JP2017003500A - 表面増強ラマン散乱ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】液体試料のセット作業の作業性を向上させることが可能な表面増強ラマン散乱ユニットを提供する。【解決手段】ＳＥＲＳユニット１は、ＳＥＲＳチップ２と、ＳＥＲＳチップ２を収容する収容空間Ｓ２を規定しているとともに、第一及び第二開口Ｐ１，Ｐ２が設けられている容器１０と、収容空間Ｓ２から第一開口Ｐ１を通して気体を吸引する吸引部３と、を備えている。容器１０は、収容空間Ｓ２に面し、かつ、ＳＥＲＳチップ２が配置される配置部２０と、収容空間Ｓ２を介してＳＥＲＳチップ２と対向し、かつ、ＳＥＲＳチップ２に向かう励起光ＥＬ及びＳＥＲＳチップ２からの表面増強ラマン散乱光ＳＬを透過させるカバー１２と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、表面増強ラマン散乱ユニットに関する。

特許文献１には、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ：Surface Enhanced Raman Scattering）を生じさせる光学機能部を備える表面増強ラマン散乱ユニットが記載されている。この表面増強ラマン散乱ユニットでは、光学機能部上に形成される空間が、液体試料の配置されるセルとして用いられている。

特開２０１４−１９６９８１号公報

上述の表面増強ラマン散乱ユニットに液体試料をセットするには、液体試料を上記空間に滴下した後、上記空間をカバーガラスで密閉する必要があり、作業が煩雑であった。

本発明は、液体試料のセット作業の作業性を向上させることが可能な表面増強ラマン散乱ユニットを提供することを目的とする。

本発明に係る表面増強ラマン散乱ユニットは、表面増強ラマン散乱素子と、表面増強ラマン散乱素子を収容する収容空間を規定しているとともに、第一及び第二開口が設けられている容器と、収容空間から第一開口を通して気体を吸引する吸引部と、を備え、容器は、収容空間に面し、かつ、表面増強ラマン散乱素子が配置される配置部と、収容空間を介して表面増強ラマン散乱素子と対向し、かつ、表面増強ラマン散乱素子に向かう励起光及び表面増強ラマン散乱素子からの表面増強ラマン散乱光を透過させる光透過部と、を有する。

本発明に係る表面増強ラマン散乱ユニットは、吸引部を備え、吸引部は容器の収容空間から第一開口を通して気体を吸引する。これにより、容器の収容空間内が負圧となる。したがって、容器の第二開口を液体試料に接触させると、容器の収容空間に液体試料が導入される。また、表面増強ラマン散乱素子は、収容空間に収容され、励起光及び表面増強ラマン散乱光を透過させる光透過部と対向する配置部に配置されている。したがって、導入された液体試料は、光透過部と対向する表面増強ラマン散乱素子上に配置される。この結果、液体試料のセット作業の作業性を向上させることができる。

配置部は、表面増強ラマン散乱素子が載置されている第一領域と、収容空間に面し、第一領域の周囲に位置している第二領域と、を含み、第一領域が光透過部から離れる方向にくぼんでいるように第一領域と第二領域との間に段差が形成されていてもよい。この場合、段差が形成されていない場合と比べて、光透過部と表面増強ラマン散乱素子との間の空間が大きくなるため、収容空間に導入された液体試料が光透過部と表面増強ラマン散乱素子との間の空間を通過する際の圧力損失が減る。これにより、収容空間に導入された液体試料の移動がスムーズとなる。したがって、収容空間に導入された液体試料が表面増強ラマン散乱素子上に配置され易い。

段差の高さは、表面増強ラマン散乱素子の厚さと同等であってもよい。この場合、第二領域の表面が表面増強ラマン散乱素子の表面と面一となる。したがって、収容空間に導入された液体試料の移動が更にスムーズとなる。

表面増強ラマン散乱素子は、第一開口と第二開口との間に設けられていてもよい。この場合、吸引部により、液体試料を収容空間に導入することで、表面増強ラマン散乱素子の位置まで液体試料が導入され易い。したがって、表面増強ラマン散乱素子上に液体試料を配置し易い。

容器は管状をなし、第一開口は容器の一端に設けられているとともに、第二開口は容器の他端に設けられていてもよい。この場合、表面増強ラマン散乱素子は、第一開口と第二開口との間に確実に設けられるので、表面増強ラマン散乱素子上に液体試料を確実に配置し易い。

吸引部は、収容空間と第一開口を介して連通する内部空間を規定しているとともに、内部空間を少なくとも増大させるように変形してもよい。この場合、吸引部は、内部空間を増大させるように変形するので、容器の収容空間から容易に気体を吸引することができる。

容器は、配置部を有する本体部材と、本体部材と対向し、かつ、光透過部を有する蓋部材とを備えており、本体部材と蓋部材とにより、収容空間が規定されていてもよい。この場合、本体部材と蓋部材とにより、収容空間を容易に規定することができる。

本発明によれば、液体試料のセット作業の作業性を向上させることが可能な表面増強ラマン散乱ユニットを提供することができる。

本実施形態に係る表面増強ラマン散乱ユニットの分解斜視図である。 図１の表面増強ラマン散乱ユニットの概略平面図である。 図２のIII−III線に沿った断面図である。 図２のIV−IV線に沿った断面図である。 図１の表面増強ラマン散乱ユニットに液体試料に導入する方法の一例について説明する図である。 図１の表面増強ラマン散乱ユニットを適用した測定装置の構成図である。 変形例１に係る表面増強ラマン散乱ユニットの断面図である。 変形例２に係る表面増強ラマン散乱ユニットの断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１〜図４を参照して、本実施形態に係る表面増強ラマン散乱ユニットの構成について説明する。図１は、表面増強ラマン散乱ユニットの分解斜視図である。図２は、図１の表面増強ラマン散乱ユニットの概略平面図である。図３は、図２のIII−III線に沿った断面図である。図４は、図２のIV−IV線に沿った断面図である。

