JP2001249078A

JP2001249078A - 微量物質濃度計測方法及び計測装置

Info

Publication number: JP2001249078A
Application number: JP2000060020A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Uchida; 田裕内; Mina Sakano; 野美菜坂
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】多成分が混在する試料中において微量濃度で
含まれている物質の濃度をより正確に測定する測定方法
及び測定装置を提供すること。【解決手段】まず、被測定分子を含む試料を減圧され
た真空チャンバ１２内に間欠的に噴射して分子ビームジ
ェット１３ｊを形成して、試料の振動回転−温度を数１
０Ｋ程度以下に冷却して被測定分子の吸収スペクトル波
長幅を共存する分子の吸収波長と充分に分離可能になる
ようにする。次に、前記被測定分子の吸収スペクトル波
長幅に合致した波長を持つ励起光を導入用光ファイバ１
５を介して前記分子ビームジェット１３ｊ中に向けて照
射する。そして、前記励起光によって誘起された前記分
子ビームジェット１３ｊの蛍光の強度を計測して、分子
ビームジェット１３ｊ中に存在する被測定分子の濃度を
判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微量物質の濃度を
計測する計測方法及び計測装置に係り、とりわけ、多成
分が混在する試料中の微量物質の濃度をより精度良く計
測することができる計測方法及び計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の微量物質濃度測定方法としては、
以下のような方法が知られている。

【０００３】ガスクロマトグラフまたはガスクロマト
グラフ／質量分析法による方法。

【０００４】電解液中に試料ガスを通して、電気化学
的手法を用いる方法。

【０００５】紫外、可視、赤外のいずれかの光の吸収
を利用する方法。

【０００６】励起光を照射して生ずる蛍光を利用して
測定する方法。

【０００７】励起光を照射して生じるイオンを利用し
て測定する方法。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記の従来の方法に
は、以下のような問題がある。

【０００９】まず、に挙げたガスクロマトグラフを用
いる測定方法の場合、試料の調製に手間がかかり、計測
時間がかかる他、検出感度も良くない。

【００１０】に挙げた電気化学的手法を用いる測定方
法は、試料の成分が単純で且つ対象となる成分濃度が比
較的高い場合にのみ適応可能である。

【００１１】に挙げた各吸光法は、検出感度があまり
高くない他、多成分を有する試料の場合、それぞれのス
ペクトル線が近接することがあり、その場合各成分濃度
を分離して測定することが困難である。

【００１２】のいわゆる蛍光法においても、多成分を
有する試料の場合、それぞれの蛍光スペクトル線が近接
した場合、各成分濃度を分離して測定することが困難で
ある。

【００１３】のイオンを利用する測定方法において
も、多成分を有する試料の場合、それぞれの励起吸収ス
ペクトル線が近接した場合、各成分濃度を分離して測定
することが困難である。

【００１４】各種のスペクトル線を分離して解析するた
めに、分解能を向上させた分光器を利用することが検討
されているが、分光器を用いる場合、光計測系までの信
号光減衰が大きくなって、結果として十分な検出感度が
得られない場合が多い。

【００１５】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、多成分が混在する試料中において微量濃
度で含まれている物質の濃度をより正確に測定する測定
方法及び測定装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、被測定分子を
含む試料を減圧された真空チャンバ内に間欠的に噴射し
て分子ビームジェットを形成して、試料の振動回転−温
度を数１０Ｋ程度以下に冷却して被測定分子の吸収スペ
クトル波長幅を共存する分子の吸収波長と充分に分離可
能になるようにする噴射工程と、前記被測定分子の吸収
スペクトル波長幅に合致した波長を持つ励起光を導入用
光ファイバを介して前記分子ビームジェット中に向けて
照射する照射工程と、前記励起光によって誘起された前
記分子ビームジェットの蛍光の強度を計測して、分子ビ
ームジェット中に存在する被測定分子の濃度を判定する
判定工程と、を備えたことを特徴とする微量物質濃度計
測方法である。

