(57)【要約】【課題】光測定における流体試料中の成分を測定するなどの目的で用いられる流体試料用フローセルにおいて、流体試料の温度などの測定条件によっては流体試料用フローセルの窓板に結露が発生してしまうため、正確な測定をすることができなくなってしまう。【解決手段】流体試料用フローセルにおいて光線が通過する窓板を複数の窓板を有する構造とし、その間に空気層や真空層を挟持することにより、窓板の窓面における結露の発生を抑制することができ、流体試料の温度や外気の温度、湿度などの測定環境に依存せず安定した測定が可能となる。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体試料に光線を照射し前記流体試料に関する情報を得る光計測において、前記光線が入射し前記流体試料が前記光線の光軸に沿って通過する測定用流路と、該測定用流路の両端に配置し前記測定用流路に前記光線を通過させる窓材とを有する流体試料用フローセルであって、前記窓材が複数の窓板を有する流体試料用フローセル。
【請求項２】
前記窓板はガラスまたは透明プラスチックであることを特徴とする請求項１に記載の流体試料用フローセル。
【請求項３】
前記複数の窓板間に空気層を挟持することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体試料用フローセル。
【請求項４】
前記空気層は乾燥気体で満たされていることを特徴とする請求項３に記載の流体試料用フローセル。
【請求項５】
前記複数の窓板間に真空層を挟持することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流体試料用フローセル。
【請求項６】
前記窓材は反射防止膜を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の流体試料用フローセル。
【請求項７】
前記窓板以外の外面を断熱材で覆うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の流体試料用フローセル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体試料用フローセルの構造に関し、特に光線を透過させる長光路長のフローセルにおいて、流体試料の温度が広い範囲において、特に装置を付加することなく安定した光測定を行うことが可能な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流体試料用フローセルは主に、流体試料中の様々な成分を連続的に定量測定するなどの目的で用いられる。例えば、流体試料用フローセルに光を入射したときの透過光を光電変換した信号を用いて測定を行う光測定装置としては旋光度計や分光光度計などが広く知られている。図４は一般的な旋光度計の構成を示す概略図である。図４において、光源４０１より出射した光線を偏光子４０２に照射する。偏光子４０２によって光線は偏光子４０２の透過軸方向に光軸を持つ直線偏光となり、次に直線偏光を旋光角変調素子４０３に照射する。旋光角変調素子４０３としては、例えば、液晶素子やファラデー素子などが挙げられる。旋光角変調素子４０３を通過する際に直線偏光はその偏光方向が変調される。次に偏光方向が変調された直線偏光を試料の入った流体試料用フローセル４０４に照射する。ここで、直線偏光は流体試料用フローセル４０４を通過する際、流体試料内に含まれる旋光性物質によって旋光する。次に流体試料用フローセル４０４を通過した光線を検光子４０５に照射することで、検光子４０５の透過軸方向の光成分のみが透過し、光検出器４０６の受光部に到達する。このとき例えば、検光子４０５を回転させて、光検出器４０６で検出される光強度が最小となるときの検光子４０５の角度を測定するなどの方法により試料による旋光度を測定することが出来る。
【０００３】
ここで、旋光度より流体試料内の旋光性成分の濃度を求める原理は式１に基づく。
θ（λ）＝α（λ）・ｃ・Ｌ（式１）
ここで、θ（λ）は光線の波長をλとしたときの旋光度、α（λ）は光線の波長をλとしたときの旋光性成分の比旋光度、ｃは流体試料内における旋光性成分の濃度、Ｌは流体試料用フローセルの光路長である。式１において、比旋光度α（λ）は旋光性成分固有の係数であり、光路長Ｌも同様に測定前に既知の値であるため、試料に光線を入射したときの旋光度θ（λ）を測定することにより、旋光性成分の濃度ｃを求めることが出来るものである。
【０００４】
上述のような旋光度計や、分光光度計などで流体試料内の成分濃度などを光を用いて測定する際、流体試料の温度は常に室温で測定するわけではなく、室温以外の温度で測定することがある。このとき、流体試料の温度が低温の場合に測定を行う際、流体試料用フローセルの壁面が結露する恐れがある。結露は、流体試料の温度に加え、流体試料と外気の温度差や、外気の湿度などの測定条件によって発生の有無が変化するものである。ここで、特に流体試料用フローセルの窓面が結露した場合、結露した窓面において光線が散乱や屈折などを起こしてしまうため、正確な測定ができなくなってしまう。また、光学素子はその特性が温度依存性を持っているものが多いため、流体試料の温度と測定系の温度差がある場合に流体試料の温度が測定系に伝わってしまうと、測定値に影響を及ぼしてしまう恐れがある。
