JP4331126B2 - Thermal lens spectrometer - Google Patents

Thermal lens spectrometer Download PDF

Info

Publication number
JP4331126B2
JP4331126B2 JP2005061313A JP2005061313A JP4331126B2 JP 4331126 B2 JP4331126 B2 JP 4331126B2 JP 2005061313 A JP2005061313 A JP 2005061313A JP 2005061313 A JP2005061313 A JP 2005061313A JP 4331126 B2 JP4331126 B2 JP 4331126B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
thermal lens
probe light
probe
excitation light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005061313A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2006242862A (en
Inventor
浩治 下出
幹生 高田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Kasei Corp filed Critical Asahi Kasei Corp
Priority to JP2005061313A priority Critical patent/JP4331126B2/en
Publication of JP2006242862A publication Critical patent/JP2006242862A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4331126B2 publication Critical patent/JP4331126B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/171Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with calorimetric detection, e.g. with thermal lens detection
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/171Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with calorimetric detection, e.g. with thermal lens detection
    • G01N2021/1712Thermal lens, mirage effect

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

本発明は、微量試料の分析,検出を簡便に行う分析装置等に好適に用いられる熱レンズ分光分析装置に関する。   The present invention relates to a thermal lens spectroscopic analyzer that is suitably used in an analyzer that easily analyzes and detects a trace amount of sample.

医療診断に必要な測定を患者近傍で行うベッドサイド診断用の分析(POC(point of care )分析)や、河川や廃棄物中の有害物質の分析を河川や廃棄物処理場等の現場で行うこと(POU( point of use )分析)や、食品の調理,収穫,輸入の各現場における汚染検査等のような、分析・計測が必要とされる現場又は現場の近傍で分析・計測を行うこと(以下、これらを「POC分析等」と総称する)の重要性が注目されている。そして、近年、このようなPOC分析等に適用される検出法や検出装置の開発が重要視されつつある。   Analysis for bedside diagnosis (POC (point of care) analysis) that performs measurements necessary for medical diagnosis in the vicinity of the patient, and analysis of harmful substances in rivers and wastes at rivers and waste disposal sites (POU (point of use) analysis), and analysis / measurement at or near the site where analysis / measurement is required, such as contamination inspection at food cooking, harvesting, and importing sites The importance of (hereinafter collectively referred to as “POC analysis, etc.”) has attracted attention. In recent years, the development of detection methods and detection apparatuses applied to such POC analysis and the like is being emphasized.

このようなPOC分析等に適用される検出法や検出装置においては、低コストで分析が行われることと装置が小型であることが要求される。また、医療診断や環境分析においては、国が定める基準値との比較を精度良く行うために、一般的に高感度且つ高精度な分析が行われることが求められる。
このようなPOC分析等に適した検出法としては、溶液中の色素等の物質が光を吸収して、その緩和過程で発生する熱量を測定する光熱変換分光分析法がある。この光熱変換分光分析法は高感度な濃度測定法として知られており、特に、発生した熱により生じた温度分布による屈折率分布を利用する熱レンズ分光分析法は、透過光量を測定する吸光光度法と比較して、100倍以上高感度であることが知られている(特許文献1〜3及び非特許文献1〜6を参照)。
In the detection method and the detection apparatus applied to such POC analysis and the like, it is required that the analysis is performed at a low cost and the apparatus is small. Moreover, in medical diagnosis and environmental analysis, it is generally required that highly sensitive and highly accurate analysis be performed in order to accurately compare with a reference value determined by the country.
As a detection method suitable for such POC analysis or the like, there is a photothermal conversion spectroscopic method in which a substance such as a dye in a solution absorbs light and measures the amount of heat generated in the relaxation process. This photothermal conversion spectroscopic method is known as a highly sensitive concentration measurement method, and in particular, a thermal lens spectroscopic method using a refractive index distribution due to a temperature distribution generated by generated heat is an absorptiometric method for measuring the amount of transmitted light. It is known that the sensitivity is 100 times higher than the method (see Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Documents 1 to 6).

特開昭60−174933号公報JP 60-174933 A 特開平10−142177号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-142177 特開平4−369467号公報JP-A-4-369467 Manabu Tokeshi et al.,J. Lumin. Vol.83-84, 261-264, 1999Manabu Tokeshi et al., J. Lumin. Vol. 83-84, 261-264, 1999 A. C. Boccara et. al., Appl. Phys. Lett.36, 130,1980A. C. Boccara et. Al., Appl. Phys. Lett. 36, 130, 1980 J. Liquid Chromatography 12,2575-2585 (1989)J. Liquid Chromatography 12,2575-2585 (1989) M. Harada et. al.,ぶんせきNo.4,280-284,1997M. Harada et. Al. 4,280-284,1997 Anal. Chem. Vol.65,2938-2940,1993Anal. Chem. Vol.65,2938-2940,1993 川西他,日本分析化学会第44年会講演要旨集,p119,1995Kawanishi et al., Abstracts of the 44th Annual Meeting of the Analytical Society of Japan, p119, 1995

POC分析等においては、分析を行う現場に分析装置を運搬する必要があるため、運搬時に振動を受けて分析装置の部品に位置ずれが生じるおそれがあった。そのため、分析の感度や精度が低下するおそれがあった。また、分析を行う現場では分析装置に振動等が生じやすく、分析に悪影響が及ぶことが多かった。さらに、現場において分析が簡便に行えることが好ましいので、分析前の分析装置の細かな調整が不要であることが求められていた。
そこで、本発明は上記のような従来の熱レンズ分光分析装置が有する問題点を解決し、部品に位置ずれや振動が生じても分析の感度や精度の低下が生じにくく、且つ、分析前の細かな調整が不要な熱レンズ分光分析装置を提供することを課題とする。
In POC analysis and the like, since it is necessary to transport the analyzer to the site where analysis is performed, there has been a risk of positional displacement of the components of the analyzer due to vibration during transportation. Therefore, the sensitivity and accuracy of analysis may be reduced. In addition, vibrations and the like are likely to occur in the analyzer at the site where analysis is performed, and the analysis is often adversely affected. Furthermore, since it is preferable that the analysis can be easily performed in the field, it has been demanded that fine adjustment of the analyzer before the analysis is unnecessary.
Therefore, the present invention solves the problems of the conventional thermal lens spectroscopic analyzer as described above, and it is difficult for the sensitivity and accuracy of the analysis to decrease even if the position shift or vibration occurs in the parts, and before the analysis. It is an object of the present invention to provide a thermal lens spectroscopic analyzer that does not require fine adjustment.

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項1の熱レンズ分光分析装置は、励起光の入射によって試料に生じた熱レンズにプローブ光を入射し、その際の前記プローブ光の前記熱レンズによる変化に基づいて前記試料の分析を行う熱レンズ分光分析装置であって、前記励起光を前記試料に集光する励起光集光用光学素子と、前記プローブ光を前記熱レンズに集光するプローブ光集光用光学素子と、前記熱レンズを透過した前記プローブ光を受光し検出する検出手段と、を備えるとともに、以下のつの条件を満足することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the thermal lens spectroscopic analysis apparatus according to claim 1 of the present invention is configured to make the probe light enter the thermal lens generated in the sample by the incidence of the excitation light, and based on the change of the probe light by the thermal lens at that time. A thermal lens spectroscopic analyzer for analyzing the sample, wherein the excitation light condensing optical element condenses the excitation light on the sample, and probe light condensing for condensing the probe light on the thermal lens. An optical element and detection means for receiving and detecting the probe light transmitted through the thermal lens are provided, and the following four conditions are satisfied.

(1)前記励起光集光用光学素子は、光線束の最大錐角の半角の正弦が0.15以下となるように前記励起光を集光するものである。
(2)前記プローブ光集光用光学素子は、光線束の最大錐角の半角の正弦が0.15以下となるように前記プローブ光を集光するものである。
(3)前記検出手段の受光部が、前記プローブ光のうち前記熱レンズにより変化した部分のみを受光し、前記熱レンズの影響を受けていない部分は受光しないように、前記受光部の大きさが設定されている。
(4)前記励起光の焦点位置と前記プローブ光の焦点位置を独立して調整可能とし、前記両焦点位置間の距離が200μm以上である。
(1) The excitation light condensing optical element condenses the excitation light such that the half sine of the maximum cone angle of the light bundle is 0.15 or less.
(2) The probe light condensing optical element condenses the probe light such that the half sine of the maximum cone angle of the light bundle is 0.15 or less.
(3) The size of the light receiving unit so that the light receiving unit of the detecting unit receives only the portion of the probe light changed by the thermal lens and does not receive the portion not affected by the thermal lens. Is set.
(4) The focal position of the excitation light and the focal position of the probe light can be adjusted independently, and the distance between the two focal positions is 200 μm or more.

なお、ここで言う「光線束の最大錐角の半角」とは、レンズ等の集光用光学素子によりレーザー等の光を集光した際に形成される結像部(理想的な焦点位置)を頂点とする光線束の円錐の頂角の半分の値を意味する。集光のためにレンズを用いた場合は、この光線束の最大錐角の半角をθとすると、NA(開口数)≡sinθ(媒質が空気の場合) が成り立つ。   The “half-angle of the maximum cone angle of the light beam” here refers to an image forming portion (ideal focal position) formed when light such as laser is condensed by a condensing optical element such as a lens. Means the half value of the apex angle of the cone of ray bundle. When a lens is used for condensing, NA (numerical aperture) ≡ sin θ (when the medium is air) is established, where θ is the half angle of the maximum cone angle of the light beam.