【００１７】また、本発明は、減圧可能な真空チャンバ
と、被測定分子を含む試料を真空チャンバ内に間欠的に
噴射して分子ビームジェットを形成するパルスバルブ
と、被測定分子の吸収スペクトル波長幅に合致した波長
を持つ励起光を分子ビームジェットに向けて案内する導
入用光ファイバと、前記励起光によって誘起された前記
分子ビームジェットの蛍光を受光する受光装置と、受光
装置によって受光された蛍光の強度に基づいて、分子ビ
ームジェット中に存在する被測定分子の濃度を判定する
解析装置と、を備えたことを特徴とする微量物質濃度計
測装置である。

【００１８】本発明によれば、導入用光ファイバによっ
て励起光が分子ビームジェットと相互作用すべき領域に
正確に案内されて、当該領域において蛍光が発生するた
め、励起光入射窓による表面反射等が無く妨害成分とな
り得る散乱光成分の発生が抑えられて、蛍光強度が微弱
な場合であっても正確な濃度測定が可能である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。

【００２０】図１は、本発明による微量物質濃度計測装
置の第１の実施の形態の概略ブロック図である。

【００２１】図１に示すように、本発明の第１の実施の
形態の微量物質濃度計測装置１０は、真空ポンプ１１に
より減圧される真空チャンバ１２を備えている。真空チ
ャンバ１２内には、被測定分子を含む試料を真空チャン
バ１２内に間欠的に噴射して分子ビームジェット１３ｊ
を形成するパルスバルブ１３が設けられている。

【００２２】真空チャンバ１２の外部には、被測定分子
の吸収スペクトル波長幅に合致した波長を持つ励起光を
出射するレーザ光源１４が配置されている。レーザ光源
１４には、真空チャンバ１２内部へ延びる導入用光ファ
イバ１５が接続されている。導入用光ファイバ１５は、
励起光を分子ビームジェット１３ｊに向けて出射するよ
うに配置されている。

【００２３】真空チャンバ１２には、励起光によって誘
起される分子ビームジェット１３ｊの蛍光を透過可能な
蛍光透過窓１２ｗが形成されている。蛍光透過窓１２ｗ
の近傍には、蛍光ディテクタ２２が配置されている。こ
の場合、蛍光透過窓１２ｗと蛍光ディテクタ２２との間
に集光用光学素子２１が設けられており、蛍光透過窓１
２ｗを透過した蛍光が効率良く蛍光ディテクタ２２に送
られるようになっていいる。

【００２４】蛍光ディテクタ２２は、分子ビームジェッ
ト１３ｊの蛍光を受光する受光装置として機能するよう
になっており、信号処理装置２３に接続されている。信
号処理装置２３は、解析装置として機能し、すなわち、
蛍光ディテクタ２２によって受光された蛍光の強度に基
づいて、分子ビームジェット１３ｊ中に存在する被測定
分子の濃度を判定するようになっている。

【００２５】本実施の形態の場合、真空チャンバ１２
は、１ｍｍＰａ以下に減圧されるようになっている。ま
た、パルスバルブ１３は、被測定分子を含む試料を、１
０⁴Ｐａ以上の減圧条件から１０⁶Ｐａ以上に加圧して、
１ミリ秒よりも短い時間幅で間欠的に噴射するようにな
っている。

【００２６】次に、このような構成よりなる本実施の形
態の作用について図２を用いて説明する。

【００２７】真空チャンバ１２が、真空ポンプ１１によ
って真空引きされ、１ｍｍＰａ以下に減圧される（ＳＴ
ＥＰ１）。

【００２８】真空チャンバ１２内の圧力が安定したら、
パルスバルブ１３によって、被測定分子を含む試料を真
空チャンバ１２内に間欠的に噴射して分子ビームジェッ
ト１３ｊを形成する（ＳＴＥＰ２）。この場合、パルス
バルブ１３は、被測定分子を含む試料を、１０⁴Ｐａ以
上の減圧条件から１０⁶Ｐａ以上に加圧して、１ミリ秒
よりも短い時間幅で噴射する。これにより、試料の振動
回転−温度が数１０Ｋ程度以下に冷却され、被測定分子
の吸収スペクトル波長幅と共存する分子の吸収波長とが
充分に分離される。

