JP2004020262A

JP2004020262A - Photothermal conversion spectroscopic method and apparatus therefor

Info

Publication number: JP2004020262A
Application number: JP2002172702A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yamaguchi; 山口　淳; Akihiko Hattori; 服部　明彦
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2004-01-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photothermal conversion spectroscopic method and an apparatus therefor which can detect, when a solution sample contains a plurality of target substances, individual target substances with high sensitivity. <P>SOLUTION: The photothermal conversion spectroscopic apparatus comprises a plate-like member 20 provided internally with a passage 204 for the flow of a solution sample, an optical fiber 10 with a plurality of lenses at one side across the plate-like member 20, and a photoelectric converter 401 for detecting detection light at the other side from the optical fiber 10. The optical fiber irradiates and collects excitation lights with different frequencies and detection light with and from the solution sample through refraction distribution rod lens 102. The same number of the optical fibers 10 with lenses as that of excitation lights are arranged along the flow passage 204. The concentrations of the plurality of target substances in the solution sample are calculated based on the heat lens signal strength when the excitation lights with different frequencies from the optical fiber 10 are irradiated simultaneously. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光熱変換分光分析方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体や生体試料、あるいは各種の液体試料等の分析や測定を行う方法として分光分析方法が広く利用されてきている。しかし、従来の分光分析方法では、微小空間での微量な物質あるいは微小な物質を分析する場合には、測定条件として真空が必要であったり、電子ビームやイオンビームの利用にともなって、溶液試料が破壊されたり損傷されたりする等の問題があった。また、生体組織等の超微量の溶液試料を扱う場合には、光学領域の顕微鏡の使用が必須となるが、高精度で高い空間分解能での分析が必要とされるこのような光学領域の顕微鏡として実際的に利用されているのはレーザ蛍光顕微鏡に限られており、このため、分析の対象もおのずと蛍光分子に限られている。このような事情から、測定条件として真空を必要とすることがなく、非接触、非損傷での分析が可能であって、しかも分析対象が蛍光分子に限定されることなしに、高精度で、高い空間分解能での分析が可能な分析方法が求められてきた。
【０００３】
これらの要求を満たす分析方法として、光熱変換現象による熱レンズ効果を利用した光熱変換分光分析法が注目されている。
【０００４】
この光熱変換分光分析法は、溶液試料に光を集光照射したときに溶液試料中の検出対象物質の光吸収に起因してその後放出される熱エネルギーによって溶媒が局所的に温度上昇して屈折率が変化し、その結果熱レンズが形成されるという光熱変換効果を利用するものである。
【０００５】
図７は、熱レンズの原理の説明図である。
【０００６】
図７において、対物レンズを介して励起光を極微量の溶液試料に集光照射すると光熱変換効果が誘起される。多くの物質では温度上昇に伴い屈折率が小さくなるので、励起光が集光照射された溶液試料は、集光中心付近は温度上昇により屈折率が低下し、熱拡散により周囲にいくにつれて温度上昇の度合いが低くなるので屈折率の低下も少なくなっていく。光学的にはこの屈折率分布はちょうど凹レンズと同じ効果を持つので、この効果を熱レンズ効果と呼び、効果の大きさ、即ち凹レンズの度数は溶液試料中の検出対象物質の光吸収度に比例する。また、屈折率が温度が高くなるに従い大きくなる場合は凸レンズが形成される。
【０００７】
このように、上記光熱変換分光分析法は、熱の拡散、即ち屈折率の変化を観察するものであるので、溶液試料中の極微量の検出対象物質の濃度を検出するのに適している。
【０００８】
上記光熱変換分光分析法を実行する光熱変換分光分析装置としては、例えば特開平１０−２３２２１０号公報に記載されたものが提案されている。
【０００９】
このような光熱変換分光分析装置においては、溶液試料は顕微鏡の対物レンズの下方の測定部に配置され、励起光用光源から出力された所定波長の励起光は、顕微鏡に入射し、この顕微鏡の対物レンズによって溶液試料中の極微小領域に集光照射される。この集光照射位置を中心として溶液試料中に熱レンズが形成される。
【００１０】
一方、検出光用光源から出力され、波長が励起光と異なる検出光は、顕微鏡を介して励起光により溶液試料に形成された熱レンズに集光照射された後、溶液試料を透過して発散または集光する。この溶液試料から発散又は集光して出射された光は信号光となり、その信号光は、集光レンズ及びフィルタ又はフィルタのみを経て検出器により検出される。検出された信号光の強度は、溶液試料中に励起光を照射したことによる熱レンズ効果の大きさに応じて変化するものである。
【００１１】
上記検出光に関しては、励起光と同じ周波数でもよく、また励起光が検出光を兼ねることもできる。しかしながら、一般的には励起光と検出光の周波数を異なるものとした場合の方が良い感度が得られる。
【００１２】
また、光熱変換分光分析法により溶液試料中の極微小の検出対象物質を検出する場合、励起光並びに検出光をできるだけ小さく絞る必要があり、さらにその感度を高くするためには、測定に用いられる励起光をできるだけ小さく絞り、単位体積当りに照射される励起光の量を増加させて光熱変換に利用されるエネルギーを高くするとともに、励起光によって形成された熱レンズを収差の少ないレンズとする必要がある。このため、励起光の光源としては通常レーザが用いられる。レーザは位相が揃っているコヒーレント光であるとともに、非常に方向性が揃っているので、集光レンズを用いて小さく絞るのに適しているからである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、励起光としてレーザを用いた場合は、その周波数が固定されてしまうため、複数の検出対象物質を含む溶液試料の場合は夫々の検出対象物質の信号がかぶさって分離できず、各物質ごとの検出ができない。このため、予め検出位置に検出対象物質が１つしか含まれないように測定前に分離しておく必要があった。
【００１４】
また、上記従来の光熱変換分光分析装置は、光源や、測定部や検出器の光学系等が複雑にシステムアップされているので、大型であり可搬性にかけていた。そのため、光熱変換分光分析装置を利用して分析を行ったり、化学反応を行う際には、その場所や操作が限定されるという問題がある。
【００１５】
また、上述のような光熱変換分光分析装置は励起光及び検出光を空間光として溶液試料まで導いているので、光源、ミラー、レンズ等の光学系の各部品を堅固な定盤の上に固定することによって、それらが測定中に動くことを防止する必要がある。さらに、温度等の環境の変化によって励起光及び検出光の光軸がずれた場合に、そのずれを調整するための治具が必要である。これらも、光熱変換分光分析装置が大型化して、可搬性を欠く原因となっている。
【００１６】
多くの場合、熱レンズ効果を用いた光熱変換分析法を用いる場合には、励起光の焦点位置と検出光の焦点位置が異なっていることが必要となる。
【００１７】
図８は、励起光の光軸方向（Ｚ方向）に関する熱レンズの形成位置と検出光の焦点位置の説明図であり、（ａ）は対物レンズが色収差をもつ場合を示し、（ｂ）は対物レンズが色収差を持たない場合を示す。
【００１８】
対物レンズ１３０が色収差を持つ場合は、図８（ａ）に示すように、熱レンズ１３１は励起光の焦点位置１３２に形成されると共に、検出光の焦点位置１３３は△Ｌだけ励起光の焦点位置１３２からずれるので、この検出光により熱レンズ１３１の屈折率の変化を検出光の焦点距離の変化として検出することができる。一方、対物レンズ１３０が色収差を持たない場合は、図８（ｂ）に示すように、検出光の焦点位置１３３は、励起光の焦点位置１３２に形成される熱レンズ１３１の位置とほぼ一致し、その結果、検出光は、熱レンズ１３１により偏向することはなく、熱レンズ１３１の屈折率の変化を検出することができない。
【００１９】
しかしながら、顕微鏡の対物レンズは、通常、色収差をもたないように製造されているので、上記の理由により、検出光の焦点位置１３３は、励起光の焦点位置１３２に形成される熱レンズ１３１の位置とほぼ一致し（図８（ｂ））、熱レンズ１３１の屈折率の変化を検出することができない。このため、測定の度に、熱レンズが形成される位置を、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、検出光の焦点位置１３３からずらしたり、図１０に示すように、図示しないレンズを用いて検出光を若干発散又は集光させて対物レンズに入射させることにより検出光の焦点位置１３２を熱レンズ１３１からずらしたりしなければならず、手間がかかるという問題もある。
【００２０】
