JP4494606B2 - 液体含有物質分析装置及び液体含有物質分析方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体に含有されている物質を分析する液体含有物質分析装置及び液体含有物質分析方法に関し、特に微量の液体の分析に用いるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、液体に含有される物質を分析する技術が存在する。このような液体含有物質の分析をするにあたって、分析対象である液体の位置を特定する方法として、マイクロタイタープレートを用いる方法や、液体を滴下する基板上にあらかじめ位置決め用のマーカーを作成しておく方法が知られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の液体の位置を特定する方法は、分析対象の液体が微量となると、液体を滴下する際の位置精度が悪化することなどから、以下のような問題があった。すなわち、現在のマイクロタイタープレートは高密度化に適していないため、そもそも液体が微量である場合には適用することができない。また、あらかじめ基板にマーカーを作成しておく方法については、微量の液体をマーカー作成位置に正確に滴下することは難しいため、基板上のどの位置に液体を滴下したか把握することが困難であった。さらに、液体がごく微量になると蒸発しやすくなるため、種類によっては基板上に滴下するとすぐに蒸発してしまう液体もあり、そのような液体については、液体の位置の把握はいっそう困難であった。
【０００４】
そこで、本発明は上記課題を解決し、微量の液体の位置を円滑に把握し、液体に含有される物質の分析を容易に行うことができる液体含有物質分析装置及び液体含有物質分析方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液体含有物質分析装置は、分析対象となる液体が滴下される鏡面仕上げされた基板と、基板に光を照射するための第１の光源と、基板上に滴下された液体又は液体の痕跡によって、第１の光源からの光が散乱された散乱光を検出する光検出器と、光検出器によって検出された散乱光に基づいて液体が滴下された位置を検出する位置検出器と、位置検出器によって検出された位置に第１の光源から出力される光より短い波長の光を照射する第２の光源と、第２の光源によって照射された光によって液体又は液体の痕跡が励起されて生じる蛍光を検出する蛍光検出器と、蛍光検出器によって検出された蛍光によって、液体に含有される物質を分析する分析器とを備えることを特徴とする。
【０００６】
このように、鏡面仕上げされた基板に対して光を照射し、基板上に存在する液体又は液体の痕跡による散乱光に基づいて、液体の存在する位置を容易に検出することができる。すなわち、鏡面仕上げされている基板によって散乱光は生じないので、散乱光が生じる場合には液体又は液体の痕跡が存在していると判断されるためである。そして、液体又は液体の痕跡が検出された位置に第２の光源によって光を照射し、液体に含まれる物質が励起されて発せられる蛍光を分析することによって、微量の液体に含まれる物質を円滑に分析することができる。
【０００７】
また、上記液体含有物質分析装置において、第２の光源は、第２の光源からの出力光が基板平面の法線と交差するように配置され、蛍光検出器は、基板平面の法線方向に配置されていることを特徴としても良い。
【０００８】
このように第２の光源から出力される光を基板平面の法線方向と交差するように入射させ、当該光によって励起された蛍光を基板平面の法線方向に配置された蛍光検出器によって検出することにより、蛍光検出器に第２の光源から出力された光の反射光が直接入射されることがなくなり、微弱な蛍光を検出することができる。
【０００９】
また、上記液体含有物質分析装置において、基板の表面は、水溶性の有機薄膜によってコーティングされていることを特徴としても良い。
【００１０】
このように水溶性の有機薄膜で基板をコーティングすることにより、液体が滴下された部分は基板表面が変形するので、液体が蒸発しても液体の痕跡を検出することができる。
【００１１】
また、上記液体含有物質分析装置において、基板は自然酸化膜が形成されたシリコン基板であることを特徴としても良い。
【００１２】
このように自然酸化膜が形成されたシリコン基板を用いることにより、液体が滴下された部分は新たなシリコン酸化膜の形成によって基板表面が変形するので、液体が蒸発しても液体の痕跡を検出することができる。
【００１３】
また、上記液体含有物質分析装置は、基板を載置すると共に、第１の光源からの光が基板に照射されるように基板を動かすためのステージをさらに備えることを特徴としても良い。
【００１４】
このように基板をステージに載置することによって基板を移動可能とし、基板に照射する第１の光源及び第２の光源から出力される光の照射位置をずらすことができる。
【００１５】
本発明に係る液体含有物質分析方法は、分析対象となる液体を鏡面仕上げされた基板に滴下する液体滴下段階と、第１の光源によって基板に光を照射する光照射段階と、液体滴下段階において基板上に滴下された液体又は液体の痕跡によって、第１の光源からの光が散乱された散乱光を検出する散乱光検出段階と、散乱光検出段階において検出された散乱光に基づいて液体が滴下された位置を検出する位置検出段階と、位置検出段階において検出された位置に、第１の光源から出力される光より短い波長の光を出力する第２の光源によって光を照射する第２の光照射段階と、第２の光照射段階において照射された光によって液体又は液体の痕跡が励起されて生じる蛍光を検出する蛍光検出段階と、蛍光検出段階において検出された蛍光によって、液体に含有される物質を分析する分析段階とを備えることを特徴とする。
【００１６】
