JP2960474B2 - ニコチンセンサ - Google Patents

ニコチンセンサ

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JP2960474B2 JP8913590A JP8913590A JP2960474B2 JP 2960474 B2 JP2960474 B2 JP 2960474B2 JP 8913590 A JP8913590 A JP 8913590A JP 8913590 A JP8913590 A JP 8913590A JP 2960474 B2 JP2960474 B2 JP 2960474B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、たばこ中のニコチン濃度など、試料中のニ
コチンの量を測定する装置に係わり、ニコチンについて
予め決められた波長の参照波長光と主波長光とを試料に
照射し、その反射光量に基づいて試料中のニコチンの量
を測定するようにしたニコチンセンサに関する。
〔従来の技術〕
従来技術としては、たばこ中のニコチンを分析する場
合、一般に化学的な分解分析法がある。このような化学
的な分解分析法は試料を破壊するため、分析用試料が多
量に必要で、また、繰り返し測定ができないという問題
がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
そこで、従来の分解分析法に対して、試料そのものは
非破壊のままでニコチンの濃度を測定できるようなニコ
チンセンサの開発が要求されている。
本発明は、ニコチンを含む試料についても、試料を破
壊することなく、ニコチンの濃度を精度良く測定できる
ようなニコチンセンサを提供することを課題とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題を解決するためになした本発明の請求項1
のニコチンセンサは、試料中のニコチンの量によって吸
収量が略変化しない参照波長光と該ニコチンの量によっ
て吸収量が変化する波長が1.67μm、2.23μmおよび2.
40μmの主波長光とを試料に照射し、この試料からの反
射光を光検出手段で検出して各反射光量に基づいて試料
中のニコチンの量を測定するニコチンセンサであって、
前記参照波長光と主波長光を予め設定された光軸方向の
略平行光束にして前記試料に照射する第1光学系と、上
記試料からの反射光を上記第1光学系の光軸と異なる光
軸方向から集光して前記光検出手段に導く第2光学系
と、上記第1光学系および第2光学系を外部環境から隔
離する密閉室であって第1光学系の光軸に直交する第1
ガラス窓と第2光学系の光軸に直交する第2ガラス窓を
有する密閉室と、上記密閉室内の水蒸気を排除する水蒸
気排除手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の請求項2のニコチンセンサは、表ガラ
スで試料の測定面を覆う試料容器を用い、上記試料中の
ニコチンの量によって吸収量が略変化しない参照波長光
と該ニコチンの量によって吸収量が変化する波長が1.67
μm、2.23μmおよび2.40μmの主波長光とを上記試料
容器の表ガラスを介して試料に照射し、この試料からの
反射光を光検出手段で検出して各反射光量に基づいて試
料中のニコチンの量を測定するニコチンセンサであっ
て、前記参照波長光と主波長光を予め設定された光軸方
向の略平行光束にして前記試料に照射する第1光学系
と、上記試料からの反射光を上記第1光学系の光軸と異
なる光軸方向から集光して前記光検出手段に導く第2光
学系と、上記第1光学系および第2光学系を外部環境か
ら隔離する密閉室であって第1光学系の光軸に直交する
第1ガラス窓と第2光学系の光軸に直交する第2ガラス
窓を有する密閉室と、上記密閉室内の水蒸気を排除する
水蒸気排除手段と、前記試料容器を前記第1光学系およ
び第2光学系の各光軸内に配置するとともに第1光学系
の光軸と前記第2光学系の光軸とが該試料容器の表ガラ
スにおいて反射条件を満足しないように当該試料容器を
支持する試料台と、を備えたことを特徴とする。
〔作 用〕
本発明の赤外分析装置において、参照波長光と主波長
光が第1光学系から第1ガラス窓を介して試料に照射さ
れ、この照射からの反射光は第2ガラス窓を介して第2
光学系によって光検出手段に集光され、この参照波長光
と主波長光の各反射光量に基づいて試料中の被測定物質
の量が測定される。
このとき、第1光学系と第2光学系は水蒸気排除手段
で水蒸気が排除された密閉室内に密閉されており、この
