JP2023032387A - Raman spectroscope device and method for measuring raman spectrum - Google Patents

Raman spectroscope device and method for measuring raman spectrum Download PDF

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勉 井上
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Abstract

To provide a spectroscope device capable of effectively removing/reducing an influence of fluorescent light from spectrum data.SOLUTION: A Raman spectroscope device comprises means 11 for setting a region irradiated with excitation light on a sample, means 16 for setting a taking-in region for light on the sample, a spectroscope 17 for spectral detection on light from the taking-in region, and processing means 30 for spectrum data. The taking-in region setting means 16 sets the taking-in region so that spatial resolution on the sample is high in primary measurement and the spatial resolution on the sample is low in base measurement. The data processing means 30 includes a coefficient calculation part 35 which calculates a base line coefficient on the basis of variation in intensity of a fluorescent component of spectrum data on the base measurement corresponding to differences of measurement conditions, and a difference spectrum calculation part 34 which calculates a difference spectrum between the result obtained by multiplying spectrum data of the base measurement by a base line coefficient and spectrum data of the primary measurement.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はラマンスペクトルの測定方法に関し、特に、測定スペクトルデータのベースラインを補正する方法に関する。 The present invention relates to a method of measuring Raman spectra, and more particularly to a method of correcting the baseline of measured spectral data.

物質は、特定の波長の光によって励起されると、その励起光の波長とは異なる幾つかの波長の光を散乱する(ラマン散乱光)。励起光の波数とラマンピークの波数との差は、ラマンシフトと呼ばれ、物質中の分子の振動や回転等に応じて定まる。そのため、横軸にラマンシフトをとり、縦軸にラマンピーク強度をとったラマンスペクトルは、その物質の同定に利用することができる。 When a substance is excited by light of a specific wavelength, it scatters light of some wavelength different from the wavelength of the excitation light (Raman scattered light). The difference between the wavenumber of the excitation light and the wavenumber of the Raman peak is called Raman shift, which is determined according to the vibration, rotation, etc. of molecules in the substance. Therefore, a Raman spectrum in which the horizontal axis represents the Raman shift and the vertical axis represents the Raman peak intensity can be used to identify the substance.

一方で、ラマン散乱光は、励起光と同じ波長のレイリー散乱光よりも10-6倍ほど微弱な光であり、ラマン散乱光のスペクトル測定においては物質からの蛍光の影響を大きく受けることになる。 On the other hand, the Raman scattered light is about 10 −6 times weaker than the Rayleigh scattered light of the same wavelength as the excitation light, and the spectrum measurement of the Raman scattered light is greatly affected by the fluorescence from the substance. .

従来のラマンスペクトル測定における蛍光の影響を次の2つに分けて説明する。1つ目は、蛍光成分が比較的広帯域にわたるために、スペクトルのベースラインが上昇してしまい、微弱なラマンピークが埋もれてしまうことである。2つ目は、蛍光成分が分析装置内のフィルム等の光学素子によって干渉縞を形成し、これがベースラインを波状に変形してしまうことである。これらのベースラインの上昇や変形は、試料の定性分析のためのスペクトルサーチにおいて正答率を下げる原因になると考えられる。 The influence of fluorescence in conventional Raman spectrum measurement is divided into the following two and explained. First, since the fluorescence component covers a relatively broad band, the baseline of the spectrum rises and the weak Raman peak is buried. The second problem is that the fluorescence component forms interference fringes by an optical element such as a film in the analyzer, which distorts the baseline into a wavy shape. These baseline elevations and deformations are considered to be the cause of a lower correct answer rate in spectral searches for qualitative analysis of samples.

従って、ラマンスペクトル測定においては、蛍光の影響の除去・軽減、すなわち、ベースラインの適切な補正が特に重要になる。 Therefore, in Raman spectrum measurement, removal/mitigation of the influence of fluorescence, that is, appropriate correction of the baseline, is particularly important.

蛍光回避のための一般的な手法として、励起光の波長を長波長側に変更するという手法がある。例えば532nm励起光の場合、物質によっては蛍光成分が大きく生じて、ラマンピークが埋もれてしまう場合がある。この励起光の波長を例えば1064nmに変更することで、蛍光成分の発生を抑えることができ、ラマンピークを確認することができる場合がある。 As a general method for avoiding fluorescence, there is a method of changing the wavelength of excitation light to the longer wavelength side. For example, in the case of 532 nm excitation light, depending on the substance, a large fluorescent component may be generated and the Raman peak may be buried. By changing the wavelength of this excitation light to, for example, 1064 nm, it is possible to suppress the generation of fluorescence components, and in some cases it is possible to confirm the Raman peak.

また、測定したスペクトルのベースラインを補正する方法についても、様々な提案があり、特許文献1の例では、測定スペクトルデータに対して半円や半楕円等の形状データを設定して、ベースラインをソフトウェア的に推定することにより、ベースラインが平坦になるように補正される。 Various proposals have also been made for methods of correcting the baseline of the measured spectrum. is software-estimated, the baseline is corrected to be flat.

特許4966337号公報Japanese Patent No. 4966337

しかし、従来の手法においても、蛍光成分によるベースラインの上昇を十分に除去しきれない場合もあり、また、蛍光の干渉縞によるベースラインの変形を十分に除去しきれない場合がある。本発明の目的は、これまでの手法とは異なる新規な手法で、測定スペクトルへの蛍光の影響を効果的に除去・軽減することが可能なラマン分光装置、およびラマンスペクトルの測定方法を提供することにある。 However, even with the conventional method, there are cases where the elevation of the baseline due to the fluorescence component cannot be sufficiently removed, and the deformation of the baseline due to the interference fringes of the fluorescence cannot be sufficiently removed. An object of the present invention is to provide a Raman spectrometer and a Raman spectrum measurement method that can effectively remove or reduce the influence of fluorescence on a measurement spectrum by a novel method different from conventional methods. That's what it is.

すなわち、本発明に係るラマン分光装置は、
単一波長の励起光の光源と、試料を載置するステージと、試料上での励起光の照射領域を設定する照射領域設定手段と、試料上での光の取り込み領域を設定する取り込み領域設定手段と、前記取り込み領域からの光を分光検出する分光器と、前記分光器からの検出値に基づくスペクトルデータを処理するデータ処理手段と、を備えるラマン分光装置であって、
前記光源、前記照射領域設定手段、前記取り込み領域設定手段のうちの少なくとも1つが、本測定の測定条件として、前記スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合が比較的大きくなるように、前記取り込み領域、前記照射領域、および励起光強度のうちの少なくとも1つを設定し、および
ベース測定の測定条件として、前記スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合が比較的小さくなるように、前記取り込み領域、前記照射領域、および励起光強度のうちの少なくとも1つを設定するように構成され、
前記データ処理手段は、
測定条件の違いに応じたベース測定のスペクトルデータの蛍光成分の強度変化率を算出し、当該強度変化率に基づくベースライン係数を算出する係数算出部、および
前記ベース測定のスペクトルデータに前記ベースライン係数を付与したものと、前記本測定のスペクトルデータと、の差スペクトルを算出する差スペクトル算出部と、を含む、ことを特徴とする。
That is, the Raman spectroscopic device according to the present invention is
A light source for excitation light of a single wavelength, a stage on which a sample is placed, an irradiation area setting means for setting an irradiation area of the excitation light on the sample, and a capture area setting for setting a light capturing area on the sample. means, a spectroscope for spectrally detecting light from the capture region, and a data processing means for processing spectral data based on detection values from the spectroscope, wherein
At least one of the light source, the irradiation region setting means, and the capture region setting means sets the capture region so that the ratio of the Raman peak to the fluorescence component in the spectral data is relatively large as the measurement conditions for the main measurement. , the illumination region, and excitation light intensity, and as measurement conditions for base measurement, the acquisition region so that the ratio of Raman peaks to fluorescence components in the spectral data is relatively small; configured to set at least one of the irradiation area and excitation light intensity;
The data processing means are
a coefficient calculation unit that calculates an intensity change rate of a fluorescence component of base measurement spectral data according to a difference in measurement conditions and calculates a baseline coefficient based on the intensity change rate; It is characterized by including a difference spectrum calculation unit for calculating a difference spectrum between the spectrum data to which the coefficient is assigned and the spectrum data of the main measurement.

前記取り込み領域設定手段は、前記本測定の測定条件として、前記取り込み領域の面積を狭くし、前記ベース測定の測定条件として、前記取り込み領域の面積を広くするように構成されていてもよい。 The capture region setting means may be configured to narrow the area of the capture region as the measurement condition of the main measurement and widen the area of the capture region as the measurement condition of the base measurement.

前記取り込み領域設定手段は、前記分光器が取り込む光を制限する開口部を有し、当該開口部の形状または大きさを変更するように構成されていていてもよい。 The capturing area setting means may have an opening for limiting light captured by the spectroscope, and may be configured to change the shape or size of the opening.

前記照射領域設定手段は、前記本測定の測定条件として、前記照射領域の中心と前記取り込み領域の中心とのオフセット量を零または小さくし、前記ベース測定の測定条件として、前記照射領域の中心と前記取り込み領域の中心とのオフセット量を大きくするように構成されていてもよい。 The irradiation area setting means sets an offset amount between the center of the irradiation area and the center of the capture area to be zero or small as the measurement condition of the main measurement, and sets the offset amount between the center of the irradiation area and the center of the irradiation area as the measurement condition of the base measurement. It may be configured to increase the amount of offset from the center of the capturing area.

前記光源は、前記本測定の測定条件として、励起光の強度を小さくし、前記ベース測定の測定条件として、励起光の強度を大きくするように構成されていてもよい。 The light source may be configured to reduce the intensity of the excitation light as the measurement condition for the main measurement and to increase the intensity of the excitation light as the measurement condition for the base measurement.

さらに、試料への励起光の露光時間を設定する露光時間設定手段を備え、前記露光時間設定手段は、前記本測定の測定条件として、前記露光時間を長く設定し、前記ベース測定の測定条件として、前記露光時間を短く設定するように構成されていてもよい。 Furthermore, the exposure time setting means for setting the exposure time of the excitation light to the sample is provided, and the exposure time setting means sets the exposure time to be long as the measurement condition of the main measurement, and sets the exposure time to be long as the measurement condition of the base measurement. , the exposure time may be set short.

また、本発明に係るラマンスペクトルの測定方法は、
単一波長の励起光で励起された試料からの光を分光器に取り込んでラマンスペクトルを測定する方法であって、
試料上での励起光の照射領域を設定する照射領域設定手順と、試料上での光の取り込み領域を設定する取り込み領域設定手順と、励起光を照射する照射手順と、分光器からの検出値に基づいてスペクトルデータを取得する手順と、前記スペクトルデータを処理するデータ処理手順と、を含み、
前記照射領域設定手順、前記取り込み領域設定手順および前記照射手順のうちの少なくとも1つの手順では、
本測定の測定条件として、前記スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合が比較的大きくなるように、前記取り込み領域、前記照射領域、および励起光強度のうちの少なくとも1つを設定すること、および
ベース測定の測定条件として、前記スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合が比較的小さくなるように、前記取り込み領域、前記照射領域、および励起光強度のうちの少なくとも1つを設定すること、の2通りをおこない、
前記データ処理手順は、
測定条件の違いに応じたベース測定のスペクトルデータの蛍光成分の強度変化率を算出し、当該強度変化率に基づくベースライン係数を算出する係数算出手順、および
前記ベース測定のスペクトルデータに前記ベースライン係数を付与したものと、前記本測定のスペクトルデータと、の差スペクトルを算出する差スペクトル算出手順、を含む、
ことを特徴とする。
Further, the method for measuring a Raman spectrum according to the present invention is
A method for measuring a Raman spectrum by capturing light from a sample excited with a single wavelength excitation light into a spectroscope,
Irradiation area setting procedure for setting the excitation light irradiation area on the sample, capture area setting procedure for setting the light capture area on the sample, irradiation procedure for irradiating the excitation light, and detection values from the spectrometer and a data processing procedure for processing said spectral data,
In at least one of the irradiation area setting procedure, the capturing area setting procedure and the irradiation procedure,
As measurement conditions for this measurement, at least one of the capture region, the irradiation region, and the excitation light intensity is set so that the ratio of the Raman peak to the fluorescence component in the spectral data is relatively large; setting at least one of the capture region, the irradiation region, and the excitation light intensity as measurement conditions for the base measurement so that the ratio of Raman peaks to fluorescence components in the spectral data is relatively small; Do two ways,
Said data processing procedure comprises:
A coefficient calculation procedure for calculating the intensity change rate of the fluorescence component of the base measurement spectrum data according to the difference in measurement conditions, and calculating a baseline coefficient based on the intensity change rate; including a difference spectrum calculation procedure for calculating a difference spectrum between the spectrum data to which the coefficient is assigned and the spectrum data of the main measurement;
It is characterized by

前記係数算出手順は、測定条件の異なる複数回のベース測定によるスペクトルデータに基づいて前記ベースライン係数を算出するようにしてもよい。 In the coefficient calculation procedure, the baseline coefficient may be calculated based on spectrum data obtained by a plurality of base measurements under different measurement conditions.

前記データ処理手順は、前記差スペクトル算出手順の後、前記差スペクトルのベースラインを平坦化するベースライン平坦化手順を含んでいてもよい。 The data processing procedure may include, after the difference spectrum calculation procedure, a baseline flattening procedure for flattening the baseline of the difference spectrum.

本発明の測定方法は、励起光の波長を長波長側に変更してラマンスペクトルを測定した後に、実行するようにしてもよい。 The measurement method of the present invention may be performed after changing the wavelength of the excitation light to the longer wavelength side and measuring the Raman spectrum.

以上に示すようにラマンスペクトル測定を実行すれば、ベースラインの上昇(広い波数域にわたる蛍光成分の影響)、およびベースラインの変形(蛍光による干渉縞成分の影響)が補正されたラマンスペクトルデータを取得することができて、このようなラマンスペクトルデータを用いた物質分析の正答率の向上が得られる。 If the Raman spectrum measurement is performed as shown above, the Raman spectrum data corrected for baseline elevation (effect of fluorescence component over a wide wavenumber range) and baseline deformation (effect of interference fringe component due to fluorescence) can be obtained. can be obtained, and the correct answer rate of substance analysis using such Raman spectrum data can be improved.

一実施形態に係るラマン分光装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a Raman spectrometer according to one embodiment; FIG. 前記装置にて2種類の開口部による取り込み領域の違いを示す図である。It is a figure which shows the difference of the taking-in area|region by two types of opening parts in the said apparatus. 前記装置を用いたラマンスペクトル測定の手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of Raman spectrum measurement using the said apparatus. 第1の測定条件で実際に測定したラマンスペクトル図である。It is a Raman spectrum diagram actually measured under the first measurement condition. 第2の測定条件で実際に測定したラマンスペクトルの図である。FIG. 10 is a diagram of Raman spectra actually measured under the second measurement conditions; 第3の測定条件で実際に測定したラマンスペクトルの図である。It is a figure of the Raman spectrum actually measured on the 3rd measurement conditions. 空間的オフセットによる検証についての説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of verification using a spatial offset; 前記検証において、蛍光面積とラマン面積の分布を算出した結果を示す図。The figure which shows the result of having calculated the distribution of the fluorescence area and the Raman area in the said verification. 矩形スリットおよびピンホールスリットを使ってそれぞれ測定したスペクトルデータを示す図である。FIG. 4 shows spectral data measured using a rectangular slit and a pinhole slit, respectively;

以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。図1は、本発明のラマン分光装置の一実施形態である顕微レーザーラマン分光光度計(以下、ラマン分光装置と呼ぶ。)の概略構成図である。ラマン分光装置は、励起光(レーザー光)の照射に伴う試料Sからのラマン散乱光を分光検出し、ラマンスペクトルを取得するための装置である。本実施形態における測定対象は、固形サンプル(PEEK樹脂など)、粉体サンプル(セルロース粉末など)、液体サンプル(ウイスキーなどの色のついた液体など)など幅広い。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a microscopic laser Raman spectrophotometer (hereinafter referred to as a Raman spectrophotometer), which is an embodiment of the Raman spectrometer of the present invention. The Raman spectrometer is a device for spectroscopically detecting Raman scattered light from the sample S accompanying irradiation of excitation light (laser light) to obtain a Raman spectrum. A wide range of objects to be measured in this embodiment include solid samples (such as PEEK resin), powder samples (such as cellulose powder), and liquid samples (such as colored liquids such as whiskey).

