JP2014202596A - 微量物質の分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微量物質を高感度検出することが可能な、微量物質の分析方法を提供する。【解決手段】微量物質に黄色発色団を形成する工程と、黄色発色団を形成された微量物質へ、波長が３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満である光を照射する工程と、光の照射後に得られるラマンスペクトルを分析する工程とを有する、微量物質の分析方法とする。【選択図】図１

Description

本発明は、微量物質の分析方法に関する。

物質を検出し定量や構造解析等を行う様々な分析手法が、これまでに開発されてきており、代表的な分析手法として、例えば、汎用的な励起波長（５３２ｎｍ）レーザーを用いて樹脂中等の添加剤等を検出し、その定量や構造解析等を行う手法等が知られている。

レーザーを用いる分析手法では、多くの場合、レーザーの出力を高めることにより、分析対象である物質の検出感度を高めることが可能になる。しかしながら、レーザーの出力を高めるとエネルギー密度が高まるため、固体中に存在する微量物質（以下において、ｐｐｍオーダーの量の物質を「微量物質」という。）を分析する際に高出力レーザーを用いると、検出対象である物質自体が消滅し、検出が困難になる。また、溶液中では、固体中よりも物質が分散しているため、溶液中に存在する微量物質は密度が低い。それゆえ、レーザーの出力を高めたとしても、溶液中に存在する微量物質は、検出が困難である。このように、これまでに提案されている分析手法では、固体中や溶液中に存在する微量物質を検出することは困難であった。そのため、微量物質の検出等を行うことが可能な分析手法の開発が求められている。

これまでに開発されている分析手法に関する技術として、例えば特許文献１には、被検溶液中の特定成分に起因する被検溶液の光学特性を変化させる試薬を混入した後の被検溶液の透過光強度及び散乱光強度を測定し、これらの計測値にもとづいて、被検溶液中の特定成分の濃度を求める溶液濃度計測方法が開示されている。また、特許文献２には、少なくとも１つの試料が、光源から出射した光により配向照射され、試料から出射した光が少なくとも１つの分光計、特に同時分光計、の入射スリットに集束される分光装置が開示されている。また、分析手法に関する技術ではないが、特許文献３には、ＣＺＴＳ系薄膜太陽電池の製造方法及びＣＺＴＳ系薄膜太陽電池が開示されている（以下において、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、及び、Ｓを含む、Ｃｕ_２ＺｎＳｎＳ_４等に代表されるＩ_２−ＩＩ−ＩＶ−ＶＩ_４族化合物半導体を「ＣＺＴＳ」という。）。また、特許文献４には、複合静止環境内に位置し、静止環境のものとは区別され得る光スペクトルを有する移動物体を同定し、マッピングし、そして特徴づけするための装置及び方法に関する技術が開示されている。

特開２００５−１８９２４５号公報 特表平８−５００１８３号公報 特開２０１３−４７４３号公報 特表２００５−５２１４９９号公報

特許文献１乃至特許文献４に開示されている技術を用いても、ＣＺＴＳ等の微量物質の検出を行うことは困難であった。

そこで本発明は、微量物質を高感度検出することが可能な、微量物質の分析方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、鋭意検討の結果、黄色発色団を形成した微量物質に、黄色発色団が吸収する光を照射した後、ラマンスペクトルを分析することにより、溶液中に存在する微量物質を検出することが可能になることを知見した。本発明は、かかる知見に基づいて完成させた。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、微量物質に黄色発色団を形成する黄色発色団形成工程と、黄色発色団を形成された微量物質へ、波長が３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満である光を照射する光照射工程と、上記光の照射後に得られるラマンスペクトルを分析する分析工程と、を有する、微量物質の分析方法である。