第1光学系と第2光学系の光路中の水蒸気等による測定
値への影響が低減される。
また、第1光学系からの光束は略平行光束でその光軸
に対して第1ガラス窓は直交するように設定されている
ので、この第1光学系からの光束の第1ガラス窓に対す
る入射角は略0゜になるため、この第1ガラス窓に対す
る透過率が大きくなり、試料に照射される参照波長光と
主波長光の光量の減少が少なくなって測定精度が高ま
る。同様に、第2ガラス窓は試料からの反射光を受光す
る第2光学系の光軸に対して直交するように設定されて
いるので、試料から第2光学系に向かう反射光の出射角
が略0゜になるため、第2ガラス窓に対する透過率が大
きくなり、第2光学系で受光する反射光の光量の減少が
少なくなって測定精度が高まる。
また、第1光学系の光軸と第2光学系の光軸とは角度
をなしているので、試料からの反射光を受光するための
第2光学系の光路内には第1光学系が存在せず、第2光
学系の光路を有効に利用して光検出手段における受光量
を多くすることができる。
さらに、試料を収容した試料容器を用いる本発明の請
求項2のニコチンセンサによれば、上記の作用に加え
て、試料容器の表ガラスでは第1光学系の光軸と第2光
学系の光軸とは反射条件を満足しないので、この試料容
器の表ガラスで反射される光が第2光学系に向かうこと
がなく、測定精度が影響されることがない。
〔実施例〕
第1図は本発明実施例のニコチンセンサを示す図であ
る。
図において、1は光源11とファン12を含む光源ボック
ス、2は光源11の光から参照波長光と測定波長光を生成
する光学装置、3は参照波長光と測定波長光を試料にし
てその反射光を受光する間の光路を密閉する密閉室、4
は密閉室3内に窒素ガスを充填して密閉室3から水蒸気
を排除するための排気装置である。
光学装置2は、集光レンズ21,22、回転ディスク23、
ディスク回転用モータ24、収束レンズ25、回転位置検出
器26を含んでいる。
第3図に示したように、回転ディスク23には、ニコチ
ン測定用に用いる1.67μm,2.23μm,2.40μmの各主波長
光をそれぞれ選択的に透過する干渉フィルター24a,23b,
23cと、これら主波長の近傍の波長を有する参照波長光
をそれぞれ選択的に透過する干渉フィルター23d,23e,23
fとが、それぞれディスクの同一円周上で取り付けられ
ており、ディスク回転モータ24によって回転ディスク23
が回転されると、各干渉フィルター23a〜23fは集光レン
ズ22と収束レンズ25間の光路を順次横切るようになって
いる。なお、回転ディスク23の近傍に配された回転位置
検出器26からの位置検出信号は図示しない制御回路に入
力されて、反射光量を検出するときのサンプリングの同
期が取られる。
密閉室3において、31は光源装置2の収束レンズ25か
らの光を斜め下方に反射するための反射ミラー、32は反
射ミラー31からの光を試料に照射するための照射レン
ズ、33は試料を入れた試料容器Aを収容するための試料
室、34は密閉室3の上部に配された凹面ミラー、35は受
光素子の受光面を凹面ミラー34に向けて配された光検出
装置である。
試料室33の上面には、照射レンズ32に対向する第1ガ
ラス窓331と、凹面ミラー34に対向する第2ガラス窓332
がそれぞれ配設され、底部にはガイドレール333に嵌合
されて同図面に対して垂直手前側に引き出されるスライ
ドケース334が配設され、このスライドケース334には、
後述の基準板と試料容器Aが載置されている。
照射レンズ32からの光束は略平行光束にされ、その光
軸L1は第1ガラス窓331に対して垂直にして試料容器A
に向けられている。また、試料容器Aから凹面ミラー34
を介して光検出装置35を結ぶ光軸L2は第2ガラス窓332
に対して垂直になるように設定されている。なお、この
光軸L1と光軸L2とは、図の紙面と平行な同一平面に位置
する。
上記の構成により、光源装置2からの参照波長光およ
び主波長光は、反射ミラー31で反射されて略平行光束の
状態で光軸L1に沿って第1ガラス窓331を介して試料容
器Aに照射され、この試料容器A内の試料Sからの反射
光は第2ガラス窓332を介して凹面ミラー34によって光
検出装置35の受光面に集光され、この光検出装置35の受
光出力は図示しない制御回路に入力されてニコチンの濃
度が演算される。
なお、上記濃度の演算式は、出力電圧を下記の多重回
帰式1に代入し、ニコチン濃度の既知な複数の濃度水準
毎にキャリブレーションすることにより求める。
