５１の長軸方向に対して約３０乃至６０
度にカットする必要がある。プリズム５１をカットした
場合には、プリズム５１の材質と液体サンプルＳの物性
とに応じて入射用、受光用赤外ファイバー２４，２５を
プリズム５１の長軸方向に対し約０乃至７０度傾けて設
置する必要がある。サンプルパッキン５４、プリズムパ
ッキン５５の材質には、耐蝕性に優れたフッ化樹脂、シ
リコンゴム等が適している。

【００２２】光源ユニット２１から入射用赤外ファイバ
ー２４によって伝送されてくる赤外線の内、光源ユニッ
ト２１内のスリット３３にプリズム５１の長軸方向に対
して約０度方向の赤外線は図３、図４に示すスリット３
３の中心遮光部３８によってカットされているため、減
光された状態で伝送されてくる。このため、プリズム５
１に入射する殆どの赤外線は、図８に示すようにプリズ
ム５１の長軸方向に対してある角度を保ってプリズム５
１に入射するようになっている。

【００２３】プリズム５１に入射した赤外線は、プリズ
ム５１と液体サンプルＳとの境界面Ｆで全反射する。境
界面Ｆで全反射した赤外線の内、液体サンプルＳ中の特
定成分により特定波長の赤外線は特定成分の濃度に応じ
て減衰させられる。これにより液体サンプルＳ中の特定
成分、濃度に応じて特定波長の赤外線は減光された状態
でプリズム５１より放射され、減光されない波長の赤外
線とともに受光ユニット２３に向かう受光用赤外ファイ
バー２５に入射する。

【００２４】なお、図１、図７に示すプリズムユニット
２２は、プリズム５１の片面に液体サンプルＳが接する
ようになっているが、図９に示すプリズムユニット１２
２は、プリズム５１の両面に対向してプリズム押さえフ
ランジ１５３、プリズムパッキン１５５、プリズムケー
ス１５２、サンプルパッキン１５４に液体サンプル進入
孔１５８，１５９，１５６，１５７を形成してあるの
で、プリズム５１の両面に液体サンプルＳが接し、プリ
ズム５１に入射した赤外線の内、プリズム５１と液体サ
ンプルＳとの境界面Ｆ、Ｆで全反射する赤外線の割合を
倍にすることができる。

【００２５】さらに、このプリズムユニット１２２は、
液体サンプルＳ中の特定成分、濃度に応じて特定波長の
赤外線が図１、図７に示すプリズムユニット２２よりも
減光された状態でプリズム５１より放射させることもで
きる。従って、図９に示すプリズムユニット１２２は、
図１に示すプリズムユニット２２よりも液体分析装置の
分析精度と濃度測定精度を高めることができる。

【００２６】受光ユニット２３は、受光用赤外ファイバ
ー２５によってプリズム５１から送られてきた赤外線を
受光し、その赤外線の内、減衰した波長の赤外線の出力
を検出することによって、液体サンプルＳの成分の分析
を行なうとともに、液体の濃度を測定することができる
ユニットである。

【００２７】次に動作を説明する。光源であるヒーター
３１より発した赤外線は、スリット３３によって一部カ
ットされた後に、レンズ３２によって集光されて、入射
用赤外ファイバー２４に入射させられる。

【００２８】入射用赤外ファイバー２４に入射した赤外
線は、入射用赤外ファイバー２４によりプリズムユニッ
ト２２まで伝送され、プリズム５１に対して一定の角度
でプリズム５１の一端に入射させられる。このとき、赤
外線は、入射用赤外ファイバー２４の端部がプリズム５
１に密着あるいは接近しているため、プリズム５１上の
特定の点に確実に入射させられる。

【００２９】赤外線は、プリズム５１と液体サンプルＳ
との境界面Ｆで反射する。反射する間に、特定の波長の
赤外線は液体サンプルＳ中の特定の成分に吸収されて減
衰し、他の波長の赤外線とともにプリズム５１の他端か
ら放射される。

