JP2015059800A - Raman spectroscopic measuring method and raman spectroscopic measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ラマン散乱光を分光測定するためのラマン分光測定方法及びラマン分光測定装置に関する。 The present invention relates to a Raman spectroscopic measurement method and a Raman spectroscopic measurement apparatus for spectroscopically measuring Raman scattered light.
電子内視鏡による体内管腔の観察・診断は、現在広く普及している診断方法である。この診断方法は、体内組織を直接観察するため、病変部を切除する必要がなく、被験者の負担が小さいことが特徴である。一方で、このように体内管腔を直接観察する方法は、生検後の病理検査に比べて確度や精度が低いと考えられており、撮像画質の向上の努力が継続的に行われている。
また、最近ではいわゆるビデオスコープ以外に、様々な光学原理を活用した診断装置や、超音波診断装置といったものが提案され、一部は実用化されている。これらの分野でも、その診断確度の改善のために、新しい測定原理を導入したり、複数の測定原理を組み合わせたりすることが行われている。
特に、組織からの蛍光や組織に塗布された蛍光物質からの蛍光を観察、測定することで、単に組織の画像を見るだけでは得られない情報を得られることが知られている。蛍光画像を取得し、通常の可視画像にオーバーラップさせて表示するといった蛍光画像内視鏡システムも提案されている。このようなシステムは、悪性腫瘍の早期発見につながるため、非常に期待されている。
また、蛍光画像を構成せずとも、蛍光の強度情報を取得することで組織の状態を判断する方法も知られている。このような方法では、電子内視鏡に搭載されている撮像素子を使用せずに蛍光を取得するものが多い。
また、蛍光のみならず、散乱光、ラマン散乱光等各種分光測定を同じ目的に用いる試みも進められている。
Observation and diagnosis of a body lumen using an electronic endoscope is a diagnostic method that is currently widely used. Since this diagnostic method directly observes the body tissue, it is not necessary to excise the lesioned part and is characterized by a small burden on the subject. On the other hand, such a method for directly observing a body lumen is considered to be less accurate and accurate than pathological examination after biopsy, and efforts to improve imaging image quality are continuously made. .
Recently, in addition to the so-called videoscope, diagnostic devices utilizing various optical principles and ultrasonic diagnostic devices have been proposed, and some of them have been put into practical use. Also in these fields, in order to improve the diagnostic accuracy, a new measurement principle is introduced or a plurality of measurement principles are combined.
In particular, it is known that information that cannot be obtained simply by looking at an image of a tissue can be obtained by observing and measuring fluorescence from the tissue or fluorescence from a fluorescent material applied to the tissue. A fluorescence image endoscope system has also been proposed in which a fluorescence image is acquired and displayed so as to overlap a normal visible image. Such a system is highly promising because it leads to early detection of malignant tumors.
There is also known a method for determining the state of a tissue by acquiring fluorescence intensity information without forming a fluorescence image. In many of these methods, fluorescence is acquired without using an image sensor mounted on an electronic endoscope.
Attempts have also been made to use not only fluorescence but also various spectroscopic measurements such as scattered light and Raman scattered light for the same purpose.
ラマン効果またはラマン散乱は、物質に光を入射したとき、散乱された光の中に入射された光の波長と異なる波長の光が含まれる現象である。
ラマン散乱光の振動数と入射光の振動数の差(ラマンシフト)は物質の構造に特有の値をとることから、ラマン効果は赤外分光法と同様に分子の構造や状態を知るための非破壊分析法として利用されている。
一方、蛍光は、X線や紫外線、可視光線が照射されてそのエネルギーを吸収することで電子が励起し、それが基底状態に戻る際に余分なエネルギーを電磁波として放出するものである。
ラマン分光測定は、一般に、試料に狭線幅(狭波長帯域)のレーザー光を励起光として照射し、試料より生じた測定光のうち励起光とは異なる波長を有するものの波長と強度を測定する。一般に励起光より長波長の測定光を測定することになる。そのため、ラマン散乱光の測定時には、励起光によって蛍光も発生し、ラマン散乱光と蛍光が同時に測定されることが多い。ラマン散乱光は蛍光に比べ弱いことが多く、蛍光によって微弱なラマン散乱光が埋没してしまう問題がある。また埋没しないまでも、蛍光によるバックグラウンドによって、ラマン散乱測定のSN比が悪化したり、蛍光とラマン散乱光との分離が困難であったりといった問題もある。
この問題を解決するために、(1)励起光の波長を近赤外領域にし、蛍光の発生を大きく抑制する、(2)特許文献1に記載されるように、近い波長の2つの励起光を用い、各々の励起光でのラマン散乱測定を実施し(特許文献1のFig. 2参照)、得られた2つのデータを用いた演算から蛍光のバックグラウンドを除去する、(3)特許文献2に記載されるように、中心波長がほぼ同一波長の狭線幅のレーザーと広帯域のLEDの二つの励起光源を用い、各々の励起光でのラマン散乱測定を実施し、得られた2つのデータを用いた演算から蛍光のバックグラウンドを除去する、といった方法がとられている。
上記(1)については、非常に有効な手法であるが、励起光の波長が長くなると、発生するラマン光の強度も大きく減少するため、生体組織等のラマン散乱光が弱い試料に対しては、必ずしも十分ではない。
そのため、上記(2)や(3)の手法が実施されている。
The Raman effect or Raman scattering is a phenomenon in which light having a wavelength different from the wavelength of incident light is included in the scattered light when light is incident on a substance.
The difference between the frequency of Raman scattered light and the frequency of incident light (Raman shift) takes a value peculiar to the structure of the material, so the Raman effect is used to know the structure and state of molecules as in infrared spectroscopy. It is used as a nondestructive analysis method.
On the other hand, fluorescence is emitted when X-rays, ultraviolet rays, or visible rays are irradiated and absorbs the energy to excite electrons, and when it returns to the ground state, excess energy is emitted as electromagnetic waves.
In Raman spectroscopy, a sample is generally irradiated with laser light having a narrow line width (narrow wavelength band) as excitation light, and the wavelength and intensity of the measurement light generated from the sample having a wavelength different from the excitation light is measured. . In general, measurement light having a wavelength longer than that of excitation light is measured. Therefore, when measuring the Raman scattered light, fluorescence is also generated by the excitation light, and the Raman scattered light and the fluorescence are often measured simultaneously. Raman scattered light is often weaker than fluorescence, and there is a problem that weak Raman scattered light is buried by fluorescence. Moreover, even if it is not buried, there are problems that the S / N ratio of Raman scattering measurement deteriorates due to the background due to fluorescence, and that it is difficult to separate fluorescence and Raman scattered light.
In order to solve this problem, (1) the wavelength of the excitation light is set to the near-infrared region, and the generation of fluorescence is greatly suppressed. (2) As described in
The above (1) is a very effective technique. However, when the wavelength of the excitation light is increased, the intensity of the generated Raman light is greatly reduced. , Not necessarily enough.
Therefore, the above methods (2) and (3) are implemented.