Y=a0+a1log(1/X1)+a2log(1/X2)+…… …+anlog(1/Xn)…1 ただし、a0〜an:キャリブレーション係数 X1〜Xn:電圧圧力 排気装置4において、41は密閉室3に窒素ガスを供給
するボンベ、42は密閉室3に設けられた排気弁であり、
キャリブレーションおよび測定に先立って排気弁42を開
放状態にしてボンベ41の供給弁41aを開放し、所定時間
放置する。そして、所定時間経過後、供給弁41aと排気
弁42を閉じて密閉室3内に窒素ガスを充填する。これに
よって、密閉室3内の水蒸気が排除され、光学系の光路
中の水蒸気等による測定値への影響が低減される。
前記のように、第1ガラス窓331を通る光束は略平行
光束でその光軸L1は第1ガラス窓331に対して垂直にな
っているので、第1ガラス窓331に対する入射角が略0
゜となり、透過率が高くなっている。また、第2光軸L2
内には第2ガラス窓332以外の部材がないため凹面ミラ
ー34の口径が有効に利用される。したがって、光量損失
が小さくなり測定精度が高くなる。
第2図は試料室33の側断面図であり、スライドケース
334には上面が奥に向かって傾斜した2つの傾斜台334a,
334bが形成され、試料室33の開口33a側の傾斜台334aに
は試料Sを入れた試料容器Aが載置され、試料室33の奥
側の傾斜台334bには較正用の基準板Bが載置されてい
る。そして、このスライドケース334は図の矢印のよう
にガイドレール333に沿って摺動自在になっている。
スライドケース334の摺動方向は、前記照射レンズ32
の光軸L1と試料容器Aから凹面ミラー34に向かう光軸L2
とを含む平面に対して垂直になっており、この光軸L1,L
2とスライドケース334の位置関係は、第4図に示したよ
うに設定されている。すなわち、同図aに示したように
スライドケース334が所定位置に引き出された状態で
は、傾斜台334b(基準板B)が光軸L1,L2の位置にな
り、同図bに示したようにスライドケース334が試料室3
3内に収容された状態では、傾斜台334a(試料容器A)
が光軸L1,L2の位置になる。
そして、同図aの状態で試料容器Aを取り替えながら
基準板Bの測定に基づいて較正が行われ、同図bの状態
で試料容器A内の試料Sについてニコチン濃度の測定が
行われる。
同図からもわかるように、光軸L1と光軸L2とは、試料
容器Aの表ガラスA1あるいは基準板Bの表ガラスB1のい
ずれの表面でも反射の条件を満足しないため、照射レン
ズ32からの参照波長光および測定波長光のうち、表ガラ
スA1(あるいは表ガラスB1)による反射光が測定精度に
影響を及ぼすことがない。
上記の実施例の赤外分析装置はニコチンセンサーを構
成しているが、干渉フィルター23a,23b,…を適宜選定し
て、測定対象とする特定物質に応じて参照波長光および
主波長光の波長を選択することにより、他の赤外分析装
置として構成することもでき、高い測定精度が得られ
る。
また、上記の実施例では、表ガラスで試料をカバーす
る試料容器を用いる場合について説明したが、上記のよ
うな試料容器を用いないで、器等に試料を入れ、この器
を試料室に収容して測定を行うような場合にも同様の効
果が得られることはいうまでもない。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明の請求項1および請求項2
のニコチンセンサは、試料中のニコチンの量によって吸
収量が略変化しない参照波長光とニコチンの量によって
吸収量が変化する波長が1.67μm、2.23μmおよび2.40
μmの主波長光とを試料に照射し、この試料からの反射
光を光検出手段で検出して各反射光量に基づいて試料中
のニコチンの量を測定するニコチンセンサであって、参
照波長光と主波長光を試料に照射する第1光学系からの
光束を略平行光束にし、かつ、その光軸と試料からの反
射光を光検出手段に導く第2光学系の光軸とを異なる方
向にするとともに、内部の水蒸気が排除される密閉室内
に各光学系を収容し、各光学系に対して試料を望ませる
ために密閉室に設けた2のガラス窓を各光学系の光軸に
対して直交させるようにしたので、第2光学系の光路内
からガラス窓以外の部材を排除でき、光路を有効に利用
して光検出手段における受光量を多くすることができ、
第1光学系と第2光学系の光路中の水蒸気等による測定
値への影響を低減することができ、さらに、密閉室に設
けた2のガラス窓の透過率の低減を少なくすることがで
きる。
したがって、ニコチンのように光の吸収エネルギーが
微弱な物質についても赤外分光法によってニコチンの濃
度を精度良く測定することができる。
また、表ガラスで試料の測定面を覆う試料容器を用い