【０００５】
そこで、この問題を解決するために、試料セルを試料室内に配置し、試料室内に乾燥気体を導入することによって結露の発生を防ぐ方法が用いられている。更に、例えば特許文献１によれば、試料室内に配置した試料セルの壁面に向けて噴射ノズルを配置し、外部から供給される乾燥気体を試料セル壁面に吹き付けることによって試料セルの壁面における結露の発生をより抑える構造としている。また、流体試料と測定系の温度差を小さくする
ために、ヒーターなどを用いてあらかじめ流体試料の温度を調節するなどの方法も考えられる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−５６２８５号公報（２−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前述の従来技術では以下に示す問題を有している。試料室内に配置した試料セルの壁面に向けて噴射ノズルを配置し、外部から供給される乾燥気体を試料セル壁面に吹き付けることによって試料セルの壁面における結露の発生をより抑えるといった方法は、測定に必要な装置の他に、試料室、乾燥気体や噴射ノズルが必要となり、装置全体が複雑化、大型化してしまう。また、気体を吹き付けることにより試料セルの壁面に圧力がかかるため、測定に際して常に同量の噴射量で気体を供給しない限り、試料セルの壁面の微妙なゆがみが変化し、測定精度の低下を招く恐れがある。また、流体試料と測定系の温度差を小さくするために、ヒーターなどを用いてあらかじめ流体試料の温度を調節する方法においても同様に、温度測定を行う装置やヒーターなどの温調装置が必要となり、装置全体の複雑化、大型化を招く。
【０００８】
そこで、本発明では上述した従来技術による問題点を解消するため、簡単な構成でフローセルの窓板における結露を防止し、また、簡単なフローセルの構成で流体試料の温度が測定系に伝わらないようにする事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの課題を解決するために本発明による流体試料用フローセルは、下記に記載の手段を採用する。すなわち本発明の流体試料用フローセルは、流体試料に光線を照射し前記流体試料に関する情報を得る光計測において、光線が入射し流体試料が光線の光軸に沿って通過する測定用流路と、測定用流路の両端に配置し測定用流路に光線を通過させる窓材と、を有する流体試料用フローセルであって、窓材が複数の窓板を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の流体試料用フローセルにおける窓板はガラスまたは透明プラスチックであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の流体試料用フローセルにおける複数の窓板間に空気層を挟持することが好ましい。
【００１２】
また、本発明の流体試料用フローセルにおける空気層は乾燥気体で満たされていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の流体試料用フローセルにおける複数の窓板間に真空層を挟持することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の流体試料用フローセルにおける窓材は反射防止膜を有することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の流体試料用フローセルは窓板以外の外面を断熱材で覆うことが好ましい。
【００１６】
（作用）
光測定における流体試料中の成分を測定するなどの目的で用いられる流体試料用フロー
セルにおいて、流体試料の温度が測定環境の温度に対して低い場合など、測定条件によっては流体試料用フローセルの窓板に結露が発生してしまうため、正確な測定をすることができなくなってしまう。そこで、流体試料用フローセルにおいて光線が通過する窓板を複数の窓板を有する構造とし、その窓板間に空気層や真空層を挟持することにより、窓板の窓面における結露の発生を抑制することができ、流体試料の温度や外気の温度、湿度などの測定環境に依存せず安定した測定が可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
以上の説明のように、本発明の流体試料用フローセルにおいては、下記に記載する効果を有する。
【００１８】