このように、鏡面仕上げされた基板に対して光を照射し、基板上に存在する液体又は液体の痕跡による散乱光に基づいて、液体の存在する位置を容易に検出することができる。すなわち、鏡面仕上げされている基板によって散乱光は生じないので、散乱光が生じる場合には液体又は液体の痕跡が存在していると判断されるためである。そして、液体又は液体の痕跡が検出された位置に第２の光源によって光を照射し、液体に含まれる物質が励起されて発せられる蛍光を分析することによって、微量の液体に含まれる物質を円滑に分析することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明に係る液体含有物質分析装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１は、液体含有物質分析装置（以下、「分析装置」という）１０の構成を示す図である。分析装置１０は、電動可動ステージ１２と、電動可動ステージ１２上に載置された基板１４と、基板１４上に分析対象の液体Ｌを滴下するための液体滴下器１６と、基板１４及び基板１４に滴下された液体Ｌに光を照射する第１の光源１８及び第２の光源２０と、を有している。
【００１９】
電動可動ステージ１２上に載置された基板１４は鏡面仕上げされている。このため、基板１４に垂直に入射する光は基板１４と垂直な方向に反射することとなる。また、基板１４の表面には、水溶性の有機膜（以下、「ＰＶＡ」という）がコーティングされている。第１の光源１８は、光が基板平面とほぼ平行に出力されるように配置されている。そして、その出力光軸上に光軸に対して４５°傾けて第１のハーフミラー２２が配置され、これにより、第１の光源１８からの出力光は基板１４の方向に直角に曲げられる。そして、第１のハーフミラー２２によって曲げられた出力光は、基板１４に照射されることとなる。第１のハーフミラー２２と基板１４との間には対物レンズ２６が配置されており、第１の光源１８からの出力光は対物レンズ２６によって基板１４上の所定領域（以下、この所定領域を「測定スポット」という）Ｒに照射される。対物レンズ２６は暗視野用のものが好ましい。その理由は、暗視野用の対物レンズ２６によって、照射光は基板法線に対して角度を持って基板１４に照射されるため、基板法線方向に向かう（基板からの）反射光が低減され、高いコントラストの散乱光像が得られるためである。第１の光源１８近傍の出力光軸上には焦点深度調整用光学装置２８が配置され、これにより波長の異なる第１・第２光の焦点深度を等しく調整することができる構成になっている。
【００２０】
また、第２の光源２０は、第１の光源１８より短い波長の光を出力する光源で、液体Ｌから蛍光を発生させるための励起光源である。第２の光源２０は、光が基板１４とほぼ垂直に出力され、その光軸と第１の光源１８からの出力光の光軸とが交差するように配置されている。第２の光源２０からの出力光と第１の光源１８からの出力光とが交差する位置には、第２のハーフミラー２４が第２の光源２０からの出力光軸に対して４５°傾けて配置され、これにより、第２の光源２０からの出力光は直角に曲げられて、第１の光源１８からの出力光と同一の光軸上を進行して基板１４の測定スポットＲに到達することとなる。
【００２１】
電動可動ステージ１２は、基板１４のほぼ全領域を測定スポットＲによって走査可能なように、基板１４を移動させることができる。また、電動可動ステージ１２の上方には、測定対象である液体Ｌを滴下するための液体滴下器１６が配置されているが、電動可動ステージ１２は、液体滴下器１６による液体Ｌの滴下位置に基板１４を移動させることもできる。
【００２２】
また、分析装置１０は、第１の光源１８から出力されて基板１４に照射され、基板１４上に存在する液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡によって散乱された散乱光を検出する光検出器３０と、第２の光源２０から出力されて基板１４上に滴下された液体Ｌに照射され、液体Ｌから発せられた蛍光を検出する蛍光検出器３２とを有している。
【００２３】
光検出器３０は、基板１４上に存在する液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡によって散乱された散乱光を検出するものである。光検出器３０は、基板１４の上方に、基板１４及び対物レンズ２６と同一直線上に位置するように配置されている。光検出器３０の光検出面の手前には、外部からの光をカットするための光学フィルタ３６が配置されている。第１のハーフミラー２２と光学フィルタ３６との間には第３のハーフミラー３４が基板平面の法線に対して４５°傾けて配置されており、基板１４からの光を光軸と垂直方向に分割している。分割された光の光軸上には、蛍光検出器３２が配置されている。蛍光検出器３２は、第２の光源２０から出力された光によって液体Ｌに含有される物質が励起されて発せられる蛍光を検出するものである。また、蛍光検出器３２の光検出面の手前には、第２の光源２０から出力された励起光の反射光をカットするための光学フィルタ３８が配置されている。
【００２４】
分析装置１０は、さらにコンピュータ４０を有している。コンピュータ４０は、第１の光源１８、第２の光源２０、電動可動ステージ１２及び液体滴下器１６に接続され、それぞれの動作を制御する。また、コンピュータ４０は、光検出器３０及び蛍光検出器３２に接続され、それぞれの検出器３０，３２によって検出された光に基づいて、画像処理及びデータ解析をする機能を有し、位置検出器及び分析器として機能する。
【００２５】
次に、本実施形態に係る分析装置１０の動作について説明し、併せて実施形態に係る液体含有物質分析方法について説明する。なお、以下の説明において、分析対象である液体Ｌが滴下される範囲、すなわち、基板１４上に液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡が存在する可能性がある範囲を「測定範囲」という。
【００２６】
まず、鏡面仕上げされた基板１４にＰＶＡをコーティングし（Ｓ１０）、電動可動ステージ１２の上面に載置する。そして、電動可動ステージ１２によって、液体滴下器１６から液体Ｌが滴下される位置に測定範囲が来るように基板１４を移動する。続いて、液体滴下器１６によって基板１４上に微量の液体Ｌを滴下する（Ｓ１２）。
【００２７】
