JP3311406B2 - 分光測定装置 - Google Patents

分光測定装置

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JP3311406B2 JP01295893A JP1295893A JP3311406B2 JP 3311406 B2 JP3311406 B2 JP 3311406B2 JP 01295893 A JP01295893 A JP 01295893A JP 1295893 A JP1295893 A JP 1295893A JP 3311406 B2 JP3311406 B2 JP 3311406B2
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敬司 笹木
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は分光測定装置に関する
ものである。さらに詳しくは、この発明は化学、食品、
薬品、材料、エレクトロニクス等の諸分野における微粒
子表面の分光測定に有用な分光測定装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術とその課題】現在、化学、食品、薬品、材
料、エレクトロニクス等の諸分野において、微粒子とそ
の周囲媒体との界面における物性や反応機構を解析する
ことは、新技術や新製品の開発等にとって非常に重要な
問題になっている。このような界面状態を分析する方法
としては、分光測定が通常用いられているが、この分光
測定には、蛍光分光法や、過渡吸収分光法等が知られて
いる。
【0003】しかしながら、蛍光分光法は非常に高感度
な測定を可能とする測定方法ではあるが、対象となる被
測定物質が蛍光性を有していなければならない。このた
め、蛍光分光法の適用範囲には制約がある。一方、過渡
吸光分光法については、光化学反応中間体の解析に適用
可能であるもののその検出感度は低く、たとえば、マイ
クロメートル程度の微粒子中の被測定物質に対する吸光
度の測定では、光路長が短いために十分な吸光度を得る
ことが不可能である。
【0004】従って、従来の蛍光分光法と過渡吸光法で
は、微粒子特性の高精度な解析を可能とする分光測定は
不可能であった。この発明は、上記の通りの従来技術の
課題を解決するためになされたものであり、液相中に被
測定物質を含んだ微粒子が存在する場合においても、高
精度で微粒子の界面状態の分光測定を可能とする新しい
分光測定装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、CWレーザー光による捕捉が可
能であり、蛍光色素と被測定物質とを含有する微粒子
の、液相中での周囲媒体との界面における被測定物質の
過渡吸光度および過渡吸収スペクトルを、 (A)微粒子が光共振器として働くという微粒子の光共
振現象と、 (B)被測定物質を励起用パルスレーザー光により励起
し、微粒子の共振波長で吸収を有する中間体を生成さ
せ、微粒子中に中間体が存在している遅延時間内に、微
粒子内の蛍光色素を発光させるためのポンプ用パルスレ
ーザー光を照射することで、微粒子の光共振が中間体に
よる吸収によって阻害されるという現象とに基づく光強
度の変化により測定する分光測定装置であって、 (a)蛍光色素と被測定物質とを各々励起するためのパ
ルスレーザー発振器、 (b)このパルスレーザー発振器から発振した2種の波
長のパルスレーザー光のどちらか一方を遅延させるため
の光学的遅延装置、(c)液相中の微粒子を非接触で捕捉固定するためのC
Wレーザー発振器、)パルスレーザー発振器から発振したパルスレーザ
ー光およびCWレーザー 発振器から発振したCWレーザ
ー光を集光して試料に照射するための顕微鏡システム、
および、 ()試料の発光を検出するための検出器を備えてなる
ことを特徴とする分光測定装置を提供する。
【0006】すなわち、この発明の分光測定装置におい
ては、微粒子の光共振を利用し、過渡吸光度測定および
過渡吸収スペクトル測定を行うことを可能としている。
このため、微粒子を構成する被測定物質を励起するため
のパルスレーザー光(励起用パルスレーザー光)と微粒
子に光共振を起こさせるパルスレーザー光(ポンプ用
ルスレーザー光)とを発振するパルスレーザー発振器を
備えている。
【0007】
【作用】さらに詳しく説明すると、この発明では、周囲
媒体よりも高い屈折率をもち、かつ、測定波長において
透明な材料で作られた微粒子は光共振器として働くとの