旋光度計や分光光度計などの光測定において流体試料中の様々な成分を連続的に定量測定するなどの目的で用いられる流体試料用フローセルにおいて、流体試料の温度が測定環境の温度に対して低い場合など、測定条件によっては流体試料用フローセルの窓板に結露が発生してしまうため、正確な測定をすることができなくなってしまう。これを防ぐために乾燥気体で満たした試料室などに流体試料用フローセルを配置するなどの方法を用いると、装置全体が大型化、複雑化してしまう。そこで、装置全体の大型化や複雑化を招かずに結露を防止する方法として、流体試料用フローセルにおいて光線が通過する窓板を複数の窓板を有する構造とし、その窓板間に空気層や真空層を挟持することにより、窓板の窓面における結露の発生を抑制することができ、流体試料の温度や測定環境の温度、湿度などの測定条件に依存せず安定した測定が可能となる。
【００１９】
また更に、流体試料用フローセルの光線が通過する窓板以外の外面に断熱材を配置することにより、窓板以外の壁面などにおける結露の発生を抑えることができ、また、流体試料の温度が流体試料用フローセルの筐体を通じて測定装置に伝わることを防ぐことができる。これは、結露は漏電など測定装置に悪影響を及ぼす可能性があり、また、測定装置の温度が流体試料によって変化してしまうと、測定装置に配置される様々な光学素子の特性が変化してしまい正確な測定ができなくなってしまう可能性があるが、これを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を用いて本発明を利用した流体試料用フローセルの最適な実施形態を説明する。
【００２１】
（第一の実施形態）
図１、図２は本発明の第一の実施形態を示す図である。図１は本実施形態における流体試料用フローセルの外形図を示し、図２は本実施形態における流体試料用フローセルの断面図を示す。図１、図２における流体試料用フローセル１０１において、流体試料を流し流体試料内の成分を測定するために光線１０５を通過させるための流路である測定用流路１０２は測定用流路１０２中を通過する光線１０５の軸に沿った方向に配置する。また、測定用流路１０２に光線１０５を通過させ、かつ、流体試料が流体試料用フローセル１０１の外に流れ出ないように、測定用流路１０２の両端に第一の窓板１０３を配置する。第一の窓板１０３は光線１０５が通過するため、透過率の高い素材である必要があり、素材としてはガラスや、透明プラスチックなどが考えられる。
【００２２】
本実施形態においては更に、第一の窓板１０３の測定用流路１０２側からみて外側に第二の窓板１０４を配置する。第二の窓板１０４も第一の窓板１０３と同様に光線１０５が通過するため、透過率の高い素材である必要がある。すなわち、本実施例においては光線１０５は流体試料用フローセル１０１を通過するにあたり、まず第二の窓板１０４に入射し、次に第一の窓板１０３、測定用流路１０２を通過し、第一の窓板１０３、第二の窓板
１０４を通過して出射してくるものである。ここで、第一の窓板１０３と第二の窓板１０４の窓面には反射防止膜を配置するものとする。反射防止膜により、窓面における光線１０５の反射を防ぐことができ、光源への戻り光を防ぐことができるものである。また、このとき第一の窓板１０３と第二の窓板１０４の間には隙間を設け、第一の窓板１０３、第二の窓板１０４と流体試料用フローセル１０１の筐体との間で密封された空間を作る。本実施形態においてはこの空間を空気で満たした空気層１０６とする。
【００２３】
ここで、流体試料用フローセル１０１に流体試料が流れてきた場合、入射した光線１０５は第二の窓板１０４、空気層１０６、第一の窓板１０３を通過し、流体試料に到達する。ここで、流体試料を通過する際、その流体試料内の成分により光線１０５の旋光度や光量などの特性が変化し、第一の窓板１０３、空気層１０６、第二の窓板１０４を通過して出射してくる。よって、この出射した光線１０５の特性を測定することにより、流体試料内の成分を測定することができるものである。
【００２４】
ここで、例えば流体試料の温度が外気温に比べて低く、かつ外気の湿度が高い場合などは、流体試料を流すことにより、流体試料用フローセル１０１の外壁に結露が発生することが予測できる。上述の通り、結露は流体試料の温度に加え、流体試料と外気の温度差や、外気の湿度などの条件によって発生の有無が変化するものである。この時、光線１０５が通過する窓面に結露が発生した場合は、結露により光線１０５が散乱、屈折などを起こしてしまうため、正確な測定を行うことはできなくなってしまう。本実施形態においては第一の窓板１０３と第二の窓板１０４を使用し、その間に空気層１０６を挟持することにより、窓面における結露の発生を抑えることが可能である。これは、空気層１０６により、流体試料の温度が第二の窓板に到達する前に緩和されるためで、第二の窓板における両側の温度差が小さくなり、結露が起こりにくくなるものである。
【００２５】
上述のように、流体試料用フローセルにおいて、光線１０５が通過する窓材を複数の窓板を有する構造とし、窓板間に空気層１０６を挟持することにより、流体試料と外気の温度差が大きい場合でも、窓面における結露の発生を抑えることができ、結露による測定の妨げを防ぐことができるものである。また、本実施形態における空気層１０６には乾燥窒素などの乾燥気体を充満させることにより、より結露防止の効果が得られる。
【００２６】