図１に示されるように、表面増強ラマン散乱ユニット（以下、ＳＥＲＳユニットという）１は、表面増強ラマン散乱素子（以下、ＳＥＲＳチップという）２と、容器１０と、吸引部３と、を備えている。

ＳＥＲＳチップ２は、例えば、厚さ０．５ｍｍで、一辺が４ｍｍの正方形板状を呈している。ＳＥＲＳチップ２は、第一方向Ｄ１で互いに対向する一対の主面２ａを有している。ＳＥＲＳチップ２は、一方の主面２ａ上に光学機能部（不図示）を有している。光学機能部は、金等の材質からなる数ｎｍ〜数百ｎｍサイズの金属ナノ構造により構成されている。

光学機能部に励起光ＥＬ（図６参照）が入射されると、金属ナノ構造の周りに表面プラズモンが励起されるとともに、強電磁場が誘起される。この金属ナノ構造に分子が吸着されると、共鳴ラマン効果によりラマン散乱が１０^３〜１０^６程度増強される表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）が生じる。ラマン散乱光には、励起光ＥＬの周波数ν_０よりも分子の振動周波数ν_１だけ高い周波数（ν_０＋ν_１）に変調されたアンチストークス散乱光と、励起光ＥＬの周波数ν_０よりも分子の振動周波数ν_１だけ低い周波数（ν_０−ν_１）に変調されたストークス散乱光とがある。

容器１０は、本体（本体部材）１１と、カバー（蓋部材）１２とを有している。本体１１は、第一本体１３と、一対の第二本体１４と、第三本体１５と、を含んでいる。

第一本体１３は、例えば、直方体形状を呈している。第一本体１３は、一対の主面１３ａと、一対の端面１３ｂと、一対の側面１３ｃと、を有している。一対の主面１３ａは、第一方向Ｄ１で互いに対向している。一対の端面１３ｂは、一対の主面１３ａを接続するように第一方向Ｄ１に延び、かつ、第二方向Ｄ２で互いに対向している。一対の側面１３ｃは、一対の主面１３ａを接続するように第一方向Ｄ１に延び、かつ、第三方向Ｄ３で互いに対向している。なお、第一方向Ｄ１、第二方向Ｄ２、及び第三方向Ｄ３は、互いに交差している。ここでは、第一方向Ｄ１、第二方向Ｄ２、及び第三方向Ｄ３は、互いに直交している。

各主面１３ａは、長方形状を呈している。各主面１３ａの第二方向Ｄ２に沿う長さ（即ち、長辺の長さ）は、例えば、３０ｍｍであり、第三方向Ｄ３に沿う長さ（即ち、短辺の長さ）は、例えば、１０ｍｍである。各端面１３ｂは、長方形状を呈している。各端面１３ｂの第三方向Ｄ３に沿う長さ（即ち、長辺の長さ）は、例えば、１０ｍｍであり、第一方向Ｄ１に沿う長さ（即ち、短辺の長さ）は、例えば、２ｍｍである。各側面１３ｃは、長方形状を呈している。各側面１３ｃの第二方向Ｄ２に沿う長さ（即ち、長辺の長さ）は、例えば、３０ｍｍであり、第一方向Ｄ１に沿う長さ（即ち、短辺の長さ）は、例えば、２ｍｍである。

各第二本体１４は、例えば、直方体形状を呈している。第二本体１４は、一対の主面１４ａと、一対の端面１４ｂと、一対の側面１４ｃと、を有している。一対の主面１４ａは、第一方向Ｄ１で互いに対向している。一対の端面１４ｂは、一対の主面１４ａを接続するように第一方向Ｄ１に延び、かつ、第二方向Ｄ２で互いに対向している。一対の側面１４ｃは、一対の主面１４ａを接続するように第一方向Ｄ１に延び、かつ、第三方向Ｄ３で互いに対向している。

各主面１４ａは、長方形状を呈している。各主面１４ａの第二方向Ｄ２に沿う長さ（即ち、長辺の長さ）は、例えば、３０ｍｍであり、第三方向Ｄ３に沿う長さ（即ち、短辺の長さ）は、例えば、４ｍｍである。各端面１４ｂは、長方形状を呈している。各端面１４ｂの第三方向Ｄ３に沿う長さ（即ち、長辺の長さ）は、例えば、４ｍｍであり、第一方向Ｄ１に沿う長さ（即ち、短辺の長さ）は、例えば、０．５ｍｍである。各側面１４ｃは、長方形状を呈している。各側面１４ｃの第二方向Ｄ２に沿う長さ（即ち、長辺の長さ）は、例えば、３０ｍｍであり、第一方向Ｄ１に沿う長さ（即ち、短辺の長さ）は、例えば、０．５ｍｍである。

第三本体１５は、例えば、厚さが１．５ｍｍで、一辺が６ｍｍの正方形の板状部材である。第三本体１５は、第一方向Ｄ１で互いに対向する一対の主面１５ａを含んでいる。

第一及び第二本体１３，１４は、少なくともその表面が、測定対象の液体試料Ｌ（図６参照）に化学的な影響を与えず、かつ、測定対象の液体試料Ｌから化学的な影響を受けない材質により構成されている。第一及び第二本体１３，１４は、その表面と表面以外とが異なる材質により構成されていてもよい。第一及び第二本体１３，１４は、例えば、樹脂（ポリプロピレン、スチロール樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、シリコーン、液晶ポリマー等）、セラミック、ガラス、シリコン等の材質により構成されている。