【００２９】この現象について、より詳細に説明する。

【００３０】物質の吸収波長は物質固有であるが、試料
が高温の場合には、電子基底準位における回転励起状態
への分布が無視出来ず、その結果吸収波長は、あるスペ
クトル範囲内に広がった波長幅となる。

【００３１】このような高い温度のガス状の試料を、大
きな圧力差を設けると共に小さな穴などを通して噴出さ
せた場合、断熱膨張して各成分の存在比が保存されたま
ま回転−振動温度が冷却される。十分に低い（数１０Ｋ
程度）回転−振動温度のガスの場合、吸収波長幅は０．
０００１ｎｍ（０．０１ｃｍ^-1）以下の極めて狭いもの
となる。

【００３２】吸収波長幅がこのように狭くなることによ
って、被測定分子の吸収スペクトル波長幅と共存する分
子の吸収波長とが充分に分離されるのである。

【００３３】一方、レーザ光源１４が作動して被測定分
子の吸収スペクトル波長幅に合致した波長、すなわち、
被測定分子の電子励起準位への共鳴波長に合致した波長
を持つ励起光が生成され、導入用光ファイバ１５を介し
て分子ビームジェット１３ｊ中に向けて照射される（Ｓ
ＴＥＰ３）。

【００３４】励起光の照射により、励起光と分子ビーム
ジェット１３ｊとの相互作用領域において、分子ビーム
ジェット１３ｊ中（試料中）に含まれる成分のうちで入
射励起光の波長を吸収して蛍光を発する成分の全てか
ら、蛍光が発せられる（ＳＴＥＰ４）。発生する蛍光
は、前記相互作用領域を中心に等方向に発光される。

【００３５】発生した蛍光は、蛍光透過窓１２ｗ及び集
光用光学素子２１を介して、蛍光ディテクタ２２に至る
（ＳＴＥＰ５）。

【００３６】信号処理装置２３が、蛍光ディテクタ２２
に受光された蛍光の強度を計測して、分子ビームジェッ
ト１３ｊ中に存在する被測定分子の濃度を判定する（Ｓ
ＴＥＰ６）。通常この蛍光の強度は微弱であるが、本実
施の形態の場合、真空チャンバ１２に励起光入射窓が存
在しないため、励起光入射窓の表面反射等による散乱光
の発生が無く、微量成分に対しても正確な濃度測定が行
える。

【００３７】以上のように、本実施の形態によれば、導
入用光ファイバ１５によって励起光が分子ビームジェッ
ト１３ｊと相互作用すべき領域に正確に案内されて、当
該領域において蛍光が発生するため、励起光入射窓によ
る表面反射等が無く妨害成分となり得る散乱光成分の発
生が抑えられ、蛍光強度が微弱な場合であっても正確な
濃度測定が可能である。

【００３８】次に、本発明の第２の実施の形態の微量物
質濃度計測装置について、図３を用いて説明する。図３
は、第２の実施の形態の微量物質濃度計測装置の真空チ
ャンバ内の概略斜視図である。

【００３９】図３に示すように、本実施の形態の微量物
質濃度計測装置１０は、導入用光ファイバ１５の出射部
１５ａに、集光用光学素子３１が配置されている。この
場合、集光用光学素子３１は、シリンドリカルレンズで
あり、出射部１５ａの側に曲面部が向くように配置され
ている。

【００４０】その他の構成は、図１に示す第１の実施の
形態の微量物質濃度計測装置と略同様の構成である。第
２の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態
と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略
する。

【００４１】本実施の形態によれば、導入用光ファイバ
１５の出射部１５ａを出た励起光が集光用光学素子３１
によって集光された（光路が成形された）後に分子ビー
ムジェット１３ｊに照射されるため、励起光と分子ビー
ムジェット１３ｊとの相互作用領域３２を、蛍光の受光
に適した形状に調整することができる。

【００４２】なお、集光用光学素子３１としては、シリ
ンドリカルレンズ以外の各種の光学素子も利用され得
る。

【００４３】次に、本発明の第３の実施の形態の微量物
質濃度計測装置について、図４を用いて説明する。図４
は、第３の実施の形態の微量物質濃度計測装置の真空チ
ャンバ内の概略斜視図である。