ここで、前記つの条件のうち(1)及び(2)の条件について説明する。励起光及びプローブ光は、光線束の最大錐角の半角の正弦が0.15以下となるように集光されており、絞られ方があまり強くないので、光路に沿う方向の位置ずれや同方向の振動が部品(例えば検出手段の受光部)に生じても、熱レンズ信号の変動の程度が小さく、分析の感度や精度の低下が小さい。また、熱ひずみや運搬時の振動等により前記方向の位置ずれが部品に生じていたとしても、分析の感度や精度の低下が小さいので、分析現場において分析前に熱レンズ分光分析装置を細かく調整する必要がない。 Here will be described the conditions of the four conditions (1) and (2). The excitation light and the probe light are condensed so that the sine of the maximum cone angle of the light beam is 0.15 or less, and the way of focusing is not so strong. Even if directional vibrations occur in a component (for example, the light receiving portion of the detecting means), the degree of fluctuation of the thermal lens signal is small, and the sensitivity and accuracy of analysis are small. In addition, even if there is misalignment in the above direction due to thermal strain or vibration during transportation, the sensitivity and accuracy of the analysis are small, so the thermal lens spectrometer is finely adjusted before analysis at the analysis site. There is no need to do.

励起光及びプローブ光の絞られ方を好ましい程度とするためには、前述の最大錐角の半角の正弦を0.15以下、すなわち励起光集光用光学素子及びプローブ光集光用光学素子の開口数を0.15以下とする必要があり、前述の最大錐角の半角の正弦を0.1以下、すなわち励起光集光用光学素子及びプローブ光集光用光学素子の開口数を0.1以下とすることがより好ましい。   In order to obtain a preferable degree of narrowing of the excitation light and the probe light, the half sine of the aforementioned maximum cone angle is 0.15 or less, that is, the excitation light condensing optical element and the probe light condensing optical element. The numerical aperture must be 0.15 or less, and the half sine of the maximum cone angle is 0.1 or less, that is, the numerical apertures of the excitation light condensing optical element and the probe light condensing optical element are set to 0. More preferably, it is 1 or less.

次に、(3)の条件について説明する。試料と受光部との間の距離に応じて受光部の大きさが設定されていて、受光部が、プローブ光のうち熱レンズにより変化した部分のみを受光し、熱レンズの影響を受けていない部分は受光しないようになっているので、本発明の熱レンズ分光分析装置は十分な分析感度を有している。
次に、(4)の条件について説明する。励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置とをある程度離すことにより、十分な分析感度を有していると同時に、光路に沿う方向の位置ずれや同方向の振動が部品に生じても、分析の感度や精度の低下が小さいことを実現した。そして、励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離を100μm以上とすれば、十分な分析感度を有しているとともに、前述の位置ずれや振動による分析の感度や精度の低下が特に生じにくい。励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離が100μm未満であると、プローブ光のうち熱レンズにより変化した部分の割合が大きすぎるため、熱レンズにより変化した部分の形状が歪んで分析に支障が生じるだけでなく、後述する励起光とプローブ光との光軸のズレに対する耐性の低下の度合いが高まる。なお、このような不都合がより生じにくくするためには、励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離を200μm以上とすることがより好ましい。
Next, the condition (3) will be described. The size of the light receiving unit is set according to the distance between the sample and the light receiving unit, and the light receiving unit receives only the portion of the probe light changed by the thermal lens and is not affected by the thermal lens. Since the portion does not receive light, the thermal lens spectroscopic analyzer of the present invention has sufficient analysis sensitivity.
Next, the condition (4) will be described. By separating the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light to some extent, sufficient analysis sensitivity is obtained, and at the same time, even if a positional deviation along the optical path or vibration in the same direction occurs in the part, analysis The decrease in sensitivity and accuracy is realized. If the distance between the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light is 100 μm or more, sufficient analysis sensitivity is obtained, and the sensitivity and accuracy of analysis are reduced due to the above-described positional deviation and vibration. Is particularly difficult to occur. If the distance between the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light is less than 100 μm, the ratio of the portion changed by the thermal lens in the probe light is too large, so the shape of the portion changed by the thermal lens is distorted. This not only hinders the analysis, but also increases the degree of reduction in resistance to the deviation of the optical axis between excitation light and probe light, which will be described later. In order to make such inconvenience less likely to occur, it is more preferable that the distance between the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light be 200 μm or more.

また、本発明に係る請求項2の熱レンズ分光分析装置は、請求項1に記載の熱レンズ分光分析装置において、前記プローブ光の焦点位置と前記受光部との間の距離T、及び、前記受光部の径Dが、下記式を満足することを特徴とする。
T≧125000×(前記励起光又は前記プローブ光の光線束の最大錐角の半角の正弦)×〔D+2×(前記受光部の許容位置ずれ量)〕/〔250+2×(前記受光部の許容位置ずれ量)〕
なお、T,D,及び前記受光部の許容位置ずれ量の単位はμmである。
The thermal lens spectroscopic analysis device according to claim 2 of the present invention is the thermal lens spectroscopic analysis device according to claim 1, wherein the distance T between the focal position of the probe light and the light receiving unit, and the The diameter D of the light receiving portion satisfies the following formula.
T ≧ 125000 × (half sine of the maximum cone angle of the light beam of the excitation light or the probe light) × [D + 2 × (allowable displacement of the light receiving portion)] / [250 + 2 × (allowable position of the light receiving portion) Deviation))
Note that the unit of T, D, and the allowable positional deviation amount of the light receiving unit is μm.

さらに、本発明に係る請求項3の熱レンズ分光分析装置は、請求項1に記載の熱レンズ分光分析装置において、前記プローブ光の焦点位置と前記受光部との間の距離T、及び、前記受光部の径Dが、下記式を満足することを特徴とする。
T≧(前記励起光又は前記プローブ光の光線束の最大錐角の半角の正弦)×〔D+40〕×400
なお、T及びDの単位はμmである。
Furthermore, the thermal lens spectroscopic analysis apparatus according to claim 3 of the present invention is the thermal lens spectroscopic analysis apparatus according to claim 1, in which the distance T between the focal position of the probe light and the light receiving unit, and the The diameter D of the light receiving portion satisfies the following formula.
T ≧ (half sine of the maximum cone angle of the beam bundle of the excitation light or the probe light) × [D + 40] × 400
The unit of T and D is μm.

このように、試料と検出手段の受光部とが所定距離離れているので(本発明においては「試料と検出手段の受光部との間の距離」から「励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離」を差し引いた「プローブ光の焦点位置と受光部との間の距離」であるが、実質的に且つ考え方としてはほぼ同義であるため、以降においてもこの表現を用いる場合がある)、光路に直交する方向の位置ずれや同方向の振動が部品(例えば検出手段の受光部)に生じても、熱レンズ信号の変動の程度が小さく、分析の感度や精度の低下が小さい。このように、分析を行う現場で振動等の影響を受けにくいので、POC分析等に好適である。また、熱ひずみや運搬時の振動等により前記方向の位置ずれが部品に生じていたとしても、分析の感度や精度の低下が小さいので、分析現場において分析前に熱レンズ分光分析装置を細かく調整する必要がない。   As described above, since the sample and the light receiving portion of the detection means are separated from each other by a predetermined distance (in the present invention, from the “distance between the sample and the light receiving portion of the detection means”, “the focal position of the excitation light and the focus of the probe light” The “distance between the focal position of the probe light and the light receiving unit” minus the “distance between the position”, but since it is substantially synonymous in terms and concept, this expression will be used in the following. However, even if a position shift in the direction orthogonal to the optical path or vibration in the same direction occurs in the component (for example, the light receiving part of the detection means), the degree of fluctuation of the thermal lens signal is small, and the sensitivity and accuracy of analysis are reduced. small. As described above, since it is not easily affected by vibration or the like at the site where analysis is performed, it is suitable for POC analysis. In addition, even if there is misalignment in the above direction due to thermal strain or vibration during transportation, the sensitivity and accuracy of the analysis are small, so the thermal lens spectrometer is finely adjusted before analysis at the analysis site. There is no need to do.

受光部の許容位置ずれ量、すなわち、分析に対してほとんど悪影響が生じないような受光部の位置ずれ量(光路に直交する方向の位置ずれ量)は、望ましくは±20μmである。よって、請求項2に記載の式の「受光部の許容位置ずれ量」に20を代入して得られる請求項3に記載の式を満足することがより好ましい。
なお、受光部の形状がどのような形状であっても熱レンズ信号の検出は可能であるが、熱レンズが近似的にガウシアン的な分布をすると想定できるため、受光部の面積が同一であっても形状が異なると検出される熱レンズ信号は必ずしも同一ではない。レーザー等からなるプローブ光の断面形状は円形又は楕円形であり、その結果、熱レンズの分布も基本的に円形又は楕円形と考えられるので、受光部の形状についても円形又は楕円形が好ましい。ただし、四角形等の他の形状でも差し支えなく、その場合は、その形状に応じて上記式の「D」の値を補正する必要がある。
The permissible positional deviation amount of the light receiving unit, that is, the positional deviation amount of the light receiving unit (the positional deviation amount in the direction orthogonal to the optical path) that hardly causes an adverse effect on the analysis is desirably ± 20 μm. Therefore, it is more preferable to satisfy the expression according to claim 3 obtained by substituting 20 into the “allowable positional deviation amount of the light receiving portion” of the expression according to claim 2.
Although the thermal lens signal can be detected regardless of the shape of the light receiving portion, the area of the light receiving portion is the same because the thermal lens can be assumed to have an approximately Gaussian distribution. However, the thermal lens signals detected when the shapes are different are not necessarily the same. The cross-sectional shape of the probe light composed of a laser or the like is circular or elliptical. As a result, the distribution of the thermal lens is basically considered to be circular or elliptical, and therefore the shape of the light receiving part is preferably circular or elliptical. However, other shapes such as a rectangle may be used. In this case, it is necessary to correct the value of “D” in the above formula according to the shape.