本発明の目的は、溶液試料が複数の検出対象物質を含むときに、各検出対象物質について高感度に測定することができる光熱変換分光分析方法及びその装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の光熱変換分光分析方法は、励起光と検出光とを溶液試料に集光照射する集光照射工程と、前記励起光の集光照射によって前記溶液試料中に形成された熱レンズを透過した前記検出光の強度の変化を測定する測定工程とを有する光熱変換分光分析方法において、前記溶液試料は、周波数に関して吸収スペクトルが部分的に互いに重ならない少なくとも２つの検出対象物質を含み、前記励起光は、周波数が互いに異なると共に、前記検出対象物質と同数の光から成り、且つ当該同数の光の各周波数は、前記検出対象物質の１つのみが光吸収により熱レンズ形成を行うように設定されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項１記載の光熱変換分光分析方法によれば、周波数に関して吸収スペクトルが部分的に互いに重ならない少なくとも２つの検出対象物質を含む溶液試料に集光照射する励起光は、周波数が互いに異なると共に、検出対象物質と同数の光から成り、且つこの同数の光の各周波数は、検出対象物質の１つのみが光吸収により熱レンズ形成を行うように設定されているので、各検出対象物質について高感度に検出することができる。
【００２３】
請求項２記載の光熱変換分光分析方法は、励起光と検出光とを溶液試料に集光照射する集光照射工程と、前記励起光の集光照射によって前記溶液試料中に形成された熱レンズを透過した前記検出光の強度の変化を測定する測定工程とを有する光熱変換分光分析方法において、前記溶液試料は、吸収スペクトルが異なる少なくとも２つの検出対象物質を含み、前記励起光は、周波数が互いに異なる複数の光から成り、前記測定工程は、前記検出対象物質毎に、当該検出対象物質を溶媒に溶解して既知濃度の溶液とした基準溶液試料を作製する作製工程と、前記複数の光を前記検出対象物質毎に作製された基準溶液試料に照射して前記強度の変化を予め測定する第１の測定工程と、前記複数の光を前記溶液試料に照射して前記強度の変化を測定する第２の測定工程とを有することを特徴とする。
【００２４】
請求項２記載の光熱変換分光分析方法によれば、励起光を構成する周波数が互いに異なる複数の光を検出対象物質毎に作製された基準溶液試料に照射して検出光の強度の変化を予め測定し、前述の複数の光を溶液試料に照射して検出光の強度の変化を測定するので、これらの２つの測定を行う励起光を、溶液試料に含まれる各検出対象物質の吸収スペクトルの如何にかかわらず同じものとすることができ、その結果、装置の汎用性が非常に高くなる。
【００２５】
請求項３記載の光熱変換分光分析装置は、励起光と検出光とを溶液試料に集光照射する集光照射手段と、前記励起光の集光照射によって前記溶液試料中に形成された熱レンズを透過した前記検出光の強度の変化を測定する測定手段とを備える光熱変換分光分析装置において、前記溶液試料は、周波数に関して吸収スペクトルが部分的に互いに重ならない少なくとも２つの検出対象物質を含み、前記励起光は、周波数が互いに異なると共に、前記検出対象物質と同数の光から成り、且つ当該同数の光の各周波数は、前記検出対象物質の１つのみが光吸収により熱レンズ形成を行うように設定されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項３記載の光熱変換分光分析装置によれば、周波数に関して吸収スペクトルが部分的に互いに重ならない少なくとも２つの検出対象物質を含む溶液試料に集光照射する励起光は、周波数が互いに異なると共に、検出対象物質と同数の光から成り、且つこの同数の光の各周波数は、検出対象物質の１つのみが光吸収により熱レンズ形成を行うように設定されているので、各検出対象物質について高感度に検出することができる。
【００２７】
請求項４記載の光熱変換分光分析装置は、励起光と検出光とを溶液試料に集光照射する集光照射手段と、前記励起光の集光照射によって前記溶液試料中に形成された熱レンズを透過した前記検出光の強度の変化を測定する測定手段とを備える光熱変換分光分析装置において、前記溶液試料は、吸収スペクトルが異なる少なくとも２つの検出対象物質を含み、前記励起光は、周波数が互いに異なる複数の光から成り、前記測定手段は、前記検出対象物質毎に、当該検出対象物質を溶媒に溶解して既知濃度の溶液とした基準溶液試料を作製する作製手段と、前記複数の光を前記検出対象物質毎に作製された基準溶液試料に照射して前記強度の変化を予め測定する第１の測定手段と、前記複数の光を前記溶液試料に照射して前記強度の変化を測定する第２の測定手段とを備えることを特徴とする。
【００２８】
請求項４記載の光熱変換分光分析装置によれば、励起光を構成する周波数が互いに異なる複数の光を検出対象物質毎に作製された基準溶液試料に照射して検出光の強度の変化を予め測定し、前述の複数の光を溶液試料に照射して検出光の強度の変化を測定するので、これらの２つの測定を行う励起光を、溶液試料に含まれる各検出対象物質の吸収スペクトルの如何にかかわらず同じものとすることができ、その結果、装置の汎用性が非常に高くなる。
【００２９】
請求項５記載の光熱変換分光分析装置は、請求項３又は４記載の光熱変換分光分析装置において、前記集光照射手段は、１の集光レンズにより前記複数の光を順番に前記溶液試料に照射することを特徴とする。
【００３０】
請求項５記載の光熱変換分光分析装置によれば、１の集光レンズにより複数の光を順番に溶液試料に照射するので、集光照射手段は１つのみでよく、もって装置を小型化することができる。
【００３１】
請求項６記載の光熱変換分光分析装置は、請求項３又は４記載の光熱変換分光分析装置において、前記集光照射手段は、前記複数の光の数と同数の集光レンズにより同時に前記溶液試料に照射することを特徴とする。
【００３２】
請求項６記載の光熱変換分光分析装置によれば、溶液試料を照射する複数の光の数と同数の集光レンズにより同時に溶液試料に照射することを特徴とするので、複数の検出対象物質を同時に検出することができる。
【００３３】
請求項７記載の光熱変換分光分析装置は、請求項５又は６記載の光熱変換分光分析装置において、前記集光レンズは、屈折率分布型レンズであることを特徴とする。
【００３４】
請求項７記載の光熱変換分光分析装置によれば、集光レンズは、屈折率分布型レンズであるので、集光レンズを小さくすることができ、もって装置を小型化することができる。
【００３５】
請求項８記載の光熱変換分光分析装置は、請求項７記載の光熱変換分光分析装置において、前記屈折率分布型レンズは、ロッドレンズであることを特徴とする。
【００３６】
請求項８記載の光熱変換分光分析装置によれば、集光レンズは、屈折率分布型ロッドレンズであるので、集光レンズを非常に小型な円柱状レンズとすることができる結果、複数個を並べる場合でも光軸合わせが容易で面積を必要とせず、各レンズでの測定点を近接することができ、もって各レンズでの測定条件を同一にして測定することができる。
【００３７】
請求項９記載の光熱変換分光分析装置は、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の光熱変換分光分析装置において、前記集光レンズまで前記励起光及び前記検出光を導く誘導光学系に光ファイバが用いられていることを特徴とする。
【００３８】
請求項９記載の光熱変換分光分析装置によれば、誘導光学系が光ファイバであるので、励起光と検出光の光軸を確実に同軸とできる結果、励起光と検出光の光軸調整を不要とし、且つ光軸調整用の治具も不要とすることができる。
【００３９】
請求項１０記載の光熱変換分光分析装置は、請求項９記載の光熱変換分光分析装置において、前記集光レンズは、前記励起光及び前記検出光を伝搬する前記光ファイバの端部に固定されたことを特徴とする。
【００４０】
請求項１０記載の光熱変換分光分析装置によれば、集光レンズが光ファイバの端部に固定されているので、励起光、検出光及び集光レンズの光軸が常に同軸となる結果、励起光、検出光及び集光レンズの光軸調整を不要とし、且つ光軸調整用の治具も不要とすることができる。
【００４１】
請求項１１記載の光熱変換分光分析装置は、請求項９又は１０記載の光熱変換分光分析装置において、前記光ファイバは、前記励起光と前記検出光をシングルモードで伝搬することを特徴とする。
【００４２】
請求項１１記載の光熱変換分光分析装置によれば、光ファイバが励起光と検出光をシングルモードで伝搬するので、光ファイバから出射される光は常にガウス分布になり励起光を小さく絞ることができる結果、光熱変換に利用されるエネルギーを高くすることができるとともに励起光によって形成された熱レンズを収差の少ないレンズにすることができ、正確で感度の高い測定ができる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る光熱変換分光分析装置を図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００４４】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光熱変換分光分析装置の概略構成を示す模式図である。
【００４５】
図１において、流路付き板状部材２０は、３層に重ねて接着されたガラス基板２０１，２０２，２０３から成り、ガラス基板２０２にはさらに溶液試料を流す流路２０４が形成されている。
【００４６】
本実施の形態においては、流路付き板状部材２０は、この流路２０４の中を流れる溶液試料中の検出対象物質の検出を光熱変換分光分析により行うものであるが、これに限定されるわけでなく、例えば、検出対象物質の混合、攪拌、合成、分離、抽出等を行ってもよい。また、これらは、分離だけを目的としたような単一の機能のみで用いられてもよく、また複合的に用いられてもよい。
【００４７】
この流路付き板状部材２０の材料は耐久性、耐薬品性の面からガラスが望ましく、さらに、細胞等の生体溶液試料、例えばＤＮＡ解析用としての用途を考慮すると、耐酸性、耐アルカリ性の高いガラス、具体的には、ホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、石英ガラス等が望ましい。しかし、用途を限定することによってプラスチック等の有機物を用いることができる。
【００４８】
ガラス基板２０１，２０２，２０３同士を接着させる接着剤には、例えば、紫外線硬化型、熱硬化型、２液硬化型のアクリル系、エポキシ系の有機接着剤、及び無機接着剤等がある。また、熱融着によってガラス基板２０１，２０２，２０３を融着してもよい。
【００４９】
レンズ付き光ファイバ１０は、後述する屈折率分布型ロッドレンズ１０２が流路付き板状部材２０を構成するガラス基板２０１側となるように設置される。
【００５０】
レンズ付き光ファイバ１０は、光ファイバ１０１及びその一端に接続された屈折率分布型ロッドレンズ１０２を備えるものであり、光ファイバ１０１の外径を屈折率分布型ロッドレンズ１０２の外径と同一にするため、屈折率分布型ロッドレンズ１０２の外径と同一の外径を有するフェルール１０３で光ファイバ１０１を囲んで固定し、さらに、屈折率分布型ロッドレンズ１０２とフェルール１０３とをチューブ１０４内に固定する。ここで、光ファイバ１０１と屈折率分布型ロッドレンズ１０２とは密着していてもよいし、隙間があっても良い。
【００５１】