【００４４】図４に示すように、本実施の形態の微量物
質濃度計測装置１０は、導入用光ファイバ１５が複数
（５本）並列に配置されている他は、図１に示す第１の
実施の形態の微量物質濃度計測装置と略同様の構成であ
る。第３の実施の形態において、図１に示す第１の実施
の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明
は省略する。

【００４５】本実施の形態によれば、複数の導入用光フ
ァイバ１５によって励起光が案内されるため、励起光を
より効果的に分子ビームジェット１３ｊに照射すること
ができる。

【００４６】次に、本発明の第４の実施の形態の微量物
質濃度計測装置について、図５を用いて説明する。図５
は、第４の実施の形態の微量物質濃度計測装置の要部の
概略斜視図である。

【００４７】図５に示すように、本実施の形態の微量物
質濃度計測装置１０は、分子ビームジェット１３ｊから
の蛍光を直接的に蛍光ディテクタ２２に案内するための
導出用光ファイバ２５が、真空チャンバ１２の内部から
蛍光ディテクタ２２まで配置されている他は、図１に示
す第１の実施の形態の微量物質濃度計測装置と略同様の
構成である。第４の実施の形態において、図１に示す第
１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。

【００４８】本実施の形態によれば、分子ビームジェッ
ト１３ｊからの蛍光が、直接的に蛍光ディテクタ２２に
案内されるため、蛍光発光量が微弱な場合であっても、
より正確に濃度測定を行うことができる。

【００４９】次に、本発明の第５の実施の形態の微量物
質濃度計測装置について、図６を用いて説明する。図６
は、第５の実施の形態の微量物質濃度計測装置の要部の
構成斜視図である。

【００５０】図６に示すように、本実施の形態の微量物
質濃度計測装置１０は、導出用光ファイバ２５が複数
（３本）並列に配置されている他は、図５に示す第４の
実施の形態の微量物質濃度計測装置と略同様の構成であ
る。第５の実施の形態において、図５に示す第４の実施
の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明
は省略する。

【００５１】本実施の形態によれば、複数の導出用光フ
ァイバ２５によって蛍光をより効果的に蛍光ディテクタ
２２に案内することができるため、蛍光発光量が微弱な
場合であっても、より正確に濃度測定を行うことができ
る。

【００５２】次に、本発明の第６の実施の形態の微量物
質濃度計測装置について、図７を用いて説明する。図７
は、第６の実施の形態の微量物質濃度計測装置の要部の
概略斜視図である。

【００５３】図７に示すように、本実施の形態の微量物
質濃度計測装置１０は、導入用光ファイバ１５の出射部
１５ａが２軸方向に可動な位置決め装置４１に支持され
て、出射部１５ａの位置が真空チャンバ１２内で調整可
能となっている他は、図５に示す第４の実施の形態の微
量物質濃度計測装置と略同様の構成である。第６の実施
の形態において、図５に示す第４の実施の形態と同一の
部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【００５４】本実施の形態によれば、導入用光ファイバ
１５の出射部１５ａの位置を適宜に調整することによ
り、より好適な励起光照射条件で濃度測定を実施するこ
とができる。

【００５５】次に、本発明の第７の実施の形態の微量物
質濃度計測装置について、図８を用いて説明する。図８
は、第７の実施の形態の微量物質濃度計測装置の要部の
概略斜視図である。

【００５６】図８に示すように、本実施の形態の微量物
質濃度計測装置１０は、導出用光ファイバ２５の入射部
２５ａが２軸方向に可動な位置決め装置４２に支持され
て、入射部２５ａの位置が真空チャンバ１２内で調整可
能となっている他は、図５に示す第４の実施の形態の微
量物質濃度計測装置と略同様の構成である。第７の実施
の形態において、図５に示す第４の実施の形態と同一の
部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【００５７】本実施の形態によれば、導出用光ファイバ
２５の入射部２５ａの位置を適宜に調整することによ
り、より好適な蛍光の案内条件で濃度測定を実施するこ
とができる。