さらに、本発明に係る請求項4の熱レンズ分光分析装置は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱レンズ分光分析装置において、前記プローブ光の焦点位置が前記励起光の焦点位置よりも前記受光部に近い位置に存在することを特徴とする Further, thermal lens spectroscopic analyzer according to claim 4 of the present invention, the thermal lens spectrometer according to any one of claims 1 to 3, the focus of the focus position of the pre-Symbol probe light the excitation light It exists in the position near the said light-receiving part rather than a position, It is characterized by the above-mentioned .

さらに、本発明に係る請求項5の熱レンズ分光分析装置は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱レンズ分光分析装置において、前記励起光及び前記プローブ光のいずれか一方又は両方の光路上にビームエクスパンダーを設置して、前記励起光及び前記プローブ光の各焦点位置を独立して調整可能としたことを特徴とする。Furthermore, the thermal lens spectroscopic analysis device according to claim 5 of the present invention is the thermal lens spectroscopic analysis device according to any one of claims 1 to 4, wherein either one or both of the excitation light and the probe light is used. A beam expander is installed on the optical path, and the focal positions of the excitation light and the probe light can be adjusted independently.

さらに、本発明に係る請求項6の熱レンズ分光分析装置は、請求項1〜5のいずれか一項に記載の熱レンズ分光分析装置において、前記励起光集光用光学素子と前記プローブ光集光用光学素子とが同一の光学素子であることを特徴とする。
このような構成であれば、部品点数を減らすことになるから、コストや小型化の点でも好ましい。
Furthermore, the thermal lens spectroscopic analysis device according to claim 6 of the present invention is the thermal lens spectroscopic analysis device according to any one of claims 1 to 5, wherein the excitation light condensing optical element and the probe light collecting device. The optical optical element is the same optical element.
Such a configuration is preferable in terms of cost and size reduction because the number of parts is reduced.

さらに、本発明に係る請求項7の熱レンズ分光分析装置は、請求項1〜6のいずれか一項に記載の熱レンズ分光分析装置において、前記検出手段の受光部の中心部分が、前記励起光の焦点位置と前記プローブ光の焦点位置とを結ぶ線の延長線上に位置することを特徴とする。
熱レンズ分光分析装置の製造時の組み立て精度等の影響により、同一の光学素子により集光されたとしても励起光の光軸とプローブ光の光軸とがずれることがあり、その場合には、プローブ光のうち熱レンズにより変化した部分は、励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置とを結ぶ線の延長線上に位置することになる。よって、検出手段の受光部の中心部分を前記延長線上に配すれば、熱レンズ分光分析装置の感度を高めることができる。
さらに、本発明に係る請求項8の熱レンズ分光分析装置は、請求項7に記載の熱レンズ分光分析装置において、前記励起光集光用光学素子を透過した前記励起光と、前記プローブ光集光用光学素子を透過した前記プローブ光とが、同軸ではないことを特徴とする。
Furthermore, the thermal lens spectroscopic analyzer according to claim 7 of the present invention is the thermal lens spectroscopic analyzer according to any one of claims 1 to 6, wherein a central portion of the light receiving portion of the detecting means is the excitation. It is located on the extended line of the line which connects the focus position of light and the focus position of the probe light.
The optical axis of the excitation light and the optical axis of the probe light may be misaligned even if they are collected by the same optical element due to the influence of the assembly accuracy at the time of manufacturing the thermal lens spectroscopic analysis device. The portion of the probe light that has changed due to the thermal lens is located on an extension of the line connecting the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light. Therefore, the sensitivity of the thermal lens spectroscopic analyzer can be increased by arranging the central portion of the light receiving portion of the detecting means on the extension line.
Furthermore, the thermal lens spectroscopic analysis device according to claim 8 of the present invention is the thermal lens spectroscopic analysis device according to claim 7, wherein the excitation light transmitted through the excitation light condensing optical element and the probe light collecting device. The probe light transmitted through the optical optical element is not coaxial.

本発明の熱レンズ分光分析装置は、部品に位置ずれや振動が生じても分析の感度や精度の低下が生じにくい。また、分析前の細かな調整が不要である。   The thermal lens spectroscopic analysis apparatus of the present invention is less likely to cause a decrease in analysis sensitivity or accuracy even if a position shift or vibration occurs in a part. In addition, fine adjustment before analysis is not required.

図1は、本発明の一実施形態である熱レンズ分光分析装置の構成を説明する構成図である。図1の熱レンズ分光分析装置は、励起光Eの光源であるレーザー発光手段1(波長は約635nm)と、プローブ光Pの光源であるレーザー発光手段2(波長は約780nm)と、励起光E及びプローブ光Pを集光する1つの集光レンズ5(本発明の構成要件である励起光集光用光学素子とプローブ光集光用光学素子とに相当する)と、試料溶液Sを収納する試料セル6と、プローブ光Pを受光する光ファイバ8(本発明の構成要件である受光部に相当する)を有するプローブ光Pの検出手段9と、を備えている。なお、光ファイバ8の端面がプローブ光Pを受光するので、光ファイバ8の径が絞りに相当することになる。   FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a configuration of a thermal lens spectroscopic analyzer according to an embodiment of the present invention. The thermal lens spectroscopic analysis apparatus of FIG. 1 includes a laser emission means 1 (wavelength is about 635 nm) that is a light source of excitation light E, a laser emission means 2 (wavelength is about 780 nm) that is a light source of probe light P, and excitation light. E and the condensing lens 5 which condenses the probe light P (corresponding to the excitation light condensing optical element and the probe light condensing optical element which are constituent elements of the present invention) and the sample solution S are stored. And a probe light P detecting means 9 having an optical fiber 8 (corresponding to a light receiving portion which is a constituent of the present invention) for receiving the probe light P. Since the end face of the optical fiber 8 receives the probe light P, the diameter of the optical fiber 8 corresponds to a diaphragm.

このような熱レンズ分光分析装置においては、励起光Eがレーザー発光手段1から出力されるとともに、プローブ光Pがレーザー発光手段2から出力され、プローブ光Pが反射板3で反射されてビームスプリッタ4に入射される。そして、ビームスプリッタ4において励起光Eとプローブ光Pとが同軸とされ、集光レンズ5に導かれる。この集光レンズ5によって絞られた励起光Eは試料溶液Sに集光され、これにより図示しない熱レンズが形成される。そして、集光レンズ5によって絞られたプローブ光Pは前記熱レンズに向かって集光され、熱レンズ効果により発散又は集光される。   In such a thermal lens spectroscopic analysis apparatus, the excitation light E is output from the laser light emitting means 1, the probe light P is output from the laser light emitting means 2, and the probe light P is reflected by the reflector 3 to be a beam splitter. 4 is incident. In the beam splitter 4, the excitation light E and the probe light P are coaxial and guided to the condenser lens 5. The excitation light E focused by the condenser lens 5 is condensed on the sample solution S, thereby forming a thermal lens (not shown). Then, the probe light P focused by the condenser lens 5 is condensed toward the thermal lens and is diverged or condensed by the thermal lens effect.

試料セル6を透過した励起光E及びプローブ光Pは、励起光カットフィルタ7により励起光Eのみが除去され、熱レンズを透過したプローブ光Pのみが前記径に応じて光ファイバ8に受光される。そして、受光されたプローブ光Pは、光ファイバ8により検出手段9に導かれて、そのレーザーパワーが測定される。
試料セル6に試料溶液Sが収納されている場合と収納されていない場合とにおいて、それぞれ測定を行い、検出手段9の検出値の差を熱レンズ信号とすればよい。この熱レンズ信号は、熱レンズの度、すなわち試料溶液Sの濃度に比例する。通常は、励起光Eに対し変調を掛け、その変調周波数に応じたプローブ光Pの変動のみをロックインアンプ等を用いて取り出すことで、より精度の高い結果を得ることができる。
Only the excitation light E is removed from the excitation light E and the probe light P transmitted through the sample cell 6 by the excitation light cut filter 7, and only the probe light P transmitted through the thermal lens is received by the optical fiber 8 according to the diameter. The Then, the received probe light P is guided to the detecting means 9 by the optical fiber 8 and the laser power thereof is measured.
The measurement may be performed in the case where the sample solution S is stored in the sample cell 6 and in the case where the sample solution S is not stored, and a difference between detection values of the detection means 9 may be used as a thermal lens signal. This thermal lens signal is proportional to the degree of thermal lens, that is, the concentration of the sample solution S. Usually, the excitation light E is modulated, and only the fluctuation of the probe light P corresponding to the modulation frequency is extracted using a lock-in amplifier or the like, so that a more accurate result can be obtained.

一般的に、熱レンズ信号の感度は、励起光及びプローブ光の絞られ方が強いほど向上することが知られているが、絞られ方が強いと、光源,集光レンズ,光ファイバ等の部品の位置ずれや振動の影響を受けて分析の感度や精度が容易に低下する傾向があるだけでなく、測定部位への部品の位置合わせ等の調整もより難しくなる。一方、POC分析等においては分析を行う現場に熱レンズ分光分析装置を運搬する必要があり、運搬時に振動を受けて熱レンズ分光分析装置の部品に位置ずれが生じるおそれがある。また、分析時に分析環境に起因する振動を受ける場合がある。よって、部品の位置ずれや振動による悪影響が生じにくい性能が、熱レンズ分光分析装置には求められる。   In general, it is known that the sensitivity of the thermal lens signal is improved as the excitation light and the probe light are more strongly reduced. However, if the excitation light and the probe light are stronger, the sensitivity of the light source, the condenser lens, the optical fiber, etc. Not only does the sensitivity and accuracy of the analysis tend to be easily reduced due to the effects of component displacement and vibration, but also adjustment of the alignment of the component to the measurement site becomes more difficult. On the other hand, in the POC analysis or the like, it is necessary to transport the thermal lens spectroscopic analyzer to the site where the analysis is performed, and there is a risk that the components of the thermal lens spectroscopic analyzer may be displaced due to vibration during transport. In addition, there may be vibrations caused by the analysis environment during analysis. Therefore, the thermal lens spectroscopic analyzer is required to have a performance that is less likely to cause adverse effects due to component displacement and vibration.