第三本体１５は、例えば、第一及び第二本体１３，１４と同じ材質により構成されている。なお、第三本体１５は、第一及び第二本体１３，１４と異なる材質により構成されていてもよい。

第一本体１３には、第二方向Ｄ２の中央よりも他方の端面１３ｂ側に、第一本体１３を第一方向Ｄ１に貫通する貫通孔１６が形成されている。貫通孔１６は、一方の主面１３ａ側に位置する一方の領域と、他方の主面１３ａ側に位置する他方の領域とからなっている。この二つの領域は、第一方向Ｄ１に並び、かつ、開口面積が異なっている。第一方向Ｄ１から見て、一方の領域の外縁は、他方の領域の外縁の内側に位置している。

一方の領域の外縁と、他方の領域の外縁とは、接続面１６ａにより接続されている。接続面１６ａと一対の主面１３ａとは、互いに平行をなしている。接続面１６ａと一方の主面１３ａとの間に形成された段差１６ｂは、ＳＥＲＳチップ２の厚さと同等で、例えば、０．５ｍｍとされている。接続面１６ａと他方の主面１３ａとの間に形成された段差１６ｃは、第三本体１５の厚さと同等で、例えば、１．５ｍｍとされている。なお、ＳＥＲＳチップ２の厚さとは、光学機能部における金属ナノ構造の厚さも含む厚さである。また、同等とは、完全に一致する場合だけでなく、例えば、±０．１ｍｍ以内の製造誤差も含まれる意味である。

貫通孔１６の一方の領域は、他方の端面１３ｂから、例えば、５ｍｍの位置にある。一方の領域は、ＳＥＲＳチップ２の形状と同等の形状を有している。即ち、一方の領域は、ＳＥＲＳチップ２と嵌り合う形状を有している。なお、一方の領域とＳＥＲＳチップ２とは、互いに嵌り合う形状であればよく、平面形状が、円形、多角形状等であってもよい。

貫通孔１６の他方の領域は、他方の端面１３ｂから、例えば、４ｍｍの位置にある。他方の領域の形状は、第三本体１５の形状と同等の形状を有している。即ち、他方の領域は、第三本体１５と嵌り合う形状を有している。なお、他方の領域と第三本体１５とは、互いに嵌り合う形状であればよく、平面形状が、円形、多角形状等であってもよい。

第一本体１３と、一対の第二本体１４とは、一方の主面１３ａと、他方の主面１４ａとを互いに対向させた状態で、一体的に形成されている。一対の第二本体１４は、一方の主面１３ａの第三方向Ｄ３の両側に配置され、第三方向Ｄ３で互いに離間している。一方の第二本体１４の他方の側面１４ｃと、他方の第二本体１４の一方の側面１４ｃとは、第三方向Ｄ３で互いに離間し、かつ、対向している。一方の第二本体１４の他方の側面１４ｃと、他方の第二本体１４の一方の側面１４ｃとは、一方の主面１３ａとともに、溝１７を規定している。

溝１７は、各端面１３ｂ間、及び各端面１４ｂ間を接続している。溝１７の側面は、一方の第二本体１４の他方の側面１４ｃと、他方の第二本体１４の一方の側面１４ｃとにより構成されている。溝１７の深さ（第一方向Ｄ１に沿う長さ）は、これらの側面１４ｃの短辺の長さに一致し、例えば、０．５ｍｍとされている。

溝の底面１７ａは、一方の主面１３ａのうち、一対の第二本体１４間に位置する部分により構成されている。底面１７ａは、長方形状を呈している。溝１７の幅は、第一本体１３の幅よりも狭い。溝１７の幅は、底面１７ａの第三方向Ｄ３に沿う長さ（即ち、短辺の長さ）に相当し、例えば、２ｍｍである。一方の主面１３ａ側において、貫通孔１６の第三方向Ｄ３での中央部分は、溝１７内に連通し、貫通孔１６の第三方向Ｄ３での両端部分は、一対の第二本体１４により覆われている。

第一本体１３の一方の端面１３ｂと、第二本体１４の一方の端面１４ｂとは、Ｕ字状を呈する一つの平面をなしている。第一本体１３の他方の端面１３ｂと、第二本体１４の他方の端面１４ｂとは、Ｕ字状を呈する一つの平面をなしている。第一本体１３の一方の側面１３ｃと、第二本体１４の一方の側面１４ｃとは、長方形状を呈する一つの平面をなしている。第一本体１３の他方の側面１３ｃと、第二本体１４の他方の側面１４ｃとは、長方形状を呈する一つの平面をなしている。

カバー１２は、長方形状を呈する平板である。カバー１２は、例えば、長さが３０ｍｍ、幅が１０ｍｍ、厚さが０．１５ｍｍとされている。カバー１２は、第一方向Ｄ１で互いに対向する一対の主面１２ａを含んでいる。

