(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に分析用光線が通過する開口部を有する分析用窓板保持部材と、前記一対の窓板保持部材間に挟持され、分析用試料を保持するための透明な一対の窓板からなる分析用セルにおいて、
前記一対の窓板のうちの少なくとも前記分析用試料に対向する表面が粗面化されており、また前記分析用窓板保持部材と前記窓板とが接する表面が鏡面加工されており、かつ、粗面化された前記表面で乱反射した前記分析用光線が前記分析用光線の光入射方向と反対の方向に反射するよう円錐台形に成形されていることを特徴とする析用セル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、分析用セルに関し、特に試料圧砕型の分析用セルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来化学物質の分析手段として、赤外線分析装置が安価で簡便であり、かつ精度のよい分析ができることから広く用いられている。この赤外線分光装置によれば、そのスペクトルから混合物の組成や、化学物質の分子構造に至るまでの情報を得ることができる。
この赤外線分析装置は、赤外線を用い、試料物質の赤外線領域の光吸収を測定することにより分析を行うものである。試料は、赤外線領域において透明な材料を用いたセル中に配置され、赤外線が照射された吸収スペクトルを観測して分光分析を行う。分析用試料は、通常液体もしくは固体であり、試料が液体の場合には、保液性のある容器状セル中に試料を注入して測定を行う。また、試料が、固体の場合には、赤外光を試料が透過しなければ分光分析できないことから、試料を薄膜状にするか、もしくは圧砕して赤外光が透過するようにして測定を行うことになる。
ところで、分析装置の作業性を改善するために、分析用セル自体に圧砕機能をもたせ、この分析装置において試料の調製を行うことが行われている。
この場合、例えばダイアモンドアンビルなどの、分析光に対して透明でかつ試料圧砕に耐える程度の硬度を持つ窓板を用いて、試料を加圧して圧砕し、適当な膜厚に調整して測定が行われている。
【０００３】
ところで、上記赤外線分析装置においては、一対の窓板の表面が平滑な面であるために、分析で使用する赤外光の波長に近似する膜厚に試料を潰して使用した時に、入射赤外線が窓板表面で多重反射し、出力赤外光との干渉が起こって、スペクトルが歪み、正確な分析が行えなくなるという問題があった。
【０００４】
これに対して、圧砕型の赤外線分析装置において、一対の窓材の一方を非平行である湾曲状に形成して、分析光の干渉を回避することが知られている（特願平２−４０３９２１）。ところで、この分析用セルでは、湾曲状の窓材の上部に試料が充填されない空間が生じてしまい、この空間に赤外領域に吸収を有する炭酸ガスや他の有機物ガスなどの不純物ガスが取り込まれる結果、これが分析用赤外光の吸収に影響を及ぼして正確な分析が行えないという問題を抱えている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の赤外線分析装置においては、試料を挟持する窓板の間隙厚みが赤外線波長領域に近似している場合、これまでの試料セルでは平滑な一対の窓板を持つために、測定光に干渉光が重畳して見られ、スペクトルの工業的利用価値を低下させるという問題を解決し、簡便に精度のよい赤外線スペクトルを得ることのできる赤外線分析装置を実現することを目的とする。
【０００６】
【課題が解決するための手段】
本発明は、中央に分析用光線が通過する開口部を有する分析用窓板保持部材と、前記一対の窓板保持部材間に挟持され、分析用試料を保持するための透明な一対の窓板からなる分析用セルにおいて、
前記一対の窓板のうちの少なくとも前記分析用試料に対向する表面が粗面化されており、前記分析用窓板保持部材と前記窓板とが接する表面が鏡面加工されており、かつ、粗面化された分析用窓板表面で乱反射した分析用光線が分析用光線の光入射方向と反対の方向に反射するよう円錐台形に成形されている特徴とする分析用セルである。
【０００８】
特に本発明は、試料を赤外線分析装置内で試料を圧砕し測定試料の調製を行ういわゆる試料圧砕機能を有する赤外線分光装置に適用することができる。
【０００９】