しかし、以上の従来技術にあってはさらに次のような問題がある。
上記(2)の手法では、蛍光のバックグラウンドを除去したデータは、ラマンスペクトルの一次微分形状に似たスペクトル形状として観測される(特許文献1のFig. 3参照)。一次微分スペクトルはピーク形状が消失するため、元のピーク位置を一次微分スペクトルから直接読み取ることが困難で、そのままではラマンピークの同定等の解析において不便であり、積分することで微分前のラマンスペクトルに数値的に変換することが多い。
上記(3)の手法では、狭線幅のレーザーと、広帯域のLEDの二つの励起光源を使用するため、光路の切り替えが必要になる。また、LED励起でのスペクトルを引くことで凹状のスペクトル形状が現れてしまう問題もある(特許文献2のFig. 2参照)。
However, the above conventional techniques have the following problems.
In the above method (2), the data from which the fluorescence background has been removed is observed as a spectrum shape similar to the first-order differential shape of the Raman spectrum (see FIG. 3 of Patent Document 1). Since the peak shape of the first derivative spectrum disappears, it is difficult to directly read the original peak position from the first derivative spectrum, which is inconvenient for analysis such as identification of Raman peaks, and the Raman spectrum before differentiation is obtained by integrating. It is often converted numerically.
In the above method (3), since two excitation light sources of a narrow line width laser and a broadband LED are used, it is necessary to switch the optical path. In addition, there is a problem that a concave spectrum shape appears by drawing a spectrum by LED excitation (see Fig. 2 of Patent Document 2).
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、ラマン散乱光を分光測定するにあたり蛍光を除去しラマン散乱光を精度良く分光測定することを課題とする。
また、単一光源を用いて実施することを可能とし、装置を簡素化することを課題とする。
The present invention has been made in view of the problems in the prior art described above, and an object of the present invention is to remove fluorescence and perform spectroscopic measurement of Raman scattered light with high accuracy when performing spectroscopic measurement of Raman scattered light.
It is another object of the present invention to enable implementation using a single light source and to simplify the apparatus.
以上の課題を解決するための請求項1記載の発明は、狭線幅の励起レーザー光を測定対象物に照射し、当該測定対象物から放たれた光を分光検出してスペクトルを得る第1測定と、
前記第1測定時より広い線幅の励起レーザー光を前記測定対象物に照射し、当該測定対象物から放たれた光を分光検出してスペクトルを得る第2測定と、を実施し、
前記第1測定によるスペクトルと前記第2測定によるスペクトルの差分を取ることにより、前記測定対象物の二次微分ラマンスペクトルを近似的に得るラマン分光測定方法である。
According to the first aspect of the present invention for solving the above-described problems, a first object of obtaining a spectrum by irradiating a measurement object with an excitation laser beam having a narrow line width and spectrally detecting light emitted from the measurement object. Measurement and
Irradiating the object to be measured with excitation laser light having a wider line width than that at the time of the first measurement, and performing a second measurement to obtain a spectrum by spectroscopically detecting the light emitted from the object to be measured,
It is a Raman spectroscopic measurement method that approximately obtains a second-order differential Raman spectrum of the measurement object by taking a difference between the spectrum of the first measurement and the spectrum of the second measurement.
請求項2記載の発明は、前記第1測定時の励起レーザー光の波長帯域が前記第2測定時の励起レーザー光の波長帯域に含まれることを特徴とする請求項1に記載のラマン分光測定方法である。
The invention according to
請求項3記載の発明は、前記第1測定時の励起レーザー光の中心波長と前記第2測定時の励起レーザー光の中心波長とが実質的に等しいことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のラマン分光測定方法である。 The invention according to claim 3 is characterized in that the center wavelength of the excitation laser beam at the time of the first measurement is substantially equal to the center wavelength of the excitation laser beam at the time of the second measurement. 2. The Raman spectroscopic measurement method according to 2.
請求項4記載の発明は、前記第1測定時の励起レーザー光の光源に半導体レーザーを用い、前記第2測定時の励起レーザー光の光源に半導体レーザーを用い、前記第2測定時には、前記測定対象物に照射される励起レーザー光を波長シフト制御することで、前記第1測定時より広い線幅の励起レーザー光を前記測定対象物に照射することを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか一に記載のラマン分光測定方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, a semiconductor laser is used as a light source for the excitation laser light during the first measurement, a semiconductor laser is used as a light source for the excitation laser light during the second measurement, and the measurement is performed during the second measurement. 4. The measurement object is irradiated with excitation laser light having a wider line width than that during the first measurement by controlling the wavelength shift of the excitation laser light applied to the object. The Raman spectroscopic measurement method according to any one of the above.
請求項5記載の発明は、前記第1測定時の励起レーザー光の光源に用いる半導体レーザーと、前記第2測定時の励起レーザー光の光源に用いる半導体レーザーとが同一であることを特徴とする請求項4に記載のラマン分光測定方法である。 The invention described in claim 5 is characterized in that the semiconductor laser used for the light source of the excitation laser light at the time of the first measurement and the semiconductor laser used for the light source of the excitation laser light at the time of the second measurement are the same. The Raman spectroscopic measurement method according to claim 4.
請求項6記載の発明は、前記半導体レーザーが分布帰還型レーザーダイオード、分布反射型レーザーダイオード及び外部共振器型レーザーダイオードのうちのいずれかであることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のラマン分光測定方法である。 The invention according to claim 6 is characterized in that the semiconductor laser is any one of a distributed feedback laser diode, a distributed reflection laser diode, and an external cavity laser diode. It is a described Raman spectroscopic measurement method.
請求項7記載の発明は、前記波長シフト制御を、前記第2測定時の励起レーザー光の光源に用いる半導体レーザーの温度を制御することで行うことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のラマン分光測定方法である。 The invention according to claim 7 is characterized in that the wavelength shift control is performed by controlling a temperature of a semiconductor laser used as a light source of excitation laser light at the time of the second measurement. It is a described Raman spectroscopic measurement method.
請求項8記載の発明は、前記波長シフト制御を、前記第2測定時の励起レーザー光の光源に用いる半導体レーザーの駆動電流を制御することで行うことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のラマン分光測定方法である。 The invention according to claim 8 is characterized in that the wavelength shift control is performed by controlling a driving current of a semiconductor laser used as a light source of excitation laser light at the time of the second measurement. The Raman spectroscopic measurement method described in 1.
請求項9記載の発明は、前記第2測定時の励起レーザー光の光源に用いる半導体レーザーを外部共振器型レーザーダイオードとし、前記波長シフト制御を、当該外部共振器型レーザーダイオードの外部共振器内の回折格子の角度を制御することで行うことを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のラマン分光測定方法である。 According to a ninth aspect of the present invention, a semiconductor laser used as a light source of the excitation laser light at the time of the second measurement is an external resonator type laser diode, and the wavelength shift control is performed in an external resonator of the external resonator type laser diode. The Raman spectroscopic measurement method according to claim 4, wherein the method is performed by controlling an angle of the diffraction grating.
