JP2016197016A - 表面プラズモン検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】湿度による影響を低減し、高精度かつ高感度に測定対象物の濃度を測定することができる、表面プラズモン検出装置を提供する。
【解決手段】表面プラズモン検出装置は、主表面を有する誘電体ベース部６３、主表面上に形成された金属薄膜６４および金属薄膜６４上に形成された誘電体薄膜６５を含む表面プラズモン素子６０を備え、誘電体薄膜６５の表面には撥水化処理がなされており、表面プラズモン現象により変化する反射光または透過光の光量に基づいて対象とする測定対象物の濃度を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、表面プラズモン共鳴を利用して、測定対象物の濃度を測定する表面プラズモン検出装置に関する。

表面プラズモン共鳴現象を用いて揮発性有機物（ＶＯＣ）等の測定対象物の濃度等を測定する表面プラズモンセンサが各種開発されている。このような表面プラズモンセンサが開示された文献として、たとえば特許第５４６０１１３号公報（特許文献１）が挙げられる。

特許文献１に開示の表面プラズモンセンサにおいては、光透過性基板上に形成された金属微細構造を備え、メソポーラスシリカ等の多孔質光透過性吸収材に対して気体に含まれる測定対象物が吸着することにより、透過光に対して局在表面プラズモン共鳴が誘起される。

この局在表面プラズモン共鳴に起因して可視光から近赤外光領域で発生する吸収ピークの増強およびそのシフトを利用して、検出対象物の発生量ないし濃度を検出する。

特許第５４６０１１３号公報

しかしながら、特許文献１に開示の表面プラズモン検出センサに具備されるような吸収材は、気体に含まれる測定対象物のみならず水分が付着する。このため、測定対象物の濃度を測定する際に、湿度の影響をうけ、測定精度や測定感度が低下してしまう場合があった。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、湿度による影響を低減し、高精度かつ高感度に測定対象物の濃度を測定することができる、表面プラズモン検出装置を提供することにある。

本発明の第１の局面に基づく表面プラズモン検出装置は、主表面を有する誘電体ベース部、上記主表面上に形成された金属薄膜、および上記金属薄膜上に形成された誘電体薄膜を含む表面プラズモン素子を備え、上記誘電体薄膜の表面には撥水化処理がなされており、表面プラズモン現象により変化する反射光または透過光の光量に基づいて対象とする測定対象物の濃度を検出する。

上記本発明の第１の局面に基づく表面プラズモン検出装置にあっては、上記誘電体薄膜の上記表面は、疎水基により修飾されていることが好ましい。

上記本発明の第１の局面に基づく表面プラズモン検出装置にあっては、上記誘電体薄膜の上記表面が疎水性を有するシランカップリング剤により覆われていることが好ましい。

上記本発明の第１の局面に基づく表面プラズモン検出装置にあっては、上記誘電体薄膜は、多孔質性を有し、上記誘電体薄膜に設けられた多数の細孔の内表面に撥水化処理がなされていることが好ましい。

上記本発明の第１の局面に基づく表面プラズモン検出装置にあっては、上記誘電体薄膜は、メソポーラスシリカからなることが好ましい。

本発明の第２の局面に基づく表面プラズモン検出装置は、主表面を有する誘電体ベース部、上記主表面上に形成された金属薄膜、および上記金属薄膜上に形成された誘電体薄膜をそれぞれ含む第１表面プラズモン素子および第２表面プラズモン素子を備え、上記第１表面プラズモン素子に含まれる上記誘電体薄膜の表面には撥水化処理がなされており、上記第２表面プラズモン素子に含まれる上記誘電体薄膜の表面には撥水化処理がなされておらず、上記第２表面プラズモン素子にて表面プラズモン現象により変化する反射光または透過光の光量に基づいて、上記第１表面プラズモン素子にて表面プラズモン現象により変化する反射光または透過光の光量を補正し、補正された反射光または透過光の上記光量に基づいて、対象とする測定対象物の濃度を検出する。