カバー１２は、光透過性を有するとともに、少なくともその表面が、測定対象の液体試料Ｌ（図６参照）に化学的な影響を与えず、かつ、測定対象の液体試料Ｌから化学的な影響を受けない材質により構成されている。カバー１２は、その表面と表面以外とが異なる材質により構成されていてもよい。ここでは、カバー１２の全体が、例えば、ガラス等の光透過性を有する材質により構成されている。したがって、カバー１２の全体が、ＳＥＲＳチップ２に向かう励起光ＥＬ（図６参照）及びＳＥＲＳチップ２からの表面増強ラマン散乱光ＳＬ（図６参照）を透過させる光透過部として機能している。換言すると、カバー１２は、光透過部を有している。

吸引部３は、楕円球状を呈し、内部空間Ｓ１を規定している。吸引部３には、開口３１が設けられている。開口３１は、例えば、長方形状を呈し、長辺が容器１０の第三方向Ｄ３に沿う長さに対応し、短辺が容器１０の第一方向Ｄ１に沿う長さに対応している。吸引部３は、例えば、ゴム等の弾性部材により構成され、外圧を加えることにより内部空間Ｓ１を縮小させるように変形するとともに、外圧の除去により内部空間Ｓ１を増大させるように変形する。

以上のように構成された各部材から、ＳＥＲＳユニット１を組み立てる方法の一例について説明する。まず、第三本体１５の一方の主面１５ａとＳＥＲＳチップ２の他方の主面２ａとを、第一方向Ｄ１で対向させるようにして、第三本体１５の一方の主面１５ａの中央部分に、ＳＥＲＳチップ２を載置する。続いて、ＳＥＲＳチップ２及び第三本体１５を、第一本体１３の貫通孔１６の二つの領域のそれぞれに嵌合させる。具体的には、ＳＥＲＳチップ２を貫通孔１６の一方の領域に嵌合させ、第三本体１５を貫通孔１６の他方の領域に嵌合させる。続いて、第一本体１３と第三本体１５とを接着剤による接着、融着、圧着等の方法で一体化させる。これにより、第一〜第三本体１３〜１５が一体化されてなる本体１１が得られる。

ＳＥＲＳチップ２及び第三本体１５は、貫通孔１６に嵌合することにより、第二及び第三方向Ｄ２，Ｄ３の位置が固定されている。第三本体１５の一方の主面１５ａの周縁部分は、接続面１６ａに当接している。他方の主面１５ａは、第一本体１３の他方の主面１３ａとともに一つの平面をなしている。

ＳＥＲＳチップ２は、本体１１に配置された状態となる。この状態において、ＳＥＲＳチップ２の一方の主面２ａの第三方向Ｄ３での両端部分は、各第二本体１４の他方の主面１４ａに当接している。ＳＥＲＳチップ２は、各第二本体１４の他方の主面１４ａと、第三本体１５の一方の主面１５ａとの間に挟み込まれ、第一方向Ｄ１の位置が固定されている。ＳＥＲＳチップ２の一方の主面２ａの第三方向Ｄ３での中央部分は、貫通孔１６から溝１７内に露出し、溝１７の底面１７ａの一部を構成する。ＳＥＲＳチップ２の一方の主面２ａと、溝１７の底面１７ａの貫通孔１６を除く部分とは、面一となり、一つの平面をなしている。即ち、ＳＥＲＳチップ２の一方の主面２ａを含んだ状態で、溝１７の底面１７ａは平面をなしている。

続いて、各第二本体１４の一方の主面１４ａとカバー１２の他方の主面１２ａとを、第一方向Ｄ１で対向させるようにして、各第二本体１４上にカバー１２を載置し、各第二本体１４とカバー１２とを接着剤による接着、融着、圧着等の方法で一体化させる。これにより、本体１１と、カバー１２とが一体化されてなる容器１０が得られる。

図２〜図４に示されるように、容器１０では、本体１１とカバー１２とにより、液体試料Ｌ（図５参照）を収容する収容空間Ｓ２が規定されている。即ち、容器１０は、収容空間Ｓ２を規定している。収容空間Ｓ２は、本体１１の溝１７と、カバー１２の他方の主面１２ａとにより規定される直方体形状の空間（以下、直方体空間という）を含んでいる。この直方体空間は、容器１０を第二方向Ｄ２に貫通している。即ち、容器１０は、管状をなしている。容器１０の第二方向Ｄ２の一方の端（一端）１０ａには、第一開口Ｐ１が設けられている。容器１０の第二方向Ｄ２の他方の端（他端）１０ｂに第二開口Ｐ２が設けられている。

容器１０において、ＳＥＲＳチップ２は、第一開口Ｐ１と第二開口Ｐ２との間に設けられている。カバー１２は、直方体空間を介してＳＥＲＳチップ２と対向している。本体１１は、収容空間Ｓ２に面し、かつ、ＳＥＲＳチップ２が配置される配置部２０を有している。配置部２０は、ＳＥＲＳチップ２が実際に載置されている第一領域２１と、収容空間Ｓ２に面し、第一領域２１の周囲に位置している第二領域２２とを含んでいる。

第一領域２１は、具体的には、第三本体１５の一方の主面１５ａの中央部分である。第二領域２２は、具体的には、溝１７の底面１７ａのうち、貫通孔１６を除く部分である。ここで、溝１７の底面１７ａのうち、貫通孔１６を除く部分は、第二方向Ｄ２で第三本体１５の一方の主面１５ａの中央部分と隣り合っている。したがって、第二領域２２は、第一領域２１の周囲に位置していると言える。