次に、電動可動ステージ１２によって、測定スポットＲが測定範囲に含まれるように基板１４を移動させる（Ｓ１４）。一旦電動可動ステージ１２を止めて、第１の光源１８から光を出力し、基板１４の測定スポットＲに光を照射する（Ｓ１６）。そして、基板１４上に存在する液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡によって散乱される散乱光を光検出器３０によって検出する（Ｓ１８）。光検出器３０による検出結果に基づいて、基板１４の測定スポットＲ内に液体Ｌが存在するか、あるいは液体Ｌの痕跡が存在するか判定する（Ｓ２０）。この判定は、散乱光が検出されたか否かによって行われる。すなわち、基板１４は鏡面仕上げされているため、第１の光源１８による照射光は基板１４によって散乱しない。従って、散乱光が検出される場合には、基板１４上に液体Ｌか又は液体Ｌの痕跡があると判定される。基板１４上に液体Ｌがある場合には液体Ｌがミラーとして作用するため、基板１４に照射された当該液体Ｌによって光が散乱する。また、液体Ｌが蒸発してしまった場合であっても、基板１４に液体Ｌが滴下されると、基板１４表面にコーティングされたＰＶＡが溶けて基板１４表面が変形し、液体Ｌの痕跡が残ることとなるので、基板１４に照射された光は散乱する。
【００２８】
判定の結果、液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡があると判定された場合には、コンピュータ４０によって散乱光を分析して液体Ｌの位置を検出する（Ｓ２２）。すなわち、液体Ｌがある場合には液体Ｌ自体によって照射光が散乱するので、これにより液体Ｌの位置を検出できる。また、液体Ｌが蒸発してしまった場合でも、滴下された液体Ｌによって変形された基板１４表面は、液体Ｌがあった場所を取り囲むようにして盛り上がるので、散乱光を分析することによって液体Ｌの滴下された位置を検出できる。図３（ａ）及び（ｂ）に具体的な例を示す。図３（ａ）は、光検出器３０によって検出された散乱光Ｓのイメージ図である。この散乱光Ｓをコンピュータ４０によって分析することによって、図３（ｂ）に示すように滴下された液体Ｌによって変形した基板１４表面の輪郭（液体Ｌの痕跡）Ｂを求めることができる。この場合、液体Ｌが滴下された位置Ｄは当該輪郭Ｂの内側である。
【００２９】
一方、液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡がないと判定された場合には、再度、電動可動ステージ１２によって基板１４を移動させる段階（Ｓ１４）に戻る。この際には、測定スポットＲによって基板１４の測定範囲全体をカバーできるようにするため、基板１４移動後の測定スポットＲが前回光を照射した測定スポットＲに隣接するように基板１４を移動する。
【００３０】
液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡の位置を検出した後に、当該検出位置Ｄに向けて第２の光源２０から光を出力して照射する（Ｓ２４）。検出位置Ｄを図３（ｂ）を用いて示せば、輪郭Ｂの内側である。そして、液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡によって励起された蛍光を蛍光検出器３２によって検出する（Ｓ２６）。検出された蛍光Ｆのイメージを図３（ｃ）に示す。このように液体Ｌに含有される物質が励起されることによって生じる蛍光Ｆは、図３（ｄ）に示すように液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡が検出された位置Ｄに存在することとなるので、液体Ｌに含有する物質を分析する場合には、当該検出位置Ｄの範囲に励起光を照射して調査すれば良い。蛍光検出器３２によって検出された蛍光をコンピュータ４０によって分析し、分析結果を保存する（Ｓ２８）。続いて、分析装置１０は全測定範囲について測定を行ったかの判定をし（Ｓ３０）、全測定範囲について測定をした場合には測定を終了する。全測定範囲について測定していない場合には、再度、電動可動ステージ１２によって基板１４を移動させる段階（Ｓ１４）に戻る。
【００３１】
本実施形態に係る分析装置１０は、鏡面仕上げされた基板１４に光を照射する第１の光源１８と、基板１４上に存在する液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡によって散乱された散乱光を検出する光検出器３０を有しているので、基板１４上に液体Ｌが微量でも存在する場合に、検出された散乱光に基づいて液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡の位置を特定することができる。これにより、ごく微量の液体Ｌの分析を円滑に行うことができる。
【００３２】
また、本実施形態に係る分析装置１０は、基板１４の表面にＰＶＡをコーティングしているので、液体Ｌが滴下されるとＰＶＡが溶けて基板１４の表面が変形するため、液体Ｌが蒸発してしまった場合であっても、第１の光源１８によって照射された光は散乱し、その散乱光によって液体Ｌの滴下位置の検出を行うことができる。
【００３３】
また、本実施形態に係る分析装置１０においては、液体Ｌの位置を検出するために光を照射する第１の光源１８は、第２の光源２０より波長の長い光を用いているので、分析対象となる液体Ｌを破壊してしまう恐れがない。
【００３４】
本実施形態に係る液体含有物質分析方法は、鏡面仕上げされた基板１４に分析対象となる液体Ｌを滴下し、当該基板１４上に光を照射し、基板１４上に存在する液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡による散乱光を分析することにより、基板１４上の液体Ｌの位置を検出しているので、液体Ｌがごく微量であってもその位置を検出をすることができる。これにより、ごく微量の液体Ｌの分析を円滑に行うことができる。
【００３５】
次に、本発明の第２実施形態に係る分析装置５０について説明する。図４は、第２実施形態に係る分析装置５０を示す図である。
【００３６】
第２実施形態に係る分析装置５０は、第１実施形態に係る分析装置１０と基本的な構成は同一であるが、基板平面の法線と交差する方向から光が照射されるように、第２の光源２０が配置されている点が異なっている。第２の光源２０からの出力光の光軸上にはレンズ５２が配置され、基板１４の測定スポットＲに光を照射させるための光学系が形成されている。