本実施形態の熱レンズ分光分析装置は、集光レンズ5の開口数が0.15以下であり、励起光E及びプローブ光Pの絞られ方があまり強くないので、光路に沿う方向の位置ずれや同方向の振動が集光レンズ5,光ファイバ8等の部品に生じても、熱レンズ信号の変動の程度が小さく、分析の感度や精度の低下が小さい(以降の説明においては、図2も併せて参照)。また、運搬時の振動等により前記方向の位置ずれが部品に生じていたとしても、分析の感度や精度の低下が小さいので、分析現場において分析前に熱レンズ分光分析装置を細かく調整する必要がない。   In the thermal lens spectroscopic analyzer of the present embodiment, the condensing lens 5 has a numerical aperture of 0.15 or less, and the way in which the excitation light E and the probe light P are reduced is not so strong. Even if vibrations in the same direction occur in components such as the condenser lens 5 and the optical fiber 8, the degree of fluctuation of the thermal lens signal is small, and the sensitivity and accuracy of analysis are small (in the following description, FIG. See also). In addition, even if there is a positional shift in the above direction due to vibration during transportation, etc., the sensitivity and accuracy of the analysis are small, so it is necessary to finely adjust the thermal lens spectrometer before analysis at the analysis site. Absent.

なお、2つの集光レンズを設けて、励起光Eとプローブ光Pとをそれぞれ別の集光レンズで集光する構成とすることもできる。また、集光レンズ5の代わりに凹型反射鏡等の他種の光学素子を用いて励起光E及びプローブ光Pを絞ってもよい。
さらに、試料溶液Sと光ファイバ8の受光面8aとの間の距離に応じて受光面8aの大きさ(光ファイバ8の径)が設定されていて、光ファイバ8の受光面8aが、プローブ光Pのうち熱レンズLにより変化した部分P’のみを受光し、熱レンズLの影響を受けていない部分は受光しないようになっているので(すなわち、光ファイバ8の受光面8aの大きさが、プローブ光Pのうち熱レンズLにより変化した部分P’よりも小さいか又は同一)、熱レンズ分光分析装置は十分な分析感度を有している。光ファイバ8の受光面8aが大きすぎると、プローブ光Pのうち熱レンズLの影響を受けていない部分も受光してしまうので、その影響を受けて熱レンズ信号の強度が小さくなる。
In addition, it can also be set as the structure which provides two condensing lenses and condenses the excitation light E and the probe light P with another condensing lens, respectively. Further, the excitation light E and the probe light P may be narrowed using another type of optical element such as a concave reflector instead of the condenser lens 5.
Further, the size of the light receiving surface 8a (the diameter of the optical fiber 8) is set according to the distance between the sample solution S and the light receiving surface 8a of the optical fiber 8, and the light receiving surface 8a of the optical fiber 8 is connected to the probe. Only the portion P ′ changed by the thermal lens L in the light P is received, and the portion not affected by the thermal lens L is not received (that is, the size of the light receiving surface 8a of the optical fiber 8). However, the thermal lens spectroscopic analyzer has a sufficient analysis sensitivity, which is smaller than or equal to the portion P ′ changed by the thermal lens L in the probe light P). If the light receiving surface 8a of the optical fiber 8 is too large, portions of the probe light P that are not affected by the thermal lens L are also received, so that the intensity of the thermal lens signal is reduced under the influence.

さらに、本実施形態の熱レンズ分光分析装置は、プローブ光Pの焦点位置と光ファイバ8の受光面8a(光ファイバ8の端面)との間の距離T、及び、光ファイバ8の径Dが、下記式を満足している(T及びDの単位はμmである)。
T≧(励起光E及びプローブ光Pの光線束の最大錐角の半角の正弦)×〔D+40〕×400
よって、光路に直交する方向の位置ずれや同方向の振動が部品に生じても、熱レンズ信号の変動の程度が小さく、分析の感度や精度の低下が小さい。また、運搬時の振動等により前記方向の位置ずれが部品に生じていたとしても、分析の感度や精度の低下が小さいので、分析現場において分析前に熱レンズ分光分析装置を細かく調整する必要がない。
Furthermore, in the thermal lens spectroscopic analyzer of this embodiment, the distance T between the focal position of the probe light P and the light receiving surface 8a of the optical fiber 8 (the end surface of the optical fiber 8) and the diameter D of the optical fiber 8 are as follows. The following formula is satisfied (the unit of T and D is μm).
T ≧ (half sine of the maximum cone angle of the beam bundle of excitation light E and probe light P) × [D + 40] × 400
Therefore, even if a positional deviation in the direction orthogonal to the optical path or vibration in the same direction occurs in the component, the degree of fluctuation of the thermal lens signal is small, and the sensitivity and accuracy of analysis are small. In addition, even if there is a positional shift in the above direction due to vibration during transportation, etc., the sensitivity and accuracy of the analysis are small, so it is necessary to finely adjust the thermal lens spectrometer before analysis at the analysis site. Absent.

さらに、本実施形態の熱レンズ分光分析装置は、励起光Eの焦点位置とプローブ光Pの焦点位置との間の距離が200μm以上とされており(例えば300μmや500μm)、両焦点位置がある程度離れているので、プローブ光Pのうち熱レンズLにより変化した部分P’が形成する光線束の最大錐角が、プローブ光P全体が形成する光線束の最大錐角と比べて小さい。その結果、光路に沿う方向の位置ずれや同方向の振動が部品に生じても、プローブ光Pのうち熱レンズLにより変化した部分P’の断面積の変動が小さく、分析の感度や精度の低下が小さい。また、励起光Eの焦点位置とプローブ光Pの焦点位置との間の距離が前記範囲であれば、十分な分析感度を保つことが可能である。   Furthermore, in the thermal lens spectroscopic analyzer of the present embodiment, the distance between the focal position of the excitation light E and the focal position of the probe light P is 200 μm or more (for example, 300 μm or 500 μm), and both focal positions are to some extent. Since they are separated, the maximum cone angle of the beam bundle formed by the portion P ′ changed by the thermal lens L in the probe light P is smaller than the maximum cone angle of the beam bundle formed by the entire probe beam P. As a result, even if a positional deviation in the direction along the optical path or vibration in the same direction occurs in the component, the fluctuation in the cross-sectional area of the portion P ′ changed by the thermal lens L in the probe light P is small, and the sensitivity and accuracy of the analysis The decrease is small. In addition, if the distance between the focal position of the excitation light E and the focal position of the probe light P is within the above range, sufficient analysis sensitivity can be maintained.

なお、励起光Eの焦点位置とプローブ光Pの焦点位置との間の距離を調整するために、集光レンズ5の色収差を利用することも可能であるが、励起光E及びプローブ光Pのいずれか一方又は両方の光路上にビームエクスパンダー等を設置して、各焦点位置を独立して調整可能とした方が、両焦点位置間の距離をより高い精度で調整することができる。
さらに、本実施形態の熱レンズ分光分析装置は、プローブ光Pの焦点位置が励起光Eの焦点位置よりも光ファイバ8の受光面8aに近い位置に存在する。そのため、熱レンズ信号が安定している。両焦点位置が同位置に存在したり、前述の場合とは逆に励起光Eの焦点位置がプローブ光Pの焦点位置よりも光ファイバ8の受光面8aに近い位置に存在したりすると、熱レンズ信号分布にムラや歪みが観測されることがあり、分析に不具合が生じる場合がある。
In order to adjust the distance between the focal position of the excitation light E and the focal position of the probe light P, the chromatic aberration of the condenser lens 5 can be used. If a beam expander or the like is installed on one or both of the optical paths so that the focal positions can be adjusted independently, the distance between the focal positions can be adjusted with higher accuracy.
Furthermore, in the thermal lens spectroscopic analyzer of the present embodiment, the focal position of the probe light P is located closer to the light receiving surface 8a of the optical fiber 8 than the focal position of the excitation light E. Therefore, the thermal lens signal is stable. If both focal positions exist at the same position, or if the focal position of the excitation light E exists closer to the light receiving surface 8a of the optical fiber 8 than the focal position of the probe light P, contrary to the case described above, Unevenness or distortion may be observed in the lens signal distribution, which may cause problems in analysis.

さらに、本実施形態の熱レンズ分光分析装置は、光ファイバ8の受光面8aの中心部分が、同一の集光レンズ5で集光された励起光E及びプローブ光Pの焦点同士を結ぶ線の延長線上に位置するように、光ファイバ8が配置されている。これにより、調整不足等によって励起光Eとプローブ光Pとの光軸のズレが生じていたとしても、プローブ光Pのうち熱レンズLにより変化した部分P’を効率良く受光できるため、熱レンズ分光分析装置の感度が高められている。   Furthermore, in the thermal lens spectroscopic analyzer of this embodiment, the central portion of the light receiving surface 8a of the optical fiber 8 is a line connecting the focal points of the excitation light E and the probe light P collected by the same condenser lens 5. The optical fiber 8 is arranged so as to be located on the extension line. As a result, even if the optical axis shift between the excitation light E and the probe light P occurs due to insufficient adjustment or the like, the portion P ′ changed by the thermal lens L in the probe light P can be received efficiently. The sensitivity of the spectroscopic analyzer is increased.