すなわち、本発明の分析用セルは、数百μｍから数十μｍ程度の大きさを有する有機化合物を加圧して押し潰すことのできる硬度と面積を持ち、かつ可視光領域と赤外光領域において透明な、例えば、ダイヤモンド、サファイアなどからなる上窓板と、同様に上窓板との間に有機化合物を挟んで、加圧して押し潰すことに耐えられる硬度と面積を持ち、かつ、挟む有機化合物との反応性が低い物質で構成されていてかつ、その表面が分析光を反射する性質を持つとともに、上窓板との間に試料を挟んだ際に干渉を起こさない程度、例えば赤外光であれば１〜３０μｍの領域で意図的に粗面加工を施した、例えば、ステンレス鋼などにより製作した下窓板と、上窓板と下窓板をそれぞれ安定して保持することができる窓板保持部材、試料を上窓板と下窓板の間に挟み込んで人力もしくは機械により押し潰ぶすための加圧機構を具備するものである。
【００１０】
本発明においては、下窓板の表面を粗面化したことにより、反射光の散逸による測定感度の低下を回避するために、窓板筐体の分析光の伝送路壁に散乱光が反射し検出器側へと誘導されるように鏡面処理を施し、散逸してしまう反射光を集光するような部分を有する構造とすることができる。その際、鏡面加工した側面で反射した光が検出器側へと誘導されやすいように、例えば放物線状のような曲面を有していることが望ましい。
【００１１】
また、下窓板部分を前述の条件を満たす窓板として、さらに片方の、もしくは両方の窓板の表面を非平滑化することで、透過光を測定する冶具としてもよい。また、下窓板を鏡面とし、上窓板を非平滑化した構造であっても上述の課題を克服できる。
また加圧機構として、例えば、窓材を挟んだ対向する位置でネジなどを用いて、窓材保持部材を圧接する構造などが考えられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１（ａ）が本発明の圧砕型の赤外線分析装置において用いられる分析用セルの断面図である。図中、１が上窓板であり、２が下窓板である。この上下窓板の間に、試料を挟持し圧砕して赤外線分析用の試料とする。この上下窓板の材料としては、光の赤外線領域において透明で、かつ、試料を圧砕する応力によって破砕されることのない機械的強度を有し、かつ、試料とは非反応性の材料を用いる必要がある。このような材料としては、ダイヤモンド、サファイア、石英あるいはステンレス鋼などの材料が適している。この上窓板の材料と下窓板の材料が異なっていてもよい。
この上下窓材の表面は、入射光が、両表面で多重反射して測定光と重畳してスペクトルを歪ませることのないよう、粗面化する必要がある。本発明において、粗面化の程度は、１０点平均粗さにして１〜３０μｍの範囲、より好ましくは５〜２０μｍの範囲が望ましい。この平均粗さが、１μｍを下回った場合、窓板の試料面表面における多重反射を阻止することができず、スペクトルの歪みを除去することができない。一方、平均粗さが、３０μｍを越えた場合、入射光の散乱が大きく、赤外線分光装置に到達する光量が低下することから、分光装置の感度が低下してしまう。
また、本発明の窓材は、その外周面が鏡面であり、かつ、窓材の形状は、円錐台形をしていることが好ましい。これは、前述のように、窓材の試料に面した表面が粗面化している結果、入射赤外光が散乱し、その一部は、窓材側面にむけて反射される。そこで、この散乱光を再度試料層を通過させて、分析に使用するためであり、入射光が可能な限り分光装置に到達するように、集光する機能を発揮させるためである。
【００１３】
また、図１（ａ）中、５及び６は、一対の窓板保持部材であり、この窓板保持部材には、中央に赤外線が通過するように開口部が形成されている。そして、この開口部の中央部に一対の窓板が保持される。
この窓板保持部材５，６は、一対の窓板により試料を圧砕することから、十分な機械的強度を有している必要がある。この窓板保持部材は、ステンレス鋼などの鋼材によって製作することができる。
図１（ａ）には、この一対の窓板保持部材の端部に、ネジが切ってあり、上下の窓板保持部材５，６がボルト１０によって相互に固定されている。これは、ボルト１０を圧締することによって上下窓板１，２間に挟持されている試料を圧砕するためのものである。しかしながら、この圧締用のボルト１０及びネジ穴は、窓板保持部材に形成されている必要はなく、公知のクランプ機構による外部の力によって圧砕してもよい。また、この圧砕も人力によって行ってもよいし、モータなどの駆動装置を用いた機械力によって行ってもよい。このような、加圧機構は、種々公知の方法があり、適宜選択して用いることができる。
【００１４】
また、図１（ｂ）は、図１（ａ）における赤外線透過用開口部付近を拡大した図であり、図１（ａ）と同じ部材については同じ符号を付与している。すなわち、１，２が上下一対の窓板であり、５，６が窓板保持部材である。そして、図１（ｂ）において、上下窓板１，２の試料挟持側表面は粗面化されており、両窓板の間に、試料となる材料を挟持し、圧砕して測定に供することになる。