【００３０】プリズム５１より放射させられた赤外線
は、受光用赤外ファイバー２５に入射して、受光ユニッ
ト２３に送られる。このとき、赤外線は、受光用赤外フ
ァイバー２５の端部がプリズム５１に密着あるいは接近
しているため、プリズム５１上の特定の位置から確実に
受光用赤外ファイバー２５に放射される。受光ユニット
２３に送られた赤外線の内、減衰した波長の赤外線の出
力を調べることによって、液体サンプルＳの成分が分析
され、あるいは、液体の濃度が測定される。

【００３１】このように、プリズム５１に入射する赤外
線は、入射用赤外ファイバー２４によって伝送され、入
射用赤外ファイバー２４からプリズム５１上に放射され
るとき、非常に小さな点からの放射となって、プリズム
５１上の特定の点からプリズム５１内に入射させられる
ようになっている。又、受光用赤外ファイバー２５によ
り、プリズム５１の放射面の特定の点から取り出される
ようになっている。

【００３２】従って、プリズム５１が小形であっても、
プリズム５１上の特定の点から赤外線を正確に入射させ
ることができるとともに、プリズム５１上の特定の点か
ら赤外線を放射させることができ、液体分析装置２０の
成分分析精度と濃度測定精度を高めることができる。

【００３３】又、光源ユニット２１から発した赤外線は
入射用赤外ファイバー２４によって伝送され、プリズム
５１より放射された赤外線は受光用赤外ファイバー２５
によって受光ユニット２３まで伝送されるようになって
いる。このため、プリズムユニット２２は、光源ユニッ
ト２１と受光ユニット２３とから離れた場所で使用する
ことができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の液体分析装置用プリズムユニッ
トによると、赤外線を赤外ファイバーによって案内する
ようになっているため、プリズムが小形であっても、プ
リズム上の特定の点に赤外線を入射させることが容易に
できるようになるとともに、プリズム上の特定の位置か
ら赤外線を容易に放射させることができようになる。
又、赤外線の入射、放射が容易になることによって、プ
リズムが小形であっても、液体分析装置の分析精度や、
測定精度を高めることができる。さらに、赤外線を赤外
ファイバーによって案内することによって、光源ユニッ
トと受光ユニットとから従来よりも離れたところでプリ
ズムユニットを使用することができ、液体分析装置によ
る液体サンプルの成分分析作業や、液体の濃度測定作業
を所望の場所で行なうことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例のプリズムユニットの正面図
であり、赤外ファイバーに沿った断面図である。

【図２】 液体分析装置の全体の概略図である。

【図３】 光源ユニットの正面図であり、赤外ファイバ
ーに沿った断面図である。

【図４】 光源ユニットの斜視図であり、赤外線の進む
方向に沿って破断した図である。

【図５】 レンズの替わりに凹面鏡を使用した場合の光
源ユニットの正面図であり、赤外線の進む方向に沿った
断面図である。

【図６】 チョッパーの側面図である。

【図７】 プリズムユニットの斜視図であり、赤外ファ
イバーに沿った断面図である。

【図８】 赤外線がプリズム内を進む状態を示すプリズ
ムユニットの正面図である。

【図９】 他の実施例のプリズムユニットの正面図であ
り、赤外ファイバーに沿った断面図である。

【符号の説明】

２０ 液体分析装置 ２２ プリズムユニ
ット ２４ 入射用赤外ファイバー ２５ 受光用赤外フ
ァイバー ５１ ＡＴＲプリズム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射した赤外線を接触した測定対象の液
   体との境界面で反射させるＡＴＲプリズムを具えた液体
   分析用プリズムユニットにおいて、前記赤外線を前記Ａ
   ＴＲプリズムに入射させる入射用赤外ファイバーと、前
   記反射した赤外線を受光する受光用赤外ファイバーとを
   具えたことを特徴とする、液体分析用プリズムユニッ
   ト。