光ファイバ１０１の他端には、２波長合波素子１０８を介して励起光用光源１０５及び検出光用光源１０６が接続されている。励起光用光源１０５には、励起光を変調する変調器１０７が接続されている。これにより、励起光用光源１０５から出射された変調励起光及び検出光用光源１０６から出射された検出光は２波長合波素子１０８により合波され、レンズ付き光ファイバ１０を介して流路付き板状部材２０の内部の流路２０４に照射される。
【００５２】
流路付き板状部材２０に関してレンズ付き光ファイバ１０の反対側において、流路２０４に面する位置には、励起光と検出光とを分離して検出光のみを選択的に透過させる波長フィルタ４０２と検出光を光電変換するための光電変換器４０１とが配設されている。光電変換器４０１は、レンズ付き光ファイバ１０ごとに設置しても、１個を夫々のレンズ付き光ファイバ１０の位置に移動させる機構を用いるようにして設置してもよく、また、アレイ状のものを設置してもよい。流路付き板状部材２０と光電変換器４０１との間に、検出光の一部のみを選択的に透過させるためのピンホールを配置してもよい。光電変換器４０１から得られた信号は、励起光を変調するための用いる変調器１０７と同期させるためにロックインアンプ４０３に送られ、その後コンピュータ４０４で解析される。
【００５３】
屈折率分布型ロッドレンズ１０２は、中心から周辺に向かって屈折率が連続的に変化する、例えばガラス又はプラスチック製の円柱状透明体から成り（例えば、特公昭６３−６３５０２号公報）、中心軸から半径方向でｒの距離の位置における屈折率ｎ（ｒ）が、軸上屈折率をｎ_０、２乗分布定数をｇとして、近似的にｒに関する２次方程式
ｎ（ｒ）＝ｎ_０｛１−（ｇ^２／２）・ｒ^２｝
で表される集束性光伝送体として知られている。
【００５４】
屈折率分布型ロッドレンズ１０２は、その長さｚ_０を０＜ｚ_０＜π／２ｇの範囲内で選ぶとき、その結像性は、両端面が平坦でありながら通常の凸レンズと同じであり、平行入射光線によって出射端より、
Ｓ_０＝ｃｏｔ（ｇｚ_０）／ｎ_０ｇ
の位置に焦点が作られる。
【００５５】
また、屈折率分布型ロッドレンズ１０２は、例えば以下のような方法で製造される。
【００５６】
即ち、モル百分率でＳｉＯ_２：５７〜６３％、Ｂ_２Ｏ_３：１７〜２３％、Ｎａ_２Ｏ：５〜１７％、Ｔｌ_２Ｏ：３〜１５％を主成分とするガラスでロッドを形成した後、このガラスロッドを硝酸カリウム塩等のイオン交換媒体中で処理し、ガラス中のタリウムイオン及びナトリウムイオンと媒体中のカリウムイオンとをイオン交換して、ガラスロッド内に中心から周辺に向けて連続的に低減する屈折率分布を与える。
【００５７】
屈折率分布型ロッドレンズ１０２の底面が平面であるので、光ファイバ１０１の端面に容易に取り付けることができるとともに、屈折率分布型ロッドレンズ１０２の光軸と光ファイバ１０１の光軸とを容易に一致させることができる。また、屈折率分布型ロッドレンズ１０２は円柱状であるのでレンズ付き光ファイバ１０も容易に円柱状にできる。これによって、治具３０によるレンズ付き光ファイバ１０の保持が極めて容易である。
【００５８】
誘導光学系として用いられる光ファイバは励起光及び検出光を透過させるものであればどのようなものでも使用できるが、マルチモード光ファイバを使用した場合は、出射光がガウス分布にならない上に、光ファイバの曲がり具合等の種々の条件によって出射バターンが変化するので、必ずしも安定な出射光が得られない。これに対して、シングルモード光ファイバを使用した場合は、光ファイバから出射される光は常にガウス分布になるので励起光を小さく絞ることができ、光熱変換に利用されるエネルギーを高くすることができるとともに、励起光によって形成された熱レンズを収差の少ないレンズにすることができ、正確で感度の高い測定ができる。
【００５９】
また、励起光によって形成された熱レンズが小さい場合、この熱レンズを透過する検出光の光量をできる限り多くするためには、検出光もできる限り小さく絞ることが望ましい。この点から、検出光においてシングルモード光ファイバであることが望ましい。また、導光光学系に用いられる光ファイバについてもシングルモード光ファイバであることが望ましい。
【００６０】
各励起光用光源１０５は、溶液試料が光吸収し熱レンズを形成するための励起光を出射するものであり、変調器１０７により励起光を変調後、光ファイバを介して２波長合波素子１０８に入射する。また、検出光用光源１０６は、溶液試料を検出するための検出光を出射して、同じく光ファイバを介して２波長合波素子１０８に入射する。
【００６１】
また、本発明では励起光及び検出光の誘導光学系に光ファイバを用いているが、光ファイバのかわりに光導波路を用いることもできる。
【００６２】
２波長合波素子１０８は、入射した励起光及び検出光を合波した後、その合波した光を光ファイバ１０１に入射する。尚、励起光と検出光を同軸にして光ファイバ１０１に入射するには、誘導光学系である光ファイバや２波長合波素子１０８を用いなくともよいが、その場合、ダイクロイックミラー等を用いて励起光と検出光の光軸を調整する必要がある。
【００６３】
これに対し、誘導光学系である光ファイバを用いる場合、励起光及び検出光を２波長合波素子１０８に光ファイバで導光することで励起光と検出光の光軸を確実に同軸とできる結果、励起光と検出光の光軸を調整する必要がなく、ユーザの作業効率を向上できるとともに、光軸を調整する治具が不要となり、装置を小型化することができる。
【００６４】
前述したように、屈折率分布型ロッドレンズ１０２は流路付き板状部材２０に接触している必要はないが、接触させる場合は流路付き板状部材２０のガラス基板２０１の厚みで屈折率分布型ロッドレンズ１０２の焦点距離を調整できる。ガラス基板２０１の厚みが足りない場合は、屈折率分布型ロッドレンズ１０２とガラス基板２０１との間に焦点距離を調整するためのスペーサーを入れても良い。このように励起光の焦点位置を流路付き板状部材２０の流路２０４の中に固定しておく場合は、焦点距離の調整も不要になるので、光熱変換分光分析装置をさらに小型化できる。
【００６５】
ロッドレンズ１０２は、励起光の焦点位置に対して検出光の焦点位置がわずかに△Ｌだけずれるように設定される（図８（ａ））。
【００６６】
Ｉｃは、共焦点長（ｎｍ）として、Ｉｃ＝π・（ｄ／２）２／λ_１で計算される。ここで、ｄはｄ＝１．２２×λ_１／ＮＡで計算されるエアリーディスクであり、λ_１は、励起光の波長（ｎｍ）、ＮＡは、ロッドレンズ１０２の開口数である。光ファイバの出射光の開口数が小さいため、大きな開口数を有するロッドレンズを用いた場合は光ファイバの開口数を用いて計算する必要がある。
【００６７】
上記△Ｌ値は、測定する試料の厚みによって変化する。共焦点長より薄い試料を測定する場合は、上記△Ｌ値は、△Ｌ＝√３・Ｉｃであることが最も好ましい。
【００６８】
この△Ｌの値は、検出光の焦点位置と励起光の焦点位置の差を表しているので、検出光の焦点距離が励起光の焦点距離よりも長い場合であっても、短い場合であっても同じ結果となる。
【００６９】
光ファイバ１０１の一端を球形等に加工してレンズを形成すれば、光ファイバ１０１の一端に屈折率分布型ロッドレンズ１０２を取り付けなくても励起光及び検出光を絞ることが可能であるが、この場合、色収差がほとんどないために励起光と検出光の焦点位置がほぼ同じとなる結果、熱レンズの信号がほとんど検出されないという問題がある。また、光ファイバ１０１の一端を加工することにより形成されたレンズは収差が大きいので、励起光並びに検出光の焦点が大きいという問題もある。従って、本実施の形態では光ファイバ１０１の一端に屈折率分布型ロッドレンズ１０２が取りつけられている。
【００７０】
本実施の形態における屈折率分布型ロッドレンズ１０２は、所定の色収差を有し、検出光及び励起光を集光するレンズであればよく、屈折率分布型のロッドレンズに限られるものではない。
【００７１】
流路付き板状部材２０内部の流路２０４は、溶液試料を液体の特性を維持して流すことができればよく、深さは通常５０〜１００μｍ程度である（例えば、特開平８−１７８８９７号公報）。これは、流路２０４に流れる溶液試料は微量であり、溶液試料中に含まれる微量な検出対象物質の検出をするには非常に高感度の測定をしなければならないことを意味する。従って、光熱変換分光分析測定においては、励起光が検出光を兼ねることも可能ではあるが、異なった周波数の光を利用して感度良く測定することが望ましい。また、検出光は通常検出対象物質が吸収しない周波数から選択される。
【００７２】
図２は、図１におけるレンズ付き光ファイバ１０の説明図である。
【００７３】
図２において、３つのレンズ付き光ファイバ１０が流路２０４に沿って並べられている。
【００７４】
各レンズ付き光ファイバ１０に入射される励起光は、複数の励起光用光源１０５の１つから出射されたものであり、複数のレンズ付き光ファイバ１０の夫々が流路付き板状部材２０の流路２０４を流れる溶液試料中に異なる周波数の励起光を同時に集光照射できるように、治具３０によって固定されている。
【００７５】
また、各レンズ付き光ファイバ１０に入射される検出光は、複数の検出光用光源１０６から出射されたものであり、励起光が集光照射された溶液試料中に複数のレンズ付き光ファイバ１０の夫々から検出光が同時に集光照射される。尚、各レンズ付き光ファイバ１０に入射する検出光の周波数は同一のものを使用できるので、３つのレンズ付き光ファイバ１０はその検出光を共有できる。従って、検出光用光源を３つ揃えずに光路の途中で３つに分岐して使用してもよい。
【００７６】
さらに、各レンズ付き光ファイバ１０から溶液試料中に集光照射された検出光を検出し、不図示のコンピュータ４０４で熱レンズ信号強度を算出できるように、１の光電変換器４０１が流路２０４に面する位置において、レンズ付き光ファイバ１０に対向する位置に配設されている。
【００７７】
また、各レンズ付き光ファイバ１０に接続された屈折率分布型ロッドレンズ１０２は非常に小型であるので、複数個を並べる場合でも光軸合わせが容易で面積を必要とせず、各レンズでの測定点を近接することができるので、各レンズでの測定条件を同一にして測定することができる。これらのことは、溶液試料が反応しながら、又は分離しながら流れている等の時間安定性がない非定常状態で非常に効果を発揮する。
【００７８】
これにより、異なる周波数の各励起光及び検出光を、夫々独立した屈折率分布型ロッドレンズ１０２を用いて溶液試料に照射するので、複数の検出対象物質を同時に検出することができる。
【００７９】
ここで、周波数の異なる３つの励起光を用いて、溶液試料中に含まれる３つの検出対象物質の各濃度を測定する方法を説明する。
【００８０】
図１の各励起光用光源１０５は、異なる吸収スペクトルを有する３つの検出対象物質を検出するため、図３に示すように各検出対象物質が光吸収し熱レンズを形成する周波数の励起光を出射する。また、検出光の周波数は、３つの検出対象物質すべてが光吸収を行なわない周波数領域から選択する。
【００８１】
図４は、図１の光熱変換分光分析装置によって実行される検出対象物質検出処理のフローチャートである。
【００８２】
まず、検出対象物質毎に、その検出対象物質を溶媒に溶解してある基準濃度（ここでは１０^−４ｍｏｌ／Ｌの濃度）の溶液とした基準溶液試料を作製する（ステップＳ１）。
【００８３】
次に、各基準溶液試料を流路付き板状部材２０の流路２０４に流し、各周波数の励起光を集光照射したときの熱レンズ信号強度を測定する（ステップＳ２）。表１に、ステップＳ２で得られる熱レンズ信号強度を示す。
【００８４】
【表１】