現象を利用している。つまり、微粒子形状および大きさ
に固有の複数の共振波長では光は共振器内に効率よく閉
じこめられ、微粒子内部を伝播し、その結果、微粒子直
径の102 倍から104 倍の光路長を得ることが可能と
なる。
【0008】このように微粒子の光共振現象を利用する
と、微粒子のサイズに比べて非常に長い光路長をとるこ
とができ高感度に吸光度を測定することが可能となる。
図1はこの発明の分光測定の原理を示した概念図である
が、たとえばこの図1に例示したように、CWレーザー
光によって捕捉(トラッピング)することができる微粒
子(10)にはあらかじめ蛍光色素(11)と被測定物
質(12)とを含有させておき、被測定物質(12)
は、パルスレーザー発振器から発振された励起用パルス
レーザー光(13)により励起され、微粒子の共振波長
で吸収を有する中間体(14)を生成させる。
【0009】そしてパルスレーザー発振器から発振され
る、微粒子内の蛍光色素(11)を発光させるためのポ
ンプ用パルスレーザー光(15)を、パルスレーザー発
振器から発振した2種の波長のパルスレーザー光のどち
らか一方を遅延させるための光学的遅延装置を用いて、
励起用パルスレーザー光(13)より所定の時間だけ遅
延させて微粒子(10)に照射する。微粒子(10)中
に中間体(14)が存在している遅延時間内にポンプ用
パルスレーザー光(15)を照射すると、微粒子の光共
振はこの中間体(14)による吸収により阻害される。
その光共振が阻害された結果は光強度の減少として現れ
る。従って、ポンプ用パルスレーザー光(15)の有無
による微粒子の光共振波長における光強度の変化により
所定の遅延時間における過渡吸光度が高感度で測定され
ることになる。さらに微粒子の直径や蛍光色素濃度等の
条件を選ぶことにより複数の発振線を得ることも可能で
あり、発振強度の変化から高感度で過渡吸収スペクトル
を測定することも可能となる。
【0010】以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発
明について説明する。
【0011】
【実施例】この発明の分光測定装置としては、図2に示
した構造を一つの態様として示すことができる。すなわ
ち、分光測定装置は、液相中の微粒子に含有させた蛍光
色素と被測定物質とを励起するためのパルスレーザー発
振器(2)、このパルスレーザー発振器(2)から発振
した2波長のパルスレーザーのどちらか一方を遅延させ
るための光学的遅延装置(3)、液相中の微粒子を非接
触で捕捉固定するためのCWレーザー発振器(1)、こ
れらのレーザー光を集光して試料に照射するための顕微
鏡システム(4)、そして試料の発光を検出するための
検出器(5)を備えている。これらの内、CWレーザー
発振器(1)の配備については限定的でなく、微粒子を
非接触で捕捉固定することのできる適宜な手段を任意に
採用することができる。
【0012】また、図2に示したように、レーザー光が
試料に照射される光路において、レンズ(6)、励起用
レーザー光反射ミラー(7a)、捕捉用レーザー光反射
ミラー(7b)、およびミラー(8)を備えることがで
きる。顕微鏡システム(4)としては、励起用レーザー
光/ポンプ用レーザー光/捕捉用レーザー光の反射ミラ
ー(7c)、対物レンズ(4a)、および、試料台(4
b)を備えることができる。
【0013】微粒子捕捉用のCWレーザー発振器(1)
を用いる場合には、そのレーザー光(20)としてCW
−YAGレーザー光(波長1064nm)を使用することがで
き、被測定物質の励起用レーザー光(22)にはQスイ
ッチYAGレーザーの第3高周波を、ポンプ用レーザー
光(21)にはQスイッチレーザーの第2高周波を用い
ることができる。なお、励起用レーザー光(22)とポ
ンプ用レーザー光(21)とは同一のレーザー光を使用
した方がタイミングを合わせる上で容易であるが、もち
ろん、この発明においては、これに限定されるものでは
ない。
【0014】また図2の例においては、励起用レーザー
光(22)に対するポンプ用レーザー光(21)の遅延
時間を所定のものとするため、ポンプ用レーザー光(2
1)の光路上に光学的遅延装置(3)が設置されている
が、もちろん、これは励起用レーザー光(22)の光路
上にあってもよい。そして液相中の微粒子試料は顕微鏡
下に置かれ、ダイクロイックミラーなどのミラーで同軸
にされた上記の3つのレーザー光は顕微鏡システム
(4)の対物レンズ(4a)で集光され試料台(4b)
上の試料に照射される。試料からの発光は対物レンズ
(4a)で集められ検出器(5)で検出される。