図1には、ラマン分光装置の骨格になる構成を示す。すなわち、ラマン分光装置は、共焦点光学系の構成として、試料用の可動ステージ11と、対物レンズ12と、励起光を試料側へ反射するとともに試料Sからの光を透過するビームスプリッタ(BS)13(またはダイクロイックミラーDM)と、レイリー光をカットするためのリジェクションフィルター14と、結像レンズ15と、開口部切換装置16と、分光器17と、CCD検出器18とを備えている。 FIG. 1 shows the configuration that forms the framework of the Raman spectrometer. That is, the Raman spectroscopic apparatus comprises a confocal optical system comprising a movable stage 11 for a sample, an objective lens 12, and a beam splitter (BS) for reflecting excitation light toward the sample and transmitting light from the sample S. 13 (or a dichroic mirror DM), a rejection filter 14 for cutting Rayleigh light, an imaging lens 15, an aperture switching device 16, a spectroscope 17, and a CCD detector .

また、ラマン分光装置は、励起光学系の構成として、レーザー波長切換装置21と、ビームスポット位置変更装置22と、レーザー制御装置23とを備える。レーザー制御装置23は、露光時間設定部24およびレーザー強度設定部25を含んでいる。 The Raman spectrometer also includes a laser wavelength switching device 21, a beam spot position changing device 22, and a laser control device 23 as components of an excitation optical system. The laser control device 23 includes an exposure time setting section 24 and a laser intensity setting section 25 .

また、ラマン分光装置は、スペクトルデータ処理装置30と記憶装置40とを備える。スペクトルデータ処理装置30は、例えばコンピューター等の演算処理装置で構成され、機能ブロックとして、ベースライン補正部31と、ベースライン平坦化処理部32と、ノイズ除去部33とを有する。そして、このベースライン補正部31に、本発明に特徴的な差スペクトル算出部34とベースライン係数算出部35とが含まれている。 The Raman spectroscopic device also includes a spectral data processing device 30 and a storage device 40 . The spectrum data processing device 30 is configured by an arithmetic processing device such as a computer, and has a baseline correction section 31, a baseline flattening processing section 32, and a noise removal section 33 as functional blocks. The baseline correction section 31 includes a difference spectrum calculation section 34 and a baseline coefficient calculation section 35 which are characteristic of the present invention.

なお、記憶装置40には、スペクトルデータ処理装置30にこれらの機能ブロックを実現させるためのデータ処理プログラムが記憶されており、スペクトルデータ処理装置30が適宜、このデータ処理プログラムを実行することによってこれらの機能が発揮されるようになっている。 Note that the storage device 40 stores a data processing program for realizing these functional blocks in the spectral data processing device 30, and the spectral data processing device 30 appropriately executes this data processing program to function is exhibited.

<励起光学系の詳細>
レーザー波長切換装置21は、波長の異なる複数の光源26,27を切換可能に搭載している。選択された波長の光源26,27からの励起光がビームスポット位置変更装置22に向けて出力されるように構成されている。ビームスポット位置変更装置22は、例えば一対のアライメントミラーで構成することができる。一対のアライメントミラーは、光源26,27からの励起光の光軸を調整することが可能で、試料Sと対物レンズ12の位置関係を変えずに、試料上のビームスポットの位置を移動させることができる。
<Details of the excitation optical system>
The laser wavelength switching device 21 is equipped with a plurality of light sources 26 and 27 having different wavelengths in a switchable manner. The excitation light from the light sources 26 and 27 of the selected wavelength is configured to be output toward the beam spot position changing device 22 . The beam spot position changing device 22 can be composed of, for example, a pair of alignment mirrors. A pair of alignment mirrors can adjust the optical axis of the excitation light from the light sources 26 and 27, and move the position of the beam spot on the sample without changing the positional relationship between the sample S and the objective lens 12. can be done.

レーザー制御装置23は、選択された光源26,27を制御する。露光時間設定部24は、設定された露光時間に応じて光源26,27の出力をオン/オフさせる。あるいは、光源26,27の出力窓に設けたシャッターを開閉させてもよい。また、レーザー強度設定部25は、励起光の強度条件にあわせて、光源26,27の出力強度を調整する。あるいは、励起光の光路上に設置された減光フィルターのオン/オフを切り換えて励起光の強度を変更するように構成されている。 A laser controller 23 controls selected light sources 26 , 27 . The exposure time setting unit 24 turns on/off the outputs of the light sources 26 and 27 according to the set exposure time. Alternatively, shutters provided on the output windows of the light sources 26 and 27 may be opened and closed. Also, the laser intensity setting unit 25 adjusts the output intensity of the light sources 26 and 27 according to the intensity condition of the excitation light. Alternatively, it is configured to change the intensity of the excitation light by switching on/off a neutral density filter installed on the optical path of the excitation light.

励起光は、試料上に対物レンズ12を介してスペクトル測定の目的部である微小なビームスポットを形成する。 The excitation light forms a minute beam spot on the sample through the objective lens 12, which is the target part of spectrum measurement.

<共焦点光学系の詳細>
可動ステージ11は、X-Y平面に平行な載置面を有するX-Yの2軸ステージであり、載置される試料上のビームスポットの位置を対物レンズ12の集光位置に位置決めできる。
<Details of the confocal optical system>
The movable stage 11 is an XY biaxial stage having a mounting surface parallel to the XY plane, and can position the beam spot on the mounted sample to the focal position of the objective lens 12 .

対物レンズ12は、カセグレン鏡など本発明の集光光学素子の一例である。対物レンズ12は、励起光のビームスポットを試料上に形成する役目と、ビームスポットおよびその周辺部からの光を集光する役目とを担う。試料Sからの光に含まれるレイリー散乱光はリジェクションフィルター14で取り除かれる。結像レンズ15は、集光された光を、後段の開口部切換装置16に搭載された矩形スリット板16Aやピンホールスリット板16Bなどの開口部で結像し、ビームスポットの中間像を形成する役目がある。なお、図1は、反射光学系の例示であるが、カセグレン鏡などを使用して透過光学系の測定装置を構成してもよい。 The objective lens 12 is an example of a collection optical element of the present invention, such as a Cassegrain mirror. The objective lens 12 has a role of forming a beam spot of the excitation light on the sample and a role of condensing the light from the beam spot and its peripheral portion. Rayleigh scattered light contained in the light from the sample S is removed by the rejection filter 14 . The imaging lens 15 forms an image of the condensed light at an opening such as a rectangular slit plate 16A or a pinhole slit plate 16B mounted in a subsequent aperture switching device 16 to form an intermediate image of the beam spot. have a role to play. Although FIG. 1 is an example of a reflection optical system, a Cassegrain mirror or the like may be used to configure a transmission optical system measuring apparatus.

開口部切換装置16は、少なくとも2種類の開口部を切換可能に構成されている。図1には、一例として、細長形の開口部を有する矩形スリット板16Aと、円形の開口部を有するピンホールスリット板16Bと、をスライド式の共通フレームに保持させて、選択された開口部をオンラインに設置できるように構成したものを示す。開口部の板には、細長形や円形以外にも様々な形状の開口部を形成できる。また、それぞれの形状について大きさの異なる複数の開口部を形成してもよい。 The opening switching device 16 is configured to be able to switch between at least two types of openings. In FIG. 1, as an example, a rectangular slit plate 16A having an elongated opening and a pinhole slit plate 16B having a circular opening are held by a slidable common frame and selected openings are shown. is configured so that it can be installed online. The plate of the opening can have openings of various shapes other than elongated and circular. Also, a plurality of openings having different sizes may be formed for each shape.

分光器17には、一般的な回折格子による分散型分光器を用いている。回折格子からの回折光は、後段のCCD検出器18で結像され、CCD検出器18の2次元に配置された受光素子群によって、帯域ごとのスペクトル値が検出されて、スペクトルデータ処理装置30に出力される。 As the spectroscope 17, a general dispersive spectroscope using a diffraction grating is used. The diffracted light from the diffraction grating is imaged by the CCD detector 18 in the latter stage, and the spectrum value for each band is detected by the two-dimensionally arranged light-receiving elements of the CCD detector 18 , and the spectral data processing device 30 output to

ここで、図2を用いて、2種類の開口部(矩形スリット板16Aおよびピンホールスリット板16B)による取り込み領域の違いを示す。ここで、ビームスポットを試料上の黒丸の領域で示す。その周辺部を、黒丸よりも大きい白丸の領域で示す。 Here, FIG. 2 shows the difference in the capturing area due to the two types of openings (rectangular slit plate 16A and pinhole slit plate 16B). Here, the beam spot is indicated by the black circle area on the sample. The periphery is indicated by a white circle area larger than the black circle.

分光器17に取り込まれる光は、矩形スリット板16Aやピンホールスリット板16Bの開口部によって制限される。つまり、試料上の光の取り込み領域は、この開口部の形状や大きさによって定められる。 Light taken into the spectroscope 17 is restricted by the openings of the rectangular slit plate 16A and the pinhole slit plate 16B. In other words, the light capturing region on the sample is determined by the shape and size of this opening.

図2では、矩形スリット板16Aのスリット幅がビームスポットの結像の大きさと略同じであるが、矩形スリット板16Aの場合、ビームスポットからの光だけでなく、その周辺部からの光の多くも一緒に分光器17に取り込まれる。一方、ピンホールスリット板16Bの場合、特に、その開口部がビームスポットの結像と略同じである場合には、共焦点効果によってビームスポットからの光のみが効率的に分光器17に取り込まれ、矩形スリット板16Aよりも空間分解能の高い状態での測定ができる。 In FIG. 2, the slit width of the rectangular slit plate 16A is approximately the same as the image size of the beam spot. are taken into the spectroscope 17 together. On the other hand, in the case of the pinhole slit plate 16B, especially when the aperture is substantially the same as the image of the beam spot, only the light from the beam spot is efficiently taken into the spectroscope 17 due to the confocal effect. , the measurement can be performed with higher spatial resolution than the rectangular slit plate 16A.

本実施形態では、以上のラマン分光装置を使って、測定条件の異なる少なくとも2通りのスペクトル測定(ベース測定、本測定)を実行することに特徴がある。次の表1に測定条件の例を列挙した。 This embodiment is characterized by performing at least two spectrum measurements (base measurement and main measurement) under different measurement conditions using the above Raman spectrometer. Examples of measurement conditions are listed in Table 1 below.

Figure 2023032387000002
Figure 2023032387000002

条件1では、ベース測定を空間分解能の低い状態で測定し、本測定を空間分解能の高い状態で測定する。例えば、試料上の同じ測定位置に対し、広い取り込み領域と狭い取り込み領域をそれぞれ設定する。表1の条件1A~1Cは、矩形スリットやピンホールスリットの開口部を利用して、光を取り込む領域を試料上に設定する場合である。 Under Condition 1, the base measurement is performed with a low spatial resolution, and the main measurement is performed with a high spatial resolution. For example, a wide capture area and a narrow capture area are set for the same measurement position on the sample. Conditions 1A to 1C in Table 1 are cases in which a rectangular slit or a pinhole slit opening is used to set a light capturing region on the sample.

条件1Aは、例えばスリット幅200μmの矩形スリットと、例えば直径100μmのピンホールスリットとを用いる。矩形スリットを使用する場合は、試料上の取り込み領域でのビームスポットの占める比率が小さくなるようにして、ピンホールスリットを使用する場合は、逆に、その比率が矩形スリットよりも大きくなるようにするとよい。または、ピンホールスリットの直径が、矩形スリットのスリット幅と同じかそれ未満になるようにするとよい。 Condition 1A uses, for example, a rectangular slit with a slit width of 200 μm and a pinhole slit with a diameter of, for example, 100 μm. When using a rectangular slit, the ratio of the beam spot to the capture area on the sample should be small, and when using a pinhole slit, the ratio should be larger than that of the rectangular slit. do it. Alternatively, the diameter of the pinhole slit should be equal to or less than the slit width of the rectangular slit.

条件1B、1Cでは、矩形スリットやピンホールスリットのサイズを変更する。例えば、試料上の同じ測定位置に対し、ベース測定では開口部の大きいものを使用し、本測定では開口部の小さいものを使用する。 Conditions 1B and 1C change the size of the rectangular slit and the pinhole slit. For example, for the same measurement position on the sample, the base measurement uses a larger aperture and the main measurement uses a smaller aperture.

なお、本測定でピンホールスリットを用いる場合は、ピンホールスリットによる光の取り込み領域をビームスポットに一致させてもよいし、あるいは、光の取り込み領域をビームスポットの領域に完全に入れてもよい。本実施形態では、これらの条件設定が開口部切換装置16の動作によって実行される。 When a pinhole slit is used in this measurement, the light capturing area of the pinhole slit may be aligned with the beam spot, or the light capturing area may be completely included in the beam spot area. . In this embodiment, these conditions are set by operating the opening switching device 16 .

条件2では、ビームスポットおよび光の取り込み領域との間隔を変更することによって、空間的オフセットを変える。ベース測定ではオフセット状態とし、上記の間隔を大きくする。本測定では、一致状態、つまり上記の間隔を零とするか、オフセット状態であっても間隔を小さくする。なお、ビームスポットを固定して、取り込み領域の位置を移動させてもよい。あるいは、取り込み領域を固定して、図1のビームスポット位置変更装置22の動作によってビームスポットの位置を移動させてもよい。 Condition 2 changes the spatial offset by changing the spacing between the beam spot and the light capture area. The base measurement is offset and the above interval is increased. In this measurement, the interval is set to zero in the matched state, ie, the interval is reduced even in the offset state. Note that the beam spot may be fixed and the position of the capturing area may be moved. Alternatively, the capturing area may be fixed and the position of the beam spot may be moved by operation of the beam spot repositioning device 22 of FIG.

条件3は、ベース測定において励起光の強度を大きくし、本測定においては励起光の強度を小さくする。この条件設定は、図1のレーザー強度設定部25の動作によって実行される。 Condition 3 increases the intensity of the excitation light in the base measurement and decreases the intensity of the excitation light in the main measurement. This condition setting is executed by the operation of the laser intensity setting section 25 in FIG.

なお、それぞれの条件に共通する事項として、図1の露光時間設定部24を使って、本測定での励起光の露光時間を、適当な高さのラマンピークが得られるように、ベース測定の際の露光時間よりも長くするとよい。 As a matter common to each condition, using the exposure time setting unit 24 in FIG. The exposure time should be longer than the actual exposure time.

<ラマンスペクトルの測定方法>
図3に、空間分解能を変更してラマンスペクトルを測定する場合(例えば、表1の条件1B)の手順を示す。なお、図4~6に、具体的な3つの測定条件で粉末セルロースのサンプルのラマンスペクトルを測定した結果を示す。
<Method for measuring Raman spectrum>
FIG. 3 shows a procedure for measuring a Raman spectrum by changing the spatial resolution (for example, condition 1B in Table 1). 4 to 6 show the results of measuring Raman spectra of powdered cellulose samples under three specific measurement conditions.

本実施形態に係る測定方法は、従来の蛍光回避の手法である励起光の波長の最適化を実行した後に、さらに続けて開始するようにしてもよい。励起光の波長切換は、図1のレーザー波長切換装置21を使う。励起光の波長を長波長側に変更してラマンスペクトルを測定しても、蛍光の影響を十分に除去できない場合があるが、本実施形態の測定方法を実行することによって、そのような蛍光の影響を除去・軽減させることができる場合がある。 The measurement method according to the present embodiment may be started after optimizing the wavelength of the excitation light, which is a conventional technique for avoiding fluorescence. The wavelength switching of excitation light uses the laser wavelength switching device 21 of FIG. Even if the wavelength of the excitation light is changed to the long wavelength side and the Raman spectrum is measured, the influence of fluorescence may not be sufficiently removed, but by performing the measurement method of the present embodiment, such fluorescence can be eliminated. In some cases, the impact can be eliminated or mitigated.

まず、可動ステージ11に載置した試料上の測定位置を指定する(手順S10)。次に、可動ステージ11を動作させて、測定位置にビームスポット位置を合わせることによって、ビームスポットを設定する(手順S12)。次に、幅広の矩形スリット板と幅狭の矩形スリット板を搭載した開口部切換装置16を動作させて、幅広の矩形スリットを光路上に設定する(手順S14)。 First, a measurement position on the sample placed on the movable stage 11 is specified (step S10). Next, a beam spot is set by operating the movable stage 11 and aligning the beam spot position with the measurement position (step S12). Next, the aperture switching device 16 equipped with a wide rectangular slit plate and a narrow rectangular slit plate is operated to set a wide rectangular slit on the optical path (step S14).

ベース測定を実行する(手順S16)。ベース測定では、まず、光源26,27からの励起光をビームスポット位置に照射すると、試料からの光のうちの幅広の矩形スリット板の開口部を通過した光のみが分光器17に取り込まれる。分光器17は、帯域ごとのスペクトル値を検出するので、その検出値をスペクトルデータ処理装置30に読み込ませる。なお、ベース測定での露光は短い時間にする。 Base measurement is performed (step S16). In the base measurement, first, when excitation light from the light sources 26 and 27 is irradiated to the beam spot position, only the light from the sample that has passed through the opening of the wide rectangular slit plate is taken into the spectroscope 17 . Since the spectroscope 17 detects spectral values for each band, the spectral data processing device 30 reads the detected values. The exposure time for base measurement should be short.

ベース測定の完了後、開口部切換装置16を動作させて、幅狭の矩形スリット板を光路上に設定し(手順S18)、ベース測定と同様に、本測定を実行する(手順S20)。本測定では、露光時間をベース測定よりも長くする。 After the base measurement is completed, the aperture switching device 16 is operated to set a narrow rectangular slit plate on the optical path (step S18), and the main measurement is performed in the same manner as the base measurement (step S20). In this measurement, the exposure time is longer than in the base measurement.

以上の手順によって、スペクトルデータ処理装置30が、ベース測定および本測定のそれぞれの検出値の読み取りを終えた後、スペクトルデータ処理装置30によるデータ処理が実行される。 After the spectral data processing device 30 finishes reading the detection values of the base measurement and the main measurement according to the above procedure, the data processing by the spectral data processing device 30 is executed.

図4中の左上に、ベース測定および本測定のスペクトルデータSP10,SP12を示す。ベース測定では、幅200μmの矩形スリットを使い、露光時間を1秒間にした。本測定では、幅100μmの矩形スリットを使い、露光時間を10秒間にした。 The spectrum data SP10 and SP12 of base measurement and main measurement are shown in the upper left of FIG. For base measurements, a 200 μm wide rectangular slit was used with an exposure time of 1 second. In this measurement, a rectangular slit with a width of 100 µm was used and the exposure time was 10 seconds.

図3のデータ処理(手順S22~S40)では、まず、ベースライン係数算出部35の機能によって、ベースライン係数Aが算出される(手順S22)。ここでは、2種類の測定スペクトルのどちらにもラマン散乱光が生じていない波数域を選択し、その波数域に生じている蛍光成分(例えば蛍光成分に該当するスペクトル面積)の強度変化率を算出する。そして、この強度変化率に基づいてベースライン係数Aを算出する。 In the data processing (steps S22 to S40) of FIG. 3, first, the baseline coefficient A is calculated by the function of the baseline coefficient calculator 35 (step S22). Here, a wavenumber region in which no Raman scattered light occurs in either of the two types of measurement spectra is selected, and the intensity change rate of the fluorescence component (for example, the spectral area corresponding to the fluorescence component) occurring in that wavenumber region is calculated. do. Then, the baseline coefficient A is calculated based on this intensity change rate.

次に、ベースライン係数Aを使って、本測定のスペクトルデータとベース測定のスペクトルデータの差スペクトルを算出する(手順S24)。ここでは、ベース測定のスペクトルデータにベースライン係数Aを掛け合わせて、本測定のスペクトルデータとの差分を取る。以上までの処理が、本実施形態に係るベースライン補正である。 Next, using the baseline coefficient A, a difference spectrum between the spectrum data of the main measurement and the spectrum data of the base measurement is calculated (step S24). Here, the spectral data of the base measurement is multiplied by the baseline coefficient A, and the difference from the spectral data of the main measurement is obtained. The above processing is the baseline correction according to the present embodiment.

ここまでの処理によって、従来の手法では除去が困難であった蛍光の影響(干渉縞など)が除去されるが、蛍光成分が若干残る場合もある。この段階で残存する蛍光成分は、例えば、特許文献1の従来のソフトウェア的なベースラインの平坦化処理によって容易に除去される(手順S30)。 Through the processing up to this point, the effects of fluorescence (interference fringes, etc.) that are difficult to remove by conventional methods are removed, but some fluorescence components may remain. The fluorescence components remaining at this stage are easily removed by, for example, conventional software-based baseline flattening processing disclosed in Patent Document 1 (step S30).

図4の測定例では、2つのスペクトルデータSP10,SP12の2500~2000 cm-1の波数域に、いずれにもラマンピークが生じていない。この波数域の蛍光面積A10,A12をそれぞれ算出し、2つの蛍光面積の差分が零になるようなベースライン係数Aを算出した(手順S22)。この係数Aを使った差スペクトルSP14を図4中の右上に示す(手順S24)。この差スペクトルSP14は、差スペクトルの算出後に既存のソフトウェアによるベースライン平坦化処理(手順S30)を施したものである。図4の右上には、比較のために、本測定のスペクトルデータにベースラインの平坦化処理だけを施した比較データRef14を一緒に示す。差スペクトルSP14の方が、ノイズ・干渉縞が少ないことがわかる。 In the measurement example of FIG. 4, no Raman peak occurs in the wavenumber region of 2500 to 2000 cm −1 of the two spectral data SP10 and SP12. Fluorescence areas A10 and A12 in these wavenumber regions were calculated, respectively, and a baseline coefficient A was calculated so that the difference between the two fluorescence areas would be zero (step S22). The difference spectrum SP14 using this coefficient A is shown in the upper right of FIG. 4 (step S24). This difference spectrum SP14 is obtained by performing a baseline flattening process (step S30) by existing software after calculating the difference spectrum. For comparison, the upper right portion of FIG. 4 also shows comparative data Ref14 obtained by performing only baseline flattening processing on the spectral data of this measurement. It can be seen that the difference spectrum SP14 has less noise and interference fringes.

図3のデータ処理では、最後に、必要に応じて、既存のソフトウェア的なノイズ除去処理(手順S40)を実行してもよい。例えば、スペクトルデータをフーリエ逆変換し、得られるパワースペクトルにローパスフィルターを施して、スペクトルデータのベースライン上に生じている高周波数成分のスペクトルの変動をノイズとして除去することができる。 In the data processing of FIG. 3, an existing software-based noise removal process (step S40) may be finally executed as needed. For example, spectrum data may be subjected to inverse Fourier transform, and the obtained power spectrum may be subjected to a low-pass filter to remove, as noise, fluctuations in the spectrum of high-frequency components appearing on the baseline of the spectrum data.

図4の測定例では、本実施形態の差スペクトルSP14に対して、ベースライン平坦化処理後にノイズ除去処理(手順S40)を実行した。ノイズ除去によってSN比が向上した差スペクトルSP16を図4の下側に示す。また、比較データRef14に対しては、既存のノイズ除去処理と干渉縞除去処理の両方を施した。その結果を比較データRef16として一緒に示す。比較データRef16には既存のデータ処理によっては除去されない干渉縞(ベースラインの波状の変形)が残存しているのに対し、本実施形態の差スペクトルSP16にはそのような干渉縞が大きく軽減されていることがわかる。 In the measurement example of FIG. 4, noise removal processing (step S40) was performed on the difference spectrum SP14 of this embodiment after the baseline flattening processing. The lower part of FIG. 4 shows the difference spectrum SP16 with an improved SN ratio due to noise removal. Moreover, both existing noise removal processing and interference fringe removal processing were applied to the comparison data Ref14. The results are shown together as comparative data Ref16. While the comparison data Ref16 has interference fringes (wavy deformation of the baseline) that are not removed by the existing data processing, the difference spectrum SP16 of this embodiment has such interference fringes greatly reduced. It can be seen that

図5に、幅50μmの矩形スリットを使った本測定のスペクトルデータSP22を示す。ベース測定のデータは図4と同じである。これらのスペクトルデータから算出した差スペクトルSP24およびSP26と、比較データRef24およびRef26とを比べると、やはり、本実施形態による差スペクトルSP24の方が比較データRef24よりもノイズ・干渉縞が少なく、また、ノイズ除去後の差スペクトルSP26の方が比較データRef26よりも干渉縞が大きく軽減されていることがわかる。 FIG. 5 shows spectrum data SP22 of this measurement using a rectangular slit with a width of 50 μm. The base measurement data are the same as in FIG. Comparing the difference spectra SP24 and SP26 calculated from these spectrum data with the comparison data Ref24 and Ref26, the difference spectrum SP24 according to the present embodiment has less noise and interference fringes than the comparison data Ref24. It can be seen that the difference spectrum SP26 after noise removal has more interference fringes than the comparison data Ref26.

さらに、図6には、直径100μmのピンホールスリットを使った本測定のスペクトルデータSP32に基づく、差スペクトルSP34およびSP36を比較データRef34およびRef36と一緒に示す。図5と同様に、本実施形態による差スペクトルの方が、ノイズ・干渉縞の点で、比較データRef34およびRef36に勝っていることがわかる。 Furthermore, FIG. 6 shows difference spectra SP34 and SP36 together with comparative data Ref34 and Ref36, based on spectral data SP32 of this measurement using a pinhole slit with a diameter of 100 μm. As in FIG. 5, the difference spectrum according to this embodiment is superior to the comparison data Ref34 and Ref36 in terms of noise and interference fringes.

なお、図3の手順では、ベース測定(手順S16)を1回だけ実行する場合を説明したが、異なる測定条件を設定してベース測定を複数回実行し、複数個のスペクトルデータに基づいて、ベースライン係数Aを算出するようにしてもよい(手順S22)。 In the procedure of FIG. 3, the case where the base measurement (step S16) is performed only once has been described, but the base measurement is performed multiple times under different measurement conditions, and based on multiple spectral data, A baseline coefficient A may be calculated (step S22).

<空間的オフセットによる検証>
本発明の1つ目の特徴は、本発明のラマンスペクトルの測定方法では、同一の試料に対して測定条件の異なる2通りのスペクトル測定(本測定、ベース測定)を実行することである。本測定では、「スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合が比較的大きく」なるような測定条件を設定し、ベース測定では、「上記の割合が比較的小さく」なるように測定条件を設定する。
<Verification by spatial offset>
A first feature of the present invention is that, in the Raman spectrum measuring method of the present invention, two spectrum measurements (main measurement and base measurement) are performed on the same sample under different measurement conditions. In the main measurement, set the measurement conditions so that "the ratio of the Raman peak to the fluorescence component in the spectrum data is relatively large", and in the base measurement, set the measurement conditions so that "the above ratio is relatively small". .

具体例としては、測定条件1は、試料上の光の取り込み領域(測定視野)の面積を変更すること、測定条件2は、試料上の励起光の照射領域(ビームスポット)と取り込み領域との位置関係を変更すること、測定条件3は、励起光の強度の変更である。 As a specific example, the measurement condition 1 is to change the area of the light capturing region (measurement field of view) on the sample, and the measurement condition 2 is to change the irradiation region (beam spot) of the excitation light on the sample and the capturing region. Changing the positional relationship, measurement condition 3, is to change the intensity of the excitation light.

2つ目の特徴は、2通りの測定条件で得たスペクトルデータの差分を取って、本測定のスペクトルデータに含まれている蛍光成分を相殺することである。ここで、同一試料のスペクトルデータであるから、測定条件を変更しても、蛍光成分だけを相殺することは難しいのではないか(所望するラマンピークも一緒に相殺されるのではないか)、という疑問もあるかもしれない。 The second feature is to offset the fluorescence component contained in the spectral data of the main measurement by taking the difference between the spectral data obtained under two different measurement conditions. Here, since it is spectral data of the same sample, it may be difficult to cancel out only the fluorescence component even if the measurement conditions are changed (maybe the desired Raman peak is also canceled out)? There may be a question.

このことに対し、発明者らは、図7に示すような「空間的オフセットによる検証」をおこなった。ここでは、サンプルとしてPEEK樹脂を用いた。波長532nmの励起光が試料上で約1μmの直径のビームスポットになるように倍率100の対物レンズ12を用いた。また、試料上での空間分解能が1μm相当(取り込み領域)になるようにした。試料上のビームスポットの中心と光の取り込み領域(いずれも同じ直径1μmの円形領域とした)の中心のオフセット量を0μmから5μmまで徐々に増やしてそれぞれのスペクトルを測定したところ、ラマンピークのピーク高さの変化の仕方と、蛍光成分の高さの変化の仕方とに相違があった。オフセットは、図7のように、試料Sと対物レンズ12との位置関係を変えずに、測定光の光軸に対して、励起光(黒塗りの範囲)の光軸を0~5μmだけ移動させる方法によった。 In response to this, the inventors performed "verification by spatial offset" as shown in FIG. Here, PEEK resin was used as a sample. An objective lens 12 with a magnification of 100 was used so that the excitation light with a wavelength of 532 nm formed a beam spot with a diameter of about 1 μm on the sample. In addition, the spatial resolution on the sample was set to correspond to 1 μm (capture area). When the offset amount between the center of the beam spot on the sample and the center of the light capturing area (the same circular area with a diameter of 1 μm was used) was gradually increased from 0 μm to 5 μm and each spectrum was measured, the peak of the Raman peak There was a difference between how the height changed and how the height of the fluorescent component changed. As shown in FIG. 7, the offset moves the optical axis of the excitation light (black area) by 0 to 5 μm with respect to the optical axis of the measurement light without changing the positional relationship between the sample S and the objective lens 12. It depends on how you make it.

オフセット量が3μmや5μmであっても、広い波数範囲におよぶ蛍光成分(ベースラインの広範囲の上昇)を確認することができるが、ラマンピークは3μmのオフセット量であってもほとんど確認できない。オフセット量が1μmまでであればラマンピークを確認することができる。 Even with an offset of 3 μm or 5 μm, a fluorescence component covering a wide wavenumber range (a wide range of elevation of the baseline) can be confirmed, but Raman peaks can hardly be confirmed even with an offset of 3 μm. A Raman peak can be confirmed if the offset amount is up to 1 μm.

そこで、図8のように、1600 cm-1付近のラマンピークについて、オフセット量毎のピーク面積の変化と、ラマンピークの生じていない帯域(2500~2000 cm-1)の蛍光成分のスペクトル面積の変化とを調べたところ、蛍光成分(蛍光面積)はビームスポットを頂点に緩やかに減少するが、一方、ラマンピーク(ラマン面積)はビームスポットを頂点に急激に減少することを確認した。なお、図8のオフセット量毎の面積を示すグラフは、0μmにおける蛍光面積とラマン面積をそれぞれ100にして、規格化されたものである。 Therefore, as shown in FIG. 8, for the Raman peak near 1600 cm -1 , the change in the peak area for each offset amount and the spectral area of the fluorescent component in the band (2500 to 2000 cm -1 ) where no Raman peak occurs As a result, it was confirmed that the fluorescence component (fluorescence area) gradually decreased from the beam spot to the apex, while the Raman peak (Raman area) decreased sharply from the beam spot to the apex. The graph showing the area for each offset amount in FIG. 8 is normalized by setting the fluorescence area and the Raman area at 0 μm to 100, respectively.

そして発明者らは、蛍光の強度分布が、ビームスポットを頂点とする比較的緩やかな山型になるのに対して、ラマン散乱光の強度分布は、ビームスポットを頂点とするガウス分布型になると推定した。ラマン散乱光は、ビームスポットの位置から離れると急激に減少し、少し離れたあとはほとんど零になるからである。 The inventors have found that the intensity distribution of fluorescence has a relatively gentle mountain shape with the beam spot as the apex, whereas the Raman scattered light intensity distribution has a Gaussian distribution with the beam spot as the apex. estimated. This is because the Raman scattered light sharply decreases with distance from the beam spot position, and becomes almost zero after a short distance.

なお、ラマン散乱光は、非弾性的な散乱光であり、励起光の強度に比例することから、ラマン光の分布は、励起光(レーザー光)と同様にガウス分布型になるものと言える。これに対して、蛍光は、物質の吸光に伴って発光する光であり、一定以上の励起光で飽和しやすい性質がある。そのため、蛍光の分布は、ガウス分布型にはならず、山型になるものと考えられる。別の言い方をすれば、試料に同じ励起光を当てた場合に、ラマン散乱光が検出される試料の体積が、蛍光が検出される試料の体積よりも小さいのである。 The Raman scattered light is inelastic scattered light and is proportional to the intensity of the excitation light. Therefore, it can be said that the Raman light has a Gaussian distribution similar to the excitation light (laser light). Fluorescence, on the other hand, is light emitted as light is absorbed by a substance, and tends to be saturated with excitation light above a certain level. Therefore, it is considered that the distribution of fluorescence does not have a Gaussian distribution type but has a mountain shape. In other words, when the same excitation light is applied to the sample, the volume of the sample from which Raman scattered light is detected is smaller than the volume of the sample from which fluorescence is detected.

発明者らは、試料上でのこのような蛍光とラマン光の分布の違いがあることから、同一試料に対して、条件の異なる2通りのスペクトル測定を実行して、両スペクトルの差分を取ることで、蛍光の影響が相殺され、かつ所望のラマンピークが残された、良好なラマンスペクトルを取得できることを見出したのである。 Since there is such a difference in the distribution of fluorescence and Raman light on the sample, the inventors performed two spectrum measurements under different conditions for the same sample, and took the difference between the two spectra. As a result, the inventors have found that it is possible to obtain a good Raman spectrum in which the influence of fluorescence is canceled and desired Raman peaks remain.

測定条件は何通りか設定できる。共通することは、スペクトルデータにおいて蛍光成分に対するラマンピークの割合が比較的大きくなるような測定条件と、比較的小さくなるような測定条件と、をそれぞれ設定することである。 Several measurement conditions can be set. What is common is to set measurement conditions such that the ratio of the Raman peak to the fluorescent component in the spectrum data becomes relatively large and measurement conditions that make the ratio relatively small.

ここで、図8の光の分布に示されるように、ビームスポット付近は、蛍光に対するラマン光の割合が比較的大きく、「ラマン光リッチな領域」と呼べる。そして、ビームスポットから離れたところは、蛍光に対するラマン光の割合がほとんど零に近く、「蛍光リッチな領域」と呼べる。 Here, as shown in the distribution of light in FIG. 8, the vicinity of the beam spot has a relatively large ratio of Raman light to fluorescence, and can be called a "Raman light-rich region". At a distance from the beam spot, the ratio of Raman light to fluorescence is almost zero, and can be called a "fluorescence-rich region".

例えば、測定条件1として、本測定では、主に「ラマン光リッチな領域」を含む比較的狭い領域を、光の取り込み領域に設定する。そして、ベース測定では、主に「蛍光リッチな領域」を含む比較的広い領域を、光の取り込み領域に設定する。つまり、光の取り込み領域の面積を変えることによって、空間分解能が異なるようにする。 For example, as measurement condition 1, in this measurement, a relatively narrow region mainly including a "Raman light rich region" is set as a light capturing region. Then, in the base measurement, a relatively wide area mainly including the "fluorescence-rich area" is set as the light capturing area. That is, the spatial resolution is made different by changing the area of the light capturing region.

また、例えば、測定条件2として、図7に示したように、本測定では、「ラマン光リッチな領域」を光の取り込み領域に設定し、ベース測定では、「蛍光リッチな領域」を光の取り込み領域に設定する。つまり、ビームスポットと取り込み領域の位置関係を変更する。 Further, for example, as measurement condition 2, as shown in FIG. Set to capture area. That is, the positional relationship between the beam spot and the capturing area is changed.

また、例えば、測定条件3として、励起光の強度を変更する。本測定では、「ラマン光リッチな領域」に光の取り込み領域を設定して、蛍光成分に対するラマンピークの割合が比較的大きいスペクトルデータを得る。そして、ベース測定では、同じ取り込み領域のスペクトルを測定するが、励起光の強度を強くすることで蛍光を飽和させ、蛍光成分に対するラマンピークの割合が比較的小さいスペクトルデータを得る。 Also, for example, as the measurement condition 3, the intensity of the excitation light is changed. In this measurement, the light capturing region is set to the "Raman light rich region" to obtain spectral data in which the ratio of the Raman peak to the fluorescence component is relatively large. Then, in the base measurement, the spectrum of the same uptake region is measured, but the intensity of the excitation light is increased to saturate the fluorescence, thereby obtaining spectral data with a relatively small ratio of Raman peaks to fluorescence components.

なお、図7のように複数通りのオフセット量の条件で測定したスペクトルデータは、それぞれの蛍光成分が互いに相似形(スペクトルデータの縦軸方向に対しての相似形である)になっている。また、図9に示すように空間分解能の条件(矩形スリット、ピンホールスリット)を変えて測定したスペクトルデータにおいても、それぞれの蛍光成分が互いに相似形になっている。従って、差スペクトルの算出においては、ベース測定のスペクトルデータに適当なベースライン係数を付与して、本測定のスペクトルデータとの差を取れば、蛍光成分をきれいにキャンセルできる。本発明では、測定条件の変化に伴った蛍光成分の強度変化率をそれぞれの蛍光面積などから算出し、この強度変化率に基づくベースライン係数を算出することにした。 In the spectrum data measured under a plurality of conditions of offset amount as shown in FIG. 7, the respective fluorescence components are similar to each other (similar to the vertical axis direction of the spectrum data). In addition, as shown in FIG. 9, even in spectral data measured under different spatial resolution conditions (rectangular slit, pinhole slit), the respective fluorescence components have similar shapes to each other. Therefore, in the calculation of the difference spectrum, if a suitable baseline coefficient is given to the spectrum data of the base measurement and the difference from the spectrum data of the main measurement is taken, the fluorescence component can be canceled cleanly. In the present invention, the rate of change in intensity of the fluorescent component due to changes in the measurement conditions is calculated from each fluorescence area and the like, and the baseline coefficient is calculated based on this rate of change in intensity.

このような理由で、本実施形態のスペクトル測定方法によれば、蛍光の影響によるベースラインの上昇および変形が補正されたラマンスペクトルデータを取得することができる。 For this reason, according to the spectrum measurement method of the present embodiment, it is possible to obtain Raman spectrum data in which the rise and deformation of the baseline due to the influence of fluorescence have been corrected.

11 可動ステージ(照射領域設定手段),12 対物レンズ,13 ビームスプリッタ,14 リジェクションフィルター,15 結像レンズ,16 開口部切換装置(取り込み領域設定手段),16A 矩形スリット板,16B ピンホールスリット板,17 分光器,18 CCD検出器,21 レーザー波長切換装置,22 ビームスポット位置変更装置(照射領域設定手段),23 レーザー制御装置,24 露光時間設定部,25 レーザー強度設定部,26,27 光源,30 スペクトルデータ処理装置,31 ベースライン補正部,32 ベースライン平坦化処理部,33 ノイズ除去部,34 差スペクトル算出部,35 ベースライン係数算出部,40 記憶装置。 11 movable stage (irradiation area setting means), 12 objective lens, 13 beam splitter, 14 rejection filter, 15 imaging lens, 16 aperture switching device (capturing area setting means), 16A rectangular slit plate, 16B pinhole slit plate , 17 spectroscope, 18 CCD detector, 21 laser wavelength switching device, 22 beam spot position changing device (irradiation area setting means), 23 laser control device, 24 exposure time setting unit, 25 laser intensity setting unit, 26, 27 light source , 30 spectrum data processing device, 31 baseline correction unit, 32 baseline flattening processing unit, 33 noise removal unit, 34 difference spectrum calculation unit, 35 baseline coefficient calculation unit, 40 storage device.

Claims (10)

単一波長の励起光の光源と、試料を載置するステージと、試料上での励起光の照射領域を設定する照射領域設定手段と、試料上での光の取り込み領域を設定する取り込み領域設定手段と、前記取り込み領域からの光を分光検出する分光器と、前記分光器からの検出値に基づくスペクトルデータを処理するデータ処理手段と、を備えるラマン分光装置であって、
前記光源、前記照射領域設定手段、前記取り込み領域設定手段のうちの少なくとも1つが、本測定の測定条件として、前記スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合が比較的大きくなるように、前記取り込み領域、前記照射領域、および励起光強度のうちの少なくとも1つを設定し、および
ベース測定の測定条件として、前記スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合が比較的小さくなるように、前記取り込み領域、前記照射領域、および励起光強度のうちの少なくとも1つを設定するように構成され、
前記データ処理手段は、
測定条件の違いに応じたベース測定のスペクトルデータの蛍光成分の強度変化率を算出し、当該強度変化率に基づくベースライン係数を算出する係数算出部、および
前記ベース測定のスペクトルデータに前記ベースライン係数を付与したものと、前記本測定のスペクトルデータと、の差スペクトルを算出する差スペクトル算出部と、を含む、
ことを特徴とするラマン分光装置。
A light source for excitation light of a single wavelength, a stage on which a sample is placed, an irradiation area setting means for setting an irradiation area of the excitation light on the sample, and a capture area setting for setting a light capturing area on the sample. means, a spectroscope for spectrally detecting light from the capture region, and a data processing means for processing spectral data based on detection values from the spectroscope, wherein
At least one of the light source, the irradiation region setting means, and the capture region setting means sets the capture region so that the ratio of the Raman peak to the fluorescence component in the spectral data is relatively large as the measurement conditions for the main measurement. , the illumination region, and excitation light intensity, and as measurement conditions for base measurement, the acquisition region so that the ratio of Raman peaks to fluorescence components in the spectral data is relatively small; configured to set at least one of the irradiation area and excitation light intensity;
The data processing means are
a coefficient calculation unit that calculates an intensity change rate of a fluorescence component of base measurement spectral data according to a difference in measurement conditions and calculates a baseline coefficient based on the intensity change rate; A difference spectrum calculation unit that calculates a difference spectrum between the spectrum data to which the coefficient is assigned and the spectrum data of the main measurement,
A Raman spectrometer characterized by:
請求項1記載の装置において、前記取り込み領域設定手段は、前記本測定の測定条件として、前記取り込み領域の面積を狭くし、前記ベース測定の測定条件として、前記取り込み領域の面積を広くするように構成されていることを特徴とするラマン分光装置。 2. The apparatus according to claim 1, wherein said capture region setting means narrows the area of said capture region as the measurement condition of said main measurement and widens the area of said capture region as the measurement condition of said base measurement. A Raman spectrometer, comprising: 請求項2記載の装置において、前記取り込み領域設定手段は、前記分光器が取り込む光を制限する開口部を有し、当該開口部の形状または大きさを変更するように構成されていることを特徴とするラマン分光装置。 3. The apparatus according to claim 2, wherein said capture area setting means has an aperture for limiting the light captured by said spectroscope, and is configured to change the shape or size of said aperture. and Raman spectrometer. 請求項1から3のいずれかに記載の装置において、前記照射領域設定手段は、前記本測定の測定条件として、前記照射領域の中心と前記取り込み領域の中心とのオフセット量を零または小さくし、前記ベース測定の測定条件として、前記照射領域の中心と前記取り込み領域の中心とのオフセット量を大きくするように構成されていることを特徴とするラマン分光装置。 4. The apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein said irradiation area setting means sets an offset amount between the center of said irradiation area and the center of said acquisition area to zero or small as a measurement condition for said main measurement, A Raman spectrometer, wherein as a measurement condition of the base measurement, an offset amount between the center of the irradiation region and the center of the capture region is increased. 請求項1から4のいずれかに記載の装置において、前記光源は、前記本測定の測定条件として、励起光の強度を小さくし、前記ベース測定の測定条件として、励起光の強度を大きくするように構成されていることを特徴とするラマン分光装置。 5. The apparatus according to claim 1, wherein the light source reduces the intensity of the excitation light as the measurement condition for the main measurement and increases the intensity of the excitation light as the measurement condition for the base measurement. A Raman spectrometer characterized by comprising: 請求項1から5のいずれかに記載の装置において、さらに、試料への励起光の露光時間を設定する露光時間設定手段を備え、前記露光時間設定手段は、前記本測定の測定条件として、前記露光時間を長く設定し、前記ベース測定の測定条件として、前記露光時間を短く設定するように構成されている、ことを特徴とするラマン分光装置。 6. The apparatus according to claim 1, further comprising exposure time setting means for setting an exposure time of the excitation light to the sample, wherein said exposure time setting means sets said A Raman spectrometer, wherein a long exposure time is set, and a short exposure time is set as a measurement condition for the base measurement. 単一波長の励起光で励起された試料からの光を分光器に取り込んでラマンスペクトルを測定する方法であって、
試料上での励起光の照射領域を設定する照射領域設定手順と、試料上での光の取り込み領域を設定する取り込み領域設定手順と、励起光を照射する照射手順と、分光器からの検出値に基づいてスペクトルデータを取得する手順と、前記スペクトルデータを処理するデータ処理手順と、を含み、
前記照射領域設定手順、前記取り込み領域設定手順および前記照射手順のうちの少なくとも1つの手順では、
本測定の測定条件として、前記スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合が比較的大きくなるように、前記取り込み領域、前記照射領域、および励起光強度のうちの少なくとも1つを設定すること、および
ベース測定の測定条件として、前記スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合が比較的小さくなるように、前記取り込み領域、前記照射領域、および励起光強度のうちの少なくとも1つを設定すること、の2通りをおこない、
前記データ処理手順は、
測定条件の違いに応じたベース測定のスペクトルデータの蛍光成分の強度変化率を算出し、当該強度変化率に基づくベースライン係数を算出する係数算出手順、および
前記ベース測定のスペクトルデータに前記ベースライン係数を付与したものと、前記本測定のスペクトルデータと、の差スペクトルを算出する差スペクトル算出手順、を含む、
ことを特徴とするラマンスペクトルの測定方法。
A method for measuring a Raman spectrum by capturing light from a sample excited with a single wavelength excitation light into a spectroscope,
Irradiation area setting procedure for setting the excitation light irradiation area on the sample, capture area setting procedure for setting the light capture area on the sample, irradiation procedure for irradiating the excitation light, and detection values from the spectrometer and a data processing procedure for processing said spectral data,
In at least one of the irradiation area setting procedure, the capturing area setting procedure and the irradiation procedure,
As measurement conditions for this measurement, at least one of the capture region, the irradiation region, and the excitation light intensity is set so that the ratio of the Raman peak to the fluorescence component in the spectral data is relatively large; setting at least one of the capture region, the irradiation region, and the excitation light intensity as measurement conditions for the base measurement so that the ratio of Raman peaks to fluorescence components in the spectral data is relatively small; Do two ways,
Said data processing procedure comprises:
A coefficient calculation procedure for calculating the intensity change rate of the fluorescence component of the base measurement spectrum data according to the difference in measurement conditions, and calculating a baseline coefficient based on the intensity change rate; including a difference spectrum calculation procedure for calculating a difference spectrum between the spectrum data to which the coefficient is assigned and the spectrum data of the main measurement;
A method for measuring a Raman spectrum, characterized by:
請求項7記載の方法において、前記係数算出手順は、測定条件の異なる複数回のベース測定によるスペクトルデータに基づいて前記ベースライン係数を算出する、ことを特徴とするラマンスペクトルの測定方法。 8. The Raman spectrum measuring method according to claim 7, wherein said coefficient calculation step calculates said baseline coefficient based on spectrum data obtained by a plurality of base measurements under different measurement conditions. 請求項7または8記載の方法において、前記データ処理手順は、
前記差スペクトル算出手順の後、前記差スペクトルのベースラインを平坦化するベースライン平坦化手順を含む、ことを特徴とするラマンスペクトルの測定方法。
9. A method according to claim 7 or 8, wherein said data processing step comprises:
A method for measuring a Raman spectrum, comprising a baseline flattening procedure for flattening a baseline of the difference spectrum after the procedure for calculating the difference spectrum.
請求項7から9のいずれかに記載の方法は、励起光の波長を長波長側に変更してラマンスペクトルを測定した後に、実行することを特徴とするラマンスペクトルの測定方法。 10. A method for measuring a Raman spectrum, wherein the method according to any one of claims 7 to 9 is performed after changing the wavelength of the excitation light to the longer wavelength side and measuring the Raman spectrum.
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