【００３７】
第２実施形態に係る分析装置５０の動作は第１実施形態の分析装置１０の動作と同様である。
【００３８】
第２実施形態に係る分析装置５０は、第１実施形態に分析装置１０と同様に、基板１４上に滴下した液体Ｌの位置を円滑に検出することができるという効果に加えて次のような効果が得られる。
【００３９】
すなわち、分析装置５０は、基板平面の法線と交差する方向から励起光を入射させ、その励起光によって発せられる蛍光を基板平面の法線方向に配置された蛍光検出器３２によって検出している。これにより、励起光の反射光が直接蛍光検出器３２に入射されないので、液体Ｌから発する蛍光が微弱な場合でも検出することができる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００４１】
上記実施形態においては、表面にＰＶＡをコーティングした基板１４を用いたが、これに代えて自然酸化膜を有するシリコン基板を用いることとしても良い。このような構成を採用すれば、シリコン基板に液体が滴下されると、液体が滴下された場所に酸化膜が形成され、いわゆる「ウォーターマーク」と呼ばれる液体Ｌの痕跡をシリコン基板に残すことが可能であり、これにより液体が蒸発してもその痕跡を検出できる。図５（ａ）はシリコン基板を用いた場合の散乱光イメージ、図５（ｂ）は蛍光イメージを示す図である。シリコン基板１４を用いた場合には、図５（ａ）及び図５（ｂ）から理解されるように、蛍光Ｆが見られる範囲の方が散乱光Ｓが見られる範囲より大きくなるので、散乱光Ｓを中心とする一定の半径内を分析範囲とする必要がある。この半径の大きさは微量の液体が形成する液滴の直径により定められ、例えば、液滴直径が７０μｍである場合には、散乱光Ｓを中心として３５〜４０μｍの半径内を分析範囲とするのが好ましい。
【００４２】
また、上記実施形態においては、電動可動ステージ１２によって基板１４を動かすことにより、測定スポットＲを基板１４の測定範囲の全体にわたって走査させることとしているが、基板１４の測定範囲全体、あるいは測定範囲の一部（測定スポットＲより広い範囲）に光を照射し、基板１４上の液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡によって散乱される散乱光によって液体の滴下された複数の位置を一括して検出することとしても良い。このように一括分析するための構成は、第１の光源１８及び第２の光源２０からの出力光の照射範囲を測定範囲全体に拡大し、光検出器３０及び蛍光検出器３２の検出範囲を同じく測定範囲全体に拡大することによって実現できる。図６（ａ）〜（ｄ）に基板１４の測定範囲を一括して分析した例を示す。測定範囲全体に光を照射し、図６（ａ）に示すようにその散乱光Ｓを光検出器３０によって取得し、これをコンピュータ４０によって分析することによって、図６（ｂ）に示すような液滴痕跡の輪郭Ｂを求めて測定範囲内の液体Ｌの位置を検出する。また、測定範囲全体に励起光を照射して、図６（ｃ）に示すような蛍光Ｆを取得する。そして、蛍光Ｆによる分析結果を、図６（ｂ）に示す位置関係によって切り出すことができる。このように液体に含有される物質を一括して分析することによって、作業効率を高めることができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、鏡面仕上げされた基板に光を照射し、基板上に存在する液体又は液体の痕跡による散乱光を分析に基づいて滴下した液体の位置を検出しているので、微量な液体の位置を円滑に検出することができる。
【００４４】
また、本発明によれば、水溶性の有機薄膜で基板をコーティングすることにより、液体が滴下された部分は基板表面が変形するので、液体が蒸発しても液体の痕跡を検出することができる。
【００４５】
また、本発明によれば、自然酸化膜が形成されたシリコン基板を用いることにより、液体が滴下された部分はシリコン酸化膜によって基板表面が変形するので、液体が蒸発しても液体の痕跡を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る液体含有物質分析装置を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る液体含有物質分析装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態に係る液体含有物質分析装置による散乱光イメージ及び蛍光イメージを示す図である。
【図４】第２実施形態に係る液体含有物質分析装置を示す図である。
【図５】シリコン基板を用いた場合の散乱光イメージ及び蛍光イメージを示す図である。
【図６】蛍光分析を一括処理する場合の散乱光イメージ及び蛍光イメージを示す図である。
【符号の説明】
１０・・・液体含有物質分析装置、１２・・・電動可動ステージ、１４・・・基板、１６・・・液体滴下器、１８・・・第１の光源、２０・・・第２の光源、２６・・・対物レンズ、２８・・・焦点深度調整用光学装置、３０・・・光検出器、３２・・・蛍光検出器、４０・・・コンピュータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体に含有されている物質を分析する液体含有物質分析装置及び液体含有物質分析方法に関し、特に微量の液体の分析に用いるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、液体に含有される物質を分析する技術が存在する。このような液体含有物質の分析をするにあたって、分析対象である液体の位置を特定する方法として、マイクロタイタープレートを用いる方法や、液体を滴下する基板上にあらかじめ位置決め用のマーカーを作成しておく方法が知られていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の液体の位置を特定する方法は、分析対象の液体が微量となると、液体を滴下する際の位置精度が悪化することなどから、以下のような問題があった。すなわち、現在のマイクロタイタープレートは高密度化に適していないため、そもそも液体が微量である場合には適用することができない。また、あらかじめ基板にマーカーを作成しておく方法については、微量の液体をマーカー作成位置に正確に滴下することは難しいため、基板上のどの位置に液体を滴下したか把握することが困難であった。さらに、液体がごく微量になると蒸発しやすくなるため、種類によっては基板上に滴下するとすぐに蒸発してしまう液体もあり、そのような液体については、液体の位置の把握はいっそう困難であった。