上述のように、接続面１６ａと一方の主面１３ａとの間には、段差１６ｂが形成されている。第一領域２１は、接続面１６ａと第一方向Ｄ１での位置が一致しており、第二領域２２は、一方の主面１３ａの一部である。したがって、第一領域２１と第二領域２２との間には、第一領域２１がカバー１２から離れる方向にくぼんでいるように、段差１６ｂが形成されているといえる。段差１６ｂの高さは、ＳＥＲＳチップ２の厚さと同等であるため、ＳＥＲＳチップ２の一方の主面２ａと第二領域２２とは、面一となり、一つの平面をなす。

次に、このようにして組み立てられた容器１０に吸引部３を取り付ける。具体的には、容器１０の一方の端１０ａを、開口３１を通って内部空間Ｓ１内に挿入する。開口３１の形状は、容器１０の一方の端１０ａの形状に対応している。これにより、吸引部３が第一開口Ｐ１を覆い、吸引部３の内部空間Ｓ１が第一開口Ｐ１を介して容器１０の収容空間Ｓ２と連通する。

図５は、図１の表面増強ラマン散乱ユニットに液体試料に導入する方法の一例について説明する図である。

図５に示されるように、まず、ＳＥＲＳユニット１と、液体試料Ｌが貯留された貯留容器とを用意し、ＳＥＲＳユニット１を貯留容器中の液体試料Ｌから離間させた状態で、ＳＥＲユニット１の吸引部３に外圧を加える。外圧の印加は、例えば、使用者が吸引部３を指でつまむ等することにより行われる。この結果、吸引部３は、内部空間Ｓ１（図１参照）を縮小させる向きに変形する。

続いて、ＳＥＲＳユニット１の第二開口Ｐ２を貯留容器中の液体試料Ｌと接触させ、この状態で吸引部３の外圧を除去する。これにより、吸引部３は、内部空間Ｓ１を増大させるように変形する。これに伴い、収容空間Ｓ２内の空気が第一開口Ｐ１を通って内部空間Ｓ１内に吸引される。この結果、収容空間Ｓ２内が負圧となるので、液体試料Ｌが貯留容器から第二開口Ｐ２を通って収容空間Ｓ２内に導入される。収容空間Ｓ２に導入された液体試料Ｌにより、ＳＥＲＳチップ２が濡れることで、ＳＥＲＳチップ２上に液体試料Ｌが配置される。ここで、負圧とは、ＳＥＲＳユニット１の外部の気圧、即ち、大気圧よりも低い圧力を意味している。最後に、ＳＥＲＳユニット１を貯留容器中の液体試料Ｌから離間させ、処理を終了する。

図６は、図１の表面増強ラマン散乱ユニットを適用した測定装置の構成図である。

図６に示されるように、測定装置１００は、ＳＥＲＳユニット１と、光源１０１と、第一レンズ１０２と、ハーフミラー１０３と、第二レンズ１０４と、フィルタ１０５と、第三レンズ１０６と、分光器１０７と、を具備している。ＳＥＲＳユニット１の収容空間Ｓ２には、液体試料Ｌが導入されている。

光源１０１は、例えば、レーザ光源である。光源１０１を半導体レーザ光源とすることにより、光源１０１、更には測定装置１００の小型化が可能となる。光源１０１は、ＳＥＲＳチップ２において表面プラズモンを励起可能な波長の光、即ち、励起光ＥＬを出射する。

第一レンズ１０２は、光源１０１から出射された励起光ＥＬを平行光とする。これにより、第一レンズ１０２から第二レンズ１０４までの距離を自由に設定できるので、光路調整が容易となる。ハーフミラー１０３は、第一レンズ１０２により平行光とされた励起光ＥＬを透過させる。第二レンズ１０４は、ハーフミラー１０３を透過した励起光ＥＬを貫通孔１６（図３参照）から溝１７内に露出するＳＥＲＳチップ２上に集光する。励起光ＥＬのスポット径は、例えば、溝１７の幅と同等とされる。第二レンズ１０４は、焦点位置を調整する機構を備え、これにより、液体試料Ｌの屈性率に合わせて励起光ＥＬをＳＥＲＳチップ２上に集光することができる。

ＳＥＲＳユニット１は、カバー１２が収容空間Ｓ２の上方に配置されるとともに、配置部２０が収容空間Ｓ２の下方に配置されている。ＳＥＲＳユニット１は、第二レンズ１０４により集光された励起光ＥＬを入射し、励起光ＥＬの反射光ＲＬを出射する。ＳＥＲＳユニット１はまた、励起光ＥＬの入射により、表面プラズモンが励起されるとともに、強電磁場が誘起される結果、液体試料Ｌの表面増強ラマン散乱光ＳＬを出射する。励起光ＥＬ、反射光ＲＬ及び表面増強ラマン散乱光ＳＬは、カバー１２を通って入射及び出射される。なお、ＳＥＲＳユニット１は、励起光ＥＬ、反射光ＲＬ及び表面増強ラマン散乱光ＳＬは、カバー１２を通って入射及び出射されるように配置されていれば、どのように配置されていてもよい。また、第二レンズ１０４により焦点位置を調整する代わりに、ＳＥＲＳユニット１の位置を調整することにより、焦点位置を調整してもよい。

第二レンズ１０４はまた、ＳＥＲＳユニット１から出射された反射光ＲＬ及び表面増強ラマン散乱光ＳＬを集光し、平行光とする。ハーフミラー１０３はまた、第二レンズ１０４により平行光とされた反射光ＲＬ及び表面増強ラマン散乱光ＳＬを反射する。フィルタ１０５は、ハーフミラー１０３で反射された反射光ＲＬ及び表面増強ラマン散乱光ＳＬのうち反射光ＲＬをカットする。これにより、分光器１０７で反射光ＲＬが迷光として観測されるのを防ぐ。このように、表面増強ラマン散乱光ＳＬに対する反射光ＲＬの影響が排除されるので、微弱な表面増強ラマン散乱光ＳＬの測定精度が向上する。第三レンズ１０６は、フィルタ１０５を通過した表面増強ラマン散乱光ＳＬを分光器１０７上に集光する。