ここに、本発明において、「微量物質」とは、二重結合以上の多重結合を有する化合物、又は、イオン結合をしている化合物であって、且つ、濃度がｐｐｍオーダーである物質をいう。また、本発明において、「黄色発色団」とは、炭素原子同士の二重結合、又は、炭素原子と酸素原子との二重結合を有する物質であって、且つ、波長が３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満の光、特に、波長が４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ未満である光を吸収する物質をいう。また、本発明において、「微量物質に黄色発色団を形成する」とは、黄色発色団を形成される微量物質に相当する部分及び黄色発色団に相当する部分を有する物質を形成する第１形態のほか、黄色発色団を形成した結果、黄色発色団が形成される前の微量物質とは異なる形態の物質に変化させる第２形態も含まれる。第１形態の具体例としては、ＣＺＴＳに黄色発色団を形成する場合のように、微量物質であるＣＺＴＳに相当する部分と黄色発色団に相当する部分とを有する物質を形成する形態等を挙げることができる。また、第２形態の具体例としては、酸化防止剤ＢＨＴ（ジブチルヒドロキシトルエン）に黄色発色団を形成する場合のように、黄色発色団を形成することにより、黄色発色団が形成される前の微量物質（ＢＨＴ）とは異なる形態の物質（ＳＢＱ（スチルベンキノン））に変化させる形態等を挙げることができる。また、本発明において、「黄色発色団を形成された微量物質」とは、上記第１形態の場合は、例えば、黄色発色団を形成したＣＺＴＳをいい、上記第２形態の場合は、例えば、ＳＢＱをいう。黄色発色団が形成された微量物質に、波長が３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満である光を照射することにより、照射された光の多くが黄色発色団の分子振動に共鳴し、黄色発色団からのラマン散乱光を増大させることが可能になる。ラマン散乱光から得られるラマンスペクトルを分析工程で分析することにより、黄色発色団に起因する波長の光のピークを検出することが可能になるので、微量物質の存在を高感度検出することが可能になる。

また、上記本発明において、光照射工程で、波長が４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ未満である光を、黄色発色団を形成された微量物質に照射することが好ましい。黄色発色団は、波長が４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ未満である光を特に共鳴しやすく、共鳴効果により黄色発色団からのラマン散乱光は著しく増大する。したがって、このような波長の光を照射することにより、微量物質の検出感度を高めやすくなる。

本発明によれば、微量物質を高感度検出することが可能な微量物質の分析方法を提供することができる。

本発明の微量物質の分析方法を説明するフロー図である。 黄色発色団を形成したＣＺＴＳの構造式の例を示す図である。 実施例１及び比較例１のラマンスペクトルを比較する図である。 ＢＨＴからＳＢＱが形成される反応を説明する図である。 励起光の波長と得られたラマンスペクトルとの関係を説明する図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の微量物質の分析方法（以下において、「本発明の分析方法」ということがある。）について説明する。なお、以下に示す形態は例示であり、本発明の分析方法は以下に示す形態に限定されない。

図１は、本発明の分析方法を説明するフロー図である。図１に示したように、本発明の分析方法は、黄色発色団形成工程（Ｓ１）と、光照射工程（Ｓ２）と、分析工程（Ｓ３）と、を有している。

黄色発色団形成工程（以下において、「Ｓ１」ということがある。）は、分析対象である微量物質に黄色発色団を形成する工程である。Ｓ１は、分析対象である微量物質に黄色発色団を形成することが可能であれば、その形態は特に限定されない。分析対象である微量物質がイオン結合をしている化合物である場合、Ｓ１は、例えば、分析対象である微量物質を水に分散してｐＨを調整した後、ｐＨを調整された液体に黄色発色団の原料を入れ、微量物質と黄色発色団の原料とを結合させることにより、微量物質に黄色発色団を形成する工程、とすることができる。このほか、分析対象である微量物質が、二重結合以上の多重結合を有する物質である場合、Ｓ１は、例えば、分析対象である微量物質にキセノンランプで光を照射することにより、黄色発色団を有する物質を形成する工程、とすることも可能である。

光照射工程（以下において、「Ｓ２」ということがある。）は、Ｓ１で黄色発色団を形成された微量物質へ、波長が３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満である光を照射する工程である。黄色発色団は、波長が３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満である光を吸収すること、及び、吸収した光に応じた波長のラマン散乱光を生じさせることが可能である。したがって、Ｓ２で波長が３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満である光を照射することにより、この光に応じた波長のラマン散乱光を生じさせることが可能になる。吸収する色（光）と物質の色（補色）との関係を表１に示す。表１において、Ａ〜ＢはＡ以上Ｂ未満を意味している。表１に示したように、黄色発色団は、波長が４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ未満である青色の光を最も吸収しやすく、その次に、これに隣接する波長（３８０ｎｍ以上４３５ｎｍ未満、又は、４８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満）の光を吸収しやすい。そして、青色の光と波長が大きく異なる波長の光は、黄色発色団によって吸収され難い。