【０００４】
そこで、本発明は上記課題を解決し、微量の液体の位置を円滑に把握し、液体に含有される物質の分析を容易に行うことができる液体含有物質分析装置及び液体含有物質分析方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液体含有物質分析装置は、分析対象となる液体が滴下される鏡面仕上げされた基板と、基板に光を照射するための第１の光源と、基板上に滴下された液体又は液体の痕跡によって、第１の光源からの光が散乱された散乱光を検出する光検出器と、光検出器によって検出された散乱光に基づいて液体が滴下された位置を検出する位置検出器と、位置検出器によって検出された位置に第１の光源から出力される光より短い波長の光を照射する第２の光源と、第２の光源によって照射された光によって液体又は液体の痕跡が励起されて生じる蛍光を検出する蛍光検出器と、蛍光検出器によって検出された蛍光によって、液体に含有される物質を分析する分析器とを備えることを特徴とする。
【０００６】
このように、鏡面仕上げされた基板に対して光を照射し、基板上に存在する液体又は液体の痕跡による散乱光に基づいて、液体の存在する位置を容易に検出することができる。すなわち、鏡面仕上げされている基板によって散乱光は生じないので、散乱光が生じる場合には液体又は液体の痕跡が存在していると判断されるためである。そして、液体又は液体の痕跡が検出された位置に第２の光源によって光を照射し、液体に含まれる物質が励起されて発せられる蛍光を分析することによって、微量の液体に含まれる物質を円滑に分析することができる。
【０００７】
また、上記液体含有物質分析装置において、第２の光源は、第２の光源からの出力光が基板平面の法線と交差するように配置され、蛍光検出器は、基板平面の法線方向に配置されていることを特徴としても良い。
【０００８】
このように第２の光源から出力される光を基板平面の法線方向と交差するように入射させ、当該光によって励起された蛍光を基板平面の法線方向に配置された蛍光検出器によって検出することにより、蛍光検出器に第２の光源から出力された光の反射光が直接入射されることがなくなり、微弱な蛍光を検出することができる。
【０００９】
また、上記液体含有物質分析装置において、基板の表面は、水溶性の有機薄膜によってコーティングされていることを特徴としても良い。
【００１０】
このように水溶性の有機薄膜で基板をコーティングすることにより、液体が滴下された部分は基板表面が変形するので、液体が蒸発しても液体の痕跡を検出することができる。
【００１１】
また、上記液体含有物質分析装置において、基板は自然酸化膜が形成されたシリコン基板であることを特徴としても良い。
【００１２】
このように自然酸化膜が形成されたシリコン基板を用いることにより、液体が滴下された部分は新たなシリコン酸化膜の形成によって基板表面が変形するので、液体が蒸発しても液体の痕跡を検出することができる。
【００１３】
また、上記液体含有物質分析装置は、基板を載置すると共に、第１の光源からの光が基板に照射されるように基板を動かすためのステージをさらに備えることを特徴としても良い。
【００１４】
このように基板をステージに載置することによって基板を移動可能とし、基板に照射する第１の光源及び第２の光源から出力される光の照射位置をずらすことができる。
【００１５】
本発明に係る液体含有物質分析方法は、分析対象となる液体を鏡面仕上げされた基板に滴下する液体滴下段階と、第１の光源によって基板に光を照射する光照射段階と、液体滴下段階において基板上に滴下された液体又は液体の痕跡によって、第１の光源からの光が散乱された散乱光を検出する散乱光検出段階と、散乱光検出段階において検出された散乱光に基づいて液体が滴下された位置を検出する位置検出段階と、位置検出段階において検出された位置に、第１の光源から出力される光より短い波長の光を出力する第２の光源によって光を照射する第２の光照射段階と、第２の光照射段階において照射された光によって液体又は液体の痕跡が励起されて生じる蛍光を検出する蛍光検出段階と、蛍光検出段階において検出された蛍光によって、液体に含有される物質を分析する分析段階とを備えることを特徴とする。
【００１６】
このように、鏡面仕上げされた基板に対して光を照射し、基板上に存在する液体又は液体の痕跡による散乱光に基づいて、液体の存在する位置を容易に検出することができる。すなわち、鏡面仕上げされている基板によって散乱光は生じないので、散乱光が生じる場合には液体又は液体の痕跡が存在していると判断されるためである。そして、液体又は液体の痕跡が検出された位置に第２の光源によって光を照射し、液体に含まれる物質が励起されて発せられる蛍光を分析することによって、微量の液体に含まれる物質を円滑に分析することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明に係る液体含有物質分析装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１は、液体含有物質分析装置（以下、「分析装置」という）１０の構成を示す図である。分析装置１０は、電動可動ステージ１２と、電動可動ステージ１２上に載置された基板１４と、基板１４上に分析対象の液体Ｌを滴下するための液体滴下器１６と、基板１４及び基板１４に滴下された液体Ｌに光を照射する第１の光源１８及び第２の光源２０と、を有している。
【００１９】