本発明によれば、湿度による影響を低減し、高精度かつ高感度に測定対象物の濃度を測定することができる、表面プラズモン検出装置を提供することができる。

実施の形態１に係る表面プラズモン検出装置の構成を示す概略図である。 図１に示す表面プラズモン素子の構成を示す概略断面図である。 表面プラズモン素子に入射される入射角と反射率との関係を示す図である。 比較例における誘電体薄膜の測定時の状態を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る表面プラズモン素子に具備される誘電体薄膜の測定時の状態を示す概略断面図である。 実施の形態２に係る表面プラズモン検出装置に具備される誘電体薄膜の測定時の状態を示す概略断面図である。 実施の形態３に係る表面プラズモン検出装置の構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置の構成を示す概略図である。図１を参照して、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置１について説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置１は、投光部２、受光部３、表面プラズモン素子６０および演算処理部９０を備える。投光部２は、表面プラズモン素子６０に向けて入射光Ｌ１を投光する。受光部３は、表面プラズモン素子６０から反射された反射光Ｌ２を受光する。

投光部２は、光源１０、コリメートレンズ２０、偏光子３０および反射ミラー４０を含む。光源１０としては、たとえば半導体レーザを採用することができる。光源１０から出射された出射光は、コリメートレンズ２０によって略平行光に変換される。

コリメートレンズ２０を透過した出射光は、全ての光が平行で同じ方向を向いており拡散することがなければ最も好ましいが、完全に平行でなくてもよい。つまり、略平行光とは、コリメートレンズ２０を透過した出射光がコリメートレンズ２０の光軸に対して完全に平行である場合を含み、また、コリメートレンズ２０を透過した出射光が当該光軸に対して完全には平行でないが平行に近くなっている場合を含むものとする。

偏光子３０は、光源１０から出射された出射光から表面プラズモンを引き起こすｐ偏光を抽出するためのものである。略平行光に変換された出射光は、偏光子３０によってｐ偏光にされる。ｐ偏光にされた出射光は、反射ミラー４０によって反射され、入射光Ｌ１として表面プラズモン素子６０に入射する。反射ミラー４０は、回動可能に構成されており、表面プラズモン素子６０に入射する入射光Ｌ１の入射角を調整することができる。

表面プラズモン素子に入射された入射光Ｌ１は、後述する誘電体ベース部６３と後述する金属薄膜６４との界面にて反射光Ｌ２として反射される。この際、表面プラズモン素子６０において表面プラズモン共鳴とよばれる現象が発現し、反射光Ｌ２の強度が変化する。

受光部３は、受光素子８０を含む。表面プラズモン素子６０によって反射された反射光Ｌ２は、受光素子８０にて受光される。受光素子８０としては、たとえばフォトダイオードを採用することができる。フォトダイオードにより、受光した反射光Ｌ２の光量を検出することができる。受光素子８０は、演算処理部９０に接続されている。

演算処理部９０は、受光素子８０が検出した反射光Ｌ２の光量に基づいて、揮発性有機物等の測定対象物の濃度等を算出する。演算処理部９０は、受光部３の一部を構成する。

図２は、図１に示す表面プラズモン素子の構成を示す概略断面図である。図２を参照して、表面プラズモン素子６０の構成およびその製造方法について説明する。

表面プラズモン素子６０は、プリズム６１、透明基板６２、金属薄膜６４および誘電体薄膜６５を含む。プリズム６１、透明基板６２、金属薄膜６４および誘電体薄膜６５は、図２中において下方側から順に配置されている。プリズム６１および透明基板６２によって誘電体ベース部６３が構成される。

プリズム６１の材質は、光透過性が高く、真空との誘電率の違いが大きい物質が好ましい。プリズム６１としては、例えば、透光性樹脂、ガラス等を採用することができる。本実施の形態においては、プリズム６１としてガラスを採用している。プリズム６１は、透明基板６２が接合される接合面６１ａを有する。