分析工程（以下において、「Ｓ３」ということがある。）は、Ｓ２による光の照射後に得られるラマンスペクトルを分析する工程である。上述のように、黄色発色団は、吸収した光に応じたラマン散乱光を生じさせることが可能なので、Ｓ３では、生じたラマン散乱光からラマンスペクトルを得る。黄色発色団に光を吸収、共鳴させてラマン散乱光を生じさせる本発明の分析方法では、黄色発色団を形成しない従来技術よりも高強度なラマン散乱光を生じさせることができるので、黄色発色団に由来するピークを検知しやすい。本発明において、黄色発色団は、分析対象である微量物質に結合しているか、又は、分析対象である微量物質に黄色発色団を形成することにより生じさせた物質に含まれているので、ラマン散乱光を生じさせる黄色発色団は、分析対象である微量物質に起因している。それゆえ、黄色発色団に由来するラマンスペクトルを特定することにより、分析対象である微量物質（又は、当該微量物質から変化した物質）の存在を確認することができる。したがって、Ｓ１乃至Ｓ３を有する本発明の分析方法によれば、微量物質を高感度検出することが可能になる。

黄色発色団は、波長が３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満である光を吸収することが可能であり、波長が４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ未満である光を特に吸収しやすい。本発明において、Ｓ２で黄色発色団に照射する光の波長は、３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満であれば良いが、生じさせるラマン散乱光の強度を高めることにより、微量物質の検出感度を高めやすい形態にする等の観点からは、Ｓ２で黄色発色団に照射する光の波長を、４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ未満にすることが好ましい。

本発明において、Ｓ１で黄色発色団を形成される物質は、二重結合以上の多重結合を有する化合物、又は、イオン結合をしている化合物であればよい。イオン結合をしている化合物の場合には、当該化合物を水に分散してｐＨを調整した後に、黄色発色団の素となる物質を水へ添加し、イオン結合をしている物質と黄色発色団とをイオン結合させることにより、黄色発色団を形成することが可能になる。また、二重結合以上の多重結合を有する化合物であれば、当該化合物に所定の波長の光を照射する等の方法により、黄色発色団を形成することが可能になる。本発明において、黄色発色団を形成可能なイオン結合をしている化合物としては、ＣＺＴＳ等を例示することができる。また、本発明において、黄色発色団を形成可能な二重結合以上の多重結合を形成可能な化合物としては、酸化防止剤ＢＨＴ（ジブチルヒドロキシトルエン）等を例示することができる。本発明において、黄色発色団が形成される物質がＣＺＴＳである場合、「微量」の下限値は例えば１０ｐｐｍとすることができる。また、本発明において、黄色発色団が形成される物質がＢＨＴである場合、「微量」の下限値は例えば１ｐｐｍとすることができる。

また、本発明において、分析される微量物質がＣＺＴＳである場合、Ｓ１で調整されるｐＨの値は特に限定されないが、ＣＺＴＳを高分散に分散させることによりＣＺＴＳの検出感度を高めやすい形態にする等の観点からは、ｐＨを６以上８以下に調整することが好ましく、ｐＨを７に調整することが特に好ましい。

また、本発明において、Ｓ１で形成される黄色発色団は、炭素原子同士の二重結合、又は、炭素原子と酸素原子との二重結合を有する物質であって、且つ、波長が３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満の光、特に、波長が４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ未満である光を吸収する物質であれば良い。微量物質に黄色発色団を形成する形態が上記第１形態の場合には、例えば、微量物質を分散させた水のｐＨを調整した後に、この水へ黄色発色団の素となる物質を添加することにより、微量物質へ黄色発色団を形成することができる。本発明において、黄色発色団の素となる物質としては、チオグリコール酸（ＴＧＡ）等を例示することができる。なお、微量物質に黄色発色団を形成する形態が上記第２形態の場合には、黄色発色団の素となる物質を使用することなく、所定の波長の光を照射する等の方法により、黄色発色団を形成することが可能である。本発明において、所定の波長の光を照射することにより黄色発色団を形成する場合、黄色発色団を形成可能であれば、光の照射時間は特に限定されない。光の照射時間は、例えば、５分以上３００分以下とすることができる。

上述のように、本発明の分析方法によれば、微量物質を高感度検出することが可能である。したがって、微量物質の濃度を変化させた場合のラマンスペクトルを分析し、濃度と微量物質のメインピークの強度との関係を予め把握しておくことにより、分析対象の微量物質を定量することも可能になる。さらに、ラマンスペクトルは構造解析に用いることも可能なので、予め様々な比較物質のデータを用意しておくことにより、分析対象である微量物質の構造を解析することも可能になる。