電動可動ステージ１２上に載置された基板１４は鏡面仕上げされている。このため、基板１４に垂直に入射する光は基板１４と垂直な方向に反射することとなる。また、基板１４の表面には、水溶性の有機膜（以下、「ＰＶＡ」という）がコーティングされている。第１の光源１８は、光が基板平面とほぼ平行に出力されるように配置されている。そして、その出力光軸上に光軸に対して４５°傾けて第１のハーフミラー２２が配置され、これにより、第１の光源１８からの出力光は基板１４の方向に直角に曲げられる。そして、第１のハーフミラー２２によって曲げられた出力光は、基板１４に照射されることとなる。第１のハーフミラー２２と基板１４との間には対物レンズ２６が配置されており、第１の光源１８からの出力光は対物レンズ２６によって基板１４上の所定領域（以下、この所定領域を「測定スポット」という）Ｒに照射される。対物レンズ２６は暗視野用のものが好ましい。その理由は、暗視野用の対物レンズ２６によって、照射光は基板法線に対して角度を持って基板１４に照射されるため、基板法線方向に向かう（基板からの）反射光が低減され、高いコントラストの散乱光像が得られるためである。第１の光源１８近傍の出力光軸上には焦点深度調整用光学装置２８が配置され、これにより波長の異なる第１・第２光の焦点深度を等しく調整することができる構成になっている。
【００２０】
また、第２の光源２０は、第１の光源１８より短い波長の光を出力する光源で、液体Ｌから蛍光を発生させるための励起光源である。第２の光源２０は、光が基板１４とほぼ垂直に出力され、その光軸と第１の光源１８からの出力光の光軸とが交差するように配置されている。第２の光源２０からの出力光と第１の光源１８からの出力光とが交差する位置には、第２のハーフミラー２４が第２の光源２０からの出力光軸に対して４５°傾けて配置され、これにより、第２の光源２０からの出力光は直角に曲げられて、第１の光源１８からの出力光と同一の光軸上を進行して基板１４の測定スポットＲに到達することとなる。
【００２１】
電動可動ステージ１２は、基板１４のほぼ全領域を測定スポットＲによって走査可能なように、基板１４を移動させることができる。また、電動可動ステージ１２の上方には、測定対象である液体Ｌを滴下するための液体滴下器１６が配置されているが、電動可動ステージ１２は、液体滴下器１６による液体Ｌの滴下位置に基板１４を移動させることもできる。
【００２２】
また、分析装置１０は、第１の光源１８から出力されて基板１４に照射され、基板１４上に存在する液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡によって散乱された散乱光を検出する光検出器３０と、第２の光源２０から出力されて基板１４上に滴下された液体Ｌに照射され、液体Ｌから発せられた蛍光を検出する蛍光検出器３２とを有している。
【００２３】
光検出器３０は、基板１４上に存在する液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡によって散乱された散乱光を検出するものである。光検出器３０は、基板１４の上方に、基板１４及び対物レンズ２６と同一直線上に位置するように配置されている。光検出器３０の光検出面の手前には、外部からの光をカットするための光学フィルタ３６が配置されている。第１のハーフミラー２２と光学フィルタ３６との間には第３のハーフミラー３４が基板平面の法線に対して４５°傾けて配置されており、基板１４からの光を光軸と垂直方向に分割している。分割された光の光軸上には、蛍光検出器３２が配置されている。蛍光検出器３２は、第２の光源２０から出力された光によって液体Ｌに含有される物質が励起されて発せられる蛍光を検出するものである。また、蛍光検出器３２の光検出面の手前には、第２の光源２０から出力された励起光の反射光をカットするための光学フィルタ３８が配置されている。
【００２４】
分析装置１０は、さらにコンピュータ４０を有している。コンピュータ４０は、第１の光源１８、第２の光源２０、電動可動ステージ１２及び液体滴下器１６に接続され、それぞれの動作を制御する。また、コンピュータ４０は、光検出器３０及び蛍光検出器３２に接続され、それぞれの検出器３０，３２によって検出された光に基づいて、画像処理及びデータ解析をする機能を有し、位置検出器及び分析器として機能する。
【００２５】
次に、本実施形態に係る分析装置１０の動作について説明し、併せて実施形態に係る液体含有物質分析方法について説明する。なお、以下の説明において、分析対象である液体Ｌが滴下される範囲、すなわち、基板１４上に液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡が存在する可能性がある範囲を「測定範囲」という。
【００２６】
まず、鏡面仕上げされた基板１４にＰＶＡをコーティングし（Ｓ１０）、電動可動ステージ１２の上面に載置する。そして、電動可動ステージ１２によって、液体滴下器１６から液体Ｌが滴下される位置に測定範囲が来るように基板１４を移動する。続いて、液体滴下器１６によって基板１４上に微量の液体Ｌを滴下する（Ｓ１２）。
【００２７】
次に、電動可動ステージ１２によって、測定スポットＲが測定範囲に含まれるように基板１４を移動させる（Ｓ１４）。一旦電動可動ステージ１２を止めて、第１の光源１８から光を出力し、基板１４の測定スポットＲに光を照射する（Ｓ１６）。そして、基板１４上に存在する液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡によって散乱される散乱光を光検出器３０によって検出する（Ｓ１８）。光検出器３０による検出結果に基づいて、基板１４の測定スポットＲ内に液体Ｌが存在するか、あるいは液体Ｌの痕跡が存在するか判定する（Ｓ２０）。この判定は、散乱光が検出されたか否かによって行われる。すなわち、基板１４は鏡面仕上げされているため、第１の光源１８による照射光は基板１４によって散乱しない。従って、散乱光が検出される場合には、基板１４上に液体Ｌか又は液体Ｌの痕跡があると判定される。基板１４上に液体Ｌがある場合には液体Ｌがミラーとして作用するため、基板１４に照射された当該液体Ｌによって光が散乱する。また、液体Ｌが蒸発してしまった場合であっても、基板１４に液体Ｌが滴下されると、基板１４表面にコーティングされたＰＶＡが溶けて基板１４表面が変形し、液体Ｌの痕跡が残ることとなるので、基板１４に照射された光は散乱する。