【００５８】次に、本発明の第８の実施の形態の微量物
質濃度計測装置について、図９を用いて説明する。図９
は、第８の実施の形態の微量物質濃度計測装置の要部の
概略斜視図である。

【００５９】図９に示すように、本実施の形態の微量物
質濃度計測装置１０は、導出用光ファイバ２５の蛍光デ
ィテクタ２２側の端面２５ｂに、分子ビームジェットの
蛍光をフィルタリングするフィルタ２６が配置されてい
る。フィルタ２６は、図１０に示すように、検出対象と
すべき蛍光の波長帯域のみを透過する光学フィルタによ
って構成されている。

【００６０】その他の構成は、図５に示す第４の実施の
形態の微量物質濃度計測装置と略同様の構成である。第
８の実施の形態において、図５に示す第４の実施の形態
と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略
する。

【００６１】本実施の形態によれば、検出対象としない
波長帯域がフィルタ２６によって除去されるため、計測
の雑音となり得る散乱光の影響が効果的に遮断され、蛍
光発光量が微弱な場合であっても、より正確に濃度測定
を行うことができる。

【００６２】次に、本発明の第９の実施の形態の微量物
質濃度計測装置について、図１１を用いて説明する。図
１１は、第９の実施の形態の導出用光ファイバ２５の蛍
光ディテクタ２２側部分の概略図である。

【００６３】図１１に示すように、本実施の形態の微量
物質濃度計測装置１０は、フィルタ２６が配置される代
わりに、導出光ファイバ２５の出射側端面２５ｂに直接
的に誘電体多層膜２７が蒸着形成されている。誘電体多
層膜２７は、フィルタ２６と同様に、検出対象とすべき
蛍光の波長帯域のみを透過する性質を有している。

【００６４】その他の構成は、図９に示す第８の実施の
形態の微量物質濃度計測装置と略同様の構成である。第
９の実施の形態において、図９に示す第８の実施の形態
と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略
する。

【００６５】本実施の形態によれば、検出対象としない
波長帯域が誘電体多層膜２７によって除去されるため、
計測の雑音となり得る散乱光の影響が効果的に遮断さ
れ、蛍光発光量が微弱な場合であっても、より正確に濃
度測定を行うことができる。

【００６６】次に、本発明の第１０の実施の形態の微量
物質濃度計測装置について、図１２を用いて説明する。
図１２は、第１０の実施の形態の微量物質濃度計測装置
の要部の概略斜視図である。

【００６７】図１２に示すように、本実施の形態の微量
物質濃度計測装置１０は、４本の導出用光ファイバ２５
が並列に配置され、蛍光ディテクタ２２及び信号処理装
置２３が各２個ずつの導出用光ファイバ２５に対応して
２組設けられている。この場合、一方の組の蛍光ディテ
クタ２２は、高感度タイプであり、他方の組の蛍光ディ
テクタ２２は、高速応答タイプである。

【００６８】その他の構成は、図６に示す第５の実施の
形態の微量物質濃度計測装置と略同様の構成である。第
１０の実施の形態において、図６に示す第５の実施の形
態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省
略する。

【００６９】本実施の形態によれば、２つの蛍光強度測
定系が構築されているため、高感度タイプの蛍光ディテ
クタ２２によって蛍光強度を正確に求めることができ、
さらに高速応答タイプの蛍光ディテクタ２２によって、
蛍光の減衰特性を同時に求めることができる。

【００７０】試料中に含まれる狭雑物質からの蛍光スペ
クトルが被測定対象物質と似ている場合でも、図１３に
示すように、蛍光の減衰特定は一般に異なる。従って、
本実施の形態によって蛍光スペクトルと減衰特性とを組
み合わせて測定することにより、狭雑物質の多い試料に
対しても高い選択性をもって計測を行うことができる。

【００７１】なお、２つの蛍光強度測定系の態様は、種
々の組合わせが採用され得る。

【００７２】次に、本発明の第１１の実施の形態の微量
物質濃度計測装置について、図１４を用いて説明する。
図１３は、第１１の実施の形態の微量物質濃度計測装置
の要部の概略斜視図である。