【００８５】
その後、溶液試料を流路付き板状部材２０の流路２０４に流し、各周波数の励起光を集光照射したときの熱レンズ信号強度を測定する（ステップＳ３）。表２に、ステップＳ２で得られる熱レンズ信号強度を示す。
【００８６】
【表２】

【００８７】
ステップＳ２，Ｓ３で測定された熱レンズ信号強度から溶液試料中の各検出対象物質の濃度を算出する（ステップＳ４）。具体的には、表１と表２の結果得られる以下の３つの式を連立方程式として各検出対象物質の濃度を算出する。
【００８８】
励起光１の測定　０．８＝１６ｘ
励起光２の測定　１．４＝１４ｘ＋５０ｙ＋８ｚ
励起光３の測定　１．０＝２０ｙ＋３２ｚ
上記の連立方程式を解くと、ｘ＝０．０５，ｙ＝０．０１，ｚ＝０．０２５となる。これらの数値は基準濃度との比に相当するので、溶液試料ａに含まれる検出対象物質１の濃度は基準濃度１０^−４ｍｏｌ／Ｌに０．０５をかけて５×１０‐^６ｍｏｌ／Ｌと算出される。同様に、検出対象物質２の濃度は１０‐^６ｍｏｌ／Ｌ、検出対象物質３の濃度は２．５×１０^−６ｍｏｌ／Ｌと算出される。
【００８９】
本発明の第１の実施の形態に係る光熱変換分光分析装置によれば、周波数の異なる複数の励起光を用いて、各検出対象物質の基準溶液試料及び溶液試料の熱レンズ信号強度を測定し（ステップＳ２，３）、測定された熱レンズ信号強度測定結果から溶液試料中の各検出対象物質の濃度を算出するので（ステップＳ４）、各検出対象物質について一度に高感度に検出することができる。
【００９０】
さらに、溶液試料に含まれる検出対象物質の数以上の複数の異なる周波数の光を励起光とすると、各検出対象物質がどのような吸収スペクトルを有するものであっても同じ励起光のセットを使用することができるので、装置の汎用性が非常に高くなる。
【００９１】
尚、図５に示すように、各励起光が各検出対象物質に光吸収されることにより熱レンズを形成する周波数の光であって、その周波数は各検出対象物質の１つのみが光吸収し熱レンズを形成するものとすることができれば、連立方程式を計算することなく（図４のステップＳ４）、各検出対象物質の濃度を各周波数の励起光にて測定することができる。即ち、溶液試料に励起光１，２，３を照射したときの熱レンズ強度が、夫々検出対象物質１，２，３の溶液試料中の存在比率となるため、溶液試料に含まれる３つの検出対象物質の濃度をより簡易に算出することができる。
【００９２】
図６は、本発明の第２の実施の形態に係る光熱変換分光分析装置の概略構成を示す模式図である。
【００９３】
第２の実施の形態に係る光熱変換分光分析装置は、レンズ付き光ファイバ１０、検出光用光源１０６及び２波長合波素子１０８を１つしか用いない点と、３つの励起光用光源１０５と２波長合波素子１０８の間に配設した光スイッチ１０９によって２波長合波素子１０８に入射する周波数の異なる各励起光を切り替える点とを除いて基本的には第１の実施の形態に係る光熱変換分光分析装置と同じであるため、同じ構成部材には同一の符号を付して説明を省略する。
【００９４】
具体的には、各励起光用光源１０５は、夫々に設置された変調器１０７により励起光を変調した後出射する。各励起光は光ファイバを経て光スイッチ１０９に入射され、光スイッチ１０９で選択された周波数の励起光のみが２波長合波素子１０８で検出光と合波され、レンズ付き光ファイバ１０から流路２０４内の溶液試料に照射される。
【００９５】
本発明の第２の実施の形態に係る光熱変換分光分析装置によれば、上述した周波数の異なる３つの励起光及び検出光を合波したものを順番に溶液試料に集光照射するため、レンズ付き光ファイバ１０は１つのみでよく、装置を小型化することができる。
【００９６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１記載の光熱変換分光分析方法及び請求項３記載の光熱変換分光分析装置によれば、周波数に関して吸収スペクトルが部分的に互いに重ならない少なくとも２つの検出対象物質を含む溶液試料に集光照射する励起光は、周波数が互いに異なると共に、検出対象物質と同数の光から成り、且つこの同数の光の各周波数は、検出対象物質の１つのみが光吸収により熱レンズ形成を行うように設定されているので、各検出対象物質について高感度に検出することができる。
【００９７】
請求項２記載の光熱変換分光分析方法及び請求項４記載の光熱変換分光分析装置によれば、励起光を構成する周波数が互いに異なる複数の光を検出対象物質毎に作製された基準溶液試料に照射して検出光の強度の変化を予め測定し、前述の複数の光を溶液試料に照射して検出光の強度の変化を測定するので、これらの２つの測定を行う励起光を、溶液試料に含まれる各検出対象物質の吸収スペクトルの如何にかかわらず同じものとすることができ、その結果、装置の汎用性が非常に高くなる。
【００９８】
請求項５記載の光熱変換分光分析装置によれば、１の集光レンズにより複数の光を順番に溶液試料に照射するので、集光照射手段は１つのみでよく、もって装置を小型化することができる。
【００９９】
請求項６記載の光熱変換分光分析装置によれば、溶液試料を照射する複数の光の数と同数の集光レンズにより同時に溶液試料に照射することを特徴とするので、複数の検出対象物質を同時に検出することができる。
【０１００】
請求項７記載の光熱変換分光分析装置によれば、集光レンズは屈折率分布型レンズであるので、集光レンズを小さくすることができ、もって装置を小型化することができる。
【０１０１】
請求項８記載の光熱変換分光分析装置によれば、集光レンズは屈折率分布型ロッドレンズであるので、集光レンズを非常に小型な円柱状レンズとすることができる結果、複数個を並べる場合でも光軸合わせが容易で面積を必要とせず、各レンズでの測定点を近接することができ、もって各レンズでの測定条件を同一にして測定することができる。
【０１０２】
請求項９記載の光熱変換分光分析装置によれば、誘導光学系が光ファイバであるので、励起光と検出光の光軸を確実に同軸とできる結果、励起光と検出光の光軸調整を不要とし、且つ光軸調整用の治具も不要とすることができる。
【０１０３】
請求項１０記載の光熱変換分光分析装置によれば、集光レンズが光ファイバの端部に固定されているので、励起光、検出光及び集光レンズの光軸が常に同軸となる結果、励起光、検出光及び集光レンズの光軸調整を不要とし、且つ光軸調整用の治具も不要とすることができる。
【０１０４】
請求項１１記載の光熱変換分光分析装置によれば、光ファイバが励起光と検出光をシングルモードで伝搬するので、光ファイバから出射される光は常にガウス分布になり励起光を小さく絞ることができる結果、光熱変換に利用されるエネルギーを高くすることができるとともに励起光によって形成された熱レンズを収差の少ないレンズにすることができ、正確で感度の高い測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光熱変換分光分析装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１におけるレンズ付き光ファイバ１０の説明図である。
【図３】図１における流路付き板状部材２０中を流れる溶液試料に含まれる検出対象物質の周波数に対するモル吸光係数の関係を示すグラフである。
【図４】図１の光熱変換分光分析装置によって実行される検出対象物質検出処理のフローチャートである。
【図５】図１における流路付き板状部材２０中を流れる溶液試料に含まれる検出対象物質の周波数に対するモル吸光係数の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る光熱変換分光分析装置の概略構成を示す模式略図である。
【図７】熱レンズの原理の説明図である。
【図８】励起光の光軸（Ｚ軸方向）に関する熱レンズの形成位置と検出光の焦点位置の説明図であり、（ａ）は、対物レンズが色収差をもつ場合を示し、（ｂ）は、対物レンズが色収差をもたない場合を示す。
【図９】励起光の光軸（Ｚ軸方向）に関する熱レンズの形成位置と検出光の焦点位置の説明図であり、（ａ）は、熱レンズが検出光の焦点位置よりも対物レンズ側に形成する場合、（ｂ）は、熱レンズが検出光の焦点位置よりも遠方側に形成する場合を示す。
【図１０】従来の光熱変換分析装置における熱レンズの屈折率の変化を検出する方法の説明図であり、検出光を光路の途中に凹レンズを入れて発散光とし、励起光の焦点距離位置よりも遠方に焦点位置がくるようにした場合を示す。
【符号の説明】
１０　レンズ付き光ファイバ
２０　流路付き板状部材
３０　治具
１０１　光ファイバ
１０２　屈折率分布型ロッドレシズ
１０３　フェル―ル
１０４　チューブ
１０５　励起光用光源
１０６　検出光用光源
１０７　変調器
１０８　２波長合波素子
１０９　光スイッチ
２０１，２０２，２０３　ガラス基板
２０４　流路
４０１　光電変換器
４０２　フィルタ
４０３　ロックインアンプ
４０４　コンピュータ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a photothermal conversion spectroscopic analysis method and an apparatus therefor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a spectroscopic analysis method has been widely used as a method for analyzing and measuring semiconductors, biological samples, various liquid samples, and the like. However, in the conventional spectroscopic analysis method, when analyzing a minute substance or a minute substance in a minute space, a vacuum is required as a measurement condition, and a solution sample is used with an electron beam or an ion beam. There were problems such as being destroyed or damaged. In addition, when handling an extremely small amount of a solution sample such as a biological tissue, it is necessary to use a microscope in the optical region. However, a microscope in such an optical region that requires analysis with high accuracy and high spatial resolution is required. Is actually used only for the laser fluorescence microscope, and the analysis target is naturally limited to fluorescent molecules. Under such circumstances, without the need for vacuum as a measurement condition, non-contact, undamaged analysis is possible, and without being limited to fluorescent molecules, high accuracy, Analytical methods capable of analyzing with high spatial resolution have been demanded.
[0003]
As an analysis method that satisfies these requirements, attention has been paid to photothermal conversion spectroscopy using the thermal lens effect due to the photothermal conversion phenomenon.
[0004]
In this photothermal conversion spectroscopy method, when light is focused and irradiated on a solution sample, the solvent locally rises in temperature due to the heat energy subsequently released due to the light absorption of the target substance in the solution sample and is refracted. It utilizes the photothermal conversion effect of changing the rate, resulting in the formation of a thermal lens.
[0005]
FIG. 7 is an explanatory diagram of the principle of the thermal lens.
[0006]
In FIG. 7, when the excitation light is condensed and irradiated on a very small amount of the solution sample via the objective lens, a photothermal conversion effect is induced. Since the refractive index of many materials decreases as the temperature rises, the refractive index of the solution sample irradiated with the excitation light decreases as the temperature rises near the center of the light, and the temperature rises as it goes to the surroundings due to thermal diffusion. , The decrease in the refractive index also decreases. Optically, this refractive index distribution has exactly the same effect as a concave lens, so this effect is called a thermal lens effect, and the magnitude of the effect, that is, the degree of the concave lens, is proportional to the light absorption of the substance to be detected in the solution sample. I do. When the refractive index increases as the temperature increases, a convex lens is formed.
[0007]
As described above, the photothermal conversion spectroscopy is for observing the diffusion of heat, that is, the change in the refractive index, and is therefore suitable for detecting the concentration of a trace amount of a target substance in a solution sample.
[0008]
As a light-to-heat conversion spectroscopic analyzer for executing the light-to-heat conversion spectroscopy, for example, the one described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-232210 has been proposed.
[0009]
In such a photothermal conversion spectrometer, a solution sample is arranged in a measurement section below an objective lens of a microscope, and excitation light of a predetermined wavelength output from a light source for excitation light enters the microscope, and the microscope The microlens in the solution sample is focused and irradiated by the objective lens. A thermal lens is formed in the solution sample centering on the focused irradiation position.
[0010]
On the other hand, the detection light output from the light source for the detection light and having a wavelength different from the excitation light is condensed and irradiated on the thermal lens formed on the solution sample by the excitation light through the microscope, and then passes through the solution sample and diverges. Or focus. The light diverged or condensed from the solution sample and emitted is signal light, and the signal light is detected by the detector via only the condenser lens and the filter or the filter. The intensity of the detected signal light changes according to the magnitude of the thermal lens effect caused by irradiating the solution sample with the excitation light.
[0011]