透明基板６２は、接着剤を用いて隙間なくプリズム６１に接合される。屈折率の違いによる光損失を抑制するために、接着剤としては、プリズム６１および透明基板６２とほぼ同一の屈折率を有する部材を用いることが好ましい。透明基板６２は、互いに対向する第１面６２ａおよび第２面６２ｂを有する。透明基板６２の第１面６２ａは、プリズム６１側に位置し、透明基板６２の第２面６２ｂは、金属薄膜６４側に位置する。透明基板６２の第２面６２ｂ上には、金属薄膜６４および誘電体薄膜６５がこの順で積層されている。これら金属薄膜６４および誘電体薄膜６５が透明基板６２の第２面６２ｂ上に積層された後に、透明基板６２の第１面６２ａが、プリズム６１の接合面６１ａに上記の接着剤を用いて貼り合わされて接合される。透明基板６２の第２面６２ｂは、誘電体ベース部６３の主表面に相当する。

なお、本発明は上記の形態に限定されず、透明基板６２を省略し、プリズム６１の表面に金属薄膜６４を直接積層する形態であってもよい。

金属薄膜６４は、互いに対向する第１面６４ａおよび第２面６４ｂを有する。金属薄膜６４の第１面６４ａは、透明基板６２側に位置し、金属薄膜６４の第２面６４ｂは、誘電体薄膜６５側に位置する。金属薄膜６４は、誘電体ベース部６３上に設けられている。金属薄膜６４は、透明基板６２の第２面６２ｂ上に設けられている。金属薄膜６４としては、金、銀、銅、白金、アルミニウムなどを採用することができる。本実施の形態においては、金を採用している。金属薄膜６４として金を採用した場合における金属薄膜６４の厚さは、表面プラズモン共鳴による反射強度の減衰効果が最も得られる範囲内に収まることが好ましく、たとえば４０〜５５ｎｍであることが好ましい。

なお、金属薄膜６４と透明基板６２との密着性を高めるために、金属薄膜６４の第１面６４ａと透明基板６２の第２面６２ｂとの間には、第１密着層（不図示）が設けられていてもよい。第１密着層としては、透明基板６２と金属薄膜６４とに良好な密着性を有する材料が用いられる。たとえば、金属薄膜６４が金、銀等の貴金属で構成される場合には、第１密着層としては、チタン、ニッケル、クロム、モリブデン等の材料を採用することができる。

また、第１密着層は、金属薄膜６４への入射光Ｌ１の到達を阻害しないように、密着性が得られる限度において可能な限り薄く形成されることが好ましい。具体的には、第１密着層の厚さは、１ｎｍ程度であることが好ましい。このように第１密着層が形成される場合には、当該第１密着層は、金属薄膜６４の一部として機能する。

誘電体薄膜６５は、金属薄膜６４の第２面６４ｂ上に設けられている。誘電体薄膜６５は、多孔質であることが好ましい。

また、誘電体薄膜６５の表面は、撥水化処理がなされている。撥水化処理を行なうことにより、測定中に誘電体薄膜６５への上記気体に含まれる水分の付着を防止することができる。これにより測定精度および測定感度が良好な状態を維持することができる。

誘電体薄膜６５としては、メソポーラス材料を採用することができる。具体的には、誘電体薄膜６５は、多孔質シリカ、より特定的には、メソポーラスシリカにて構成されていることが好ましい。

誘電体薄膜６５を作製するに際して、まず、水とセチルトリメチルアンモニウムブロミド（ＣＴＡＢ）とを混合させて混合溶液を準備する。たとえば、水５．５ｇに対してＣＴＡＢ０．６０８ｇを混合する。この混合液を温めながら撹拌する。この際、硝酸を加えて混合液のｐＨを２に調整する。

続いて、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を加え、混合溶液を室温で撹拌する。具体的には、ＴＥＯＳ２．７８ｇをｐＨ２の混合溶液に加えて、室温で３時間、混合溶液を撹拌する。これにより、メソポーラスシリカ膜の前駆体となるメソポーラスシリカ前駆体溶液が得られる。次に、スピンコーター法を用いて、メソポーラスシリカ前駆体溶液を金属薄膜６４の第２面６４ｂ上に塗布する。