分光器１０７は、スリットを有し、第三レンズ１０６により集光された表面増強ラマン散乱光ＳＬをスリットに入射し、スペクトルを測定する。分光器１０７は、０から４０００ｃｍ^−１までの波数のスペクトルを測定できればよい。物質の指紋領域と呼ばれる０から１５００ｃｍ^−１程度のスペクトル範囲を調べる用途であれば、分光器１０７は、例えば、２０００ｃｍ^−１まで測定できればよい。分光器１０７は、アンチストークス散乱光又はストークス散乱光のいずれかのスペクトルを測定する。分光器１０７は、通常は強度の高いストークス散乱光のスペクトルを測定する。

以上のように構成された測定装置１００では、まず、光源１０１から出射された励起光ＥＬは、第一レンズ１０２により平行光とされた後、ハーフミラー１０３を透過する。続いて、励起光ＥＬは、第二レンズ１０４によりＳＥＲＳユニット１上に集光されて入射する。励起光ＥＬの入射により、ＳＥＲＳユニット１から反射光ＲＬ及び表面増強ラマン散乱光ＳＬが出射される。反射光ＲＬ及び表面増強ラマン散乱光ＳＬは、第二レンズ１０４により平行光とされた後、ハーフミラー１０３で反射される。反射光ＲＬはフィルタ１０５でカットされる。表面増強ラマン散乱光ＳＬはフィルタ１０５を通過した後、第三レンズ１０６により分光器１０７のスリットに入射する。これにより、表面増強ラマン散乱光ＳＬのスペクトルが測定される。

以上説明したように、ＳＥＲＳユニット１は、内部空間Ｓ１を規定している吸引部３を備えている。吸引部３は、ゴム等の弾性部材により構成され、外圧を加えることにより内部空間Ｓ１を縮小させるように変形するとともに、外圧の除去により内部空間Ｓ１を増大させるように変形する。吸引部３は第一開口Ｐ１を覆い、吸引部３の内部空間Ｓ１が第一開口Ｐ１を介して容器１０の収容空間Ｓ２と連通している。このため、吸引部３に外圧を加え、内部空間Ｓ１を縮小させた後、外圧を除去し、内部空間Ｓ１を増大させると、収容空間Ｓ２内の空気を内部空間Ｓ１内に吸引することができる。この結果、収容空間Ｓ２内が負圧となる。したがって、ＳＥＲＳユニット１によれば、第二開口Ｐ２を液体試料Ｌに接触させると、収容空間Ｓ２に液体試料Ｌが導入される。

ＳＥＲＳチップ２は、収容空間Ｓ２に収容され、励起光ＥＬ及び表面増強ラマン散乱光ＳＬを透過させるカバー１２と対向する配置部２０に配置されている。したがって、ＳＥＲＳユニット１では、収容空間Ｓ２に導入された液体試料Ｌは、ＳＥＲＳチップ２上に配置されることになる。カバー１２が本体１１と一体化されているので、液体試料Ｌの導入後に別途カバー１２を設ける作業及びカバー１２を固定する作業等が不要となる。この結果、液体試料Ｌのセット作業の作業性を向上させることができる。

ＳＥＲＳユニット１では、ＳＥＲＳチップ２の載置されている第一領域２１は、カバー１２から離れる方向にくぼんでいるように、第一領域２１と第二領域２２との間に段差１６ｂが形成されている。これにより、段差１６ｂが形成されていない場合と比べて、カバー１２とＳＥＲＳチップ２との間の空間が大きくなる。このため、収容空間Ｓ２に導入された液体試料Ｌがカバー１２とＳＥＲＳチップ２との間の空間を通過する際の圧力損失が減る。これにより、収容空間Ｓ２に導入された液体試料Ｌの移動がスムーズとなる。したがって、収容空間Ｓ２に導入された液体試料ＬがＳＥＲＳチップ２上に配置され易い。

特に、段差１６ｂの高さは、ＳＥＲＳチップ２の厚さと同等であり、ＳＥＲＳチップ２一方の主面２ａと第二領域２２とは、面一となり一つの平面をなしている。即ち、ＳＥＲＳチップ２一方の主面２ａを含んだ状態で、溝１７の底面１７ａは平面となっている。したがって、ＳＥＲＳチップ２の一方の主面２ａが第二領域２２から突出している場合と比べて、収容空間Ｓ２に導入された液体試料Ｌの移動が更にスムーズとなる。これにより、液体試料ＬがＳＥＲＳチップ２上に更に配置され易い。また、ＳＥＲＳチップ２の一方の主面２ａが第二領域２２よりもくぼんでいる場合と比べて、第一本体１３の厚さを薄くできることにより、容器１０の小型化を図ることができる。

ＳＥＲＳユニット１が測定装置１００に適用される際、通常、ＳＥＲＳチップ２は、カバー１２が収容空間Ｓ２の上方に配置されるとともに、配置部２０が収容空間Ｓ２の下方に配置される。したがって、収容空間Ｓ２に導入された液体試料Ｌが、ＳＥＲＳチップ２の一方の主面２ａ上の光学機能部に配置されるためには、液体試料Ｌの量をＳＥＲＳチップ２の一方の主面２ａ上まで達する量とする必要がある。ＳＥＲＳユニット１では、段差１６ｂが形成されていることにより、液体試料Ｌの量が少なくても、ＳＥＲＳチップ２の一方の主面２ａ上の光学機能部に液体試料Ｌが配置され易い。