【００７３】図１４に示すように、本実施の形態の微量
物質濃度計測装置１０は、並列に配置された３個の導出
用光ファイバ２５の蛍光ディテクタ２２側の各端面２５
ｂに、分子ビームジェットの蛍光をフィルタリングする
フィルタ２６ａ〜２６ｃがそれぞれ配置されると共に、
各導出用光ファイバ３１に対応して蛍光ディテクタ２２
及び信号処理装置２３が配置されている。

【００７４】各フィルタ２６ａ〜２６ｃは、図１５に示
すように、それぞれ異なる蛍光の波長帯域のみを透過す
る光学フィルタによって構成されている。

【００７５】その他の構成は、図６に示す第５の実施の
形態の微量物質濃度計測装置と略同様の構成である。第
１１の実施の形態において、図６に示す第５の実施の形
態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省
略する。

【００７６】本実施の形態によれば、検出対象としない
波長帯域が各フィルタ２６ａ〜２６ｃによって遮断され
るため、マルチチャンネル分光装置等を用いることな
く、同時に複数の波長成分を計測することができる。ま
た、波長成分の違いによるデータを組み合わせることに
より、高い識別能力を持った計測が可能となる。

【００７７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、導入用
光ファイバによって励起光が分子ビームジェットと相互
作用すべき領域に正確に案内されて、当該領域において
蛍光が発生するため、励起光入射窓による表面反射等が
無く妨害成分となり得る散乱光成分の発生が抑えられ
て、蛍光強度が微弱な場合であっても正確な濃度測定が
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による微量物質濃度計測装置の第１の実
施の形態を示す概略ブロック図。