請求項10記載の発明は、前記波長シフト制御を、異なる複数の設定波長に中心波長を制御することで行い、前記第1測定時の励起レーザー光の中心波長に対し、前記複数の設定波長のいずれか一つが短波長側にあり、他のいずれか一つが長波長側にあることを特徴とする請求項4から請求項9のうちいずれか一に記載のラマン分光測定方法である。 According to a tenth aspect of the present invention, the wavelength shift control is performed by controlling a center wavelength to a plurality of different set wavelengths, and the plurality of set wavelengths are set with respect to the center wavelength of the excitation laser light in the first measurement. 10. The Raman spectroscopic measurement method according to claim 4, wherein any one is on a short wavelength side and the other is on a long wavelength side.
請求項11記載の発明は、前記複数の設定波長を2種類とすることを特徴とする請求項10に記載のラマン分光測定方法である。
The invention according to
請求項12記載の発明は、前記波長シフト制御を、異なる複数の設定波長の間で中心波長を連続的に変化させることで行うことを特徴とする請求項10又は請求項11に記載のラマン分光測定方法である。 According to a twelfth aspect of the invention, the wavelength shift control is performed by continuously changing a center wavelength among a plurality of different set wavelengths. This is a measurement method.
請求項13記載の発明は、前記波長シフト制御を、中心波長が2度以上繰り返して同一波長となるように反復変化させることで行うことを特徴とする請求項10、請求項11又は請求項12に記載のラマン分光測定方法である。 The invention according to claim 13 is characterized in that the wavelength shift control is performed by repeatedly changing the center wavelength so as to be the same wavelength by repeating it twice or more times. The Raman spectroscopic measurement method described in 1.
請求項14記載の発明は、前記第2測定を、前記設定波長毎に時分割でそれぞれスペクトルを得ることで実行することを特徴とする請求項10又は請求項11に記載のラマン分光測定方法である。 The invention according to claim 14 is the Raman spectroscopic measurement method according to claim 10 or 11, wherein the second measurement is performed by obtaining a spectrum by time division for each set wavelength. is there.
請求項15記載の発明は、前記第1測定によるスペクトルにおけるラマンピークのうち、最も線幅の狭いピークの半値全幅をwとしたとき、前記第2測定時の励起レーザー光の半値全幅を2w以下とすることを特徴とする請求項1から請求項14のうちいずれか一に記載のラマン分光測定方法である。
The invention according to claim 15 is that the full width at half maximum of the excitation laser beam at the time of the second measurement is 2 w or less, where w is the full width at half maximum of the narrowest peak among the Raman peaks in the spectrum by the first measurement. The Raman spectroscopic measurement method according to any one of
請求項16記載の発明は、前記第1測定時の励起レーザー光の半値全幅が0.1〔nm〕以下であり、
前記第2測定時の励起レーザー光の半値全幅が0.2〔nm〕以上2.0〔nm〕以下であることを特徴とする請求項1から請求項14のうちいずれか一に記載のラマン分光測定方法である。
In the invention according to claim 16, the full width at half maximum of the excitation laser light at the time of the first measurement is 0.1 [nm] or less,
15. The Raman according to
請求項17記載の発明は、狭線幅の励起レーザー光を測定対象物に照射し、当該測定対象物から放たれた光を分光検出してスペクトルを得る第1測定を実行する第1測定手段と、
前記第1測定時より広い線幅の励起レーザー光を前記測定対象物に照射し、当該測定対象物から放たれた光を分光検出してスペクトルを得る第2測定を実行する第2測定手段と、
前記第1測定によるスペクトルと前記第2測定によるスペクトルの差分を取ることにより、前記測定対象物の二次微分ラマンスペクトルを近似的に得る演算手段と、
を備えるラマン分光測定装置である。
According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided a first measuring means for performing a first measurement for obtaining a spectrum by irradiating an object to be measured with an excitation laser beam having a narrow line width, and spectrally detecting light emitted from the object to be measured. When,
Second measurement means for irradiating the measurement object with an excitation laser beam having a wider line width than that during the first measurement, and performing a second measurement to obtain a spectrum by spectroscopically detecting the light emitted from the measurement object; ,
An arithmetic means for approximately obtaining a second derivative Raman spectrum of the measurement object by taking a difference between the spectrum by the first measurement and the spectrum by the second measurement;
Is a Raman spectroscopic measurement device.
請求項18記載の発明は、レーザーダイオードと、
分光器と、
前記レーザーダイオードから出射した光を測定対象物に導く励起光光学系と、
前記測定対象物から放たれた光を前記分光器に導く測定光光学系と、
前記レーザーダイオードを光源とし、前記測定対象物に照射される励起レーザー光の波長を制御する波長制御装置と、
前記分光器により分光された光の強度を検出し、スペクトルデータを出力する検出器と、
前記波長制御装置に波長制御指令を与え、前記検出器から前記スペクトルデータの入力を受けるとともに、前記演算手段として機能するコンピュータと、
を備え、
前記第1測定手段及び前記第2測定手段は、前記レーザーダイオード、前記分光器、前記励起光光学系、前記測定光光学系、前記波長制御装置及び前記検出器を共有して構成されてなる請求項17に記載のラマン分光測定装置である。
The invention according to claim 18 is a laser diode;
A spectroscope,
An excitation light optical system that guides light emitted from the laser diode to a measurement object;
A measurement light optical system that guides the light emitted from the measurement object to the spectrometer;
Using the laser diode as a light source, a wavelength control device that controls the wavelength of excitation laser light irradiated to the measurement object;
A detector for detecting the intensity of light split by the spectroscope and outputting spectral data;
Giving a wavelength control command to the wavelength control device, receiving the input of the spectrum data from the detector, and a computer functioning as the computing means;
With
The first measurement unit and the second measurement unit are configured to share the laser diode, the spectrometer, the excitation light optical system, the measurement light optical system, the wavelength control device, and the detector. Item 18. The Raman spectroscopic measurement device according to Item 17.
請求項19記載の発明は、前記コンピュータは、前記第1測定時の励起レーザー光の波長帯域が前記第2測定時の励起レーザー光の波長帯域に含まれるように、前記波長制御装置に波長制御指令を与える請求項18に記載のラマン分光測定装置である。 According to a nineteenth aspect of the present invention, the computer controls the wavelength control device so that the wavelength band of the excitation laser light at the time of the first measurement is included in the wavelength band of the excitation laser light at the time of the second measurement. 19. The Raman spectroscopic measurement apparatus according to claim 18, which gives a command.
本発明によれば、狭線幅の励起レーザー光を照射して行う第1測定と、それより広い線幅の励起レーザー光を照射して行う第2測定との差分を取ることで、測定対象物の二次微分ラマンスペクトルを近似的に得ることができ、これにより蛍光が除去されラマンスペクトルのピーク構造が強調されたスペクトルを得ることができ、ラマン散乱光を精度良く分光測定することができる。
また、狭線幅の励起レーザー光であっても第2測定時にはこれを波長シフト制御することで疑似的に線幅を広くすることを行い、これにより第1測定と第2測定とで光源を共用化すること、従って単一光源を用いて実施することを可能とし、装置を簡素化することができる。
According to the present invention, a measurement object is obtained by taking a difference between a first measurement performed by irradiating an excitation laser beam having a narrow line width and a second measurement performed by irradiating an excitation laser beam having a wider line width. It is possible to obtain approximately the second derivative Raman spectrum of an object, thereby obtaining a spectrum in which the fluorescence is removed and the peak structure of the Raman spectrum is emphasized, and the Raman scattered light can be spectroscopically measured with high accuracy. .