以上説明したような構成を有することから、本実施形態の熱レンズ分光分析装置は、光路に沿う方向及び光路に直交する方向の位置ずれや同方向の振動が部品に生じても、熱レンズ信号の変動の程度が小さく、分析の感度や精度の低下が小さい。しかも、本実施形態の熱レンズ分光分析装置は、必要な感度を有している。よって、POC分析等に好適である。なお、前述の必要な感度とは、集光レンズ5の開口数、励起光Eの焦点位置とプローブ光Pの焦点位置との間の距離、試料溶液Sと光ファイバ8の受光面8a(光ファイバ8の端面)との間の距離、及び、光ファイバ8の受光面8aの大きさを、熱レンズ信号が最大値となるように設定した場合に得られる熱レンズ信号を最大熱レンズ信号値とすると、この最大熱レンズ信号値の80%以上の値が得られる感度を意味する。   With the configuration as described above, the thermal lens spectroscopic analyzer of the present embodiment can detect the thermal lens signal even if a positional deviation or vibration in the same direction along the optical path and in the direction orthogonal to the optical path occurs in the component. The degree of fluctuation is small, and the decrease in sensitivity and accuracy of analysis is small. Moreover, the thermal lens spectroscopic analyzer of this embodiment has the necessary sensitivity. Therefore, it is suitable for POC analysis and the like. The necessary sensitivity mentioned above includes the numerical aperture of the condenser lens 5, the distance between the focal position of the excitation light E and the focal position of the probe light P, the light receiving surface 8a (light of the sample solution S and the optical fiber 8). The thermal lens signal obtained when the distance between the optical fiber 8 and the size of the light receiving surface 8a of the optical fiber 8 is set so that the thermal lens signal becomes the maximum value. Then, it means the sensitivity at which a value of 80% or more of the maximum thermal lens signal value is obtained.

以下に集光レンズ5以外の各部品について説明する。
励起光Eの光源であるレーザー発光手段1として用いられるレーザーの種類は特に限定されるものではなく、ガスレーザー,固体レーザー等を問題なく用いることができるが、安価且つ小型であることから半導体レーザーが望ましい。ただし、半導体レーザーを用いる場合には、各光学部品からの反射光が再び励起光Eの光源に入射すると出力変化によるノイズとなるので、半導体レーザーに高周波重畳をかけるか、又は、偏光依存ビームスプリッタと4分の1波長板との組み合わせによる光アイソレータを組み込むことが望ましい。
Below, each component other than the condensing lens 5 is demonstrated.
The type of laser used as the laser emission means 1 that is the light source of the excitation light E is not particularly limited, and a gas laser, a solid laser, or the like can be used without any problem. Is desirable. However, in the case of using a semiconductor laser, when reflected light from each optical component is incident on the light source of the excitation light E again, it becomes noise due to output change. Therefore, high frequency superposition is applied to the semiconductor laser or a polarization dependent beam splitter is used. It is desirable to incorporate an optical isolator in combination with a quarter wave plate.

なお、レーザーではないが、熱レンズ測定において十分な感度を実現できるならば、発光ダイオード(LED)を励起光Eの光源として用いることもできる。特に、高出力化が進んでいる広い波長領域を備える白色光LEDに複数のフィルターを組み合わせることにより、複数の波長の光が励起光として使用可能となり、従来単一波長のレーザーでは不可能であった熱レンズによる吸収スペクトラムの測定が可能となる。   Although not a laser, a light emitting diode (LED) can be used as the light source of the excitation light E if sufficient sensitivity can be realized in the thermal lens measurement. In particular, by combining a plurality of filters with a white light LED having a wide wavelength range, which has been increasing in output, light of a plurality of wavelengths can be used as excitation light, which is impossible with a conventional single wavelength laser. The absorption spectrum can be measured with a thermal lens.

また、プローブ光Pの光源であるレーザー発光手段2として用いられるレーザーの種類も特に限定されるものではなく、励起光Eと波長が異なるものであれば、レーザー発光手段1と同様のレーザーを用いることができる。また、発光ダイオードをプローブ光Pの光源として用いることもできる。
さらに、反射板3はプローブ光Pをビームスプリッタ4に導くためのものであり、プローブ光Pの波長において十分な反射率を有するものであれば問題なく用いることができる。ただし、100%に近い反射率であることが望ましい。
Further, the type of laser used as the laser emission means 2 that is the light source of the probe light P is not particularly limited, and the same laser as the laser emission means 1 is used as long as the wavelength is different from that of the excitation light E. be able to. A light emitting diode can also be used as a light source for the probe light P.
Further, the reflecting plate 3 is for guiding the probe light P to the beam splitter 4 and can be used without any problem as long as it has a sufficient reflectance at the wavelength of the probe light P. However, it is desirable that the reflectance is close to 100%.

さらに、ビームスプリッタ4は、励起光Eとプローブ光Pとを同軸にするためのものであり、プローブ光Pに対して反射率が十分高く、励起光Eに対して透過率が十分高いものであればよい。ただし、プローブ光Pに対して100%に近い反射率を有し、励起光Eに対して100%に近い透過率を有することが好ましい。例えば、励起光とプローブ光との波長が異なることを利用するもの、励起光とプローブ光との偏光面が異なることを利用するものなどがあげられる。なお、図1におけるレーザー発光手段1とレーザー発光手段2の配置を入れ替えても差し支えない。その場合は、反射板3及びビームスプリッタ4の特性も、両レーザー発光手段1,2の配置に応じて変更する必要があることは言うまでもない。   Further, the beam splitter 4 is for making the excitation light E and the probe light P coaxial, and has a sufficiently high reflectance with respect to the probe light P and a sufficiently high transmittance with respect to the excitation light E. I just need it. However, it is preferable that the probe light P has a reflectance close to 100% and the excitation light E has a transmittance close to 100%. For example, there are those utilizing the fact that the wavelengths of the excitation light and the probe light are different, and those utilizing the fact that the polarization planes of the excitation light and the probe light are different. The arrangement of the laser light emitting means 1 and the laser light emitting means 2 in FIG. 1 may be interchanged. In that case, it is needless to say that the characteristics of the reflector 3 and the beam splitter 4 also need to be changed according to the arrangement of the laser emitting means 1 and 2.

さらに、試料セル6は、測定する試料溶液Sを収納するためのものである。試料セル6の素材は、励起光E及びプローブ光Pに対して透明であれば特に限定されるものではないが、励起光E及びプローブ光Pの透過率がなるべく高いことが望ましい。例えば、ポリメチルメタクリレート(PMMA),ポリカーボネート(PC),ポリスチレン(PS),シクロオレフィン系樹脂等の樹脂材料やガラスなどがあげられる。また、試料セル6の形状も特に限定されるものではないが、励起光E及びプローブ光Pが入射し透過する位置に平坦面が存在することが好ましい。なお、試料セル6のうち励起光E及びプローブ光Pが入射し透過する部分が、励起光E及びプローブ光Pに対して透明であればよいので、他の部分は前述の素材以外のもので構成されていてもよい。   Furthermore, the sample cell 6 is for storing the sample solution S to be measured. The material of the sample cell 6 is not particularly limited as long as it is transparent to the excitation light E and the probe light P, but it is desirable that the transmittance of the excitation light E and the probe light P is as high as possible. Examples thereof include resin materials such as polymethyl methacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), and cycloolefin resin, and glass. The shape of the sample cell 6 is not particularly limited, but it is preferable that a flat surface exists at a position where the excitation light E and the probe light P are incident and transmitted. Note that the portion of the sample cell 6 where the excitation light E and the probe light P are incident and transmitted is only required to be transparent with respect to the excitation light E and the probe light P. It may be configured.

さらに、励起光カットフィルター7としては、励起光Eを十分に除去できるものであれば問題なく使用することができるが、光学濃度が5以上であるものが好ましい。例えば、色ガラスフィルター,干渉フィルター等があげられる。なお、本実施形態においては、励起光カットフィルター7は光ファイバ8と一体とされているが、別体であっても差し支えない。   Further, the excitation light cut filter 7 can be used without any problem as long as it can sufficiently remove the excitation light E, but preferably has an optical density of 5 or more. For example, a color glass filter, an interference filter and the like can be mentioned. In the present embodiment, the excitation light cut filter 7 is integrated with the optical fiber 8, but may be a separate body.

さらに、光ファイバ8の種類は、プローブ光の波長を持つレーザー光を導波するものであれば特に限定されるものではなく、SI(Step Index)型,GI(Graded Index)型等を用いることができる。また、導波モードは、シングルモード及びマルチモードのいずれでも差し支えない。ただし、曲げに対する許容度が要求される場合には、その許容度が高いことからマルチモードが好ましい。光ファイバ8の材質も特に限定されるものではなく、樹脂製,ガラス製など、いずれも問題なく用いることができる。低コスト化が可能であるという点を考えると、マルチモード導波型のプラスチック製光ファイバが最も好ましい。   Further, the type of the optical fiber 8 is not particularly limited as long as it guides laser light having the wavelength of the probe light, and an SI (Step Index) type, a GI (Graded Index) type, or the like is used. Can do. The guided mode may be either single mode or multimode. However, when a tolerance for bending is required, the multimode is preferable because the tolerance is high. The material of the optical fiber 8 is not particularly limited, and any material such as resin or glass can be used without any problem. Considering that the cost can be reduced, a multimode waveguide type plastic optical fiber is most preferable.

検出手段9の種類は、プローブ光Pに対して十分な感度を有していれば特に限定されるものではなく、例えばフォトダイオード等があげられる。なお、本実施形態においては、検出手段9は光ファイバ8と一体とされているが、別体であっても差し支えない。また、光ファイバ8の代わりに、所定の開口径を有する絞りをフォトダイオード等の検出手段9に取り付けて、この絞りから検出手段9がプローブ光Pを直接受光するような構成としてもよい。このとき、絞りの開口径が、光ファイバ8の受光面8aの大きさに相当する。   The type of the detection means 9 is not particularly limited as long as it has sufficient sensitivity to the probe light P, and examples thereof include a photodiode. In the present embodiment, the detection means 9 is integrated with the optical fiber 8, but may be a separate body. Further, instead of the optical fiber 8, a diaphragm having a predetermined opening diameter may be attached to the detection means 9 such as a photodiode, and the detection means 9 may directly receive the probe light P from this diaphragm. At this time, the aperture diameter of the diaphragm corresponds to the size of the light receiving surface 8 a of the optical fiber 8.