金属薄膜６４の第２面６４ｂ上に塗布されたメソポーラスシリカ前駆体溶液を１２０℃で１５分間乾燥させ、４５０℃で６０分間焼成する。これにより、多孔質の誘電体薄膜６５としてのメソポーラスシリカ膜を形成することができる。

メソポーラスシリカ膜に含まれる細孔６６（図５参照）の孔径は、たとえばＸ線回折分析により確認することができる。上述の方法にて作製したメソポーラスシリカ膜においては、４ｎｍ程度の孔径を有する細孔を多数確認することができる。

なお、誘電体薄膜６５と金属薄膜６４との密着性を向上させるために、金属薄膜６４の第２面６４ｂと誘電体薄膜６５との間に第２密着層が（不図示）が設けられていてもよい。第２密着層としては、チタン、ニッケル、クロム、モリブデン等の材料を採用することができる。

第２密着層が形成される場合には、揮発性有機物等の測定対象物が金属薄膜６４に付着することが可能となるように、第２密着層は、密着性が得られる限度において可能な限り薄く形成されることが好ましい。具体的には、第２密着層の厚さは、１ｎｍであることが好ましい。このように第２密着層が形成される場合には、当該第２密着層は、金属薄膜６４の一部として機能する。

上述の第１密着層、金属薄膜６４および第２密着層は、たとえば、この順で透明基板６２の第２面６２ｂ上にスパッタ法により成膜されることで形成される。

誘電体薄膜６５に撥水化処理を施す際には、まず、疎水基を有する表面処理剤を準備する。疎水基を有する表面処理剤としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基等のアルキル基を有するシランカップリング剤を用いることができる。

本実施の形態においては、たとえば、トルエンにｎ−プロピルトリメトキシシランを０．２ｗｔ％混合して、これを５分間撹拌する。これにより、表面処理剤を作製する。

次に、金属薄膜６４および誘電体薄膜６５が形成された透明基板６２をイソプロピルアルコール中および純水中で超音波洗浄を実施する。超音波洗浄は、５分間程度行なう。超音波洗浄後にアッシング装置を用いて、金属薄膜６４および誘電体薄膜６５が形成された透明基板６２のアッシング処理を行なう。

次に、上記表面処理剤２０μＬと、金属薄膜６４および誘電体薄膜６５が形成された透明基板６２とを、直接接触しないように耐圧容器内に入れ、耐圧容器を密閉する。密閉された耐圧容器を１５０℃で２時間加熱する。この際、表面処理剤が揮発して蒸気となり、この蒸気に多数の細孔６６を規定する誘電体薄膜６５の内表面（細孔６６の内表面）が曝される。

続いて、誘電体薄膜６５の内表面が蒸気で曝された透明基板６２を取り出して、これを純水中で振り洗いした後に、純水中で超音波洗浄を実施する。超音波洗浄は、５分間程度行なう。超音波洗浄後の透明基板６２を２００℃で１５分乾燥させる。これにより、誘電体薄膜６５の内表面が表面処理剤で覆われ、撥水化処理がなされる。

この撥水化処理がなされることにより、誘電体薄膜６５に設けられた多数の細孔６６を規定する誘電体薄膜６５の内表面は、疎水基により修飾されることとなる。フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）にて誘電体薄膜６５の内表面を解析した場合には、プロピル基に含まれる炭素−水素結合のスペクトルから、アルキル基に含まれるプロピル基の存在を確認することができ、撥水化処理が確実になされていることを検証できた。

図３は、表面プラズモン素子に入射される入射角と反射率との関係を示す図である。なお、図３においては、清浄空気雰囲気における表面プラズモン素子に入射される入射角と反射率との関係を示している。図３を参照して、表面プラズモン素子に入射される入射角と反射率との関係について説明する。

図３に示すように、入射角度を変化させて入射光Ｌ１を金属薄膜６４と誘電体ベース部６３との界面に入射した場合には、所定の入射角度近傍で、表面プラズモンの波数と金属薄膜６４の内部を金属薄膜６４の第１面６４ａ（図２参照）に沿って伝達するエバネッセント光の波数とが等しくなり、表面プラズモン共鳴が発生する。これにより、所定の角度近傍の入射角で入射された光の反射強度（反射率）が減衰する。

測定対象物であるＶＯＣガス雰囲気に表面プラズモン素子６０の誘電体薄膜６５を曝した場合には、細孔６６内で誘電体薄膜６５の内表面にＶＯＣガス分子が付着することにより、ＶＯＣガスの濃度に応じて誘電体薄膜６５の屈折率が変化する。誘電体薄膜６５の屈折率が変化することにより、清浄空気雰囲気での共鳴条件からずれが生じる。このため、測定対象物の付着前後では、受光素子８０が受光する反射光Ｌ２の光量も変化する。表面プラズモン検出装置１は、この受光量の変化に基づいて、測定対象物である濃度を測定することができる。

測定対象物であるＶＯＣガスの濃度を測定する方法について説明する。測定対象物の測定を開始する前に、清浄空気雰囲気に表面プラズモン素子６０の誘電体薄膜６５を曝した状態（基準状態）で、予め、反射光Ｌ２の光量を受光部３にて検出する。この際、当該基準量と後で実施される測定時の光量との光量差を算出しやすくするために、反射光Ｌ２の光量が最も小さくなるように、反射ミラー４０によって入射光Ｌ１の入射角度を調整する。すなわち、表面プラズモン共鳴現象が発現するように、入射光Ｌ１の入射角度を調整する。

続いて、測定対象物を含む気体を金属薄膜６４の第２面６４ｂに接触させた測定状態で金属薄膜６４と誘電体ベース部６３との界面にて反射された反射光Ｌ２の光量を受光部３にて検出する。誘電体薄膜６５は、上述のように多孔質を有する。このため、誘電体薄膜６５の周囲に測定対象物を含む気体を配置することにより、測定対象物が、内表面を含む誘電体薄膜６５の表面に付着する。

演算処理部９０は、受光部３にて検出した上記測定状態での反射光Ｌ２の光量と、受光部３にて予め検出した上記基準状態での反射光Ｌ２の光量（基準量）との関係に基づき、測定対象物の濃度を算出する。具体的には、演算処理部９０は、測定時の光量と基準状態での基準量との差分（変化量）を算出し、この差分に基づいてガス濃度を算出するための換算テーブル（不図示）を用いて、測定対象物の濃度を算出する。

（比較例における誘電体薄膜の測定時の状態）
図４は、比較例における誘電体薄膜の測定時の状態を示す概略断面図である。図４を参照して、比較例における誘電体薄膜６５Ｘの測定時の状態について説明する。比較例における誘電体薄膜６５Ｘは、実施の形態１に係る誘電体薄膜６５と比較した場合に、撥水化処理がなされていない点において相違する。

誘電体薄膜６５の内表面に撥水化処理がなされていない場合には、測定時においては、細孔６６内では、測定対象物分子７１（ＶＯＣ分子）だけでなく、空気中に含まれる水分も誘電体薄膜６５の内表面に相当程度付着する。細孔に付着した水分子７２は、誘電体薄膜６５の屈折率を変化させる。付着する水分子７２の量が多い場合には、誘電体薄膜６５の内表面への測定対象物分子７１の付着が妨げられ、ガス濃度を感度よく測定できなくなる場合が生じる。また、湿度変動により、誘電体薄膜６５の内表面に付着する水分子７２の量が変動し、測定の精度が低下する場合が生じる。

（実施の形態１に係る誘電体薄膜の測定時の状態）
図５は、本実施の形態に係る表面プラズモン素子に具備される誘電体薄膜の測定時の状態を示す概略断面図である。

図５を参照して、本実施の形態に係る表面プラズモン素子に具備される誘電体薄膜の測定時の状態について説明する。

本実施の形態においては、誘電体薄膜６５の内表面には、撥水化処理がなされている。このため、誘電体薄膜６５に付着する水分子７２の量を低減することができる。これにより、誘電体薄膜６５の内表面に測定対象物分子７１を効率よく付着させることができ、測定感度を向上させることができる。また、撥水化処理をすることにより、湿度変動の影響が少なくなるため、測定精度を向上させることができる。