＜実施例１＞
粉末状の白色のＣＺＴＳ原料を、その濃度が１００ｐｐｍとなるように純水に分散し、ＴＧＡを添加した後、塩酸や水酸化ナトリウムを用いて、ＣＺＴＳが分散された液体のｐＨを７に調整し、ＣＺＴＳに黄色発色団を形成した。黄色発色団を形成したＣＺＴＳの構造式の例を図２に示す。なお、図２では、一部の原子の記載を省略している。
このようにしてＣＺＴＳに黄色発色団を形成した後、黄色発色団が形成されたＣＺＴＳを含む液体に、励起波長レーザー（波長＝４４２ｎｍ）を照射し、ラマン分光分析法によりラマンスペクトルを分析した。黄色発色団を形成したＣＺＴＳに励起波長４４２ｎｍのレーザーを照射した場合（実施例１）のラマンスペクトル、及び、黄色発色団を形成しないＣＺＴＳに励起波長５３２ｎｍのレーザーを照射した場合（比較例１）のラマンスペクトルを、図３に示す。図３の縦軸はラマン散乱強度［ａ．ｕ．］、横軸はラマンシフト［ｃｍ^−１］である。

図３に示したように、実施例１では、ＣＺＴＳに由来する明確なピークが確認されたが、比較例１ではＣＺＴＳに由来する明確なピークを確認することはできなかった。すなわち、本発明の分析方法によれば、微量物質であるＣＺＴＳを高感度検出することが可能であったが、黄色発色団を用いない従来法では、微量物質を検出することができなかった。
以上より、本発明によれば、微量物質を高感度検出することが可能であることが確認された。また、図３に示したラマンスペクトルから、微量物質がＣＺＴＳである場合には、濃度が１０ｐｐｍのＣＺＴＳまで高感度検出することが可能と考えられる。

＜実施例２＞
キセノンランプ光源装置（ＳＵＮＴＥＳＴＥＲ ＸＦ−１８０、株式会社島津製作所製）の光を、無色の酸化防止剤ＢＨＴへ、５分間に亘って照射することにより、黄色発色団を有するＳＢＱを作製した後、このＳＢＱをクロロホルムへと溶解させることにより、１００ｐｐｍのＳＢＱを含むクロロホルム溶液を作製した。ＢＨＴからＳＢＱが形成される反応を図４に示す。
１００ｐｐｍのＳＢＱを含むクロロホルム溶液に様々な波長（２４４ｎｍ、３２５ｎｍ、４４２ｎｍ、５３２ｎｍ、６３３ｎｍ、及び、７８５ｎｍ）の励起波長レーザーを照射し、ラマン分光分析法によりラマンスペクトルを分析した。得られたラマンスペクトルを、図５に併せて示す。図５の縦軸はラマン散乱強度［ａ．ｕ．］、横軸はラマンシフト［ｃｍ^−１］である。

図５に示したように、波長が４４２ｎｍである励起光を照射した場合のみ、黄色発色団に由来するピーク（Ｃ＝Ｏ伸縮に起因する１６１３ｃｍ^−１のピーク、及び、Ｃ＝Ｃ伸縮に起因する１５２９ｃｍ^−１のピーク）を確認することができたが、他の波長（２４４ｎｍ、３２５ｎｍ、５３２ｎｍ、６３３ｎｍ、及び、７８５ｎｍ）の励起光を照射した場合には、黄色発色団に由来するピークは確認されず、クロロホルムに由来するピークが確認された。
以上より、本発明によれば、微量物質を高感度検出することが可能であることが確認された。また、図５に示したラマンスペクトルから、微量物質がＢＨＴ（ＳＢＱ）である場合には、濃度が１ｐｐｍのＢＨＴ（ＳＢＱ）まで高感度検出することが可能と考えられる。

実施例１及び実施例２で説明したように、本発明の分析方法によれば、溶液中に存在する微量物質を高感度検出することができる。溶液中に存在する微量物質の検出は固体中に存在する微量物質の検出よりも困難であるため、本発明の分析方法によれば、固体中に存在する微量物質を検出することも可能と考えられる。

Claims (2)

1. 微量物質に黄色発色団を形成する黄色発色団形成工程と、
   前記黄色発色団を形成された微量物質へ、波長が３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ未満である光を照射する光照射工程と、
   前記光の照射後に得られるラマンスペクトルを分析する分析工程と、
   を有する、微量物質の分析方法。
2. 前記光照射工程で、波長が４３５ｎｍ以上４８０ｎｍ未満である光を、前記黄色発色団を形成された微量物質に照射する、請求項１に記載の微量物質の分析方法。

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