次に、励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離、試料とプローブ光の受光部との間の距離、及び、励起光とプローブ光との光軸のズレについて、さらに詳細に説明する。
〔励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離について〕
両焦点位置間の距離と熱レンズ信号の強度との関係を、図3のグラフに示す。このグラフから、両焦点位置間の距離が200μm以上であっても、熱レンズ信号の強度(熱レンズ信号の総和)が高く、分析感度が十分であることが分かる。両焦点位置間の距離が200μm未満の場合は、前述したように、プローブ光のうち熱レンズにより変化した部分の割合が大きすぎるため、プローブ光のうち熱レンズにより変化した部分の形状が歪むなどして分析に支障が生じるとともに、励起光とプローブ光との光軸のズレに対する耐性の低下の度合いが高まる。
Next, the distance between the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light, the distance between the sample and the light receiving portion of the probe light, and the deviation of the optical axis between the excitation light and the probe light will be further detailed. Explained.
[Distance between the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light]
The relationship between the distance between both focal positions and the intensity of the thermal lens signal is shown in the graph of FIG. From this graph, it can be seen that even when the distance between the two focal positions is 200 μm or more, the intensity of the thermal lens signal (the sum of the thermal lens signals) is high and the analysis sensitivity is sufficient. When the distance between both focal positions is less than 200 μm, as described above, the proportion of the probe light changed by the thermal lens is too large, so the shape of the probe light changed by the thermal lens is distorted. As a result, the analysis is hindered, and the degree of decrease in resistance to the deviation of the optical axis between the excitation light and the probe light is increased.

また、両焦点位置間の距離が小さいほど、熱レンズ信号の強度(感度)が高く、両焦点位置間の距離が大きいほど、両焦点位置間の距離が変動しても熱レンズ信号の強度に変動が生じにくい(両焦点位置間の距離が大きくなるにしたがって曲線の傾斜が緩やかになるため)ことが分かる。
なお、励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離と、プローブ光のうち熱レンズにより変化した部分の大きさ(熱レンズ信号の平均半値幅)と、の関係を示した図4のグラフから分かるように、両焦点位置間の距離が小さいほど、プローブ光のうち熱レンズにより変化した部分(熱レンズ信号の平均半値幅)が大きくなる。よって、両焦点位置間の距離が小さいほど、光ファイバ(受光部)の光路に直交する方向の位置ずれに対する許容誤差が大きくなる傾向がある。ただし、両焦点位置間の距離が小さ過ぎると、プローブ光のうち熱レンズにより変化した部分の歪みや、励起光とプローブ光との光軸のズレの影響を受けやすいことは前述の通りである。また、両焦点位置間の距離が大きいほど、熱レンズ形成の中心領域となる励起光の焦点位置におけるプローブ光の光径は大きくなるので、両光の光軸のズレに対する許容誤差が大きくなる傾向がある。
Also, the smaller the distance between the two focal positions, the higher the intensity (sensitivity) of the thermal lens signal. The larger the distance between the two focal positions, the greater the intensity of the thermal lens signal even if the distance between the two focal positions varies. It can be seen that the fluctuation is less likely to occur (because the slope of the curve becomes gentler as the distance between both focal positions increases).
The figure showing the relationship between the distance between the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light and the size of the probe light changed by the thermal lens (the average half-value width of the thermal lens signal). As can be seen from the graph in FIG. 4, the smaller the distance between the two focal positions, the larger the portion of the probe light that has been changed by the thermal lens (the average half-value width of the thermal lens signal). Therefore, the smaller the distance between the two focal positions, the greater the tolerance for positional deviation in the direction orthogonal to the optical path of the optical fiber (light receiving unit). However, if the distance between both focal positions is too small, it is easy to be affected by the distortion of the portion of the probe light changed by the thermal lens and the deviation of the optical axis between the excitation light and the probe light as described above. . In addition, the larger the distance between the two focal positions, the larger the diameter of the probe light at the focal position of the excitation light that becomes the central region of the thermal lens formation, and thus the tolerance for the deviation of the optical axes of the two lights tends to increase. There is.

また、図5から分かるように、両焦点位置間の距離が大きいほど、プローブ光のうち熱レンズにより変化した部分の広がり角度(図5では、該部分の光線束の最大錐角の半角の正接(tanθ)を示している)が小さくなる。よって、両焦点位置間の距離が大きいほど、光ファイバ(受光部)の光路に沿う方向の位置ずれに対する許容誤差が大きくなる傾向がある。   Further, as can be seen from FIG. 5, as the distance between both focal positions increases, the spread angle of the portion of the probe light changed by the thermal lens (in FIG. (Tan θ) is reduced). Therefore, the greater the distance between the two focal positions, the greater the tolerance for misalignment in the direction along the optical path of the optical fiber (light receiving unit).

励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離をある距離以下に短くした際に、熱レンズ信号が乱れる現象が観測されることがある。この現象はレーザーの共焦点範囲に関係していると思われるので、励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離を、使用するレーザーの共焦点長に応じて設定することが必要である。前述の現象が観測されないための最小の距離は、高信号値を得ることも考えるならば、共焦点長の2倍の距離とすることが好ましく、共焦点長の3倍の距離とすることがより好ましい。   When the distance between the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light is shortened to a certain distance or less, a phenomenon that the thermal lens signal is disturbed may be observed. Since this phenomenon seems to be related to the confocal range of the laser, the distance between the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light can be set according to the confocal length of the laser used. is necessary. In consideration of obtaining a high signal value, the minimum distance for the above phenomenon not being observed is preferably a distance twice the confocal length, and a distance three times the confocal length. More preferred.

例えば、熱レンズ分光分析装置で用いられることが多く、本実施形態においても用いた635nm程度の波長のレーザーは、開口数が0.1の場合には、共焦点長は約75μmとなる。よって、共焦点長の2倍の距離とするのであれば150μm程度、3倍の距離とするのであれば225μm程度であり、本実施形態での値(200μm)に近い値となる。開口数が0.15の場合には、それぞれ60μm程度、100μm程度となる。   For example, the laser having a wavelength of about 635 nm used in this embodiment is often used in a thermal lens spectroscopic analyzer, and the confocal length is about 75 μm when the numerical aperture is 0.1. Therefore, if the distance is twice the confocal length, it is about 150 μm, and if it is three times the distance, it is about 225 μm, which is close to the value (200 μm) in this embodiment. When the numerical aperture is 0.15, they are about 60 μm and about 100 μm, respectively.

また、近年開発が進んできた紫外領域に近い350nmの波長のレーザーであれば、開口数が0.1の場合には、共焦点長は40μm程度である。よって、励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離を100μm程度とすればよい。以上のように、励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離は、100μm以上とすることが好ましく、200μm以上とすることがより好ましい。   Further, in the case of a laser having a wavelength of 350 nm close to the ultraviolet region, which has been developed in recent years, when the numerical aperture is 0.1, the confocal length is about 40 μm. Therefore, the distance between the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light may be about 100 μm. As described above, the distance between the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light is preferably 100 μm or more, and more preferably 200 μm or more.

〔試料とプローブ光の受光部との間の距離について〕
試料とプローブ光の受光部との間の距離と、プローブ光のうち熱レンズにより変化した部分の大きさ(熱レンズ信号の平均半値幅)と、の関係を図4のグラフに示す。このグラフから、試料とプローブ光の受光部との間の距離が大きい方が、熱レンズ信号の平均半値幅が大きいことが分かる。よって、試料とプローブ光の受光部との間の距離が大きい方が、光路に直交する方向の位置ずれが光ファイバ(受光部)に生じても、分析の感度や精度の低下が小さいことが分かる。
[Distance between sample and probe light receiving part]
The relationship between the distance between the sample and the light receiving part of the probe light and the size of the portion of the probe light changed by the thermal lens (the average half-value width of the thermal lens signal) is shown in the graph of FIG. From this graph, it can be seen that the average half-value width of the thermal lens signal is larger when the distance between the sample and the light receiving portion of the probe light is larger. Therefore, when the distance between the sample and the light receiving part of the probe light is large, even if a positional deviation in the direction perpendicular to the optical path occurs in the optical fiber (light receiving part), the decrease in sensitivity and accuracy of analysis is small. I understand.

より具体的に説明すると、熱レンズ信号の平均半値幅は、試料とプローブ光の受光部との間の距離に比例することが図4から分かるため、後述の具体例に記載した値を基に考えると、光ファイバの許容位置ずれ量(光路に直交する方向の位置ずれ量)を十分実現可能な±20μmとすれば、試料から12.5mm離れた位置においては光ファイバの直径は250μmでもよいことが分かる。試料とプローブ光の受光部との間の距離がこれ以下である場合でも、光ファイバの許容位置ずれ量が一定値であるため比例はせず、プローブ光の焦点位置と受光部との間の距離Tと受光部の径Dとの間には、T≧(D+40)×40が成り立つ。なお、開口数は0.1であり、T及びDの単位はともにμmである。   More specifically, since it can be seen from FIG. 4 that the average half-value width of the thermal lens signal is proportional to the distance between the sample and the light receiving portion of the probe light, based on the values described in the specific examples described later. Considering that the allowable positional deviation amount of the optical fiber (the positional deviation amount in the direction orthogonal to the optical path) is ± 20 μm that can be sufficiently realized, the diameter of the optical fiber may be 250 μm at a position 12.5 mm away from the sample. I understand that. Even when the distance between the sample and the light receiving part of the probe light is less than this, the allowable positional deviation amount of the optical fiber is a constant value, so it is not proportional, and the distance between the focal position of the probe light and the light receiving part is not. T ≧ (D + 40) × 40 holds between the distance T and the diameter D of the light receiving unit. The numerical aperture is 0.1, and the units of T and D are both μm.