【図２】図１の微量物質濃度計測装置の作用を示すフロ
ー図。

【図３】本発明による微量物質濃度計測装置の第２の実
施の形態の要部を示す概略斜視図。

【図４】本発明による微量物質濃度計測装置の第３の実
施の形態の要部を示す概略斜視図。

【図５】本発明による微量物質濃度計測装置の第４の実
施の形態の要部を示す概略斜視図。

【図６】本発明による微量物質濃度計測装置の第５の実
施の形態の要部を示す概略斜視図。

【図７】本発明による微量物質濃度計測装置の第６の実
施の形態の要部を示す概略斜視図。

【図８】本発明による微量物質濃度計測装置の第７の実
施の形態の要部を示す概略斜視図。

【図９】本発明による微量物質濃度計測装置の第８の実
施の形態の要部を示す概略斜視図。

【図１０】フィルタのフィルタリング特性の例を示す概
略図。

【図１１】本発明による微量物質濃度計測装置の第９の
実施の形態の導出用光ファイバの蛍光ディテクタ側部分
を示す概略図。

【図１２】本発明による微量物質濃度計測装置の第１０
の実施の形態の要部を示す概略斜視図。

【図１３】蛍光の減衰特性の例を示す概略図。

【図１４】本発明による微量物質濃度計測装置の第１１
の実施の形態の要部を示す概略斜視図。

【図１５】フィルタの分光特性の例を示す概略図。

【符号の説明】１０微量物質濃度計測装置１１真空ポンプ１２真空チャンバ１２ｗ蛍光透過窓１３パルスバルブ１３ｊ分子ビームジェット１４レーザ光源１５導入用光ファイバ１５ａ出射部２１集光用光学素子２２蛍光ディテクタ２３信号処理装置２５導出用光ファイバ２５ａ入射部２６、２６ａ〜２６ｃフィルタ２７誘電体多層膜３１集光用光学素子３２相互作用領域４１位置決め装置４２位置決め装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2G043 AA01 CA01 DA05 DA08 EA01 GA07 GB08 GB09 GB21 HA01 HA05 JA02 JA03 KA09 LA01 LA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定分子を含む試料を減圧された真空チ
ャンバ内に間欠的に噴射して分子ビームジェットを形成
して、試料の振動回転−温度を数１０Ｋ程度以下に冷却
して被測定分子の吸収スペクトル波長幅を共存する分子
の吸収波長と充分に分離可能になるようにする噴射工程
と、前記被測定分子の吸収スペクトル波長幅に合致した波長
を持つ励起光を導入用光ファイバを介して前記分子ビー
ムジェット中に向けて照射する照射工程と、前記励起光によって誘起された前記分子ビームジェット
の蛍光の強度を計測して、分子ビームジェット中に存在
する被測定分子の濃度を判定する判定工程と、を備えた
ことを特徴とする微量物質濃度計測方法。
【請求項２】前記噴射工程において、被測定分子を含む
試料は、１０⁴Ｐａ以上の減圧条件から１０⁶Ｐａ以上に
加圧され、１ｍｍＰａ以下に減圧された真空チャンバー
内に、１ミリ秒よりも短い時間幅で間欠的に噴射される
ことを特徴とする請求項１に記載の微量物質濃度計測方
法。
【請求項３】前記照射工程において、励起光は、導入用
光ファイバ及び集光用光学素子を介して前記分子ビーム
ジェット中に向けて照射されることを特徴とする請求項
１または２に記載の微量物質濃度計測方法。
【請求項４】前記照射工程において、励起光は、並列に
配置された複数の導入用光ファイバを介して前記分子ビ
ームジェット中に向けて照射されることを特徴とする請
求項１乃至３のいずれかに記載の微量物質濃度計測方
法。
【請求項５】前記判定工程において、前記分子ビームジ
ェットの蛍光は、導出用光ファイバを介して真空チャン
バ外へ導かれた後に強度が計測されることを特徴とする
請求項１乃至４のいずれかに記載の微量物質濃度計測方
法。
【請求項６】導入用光ファイバの出射部は、真空チャン
バ内で可動であり、前記微量物質濃度計測方法は、導入用光ファイバの出射
部の位置を調整する工程を更に有していることを特徴と
する請求項１乃至５のいずれかに記載の微量物質濃度計
測方法。
【請求項７】導出用光ファイバの入射部は、真空チャン
バ内で可動であり、前記微量物質濃度計測方法は、導出用光ファイバの入射
部の位置を調整する工程を更に有していることを特徴と
する請求項５に記載の微量物質濃度計測方法。
【請求項８】前記判定工程は、分子ビームジェットの蛍
光を所定の条件でフィルタリングする工程と、フィルタリング後の分子ビームジェットの蛍光の強度を
計測する工程と、を含んでいることを特徴とする請求項
１乃至７のいずれかに記載の微量物質濃度計測方法。
【請求項９】前記判定工程において、前記分子ビームジ
ェットの蛍光は、並列に配置された複数の導出用光ファ
イバを介して真空チャンバ外へ導かれた後に強度が計測
されることを特徴とする請求項５に記載の微量物質濃度
計測方法。
【請求項１０】前記判定工程は、各導出用光ファイバを
介して導かれた各分子ビームジェットの蛍光を、それぞ
れの所定の条件でフィルタリングする工程と、フィルタリング後の各分子ビームジェットの蛍光の強度
をそれぞれ計測する工程と、を含んでいることを特徴と
する請求項９に記載の微量物質濃度計測方法。
【請求項１１】減圧可能な真空チャンバと、被測定分子を含む試料を真空チャンバ内に間欠的に噴射
して分子ビームジェットを形成するパルスバルブと、被測定分子の吸収スペクトル波長幅に合致した波長を持
つ励起光を分子ビームジェットに向けて案内する導入用
光ファイバと、前記励起光によって誘起された前記分子ビームジェット
の蛍光を受光する受光装置と、受光装置によって受光された蛍光の強度に基づいて、分
子ビームジェット中に存在する被測定分子の濃度を判定
する解析装置と、を備えたことを特徴とする微量物質濃
度計測装置。
【請求項１２】前記真空チャンバは、１ｍｍＰａ以下に
減圧されるようになっており、前記パルスバルブは、被測定分子を含む試料を、１０⁴
Ｐａ以上の減圧条件から１０⁶Ｐａ以上に加圧して、１
ミリ秒よりも短い時間幅で間欠的に噴射するようになっ
ていることを特徴とする請求項１１に記載の微量物質濃
度計測装置。
【請求項１３】導入用光ファイバの出射部に、集光用光
学素子が配置されていることを特徴とする請求項１１ま
たは１２に記載の微量物質濃度計測装置。