The detection light may have the same frequency as the excitation light, and the excitation light may also serve as the detection light. However, in general, better sensitivity is obtained when the frequencies of the excitation light and the detection light are different.
[0012]
In addition, when detecting a very small substance to be detected in a solution sample by photothermal conversion spectroscopy, it is necessary to reduce the excitation light and the detection light as small as possible. It is necessary to reduce the excitation light as much as possible, increase the amount of excitation light irradiated per unit volume to increase the energy used for photothermal conversion, and make the thermal lens formed by the excitation light a lens with little aberration. There is. Therefore, a laser is usually used as a light source of the excitation light. This is because the laser is coherent light having the same phase and has very uniform directivity, and thus is suitable for narrowing down by using a condenser lens.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a laser is used as the excitation light, the frequency is fixed, so in the case of a solution sample containing a plurality of detection target substances, the signals of the respective detection target substances overlap and cannot be separated. Cannot be detected. For this reason, it is necessary to separate before detection so that only one detection target substance is included in the detection position in advance.
[0014]
Further, the above-mentioned conventional photothermal conversion spectroscopy apparatus is large and portable because the light source, the optical system of the measurement unit and the detector, and the like are complicatedly upgraded. Therefore, there is a problem in that when performing analysis using a photothermal conversion spectrometer or performing a chemical reaction, the place or operation is limited.
[0015]
In addition, since the photothermal conversion spectrometer described above guides the excitation light and the detection light as spatial light to the solution sample, each component of the optical system such as the light source, mirror, and lens is fixed on a solid surface plate. It is necessary to prevent them from moving during the measurement. Further, when the optical axes of the excitation light and the detection light are shifted due to a change in environment such as temperature, a jig for adjusting the shift is required. These also cause the photothermal conversion spectrometer to become large and lack portability.
[0016]
In many cases, when the photothermal conversion analysis method using the thermal lens effect is used, it is necessary that the focal position of the excitation light and the focal position of the detection light are different.
[0017]
FIGS. 8A and 8B are explanatory diagrams of the formation position of the thermal lens and the focus position of the detection light in the optical axis direction (Z direction) of the excitation light, where FIG. 8A shows a case where the objective lens has chromatic aberration, and FIG. The case where the objective lens has no chromatic aberration is shown.
[0018]
When the objective lens 130 has chromatic aberration, as shown in FIG. 8A, the thermal lens 131 is formed at the focal position 132 of the excitation light, and the focal position 133 of the detection light is ΔL. Since the position 132 deviates from the position 132, a change in the refractive index of the thermal lens 131 can be detected as a change in the focal length of the detection light by the detection light. On the other hand, when the objective lens 130 has no chromatic aberration, as shown in FIG. 8B, the focus position 133 of the detection light substantially coincides with the position of the thermal lens 131 formed at the focus position 132 of the excitation light. As a result, the detection light is not deflected by the thermal lens 131, and the change in the refractive index of the thermal lens 131 cannot be detected.
[0019]
However, since the objective lens of the microscope is usually manufactured so as not to have chromatic aberration, the focus position 133 of the detection light is set to the position of the thermal lens 131 formed at the focus position 132 of the excitation light for the above-described reason. The position almost coincides with the position (FIG. 8B), and a change in the refractive index of the thermal lens 131 cannot be detected. Therefore, every time the measurement is performed, the position where the thermal lens is formed is shifted from the focus position 133 of the detection light as shown in FIGS. 9A and 9B, or as shown in FIG. There is also a problem that the focus position 132 of the detection light must be shifted from the thermal lens 131 by slightly diverging or condensing the detection light using a lens (not shown) and entering the objective lens, which is troublesome.
[0020]
It is an object of the present invention to provide a photothermal conversion spectroscopy method and apparatus capable of measuring each detection target substance with high sensitivity when a solution sample contains a plurality of detection target substances.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the photothermal conversion spectroscopy method according to claim 1, wherein the light irradiation step of condensing and irradiating the solution sample with excitation light and detection light; Measuring a change in the intensity of the detection light transmitted through the thermal lens formed therein, wherein the solution sample has at least two absorption spectra whose absorption spectra do not partially overlap each other with respect to frequency. And the excitation light is different in frequency from each other, and is composed of the same number of lights as the detection target substance, and each frequency of the same number of lights is such that only one of the detection target substances absorbs light. Is set so that a thermal lens is formed.
[0022]
According to the photothermal conversion spectroscopy method according to claim 1, the excitation light that converges and irradiates the solution sample containing at least two detection target substances whose absorption spectra do not partially overlap each other with respect to frequency is different in frequency from each other, The frequency of the light of the same number consists of the same number of lights as the substance to be detected, and the frequency of the same number of lights is high for each substance to be detected because only one of the substances to be detected forms a thermal lens by light absorption. Sensitivity can be detected.
[0023]
3. The photothermal conversion spectroscopic analysis method according to claim 2, wherein a condensing irradiation step of condensing and irradiating the solution sample with excitation light and detection light, and a thermal lens formed in the solution sample by the condensing irradiation of the excitation light. A measurement step of measuring the change in the intensity of the detection light that has passed through the photothermal conversion spectroscopy, wherein the solution sample includes at least two detection target substances having different absorption spectra, and the excitation light has a frequency of A plurality of lights different from each other, the measuring step includes, for each of the detection target substances, a preparation step of dissolving the detection target substance in a solvent to prepare a reference solution sample having a solution of a known concentration; A first measurement step of irradiating a reference solution sample prepared for each of the detection target substances to measure the change in the intensity in advance, and irradiating the plurality of lights to the solution sample to measure the change in the intensity You And having a second measuring step.
[0024]
According to the photothermal conversion spectroscopic analysis method of the second aspect, a plurality of lights having different frequencies constituting the excitation light are irradiated on the reference solution sample prepared for each detection target substance to change the intensity of the detection light in advance. Since the measurement is performed and the change in the intensity of the detection light is measured by irradiating the solution sample with the plurality of lights described above, the excitation light for performing these two measurements is converted to the absorption spectrum of each detection target substance contained in the solution sample. Regardless, they can be the same, which greatly increases the versatility of the device.