以上のように、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置１にあっては、誘電体薄膜６５を多孔質とし、当該誘電体薄膜６５の内表面に撥水化処理が施されていることにより、湿度による影響を低減し、高精度かつ高感度に測定対象物の濃度を測定することができる。

［実施の形態２］
図６は、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置に具備される誘電体薄膜の測定時の状態を示す概略断面図である。図６を参照して、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置について説明する。

図６に示すように、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置は、実施の形態１に係る表面プラズモン検出装置１と比較した場合に、表面プラズモン素子６０Ａに含まれる誘電体薄膜６５Ａの構成が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。

具体的には、本実施の形態に係る多孔質の誘電体薄膜６５Ａにおいては、孔径が実施の形態１に係る誘電体薄膜６５の孔径よりも大きくなっている。実施の形態１に係る誘電体薄膜６５の孔径が略４ｎｍであるのに対して、本実施の形態に係る誘電体薄膜６５Ａの孔径は、略８ｎｍである。

本実施の形態に係る表面プラズモン素子６０Ａの製造においては、誘電体薄膜６５Ａを形成するために用いられる材料として、実施の形態１に係るセチルトリメチルアンモニウムブロミド（ＣＴＡＢ）に代えてＰｌｕｒｏｎｉｃＰ−１２３を使用する。その他の手順については、実施の形態１に係る表面プラズモン素子６０の製造方法に準拠して実施され、誘電体薄膜６５Ａにも撥水化処理がなされる。

本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置にあっても、誘電体薄膜６５Ａに付着する水分子７２の量を低減することができる。これにより、誘電体薄膜６５Ａの内表面に測定対象物分子７１を効率よく付着させることができ、測定感度を向上させることができる。また、撥水化処理をすることにより、湿度変動の影響が少なくなるため、測定精度を向上させることができる。

さらに、本実施の形態においては、細孔の孔径が実施の形態１よりも大きくなることにより、細孔６６Ａ内のＶＯＣガスの抜けが良くなる。これにより、高濃度の測定対象物を測定した後に、低濃度の測定対象物を測定する場合であっても、細孔６６Ａ内に高濃度のガスが残留することが無くなるため、高濃度のＶＯＣのガスの影響を受けず、ガス濃度を正しく測定することができる。

［実施の形態３］
図７は、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置の構成を示す概略図である。図７を参照して、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置１Ｂについて説明する。

図７に示すように、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置１Ｂは、第１表面プラズモン検出装置１Ｂ１および第２表面プラズモン検出装置１Ｂ２によって構成されている。第１表面プラズモン検出装置１Ｂ１および第２表面プラズモン検出装置１Ｂ２の構成は、実施の形態１に係る表面プラズモン検出装置１の構成とほぼ同様である。

第１表面プラズモン検出装置１Ｂ１は、第１表面プラズモン素子６０Ｂを備える。第２表面プラズモン検出装置１Ｂ２は、第２表面プラズモン素子６０Ｘを備える。第１表面プラズモン素子６０Ｂおよび第２表面プラズモン素子６０Ｘは、それぞれ主表面を有する誘電体ベース部、主表面上に形成された金属薄膜、および金属薄膜上に形成された多孔質の誘電体薄膜をそれぞれ含む。

第１表面プラズモン素子６０Ｂに含まれる誘電体薄膜に設けられた多数の細孔を規定する第１表面プラズモン素子６０Ｂに含まれる誘電体薄膜の内表面には撥水化処理がなされている。

一方、第２表面プラズモン素子６０Ｘに含まれる誘電体薄膜に設けられた多数の細孔を規定する第２表面プラズモン素子６０Ｘに含まれる誘電体薄膜の内表面には撥水化処理がなされていない。