上述の実施形態において、更に、流体試料用フローセル１０１の光線１０５が通過する窓板以外の外面に断熱材を配置することにより、窓板以外の壁面などにおける結露の発生を抑えることができ、また、流体試料の温度が流体試料用フローセル１０１の筐体を通じて測定装置に伝わることを防ぐことができる。これは、測定装置に配置される様々な光学素子には温度によりその特性が変化するものがあるため、流体を流すことにより光学素子の温度が変化してしまうと正確な測定ができなくなってしまうが、断熱材を用いて流体試料の温度を伝わりにくくことにより光学素子の温度変化を防ぐことができ、正確な測定が可能となるものである。
【００２７】
（第二の実施形態）
次に第二の実施形態について説明する。図３は本実施形態における流体試料用フローセルの断面図を示す。図３における流体試料用フローセル３０１において、第一の実施形態と同様、流体試料を流し流体試料内の成分を測定するために光線１０５を通過させるための流路である測定用流路１０２は光線１０５の軸に沿った方向に配置する。また、測定用流路１０２に光線１０５を通過させ、かつ、流体試料が流体試料用フローセル１０１の外に流れ出ないように、測定用流路１０２の両端に第一の窓板１０３を配置し、更に、第一の窓板１０３の測定用流路１０２側からみて外側に第二の窓板１０４を配置する。ここで、第一の実施形態と同様、第一の窓板１０３と第二の窓板１０４の窓面には反射防止膜を配置することにより、窓面における光線１０５の反射を防ぐことができ、光源への戻り光
を防ぐことができる。
【００２８】
本実施形態においては、第一の窓板１０３と第二の窓板１０４の間に隙間を設け、第一の窓板１０３、第二の窓板１０４と流体試料用フローセル１０１の筐体との間で密封された空間を真空層３０２とする。ここで、流体試料用フローセル３０１に流体試料が流れてきた場合、入射した光線１０５は第二の窓板１０４、真空層３０２、第一の窓板１０３を通過し、流体試料に到達する。ここで、流体試料を通過する際、その流体試料内の成分により光線１０５の旋光度や光量などの特性が変化し、第一の窓板１０３、真空層３０２、第二の窓板１０４を通過して出射してくる。よって、この出射した光線１０５の特性を測定することにより、流体試料内の成分を測定することができるものである。
【００２９】
ここで第一の実施形態と同様、例えば流体試料の温度が外気温に比べて低く、かつ外気の湿度が高い場合などは、流体試料を流すことにより、流体試料用フローセル１０１の外壁に結露が発生することが予測できる。この時、光線１０５が通過する窓面に結露が発生した場合は、結露により光線１０５が散乱、屈折などを起こしてしまうため、正確な測定を行うことはできなくなってしまう。本実施形態においては第一の窓板１０３と第二の窓板１０４を使用し、その間に真空層３０２を挟持することにより、窓面における結露の発生を抑えることが可能である。これは、真空層３０２が流体試料の温度が第二の窓板に到達するのを遮断するためで、第二の窓板における両側の温度差が小さくなり、結露を起こりにくくすることが可能となる。ここで、真空層３０２を挟持するためには流体試料用フローセル３０１の組み立てを真空内で行う必要などがあるが、真空の状態は気体が存在する場合と比較して温度を伝えにくいため、より結露防止の効果が高まるものである。
【００３０】
上述のように、流体試料用フローセルにおいて、光線１０５が通過する窓板を複数の窓板を有する構造とし、窓板間に真空層３０２を挟持することにより、流体試料と外気の温度差が大きい場合でも、窓面における結露の発生を抑えることができ、結露による測定の妨げを防ぐことができるものである。
【００３１】
上述の実施形態において、第一の実施形態と同様、更に、流体試料用フローセル３０１の光線１０５が通過する窓板以外の外面に断熱材を配置することにより、窓板以外の壁面などにおける結露の発生を抑えることができ、また、流体試料の温度が流体試料用フローセル１０１の筐体を通じて測定装置に伝わることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第一の実施形態における流体試料用フローセルの構成を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施形態における流体試料用フローセルの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第二の実施形態における流体試料用フローセルの構成を示す断面図である。
【図４】従来における旋光計の概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０１  流体試料用フローセル
１０２  測定用流路
１０３  第一の窓板
１０４  第二の窓板
１０５  光線
１０６  空気層
３０２  真空層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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