【0015】以上の装置において、たとえはポリ(メタ
クリル酸メチル)(屈折率:1.49)からなる直径3
0μmの球形微粒子に、励起により中間体を生成する物
質として9,10−ジフェニルアントラセンを2×10
-3mol/lの濃度で、蛍光色素としてローダミンBを
9×10-3mol/lの濃度で含有させた。水中に分散
させたこの微粒子にポンプ用レーザー光(波長532n
m、パルス幅40ps、エネルギー51μJ)を顕微鏡
の対物レンズ(100倍)で直径60μm程度に集光し
て照射した。
【0016】その結果を図3に示した。このとき微粒子
からは590nmを中心とする7〜8個のレーザー発振
線が見られた。ポンプ用レーザー光に数百ps先行して
励起光(波長355nm、パルス幅40ps、エネルギ
ー1.3mJ)を同じ光学系を用いて集光、照射する
と、レーザー発振強度が減衰し、従来では測定できなか
った微粒子界面のジフェニルアントラセンの励起状態の
吸収が測定できた。
【0017】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、液相に被測定物質を含有する微粒子が存在する場
合においても高感度で過渡吸光度および過渡吸光スペク
トルの測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の装置における測定原理を示した概略
図である。
【図2】この発明の装置を例示した概略図である。
【図3】この発明の実施例として、励起光強度と発振ス
ペクトルの関係を示した図である。
【符号の説明】
1 CWレーザー発振器 2 パルスレーザー発振器 3 光学的遅延装置 4 顕微鏡システム 4a 対物レンズ 4b 試料台 5 検出器 6 レンズ 7a 励起用レーザー光反射ミラー 7b 捕捉用レーザー光反射ミラー 7c 励起用レーザー光/ポンプ用レーザー光/捕捉用
レーザー光反射ミラー 8 ミラー 10 微粒子 11 蛍光色素 12 被測定物質 13 励起用レーザー光 14 中間体 15 ポンプ用レーザー光 20 捕捉用レーザー光 21 ポンプ用レーザー光 22 励起用レーザー光
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−188919(JP,A) 特開 昭63−95329(JP,A) 特開 昭64−59018(JP,A) 特開 平6−221994(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01J 3/42 G01N 21/00 - 21/01 G01N 21/17 - 21/74

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CWレーザー光による捕捉が可能であ
    り、蛍光色素と被測定物質とを含有する微粒子の、液相
    中での周囲媒体との界面における被測定物質の過渡吸光
    度および過渡吸収スペクトルを、 (A)微粒子が光共振器として働くという微粒子の光共
    振現象と、 (B)被測定物質を励起用パルスレーザー光により励起
    し、微粒子の共振波長で吸収を有する中間体を生成さ
    せ、微粒子中に中間体が存在している遅延時間内に、微
    粒子内の蛍光色素を発光させるためのポンプ用パルスレ
    ーザー光を照射することで、微粒子の光共振が中間体に
    よる吸収によって阻害されるという現象とに基づく光強
    度の変化により測定する分光測定装置であって、 (a)蛍光色素と被測定物質とを各々励起するためのパ
    ルスレーザー発振器、 (b)このパルスレーザー発振器から発振した2種の波
    長のパルスレーザー光のどちらか一方を遅延させるため
    の光学的遅延装置、(c)液相中の微粒子を非接触で捕捉固定するためのC
    Wレーザー発振器、)パルスレーザー発振器から発振したパルスレーザ
    ー光およびCWレーザー 発振器から発振したCWレーザ
    ー光を集光して試料に照射するための顕微鏡システム、 および、 ()試料の発光を検出するための検出器を備えてなる
    ことを特徴とする分光測定装置。
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CN106645033B (zh) * 2016-09-29 2019-05-17 西南科技大学 光学元件激光损伤一体化超快诊断装置

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