[0025]
4. The photothermal conversion spectrometer according to claim 3, wherein the condensing irradiation unit condenses and irradiates the excitation light and the detection light onto the solution sample, and a thermal lens formed in the solution sample by the condensing irradiation of the excitation light. And a measuring means for measuring a change in the intensity of the detection light transmitted therethrough, wherein the solution sample includes at least two detection target substances whose absorption spectra do not partially overlap each other with respect to frequency, The excitation light has frequencies different from each other and is composed of the same number of lights as the detection target substance, and each frequency of the same number of lights is such that only one of the detection target substances forms a thermal lens by light absorption. Is set to.
[0026]
According to the photothermal conversion spectrometer according to claim 3, the excitation light for converging and irradiating the solution sample containing at least two detection target substances whose absorption spectra do not partially overlap each other with respect to frequency has different frequencies from each other, The frequency of the light of the same number consists of the same number of lights as the substance to be detected, and the frequency of the same number of lights is high for each substance to be detected because only one of the substances to be detected forms a thermal lens by light absorption. Sensitivity can be detected.
[0027]
5. The photothermal conversion spectrometer according to claim 4, wherein the condensing irradiation means for condensing and irradiating the solution sample with the excitation light and the detection light, and a thermal lens formed in the solution sample by the condensing irradiation of the excitation light. And a measuring means for measuring a change in the intensity of the detection light that has passed therethrough, wherein the solution sample includes at least two detection target substances having different absorption spectra, and the excitation light has a frequency of A plurality of lights different from each other; the measuring means, for each of the detection target substances, dissolving the detection target substance in a solvent to prepare a reference solution sample having a solution of a known concentration; A first measuring means for irradiating the reference solution sample prepared for each of the detection target substances with the reference sample to measure the change in the intensity in advance, and irradiating the plurality of light beams to the solution sample to measure the change in the intensity You Characterized in that it comprises a second measuring means.
[0028]
According to the photothermal conversion spectrometer according to the fourth aspect, the reference solution sample prepared for each substance to be detected is irradiated with a plurality of lights having different frequencies constituting the excitation light, and changes in the intensity of the detection light are determined in advance. Since the measurement is performed and the change in the intensity of the detection light is measured by irradiating the solution sample with the plurality of lights described above, the excitation light for performing these two measurements is converted to the absorption spectrum of each detection target substance contained in the solution sample. Regardless, they can be the same, which greatly increases the versatility of the device.
[0029]
The light-to-heat conversion spectrometer according to claim 5 is the light-to-heat conversion spectrometer according to claim 3 or 4, wherein the condensing and irradiating means sequentially applies the plurality of lights to the solution sample by one condensing lens. It is characterized by irradiation.
[0030]
According to the photothermal conversion spectrometer according to the fifth aspect, since a plurality of lights are sequentially irradiated to the solution sample by one condensing lens, only one condensing and irradiating means is required, thereby reducing the size of the apparatus. be able to.
[0031]
The photothermal conversion spectrometer according to claim 6 is the photothermal conversion spectrometer according to claim 3 or 4, wherein the converging and irradiating means is configured to simultaneously perform the solution sample by the same number of converging lenses as the number of the plurality of lights. Is irradiated.
[0032]
According to the photothermal conversion spectrometer according to claim 6, since the solution sample is simultaneously irradiated with the same number of condensing lenses as the number of light beams for irradiating the solution sample, a plurality of detection target substances are irradiated. Can be detected at the same time.
[0033]
The photothermal conversion spectrometer according to claim 7 is the photothermal conversion spectrometer according to claim 5 or 6, wherein the condenser lens is a gradient index lens.
[0034]
According to the photothermal conversion spectrometer according to the seventh aspect, since the condensing lens is a gradient index lens, the condensing lens can be made smaller, and thus the device can be made smaller.
[0035]
The photothermal conversion spectrometer according to claim 8 is the photothermal conversion spectrometer according to claim 7, wherein the refractive index distribution type lens is a rod lens.
[0036]
According to the photothermal conversion spectrometer according to claim 8, since the condenser lens is a gradient index rod lens, the condenser lens can be a very small cylindrical lens. Even in the case of arranging, it is easy to align the optical axes and does not require an area, and the measurement points of each lens can be brought close to each other, so that the measurement can be performed under the same measurement conditions for each lens.
[0037]
The photothermal conversion spectrometer according to claim 9 is the photothermal conversion spectrometer according to any one of claims 5 to 8, wherein the excitation optical system guides the excitation light and the detection light to the condenser lens. An optical fiber is used.
[0038]
According to the photothermal conversion spectrometer according to the ninth aspect, since the guiding optical system is an optical fiber, the optical axes of the excitation light and the detection light can be reliably made coaxial, so that the optical axes of the excitation light and the detection light can be adjusted. This can be eliminated, and a jig for adjusting the optical axis can be eliminated.
[0039]
The photothermal conversion spectrometer according to claim 10 is the photothermal conversion spectrometer according to claim 9, wherein the condenser lens is fixed to an end of the optical fiber that propagates the excitation light and the detection light. It is characterized by the following.
[0040]
According to the photothermal conversion spectrometer of claim 10, since the condenser lens is fixed to the end of the optical fiber, the excitation light, the detection light, and the optical axis of the condenser lens are always coaxial, so that the excitation It is not necessary to adjust the optical axes of the light, the detection light, and the condenser lens, and the jig for adjusting the optical axis is unnecessary.
[0041]
The photothermal conversion spectrometer according to claim 11 is the photothermal conversion spectrometer according to claim 9 or 10, wherein the optical fiber propagates the excitation light and the detection light in a single mode.
[0042]
According to the photothermal conversion spectrometer according to the eleventh aspect, since the optical fiber propagates the excitation light and the detection light in a single mode, the light emitted from the optical fiber always has a Gaussian distribution and the excitation light can be narrowed down. As a result, the energy used for photothermal conversion can be increased, and the thermal lens formed by the excitation light can be made a lens with less aberration, so that accurate and highly sensitive measurement can be performed.
[0043]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a photothermal conversion spectrometer according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
[0044]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the photothermal conversion spectroscopy apparatus according to the first embodiment of the present invention.
[0045]
In FIG. 1, a plate member 20 with a flow path is composed of