【００２８】
判定の結果、液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡があると判定された場合には、コンピュータ４０によって散乱光を分析して液体Ｌの位置を検出する（Ｓ２２）。すなわち、液体Ｌがある場合には液体Ｌ自体によって照射光が散乱するので、これにより液体Ｌの位置を検出できる。また、液体Ｌが蒸発してしまった場合でも、滴下された液体Ｌによって変形された基板１４表面は、液体Ｌがあった場所を取り囲むようにして盛り上がるので、散乱光を分析することによって液体Ｌの滴下された位置を検出できる。図３（ａ）及び（ｂ）に具体的な例を示す。図３（ａ）は、光検出器３０によって検出された散乱光Ｓのイメージ図である。この散乱光Ｓをコンピュータ４０によって分析することによって、図３（ｂ）に示すように滴下された液体Ｌによって変形した基板１４表面の輪郭（液体Ｌの痕跡）Ｂを求めることができる。この場合、液体Ｌが滴下された位置Ｄは当該輪郭Ｂの内側である。
【００２９】
一方、液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡がないと判定された場合には、再度、電動可動ステージ１２によって基板１４を移動させる段階（Ｓ１４）に戻る。この際には、測定スポットＲによって基板１４の測定範囲全体をカバーできるようにするため、基板１４移動後の測定スポットＲが前回光を照射した測定スポットＲに隣接するように基板１４を移動する。
【００３０】
液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡の位置を検出した後に、当該検出位置Ｄに向けて第２の光源２０から光を出力して照射する（Ｓ２４）。検出位置Ｄを図３（ｂ）を用いて示せば、輪郭Ｂの内側である。そして、液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡によって励起された蛍光を蛍光検出器３２によって検出する（Ｓ２６）。検出された蛍光Ｆのイメージを図３（ｃ）に示す。このように液体Ｌに含有される物質が励起されることによって生じる蛍光Ｆは、図３（ｄ）に示すように液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡が検出された位置Ｄに存在することとなるので、液体Ｌに含有する物質を分析する場合には、当該検出位置Ｄの範囲に励起光を照射して調査すれば良い。蛍光検出器３２によって検出された蛍光をコンピュータ４０によって分析し、分析結果を保存する（Ｓ２８）。続いて、分析装置１０は全測定範囲について測定を行ったかの判定をし（Ｓ３０）、全測定範囲について測定をした場合には測定を終了する。全測定範囲について測定していない場合には、再度、電動可動ステージ１２によって基板１４を移動させる段階（Ｓ１４）に戻る。
【００３１】
本実施形態に係る分析装置１０は、鏡面仕上げされた基板１４に光を照射する第１の光源１８と、基板１４上に存在する液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡によって散乱された散乱光を検出する光検出器３０を有しているので、基板１４上に液体Ｌが微量でも存在する場合に、検出された散乱光に基づいて液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡の位置を特定することができる。これにより、ごく微量の液体Ｌの分析を円滑に行うことができる。
【００３２】
また、本実施形態に係る分析装置１０は、基板１４の表面にＰＶＡをコーティングしているので、液体Ｌが滴下されるとＰＶＡが溶けて基板１４の表面が変形するため、液体Ｌが蒸発してしまった場合であっても、第１の光源１８によって照射された光は散乱し、その散乱光によって液体Ｌの滴下位置の検出を行うことができる。
【００３３】
また、本実施形態に係る分析装置１０においては、液体Ｌの位置を検出するために光を照射する第１の光源１８は、第２の光源２０より波長の長い光を用いているので、分析対象となる液体Ｌを破壊してしまう恐れがない。
【００３４】
本実施形態に係る液体含有物質分析方法は、鏡面仕上げされた基板１４に分析対象となる液体Ｌを滴下し、当該基板１４上に光を照射し、基板１４上に存在する液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡による散乱光を分析することにより、基板１４上の液体Ｌの位置を検出しているので、液体Ｌがごく微量であってもその位置を検出をすることができる。これにより、ごく微量の液体Ｌの分析を円滑に行うことができる。
【００３５】
次に、本発明の第２実施形態に係る分析装置５０について説明する。図４は、第２実施形態に係る分析装置５０を示す図である。
【００３６】
第２実施形態に係る分析装置５０は、第１実施形態に係る分析装置１０と基本的な構成は同一であるが、基板平面の法線と交差する方向から光が照射されるように、第２の光源２０が配置されている点が異なっている。第２の光源２０からの出力光の光軸上にはレンズ５２が配置され、基板１４の測定スポットＲに光を照射させるための光学系が形成されている。
【００３７】
第２実施形態に係る分析装置５０の動作は第１実施形態の分析装置１０の動作と同様である。
【００３８】
第２実施形態に係る分析装置５０は、第１実施形態に分析装置１０と同様に、基板１４上に滴下した液体Ｌの位置を円滑に検出することができるという効果に加えて次のような効果が得られる。
【００３９】
すなわち、分析装置５０は、基板平面の法線と交差する方向から励起光を入射させ、その励起光によって発せられる蛍光を基板平面の法線方向に配置された蛍光検出器３２によって検出している。これにより、励起光の反射光が直接蛍光検出器３２に入射されないので、液体Ｌから発する蛍光が微弱な場合でも検出することができる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００４１】