開口数が0.2以下の場合は、tanθの値は開口数にほぼ比例するため、プローブ光のうち熱レンズにより変化した部分の広がり角度も同じく開口数(すなわち光線束の最大錐角の半角の正弦)に比例することになる。よって、上式は以下のようになる。
T≧(光線束の最大錐角の半角の正弦)×〔D+40〕×400
When the numerical aperture is 0.2 or less, the value of tan θ is substantially proportional to the numerical aperture, so the spread angle of the portion of the probe light changed by the thermal lens is also the numerical aperture (that is, the half angle of the maximum cone angle of the light beam). Sine). Therefore, the above formula is as follows.
T ≧ (half sine of maximum cone of ray bundle) × [D + 40] × 400

そして、より一般的には以下のようになる。なお、いずれの式においても、T及びDの単位はともにμmである。
T≧125000×(前記励起光又は前記プローブ光の光線束の最大錐角の半角の正弦)×〔D+2×(前記受光部の許容位置ずれ量)〕/〔250+2×(前記受光部の許容位置ずれ量)〕
この範囲であれば、光ファイバ等の受光部の位置ずれを許容できることになる。受光部をピンホール状とし、受光部の大きさをさらに小さくすれば、試料と受光部との間の距離を小さくできることになるが、実際にはサンプルの厚さ等の制限を受けることは言うまでもない。
And more generally: In both formulas, the units of T and D are both μm.
T ≧ 125000 × (half sine of the maximum cone angle of the light beam of the excitation light or the probe light) × [D + 2 × (allowable displacement of the light receiving portion)] / [250 + 2 × (allowable position of the light receiving portion) Deviation))
If it is this range, position shift of light-receiving parts, such as an optical fiber, will be accepted. If the light receiving part is made into a pinhole shape and the size of the light receiving part is further reduced, the distance between the sample and the light receiving part can be reduced, but it goes without saying that the thickness of the sample is actually limited. Yes.

〔励起光とプローブ光との光軸のズレについて〕
励起光とプローブ光との光軸のズレは、小さい方が好ましい。図6のグラフから分かるように、プローブ光の光径に対するズレ量の比率(%)が小さいほど、熱レンズ信号の強度が高い。これは、光軸のズレが大きいと、プローブ光のうち熱レンズにより変化した部分が円形状にならず歪むためと考えられる。
[Displacement of optical axis between excitation light and probe light]
A smaller deviation of the optical axis between the excitation light and the probe light is preferable. As can be seen from the graph of FIG. 6, the smaller the ratio (%) of the deviation amount to the optical diameter of the probe light, the higher the intensity of the thermal lens signal. This is presumably because, if the optical axis shift is large, the portion of the probe light that has been changed by the thermal lens is not circular but distorted.

しかし、励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置とを所定距離離すこと、及び、受光部の中心部分を励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置とを結ぶ線の延長線上に配置することにより、光軸のズレの悪影響を最小限に抑えることが可能である。なお、励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置とを結ぶ線の延長線上にミラー等を配置してプローブ光の光路を曲げた場合は、両焦点位置を結ぶ線も同様に曲げて、その延長線上に受光部の中心部分を配置すれば、同様の効果が得られることは言うまでもない。   However, the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light are separated from each other by a predetermined distance, and the central portion of the light receiving unit is disposed on an extension line connecting the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light. Thus, it is possible to minimize the adverse effect of the deviation of the optical axis. In addition, when a mirror or the like is arranged on the extension line of the line connecting the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light and the optical path of the probe light is bent, the line connecting both focal positions is bent in the same way, It goes without saying that the same effect can be obtained by arranging the central portion of the light receiving portion on the extension line.

〔具体例〕
ここで、より具体的な例を示して、熱レンズ分光分析装置をさらに詳細に説明する。集光レンズ5の開口数を0.1とし、光軸の位置決め剛性を±0.25μmとすると、熱レンズ信号の変動量が0.5%となるプローブ光と励起光との光軸のズレは0.35%程度であることが図6から分かるので、プローブ光の光径は70μmとなる(70μmの0.35%は0.25μm)。これは、励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離が約300μmの場合のスポット径に相当する。
〔Concrete example〕
Here, the thermal lens spectroscopic analyzer will be described in more detail with a more specific example. When the numerical aperture of the condenser lens 5 is 0.1 and the positioning rigidity of the optical axis is ± 0.25 μm, the optical axis shift between the probe light and the excitation light that causes the fluctuation amount of the thermal lens signal to be 0.5%. 6 is about 0.35%, the optical diameter of the probe light is 70 μm (0.35% of 70 μm is 0.25 μm). This corresponds to the spot diameter when the distance between the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light is about 300 μm.

この時、試料から25mm離れた位置の平面上に半値幅約1000μmの熱レンズ信号分布が得られることが図4から分かり、その拡がり角tanθは約0.04となることが図5から分かる。さらに、図5から、プローブ光のうち熱レンズにより変化した部分の広がり角度(tanθ)は、励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離が大きくなるに従って小さくなり、開口数が0.1の場合は約0.04が最大値であることが分かる。ただし、図5の場合には、励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離の最小値は、熱レンズ信号が安定して得られる200μmとした。   At this time, it can be seen from FIG. 4 that a thermal lens signal distribution having a half width of about 1000 μm is obtained on a plane 25 mm away from the sample, and it can be seen from FIG. 5 that the spread angle tan θ is about 0.04. Further, from FIG. 5, the spread angle (tan θ) of the portion of the probe light changed by the thermal lens becomes smaller as the distance between the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light becomes larger, and the numerical aperture becomes smaller. In the case of 0.1, it is understood that about 0.04 is the maximum value. However, in the case of FIG. 5, the minimum value of the distance between the focal position of the excitation light and the focal position of the probe light is set to 200 μm so that the thermal lens signal can be stably obtained.

試料から25mm離れた位置の熱レンズ信号を直径500μmの光ファイバで検出する場合に、感度の変動量が0.5%となる光ファイバの許容位置ずれ量(光路に直交する方向の位置ずれ量)は、熱レンズ信号をガウシアン分布とすると±40μmとなり、十分実現可能な値となる。すなわち、この範囲であれば、試料溶液Sと光ファイバ8の受光面8aとの間の距離や集光レンズ5の位置などが数十μm変化したとしても(光路に沿う方向及び光路に直交する方向の位置ずれが生じたとしても)、分析の感度や精度はほとんど低下しない。そして、光路に沿う方向に±5mm程度変化したとしても、最大熱レンズ信号値の80%以上の値が得られる感度を維持できる。   When detecting a thermal lens signal at a position 25 mm away from the sample with an optical fiber having a diameter of 500 μm, the allowable positional deviation amount of the optical fiber with a sensitivity fluctuation amount of 0.5% (the positional deviation amount in the direction orthogonal to the optical path) ) Is ± 40 μm when the thermal lens signal is Gaussian distributed, which is a sufficiently realizable value. That is, within this range, even if the distance between the sample solution S and the light receiving surface 8a of the optical fiber 8 or the position of the condensing lens 5 has changed by several tens of μm (in the direction along the optical path and perpendicular to the optical path). Even if there is a misalignment in the direction), the sensitivity and accuracy of the analysis are hardly reduced. And even if it changes about +/- 5 mm in the direction along an optical path, the sensitivity which can obtain the value of 80% or more of the maximum thermal lens signal value is maintainable.

また、集光レンズ5の開口数が0.1、0.15、0.2である場合について、共焦点長を求めると、現在主に用いられ本実施形態でも使用している波長635nmの励起光では、それぞれ約74μm、33μm、18μmとなる。共焦点長はレーザーの波長に比例するため、より短い波長のレーザーを用いる場合、例えば波長が350nm程度であるとすると、共焦点長はそれぞれ上記値の半分強の値となる。振動等による許容位置ずれ量を実現可能な20μm程度と考えるならば、集光レンズの開口数は0.15以下が好ましいことが分かる。   Further, when the confocal length is obtained for the case where the numerical aperture of the condenser lens 5 is 0.1, 0.15, and 0.2, the excitation with a wavelength of 635 nm that is mainly used at present and also used in the present embodiment. For light, they are approximately 74 μm, 33 μm, and 18 μm, respectively. Since the confocal length is proportional to the wavelength of the laser, when a shorter wavelength laser is used, for example, if the wavelength is about 350 nm, the confocal length is a little more than half of the above value. If it is considered that the allowable positional deviation amount due to vibration or the like is about 20 μm that can be realized, it is understood that the numerical aperture of the condenser lens is preferably 0.15 or less.

なお、ここでは、濃度5μMのブリリアントグリーン溶液を試料として用いた。実際の測定時の熱レンズのサイズは、厳密には試料の濃度、励起光の変調周波数、セルのサイズ(流路の幅や深さ)等の影響を受けて変化するが、生化学反応用キット等の吸光係数の範囲から見ても、濃度5μMのブリリアントグリーン溶液を標準的な値として採用できると考えられる。本発明における各種パラメータ類の中にはこれを基準に導かれたものもあるが、測定物質の濃度や吸光係数が極端に変化しない限り有効であると考えられ、必要であれば、前述した本発明の考え方に則り各種パラメータを補正して用いればよい。   Here, a brilliant green solution having a concentration of 5 μM was used as a sample. Strictly speaking, the size of the thermal lens during actual measurement varies depending on the sample concentration, excitation light modulation frequency, cell size (flow channel width and depth), etc. From the standpoint of the extinction coefficient range of the kit or the like, it is considered that a brilliant green solution having a concentration of 5 μM can be adopted as a standard value. Some of the various parameters in the present invention are derived based on this, but are considered to be effective as long as the concentration of the measurement substance and the extinction coefficient do not change drastically. Various parameters may be corrected and used in accordance with the concept of the invention.