glass substrates

201, 202, and 203 which are bonded in three layers, and a flow path 204 through which a solution sample flows is formed in the glass substrate 202.
[0046]
In the present embodiment, the plate member 20 with a flow path detects a substance to be detected in a solution sample flowing in the flow path 204 by photothermal conversion spectroscopy, but is not limited thereto. However, for example, mixing, stirring, synthesis, separation, extraction, and the like of the detection target substances may be performed. They may be used with only a single function for the purpose of separation only, or may be used in combination.
[0047]
The material of the plate member 20 with a flow path is desirably glass from the viewpoint of durability and chemical resistance. Furthermore, considering the use of a biological solution sample such as a cell, for example, for DNA analysis, the material has acid resistance and alkali resistance. Tall glass, specifically, borosilicate glass, soda lime glass, aluminoborosilicate glass, quartz glass, and the like are desirable. However, an organic substance such as a plastic can be used by limiting the use.
[0048]
Examples of the adhesive for bonding the

glass substrates

201, 202, and 203 to each other include an ultraviolet-curing type, a thermosetting type, a two-part curing type acrylic-based, epoxy-based organic adhesive, and an inorganic adhesive. Further, the

glass substrates

201, 202 and 203 may be fused by heat fusion.
[0049]
The optical fiber with lens 10 is installed so that the refractive index distribution type rod lens 102 described later is on the glass substrate 201 side of the plate member 20 with flow path.
[0050]
The optical fiber with lens 10 includes an optical fiber 101 and a gradient index rod lens 102 connected to one end of the optical fiber 101. The outer diameter of the optical fiber 101 is the same as the outer diameter of the gradient index rod lens 102. Therefore, the optical fiber 101 is surrounded and fixed by a ferrule 103 having the same outer diameter as the gradient index rod lens 102, and the gradient index rod lens 102 and the ferrule 103 are placed in a tube 104. Fix it. Here, the optical fiber 101 and the gradient index rod lens 102 may be in close contact with each other or may have a gap.
[0051]
The other end of the optical fiber 101 is connected to a light source 105 for excitation light and a light source 106 for detection light via a two-wavelength multiplexer 108. The modulator 107 for modulating the excitation light is connected to the excitation light source 105. As a result, the modulated excitation light emitted from the excitation light source 105 and the detection light emitted from the detection light source 106 are multiplexed by the two-wavelength multiplexing element 108, and are multiplexed through the optical fiber with lens 10. The light is applied to the channel 204 inside the plate-shaped member 20.
[0052]
A wavelength filter 402 that separates excitation light and detection light and selectively transmits only detection light is provided at a position facing the flow path 204 on the opposite side of the optical fiber with lens 10 with respect to the plate member 20 with flow path. And a photoelectric converter 401 for photoelectrically converting the detection light. The photoelectric converter 401 may be installed for each optical fiber with a lens 10 or may be installed by using a mechanism for moving one optical fiber to the position of each optical fiber with a lens 10. Things may be installed. A pinhole for selectively transmitting only a part of the detection light may be arranged between the plate member 20 with the flow path and the photoelectric converter 401. The signal obtained from the photoelectric converter 401 is sent to the lock-in amplifier 403 to synchronize with the modulator 107 used for modulating the excitation light, and then analyzed by the computer 404.
[0053]
The gradient index rod lens 102 is made of, for example, a glass or plastic cylindrical transparent body whose refractive index changes continuously from the center to the periphery (for example, Japanese Patent Publication No. 63-63502), and has a central axis. The index of refraction n (r) at a distance of r in the radial direction from ₀ , Approximately with quadratic distribution constant g, quadratic equation about r
n (r) = n ₀ ｛1- (g ² / 2) · r ² ｝
Is known as a converging light transmitter represented by
[0054]
The gradient index rod lens 102 has a length z ₀ Is 0 <z ₀ When selected within the range of <π / 2g, the image forming property is the same as that of a normal convex lens while both end faces are flat.
S ₀ = Cot (gz ₀ ) / N ₀ g
A focus is created at the location.
[0055]
The gradient index rod lens 102 is manufactured by, for example, the following method.
[0056]
That is, SiO 2 in mole percentage ₂ : 57-63%, B ₂ O ₃ : 17-23%, Na ₂ O: 5 to 17%, Tl ₂ O: After forming a rod with glass containing 3 to 15% as a main component, this glass rod is treated in an ion exchange medium such as potassium nitrate, and thallium ion and sodium ion in the glass and potassium ion in the medium are exchanged. Is ion-exchanged to give a refractive index distribution that continuously decreases from the center to the periphery in the glass rod.
[0057]
Since the bottom surface of the gradient index rod lens 102 is flat, it can be easily attached to the end face of the optical fiber 101, and the optical axis of the gradient index rod lens 102 and the optical axis of the optical fiber 101 can be easily adjusted. Can be matched. Further, since the refractive index distribution type rod lens 102 has a cylindrical shape, the optical fiber with lens 10 can be easily formed into a cylindrical shape. This makes it extremely easy to hold the optical fiber with lens 10 by the jig 30.
[0058]
As the optical fiber used as the guiding optical system, any type can be used as long as it transmits the excitation light and the detection light.However, when a multimode optical fiber is used, the emitted light does not have a Gaussian distribution, and Since the emission pattern changes depending on various conditions such as the degree of bending of the optical fiber, stable emission light cannot always be obtained. On the other hand, when a single mode optical fiber is used, the light emitted from the optical fiber always has a Gaussian distribution, so that the excitation light can be narrowed down, and the energy used for photothermal conversion can be increased. In addition, the thermal lens formed by the excitation light can be made a lens with less aberration, so that accurate and highly sensitive measurement can be performed.
[0059]
When the thermal lens formed by the excitation light is small, it is desirable to reduce the detection light as much as possible in order to increase the amount of detection light transmitted through the thermal lens as much as possible. From this point, it is desirable that the detection light be a single mode optical fiber. Further, it is desirable that the optical fiber used in the light guiding optical system is also a single mode optical fiber.
[0060]
Each of the excitation light sources 105 emits excitation light for forming a thermal lens by absorbing the light of the solution sample. After modulating the excitation light by the modulator 107, the two-wavelength multiplexing device is connected through an optical fiber. 108. Further, the detection light source 106 emits detection light for detecting the solution sample, and similarly enters the two-wavelength multiplexer 108 via the optical fiber.
[0061]
Further, in the present invention, an optical fiber is used for the guide optical system for the excitation light and the detection light, but an optical waveguide may be used instead of the optical fiber.
[0062]
The two-wavelength multiplexing element 108 multiplexes the incident excitation light and detection light, and then inputs the multiplexed light into the optical fiber 101. In order to make the excitation light and the detection light coaxially incident on the optical fiber 101, it is not necessary to use an optical fiber or a two-wavelength multiplexing element 108 as a guiding optical system. In this case, a dichroic mirror or the like is used. It is necessary to adjust the optical axes of the excitation light and the detection light.
[0063]
On the other hand, when an optical fiber that is a guiding optical system is used, the excitation light and the detection light are guided to the two-wavelength multiplexing element 108 by the optical fiber, so that the optical axes of the excitation light and the detection light can be reliably made coaxial. As a result, it is not necessary to adjust the optical axes of the excitation light and the detection light, so that the work efficiency of the user can be improved, and a jig for adjusting the optical axis becomes unnecessary, and the apparatus can be downsized.
[0064]
As described above, the refractive index distribution type rod lens 102 does not need to be in contact with the plate member 20 with the flow path, but when the rod lens 102 is brought into contact, the refractive index depends on the thickness of the glass substrate 201 of the plate member 20 with the flow path. The focal length of the distributed rod lens 102 can be adjusted. When the thickness of the glass substrate 201 is insufficient, a spacer for adjusting the focal length may be inserted between the gradient index rod lens 102 and the glass substrate 201. When the focal position of the excitation light is fixed in the flow path 204 of the plate member 20 with a flow path, the adjustment of the focal length is not required, so that the photothermal conversion spectrometer can be further miniaturized. .
[0065]
The rod lens 102 is set so that the focal position of the detection light slightly deviates by ΔL from the focal position of the excitation light (FIG. 8A).
[0066]
Ic is the confocal length (nm), Ic = π · (d / 2) 2 / λ ₁ Is calculated by Here, d is d = 1.22 × λ. ₁ Is the Airy disk calculated by / NA ₁ Is the wavelength (nm) of the excitation light, and NA is the numerical aperture of the rod lens 102. Since the numerical aperture of the light emitted from the optical fiber is small, when a rod lens having a large numerical aperture is used, it is necessary to calculate using the numerical aperture of the optical fiber.
[0067]
The ΔL value changes depending on the thickness of the sample to be measured. When measuring a sample thinner than the confocal length, the ΔL value is most preferably ΔL = √3 · Ic.
[0068]
Since the value of ΔL represents the difference between the focal position of the detection light and the focal position of the excitation light, the value of ΔL may be a case where the focal length of the detection light is longer than the focal length of the excitation light or a case where it is shorter. The same is true.
[0069]
If one end of the optical fiber 101 is processed into a sphere or the like to form a lens, the excitation light and the detection light can be reduced without attaching the gradient index rod lens 102 to one end of the optical fiber 101. In this case, since there is almost no chromatic aberration, the focal positions of the excitation light and the detection light become almost the same, and there is a problem that the signal of the thermal lens is hardly detected. Further, since a lens formed by processing one end of the optical fiber 101 has a large aberration, there is a problem that the focal points of the excitation light and the detection light are large. Therefore, in the present embodiment, the gradient index rod lens 102 is attached to one end of the optical fiber 101.
[0070]
The gradient index rod lens 102 in the present embodiment may be any lens having a predetermined chromatic aberration and condensing detection light and excitation light, and is not limited to a gradient index rod lens.
[0071]
The flow path 204 inside the flow path-equipped plate-shaped member 20 only needs to be able to flow the solution sample while maintaining the properties of the liquid, and usually has a depth of about 50 to 100 μm (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-178897). ). This means that the amount of the solution sample flowing through the flow channel 204 is very small, and a very sensitive measurement must be performed in order to detect a very small amount of the target substance contained in the solution sample. Therefore, in the photothermal conversion spectroscopic measurement, although the excitation light can also serve as the detection light, it is desirable to perform the measurement with high sensitivity using light of different frequencies. Further, the detection light is usually selected from frequencies not absorbed by the detection target substance.
[0072]
FIG. 2 is an explanatory diagram of the optical fiber with lens 10 in FIG.
[0073]
In FIG. 2, three optical fibers with lenses 10 are arranged along a flow path 204.
[0074]
The excitation light incident on each lensed optical fiber 10 is emitted from one of the plurality of excitation light sources 105, and each of the plurality of lensed optical fibers 10 It is fixed by a jig 30 so that excitation lights of different frequencies can be simultaneously focused and irradiated on the solution sample flowing through the flow path 204.
[0075]
The detection light incident on each optical fiber with a lens 10 is emitted from a plurality of light sources for detection light 106, and a plurality of optical fibers with a lens 10 are included in a solution sample irradiated with excitation light. Are simultaneously focused and irradiated. In addition, since the same frequency can be used for the detection light incident on each lensed optical fiber 10, the three lensed optical fibers 10 can share the detection light. Therefore, the three light sources for detection light may be branched and used in the middle of the optical path instead of three light sources.
[0076]
Further, one photoelectric converter 401 is connected to the flow path 204 so that a computer 404 (not shown) can calculate a thermal lens signal intensity by detecting detection light condensed and irradiated into the solution sample from each lensed optical fiber 10. At a position facing the optical fiber 10 with a lens.
[0077]
In addition, since the refractive index distribution type rod lens 102 connected to each lensed optical fiber 10 is very small, even when a plurality of lenses are arranged, the optical axis alignment is easy and the area is not required. Since the points can be brought close to each other, the measurement can be performed under the same measurement conditions for each lens. These are very effective in an unsteady state in which the solution sample is flowing or reacting or separating and has no time stability.
[0078]
Thus, since the excitation light and the detection light of different frequencies are irradiated on the solution sample using the independent gradient index rod lenses 102, a plurality of detection target substances can be detected at the same time.
[0079]
Here, a method of measuring the respective concentrations of three detection target substances contained in a solution sample using three excitation lights having different frequencies will be described.
[0080]
Each of the excitation light sources 105 in FIG. 1 detects three detection target substances having different absorption spectra. Therefore, as shown in FIG. 3, the excitation light having a frequency at which each detection target substance absorbs light to form a thermal lens is used. Emit. Further, the frequency of the detection light is selected from a frequency region in which all three detection target substances do not absorb light.
[0081]
FIG. 4 is a flowchart of a detection target substance detection process executed by the photothermal conversion spectrometer of FIG.
[0082]
First, for each detection target substance, a reference concentration (here, 10%) in which the detection target substance is dissolved in a solvent is used. ^-4 A reference solution sample is prepared as a solution having a concentration of (mol / L) (step S1).
[0083]
Next, each reference solution sample is caused to flow through the channel 204 of the plate member 20 with a channel, and the intensity of the thermal lens signal when the excitation light of each frequency is condensed and irradiated is measured (step S2). Table 1 shows the thermal lens signal intensity obtained in step S2.
[0084]
[Table 1]

[0085]
After that, the solution sample is caused to flow through the flow channel 204 of the plate member 20 with a flow channel, and the intensity of the thermal lens signal when the excitation light of each frequency is collected and irradiated (Step S3). Table 2 shows the thermal lens signal intensity obtained in step S2.
[0086]
[Table 2]