また、図１（ｂ）において、入射赤外光８は、その一部が、窓板表面及び試料層を多重反射せずに通過して、図示していないが図下部に配置されている赤外線分光装置に達する。また、入射赤外光の一部は、窓板の粗面によって乱反射され、その一部は、窓板側面に到達し、鏡面加工された窓板側面によって反射され、同じく赤外線分光装置方向に反射される。このようにして、適切な粗面度に粗面化された窓板によって、赤外線は多重反射することなく、かつ、窓板の側面形状によって効果的に試料を通過し赤外線分光装置に到達する。これによって、多重反射した光が測定光に重畳することなく、分光装置に入力されるため、歪みのない、スペクトルが得られる。
【００１５】
試料圧砕型分析用セルは、測定試料を加圧して押し潰すことのできる硬度と面積を持ち、かつ可視光領域と赤外光領域において透明な窓板と、さらに、窓板との間に測定試料を挟んで加圧して押し潰すことに耐えられる硬度と面積を持ち、その表面が分析光を反射する性質を持つとともに、表面が分析光により窓材との間において干渉を起こさない程度に非平滑化することを特徴とする下窓板を有し、それらが対向するように配置された構成を持ち、かつ下窓板を粗面化したことにより、散逸してしまう反射光を集光するように、窓板筐体の分析光の伝送路壁に散乱光が反射し検出器側へと導くように表面処理を施し、かつ上述の窓板およびベースで挟み込んだ測定試料を人力もしくは機械により押し潰せるように加圧できる加圧機構を具備する分析用セルである。上述の下窓板部分に上述の窓板と同じような条件の窓板を用い、片方、あるいは両方の窓板を粗面化した構成とすることで、透過光を測定できることは言うまでもない。
【００１６】
本発明において試料の状態、例えば液体、固体、弾性体、粘性体など、いかなる試料形態であっても分析可能であることも特徴と言える。
またベース部を熱伝導率の高い物質を用いることが可能であることから、例えば、熱による物性の変化、分子間や分子内での相互作用の変化などを測定することが可能である。
また試料空間の体積が微小であることから、大気中の水蒸気や、二酸化炭素などのような、分析上不都合となりうる物質の妨害を低減することができるという利点を有する。
【００１７】
【実施例】
（実施例）
図１に本発明の実施例で用いた分析用セルを示す。数百ミクロンから数十ミクロン程度の大きさを有する有機化合物を加圧して押し潰すことができる硬度と面積をもち、可視光領域と赤外光領域において透明な窓板として円錐台形のダイヤモンド窓板上（上底φ１．５ｍｍ、下底φ２ｍｍ、ｔ＝１ｍｍ）とダイヤモンド窓板下（上底φ２ｍｍ、下底２．５ｍｍ、ｔ＝１ｍｍ）を用いた。それぞれの窓板には試料をはさんだ際に干渉を起こさないよう、対向する２面をそれぞれ、ＪＩＳに規定されている仕上げ記号▽▽（算術平均粗さ（Ｒａ）＝３．２、最大高さ（Ｒｙ）＝１２．５、十点平均粗さ（Ｒｚ）＝１２．５）で表面に粗面加工を施した。
ダイヤモンドで作製した上窓板１と、同じくダイヤモンドで作製した下窓板２をステンレス製の上窓板保持部材５、下窓板保持部材６で固定した。この際、窓板保持部材のダイヤモンド窓板との接触部は鏡面加工を施してあり、測定時に赤外光が入射し、試料の付近で散乱光を発生した場合も再度集光できる性能を発揮するようにした。
この分析用セルに、シリコーン樹脂からなる試料を挟み込み、加圧するためねじを用いて上窓板保持部材、下窓板保持部材で固定した状態で、赤外分光装置を用いて透過法で測定した赤外線吸収スペクトルを図２に示す。
【００１８】
（比較例１）
一方、表面を粗面化しない窓板を用いて上記実施例と同一の試料を測定した赤外線吸収スペクトルを図２に示す。図２に見られるように、粗面化していない比較例の窓板を用いたスペクトルは干渉縞が入り、吸収ピークと干渉縞の分別は困難であった。
【発明の効果】
本発明を用いることで干渉縞の発生を抑えた赤外線吸収（ＩＲ）スペクトルを得ることができる。
すなわち、ベースを非平滑化することで、分析光の干渉を抑制することができ、例えば、試料の高品質な赤外吸収スペクトルを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の分析用セルの断面図。
【図２】  従来の分析用セルと本発明の分析用セルを用いて測定した赤外線吸収スペクトル。
【符号の説明】
１・・・上窓板
２・・・下窓板
３・・・試料
４・・・粗面化表面
５・・・上窓板保持部材
６・・・下窓板保持部材
７・・・窓板と窓板保持部材の接触部
８・・・赤外線
９・・・赤外線反射光
１０・・・ボルト
【図１】
0003669692.tif 000002
【図２】
0003669692.tif 000003