本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置１Ｂは、第２表面プラズモン素子６０Ｘにて表面プラズモン現象により変化する反射光の光量に基づいて、第１表面プラズモン素子６０Ｂにて表面プラズモン現象により変化する反射光の光量を補正し、補正された反射光の光量に基づいて、対象とする測定対象物のガス濃度を検出する。

具体的には、測定対象物の測定を開始する前に、第１表面プラズモン検出装置１Ｂ１および第２表面プラズモン検出装置１Ｂ２のそれぞれにおいて、第１表面プラズモン素子６０Ｂに含まれる誘電体薄膜および第２表面プラズモン素子６０Ｘに含まれる誘電体薄膜を清浄空気雰囲気に曝した状態（基準状態）で、予め、反射光Ｌ２の光量を受光部３にて検出する。この際、当該基準量と後で実施される測定時の光量との光量差を算出しやすくするために、反射光量が最も小さくなるように反射ミラー４０によって入射光Ｌ１の入射角度を調整する。

続いて、第１表面プラズモン検出装置１Ｂ１および第２表面プラズモン検出装置１Ｂ２のそれぞれにおいて、清浄空気雰囲気の湿度を変化させて、各湿度における反射光Ｌ２の光量を予め受光部３にて検出する。第１表面プラズモン検出装置１Ｂ１および第２表面プラズモン検出装置１Ｂ２のそれぞれにおいて、予め検出された各光量は、各湿度における湿度基準量として記憶部（不図示）に記憶される。

次に、第１表面プラズモン検出装置１Ｂ１において、測定対象物を含む気体を金属薄膜６４の第２面６４ｂに接触させた測定状態で金属薄膜６４と誘電体ベース部６３との界面にて反射された反射光Ｌ２の光量を受光部３にて検出する。この検出された光量を記憶部（不図示）に記憶しておく。

一方、第２表面プラズモン検出装置１Ｂ２において、測定対象物を含まない湿度確認用の気体（清浄空気）を金属薄膜６４の第２面６４ｂに接触させた測定状態で金属薄膜６４と誘電体ベース部６３との界面にて反射された反射光Ｌ２の光量を受光部３にて検出する。第２表面プラズモン検出装置１Ｂ２にて得られた光量と、記憶部に予め記憶されている湿度基準量とを比較して、演算処理部９０は、測定時の気体の湿度を決定する。

続いて、演算処理部９０は、決定された気体の湿度に基づいて、記憶部に予め記憶されている当該湿度における第１表面プラズモン検出装置１Ｂ１の湿度基準量を呼び出す。演算処理部９０は、この湿度基準量から第１表面プラズモン検出装置１Ｂ１にて湿度のみに影響される反射光の変化量を算出する。

次に、演算処理部９０は、上述の測定状態にて検出した第１表面プラズモン検出装置１Ｂ１における光量から第１表面プラズモン検出装置１Ｂ１にて湿度のみに影響される反射光Ｌ２の変化量を補正する。

続いて、演算処理部９０は、補正後の光量と基準状態での基準量との差分を算出するとともに、基準量からの変化量に基づいてガス濃度を算出するための換算テーブル（不図示）を用いて、測定対象物の濃度を算出する。

本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置にあっても、第１表面プラズモン素子６０Ｂに含まれる誘電体薄膜層に撥水化処理を施しているため、誘電体薄膜に付着する水分子の量を低減することができる。これにより、誘電体薄膜の内表面に測定対象物分子を効率よく付着させることができ、測定感度を向上させることができる。また、撥水化処理をすることにより、湿度変動の影響が少なくなるため、測定精度を向上させることができる。

また、本実施の形態に係る表面プラズモン検出装置１Ｂにあっては、２系統に構成し、湿度のみに影響される光量差を算出可能とし、この光量差に基づき、測定時に検出された光量を補正することにより、測定対象物を含む気体の湿度が高く、誘電体薄膜に撥水化処理を施した場合であっても少なからず湿度の影響を受けてしまうような場合であっても、精度よく測定することができる。

