JP3977929B2

JP3977929B2 - 顕微赤外分析において用いる試料の形成用具

Info

Publication number: JP3977929B2
Application number: JP20401898A
Authority: JP
Inventors: 昌彦池田
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1998-07-17
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2018-07-17
Also published as: JP2000035392A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば顕微式フーリエ変換赤外線分光赤外分光光度計（以下、顕微ＦＴＩＲという）を用いた反射法顕微赤外分析において用いる試料の形成用具（以下、単に試料形成用具という）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微ＦＴＩＲを用いた顕微赤外分析は、情報分解能（分子識別能力）が高いために化学種の同定や構造分析などに広く用いられており、その顕微分光測定手法として透過法と反射法とがある。
【０００３】
図６は、上記透過法および反射法の双方によってそれぞれ顕微分光測定を行うことができる顕微ＦＴＩＲ１の光学系を概略的に示すもので、この図において、２は適宜の素材よりなるハウジングで、内部と外部とを気密に遮断するように構成されており、その内部には、次のような機器が設けられている。すなわち、３は赤外光源、４は干渉計、５は干渉計４からの平行な赤外光ＩＲを９０°曲げて下方に反射する平面鏡、６は平面鏡５からの平行な赤外光ＩＲを９０°曲げて水平方向に反射する放物面鏡（凹面鏡の一種）である。
【０００４】
７は放物面鏡６に対しその焦点位置Ｆよりも遠くに設けられ、放物面鏡６からの赤外光ＩＲを９０°曲げて上方に反射し、試料保持部材８に保持された試料Ｓに集光させる楕円面鏡（集光鏡の一種）、９はカセグレン対物鏡、１０はカセグレン対物鏡９に対しその結像位置よりも近くに設けられるハーフミラー、１１はカセグレン対物鏡９の結像位置に設けられるマスクとしてのアパーチャ、１２はアパーチャ１１を経た赤外光ＩＲを適宜反射する平面鏡、１３は平面鏡１２からの赤外光ＩＲを光検出器１４に集光させる凹面鏡である。
【０００５】
１５は放物面鏡６の楕円面鏡７に対する反射光路１６に対して出入り自在に設けられる放物面鏡で、その焦点は放物面鏡６と共有し、放物面鏡６からの赤外光ＩＲを９０°曲げて上方に平行な赤外光ＩＲとするもので、図中の矢印ＡまたＢ方向に移動し、反射光路１６から外れた状態（仮想線で示す状態）と、反射光路１６内に位置する状態（実線で示す状態）とになるように構成されている。１７は放物面鏡１５とともに反射測定光路１８を構成する凹面鏡で、この凹面鏡１７は、放物面鏡１５からの平行な赤外光ＩＲを９０°曲げてハーフミラー１０方向に反射する凹面鏡である。なお、ハーフミラー１０に代えてエッジミラーを用いてもよい。
【０００６】
上記構成の顕微ＦＴＩＲ１において透過法によって顕微分光測定を行うときは、試料保持部材８として例えばＫＢｒのような赤外光透過性材料よりなる適宜厚さの基板を用い、これに試料Ｓを保持させる。そして、放物面鏡１５を矢印Ａ方向に移動させて、仮想線で示すように、放物面鏡６の反射光路１６から外れた状態とする。すなわち、顕微ＦＴＩＲ１を透過法モードにする。このモードにおいて、干渉計４を出た赤外光ＩＲは、平面鏡５および放物面鏡６を経た後、楕円面鏡７に入射する。この楕円面鏡７で反射した赤外光ＩＲは、試料保持部材８を透過した後、試料Ｓ面で集光し、この試料Ｓを透過した赤外光ＩＲはカセグレン対物鏡９によってアパーチャ１１において結像し、さらに、平面鏡１２および凹面鏡１３を経て光検出器１４に入射する。
【０００７】
また、反射法によって顕微分光測定を行うときは、試料保持部材８として赤外光を反射させる研磨した金属板（例えばステンレス鋼板）を用い、これに試料Ｓを保持させる。そして、放物面鏡１５を矢印Ｂ方向に移動させて、実線で示すように、放物面鏡６の反射光路１６内に位置する状態とする。すなわち、顕微ＦＴＩＲ１を反射法モードとする。このモードにおいて、干渉計４を出た赤外光ＩＲは、平面鏡５および放物面鏡６を経た後、放物面鏡１５に入射する。そして、この放物面鏡１５で反射した赤外光ＩＲは、平行光となって凹面鏡１７に下方から入射し、この凹面鏡１７によって９０°曲げられてカセグレン対物鏡９の上方に位置するハーフミラー１０に導かれ、このハーフミラー１０において反射して、カセグレン対物鏡９を介して試料Ｓ面に集光する。この集光した光は、試料Ｓを透過し、試料保持部材８において反射した後、試料Ｓを再び透過し、カセグレン対物鏡９によってアパーチャ１１において結像し、さらに、平面鏡１２および凹面鏡１３を経て光検出器１４に入射する。