Even in the case of excitation laser light having a narrow line width, the line width is pseudo-widened by controlling the wavelength shift during the second measurement, and thus the light source is switched between the first measurement and the second measurement. It can be shared and thus implemented with a single light source, and the apparatus can be simplified.
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following is one embodiment of the present invention and does not limit the present invention.
まず、本発明のラマン分光測定方法の実施形態につき、図1から図9を参照して説明する。
本方法においては、まず図1(a)に示すスペクトル10のような狭線幅の励起レーザー光を測定対象物に照射し、当該測定対象物から放たれた光を分光検出して図1(b)に示すようなスペクトル11を得る第1測定と、図1(c)に示すスペクトル20のような第1測定時より広い線幅の励起レーザー光を測定対象物に照射し、当該測定対象物から放たれた光を分光検出して図1(d)に示すようなスペクトル21を得る第2測定と、を実施する。第1測定と第2測定の順序は問わない。
図1に示すように第1測定時の励起レーザー光の中心波長をλ1、半値全幅をΔλ1、第2測定時の励起レーザー光の中心波長をλ2、半値全幅をΔλ2とする。中心波長λ1と中心波長λ2とは実質的に等しく、また、Δλ1<Δλ2であり、スペクトル10の波長帯域がスペクトル20の波長帯域に含まれる関係のものを適用する。
First, an embodiment of the Raman spectroscopic measurement method of the present invention will be described with reference to FIGS.
In this method, first, an excitation laser beam having a narrow line width such as
As shown in FIG. 1, the center wavelength of the excitation laser light at the time of the first measurement is λ 1 , the full width at half maximum is Δλ 1 , the center wavelength of the excitation laser light at the time of the second measurement is λ 2 , and the full width at half maximum is Δλ 2 . The center wavelength λ 1 and the center wavelength λ 2 are substantially equal, and Δλ 1 <Δλ 2 , and the relationship that the wavelength band of the
図1(b)に示すスペクトル11には、ラマン散乱光のスペクトル、すなわち、ラマンスペクトルのほか蛍光のスペクトルなどが重畳して含まれている。ベース部11Fは主に蛍光成分で、その上にラマンスペクトルによるピーク11Rが現われる(図中では例として4つのピークを図示)。
同様に図1(d)に示すスペクトル21には、ラマンスペクトルのほか蛍光のスペクトルなどが重畳して含まれている。ベース部21Fは主に蛍光成分で、その上にラマンスペクトルによるピーク部21Rが現われる。
第1測定及び第2測定が終了したら、第1測定によるスペクトル11と第2測定によるスペクトル21の差分を取ることにより、図1(e)に示すように測定対象物の二次微分ラマンスペクトルを近似的に得る。図1(e)に示す曲線Rは、(スペクトル21)−(スペクトル11)を実行して得られた二次微分ラマンスペクトルの近時曲線である。
The
Similarly, the
When the first measurement and the second measurement are completed, the second differential Raman spectrum of the measurement object is obtained as shown in FIG. 1 (e) by taking the difference between the
さて、上述したように第1測定には、光源として狭線幅のレーザーを用いる。特に波長を容易に変化させられる分布帰還型(DFB)レーザーダイオード、分布反射型(DBR)レーザーダイオード、外部共振器型レーザーダイオードが好ましい。
第1測定の結果は、それ単独でラマンスペクトルとして評価可能であるが、ラマン散乱光と蛍光が重畳しているため、第1測定の結果から蛍光の寄与を除去する必要がある。そのために、第2測定を実施する。上述したように第2測定では、励起光の線幅Δλ2を第1測定の線幅Δλ1より大きく設定する。これにより、検出する測定光のうち、ラマン散乱光(ピーク21R)は線幅が増加しブロードなスペクトル形状を与える。
第1測定の励起光の中心波長λ1と、第2測定の中心波長λ2とは、その差異による影響が測定できない程度に差異を小さくして実質的に同一の波長とみなせるように設定する。
一方、蛍光は励起光の線幅の変化の影響を受けず、第1測定と第2測定で同一のスペクトル形状(ベース部11Fとベース部21F)を与える。この際、全体強度の変化は後に補正可能であり、形状の同一性に影響しない。
As described above, a narrow linewidth laser is used as the light source for the first measurement. In particular, a distributed feedback (DFB) laser diode, a distributed reflection (DBR) laser diode, and an external cavity laser diode that can easily change the wavelength are preferable.
The result of the first measurement can be evaluated as a Raman spectrum by itself, but since the Raman scattered light and the fluorescence are superimposed, it is necessary to remove the contribution of the fluorescence from the result of the first measurement. Therefore, the second measurement is performed. As described above, in the second measurement, the line width Δλ 2 of the excitation light is set larger than the line width Δλ 1 of the first measurement. Thereby, of the measurement light to be detected, the Raman scattered light (
The central wavelength λ 1 of the excitation light of the first measurement and the central wavelength λ 2 of the second measurement are set so that the difference is reduced to such an extent that the influence due to the difference cannot be measured and can be regarded as substantially the same wavelength. .
On the other hand, the fluorescence is not affected by the change in the line width of the excitation light, and gives the same spectrum shape (
装置構成の簡略化のためには、同一の光源を用いて第1測定と第2測定を実施することが望ましい。しかし、一般にラマン分光測定に用いられるレーザー光源は線幅が狭いことが求められるため、元々線幅の狭いガスレーザーや、何らかの波長選択構造を有した半導体レーザーを用い、レーザー線幅を自由に変化させることが困難である。
そのため、第2測定は疑似的に線幅の広い光源を用いて実施する。すなわち、第1測定時の励起レーザー光の光源に半導体レーザーを用い、第2測定時の励起レーザー光の光源に半導体レーザーを用い、第2測定時には、測定対象物に照射される励起レーザー光を波長シフト制御することで、第1測定時より広い線幅の励起レーザー光を測定対象物に照射することを行う。
DFBレーザーダイオードやDBRレーザーダイオードでは、温度によって発振波長が変化するため、測定中にレーザーダイオードの温度を掃引することで疑似的に広線幅の励起光を作り出すことが可能である。すなわち、上記の波長シフト制御を、第2測定時の励起レーザー光の光源に用いる半導体レーザーの温度を制御することで行う。一般に高温になるにつれて発振波長は長波長側にシフトする。
また、外部にグレーティングによる有するレーザーにおいては、温度または機械的な動作によって発振波長を変化させられる。すなわち、第2測定時の励起レーザー光の光源に用いる半導体レーザーを外部共振器型レーザーダイオードとし、上記の波長シフト制御を、当該外部共振器型レーザーダイオードの外部共振器内の回折格子の角度を制御することで行う。
また、駆動電流を制御すること波長をシフト制御可能な半導体レーザーを適用することができる。すなわち、上記の波長シフト制御を、第2測定時の励起レーザー光の光源に用いる半導体レーザーの駆動電流を制御することで行う。
したがって、温度、回折格子の角度又は駆動電流の制御によって、疑似的に広線幅の励起光を作り出すことが可能である。
In order to simplify the apparatus configuration, it is desirable to perform the first measurement and the second measurement using the same light source. However, since laser light sources generally used for Raman spectroscopic measurements are required to have a narrow line width, the laser line width can be freely changed by using a gas laser with a narrow line width or a semiconductor laser with some wavelength selection structure. It is difficult to do.