上述した実施の形態１から３においては、表面プラズモン素子６０によって反射された反射光の光量に基づいて測定対象物の濃度を測定する場合を例示して説明したが、これに限定されない。上述のように、測定対象物の濃度に応じて反射率が異なることにより、表面プラズモン素子６０を透過する透過光の光量も変化する。このため、表面プラズモン素子６０を透過する透過光の光量に基づいて対象とする測定対象物の濃度を検出してもよい。この場合には、受光素子８０は、透過光を受光可能に配置される。

［実施の形態４］
上述した実施の形態に係る１から３においては、多孔質の誘電体薄膜を吸着層に用いる場合を例示して説明したが、これに限定されず、多孔質ではない通常の（平坦な）誘電体薄膜を吸着層に用いてもよい。この場合においても、誘電体薄膜の表面に撥水化処理を施すことにより、誘電体薄膜への水分の付着を抑制しつつ、測定対象物を誘電体薄膜に付着させることができる。これにより、湿度による影響を低減し、高精度かつ高感度に測定対象物の濃度を測定することができる。

なお、実施の形態１から３のように多孔質の誘電体薄膜を吸着層に用いた場合には、測定対象物が付着する表面積を増加させることができるため、実施の形態１から３に係る表面プラズモン検出装置は、実施の形態４に係る表面プラズモン検出装置と比較して、より高精度かつ高感度に測定対象物の濃度を測定することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１，１Ｂ 表面プラズモン検出装置、１Ｂ１ 第１表面プラズモン検出装置、１Ｂ２ 第２表面プラズモン検出装置、２ 投光部、３ 受光部、１０ 光源、２０ コリメートレンズ、３０ 偏光子、４０ 反射ミラー、６０，６０Ａ 表面プラズモン素子、６０Ｂ 第１表面プラズモン素子、６０Ｘ 第２表面プラズモン素子、６１ プリズム、６１ａ 接合面、６２ 透明基板、６２ａ 第１面、６２ｂ 第２面、６３ 誘電体ベース部、６４ 金属薄膜、６４ａ 第１面，６４ｂ 第２面、６５，６５Ａ，６５Ｘ 誘電体薄膜、７１ 測定対象物分子、７２ 水分子、８０ 受光素子、９０ 演算処理部。

Claims (6)

1. 主表面を有する誘電体ベース部、前記主表面上に形成された金属薄膜、および前記金属薄膜上に形成された誘電体薄膜を含む表面プラズモン素子を備え、
   前記誘電体薄膜の表面には撥水化処理がなされており、
   表面プラズモン現象により変化する反射光または透過光の光量に基づいて対象とする測定対象物の濃度を検出する、表面プラズモン検出装置。
2. 前記誘電体薄膜の前記表面は、疎水基により修飾されている、請求項１に記載の表面プラズモン検出装置。
3. 前記誘電体薄膜の前記表面が疎水性を有するシランカップリング剤により覆われている、請求項１または２に記載の表面プラズモン検出装置。
4. 前記誘電体薄膜は、多孔質性を有し、
   前記誘電体薄膜に設けられた多数の細孔の内表面に撥水化処理がなされている、請求項１から３のいずれか１項に記載の表面プラズモン検出装置。
5. 前記誘電体薄膜は、メソポーラスシリカからなる、請求項１から４のいずれか１項に記載の表面プラズモン検出装置。
6. 主表面を有する誘電体ベース部、前記主表面上に形成された金属薄膜、および前記金属薄膜上に形成された誘電体薄膜をそれぞれ含む第１表面プラズモン素子および第２表面プラズモン素子を備え、
   前記第１表面プラズモン素子に含まれる前記誘電体薄膜の表面には撥水化処理がなされており、
   前記第２表面プラズモン素子に含まれる前記誘電体薄膜の表面には撥水化処理がなされておらず、
   前記第２表面プラズモン素子にて表面プラズモン現象により変化する反射光または透過光の光量に基づいて、前記第１表面プラズモン素子にて表面プラズモン現象により変化する反射光または透過光の光量を補正し、補正された反射光または透過光の前記光量に基づいて、対象とする測定対象物の濃度を検出する、表面プラズモン検出装置。

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