[0087]
The concentration of each target substance in the solution sample is calculated from the thermal lens signal intensity measured in steps S2 and S3 (step S4). Specifically, the concentration of each detection target substance is calculated using the following three equations obtained as a result of Tables 1 and 2 as simultaneous equations.
[0088]
Measurement of excitation light 1 0.8 = 16x
Measurement of excitation light 2 1.4 = 14x + 50y + 8z
Measurement of excitation light 3 1.0 = 20y + 32z
Solving the above simultaneous equations results in x = 0.05, y = 0.01, z = 0.025. Since these numerical values correspond to the ratio with the reference concentration, the concentration of the detection target substance 1 contained in the solution sample a is 10 reference concentration. ^-4 5 × 10- ⁶ It is calculated as mol / L. Similarly, the concentration of the target substance 2 is 10- ⁶ mol / L, concentration of target substance 3 is 2.5 × 10 ^-6 It is calculated as mol / L.
[0089]
According to the photothermal conversion spectrometer according to the first embodiment of the present invention, a plurality of excitation lights having different frequencies are used to measure the thermal lens signal intensities of the reference solution sample and the solution sample of each detection target substance. (Steps S2 and S3) Since the concentration of each detection target substance in the solution sample is calculated from the measured thermal lens signal intensity measurement result (Step S4), it is possible to detect each detection target substance at once with high sensitivity. it can.
[0090]
Furthermore, when light of a plurality of different frequencies equal to or more than the number of detection target substances contained in the solution sample is used as excitation light, the same set of excitation light is used regardless of the absorption spectrum of each detection target substance. Therefore, the versatility of the device becomes very high.
[0091]
As shown in FIG. 5, each excitation light is a light having a frequency that forms a thermal lens by being light-absorbed by each detection target substance, and the frequency is such that only one of the detection target substances is light-absorbed. If a thermal lens can be formed, the concentration of each detection target substance can be measured with excitation light of each frequency without calculating simultaneous equations (step S4 in FIG. 4). That is, since the thermal lens intensity when the solution sample is irradiated with the excitation lights 1, 2, 3 is the abundance ratio of the detection target substances 1, 2, 3 in the solution sample, respectively, the three detections included in the solution sample are performed. The concentration of the target substance can be calculated more easily.
[0092]
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the photothermal conversion spectroscopy apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[0093]
The photothermal conversion spectrometer according to the second embodiment uses only one optical fiber with lens 10, light source for detection light 106 and two-wavelength multiplexing element 108, and three light sources for excitation light 105. Basically according to the first embodiment except that the pump light having different frequencies incident on the two-wavelength multiplexer 108 is switched by the optical switch 109 disposed between the two-wavelength multiplexer 108. Since it is the same as the photothermal conversion spectrometer, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0094]
Specifically, each excitation light source 105 modulates the excitation light by the modulator 107 provided in each of the light sources and emits the light. Each pumping light enters the optical switch 109 via the optical fiber, and only the pumping light of the frequency selected by the optical switch 109 is multiplexed with the detection light by the two-wavelength multiplexing element 108, and the flow path passes from the optical fiber with lens 10 to the flow path. The solution sample in 204 is irradiated.
[0095]
According to the photothermal conversion spectroscopy apparatus according to the second embodiment of the present invention, since the combined three excitation light and detection light having different frequencies described above are sequentially focused and irradiated on the solution sample, the lens Only one optical fiber 10 is required, and the device can be downsized.
[0096]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the photothermal conversion spectroscopic analysis method according to claim 1 and the photothermal conversion spectroscopic analysis apparatus according to claim 3, at least two detection target substances whose absorption spectra do not partially overlap each other with respect to frequency. The excitation light that converges and irradiates the solution sample containing the same is different in frequency from each other and consists of the same number of lights as the substance to be detected, and each frequency of the same number of lights is such that only one of the substances to be detected is absorbed by light. Since the thermal lens formation is set, each detection target substance can be detected with high sensitivity.
[0097]
According to the photothermal conversion spectroscopy method of the second aspect and the photothermal conversion spectroscopy apparatus of the fourth aspect, a plurality of lights having different frequencies constituting the excitation light are applied to the reference solution sample prepared for each detection target substance. The change in the intensity of the detection light is measured in advance by irradiation, and the change in the intensity of the detection light is measured by irradiating the above-described plurality of lights onto the solution sample. Irrespective of the absorption spectrum of each detection target substance contained in the device, the versatility of the device is greatly enhanced.
[0098]
According to the photothermal conversion spectrometer according to the fifth aspect, since a plurality of lights are sequentially irradiated to the solution sample by one condensing lens, only one condensing and irradiating means is required, thereby reducing the size of the apparatus. be able to.
[0099]
According to the photothermal conversion spectrometer according to claim 6, since the solution sample is simultaneously irradiated with the same number of condensing lenses as the number of light beams for irradiating the solution sample, a plurality of detection target substances are irradiated. Can be detected at the same time.
[0100]
According to the photothermal conversion spectrometer according to the seventh aspect, since the condenser lens is a gradient index lens, the condenser lens can be made smaller, and thus the apparatus can be made smaller.
[0101]
According to the photothermal conversion spectrometer according to claim 8, since the condenser lens is a gradient index rod lens, the condenser lens can be a very small cylindrical lens, so that a plurality of condenser lenses are arranged. Even in this case, the optical axes can be easily aligned and the area is not required, and the measurement points of each lens can be brought close to each other, so that the measurement can be performed under the same measurement conditions for each lens.
[0102]
According to the photothermal conversion spectrometer according to the ninth aspect, since the guiding optical system is an optical fiber, the optical axes of the excitation light and the detection light can be reliably made coaxial, so that the optical axes of the excitation light and the detection light can be adjusted. This can be eliminated, and a jig for adjusting the optical axis can be eliminated.
[0103]
According to the photothermal conversion spectrometer of claim 10, since the condenser lens is fixed to the end of the optical fiber, the excitation light, the detection light, and the optical axis of the condenser lens are always coaxial, so that the excitation It is not necessary to adjust the optical axes of the light, the detection light, and the condenser lens, and the jig for adjusting the optical axis is unnecessary.
[0104]
According to the photothermal conversion spectrometer according to the eleventh aspect, since the optical fiber propagates the excitation light and the detection light in a single mode, the light emitted from the optical fiber always has a Gaussian distribution and the excitation light can be narrowed down. As a result, the energy used for photothermal conversion can be increased, and the thermal lens formed by the excitation light can be made a lens with less aberration, so that accurate and highly sensitive measurement can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a photothermal conversion spectroscopy apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an optical fiber with a lens 10 in FIG.
3 is a graph showing a relationship between a molar absorption coefficient and a frequency of a detection target substance contained in a solution sample flowing in a plate member 20 with a flow path in FIG.
FIG. 4 is a flowchart of a detection target substance detection process executed by the photothermal conversion spectrometer of FIG. 1;
5 is a graph showing the relationship between the frequency of a substance to be detected and the molar extinction coefficient in the solution sample flowing through the plate member 20 with a flow path in FIG.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a photothermal conversion spectrometer according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of the principle of a thermal lens.
FIGS. 8A and 8B are explanatory diagrams of a formation position of a thermal lens with respect to an optical axis (Z-axis direction) of excitation light and a focus position of detection light, wherein FIG. Shows a case where the objective lens has no chromatic aberration.
FIGS. 9A and 9B are explanatory diagrams of a formation position of a thermal lens with respect to an optical axis of the excitation light (Z-axis direction) and a focus position of the detection light. FIG. (B) shows the case where the thermal lens is formed farther than the focal position of the detection light.
FIG. 10 is an explanatory view of a method for detecting a change in the refractive index of a thermal lens in a conventional photothermal conversion analyzer, wherein the detection light is converted into divergent light by inserting a concave lens in the middle of the optical path, Also shows a case where the focal position is set to be far away.
[Explanation of symbols]
10 Optical fiber with lens
20 Plate member with flow path
30 jig
101 Optical fiber
102 Refractive index distribution rod rods
103 Ferrule
104 tubes
105 Light source for excitation light
106 Light source for detection light
107 modulator
108 Two-wavelength multiplexer
109 Optical switch
201, 202, 203 glass substrate
204 channel
401 photoelectric converter
402 Filter
403 lock-in amplifier
404 computer

Claims

A focusing irradiation step of focusing and irradiating the solution sample with the excitation light and the detection light,
Measuring the intensity of the detection light transmitted through the thermal lens formed in the solution sample by the condensing irradiation of the excitation light, and a measurement step of measuring the intensity of the detection light,
The solution sample includes at least two substances to be detected whose absorption spectra do not partially overlap each other with respect to frequency,
The excitation light has frequencies different from each other and is composed of the same number of lights as the detection target substance, and each frequency of the same number of lights is such that only one of the detection target substances forms a thermal lens by light absorption. A photothermal conversion spectroscopy method characterized by being set to:

A focusing irradiation step of focusing and irradiating the solution sample with the excitation light and the detection light,
Measuring the intensity of the detection light transmitted through the thermal lens formed in the solution sample by the condensing irradiation of the excitation light, and a measurement step of measuring the intensity of the detection light,
The solution sample includes at least two detection target substances having different absorption spectra,
The excitation light is composed of a plurality of lights having different frequencies from each other,
The measuring step includes:
For each detection target substance, a production step of dissolving the detection target substance in a solvent to prepare a reference solution sample as a solution of a known concentration,
A first measurement step of irradiating the plurality of lights to a reference solution sample prepared for each of the detection target substances and measuring a change in the intensity in advance,
A second measuring step of irradiating the solution sample with the plurality of lights and measuring the change in the intensity.

Focusing irradiation means for focusing and irradiating the excitation light and the detection light onto the solution sample,
A light-to-heat conversion spectroscopic analyzer comprising:
The solution sample includes at least two substances to be detected whose absorption spectra do not partially overlap each other with respect to frequency,
The excitation lights are different in frequency from each other and are composed of the same number of lights as the detection target substance, and each frequency of the same number of lights is such that only one of the detection target substances forms a thermal lens by light absorption. A photothermal conversion spectrometer that is set to:

Focusing irradiation means for focusing and irradiating the excitation light and the detection light onto the solution sample,
A light-to-heat conversion spectroscopic analyzer comprising:
The solution sample includes at least two detection target substances having different absorption spectra,
The excitation light is composed of a plurality of lights having different frequencies from each other,
The measuring means comprises:
For each detection target substance, a preparation means for preparing a reference solution sample prepared by dissolving the detection target substance in a solvent and having a solution of a known concentration,
A first measurement unit that irradiates the plurality of lights to a reference solution sample prepared for each of the detection target substances and measures a change in the intensity in advance,
A second measuring means for irradiating the solution sample with the plurality of lights to measure the change in the intensity;

The photothermal conversion spectrometer according to claim 3, wherein the condensing irradiation unit irradiates the plurality of lights to the solution sample in order by one condensing lens.

The photothermal conversion spectrometer according to claim 3, wherein the condensing irradiation unit simultaneously irradiates the solution sample with the same number of condensing lenses as the number of the plurality of lights.

7. The photothermal conversion spectrometer according to claim 5, wherein the condenser lens is a gradient index lens.

The photothermal conversion spectrometer according to claim 7, wherein the refractive index distribution type lens is a rod lens.

The photothermal conversion spectrometer according to any one of claims 5 to 8, wherein an optical fiber is used in a guiding optical system that guides the excitation light and the detection light to the condenser lens.

The photothermal conversion spectrometer according to claim 9, wherein the condenser lens is fixed to an end of the optical fiber that propagates the excitation light and the detection light.

11. The photothermal conversion spectrometer according to claim 9, wherein the optical fiber propagates the excitation light and the detection light in a single mode.