Therefore, the second measurement is performed using a light source having a pseudo-wide line width. That is, a semiconductor laser is used as the light source of the excitation laser light during the first measurement, a semiconductor laser is used as the light source of the excitation laser light during the second measurement, and the excitation laser light irradiated to the measurement object is used during the second measurement. By performing the wavelength shift control, the measurement object is irradiated with excitation laser light having a wider line width than that in the first measurement.
In DFB laser diodes and DBR laser diodes, the oscillation wavelength changes with temperature, so it is possible to create pseudo-wide-line excitation light by sweeping the temperature of the laser diode during measurement. That is, the above-described wavelength shift control is performed by controlling the temperature of the semiconductor laser used as the light source for the excitation laser light during the second measurement. In general, the oscillation wavelength shifts to the longer wavelength side as the temperature increases.
Further, in an external laser having a grating, the oscillation wavelength can be changed by temperature or mechanical operation. That is, the semiconductor laser used as the light source of the excitation laser light at the time of the second measurement is an external resonator type laser diode, and the above wavelength shift control is performed by changing the angle of the diffraction grating in the external resonator of the external resonator type laser diode. This is done by controlling.
Further, it is possible to apply a semiconductor laser capable of controlling the driving current and shifting the wavelength. That is, the above-described wavelength shift control is performed by controlling the drive current of the semiconductor laser used as the light source of the excitation laser light during the second measurement.
Therefore, it is possible to create pseudo-wide line excitation light by controlling the temperature, the angle of the diffraction grating, or the driving current.
第2測定の結果から第1測定の結果を差し引くことで、第1測定と第2測定の間で差異の小さい蛍光は除去され、図1(e)に示すようにラマン散乱光の寄与のみを取り出すことができる。この際、第2測定の励起光を上記の通り設定したことにより、ラマン散乱光の寄与は、図1(e)に示す通り、正-負-正のスペクトル形状となる。 By subtracting the result of the first measurement from the result of the second measurement, the fluorescence having a small difference between the first measurement and the second measurement is removed, and only the contribution of the Raman scattered light as shown in FIG. It can be taken out. At this time, by setting the excitation light of the second measurement as described above, the contribution of the Raman scattered light has a positive-negative-positive spectral shape as shown in FIG.
一般に、関数f(λ)の2階差分は、 次式(1)で表される。 In general, the second-order difference of the function f (λ) is expressed by the following equation (1).
ここで、α、δλは定数である。
関数f(λ)のλは、図1での第1測定時の励起光の中心波長λ1に相当し、f(λ1+δλ)+f(λ1−δλ)+αf(λ1)が第2測定によるスペクトルに、(2+α)f(λ1)が第1測定によるスペクトル相当する。
αとδλの自由度があるため第2測定はいくつかの測定条件が考えられる。
δλは、上記の差分式(1)が微分に近似できることが必要であるので、装置の測定分解能程度からその数倍であることが望ましい。ラマン分光測定において、多くの場合、δλは0.1〔nm〕から1〔nm〕程度である。そのことからも、良好な二次微分ラマンスペクトルの近時曲線Rを得るために、第1測定時の励起レーザー光の半値全幅Δλ1を0.1〔nm〕以下とし、第2測定時の励起レーザー光の半値全幅Δλ2を0.2〔nm〕以上2.0〔nm〕以下とすることが好ましい。また、第1測定によるスペクトル11におけるラマンピーク11R,11R,・・・のうち、最も線幅の狭いピーク11Rの半値全幅をwとしたとき、第2測定時の励起レーザー光の半値全幅Δλ2を2w以下とすることが好ましい。
Here, α and δλ are constants.
Λ of the function f (λ) corresponds to the center wavelength λ 1 of the excitation light in the first measurement in FIG. 1, and f (λ 1 + δλ) + f (λ 1 −δλ) + αf (λ 1 ) is the second. (2 + α) f (λ 1 ) corresponds to the spectrum obtained by the first measurement.
Since there are degrees of freedom of α and δλ, several measurement conditions can be considered for the second measurement.
Since δλ needs to be able to approximate the differential equation (1) above, it is desirable that δλ be several times as large as the measurement resolution of the apparatus. In the Raman spectroscopic measurement, in many cases, δλ is about 0.1 [nm] to 1 [nm]. Therefore, in order to obtain a recent curve R of a good second-order differential Raman spectrum, the full width at half maximum Δλ 1 of the excitation laser beam at the time of the first measurement is set to 0.1 [nm] or less, and at the time of the second measurement. It is preferable that the full width at half maximum Δλ 2 of the excitation laser light is 0.2 [nm] or more and 2.0 [nm] or less. .. Among the Raman peaks 11R, 11R,... In the
α=0のとき、第2測定のスペクトルは、f(λ1+δλ)+f(λ1−δλ)に相当し、図2(a)に示す第1測定時の励起レーザー光のスペクトル10に対し、第2測定時に図2(b)に示すスペクトル20(実線部)のように中心波長λ1の長波長側の設定波長(λ1+δλ)に中心波長が制御された励起レーザー光と、短波長側の設定波長(λ1−δλ)に中心波長が制御された励起レーザー光との2つでの測定することに相当する。すなわち、これは第2測定時の複数の設定波長を2種類とする場合である。
そのため、第2測定時に温度の制御によって疑似的に広線幅の励起光を作り出すには半導体レーザーの温度は主として2つの値を選択する。すなわち、図3に示すように第1測定時の励起レーザー光を出射する半導体レーザーの温度をT1として、第2測定時に同半導体レーザーを用い、その温度をT2<T1となる温度T2と、T3>T1となる温度T3の2つに制御する。典型的な例としては、T1=27℃、T2=20℃、T3=34℃、またはT1 =25℃、T2=15℃、T3=35℃であるがこれに限らない。
第2測定の測定中にT2とT3の間を複数回移動してもよい。すなわち、第2測定時の波長シフト制御を、中心波長が2度以上繰り返して同一波長となるように反復変化させることで行ってもよい。
なお、第2測定は一回の測定内で2つの温度を経ることで1つのスペクトルを得てもよいが、T2での測定とT3での測定を時分割で行いそれぞれスペクトルを得ることで第2測定を実行することもできる。後者の場合、分割して行って得られた複数のスペクトルを加算することで図1(d)に示すような第2測定によるスペクトル21が得られる。このように第2測定を、設定波長毎に時分割でそれぞれスペクトルを得ることで実行することができる。また、半導体レーザーの温度を回折格子の角度又は半導体レーザーの駆動電流に代えて同様に実施することができる。
When α = 0, the spectrum of the second measurement corresponds to f (λ 1 + δλ) + f (λ 1 −δλ), and the
For this reason, two values are mainly selected for the temperature of the semiconductor laser in order to produce pseudo wide-line excitation light by controlling the temperature during the second measurement. That is, T 1 the temperature of the semiconductor laser that emits excitation laser light during the first measurement as shown in FIG. 3, the temperature T of the same semiconductor laser used during the second measurement, comprising the temperature T 2 <T 1 2 and a temperature T 3 at which T 3 > T 1 is controlled. Typical examples include, but are not limited to, T 1 = 27 ° C., T 2 = 20 ° C., T 3 = 34 ° C., or T 1 = 25 ° C., T 2 = 15 ° C., T 3 = 35 ° C. .