本発明の熱レンズ分光分析装置の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the thermal lens spectroscopy analyzer of this invention. 実施形態の熱レンズ分光分析装置の要部を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the principal part of the thermal lens spectroscopy analyzer of embodiment. 励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離と、熱レンズ信号の強度と、の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distance between the focus position of excitation light and the focus position of probe light, and the intensity | strength of a thermal lens signal. 励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離と、プローブ光のうち熱レンズにより変化した部分の大きさと、の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distance between the focus position of excitation light and the focus position of probe light, and the magnitude | size of the part changed with the thermal lens among probe light. 励起光の焦点位置とプローブ光の焦点位置との間の距離と、プローブ光のうち熱レンズにより変化した部分の広がり角度と、の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the distance between the focus position of excitation light, and the focus position of probe light, and the spreading angle of the part changed with the thermal lens among probe light. 励起光及びプローブ光の光軸のズレと熱レンズ信号の強度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the shift | offset | difference of the optical axis of excitation light and probe light, and the intensity | strength of a thermal lens signal.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーザー発光手段
2 レーザー発光手段
5 集光レンズ
6 試料セル
8 光ファイバー
8a 受光面
9 検出手段
E 励起光
P プローブ光
P’ プローブ光のうち熱レンズにより変化した部分
L 熱レンズ
S 試料溶液
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light emission means 2 Laser light emission means 5 Condensing lens 6 Sample cell 8 Optical fiber 8a Light-receiving surface 9 Detection means E Excitation light P Probe light P 'The part which changed by the thermal lens among probe light L Thermal lens S Sample solution

Claims (8)

励起光の入射によって試料に生じた熱レンズにプローブ光を入射し、その際の前記プローブ光の前記熱レンズによる変化に基づいて前記試料の分析を行う熱レンズ分光分析装置であって、
前記励起光を前記試料に集光する励起光集光用光学素子と、前記プローブ光を前記熱レンズに集光するプローブ光集光用光学素子と、前記熱レンズを透過した前記プローブ光を受光し検出する検出手段と、を備えるとともに、以下のつの条件を満足することを特徴とする熱レンズ分光分析装置。
(1)前記励起光集光用光学素子は、光線束の最大錐角の半角の正弦が0.15以下となるように前記励起光を集光するものである。
(2)前記プローブ光集光用光学素子は、光線束の最大錐角の半角の正弦が0.15以下となるように前記プローブ光を集光するものである。
(3)前記検出手段の受光部が、前記プローブ光のうち前記熱レンズにより変化した部分のみを受光し、前記熱レンズの影響を受けていない部分は受光しないように、前記受光部の大きさが設定されている。
(4)前記励起光の焦点位置と前記プローブ光の焦点位置を独立して調整可能とし、前記両焦点位置間の距離が200μm以上である。
A thermal lens spectroscopic analyzer that enters probe light into a thermal lens generated in a sample by incidence of excitation light and analyzes the sample based on a change by the thermal lens of the probe light at that time,
An optical element for condensing the excitation light on the sample, an optical element for condensing the probe light on the thermal lens, and the probe light transmitted through the thermal lens A thermal lens spectroscopic analysis device characterized in that the following four conditions are satisfied.
(1) The excitation light condensing optical element condenses the excitation light such that the half sine of the maximum cone angle of the light bundle is 0.15 or less.
(2) The probe light condensing optical element condenses the probe light such that the half sine of the maximum cone angle of the light bundle is 0.15 or less.
(3) The size of the light receiving unit so that the light receiving unit of the detecting unit receives only the portion of the probe light changed by the thermal lens and does not receive the portion not affected by the thermal lens. Is set.
(4) The focal position of the excitation light and the focal position of the probe light can be adjusted independently, and the distance between the two focal positions is 200 μm or more.
前記プローブ光の焦点位置と前記受光部との間の距離T、及び、前記受光部の径Dが、下記式を満足することを特徴とする請求項1に記載の熱レンズ分光分析装置。
T≧125000×(前記励起光又は前記プローブ光の光線束の最大錐角の半角の正弦)×〔D+2×(前記受光部の許容位置ずれ量)〕/〔250+2×(前記受光部の許容位置ずれ量)〕
なお、T,D,及び前記受光部の許容位置ずれ量の単位はμmである。
The thermal lens spectroscopic analyzer according to claim 1, wherein a distance T between the focal position of the probe light and the light receiving unit and a diameter D of the light receiving unit satisfy the following formula.
T ≧ 125000 × (half sine of the maximum cone angle of the light beam of the excitation light or the probe light) × [D + 2 × (allowable displacement of the light receiving portion)] / [250 + 2 × (allowable position of the light receiving portion) Deviation))
Note that the unit of T, D, and the allowable positional deviation amount of the light receiving unit is μm.
前記プローブ光の焦点位置と前記受光部との間の距離T、及び、前記受光部の径Dが、下記式を満足することを特徴とする請求項1に記載の熱レンズ分光分析装置。
T≧(前記励起光又は前記プローブ光の光線束の最大錐角の半角の正弦)×〔D+40〕×400
なお、T及びDの単位はμmである。
The thermal lens spectroscopic analyzer according to claim 1, wherein a distance T between the focal position of the probe light and the light receiving unit and a diameter D of the light receiving unit satisfy the following formula.
T ≧ (half sine of the maximum cone angle of the beam bundle of the excitation light or the probe light) × [D + 40] × 400
The unit of T and D is μm.
記プローブ光の焦点位置が前記励起光の焦点位置よりも前記受光部に近い位置に存在することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱レンズ分光分析装置。 Thermal lens spectrometer according to any one of claims 1 to 3 focal position before Symbol probe light is characterized by the presence at a position closer to the light receiving portion than the focal position of the exciting light. 前記励起光及び前記プローブ光のいずれか一方又は両方の光路上にビームエクスパンダーを設置して、前記励起光及び前記プローブ光の各焦点位置を独立して調整可能としたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の熱レンズ分光分析装置。A beam expander is installed on one or both of the excitation light and the probe light so that the focal positions of the excitation light and the probe light can be independently adjusted. Item 5. The thermal lens spectroscopic analyzer according to any one of Items 1 to 4. 前記励起光集光用光学素子と前記プローブ光集光用光学素子とが同一の光学素子であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の熱レンズ分光分析装置。   The thermal lens spectroscopic analyzer according to any one of claims 1 to 5, wherein the excitation light condensing optical element and the probe light condensing optical element are the same optical element. 前記受光部の中心部分が、前記励起光の焦点位置と前記プローブ光の焦点位置とを結ぶ線の延長線上に位置することを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の熱レンズ分光分析装置。   The center part of the said light-receiving part is located on the extension line of the line | wire which connects the focus position of the said excitation light, and the focus position of the said probe light, The heat as described in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. Lens spectroscopic analyzer. 前記励起光集光用光学素子を透過した前記励起光と、前記プローブ光集光用光学素子を透過した前記プローブ光とが、同軸ではないことを特徴とする請求項7に記載の熱レンズ分光分析装置。The thermal lens spectroscopy according to claim 7, wherein the excitation light transmitted through the excitation light concentrating optical element and the probe light transmitted through the probe light condensing optical element are not coaxial. Analysis equipment.
JP2005061313A 2005-03-04 2005-03-04 Thermal lens spectrometer Expired - Fee Related JP4331126B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005061313A JP4331126B2 (en) 2005-03-04 2005-03-04 Thermal lens spectrometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005061313A JP4331126B2 (en) 2005-03-04 2005-03-04 Thermal lens spectrometer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006242862A JP2006242862A (en) 2006-09-14
JP4331126B2 true JP4331126B2 (en) 2009-09-16

Family

ID=37049420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005061313A Expired - Fee Related JP4331126B2 (en) 2005-03-04 2005-03-04 Thermal lens spectrometer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4331126B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5751274B2 (en) * 2013-04-17 2015-07-22 セイコーエプソン株式会社 Optical device
US11879837B2 (en) 2018-06-01 2024-01-23 Photothermal Spectroscopy Corp. Wide area optical photothermal infrared spectroscopy

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006242862A (en) 2006-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100487055B1 (en) Photothermic transducing spectroscopic analyzer
US10209195B2 (en) Device for collecting surface-enhanced Raman scattering spectrum using full-aperture-angle parabolic mirror
US6184990B1 (en) Miniature multiple wavelength excitation and emission optical system and method for laser-induced fluorescence detectors in capillary electrophoresis
CN104335018B (en) Laser power sensor
US20040174523A1 (en) Apparatus for total internal reflection microscopy
US9347870B2 (en) Device for photometrically or spectrometrically examining a liquid sample
Kühnreich et al. Direct single-mode fibre-coupled miniature White cell for laser absorption spectroscopy
JP5344828B2 (en) Sensing device
JP2009204476A (en) Sensing device
JP4331126B2 (en) Thermal lens spectrometer
JP5628903B2 (en) Compact confocal spectrometer
JP7486178B2 (en) Spectroscopic equipment
JP2006125919A (en) Spectral analyzer and spectral analysis method
KR100933101B1 (en) Analysis apparatus
JP2004286578A (en) Reflection type spectrum analyzer for hot lens
US20030223070A1 (en) Photothermal conversion spectroscopic analysis method, and photothermal conversion spectroscopic analysis apparatus for carrying out the method
US20160178506A1 (en) Photothermal Conversion Spectroscopic Analyzer
JP2004020262A (en) Photothermal conversion spectroscopic method and apparatus therefor
JP4331102B2 (en) Thermal lens spectrometer
JP2014115268A (en) Spectroscopic analyzer
US20240110874A1 (en) Intensity calibration of multipass raman systems using standard reference materials
JP2004286577A (en) Spectrum analyzer for hot lens
JP4016938B2 (en) Optical microscope measuring device
JP2004309270A (en) Microchemical system
JP2005331407A (en) Photothermal conversion spectral analyzing method and microchemical system for performing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071031

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090202

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090224

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090427

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090609

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090617

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120626

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120626

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130626

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130626

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140626

Year of fee payment: 5

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees