JP2022041186A - Temperature measurement method by raman scattered light and raman scattered light analyzer - Google Patents

Temperature measurement method by raman scattered light and raman scattered light analyzer Download PDF

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Abstract

To provide a method for measuring the temperature of a sample utilizing Raman scattered light, in which the temperature at a prescribed point of the sample being irradiated with excitation light can be measured easily in a short time with high accuracy.SOLUTION: A provisional temperature at a prescribed point of a sample and detection light intensity which is detected Raman scattered light intensity on anti-Stokes side are applied to a theoretical formula that indicates a relationship between Raman scattered light intensity on Stokes side and Raman scattered light intensity on anti-Stokes side and the sample temperature, and theoretical light intensity that is Raman scattered light intensity on Stokes side at the provisional temperature is thereby calculated. The provisional temperature of the sample when a correlation between theoretical light intensity on the Stokes side and detected Raman scattered light intensity on Stokes side is larger than a maximum or prescribed threshold is defined as a measured temperature.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、ラマン散乱光を利用した温度測定方法等に関するものである。 The present invention relates to a temperature measuring method or the like using Raman scattered light.

従来、試料に励起光を照射したときに発生するラマン散乱光を利用して、当該試料を分析する方法(以下、ラマン分光法という。)が知られている。ラマン散乱光とは、励起光とは異なる波長(波数)の散乱光のことで、励起光のピーク波長の前後の帯域に表れる。 Conventionally, a method of analyzing a sample by using Raman scattered light generated when the sample is irradiated with excitation light (hereinafter referred to as Raman spectroscopy) is known. Raman scattered light is scattered light with a wavelength (wave number) different from that of the excitation light, and appears in the band before and after the peak wavelength of the excitation light.

このラマン分光法によって試料を分析する際、励起光の照射により試料の温度が上がりすぎて、過熱状態となり、試料に変性、変質などが生じて、分析に不具合が生じる場合がある。 When analyzing a sample by this Raman spectroscopy, the temperature of the sample rises too much due to the irradiation of the excitation light, and the sample becomes overheated, which may cause degeneration, deterioration, etc. of the sample, resulting in a defect in the analysis.

これは、試料の温度をモニタリングしておくことによって防止することができる。例えば、特許文献1には、ラマン分光分析装置において分析の妨害事象が生じたときに、その妨害事象を測定画面に表示するとともに、その対処を促すヘルプ情報を表示するようにした構成が記載されている。過熱状態を分析妨害事象として上述の構成を適用すればよいわけである。
そのためには、試料温度を検出することが必要となる。
This can be prevented by monitoring the temperature of the sample. For example, Patent Document 1 describes a configuration in which when an analysis obstruction event occurs in a Raman spectroscopic analyzer, the obstruction event is displayed on a measurement screen and help information prompting the countermeasure is displayed. ing. The above configuration may be applied with the superheated state as an analysis obstruction event.
For that purpose, it is necessary to detect the sample temperature.

しかしながら、試料温度測定のための温度センサを別途取り付けたのでは、大型化や構造の複雑化、あるいは高価格化等を招く恐れがある。さらに、試料において、励起光が照射されているピンポイント領域の温度を測定することも難しい。 However, if a temperature sensor for measuring the sample temperature is separately attached, there is a risk that the size will increase, the structure will become complicated, or the price will increase. Furthermore, it is also difficult to measure the temperature of the pinpoint region irradiated with the excitation light in the sample.

また、ラマン散乱光のストークス側及びアンチストークス側の強度は試料温度に依存しており。それらから試料温度を求める式は公知であり、これを用いて試料の温度を測定する方法が特許文献2に記載されているから、これを利用して、専用の温度センサーを設けることなく試料の温度を測定することも考えられる。しかしながら、この方法では、短時間で試料の正確な温度を測定することが難しい。 The intensity of Raman scattered light on the Stokes side and the anti-Stokes side depends on the sample temperature. The formula for obtaining the sample temperature from them is known, and a method for measuring the temperature of the sample using this is described in Patent Document 2. Therefore, by utilizing this, the sample can be prepared without providing a dedicated temperature sensor. It is also possible to measure the temperature. However, with this method, it is difficult to measure the accurate temperature of the sample in a short time.

というのも、当該方法においては、温度測定精度を担保するために、測定された生のラマンスペクトルの各波数の光強度それぞれに対して、異なる値のオフセットを設定する、つまりベースライン補正を施すことが必要で、そのオフセット値を求めるための計算負荷が極めて大きく、時間がかかるからである。 This is because, in this method, in order to ensure the accuracy of temperature measurement, a different value offset is set for each wave number of each wave number of the measured raw Raman spectrum, that is, baseline correction is performed. This is because the calculation load for obtaining the offset value is extremely large and it takes time.

特許5385865号公報Japanese Patent No. 5385856 特開平11-337420号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-337420

本発明は上述したような問題に鑑みてなされたものであり、ラマン散乱光を利用した試料の温度測定方法において、励起光が照射されている所定部位における試料の温度を簡便に精度よく、しかも短時間で測定できるようにすること、及び当該温度測定方法を用いたラマン分光分析装置を提供することをその主たる所期課題としたものである。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and in a method for measuring a sample temperature using Raman scattered light, the temperature of the sample at a predetermined portion irradiated with excitation light can be easily and accurately measured. Its main purpose is to enable measurement in a short time and to provide a Raman spectroscopic analyzer using the temperature measuring method.

すなわち、本発明に係る温度測定方法は、以下のとおりである。 That is, the temperature measuring method according to the present invention is as follows.

試料の所定部位に励起光を照射して発生するラマン散乱光において、該励起光の波数からストークス側及びアンチストークス側に所定シフト波数だけそれぞれシフトさせた波数での光強度であるストークス側光強度及びアンチストークス側光強度を検出するラマン散乱光強度検出ステップと、
前記所定部位の温度を複数仮定する温度仮定ステップと、
ストークス側及びアンチストークス側の各ラマン散乱光の強度と試料温度との理論的な関係である理論関係と、ラマン散乱光強度検出ステップで検出された各側の検出光強度と前記温度仮定ステップで仮定した仮定温度との関係である仮定関係との相関を、各仮定温度についてそれぞれ求める相関算出ステップと、
前記相関算出ステップで算出した、各仮定温度での相関に基づいて、前記所定部位の測定温度を特定する温度特定ステップと有することを特徴とするものである。
In Raman scattered light generated by irradiating a predetermined part of a sample with excitation light, the Stokes side light intensity, which is the light intensity obtained by shifting the excitation light to the Stokes side and the anti-Stokes side by a predetermined shift wave number, respectively. And the Raman scattered light intensity detection step to detect the anti-Stokes side light intensity,
A temperature assumption step that assumes a plurality of temperatures of the predetermined part, and
In the theoretical relationship between the intensity of each Raman scattered light on the Stokes side and the anti-Stokes side and the sample temperature, the detected light intensity on each side detected in the Raman scattered light intensity detection step, and the temperature assumption step. A correlation calculation step for obtaining the correlation with the assumed relationship, which is the relationship with the assumed assumed temperature, for each assumed temperature.
It is characterized by having a temperature specifying step for specifying the measurement temperature of the predetermined portion based on the correlation at each assumed temperature calculated in the correlation calculation step.

より具体的には、本発明に係る温度測定方法は、
試料の所定部位に励起光を照射して発生するラマン散乱光において、該励起光の波数からストークス側及びアンチストークス側に所定シフト波数だけそれぞれシフトさせた波数でのラマン散乱光強度であるストークス側光強度及びアンチストークス側光強度とを検出するラマン散乱光強度検出ステップと、
ストークス側及びアンチストークス側の各ラマン散乱光強度と試料温度との理論的な関係を示す理論式を記憶する理論式記憶ステップと、
前記所定部位の温度を複数仮定する温度仮定ステップと、
前記温度仮定ステップで仮定した仮定温度と、前記ラマン散乱光強度検出ステップで検出したいずれか一方側のラマン散乱光強度(以下、検出光強度という。)とを、前記理論式に当てはめることにより、他方側の理論的なラマン散乱光強度(以下、理論光強度という。)を算出する理論光強度算出ステップと、
前記他方側の理論光強度に対する前記他方側の検出光強度の相関を、前記複数の仮定温度のそれぞれについて求める相関算出ステップと、
前記相関算出ステップで求めた、各仮定温度での相関に基づいて、前記所定部位の測定温度を特定する温度特定ステップと有することを特徴とするものである。
More specifically, the temperature measuring method according to the present invention is:
In the Raman scattered light generated by irradiating a predetermined part of the sample with excitation light, the Raman scattered light intensity is the wave number shifted from the wave number of the excitation light to the Stokes side and the anti-Stokes side by a predetermined shift wave number, respectively. Raman scattered light intensity detection step to detect light intensity and anti-Stokes side light intensity,
A theoretical formula storage step for storing a theoretical formula showing the theoretical relationship between the Raman scattered light intensity on the Stokes side and the anti-Stokes side and the sample temperature,
A temperature assumption step that assumes a plurality of temperatures of the predetermined part, and
By applying the assumed temperature assumed in the temperature assumption step and the Raman scattered light intensity on either side (hereinafter referred to as the detected light intensity) detected in the Raman scattered light intensity detection step to the theoretical formula. A theoretical light intensity calculation step for calculating the theoretical Raman scattered light intensity on the other side (hereinafter referred to as theoretical light intensity), and
A correlation calculation step for obtaining the correlation of the detected light intensity on the other side with respect to the theoretical light intensity on the other side for each of the plurality of assumed temperatures.
It is characterized by having a temperature specifying step for specifying the measurement temperature of the predetermined portion based on the correlation at each assumed temperature obtained in the correlation calculation step.

上述した本発明は、ラマン散乱光強度から演繹的に温度を求めるのではなく、先に温度を仮定して、その仮定温度から導かれるラマン散乱光強度が、実測したラマン散乱光強度に近しくなるときの仮定温度を測定温度とする、いわば帰納的に試料温度を測定するので、ベースライン補正などを施していない、つまり前処理をしていないラマン散乱光の強度スペクトルデータに直接的に適用できる。 In the above-mentioned invention, the temperature is not obtained atypically from the Raman scattered light intensity, but the temperature is assumed first, and the Raman scattered light intensity derived from the assumed temperature is close to the measured Raman scattered light intensity. Since the sample temperature is measured in a recursive manner, using the assumed temperature at that time as the measurement temperature, it is directly applied to the intensity spectrum data of Raman scattered light that has not been subjected to baseline correction, that is, has not been pretreated. can.

したがって、前記ベースライン補正などといった、負荷が大きくかつ不確実性の残る演算が不要となり、短時間で連続的に、かつ正確な温度測定が可能となる。そして、この温度測定結果を用いれば、例えば、試料に対する温度損傷の可能性をリアルタイムで判断することができる。もちろん、ラマン散乱光を利用して温度測定しているので、励起光が照射されている部位における試料の温度をピンポイントで測定できるという前提効果も奏し得る。 Therefore, operations such as baseline correction, which have a large load and remain uncertain, are not required, and continuous and accurate temperature measurement can be performed in a short time. Then, by using this temperature measurement result, for example, the possibility of temperature damage to the sample can be determined in real time. Of course, since the temperature is measured using Raman scattered light, it is possible to obtain the premise effect that the temperature of the sample at the site irradiated with the excitation light can be measured pinpointly.

また、前処理が不要で、ラマンスペクトル形状にかかわらず、また、ラマンバンドを特定することなく温度測定できるので、試料の組成等に対する依存性もない。このことは、例えば、組成が均一でない試料の各部位の温度マッピングデータを容易に取得できるという効果に繋がる。マッピング過程で元素や組成が変わってバンドが変わっても温度測定への影響が極めて小さいからである。ラマン分光分析装置の一つであるラマン顕微鏡に本発明を適用した場合にその効果が顕著となる。 Further, since no pretreatment is required, the temperature can be measured regardless of the Raman spectral shape, and the temperature can be measured without specifying the Raman band, there is no dependence on the composition of the sample or the like. This leads to the effect that, for example, temperature mapping data of each part of the sample having a non-uniform composition can be easily obtained. This is because even if the element or composition changes during the mapping process and the band changes, the effect on temperature measurement is extremely small. The effect becomes remarkable when the present invention is applied to a Raman microscope, which is one of the Raman spectroscopic analyzers.

温度特定ステップにおける具体的実施態様としては、前記相関が最も高くなるか、または所定の閾値よりも高くなるときの仮定温度を、前記所定部位の測定温度とすることを挙げることができる。 As a specific embodiment in the temperature specifying step, it can be mentioned that the assumed temperature when the correlation becomes the highest or becomes higher than a predetermined threshold value is set as the measured temperature of the predetermined portion.

より精度の高い温度測定を実現するためには、多点データの相関、例えばラマンスペクトルの相関を取ることが好ましい。ラマンスペクトルの局所的なノイズによる強度のぶれの影響を受けにくくなるからである。 In order to realize more accurate temperature measurement, it is preferable to correlate the multipoint data, for example, the Raman spectrum. This is because it is less susceptible to intensity fluctuations due to local noise in the Raman spectrum.

そのためには、前記ラマン散乱光強度検出ステップにおいては、異なる複数のシフト波数でのストークス側検出光強度及びアンチストークス側検出光強度をそれぞれ検出し、前記理論光強度算出ステップにおいては、前記ラマン散乱光強度検出ステップで検出した他方側の各検出光強度にそれぞれ対応する複数の他方側の理論光強度を算出し、前記相関算出ステップにおいては、前記理論光強度算出ステップで算出した複数の他方側の各理論光強度と、前記ラマン散乱光強度検出ステップで検出した複数の他方側の検出光強度との相関を求めるようにすることが好ましい。
他方、本方法では、励起光の波数からストークス側及びアンチストークス側のそれぞれに同一シフト波数だけシフトさせた波数でのラマン散乱光の強度(検出光強度)用いる。しかしながら、分光器によっては、励起光の波数から同一シフト波数だけシフトさせた波数に都合よく分光できない。
そこで、ラマン散乱光強度検出ステップにおいては、分光器を経て光検知器で検知された複数波数でのラマン散乱光強度を補間して、波数について連続するストークス側及びアンチストークス側のスペクトルデータを算出し、これらスペクトルデータから、異なる複数のシフト波数での前記ストークス側検出光強度及びアンチストークス側検出光強度をそれぞれ算出するようにしておくことが好ましい。
For that purpose, in the Raman scattered light intensity detection step, the Stokes side detected light intensity and the anti-Stokes side detected light intensity at a plurality of different shift wave numbers are detected, respectively, and in the theoretical light intensity calculation step, the Raman scattering A plurality of theoretical light intensities of the other side corresponding to each detected light intensity of the other side detected in the light intensity detection step are calculated, and in the correlation calculation step, a plurality of other sides calculated in the theoretical light intensity calculation step. It is preferable to obtain the correlation between each theoretical light intensity of the above and the detected light intensity on the other side of the plurality of light detected in the Raman scattered light intensity detection step.
On the other hand, in this method, the intensity of Raman scattered light (detection light intensity) at a wave number shifted by the same shift wave number to each of the Stokes side and the anti-Stokes side from the wave number of the excitation light is used. However, depending on the spectroscope, it is not possible to conveniently disperse the wave number shifted by the same shift wave number from the wave number of the excitation light.
Therefore, in the Raman scattered light intensity detection step, the Raman scattered light intensity at a plurality of waves detected by the light detector via the spectroscope is interpolated, and the spectral data on the Stokes side and the anti-Stokes side that are continuous with respect to the wave number are calculated. However, it is preferable to calculate the Stokes-side detected light intensity and the anti-Stokes-side detected light intensity at a plurality of different shift wave numbers from these spectral data.

また、本発明の効果が特に顕著となる実施態様としては、前記温度測定方法を用いたラマン分光分析方法であって、前記ラマン散乱光に基づいて試料の前記所定部位を分析する分析ステップと、前記分析ステップでの分析過程又は分析結果を表示する表示画面に、前記測定温度を同時に表示する表示ステップとを有することを特徴とするラマン分光分析方法を挙げることができる。 Further, as an embodiment in which the effect of the present invention is particularly remarkable, there is an analysis step of analyzing the predetermined portion of the sample based on the Raman scattered light in the Raman spectroscopic analysis method using the temperature measurement method. A Raman spectroscopic analysis method characterized by having a display step for displaying the measured temperature at the same time on a display screen displaying the analysis process or the analysis result in the analysis step can be mentioned.

1回の試料分析中における試料温度の時間変化を把握できるようにするには、前記分析ステップにおける所定部位の分析中に、温度が複数回測定され、前記表示ステップにおいては、温度測定の都度、その測定温度が更新表示されるようにしておくことが好ましい。 In order to be able to grasp the time change of the sample temperature during one sample analysis, the temperature is measured a plurality of times during the analysis of a predetermined part in the analysis step, and in the display step, each time the temperature is measured, the temperature is measured. It is preferable that the measured temperature is updated and displayed.

また、本発明は、試料の所定部位に励起光を照射する光源と、励起光の照射により発生するラマン散乱光を検知する光検知器と、前記光検知器が検知したラマン散乱光に基づいて、前記所定部位の温度を測定する温度測定部とを備え、
前記温度測定部が、
前記光検知器が検知したラマン散乱光に基づいて、前記励起光の波数からストークス側及びアンチストークス側に同シフト波数だけそれぞれシフトさせた波数でのラマン散乱光の強度であるストークス側ラマン散乱光強度及びアンチストークス側ラマン散乱光強度とを検出するラマン散乱光強度検出部と、
ストークス側及びアンチストークス側の各ラマン散乱光強度と試料温度との関係を示す理論式を予め記憶している理論式記憶部と、
前記所定部位の温度を複数仮定する温度仮定部と、
前記温度仮定部で仮定した仮定温度、及び、前記ラマン散乱光強度検出部で検出した一方側のラマン散乱光強度(以下、検出光強度という。)を、前記理論式に当てはめることにより、他方側の理論的なラマン散乱光強度(以下、理論光強度という。)を算出する理論光強度算出部と、
前記他方側の理論光強度に対する前記他方側の検出光強度の相関を、前記複数の仮定温度のそれぞれについて求める相関算出部と、
前記相関算出部で求めた、各仮定温度での相関に基づいて、前記所定部位の測定温度を特定する温度特定部と備えることを特徴とする温度測定装置であってもよい。
Further, the present invention is based on a light source that irradiates a predetermined portion of a sample with excitation light, a light detector that detects Raman scattered light generated by irradiation of the excitation light, and Raman scattered light detected by the light detector. A temperature measuring unit for measuring the temperature of the predetermined portion is provided.
The temperature measuring unit
Based on the Raman scattered light detected by the light detector, the Stokes side Raman scattered light is the intensity of the Raman scattered light at the wave number shifted from the wave number of the excitation light to the Stokes side and the anti-Stokes side by the same shift wave number. A Raman scattered light intensity detector that detects the intensity and the Raman scattered light intensity on the anti-Stokes side,
A theoretical formula storage unit that stores in advance a theoretical formula showing the relationship between the Raman scattered light intensity on the Stokes side and the anti-Stokes side and the sample temperature.
A temperature assumption part that assumes a plurality of temperatures of the predetermined part, and a temperature assumption part.
By applying the assumed temperature assumed by the temperature assumption unit and the Raman scattered light intensity on one side (hereinafter referred to as the detected light intensity) detected by the Raman scattered light intensity detection unit to the theoretical formula, the other side is applied. The theoretical light intensity calculation unit that calculates the theoretical Raman scattered light intensity (hereinafter referred to as the theoretical light intensity) of
A correlation calculation unit for obtaining the correlation of the detected light intensity on the other side with respect to the theoretical light intensity on the other side for each of the plurality of assumed temperatures.
The temperature measuring device may be characterized in that it is provided with a temperature specifying unit that specifies the measured temperature of the predetermined portion based on the correlation at each assumed temperature obtained by the correlation calculation unit.

また、本発明の効果が特に顕著となる実施態様としては、前記ラマン散乱光に基づいて試料の前記所定部位を分析する分析部と、前記分析部での分析過程又は分析結果と前記測定温度とを同時に同一画面に表示する表示部とを備えたラマン分光分析装置を挙げることができる。 Further, as an embodiment in which the effect of the present invention is particularly remarkable, an analysis unit that analyzes the predetermined portion of the sample based on the Raman scattered light, an analysis process or analysis result in the analysis unit, and the measurement temperature are used. Can be mentioned as a Raman spectroscopic analyzer equipped with a display unit that simultaneously displays the above on the same screen.

また、本発明は、試料の所定部位に励起光を照射する光源と、励起光の照射により発生するラマン散乱光を検知する光検知器とを備えたラマン分光分析装置に適用されるプログラムであって、
前記光検知器が検知したラマン散乱光に基づいて、該励起光の波数からストークス側及びアンチストークス側にそれぞれ所定シフト波数だけシフトさせた波数でのシフト波数ストークス側及びアンチストークス側の光強度であるストークス側光強度及びアンチストークス側光強度を検出するラマン散乱光強度検出部と、
前記所定部位の温度を複数仮定する温度仮定部と、
ストークス側及びアンチストークス側の各ラマン散乱光の強度と試料温度との理論的な関係である理論関係と、前記ラマン散乱光強度検出ステップで検出された各側の検出光強度と前記温度仮定ステップで仮定された仮定温度との関係である仮定関係との相関を、各仮定温度についてそれぞれ求める相関算出部と、
前記相関算出ステップで算出した、各仮定温度での相関に基づいて、前記所定部位の測定温度を特定する温度特定部としての機能を発揮させることを特徴とするプログラムでもよい。
Further, the present invention is a program applied to a Raman spectroscopic analyzer including a light source that irradiates a predetermined portion of a sample with excitation light and a light detector that detects Raman scattered light generated by irradiation of the excitation light. hand,
Based on the Raman scattered light detected by the light detector, the shift wave number at the wave number shifted from the wave number of the excitation light to the Stokes side and the anti-Stokes side by a predetermined shift wave number. A Raman scattered light intensity detector that detects a certain Stokes side light intensity and anti-Stokes side light intensity,
A temperature assumption part that assumes a plurality of temperatures of the predetermined part, and a temperature assumption part.
The theoretical relationship between the intensity of each Raman scattered light on the Stokes side and the anti-Stokes side and the sample temperature, the detected light intensity on each side detected in the Raman scattered light intensity detection step, and the temperature assumption step. A correlation calculation unit that obtains the correlation with the assumed relationship, which is the relationship with the assumed temperature assumed in, for each assumed temperature.
The program may be characterized in that it exerts a function as a temperature specifying unit that specifies the measured temperature of the predetermined portion based on the correlation at each assumed temperature calculated in the correlation calculation step.

本発明によれば、上述したように、励起光が照射されている所定部位における試料の温度を簡便に精度よく、しかも短時間で測定できる。 According to the present invention, as described above, the temperature of the sample at a predetermined site irradiated with the excitation light can be easily and accurately measured in a short time.

本発明の一実施形態におけるラマン分光分析装置の全体模式図である。It is an overall schematic diagram of the Raman spectroscopic analyzer in one Embodiment of this invention. 同実施形態における温度測定部(温度測定装置)の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation of the temperature measuring part (temperature measuring apparatus) in the same embodiment. 同実施形態におけるラマン分光分析装置の分析画面表示例である。It is an analysis screen display example of the Raman spectroscopic analyzer in the same embodiment. 同実施形態における温度測定において、温度を特定した際の、アンチストークス側想定ラマンスペクトル(アンチストークス側想定光強度)と、アンチストークス側検出ラマンスペクトル(ストークス側検出光強度)との相関を示す相関グラフである。Correlation showing the correlation between the anti-Stokes side assumed Raman spectrum (anti-Stokes side assumed light intensity) and the anti-Stokes side detected Raman spectrum (Stokes side detected light intensity) when the temperature is specified in the temperature measurement in the same embodiment. It is a graph. 同実施形態における温度測定において、温度を特定した際の、アンチストークス側想定ラマンスペクトル(アンチストークス側想定光強度)と、アンチストークス側検出ラマンスペクトル(ストークス側検出光強度)とを重ねて示すスペクトル図である。In the temperature measurement in the same embodiment, the spectrum showing the anti-Stokes side assumed Raman spectrum (anti-Stokes side assumed light intensity) and the anti-Stokes side detected Raman spectrum (Stokes side detected light intensity) superimposed when the temperature is specified. It is a figure. 本発明の他の実施形態における手動での温度測定方法のフローチャートである。It is a flowchart of the manual temperature measurement method in another embodiment of this invention. 本発明のさらに他の実施形態におけるラマン分光分析装置の分析画面表示例である。It is an analysis screen display example of the Raman spectroscopic analyzer in still another embodiment of this invention. 本発明のさらに他の実施形態におけるラマン分光分析装置の温度表示例である。It is an example of temperature display of the Raman spectrophotometer in still another embodiment of this invention.

以下、本発明の一実施形態に係るラマン分光分析装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the Raman spectroscopic analyzer according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態のラマン分光分析装置100の全体構成を示した概要ブロック図である。
この図中、符号1は、試料Wに励起光を照射する光源を示している。ここでは、光源1として単色レーザ光を射出するレーザ光源を用いているが、これに限られるものではない。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing the overall configuration of the Raman spectroscopic analyzer 100 of the present embodiment.
In this figure, reference numeral 1 indicates a light source for irradiating the sample W with excitation light. Here, a laser light source that emits a monochromatic laser light is used as the light source 1, but the light source is not limited to this.

符号2は、前記励起光の照射によって発生するラマン散乱光を分光する分光器を示している。ここでは、分光器としてグレーティングを用いているが、これに限られるものではない。 Reference numeral 2 indicates a spectroscope that disperses the Raman scattered light generated by the irradiation of the excitation light. Here, a grating is used as a spectroscope, but the present invention is not limited to this.

符号3は、前記分光器が分光した各波長の光を検知し、検知した各波長の光強度に応じた値を有するラマン検知信号を出力する光検知器を示している。この光検知器3は、例えば、CCDや光電子増倍管などの光センサと、該光センサの出力信号に、例えばインピーダンス変換処理やデジタル化処理などを施して、前記ラマン検知信号を生成する信号変換器とを備えたものである。 Reference numeral 3 indicates an optical detector that detects light of each wavelength dispersed by the spectroscope and outputs a Raman detection signal having a value corresponding to the detected light intensity of each wavelength. The photodetector 3 is, for example, a signal that generates the Raman detection signal by subjecting an optical sensor such as a CCD or a photomultiplier tube and an output signal of the optical sensor to, for example, impedance conversion processing or digitization processing. It is equipped with a converter.

符号4は、前記光検知器3から出力されるラマン検知信号を受信し、これを演算処理して試料の分析を行う情報処理装置を示している。この情報処理装置4は、CPU、メモリ、I/Oポートなどを有したいわゆるコンピュータであり、前記メモリに予め格納されたプログラムに従ってCPUや周辺機器が協動することによって、
(1)前記各波長ごとのラマン検知信号を受信する受信部41、
(2)これら各ラマン検知信号の値、すなわち各波長ごとの光強度を補間して、波長(波数)について実質的に連続するラマンスペクトルデータ(以下、原ラマンスペクトルともいう。)を生成し、さらに、この原ラマンスペクトルデータにベースライン補正などを施して、分析に利用することが可能な二次ラマンスペクトルデータを生成する前処理部42、
(3)前記二次ラマンスペクトルデータに基づいて試料の物性等を分析する試料分析部43
(4)該試料分析部による分析結果データをディスプレイやファイルなどに出力する出力部44
等としての機能を発揮する。
なお、(2)で述べた補間方法としては、例えば、直近2点のデータの加重平均をとる方法を挙げることができる。
Reference numeral 4 indicates an information processing apparatus that receives a Raman detection signal output from the photodetector 3 and performs arithmetic processing on the signal to analyze the sample. The information processing device 4 is a so-called computer having a CPU, a memory, an I / O port, and the like, and the CPU and peripheral devices cooperate with each other according to a program stored in the memory in advance.
(1) Receiving unit 41 that receives the Raman detection signal for each wavelength.
(2) The value of each of these Raman detection signals, that is, the light intensity for each wavelength is interpolated to generate substantially continuous Raman spectrum data (hereinafter, also referred to as the original Raman spectrum) with respect to the wavelength (wave number). Further, the preprocessing unit 42, which applies baseline correction or the like to the original Raman spectrum data to generate secondary Raman spectrum data that can be used for analysis.
(3) Sample analysis unit 43 that analyzes the physical characteristics of the sample based on the secondary Raman spectrum data.
(4) Output unit 44 that outputs the analysis result data by the sample analysis unit to a display, a file, or the like.
It exerts its function as such.
As the interpolation method described in (2), for example, a method of taking a weighted average of the data of the latest two points can be mentioned.

しかして、本実施形態に係るラマン分光分析装置100は、図1に示すように、励起光が照射されている試料Wの所定部位における温度を測定する温度測定部45(特許請求の範囲における温度測定装置に相当する。)を備えている。 As shown in FIG. 1, the Raman spectroscopic analyzer 100 according to the present embodiment has a temperature measuring unit 45 (temperature within the range of the patent claim) for measuring the temperature at a predetermined portion of the sample W irradiated with the excitation light. It is equipped with a measuring device).

この温度測定部45は、試料分析に利用される前記ラマン検知信号を用いて、分析中の試料温度をリアルタイムで測定するものであり、具体的には、前記情報処理装置4のプログラムによって実現される。
そこで、この温度測定部45の詳細を、その動作である温度測定方法の説明を兼ねて、以下に説明する。
The temperature measuring unit 45 measures the sample temperature during analysis in real time by using the Raman detection signal used for sample analysis, and is specifically realized by the program of the information processing apparatus 4. To.
Therefore, the details of the temperature measuring unit 45 will be described below with the explanation of the temperature measuring method which is the operation thereof.

図2に示すように、まず、温度測定部45は、励起光が試料Wに照射されて分析が開始されているかどうかを判断し(ステップS1)、分析中の場合には、前記前処理部42で生成された原ラマンスペクトルデータを取得する(ステップS2)。この原ラマンスペクトルデータは、前述したように、波数について離散的なラマン検知信号の値を補間して、波数について連続な値を有するように成形しただけのもので、ラマン検知信号の値そのものを変更するようなベースライン補正等を施していない、実質的には、各波数についてのラマン散乱光の生の強度を示すスペクトルデータともいうべきものである。 As shown in FIG. 2, first, the temperature measuring unit 45 determines whether or not the sample W is irradiated with the excitation light to start the analysis (step S1), and if the analysis is in progress, the pretreatment unit 45. The original Raman spectrum data generated in 42 is acquired (step S2). As described above, this original Raman spectrum data is simply formed by interpolating the discrete Raman detection signal values for the wavenumber so as to have continuous values for the wavenumber, and the Raman detection signal value itself is used. It can be said to be spectral data showing the raw intensity of Raman scattered light for each wave number without performing baseline correction or the like to change it.

次に、この温度測定部45は、前記原ラマンスペクトルデータを参照して、励起光の波数ωoから所定のシフト波数ωrだけストークス側にシフトした波数 (ωo + ωR)におけるラマン散乱光強度(以下、ストークス側検出光強度ISともいう。)と、該励起光から前記シフト波数ωRだけアンチストークス側にシフトした波数 (ωo - ωR) におけるラマン散乱光強度(以下、アンチストークス側検出光強度IASともいう。)を取得する。 Next, the temperature measuring unit 45 refers to the original Raman spectrum data, and Raman scattering at the wave number (ω o + ω R ) shifted from the wave number ω o of the excitation light to the Stokes side by a predetermined shift wave number ω r . Raman scattered light intensity (hereinafter, also referred to as Stokes side detection light intensity IS) and Raman scattered light intensity (hereinafter, also referred to as Stokes side detection light intensity IS) and wave number (ω o --ω R ) shifted from the excitation light to the anti-Stokes side by the shift wave number ω R. Anti-Stokes side detection light intensity I AS (also called) is acquired.

温度測定部45は、この動作を予め定めたn個の異なるシフト波数ωR(1)~ωR(n)について行い、ストークス側検出光強度IS(1) ~IS(n) 及びアンチストークス側検出光強度IAS(1) ~IAS(n) を取得して、これらをメモリの所定領域に格納する(ステップS3)。なお、ストークス側検出光強度IS(1) ~IS(n) 及びアンチストークス側検出光強度IAS(1) ~IAS(n) が、いわゆるストークス側とアンチストークス側での検出されたラマンスペクトルデータである。 The temperature measuring unit 45 performs this operation for n different predetermined shift wavenumbers ω R (1) to ω R (n) , and the Stokes side detected light intensities IS (1) to IS (n) and anti. The Stokes side detection light intensities I AS (1) to I AS (n) are acquired and stored in a predetermined area of the memory (step S3). The Stokes side detected light intensities I S (1) to I S (n) and the anti-Stokes side detected light intensities I AS (1) to I AS (n) were detected on the so-called Stokes side and the anti-Stokes side. Raman spectrum data.

シフト波数ωR(1) ~ωR(n) の範囲は、少なくとも複数のラマンピークに亘るような可及的広い範囲にしてある。また、nは可及的に大きな数としてシフト波数間隔をできるだけ小さくしてある。このシフト波数の範囲及び間隔は、温度測定の精度と温度測定の計算時間とのトレードオフで適宜定められる。 The range of shift wavenumbers ω R (1) to ω R (n) is set as wide as possible so as to cover at least a plurality of Raman peaks. Further, n is set to be as large as possible and the shift wavenumber interval is made as small as possible. The range and interval of the shift wavenumber are appropriately determined by the trade-off between the accuracy of the temperature measurement and the calculation time of the temperature measurement.

なお、このステップS3が、特許請求の範囲におけるラマン散乱光強度検出ステップに対応し、当該ラマン散乱光強度検出ステップを実現するプログラム上の機能部が、特許請求の範囲におけるラマン散乱光強度検出部に対応する。 Note that this step S3 corresponds to the Raman scattered light intensity detection step in the claims, and the functional unit on the program that realizes the Raman scattered light intensity detection step is the Raman scattered light intensity detection unit in the claims. Corresponds to.

他方、メモリの所定領域には理論式記憶部が設定してある。この理論式記憶部には、下記式(数1)に示すように、ストークス側及びアンチストークス側の各ラマン散乱光強度と試料温度との関係を示す理論式が予め格納されている。 On the other hand, a theoretical formula storage unit is set in a predetermined area of the memory. As shown in the following formula (Equation 1), the theoretical formula storage unit stores in advance a theoretical formula showing the relationship between the Raman scattered light intensity on the Stokes side and the anti-Stokes side and the sample temperature.

Figure 2022041186000002
Figure 2022041186000002

ここで、ωoは、励起光(レーザー光)の絶対波数、ωRはラマンシフト波数、hはプランク定数、cは光の速度、kBはボルツマン定数、Tは絶対温度である。
なお、この理論式としては、(数1)と等価な数式も含むし、数値が羅列されたテーブル形式のものも含む。
Here, ω o is the absolute wave number of the excitation light (laser light), ω R is the Raman shift wave number, h is Planck's constant, c is the light velocity, k B is the Boltzmann constant, and T is the absolute temperature.
It should be noted that this theoretical formula includes a formula equivalent to (Equation 1) and also includes a table format in which numerical values are listed.

次に、温度測定部45は、試料Wにおける所定部位の温度Tを仮定する(ステップS4)。ここでは、仮定温度Tが予めメモリに格納してあって、これを温度測定部45が取得するように構成してあるが、オペレータの入力や通信によって指示された値をもって、仮定温度としても構わない。 Next, the temperature measuring unit 45 assumes a temperature T of a predetermined portion of the sample W (step S4). Here, the assumed temperature T is stored in the memory in advance and is configured to be acquired by the temperature measuring unit 45, but a value instructed by operator input or communication may be used as the assumed temperature. do not have.

なお、このステップS4及び後述するステップS8が、特許請求の範囲における温度仮定ステップに対応し、当該温度仮定ステップを実現するプログラム上の機能部が、特許請求の範囲における温度仮定部に対応する。 Note that this step S4 and step S8 described later correspond to the temperature assumption step in the claims, and the functional part in the program that realizes the temperature assumption step corresponds to the temperature assumption part in the claims.

次に、温度測定部45は、試料温度が前記仮定温度Tであるという前提で、各シフト波数でのアンチストークス側検出光強度IAS(1)~IAS(n)を、前記式(数1)に代入し、該仮定温度Tにおける各シフト波数でのストークス側光強度IS(1)~IS(n)を算出する(ステップS5)。以下では、この算出されたストークス側光強度IS(1)~IS(n)を、ストークス側検出光強度IS(1)~IS(n)と区別するために、ストークス側理論光強度I'S(1)~I'S(n)と表記する。 Next, on the assumption that the sample temperature is the assumed temperature T, the temperature measuring unit 45 applies the anti-Stokes side detected light intensities I AS (1) to I AS (n) at each shift wavenumber to the above equation (number). Substituting into 1), the Stokes side light intensities IS (1) to IS (n) at each shift wave number at the assumed temperature T are calculated (step S5). In the following, in order to distinguish the calculated Stokes side light intensities I S (1) to I S (n) from the Stokes side detection light intensities I S (1) to I S (n) , the Stokes side theoretical light Intensity I 'S (1) to I 'S (n) .

なお、このステップS5が、特許請求の範囲における理論光強度算出ステップに対応し、当該理論光強度算出ステップを実現するプログラム上の機能部が、特許請求の範囲における理論光強度算出部に対応する。 Note that this step S5 corresponds to the theoretical light intensity calculation step in the claims, and the functional unit on the program that realizes the theoretical light intensity calculation step corresponds to the theoretical light intensity calculation unit in the claims. ..

次に、温度測定部45は、前記ストークス側検出光強度IS(1)~IS(n)と前記ストークス側理論光強度I'S(1)~I'S(n)とをそれぞれ比較し、その相関を算出する(ステップS6)。ここでは、相関の判断に相関係数を用いているが、残差平方和や決定係数を用いてもよい。具体的には、例えば、各シフト波数ωR(i)について(iは1~nの整数)、ストークス側検出光強度IS(i)とストークス側理論光強度I'S(i)とを比較し、それらの比較結果から相関係数を求める、そして、その相関係数を相関値Xとし、メモリの所定領域に格納する。相関値(相関係数)Xは-1から1の間の値をとるもので、1のとき、相関が最も高い(強い)こととなる。なお、この相関係数の算出方法は既知であるため、説明を省略する。 Next, the temperature measuring unit 45 compares the Stokes-side detected light intensities I S (1) to IS (n) with the Stokes-side theoretical light intensities I 'S (1) to I 'S (n) , respectively. Then, the correlation is calculated (step S6). Here, the correlation coefficient is used to determine the correlation, but the residual sum of squares or the coefficient of determination may be used. Specifically, for example, for each shift wave number ω R (i) (i is an integer of 1 to n), the Stokes-side detected light intensity I S (i) and the Stokes-side theoretical light intensity I 'S (i) are obtained. The comparison is performed, the correlation coefficient is obtained from the comparison result, and the correlation coefficient is set as the correlation value X and stored in a predetermined area of the memory. The correlation value (correlation coefficient) X takes a value between -1 and 1, and when it is 1, the correlation is the highest (strongest). Since the method of calculating this correlation coefficient is known, the description thereof will be omitted.

このステップS6が、特許請求の範囲における相関算出ステップに対応し、当該相関算出ステップを実現するプログラム上の機能部が、特許請求の範囲における相関算出部に対応する。 This step S6 corresponds to the correlation calculation step in the claims, and the functional unit on the program that realizes the correlation calculation step corresponds to the correlation calculation unit in the claims.

次に温度測定部45は、前記相関値が最大になったどうかを判断する(ステップS7)。ここでは、相関値の二乗である決定値を用いる。この決定値は、極大値を有するので、極大となった時に相関値が最大であると判断する。より具体的には、前回の仮定温度での決定値と現在の仮定温度での決定値との変化率が+から-、あるいは-から+に転じた時に相関値が最大と判断する。
そして、最大でないと判断した場合は、仮定温度を変更し(ステップS8)、ステップS5に戻る。仮定温度の変更方法については、一定間隔又は不定間隔で増加乃至減少させていってもよいし、例えば相関値の変化傾向に合わせて、仮定温度の変更幅及び変更向きをフィードバック的に都度変えるようにしてもよい。
Next, the temperature measuring unit 45 determines whether or not the correlation value is maximized (step S7). Here, a determined value that is the square of the correlation value is used. Since this determined value has a maximum value, it is determined that the correlation value is the maximum when the maximum value is reached. More specifically, it is determined that the correlation value is the maximum when the rate of change between the determined value at the previous assumed temperature and the determined value at the current assumed temperature changes from + to − or from − to +.
If it is determined that the temperature is not the maximum, the assumed temperature is changed (step S8), and the process returns to step S5. As for the method of changing the assumed temperature, it may be increased or decreased at regular intervals or irregular intervals. For example, the change width and change direction of the assumed temperature should be changed each time according to the change tendency of the correlation value. You may do it.

最大と判断した場合は、温度測定部45は、その時の仮定温度Tを測定温度とし、該測定温度を示す測定温度データを測定時刻及び試料Wの所定測定部位を示す位置データと対にしてメモリにログ記録する。また、温度測定部45は、前記測定温度データを、前記出力部44を介して、出力し、図3に示すように、該測定温度データが示す測定温度を、ラマン分析表示画面中に、リアルタイムで数値またはグラフとして表示する(ステップS9)。 When it is determined to be the maximum, the temperature measuring unit 45 sets the assumed temperature T at that time as the measurement temperature, and sets the measurement temperature data indicating the measurement temperature as the measurement time and the position data indicating the predetermined measurement site of the sample W in a memory. Log to. Further, the temperature measuring unit 45 outputs the measured temperature data via the output unit 44, and as shown in FIG. 3, the measured temperature indicated by the measured temperature data is displayed in real time on the Raman analysis display screen. Display as a numerical value or a graph with (step S9).

図4は、上述のようにして、温度が特定されたときの相関グラフの一例を示している。また、図5は、温度が特定された時の、検出されたラマンスペクトルデータ(ストークス側検出光強度IS(1)~IS(n))と理論上のラマンスペクトルデータ(ストークス側理論光強度I'S(1)~I'S(n))とを同一グラフ上に表したものである。なお、この図5でStokesで表される実線が、ストークス側検出光強度IS(1)~IS(n)によるスペクトルを示し、Anti Stokes Corrで示される一点鎖線が、ストークス側理論光強度I'S(1)~I'S(n)によるスペクトルを示している。 FIG. 4 shows an example of a correlation graph when the temperature is specified as described above. Further, FIG. 5 shows the detected Raman spectral data (Stokes side detected light intensity IS (1) to IS (n) ) and the theoretical Raman spectral data (Stokes side theoretical light) when the temperature is specified. The intensities I 'S (1) to I 'S (n) ) are shown on the same graph. In FIG. 5, the solid line represented by Stokes shows the spectrum by the Stokes-side detected light intensities IS (1) to IS (n) , and the alternate long and short dash line shown by Anti Stokes Corr is the Stokes-side theoretical light intensity. The spectra by I 'S (1) to I 'S (n) are shown.

これら図4、図5から、高い相関と一致度が把握でき、温度測定が有効に行われていることがわかる。 From these FIGS. 4 and 5, it can be seen that the high correlation and the degree of agreement can be grasped, and that the temperature measurement is effectively performed.

次に、温度測定部45は、ステップS1に戻り、前記所定部位の分析が終了していれば、試料Wの別の部位又は別試料Wの分析が開始されるまで待機状態となり、まだ終了していなければ、すなわち、レーザ光が当該所定部位に照射されていれば、再度当該所定部位の温度測定を開始する。そして、測定が終わると、その測定温度を測定時刻及び試料Wの所定部位を示す位置データと対にしてメモリに追加記録するとともに、ラマン分析表示画面中の表示を更新する。 Next, the temperature measuring unit 45 returns to step S1, and if the analysis of the predetermined portion is completed, the temperature measuring unit 45 is in a standby state until the analysis of another portion of the sample W or another sample W is started, and the analysis is still completed. If not, that is, if the laser beam is applied to the predetermined portion, the temperature measurement of the predetermined portion is started again. Then, when the measurement is completed, the measured temperature is additionally recorded in the memory by pairing with the measurement time and the position data indicating the predetermined part of the sample W, and the display on the Raman analysis display screen is updated.

しかして、このようなものであれば、ベースライン補正などを施していない、つまり前処理をしていないラマンスペクトルデータから直接的に温度を測定しているので、前記ベースライン補正などといった、負荷が大きくかつ不確実性の残る演算が不要となり、短時間で連続的に、かつ正確な温度測定が可能となる。この温度測定結果を用いれば、例えば、試料に対する温度損傷の可能性をリアルタイムで判断することができる。またラマン散乱光を利用して温度測定しているので、励起光が照射されている部位における試料の温度をピンポイントで測定できる。 However, in such a case, since the temperature is measured directly from the Raman spectrum data that has not been subjected to baseline correction, that is, that has not been preprocessed, the load such as the baseline correction is performed. It eliminates the need for large and uncertain calculations, and enables continuous and accurate temperature measurement in a short time. Using this temperature measurement result, for example, the possibility of temperature damage to the sample can be determined in real time. Moreover, since the temperature is measured using Raman scattered light, the temperature of the sample at the site irradiated with the excitation light can be measured pinpointly.

また、前処理が不要で、ラマンスペクトル形状やラマンバンドにかかわらず温度測定できるので、試料の組成等に対する依存性もない。このことは、例えば、組成が均一でない試料の各部位の温度マッピングデータを容易に取得できるという効果に繋がる。マッピング過程で元素や組成が変わってバンドが変わっても温度測定への影響が極めて小さいからである。 Further, since no pretreatment is required and the temperature can be measured regardless of the Raman spectrum shape and Raman band, there is no dependence on the composition of the sample and the like. This leads to the effect that, for example, temperature mapping data of each part of the sample whose composition is not uniform can be easily obtained. This is because even if the element or composition changes during the mapping process and the band changes, the effect on temperature measurement is extremely small.

さらに、本実施形態では、n個の多点データによる相関、いいかえればスペクトル形状同士の相関から温度を測定しているので、ラマンスペクトルの局所的なノイズによる強度のぶれの影響を受けにくく、測定精度を担保できる。
また、測定温度をその測定時刻及び測定部位と対にしてログ記録しているので、分析と同時での温度検証のみならず、試料分析後に、そのログ記録による温度検証を行うこともできる。
Further, in the present embodiment, since the temperature is measured from the correlation of n multipoint data, in other words, the correlation between the spectral shapes, the temperature is less likely to be affected by the intensity fluctuation due to the local noise of the Raman spectrum, and the measurement is performed. Accuracy can be guaranteed.
Further, since the measured temperature is recorded as a pair with the measurement time and the measurement site, not only the temperature verification at the same time as the analysis but also the temperature verification by the log recording can be performed after the sample analysis.

本実施形態では、励起光の波数からストークス側及びアンチストークス側のそれぞれに同一シフト波数だけシフトさせた波数でのラマン散乱光の強度(検出光強度)用いる。しかしながら、分光器によって、励起光の波数から同一シフト波数だけシフトさせた波数に分光することは理論的には可能であるとしても実際には極めて難しい。
そこで本実施形態では、補間によって波数について実質的に連続するストークス側及びアンチストークス側のスペクトルデータを算出し、これらスペクトルデータから、異なる複数のシフト波数での前記ストークス側検出光強度及びアンチストークス側検出光強度をそれぞれ算出するようにしている。この補間には大きな演算負荷はかからないので、ラマン分光に用いられる一般的な分光器を用いながら、精度のよい温度測定することが可能になる。
In the present embodiment, the intensity of Raman scattered light (detection light intensity) at a wave number shifted by the same shift wave number to each of the Stokes side and the anti-Stokes side from the wave number of the excitation light is used. However, it is practically extremely difficult to use a spectroscope to separate the wave number of the excitation light into a wave number shifted by the same shift wave number, even if it is theoretically possible.
Therefore, in the present embodiment, spectral data on the Stokes side and anti-Stokes side that are substantially continuous with respect to the wave number are calculated by interpolation, and the Stokes side detected light intensity and the anti-Stokes side at a plurality of different shift wave numbers are calculated from these spectral data. The detected light intensity is calculated respectively. Since this interpolation does not impose a large computational load, it is possible to measure the temperature with high accuracy while using a general spectroscope used for Raman spectroscopy.

なお、本発明は前記実施形態に限られない。
例えば、前記実施形態では、ストークス側理論光強度を算出し、これとストークス側検出光強度との相関に基づいて試料温度を測定したが、アンチストークス側理論光強度を算出し、これとアンチストークス側検出光強度との相関に基づいて試料温度を測定してもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment.
For example, in the above embodiment, the Stokes side theoretical light intensity is calculated and the sample temperature is measured based on the correlation between this and the Stokes side detected light intensity, but the anti-Stokes side theoretical light intensity is calculated and this and Anti-Stokes. The sample temperature may be measured based on the correlation with the side detection light intensity.

予め測定され取得されたラマンスペクトルデータ(具体的には原ラマンスペクトルデータ)から、試料温度を事後的に算出するようにしてもよい。その際、手動計算で温度を算出することもできる。参考までに、手動計算の場合のフローチャートを図6に示しておく。このようにすれば、過去に取得されたラマン分光法によるデータの温度検証をすることなどが可能になる。 The sample temperature may be calculated ex post facto from the Raman spectrum data (specifically, the original Raman spectrum data) measured and acquired in advance. At that time, the temperature can be calculated manually. For reference, FIG. 6 shows a flowchart in the case of manual calculation. In this way, it becomes possible to verify the temperature of the data acquired in the past by Raman spectroscopy.

例えば、前記理論式は、式(数1)を等価変換した以下の式(数2)として表すこともできる。

Figure 2022041186000003
この式(数2)では左辺がストークス側光強度とアンチストークス側光強度との比になっている。 For example, the theoretical formula can be expressed as the following formula (Equation 2) obtained by equivalent conversion of the formula (Equation 1).
Figure 2022041186000003
In this equation (Equation 2), the left side is the ratio of the Stokes side light intensity and the anti-Stokes side light intensity.

そこで、仮定温度Tを式(数2)の右辺に代入して右辺値を算出する一方、検出したストークス側検出光強度とアンチストークス側検出光強度とを式(数2)の左辺に代入して左辺値を算出し、右辺値が左辺値に近づくように、すなわち相関が高くなるように仮定温度を次々変更していき、前記実施形態同様、その相関が所定の閾値以上となった時の仮定温度を測定温度としてもよい。 Therefore, the assumed temperature T is substituted into the right-hand side of the equation (Equation 2) to calculate the right-hand side value, while the detected Stokes-side detected light intensity and the anti-Stokes-side detected light intensity are substituted into the left-hand side of the equation (Equation 2). The lvalue is calculated, and the assumed temperature is changed one after another so that the rvalue approaches the lvalue, that is, the correlation becomes high, and the correlation becomes equal to or higher than a predetermined threshold as in the above embodiment. The assumed temperature may be the measured temperature.

要するに、仮定温度とストークス側検出光強度及びアンチストークス側検出光強度との関係に対しての、前記理論式で表される当該関係の相関を求め、その相関が最も高くなる、又は所定の閾値を超えるときの仮定温度を測定温度とすればよい。前記実施形態もこの概念に含まれる温度測定を行っている。 In short, the correlation of the relationship expressed by the above theoretical formula with respect to the relationship between the assumed temperature and the Stokes-side detected light intensity and the anti-Stokes-side detected light intensity is obtained, and the correlation becomes the highest or a predetermined threshold value. The measured temperature may be the assumed temperature when the temperature exceeds. The above-described embodiment also performs temperature measurement included in this concept.

なお、理論式である前記数1及び数2は波数の三乗式を用いているが、これは、光センサとしてCCDなどフォトンカウントによるものを用いた場合である。例えばラディエータなどエネルギーベースの光センサを用いる場合は、理論式として、前記数1又は数2の3乗項が下記数3のように4乗項となる。

Figure 2022041186000004
The theoretical formulas 1 and 2 use a wavenumber cubed formula, but this is a case where a photon count sensor such as a CCD is used as the optical sensor. For example, when an energy-based optical sensor such as a radiator is used, as a theoretical formula, the cube term of the equation 1 or 2 becomes a fourth term as in the equation 3 below.
Figure 2022041186000004

前記実施形態では、仮定温度を初期値から出発して次々と変更したが、最初から仮定温度の変更範囲及び/又は変更幅を決めておき、それら予め定められた複数の仮定温度での各理論光強度を算出して、これらを検出光強度と比較し、その中で、最も相関の高い仮定温度をもって、測定温度としても構わない。
温度測定の精度がやや落ちる場合はあるものの、相関値があらかじめ定めた閾値を超えたときの仮定温度をもって測定温度としても構わない。
In the above embodiment, the assumed temperature is changed one after another starting from the initial value, but the change range and / or the change width of the assumed temperature is determined from the beginning, and each theory at a plurality of predetermined assumed temperatures is determined. The light intensity may be calculated, these may be compared with the detected light intensity, and the hypothetical temperature having the highest correlation may be used as the measurement temperature.
Although the accuracy of temperature measurement may be slightly reduced, the assumed temperature when the correlation value exceeds a predetermined threshold value may be used as the measured temperature.

温度表示の形式についても種々変形が可能である。例えば、前記実施形態では、測定温度が数値表示され、最新値に次々更新されたが、例えば、測定温度が前回の測定温度を超えた時だけ更新する、つまり測定の最大値のみを表示するようにしてもよいし、数値ではなく、測定時刻を横軸、測定温度を縦軸とするようなグラフを表示するようにしてもよい。 The format of the temperature display can also be modified in various ways. For example, in the above embodiment, the measured temperature is numerically displayed and updated to the latest value one after another, but for example, it is updated only when the measured temperature exceeds the previous measured temperature, that is, only the maximum value of the measurement is displayed. Alternatively, a graph may be displayed in which the measurement time is on the horizontal axis and the measurement temperature is on the vertical axis instead of the numerical values.

試料をマッピング分析する、例えば顕微ラマン分光分析装置の場合、図7に示すように、画面表示されている試料の分析部位ごとに、例えば分析カーソルを当てるとその部位で分析した際の測定温度が表示されるようにするなどしても構わない。また、試料の温度のみを色分けで表示した画面例を図8に示す。
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて、種々の変形や実施形態の組合せを行ってもかまわない。
For example, in the case of a micro-Raman spectroscopic analyzer that maps and analyzes a sample, as shown in FIG. 7, for each analysis site of the sample displayed on the screen, for example, when an analysis cursor is applied, the measured temperature at that site is measured. You may make it displayed. Further, FIG. 8 shows an example of a screen in which only the temperature of the sample is displayed in different colors.
In addition, various modifications and combinations of embodiments may be made as long as it does not contradict the gist of the present invention.

100・・・ラマン分光分析装置
45・・・温度測定部(温度測定装置)
W・・・試料
100 ... Raman spectroscopic analyzer 45 ... Temperature measuring unit (temperature measuring device)
W ... Sample

Claims (11)

試料の所定部位に励起光を照射して発生するラマン散乱光において、該励起光の波数からストークス側及びアンチストークス側にそれぞれ所定シフト波数だけシフトさせた波数でのシフト波数ストークス側及びアンチストークス側の光強度であるストークス側光強度及びアンチストークス側光強度を検出するラマン散乱光強度検出ステップと、
前記所定部位の温度を複数仮定する温度仮定ステップと、
ストークス側及びアンチストークス側の各ラマン散乱光の強度と試料温度との理論的な関係である理論関係と、前記ラマン散乱光強度検出ステップで検出された各側の検出光強度と前記温度仮定ステップで仮定された仮定温度との関係である仮定関係との相関を、各仮定温度についてそれぞれ求める相関算出ステップと、
前記相関算出ステップで算出した、各仮定温度での相関に基づいて、前記所定部位の測定温度を特定する温度特定ステップと有することを特徴とする温度測定方法。
In Raman scattered light generated by irradiating a predetermined part of a sample with excitation light, the shift wave number on the Stokes side and the anti-Stokes side is the number of waves shifted from the wave number of the excitation light to the Stokes side and the anti-Stokes side by a predetermined shift wave number, respectively. The Raman scattered light intensity detection step for detecting the Stokes side light intensity and the anti-Stokes side light intensity, which are the light intensities of
A temperature assumption step that assumes a plurality of temperatures of the predetermined part, and
The theoretical relationship between the intensity of each Raman scattered light on the Stokes side and the anti-Stokes side and the sample temperature, the detected light intensity on each side detected in the Raman scattered light intensity detection step, and the temperature assumption step. Correlation calculation step to obtain the correlation with the assumed relationship, which is the relationship with the assumed temperature assumed in, for each assumed temperature.
A temperature measuring method comprising a temperature specifying step for specifying a measurement temperature of a predetermined portion based on a correlation at each assumed temperature calculated in the correlation calculation step.
ストークス側及びアンチストークス側の各ラマン散乱光強度と試料温度との理論的な関係を示す理論式に対し、前記温度仮定ステップで仮定した仮定温度と、前記ラマン散乱光強度検出ステップで検出したいずれか一方側のラマン散乱光強度である検出光強度を当てはめて、他方側の理論的なラマン散乱光強度である理論光強度を算出する理論光強度算出ステップを有し、
前記相関算出ステップでは、前記他方側の理論光強度に対する前記他方側の検出光強度の相関を、前記複数の仮定温度のそれぞれについて求めることを特徴とする請求項1記載の温度測定方法。
For the theoretical formula showing the theoretical relationship between the Raman scattered light intensity and the sample temperature on the Stokes side and the anti-Stokes side, either the assumed temperature assumed in the temperature assumption step or the Raman scattered light intensity detection step detected. It has a theoretical light intensity calculation step that applies the detected light intensity, which is the Raman scattered light intensity on one side, and calculates the theoretical light intensity, which is the theoretical Raman scattered light intensity on the other side.
The temperature measuring method according to claim 1, wherein in the correlation calculation step, the correlation of the detected light intensity on the other side with respect to the theoretical light intensity on the other side is obtained for each of the plurality of assumed temperatures.
前記温度特定ステップにおいて、前記相関が最も高くなるか、または所定の閾値よりも高くなるときの仮定温度を、前記所定部位の測定温度とする請求項1又は2記載の温度測定方法。 The temperature measuring method according to claim 1 or 2, wherein the assumed temperature at which the correlation becomes the highest or becomes higher than a predetermined threshold value in the temperature specifying step is the measured temperature of the predetermined portion. 前記ラマン散乱光強度検出ステップにおいては、異なる複数のシフト波数でのストークス側検出光強度及びアンチストークス側検出光強度をそれぞれ検出し、
前記理論光強度算出ステップにおいては、前記ラマン散乱光強度検出ステップで検出した他方側の各検出光強度にそれぞれ対応する複数の他方側の理論光強度を算出し、
前記相関算出ステップにおいては、前記理論光強度算出ステップで算出した複数の他方側の各理論光強度と、前記ラマン散乱光強度検出ステップで検出した複数の他方側の検出光強度との相関を求めることを特徴とする請求項2記載の温度測定方法。
In the Raman scattered light intensity detection step, the Stokes side detection light intensity and the anti-Stokes side detection light intensity at a plurality of different shift wavenumbers are detected, respectively.
In the theoretical light intensity calculation step, a plurality of theoretical light intensities on the other side corresponding to each detected light intensity on the other side detected in the Raman scattered light intensity detection step are calculated.
In the correlation calculation step, the correlation between each of the plurality of theoretical light intensities on the other side calculated in the theoretical light intensity calculation step and the plurality of detected light intensities on the other side detected in the Raman scattered light intensity detection step is obtained. The temperature measuring method according to claim 2, wherein the temperature is measured.
前記ラマン散乱光強度検出ステップにおいては、分光器を経て光検知器で検知された各ラマン散乱光強度を補間して、波数について連続するストークス側及びアンチストークス側のスペクトルデータを算出し、これらスペクトルデータから、異なる複数のシフト波数でのストークス側検出光強度及びアンチストークス側検出光強度をそれぞれ算出することを特徴とする請求項4記載の温度測定方法。 In the Raman scattered light intensity detection step, each Raman scattered light intensity detected by the light detector via the spectroscope is interpolated to calculate continuous Stokes-side and anti-Stokes-side spectral data for the number of waves, and these spectra are calculated. The temperature measurement method according to claim 4, wherein the Stokes-side detected light intensity and the anti-Stokes-side detected light intensity are calculated from the data at a plurality of different shift wave numbers. 請求項1、2、3、4又は5記載の温度測定方法を用いたラマン分光分析方法であって、
前記ラマン散乱光に基づいて試料の前記所定部位を分析する分析ステップと、
前記分析ステップでの分析過程又は分析結果を表示する表示画面に、前記測定温度を同時に表示する表示ステップとを有することを特徴とするラマン分光分析方法。
A Raman spectroscopic analysis method using the temperature measuring method according to claim 1, 2, 3, 4 or 5.
An analysis step of analyzing the predetermined part of the sample based on the Raman scattered light,
A Raman spectroscopic analysis method comprising a display step for displaying the measured temperature at the same time on a display screen for displaying the analysis process or the analysis result in the analysis step.
前記分析ステップにおける所定部位の分析中に、温度が複数回測定され、前記表示ステップにおいては、温度測定の都度、その測定温度が更新表示される請求項6記載のラマン分光分析方法。 The Raman spectroscopic analysis method according to claim 6, wherein the temperature is measured a plurality of times during the analysis of a predetermined portion in the analysis step, and the measured temperature is updated and displayed each time the temperature is measured in the display step. 試料の所定部位に励起光を照射する光源と、励起光の照射により発生するラマン散乱光を検知する光検知器と、前記光検知器が検知したラマン散乱光に基づいて、前記所定部位の温度を測定する温度測定部とを備え、
前記温度測定部が、
前記光検知器が検知したラマン散乱光に基づいて、該励起光の波数からストークス側及びアンチストークス側にそれぞれ所定シフト波数だけシフトさせた波数でのシフト波数ストークス側及びアンチストークス側の光強度であるストークス側光強度及びアンチストークス側光強度を検出するラマン散乱光強度検出部と、
前記所定部位の温度を複数仮定する温度仮定部と、
ストークス側及びアンチストークス側の各ラマン散乱光の強度と試料温度との理論的な関係である理論関係と、前記ラマン散乱光強度検出部で検出された各側の検出光強度と前記温度仮定部で仮定された仮定温度との関係である仮定関係との相関を、各仮定温度についてそれぞれ求める相関算出部と、
前記相関算出部で算出した、各仮定温度での相関に基づいて、前記所定部位の測定温度を特定する温度特定部と有することを特徴とする温度測定装置。
The temperature of the predetermined part based on the light source that irradiates the predetermined part of the sample with the excitation light, the light detector that detects the Raman scattered light generated by the irradiation of the excitation light, and the Raman scattered light detected by the light detector. Equipped with a temperature measuring unit to measure
The temperature measuring unit
Based on the Raman scattered light detected by the light detector, the shift wave number at the wave number shifted from the wave number of the excitation light to the Stokes side and the anti-Stokes side by a predetermined shift wave number. A Raman scattered light intensity detector that detects a certain Stokes side light intensity and anti-Stokes side light intensity,
A temperature assumption part that assumes a plurality of temperatures of the predetermined part, and a temperature assumption part.
The theoretical relationship between the intensity of each Raman scattered light on the Stokes side and the anti-Stokes side and the sample temperature, the detected light intensity on each side detected by the Raman scattered light intensity detection unit, and the temperature assumption unit. A correlation calculation unit that obtains the correlation with the assumed relationship, which is the relationship with the assumed temperature assumed in, for each assumed temperature.
A temperature measuring device having a temperature specifying unit for specifying a measurement temperature of a predetermined portion based on a correlation at each assumed temperature calculated by the correlation calculating unit.
前記温度測定部が、ストークス側及びアンチストークス側の各ラマン散乱光強度と試料温度との理論的な関係を示す理論式に対し、前記温度仮定部で仮定した仮定温度と、前記ラマン散乱光強度検出部で検出したいずれか一方側のラマン散乱光強度である検出光強度を当てはめて、他方側の理論的なラマン散乱光強度である理論光強度を算出する理論光強度算出部をさらに有し、
前記相関算出部が、前記他方側の理論光強度に対する前記他方側の検出光強度の相関を、前記複数の仮定温度のそれぞれについて求めることを特徴とする請求項8記載の温度測定装置。
The temperature measuring unit has the assumed temperature assumed by the temperature assumption unit and the Raman scattered light intensity with respect to the theoretical formula showing the theoretical relationship between the Raman scattered light intensity on the Stokes side and the anti-Stokes side and the sample temperature. It also has a theoretical light intensity calculation unit that applies the detected light intensity, which is the Raman scattered light intensity on either side, detected by the detection unit, and calculates the theoretical light intensity, which is the theoretical Raman scattered light intensity on the other side. ,
The temperature measuring device according to claim 8, wherein the correlation calculation unit obtains the correlation of the detected light intensity on the other side with respect to the theoretical light intensity on the other side for each of the plurality of assumed temperatures.
請求項8又は9記載の温度測定装置を有するラマン分光分析装置であって、
前記ラマン散乱光に基づいて試料の前記所定部位を分析する分析部と、
前記分析部での分析過程又は分析結果と前記測定温度とを同時に同一画面に表示する表示部とを備えたラマン分光分析装置。
A Raman spectroscopic analyzer having the temperature measuring device according to claim 8 or 9.
An analysis unit that analyzes the predetermined part of the sample based on the Raman scattered light, and
A Raman spectroscopic analyzer provided with a display unit that simultaneously displays the analysis process or analysis result in the analysis unit and the measurement temperature on the same screen.
試料の所定部位に励起光を照射する光源と、励起光の照射により発生するラマン散乱光を検知する光検知器とを備えたラマン分光分析装置又は温度測定装置に適用されるプログラムであって、
前記光検知器が検知したラマン散乱光に基づいて、該励起光の波数からストークス側及びアンチストークス側にそれぞれ所定シフト波数だけシフトさせた波数でのシフト波数ストークス側及びアンチストークス側の光強度であるストークス側光強度及びアンチストークス側光強度を検出するラマン散乱光強度検出部と、
前記所定部位の温度を複数仮定する温度仮定部と、
ストークス側及びアンチストークス側の各ラマン散乱光の強度と試料温度との理論的な関係である理論関係と、前記ラマン散乱光強度検出部で検出された各側の検出光強度と前記温度仮定部で仮定された仮定温度との関係である仮定関係との相関を、各仮定温度についてそれぞれ求める相関算出部と、
前記相関算出部で算出した、各仮定温度での相関に基づいて、前記所定部位の測定温度を特定する温度特定部としての機能を発揮させることを特徴とするプログラム。
A program applied to a Raman spectroscopic analyzer or a temperature measuring device equipped with a light source that irradiates a predetermined portion of a sample with excitation light and a light detector that detects Raman scattered light generated by irradiation of the excitation light.
Based on the Raman scattered light detected by the light detector, the shift wave number at the wave number shifted from the wave number of the excitation light to the Stokes side and the anti-Stokes side by a predetermined shift wave number. A Raman scattered light intensity detector that detects a certain Stokes side light intensity and anti-Stokes side light intensity,
A temperature assumption part that assumes a plurality of temperatures of the predetermined part, and a temperature assumption part.
The theoretical relationship between the intensity of each Raman scattered light on the Stokes side and the anti-Stokes side and the sample temperature, the detected light intensity on each side detected by the Raman scattered light intensity detection unit, and the temperature assumption unit. A correlation calculation unit that obtains the correlation with the assumed relationship, which is the relationship with the assumed temperature assumed in, for each assumed temperature.
A program characterized by exerting a function as a temperature specifying unit that specifies the measured temperature of the predetermined portion based on the correlation at each assumed temperature calculated by the correlation calculation unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20220011174A1 (en) * 2020-07-09 2022-01-13 Guoxing Huijin Shenzhen Technology Co., Ltd. Temperature measuring method of distributed multi-section optical fibers, system and storage medium

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