Between T 2 and T 3 during the measurement of the second measurement may be moved several times. That is, the wavelength shift control at the time of the second measurement may be performed by repeatedly changing the center wavelength so as to be the same wavelength by repeating twice or more.
In the second measurement, one spectrum may be obtained by passing through two temperatures within one measurement, but the spectrum at T 2 and the measurement at T 3 are obtained by time division. A second measurement can also be performed. In the latter case, a
α=1のとき、第2測定のスペクトルは、f(λ1+δλ)+f(λ1−δλ) +f(λ1)に相当し、図4(a)に示す第1測定時の励起レーザー光のスペクトル10に対し、第2測定時に図4(b)に示すスペクトル20(実線部)のように設定波長λ1と、設定波長(λ1+δλ)と、設定波長(λ1−δλ)とにそれぞれ中心波長が制御された励起レーザー光で測定するので、分布波長域内でおおよそ均等な強度を有する励起レーザー光で測定することに相当する。
この場合も、第1測定と第2測定とで同一の半導体レーザーを用い、温度、回折格子の角度又は駆動電流の制御によって、第1測定時の設定波長λ1に対し第2測定時には上下に波長シフト制御することで実施できる。図5は、半導体レーザーの温度で制御する場合の半導体レーザーの温度変化グラフの一例である。
0<α<1の範囲では、図4(b)において中心波長がλ1である中央のスペクトル(破線部)が0から100%にあることに相当する。
When α = 1, the spectrum of the second measurement corresponds to f (λ 1 + δλ) + f (λ 1 −δλ) + f (λ 1 ), and the excitation laser light at the time of the first measurement shown in FIG. , The set wavelength λ 1 , the set wavelength (λ 1 + δλ), and the set wavelength (λ 1 −δλ) as in the spectrum 20 (solid line portion) shown in FIG. Since the measurement is performed using excitation laser light whose center wavelength is controlled, the measurement corresponds to measurement using excitation laser light having approximately uniform intensity within the distributed wavelength range.
Also in this case, the same semiconductor laser is used for the first measurement and the second measurement, and the temperature, the angle of the diffraction grating, or the drive current is controlled so that the set wavelength λ 1 at the first measurement is raised and lowered at the second measurement. This can be implemented by controlling the wavelength shift. FIG. 5 is an example of a temperature change graph of the semiconductor laser when the temperature is controlled by the temperature of the semiconductor laser.
In the range of 0 <α <1, this corresponds to the fact that the center spectrum (dashed line portion) having the center wavelength λ 1 in FIG.
α>1のとき、第2測定のスペクトルは、f(λ1+δλ)+f(λ1−δλ) +αf(λ1)、に相当し(但しα>1)、図6(a)に示す第1測定時の励起レーザー光のスペクトル10に対し、第2測定時に図6(b)に示すスペクトル20(実線部)のように設定波長λ1と、設定波長(λ1+δλ)と、設定波長(λ1−δλ)とにそれぞれ中心波長値が制御され、設定波長λ1に最も長時間制御された励起レーザー光で測定するので、分布波長域内の中央に1つの強度ピークを有する励起レーザー光で測定することに相当する。
この場合も、第1測定と第2測定とで同一の半導体レーザーを用い、温度、回折格子の角度又は駆動電流の制御によって、第1測定時の設定波長λ1に対し第2測定時には上下に波長シフト制御することで実施できる。図7は、半導体レーザーの温度で制御する場合の半導体レーザーの温度変化グラフの一例である。
When α> 1, the spectrum of the second measurement corresponds to f (λ 1 + δλ) + f (λ 1 −δλ) + αf (λ 1 ) (where α> 1), and the spectrum shown in FIG. In contrast to the
Also in this case, the same semiconductor laser is used for the first measurement and the second measurement, and the temperature, the angle of the diffraction grating, or the drive current is controlled so that the set wavelength λ 1 at the first measurement is raised and lowered at the second measurement. This can be implemented by controlling the wavelength shift. FIG. 7 is an example of a temperature change graph of the semiconductor laser when the temperature is controlled by the temperature of the semiconductor laser.
以上は、第2測定での励起レーザー光を代表的な3波長で波長掃引した際の測定の概略を示した。実際には、離散的な3波長を用いる必要はなく、(λ1−δλ)から(λ1+δλ)の間を連続的に波長掃引しながら測定してもよい。すなわち、第2測定時の波長シフト制御を、異なる複数の設定波長の間で中心波長を連続的に変化させることで行うことで実施してもよい。図8は、半導体レーザーの中心波長の連続的な変化を半導体レーザーの温度で制御する場合の半導体レーザーの温度変化グラフの例である。半導体レーザーの温度を回折格子の角度又は半導体レーザーの駆動電流に代えて同様に実施することができる。また、この半導体レーザーの中心波長の連続的な変化を、周期的又は非周期的に繰り返す変化として実施してもよい。 The above shows the outline of the measurement when the excitation laser light in the second measurement is swept with the typical three wavelengths. Actually, it is not necessary to use three discrete wavelengths, and measurement may be performed while continuously sweeping the wavelength between (λ 1 −δλ) and (λ 1 + δλ). That is, the wavelength shift control at the time of the second measurement may be performed by continuously changing the center wavelength among a plurality of different set wavelengths. FIG. 8 is an example of a temperature change graph of the semiconductor laser when the continuous change of the center wavelength of the semiconductor laser is controlled by the temperature of the semiconductor laser. The temperature of the semiconductor laser can be similarly changed in place of the angle of the diffraction grating or the driving current of the semiconductor laser. Moreover, you may implement the continuous change of the center wavelength of this semiconductor laser as a change which repeats periodically or aperiodically.
以上のようにして得られた第1測定及び第2測定の結果(スペクトル)を用いて、前述の通り蛍光を除去することが可能である。すなわち、図1(e)に示すような二次微分ラマンスペクトルの近時曲線Rを得ることができる。
この二次微分ラマンスペクトルの近時曲線Rは、近似的に、測定対象物のラマンスペクトルの二次微分(二階差分)形状を示している。図9(a)は、中央に僅かなピークを持った曲線(破線)とそのベースライン曲線(実線)であり、この図9(a)の破線曲線から実線のベースライン曲線を差し引いた差分に相当する曲線が図9(b)に破線で示される。この図9(b)に破線で示される差分の曲線を2次微分した曲線が同じく図9(b)に実線で示される。図9にも示されるように、一般に二次微分スペクトルは以下の様な特徴を持つ。
(a1)重畳したスペクトル構造を分離し、ピーク構造の数や位置を検出しやすくする。
(a2)ベースラインを除去しピーク構造を強調する。
(a3)2次微分形状の強度は、元のスペクトルのピーク強度に比例する。
(a4)2次微分形状のピーク位置は、元のスペクトルのピーク位置に一致する。
したがって、本実施形態のラマン分光測定方法によって、第1測定と第2測定という2つの測定の結果の差分を取ることのみによって、
(b1)ラマン信号に重畳する蛍光を除去すること、
(b2)ラマン信号のピーク構造を強調し、ピーク位置、ピーク数を検出しやすくする
こと、
が可能となり、ラマン散乱光を精度良く分光測定することができる。
Using the results (spectrums) of the first measurement and the second measurement obtained as described above, it is possible to remove fluorescence as described above. That is, a recent curve R of the second derivative Raman spectrum as shown in FIG.
The recent curve R of the second derivative Raman spectrum approximately indicates the second derivative (second order difference) shape of the Raman spectrum of the measurement object. FIG. 9A shows a curve having a slight peak at the center (dashed line) and its baseline curve (solid line). The difference obtained by subtracting the solid baseline curve from the dashed curve in FIG. The corresponding curve is shown by a broken line in FIG. A curve obtained by second-order differentiation of the difference curve indicated by the broken line in FIG. 9B is also indicated by the solid line in FIG. 9B. As shown in FIG. 9, the second-order differential spectrum generally has the following characteristics.
(A1) The superposed spectral structure is separated so that the number and position of peak structures can be easily detected.
(A2) The baseline is removed and the peak structure is emphasized.
(A3) The intensity of the secondary differential shape is proportional to the peak intensity of the original spectrum.
(A4) The peak position of the secondary differential shape matches the peak position of the original spectrum.
Therefore, only by taking the difference between the results of the two measurements of the first measurement and the second measurement by the Raman spectroscopic measurement method of the present embodiment,
(B1) removing fluorescence superimposed on the Raman signal;
(B2) Emphasizing the peak structure of the Raman signal and making it easy to detect the peak position and the number of peaks,
Thus, the Raman scattered light can be spectroscopically measured with high accuracy.
次に、以上のラマン分光測定方法を実施するラマン分光測定装置につき図10及び図11を参照して説明する。
図10に示すようにラマン分光測定装置50は、レーザーダイオード51と、分光器52と、励起光光学系53と、測定光光学系54と、波長制御装置55と、検出器56と、コンピュータ57とを備える。
コンピュータ57は、他の各部を制御し、第1測定を実行する第1測定手段及び第2測定を実行する第2測定手段として機能させる。波長制御装置55としては、温度制御機器55aとペルチェ素子モジュール(TEC)55bとを備える。ペルチェ素子モジュール(TEC)55bによってレーザーダイオード51の温度が変化しレーザーダイオード51の発振波長がシフト変化するようにレーザーダイオード51が実装されている。
コンピュータ57は、温度制御プロトコル57aに従って波長制御装置に波長制御指令を(この場合温度制御機器55aに温度制御指令を)与えることによって、レーザーダイオード51が出力する励起レーザー光を波長シフト制御し、第2測定時の広線幅の励起レーザー光を作り出させる。本実施形態に拘わらず、波長制御装置55として回折格子の角度又は駆動電流を制御する装置を設けて、回折格子の角度又は駆動電流の制御によって第2測定時の広線幅の励起レーザー光を作り出させてもよい。
Next, a Raman spectroscopic measurement apparatus that performs the above-described Raman spectroscopic measurement method will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 10, the Raman
The
The
励起光光学系53は、レーザーダイオード51から出射した光を測定対象物60に導く光学系であり、反射、屈折、集光などの機能を有した光学部品によって構成される。波長制御装置は、レーザーダイオード51を光源とし、測定対象物60に照射される励起レーザー光の波長を制御するものであり、本実施形態に拘わらず測定対象物60に照射されるまでに制御すれば足りる。測定光光学系54は、測定対象物60から放たれた光を分光器52に導く光学系であり、反射、屈折、集光などの機能を有した光学部品によって構成される。
励起光光学系53及び測定光光学系54のうち測定対象物60に近い部分61は、光ファイバーによって導光する構成とし、これを可撓管で覆って体内に挿入可能なプローブとしてもよいし、内視鏡に組み込んでもよい。また、前者の場合、内視鏡やカテーテルに形成されたチャネルに挿通可能な細径のプローブとすることもできる。
第1測定と第2測定のそれぞれにおいて、検出器56は、分光器52により分光された光の強度を検出し、スペクトルデータを出力する。コンピュータ57は、検出器56からスペクトルデータの入力を受ける。コンピュータ57は、第1測定によるスペクトルデータと第2測定によるスペクトルデータの差分を取るデータ演算処理を実行するデータ演算手段57bとして機能する。このデータ演算処理により、蛍光が除去された測定対象物60の二次微分ラマンスペクトルが近似的に得られる。
The excitation light
A
In each of the first measurement and the second measurement, the
次に、図11のフローチャートを参照しつつ、ラマン分光測定装置50によるラマン分光測定の処理手順につき説明する。
(第1測定)
まず、コンピュータ57は、図示しない駆動装置を介してレーザーダイオード51に駆動電流を印加しレーザーダイオード51から励起レーザー光を出射させる(ステップS1)。
次に、コンピュータ57は、温度制御プロトコル57aに従いレーザーダイオード51の温度を第1測定の設定値に設定する(ステップS2)。ここでの設定値は、第1測定時の励起レーザー光の中心波長λ1を所定値にすることに対応する温度値である。
次に、コンピュータ57は、検出器56の露光を開始する(ステップS3)。これにより、測定対象物60から放たれ分光器52によって分光された光が検出器56に入力され検出が開始される。
次に、コンピュータ57は、所定の露光時間に達したことを条件に検出器56の露光を終了する(ステップS4)。
次に、コンピュータ57は、検出器56が検出したデータをコンピュータ57に読み込み、第1測定のスペクトルデータとして保存する(ステップS5)。
Next, a procedure of Raman spectroscopy measurement performed by the
(First measurement)
First, the
Next, the
Next, the
Next, the
Next, the
(第2測定)
次に、コンピュータ57は、温度制御プロトコル57aに従いレーザーダイオード51の温度を第2測定の開始設定値に設定する(ステップS6)。ここでの開始設定値は、第2測定時の励起レーザー光の中心波長λ2を第2測定の開始時の所定値にすることに対応する温度値である。
次に、コンピュータ57は、検出器56の露光を開始する(ステップS7)。これにより、測定対象物60から放たれ分光器52によって分光された光が検出器56に入力され検出が開始される。
次に、コンピュータ57は、レーザーダイオード51の温度を第2測定の温度制御プロトコル57aに従って変化させる(ステップS8)。これにより、第2測定時の広線幅の励起レーザー光が作り出される。
次に、コンピュータ57は、所定の露光時間に達したことを条件に検出器56の露光を終了する(ステップS9)。
次に、コンピュータ57は、検出器56が検出したデータをコンピュータ57に読み込み、第2測定のスペクトルデータとして保存する(ステップS10)。
(Second measurement)
Next, the
Next, the
Next, the
Next, the
Next, the
(データ演算処理)
次に、コンピュータ57は、第1測定のスペクトルデータと第2測定のスペクトルデータから、検出器56由来のベースライン等の除去や波長感度の補正等の一般的なデータ補正を実施する(ステップS11)。
次に、コンピュータ57は、第1測定のスペクトルデータと第2測定のスペクトルデータの強度を規格化する(ステップS12)。
次に、コンピュータ57は、第1測定のスペクトルデータと第2測定のスペクトルデータの差分をとり、これを2階差分データとして保存する(ステップS13)。この2階差分データに基づき上述した二次微分ラマンスペクトルの近時曲線Rが構成される。
(Data calculation processing)
Next, the
Next, the
Next, the
なお、上記のラマン分光測定方法を実施するためにコンピュータ57は、第1測定時の励起レーザー光の波長帯域が第2測定時の励起レーザー光の波長帯域に含まれるように、波長制御装置55に波長制御指令を与える。その他、ラマン分光測定装置50によって実行される処理や適用し得る変形形態は、上記のラマン分光測定方法で説明したとおりである。
また、ステップS12の規格化は、強度の異なる第1測定のスペクトルデータと第2測定のスペクトルデータのベース部の強度を揃えることを目的とする。具体的な方法は例えば以下の通り。
(1)各々、スペクトルデータの最大値を1、最小値を0とする。このとき、最大値は、ラマンピークが現れていない波長領域とする。
(2)各々、平均値を0、標準偏差を1とする。
In order to carry out the Raman spectroscopic measurement method described above, the
In addition, the normalization in step S12 aims to align the intensities of the base portions of the first measurement spectrum data and the second measurement spectrum data having different intensities. The specific method is as follows, for example.
(1) The maximum value of spectrum data is 1 and the minimum value is 0, respectively. At this time, the maximum value is a wavelength region where no Raman peak appears.
(2) The average value is 0 and the standard deviation is 1, respectively.
10 第1測定時の励起レーザー光のスペクトル
11 第1測定により得られたスペクトル
11R ラマンピーク
20 第2測定時の励起レーザー光のスペクトル
21 第2測定により得られたスペクトル
21R ラマンピーク
50 ラマン分光測定装置
51 レーザーダイオード
52 分光器
53 励起光光学系
54 測定光光学系
55 波長制御装置
55a 温度制御機器
56 検出器
57 コンピュータ
57a 温度制御プロトコル
57b データ演算手段
60 測定対象物
R 二次微分ラマンスペクトルの近時曲線
10
Claims (19)
前記第1測定時より広い線幅の励起レーザー光を前記測定対象物に照射し、当該測定対象物から放たれた光を分光検出してスペクトルを得る第2測定と、を実施し、
前記第1測定によるスペクトルと前記第2測定によるスペクトルの差分を取ることにより、前記測定対象物の二次微分ラマンスペクトルを近似的に得るラマン分光測定方法。 A first measurement that obtains a spectrum by irradiating an object to be measured with an excitation laser beam having a narrow line width, and spectrally detecting light emitted from the object to be measured;
Irradiating the object to be measured with excitation laser light having a wider line width than that at the time of the first measurement, and performing a second measurement to obtain a spectrum by spectroscopically detecting the light emitted from the object to be measured,
A Raman spectroscopic measurement method that approximately obtains a second-order differential Raman spectrum of the measurement object by taking a difference between the spectrum of the first measurement and the spectrum of the second measurement.
前記第2測定時の励起レーザー光の半値全幅が0.2〔nm〕以上2.0〔nm〕以下であることを特徴とする請求項1から請求項14のうちいずれか一に記載のラマン分光測定方法。 The full width at half maximum of the excitation laser light during the first measurement is 0.1 [nm] or less,
15. The Raman according to claim 1, wherein the full width at half maximum of the excitation laser light in the second measurement is 0.2 [nm] or more and 2.0 [nm] or less. Spectroscopic measurement method.
前記第1測定時より広い線幅の励起レーザー光を前記測定対象物に照射し、当該測定対象物から放たれた光を分光検出してスペクトルを得る第2測定を実行する第2測定手段と、
前記第1測定によるスペクトルと前記第2測定によるスペクトルの差分を取ることにより、前記測定対象物の二次微分ラマンスペクトルを近似的に得る演算手段と、
を備えるラマン分光測定装置。 A first measuring means for irradiating a measurement object with an excitation laser beam having a narrow line width and performing a first measurement for obtaining a spectrum by spectrally detecting light emitted from the measurement object;
Second measurement means for irradiating the measurement object with an excitation laser beam having a wider line width than that during the first measurement, and performing a second measurement to obtain a spectrum by spectroscopically detecting the light emitted from the measurement object; ,
An arithmetic means for approximately obtaining a second derivative Raman spectrum of the measurement object by taking a difference between the spectrum by the first measurement and the spectrum by the second measurement;
A Raman spectrometer.
分光器と、
前記レーザーダイオードから出射した光を測定対象物に導く励起光光学系と、
前記測定対象物から放たれた光を前記分光器に導く測定光光学系と、
前記レーザーダイオードを光源とし、前記測定対象物に照射される励起レーザー光の波長を制御する波長制御装置と、
前記分光器により分光された光の強度を検出し、スペクトルデータを出力する検出器と、
前記波長制御装置に波長制御指令を与え、前記検出器から前記スペクトルデータの入力を受けるとともに、前記演算手段として機能するコンピュータと、
を備え、
前記第1測定手段及び前記第2測定手段は、前記レーザーダイオード、前記分光器、前記励起光光学系、前記測定光光学系、前記波長制御装置及び前記検出器を共有して構成されてなる請求項17に記載のラマン分光測定装置。 A laser diode,
A spectroscope,
An excitation light optical system that guides light emitted from the laser diode to a measurement object;
A measurement light optical system that guides the light emitted from the measurement object to the spectrometer;
Using the laser diode as a light source, a wavelength control device that controls the wavelength of excitation laser light irradiated to the measurement object;
A detector for detecting the intensity of light split by the spectroscope and outputting spectral data;
Giving a wavelength control command to the wavelength control device, receiving the input of the spectrum data from the detector, and a computer functioning as the computing means;
With
The first measurement unit and the second measurement unit are configured to share the laser diode, the spectrometer, the excitation light optical system, the measurement light optical system, the wavelength control device, and the detector. Item 18. The Raman spectroscopic measurement device according to Item 17.
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