ＳＥＲＳチップ２は、第一領域２１に載置され、貫通孔１６内に収容されている。仮に、ＳＥＲＳチップ２が第二領域２２、即ち、底面１７ａ上に載置され、直方体空間に収容されていた場合、直方体空間を、ＳＥＲＳチップ２を収容可能なサイズに設定する必要がある。具体的には、直方体空間の厚さ（第一方向Ｄ１に沿う長さ）を、ＳＥＲＳチップ２の厚さ以上に設定する必要がある。直方体空間の底面、即ち、底面１７ａの面積は、第一領域２１の面積、即ち、貫通孔１６の開口面積よりも広い。このため、ＳＥＲＳチップ２を直方体空間に収容させるよりも、貫通孔１６に収容させた方が、収容空間Ｓ２の増大が抑制される。ＳＥＲＳユニット１では、ＳＥＲＳチップ２が貫通孔１６内に収容され、直方体空間に収容されていないので、収容空間Ｓ２の増大が抑制される。

ＳＥＲＳチップ２は、第一開口Ｐ１と第二開口Ｐ２との間に設けられている。このため、吸引部３により、液体試料Ｌを収容空間Ｓ２に導入することで、ＳＥＲＳチップ２の位置まで液体試料Ｌが導入され易い。したがって、ＳＥＲＳチップ２の一方の主面２ａ上に液体試料Ｌを配置し易い。

容器１０は管状をなし、第一開口Ｐ１は容器１０の一方の端１０ａに設けられているとともに、第二開口Ｐ２は容器１０の他方の端１０ｂに設けられている。したがって、ＳＥＲＳチップ２は、第一開口Ｐ１と第二開口Ｐ２との間に確実に設けられるので、ＳＥＲＳチップ２上に液体試料Ｌを確実に配置し易い。また、収容空間Ｓ２全体を液体試料Ｌで充填し易い。収容空間Ｓ２全体が液体試料Ｌで充填されることにより、ＳＥＲＳチップ２上に配置される液体試料Ｌの量（厚さ、深さ）が一定となる。これにより、光の減衰量が一定となるので、励起光率、検出効率といった測定条件を一定に揃えることができる。

第一開口Ｐ１が一方の端１０ａに配置され、第二開口Ｐ２が他方の端１０ｂに配置されることで、第一開口Ｐ１に接続されている吸引部３を構成する部位により、第二開口Ｐ２が閉塞されるのを抑制することができる。また、ＳＥＲＳユニット１に液体試料Ｌを導入する際、吸引部３が貯留容器中の液体試料Ｌから最も離れた位置に配置される。これにより、吸引部３、及び吸引部３を操作する使用者の指が液体試料Ｌに接触しない。

収容空間Ｓ２全体が液体試料Ｌで充填されると、液体試料Ｌの表面が容器１０により規定されることになる。これにより、液体試料Ｌの表面が表面張力により湾曲し、レンズ効果が発生することを抑制できる。また、外部からの振動が液体試料Ｌに伝わり、液体試料Ｌの表面が振動することを抑制できる結果、光学的な攪乱の発生も抑制できる。更に、カバー１２は、平板であるため、カバー１２によるレンズ効果の発生も抑制できる。

容器１０は、配置部２０を有する本体１１と、本体１１と対向し、かつ、光透過部を有するカバー１２とを備えている。このため、本体１１とカバー１２とにより、収容空間Ｓ２を容易に規定することができる。また、容器１０は、第二方向Ｄ２の中央よりも一方の端１０ｂ側にＳＥＲＳチップ２が配置されていない部分を有しているので、この部分をＳＥＲＳユニット１の把持部として機能させることができる。したがって、使用者は、ＳＥＲＳチップ２に触れずに、ＳＥＲＳユニット１を指で挟んで容易に取り扱うことができる。

容器１０は、第一及び第二開口Ｐ１，Ｐ２以外は密閉されているので、液体試料Ｌの状態変化を抑制可能となる。具体的には、液体試料Ｌが蒸発によりなくなること、及び、蒸発により液体試料Ｌの濃度が変化することを抑制可能となる。また、液体試料Ｌが容器１０の外部に流出し難い。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

図７は、変形例１に係る表面増強ラマン散乱ユニットの断面図である。図７に示されるように、変形例１に係るＳＥＲＳユニット１Ａでは、吸引部３の開口３１が容器１０の一方の端１０ａ全体を覆うのではなく、第一開口Ｐ１と直接接続されていてもよい。ＳＥＲＳユニット１Ａは、実施形態に係るＳＥＲＳユニット１とこれ以外の点で一致している。

以上のように構成されたＳＥＲＳユニット１Ａにおいても、ＳＥＲＳユニット１と同様に、液体試料Ｌのセット作業の作業性を向上させることができる。

図８は、変形例２に係る表面増強ラマン散乱ユニットの断面図である。図８に示されるように、変形例２に係るＳＥＲＳユニット１Ｂでは、第一領域２１と第二領域２２との間に段差が形成されていない。また、吸引部３Ｂは、一面が開口３４をなす箱状の容器３２と、開口３４を覆うシート３３と、を有している。容器３２は、例えば、本体１１と同じ材質により構成されている。シート３３は、例えば、ゴム等の弾性部材により構成されている。シート３３は、その周縁が接着等により容器３２に固定され、開口３４を隙間なく覆っている。吸引部３Ｂは、容器１０と一体化され、吸引部３Ｂの規定する内部空間Ｓ１は、容器３２の側面に形成された開口３５を介して収容空間Ｓ２と連通している。吸引部３Ｂは、シート３３に対する外圧の印加及び外圧の除去により、内部空間Ｓ１を縮小及び増大させるように変形する。