て参照波長光と主波長光とを試料容器の表ガラスを介し
て試料に照射するようにした本発明の請求項2のニコチ
ンセンサは、上記の構成に加えて、試料容器を第1光学
系および第2光学系の各光軸内に配置するとともに第1
光学系の光軸と前記第2光学系の光軸とが該試料容器の
表ガラスにおいて反射条件を満足しないように当該試料
容器を支持する試料台を用いるようにしたので、前記の
作用とともに、試料容器の透明板で反射される光が第2
光学系に向かうことがなくなり、測定精度が影響される
ことがない。
したがって、ニコチンのように光の吸収エネルギーが
微弱な物質についても赤外分光法によってニコチンの濃
度を精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の赤外分析装置を示す図、第2図
は実施例の赤外分析装置における試料室の側断面を示す
図、第3図は実施例における回転ディスクを示す図、第
4図は実施例における光軸とスライドケースの位置関係
を説明する図である。 1……光源ボックス、2……光学装置、3……密閉室、
33……試料室、331……第1ガラス窓、332……第2ガラ
ス窓、334……スライドケース、334a,334b……傾斜台、
4……排気装置、41……ホンベ、41a……供給弁、42…
…排気弁、L1,L2……光軸、A……試料容器、A1……表
ガラス、S……試料。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−77128(JP,A) 特開 平2−35339(JP,A) 特開 昭64−84134(JP,A) 実開 平1−137459(JP,U) 実開 昭55−38288(JP,U) 実開 昭63−54055(JP,U) Ancl Proc.Vol.20 N o.2(1983)69−72 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 21/00 - 21/61 JOIS

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料中のニコチンの量によって吸収量が略
    変化しない参照波長光と該ニコチンの量によって吸収量
    が変化する波長が1.67μm、2.23μmおよび2.40μmの
    主波長光とを試料に照射し、この試料からの反射光を光
    検出手段で検出して各反射光量に基づいて試料中のニコ
    チンの量を測定するニコチンセンサであって、 前記参照波長光と主波長光を予め設定された光軸方向の
    略平行光束にして前記試料に照射する第1光学系と、 上記試料からの反射光を上記第1光学系の光軸と異なる
    光軸方向から集光して前記光検出手段に導く第2光学系
    と、 上記第1光学系および第2光学系を外部環境から隔離す
    る密閉室であって第1光学系の光軸に直交する第1ガラ
    ス窓と第2光学系の光軸に直交する第2ガラス窓を有す
    る密閉室と、 上記密閉室内の水蒸気を排除する水蒸気排除手段と、 を備えたことを特徴とするニコチンセンサ。
  2. 【請求項2】表ガラスで試料の測定面を覆う試料容器を
    用い、上記試料中のニコチンの量によって吸収量が略変
    化しない参照波長光と該ニコチンの量によって吸収量が
    変化する波長が1.67μm、2.23μmおよび2.40μmの主
    波長光とを上記試料容器の表ガラスを介して試料に照射
    し、この試料からの反射光を光検出手段で検出して各反
    射光量に基づいて試料中のニコチンの量を測定するニコ
    チンセンサであって、 前記参照波長光と主波長光を予め設定された光軸方向の
    略平行光束にして前記試料に照射する第1光学系と、 上記試料からの反射光を上記第1光学系の光軸と異なる
    光軸方向から集光して前記光検出手段に導く第2光学系
    と、 上記第1光学系および第2光学系を外部環境から隔離す
    る密閉室であって第1光学系の光軸に直交する第1ガラ
    ス窓と第2光学系の光軸に直交する第2ガラス窓を有す
    る密閉室と、 上記密閉室内の水蒸気を排除する水蒸気排除手段と、 前記試料容器を前記第1光学系および第2光学系の各光
    軸内に配置するとともに第1光学系の光軸と前記第2光
    学系の光軸とが該試料容器の表ガラスにおいて反射条件
    を満足しないように当該試料容器を支持する試料台と、 を備えたことを特徴とするニコチンセンサ。
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