【０００８】
ところで、上述のように、透過法または反射法によって顕微分光測定を行う場合、試料Ｓを所定範囲の厚みにする必要があり、通常、透過法における試料Ｓの場合、その厚みは最大１０μｍ程度であり、また、反射法の場合の厚みは最大５μｍ程度である。この試料Ｓの厚みによる測定結果に対する影響を図９に示す。この図は、プレスセットを用いて試料としてのナイロン６６を、それぞれ、０．０５〜０．１μｍ、０．１〜５μｍ、１０〜２０μｍ、２０μｍ以上になるようにしたときにおける反射法による測定によって得られるスペクトルで、試料Ｓの厚みが適正であれば、図９（Ｂ）に示すようなピーク位置Ｐ_１〜Ｐ_４の明瞭なスペクトルを得ることができるが、試料Ｓの厚みが同図（Ａ）に示すように薄くても、また、同図（Ｃ）のように扱ったり、さらに、同図（Ｄ）に示すように非常に厚くてもピーク位置の識別が困難になる。
【０００９】
このため、従来においては、前記試料Ｓの厚みを適正なものとするため、種々の方法が採られていた。すなわち、
（１）試料母材から測定したい部位を探し、この部位を先の尖った針状体で摘出し、これをハンドプレスによって押圧して所定の厚みの分析対象試料Ｓとし、これを試料保持部材８上に移し替える。
（２）試料母材を適宜の樹脂に埋め込み、これをスライサーを用いて所定厚みにスライスする。
（３）特に透過法の場合、測定したい部位を摘出した後、摘出されたものをＫＢｒ結晶に埋め込む。
などの手法がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記（１）の手法においては、材料の移替えの際、紛失するとともに、厚みが１μｍ程度の場合、試料Ｓがカールするなどしてこれを所望の形状にするのが困難であるといった問題があるとともに、ハンドプレスによって押圧して形成された試料は、一様な厚みのものしか得られず、厚みにバラエティをもたせることができないし、特殊な道具を必要とする。また、前記（２）の手法においては、所定の厚みになるようにスライスするための特別の道具や熟練した技能が必要である。そして、前記（３）の手法においては、試料の形成に手間と時間がかかり、特殊な道具を必要とする。
【００１１】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、誰にでも手軽に適正な厚みの試料を形成することができる試料形成用具を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の試料形成用具は、試料母材の一部である材料を載置する赤外光透過性材料または赤外光反射性材料よりなる平坦な基板と、下端先端部に前記基板上に載置された材料を押圧する押圧面を有する押圧部及びこの押圧部を指で保持する大きさの保持部を連設した手動式押圧用具とからなり、この手動式押圧用具により前記材料を所定の厚みに薄膜化して分析対象試料に形成可能としていることを特徴としている（請求項１）。
【００１３】
この発明の試料形成用具において、前記手動式押圧用具の押圧部の下端先端部の押圧面は、平坦な押圧面に形成されていてもよく（請求項２）、また、球面を含む曲面状の押圧面に形成されていてもよい（請求項３）。
また、前記押圧部が、取っ手形状の保持部の先端下面に取付けられているようにしてもよい（請求項４）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１および図２は、第１の実施の形態を示している。まず、図２を参照してこの実施の形態において用いる試料形成用具を説明すると、図２（Ａ）において、２０は試料形成用具で、基板２１とこれに載置された材料４３（後述する）を押圧する押圧用具２２とからなる。すなわち、基板２１は、ステンレス鋼のように赤外光をよく反射する金属よりなり、例えば、厚さ２ｍｍ×３０ｍｍ×３０ｍｍの大きさで、その表面２１ａは十分に研磨されている。
【００１５】
また、押圧用具２２は、図２（Ａ）に示すように、微小な材料４３を押圧するための微小な面積を有する平坦な押圧面２３ａを有する押圧部２３とこの上端に連設される平面視が例えば円形の保持部２４とからなる。すなわち、押圧部２３は、上端側（保持部２４側）が指で保持しやすいように太く、下端側は細く、直径が例えば２〜３ｍｍの棒状に形成され、その下端先端面２３ａは、試料となる材料４３を押圧しやすいように平坦な押圧面に形成されている。また、保持部２４は、作業者の指によって確実に保持できる程度の大きさを有していればよい。この押圧用具２２は、例えば適当な硬度を有するとともに機械的研磨が可能な素材、例えば鉄やステンレス鋼からなる。
【００１６】
次に、上記構成の試料形成用具２０を用いて試料を形成し、この試料を反射法を用いて顕微分光測定を行う手順について、図１および図２を参照しながら説明すると、まず、図１（Ａ）に示すように、試料母材４０の所定の部位４１の一部を例えば直径０．５ｍｍのニードル４２を用いて材料（分析対象試料）４３として摘出し、これを図１（Ｂ）に示すように、基板２１の上面２１ａ上に載置する。なお、同図（Ｂ）において、４０’は材料４３の周囲に付着した試料母材４０の一部である。
【００１７】
次いで、図２（Ａ）に示すように、押圧用具２２を指で保持して、その押圧部２３の押圧面２３ａを基板２１上の材料４３に当接し、図１（Ｃ）に示すように押圧して、材料４３を所定の厚みになるように薄膜化する。その後、押圧用具２２による押圧をやめると、図１（Ｄ）および図２（Ｂ）に示すように、材料４３が薄膜化された分析対象試料Ｓが得られる。押圧用具２２は取扱い容易であるから、例えば目視で確認しつつ適宜の力を加えながら、押圧用具２２を引いたり、捏ねるようにするだけで、材料４３を任意の厚みの分析対象試料Ｓに薄膜化することができる。
【００１８】
そして、前記試料Ｓの顕微分光測定を行うには、試料Ｓを載置した状態の基板２１を、図６に示した顕微ＦＴＩＲ１の試料保持部材８に代えてセットし、顕微ＦＴＩＲ１を反射法モードにして測定を行えばよい。
【００１９】
上述の説明から理解されるように、この発明では、簡単な試料形成用具２０を用い、手動によって材料４３を押圧するものであるから、特別な技能や複雑な装置を要することなく、試料Ｓの形成を簡単に行うことができる。そして、測定に際しては、試料Ｓを試料保持部材８に移し替える必要がなく、所定厚みに形成された試料Ｓを載置した基板２１を顕微ＦＴＩＲ１の所定の部位にセットすればよいので、従来の手法とは異なり、試料Ｓが紛失したりすることがないとともに、試料Ｓの取扱いがきわめて簡単である。
【００２０】
また、前記試料形成用具２０によって形成した試料Ｓの顕微分光測定においては、形成された試料Ｓの押圧された部分に沿って赤外光ＩＲを照射すればよく、従来のように、測定部位を選択しなくてもよい。
【００２１】
さらに、前記試料形成用具２０は研磨しやすい素材より形成されているので、材料４３の押圧によって材料４３などが押圧面２３ａに付着しても、サンドペーパなどで研磨することにより、押圧面２３ａを常にクリーンな状態にしておくことができる。
【００２２】
上述の第１の実施の形態においては、微小な面積を有する平坦な押圧面２３ａを有する押圧用具２２を用いて材料４３を押圧するようにしていたが、この押圧用具として、図３に示すように、押圧面が曲面状のものを用いてもよい。以下、これを第２の実施の形態として説明する。
【００２３】
図３において、２５は押圧用具で、微小な材料４３を押圧するための球面２６ａを有する球体からなる押圧部２６とこれを保持するための保持部２７とからなる。すなわち、押圧部２６は、例えば直径１０ｍｍ程度の球状で、例えば鉄やステンレス鋼からなる。また、保持部２７は、その下部先端部に球体からなる押圧部２６を保持するものであり、作業者の指によって確実に保持できるように、ペン軸状に形成されており、例えば鉄やステンレス鋼あるいはプラスチックよりなる。
【００２４】
上記構成の押圧用具２５を用いて材料４３を押圧するには、基板２１上に載置された材料４３に対して、押圧力を、図３において矢印Ｕ方向に加えることにより、薄膜状の試料Ｓとすることができる。この場合、材料４３に対して押圧力が点状に作用し、押圧力を加減することにより、種々の厚みの試料Ｓを任意に形成することができる。
【００２５】
そして、この第２の実施の形態において、押圧部２６の形状は半球状であってもよく、また、楕円形など各種の曲面形状に形成してあってもよい。
【００２６】