以上のように構成されたＳＥＲＳユニット１Ｂにおいても、ＳＥＲＳユニット１と同様に、液体試料Ｌのセット作業の作業性を向上させることができる。

ＳＥＲＳユニット１，１Ａにおいて、段差１６ｂの高さは、必ずしもＳＥＲＳチップ２の厚さと同等でなくてもよい。例えば、段差１６ｂの高さがＳＥＲＳチップ２の厚さよりも高い場合でも、ＳＥＲＳチップ２の一方の主面２ａが溝１７の底面１７ａよりもくぼんでいるので、収容空間Ｓ２に導入された液体試料ＬがＳＥＲＳチップ２上に配置され易い。また、ＳＥＲＳチップ２は直方体空間に収容されていないので、収容空間Ｓ２の増大を抑制できる。なお、この場合、ＳＥＲＳチップ２の第一方向Ｄ１の位置を固定するために、ＳＥＲＳチップ２を接着剤等により第三本体１５の一方の主面１５ａ上に固定してもよい。

ＳＥＲＳチップ２は、第一開口Ｐ１と第二開口Ｐ２との間に設けられていなくてもよい。この場合であっても、ＳＥＲＳユニット１を立てた状態で収容空間Ｓ２に液体試料Ｌを導入した後、ＳＥＲＳユニット１を傾けた状態で液体試料ＬをＳＥＲＳチップ２上に移動させることができる。したがって、第一及び第二開口Ｐ１，Ｐ２は、少なくとも、収容空間Ｓ２に液体試料Ｌが導入可能となるよう、離間した位置に設けられていればよい。

容器１０に液体試料Ｌを導入した後、第一及び第二開口Ｐ１，Ｐ２を閉じる構成としてもよい。これにより、容器１０が密閉されるので、容器１０内に導入された液体試料Ｌの状態変化を更に抑制可能となる。

カバー１２は、その全体が光透過部として機能しているが、カバー１２は、実際に励起光ＥＬ及び表面増強ラマン散乱光ＳＬが通過する部分だけが光透過部（光学窓）として機能していてもよい。即ち、カバー１２は、光透過部以外が光透過性を有さない材質により構成されていてもよい。また、容器１０は、一方の端１０ａ側に、把持部として機能する部分を設けず、小型化してもよい。これにより、収容空間Ｓ２が更に縮小するので、液体試料Ｌの必要量を更に抑制することができる。

１…ＳＥＲＳユニット、２…ＳＥＲＳチップ、３…吸引部、１０…容器、１０ａ…一方の端、１０ｂ…他方の端、１１…本体、１２…カバー、２０…配置部、２１…第一領域、２２…第二領域、１６ｂ…段差、１０１…光源、ＥＬ…励起光、ＲＬ…反射光、ＳＬ…表面増強ラマン散乱光、Ｓ１…内部空間、Ｓ２…収容空間、Ｐ１…第一開口、Ｐ２…第二開口。

Claims (7)

1. 表面増強ラマン散乱素子と、
   前記表面増強ラマン散乱素子を収容する収容空間を規定しているとともに、第一及び第二開口が設けられている容器と、
   前記収容空間から前記第一開口を通して気体を吸引する吸引部と、を備え、
   前記容器は、
   前記収容空間に面し、かつ、前記表面増強ラマン散乱素子が配置される配置部と、
   前記収容空間を介して前記表面増強ラマン散乱素子と対向し、かつ、前記表面増強ラマン散乱素子に向かう励起光及び前記表面増強ラマン散乱素子からの表面増強ラマン散乱光を透過させる光透過部と、を有する、
   表面増強ラマン散乱ユニット。
2. 前記配置部は、
   前記表面増強ラマン散乱素子が載置されている第一領域と、
   前記収容空間に面し、前記第一領域の周囲に位置している第二領域と、を含み、
   前記第一領域が前記光透過部から離れる方向にくぼんでいるように前記第一領域と前記第二領域との間に段差が形成されている、請求項１記載の表面増強ラマン散乱ユニット。
3. 前記段差の高さは、前記表面増強ラマン散乱素子の厚さと同等である、請求項２記載の表面増強ラマン散乱ユニット。
4. 前記表面増強ラマン散乱素子は、前記第一開口と前記第二開口との間に設けられている、請求項１〜３のいずれか一項記載の表面増強ラマン散乱ユニット。
5. 前記容器は管状をなし、前記第一開口は前記容器の一端に設けられているとともに、前記第二開口は前記容器の他端に設けられている、請求項１〜４のいずれか一項記載の表面増強ラマン散乱ユニット。
6. 前記吸引部は、前記収容空間と前記第一開口を介して連通する内部空間を規定しているとともに、前記内部空間を少なくとも増大させるように変形する、請求項１〜５のいずれか一項記載の表面増強ラマン散乱ユニット。
7. 前記容器は、前記配置部を有する本体部材と、前記本体部材と対向し、かつ、前記光透過部を有する蓋部材とを備えており、
   前記本体部材と前記蓋部材とにより、前記収容空間が規定されている、請求項１〜６のいずれか一項記載の表面増強ラマン散乱ユニット。

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