この発明は、上述した二つの実施の形態に限られるものではなく、種々に変形して実施することができる。すなわち、第１の実施の形態の押圧用具２２を、図４（Ａ）に示すような取っ手２８の先端下面に取り付けるようにしてもよく、また、第２の実施の形態の押圧用具２５において、その押圧部２６を、図４（Ｂ）に示すような取っ手形状の保持部２８の先端下面に取り付けるようにしてもよい。なお、図４（Ａ），（Ｂ）において、２９は指の形状に合うように形成された曲面部である。
【００２７】
上述の実施の形態においては、基板２１が鉄やステンレス鋼などの赤外光ＩＲを反射する素材からなるものであったが、この基板２１として、ＫＢｒなど赤外光ＩＲを透過させる素材から形成してあってもよい。このような基板を用いた場合、試料Ｓの透過法による顕微分光測定が行なえることはいうまでもない。
【００２８】
また、上記試料Ｓの透過法による顕微分光測定を行う場合の基板として、図５に示すように、ガラス板３０の一方の面にＡｌなどの金属を蒸着してなる金属蒸着層３１およびとＭｇＯを保護膜３２として積層した構造の基板３３を用いてもよいことはいうまでもない。
【００２９】
図７は、試料としてナイロン繊維を用い、透過法によって測定したときに得られるスペクトルを示すもので、同図（Ａ）は押圧しない試料のスペクトルを、同図（Ｂ）はこの発明の試料形成方法によって形成した試料のスペクトルを示している。前記７図（Ａ）のスペクトルにおいては、ピークが潰れている箇所ａやブロードな吸収ピークｂが生じているが、押圧した場合には、同図（Ｂ）に示すようにきれいなスペクトルとなる。
【００３０】
また、試料として粉末試料（例えばフェノチアジン）を、ＫＢｒ基板状にのせて透過法により測定すると、粉末試料内で赤外光が拡散され、図８において符号Ｘで示すスペクトルのように、拡散光と透過光が合わさった部分ｃが生ずるが、この発明の試料形成方法によって試料を押圧し、適度な厚み部分にマスキングして反射測定すると、図８において符号Ｙで示すように、良好なスペクトルが得られる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、この発明は、簡単な試料形成用具を用い、手動によって材料を押圧するものであるから、特別な技能や複雑な装置を要することなく、試料の形成を簡単に行うことができる。そして、測定に際しては、試料を試料保持部材に移し替える必要がなく、所定厚みに形成された試料を載置した基板を顕微分光測定を行う装置の所定の部位にセットすればよいので、従来の手法とは異なり、試料が紛失したりすることがないとともに、試料の取扱いがきわめて簡単である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の試料形成用具による顕微分光分析用の試料の形成方法を説明するための図である。
【図２】この発明の試料形成用具を拡大して示す説明図である。
【図３】前記試料形成用具の他の実施の形態を示す図である。
【図４】前記試料形成用具の他の実施の形態を示す図である。
【図５】基板の他の実施の形態を示す図である。
【図６】顕微ＦＴＩＲ１の光学系を概略的に示す図である。
【図７】ナイロンを透過法で測定したときのスペクトルを示す図で、（Ａ）は押圧処理をしない試料のスペクトル、（Ｂ）は押圧処理した試料のスペクトルである。
【図８】粉末試料を透過法で測定したときのスペクトルを示す図である。
【図９】試料の厚みがスペクトルに与える影響を説明するための図である。
【符号の説明】
２１，３３…基板、２２，２５…押圧用具、２３ａ，２６ａ…押圧面、２４，２６…保持部、４３…材料、Ｓ…分析対象試料。

Claims

試料母材の一部である材料を載置する赤外光透過性材料または赤外光反射性材料よりなる平坦な基板と、下端先端部に前記基板上に載置された材料を押圧する押圧面を有する押圧部及びこの押圧部を指で保持する大きさの保持部を連設した手動式押圧用具とからなり、この手動式押圧用具により前記材料を所定の厚みに薄膜化して分析対象試料に形成可能としていることを特徴とする顕微赤外分析において用いる試料の形成用具。
前記手動式押圧用具の押圧部の下端先端部の押圧面は、平坦な押圧面に形成されている請求項１に記載の顕微赤外分析において用いる試料の形成用具。
前記手動式押圧用具の押圧部の下端先端部の押圧面は、球面を含む曲面状の押圧面に形成されている請求項１に記載の顕微赤外分析において用いる試料の形成用具。
前記押圧部が、取っ手形状の保持部の先端下面に取付けられている請求項１ないし３のいずれかに記載の顕微赤外分析において用いる試料の形成用具。