上記実施形態においては、表面にＰＶＡをコーティングした基板１４を用いたが、これに代えて自然酸化膜を有するシリコン基板を用いることとしても良い。このような構成を採用すれば、シリコン基板に液体が滴下されると、液体が滴下された場所に酸化膜が形成され、いわゆる「ウォーターマーク」と呼ばれる液体Ｌの痕跡をシリコン基板に残すことが可能であり、これにより液体が蒸発してもその痕跡を検出できる。図５（ａ）はシリコン基板を用いた場合の散乱光イメージ、図５（ｂ）は蛍光イメージを示す図である。シリコン基板１４を用いた場合には、図５（ａ）及び図５（ｂ）から理解されるように、蛍光Ｆが見られる範囲の方が散乱光Ｓが見られる範囲より大きくなるので、散乱光Ｓを中心とする一定の半径内を分析範囲とする必要がある。この半径の大きさは微量の液体が形成する液滴の直径により定められ、例えば、液滴直径が７０μｍである場合には、散乱光Ｓを中心として３５〜４０μｍの半径内を分析範囲とするのが好ましい。
【００４２】
また、上記実施形態においては、電動可動ステージ１２によって基板１４を動かすことにより、測定スポットＲを基板１４の測定範囲の全体にわたって走査させることとしているが、基板１４の測定範囲全体、あるいは測定範囲の一部（測定スポットＲより広い範囲）に光を照射し、基板１４上の液体Ｌ又は液体Ｌの痕跡によって散乱される散乱光によって液体の滴下された複数の位置を一括して検出することとしても良い。このように一括分析するための構成は、第１の光源１８及び第２の光源２０からの出力光の照射範囲を測定範囲全体に拡大し、光検出器３０及び蛍光検出器３２の検出範囲を同じく測定範囲全体に拡大することによって実現できる。図６（ａ）〜（ｄ）に基板１４の測定範囲を一括して分析した例を示す。測定範囲全体に光を照射し、図６（ａ）に示すようにその散乱光Ｓを光検出器３０によって取得し、これをコンピュータ４０によって分析することによって、図６（ｂ）に示すような液滴痕跡の輪郭Ｂを求めて測定範囲内の液体Ｌの位置を検出する。また、測定範囲全体に励起光を照射して、図６（ｃ）に示すような蛍光Ｆを取得する。そして、蛍光Ｆによる分析結果を、図６（ｂ）に示す位置関係によって切り出すことができる。このように液体に含有される物質を一括して分析することによって、作業効率を高めることができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、鏡面仕上げされた基板に光を照射し、基板上に存在する液体又は液体の痕跡による散乱光を分析に基づいて滴下した液体の位置を検出しているので、微量な液体の位置を円滑に検出することができる。
【００４４】
また、本発明によれば、水溶性の有機薄膜で基板をコーティングすることにより、液体が滴下された部分は基板表面が変形するので、液体が蒸発しても液体の痕跡を検出することができる。
【００４５】
また、本発明によれば、自然酸化膜が形成されたシリコン基板を用いることにより、液体が滴下された部分はシリコン酸化膜によって基板表面が変形するので、液体が蒸発しても液体の痕跡を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る液体含有物質分析装置を示す図である。
【図２】第１実施形態に係る液体含有物質分析装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態に係る液体含有物質分析装置による散乱光イメージ及び蛍光イメージを示す図である。
【図４】第２実施形態に係る液体含有物質分析装置を示す図である。
【図５】シリコン基板を用いた場合の散乱光イメージ及び蛍光イメージを示す図である。
【図６】蛍光分析を一括処理する場合の散乱光イメージ及び蛍光イメージを示す図である。
【符号の説明】
１０・・・液体含有物質分析装置、１２・・・電動可動ステージ、１４・・・基板、１６・・・液体滴下器、１８・・・第１の光源、２０・・・第２の光源、２６・・・対物レンズ、２８・・・焦点深度調整用光学装置、３０・・・光検出器、３２・・・蛍光検出器、４０・・・コンピュータ。
Claims (6)
- 分析対象となる液体が滴下される鏡面仕上げされた基板と、
前記基板に光を照射するための第１の光源と、
前記基板上に滴下された前記液体又は前記液体の痕跡によって、前記第１の光源からの光が散乱された散乱光を検出する光検出器と、
前記光検出器によって検出された前記散乱光に基づいて前記液体が滴下された位置を検出する位置検出器と、
前記位置検出器によって検出された位置に前記第１の光源から出力される光より短い波長の光を照射する第２の光源と、
前記第２の光源によって照射された光によって前記液体又は前記液体の痕跡が励起されて生じる蛍光を検出する蛍光検出器と、
前記蛍光検出器によって検出された蛍光によって、前記液体に含有される物質を分析する分析器と、
を備えることを特徴とする液体含有物質分析装置。 - 前記第２の光源は、前記第２の光源からの出力光が前記基板平面の法線と交差するように配置され、
前記蛍光検出器は、前記基板平面の法線方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液体含有物質分析装置。 - 前記基板の表面は、水溶性の有機薄膜によってコーティングされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体含有物質分析装置。
- 前記基板は自然酸化膜が形成されたシリコン基板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体含有物質分析装置。
- 前記基板を載置すると共に、前記第１の光源からの光が前記基板に照射されるように前記基板を動かすためのステージをさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体含有物質分析装置。
- 分析対象となる液体を鏡面仕上げされた基板に滴下する液体滴下段階と、
第１の光源によって前記基板に光を照射する光照射段階と、
前記液体滴下段階において前記基板上に滴下された前記液体又は前記液体の痕跡によって、前記第１の光源からの光が散乱された散乱光を検出する散乱光検出段階と、
前記散乱光検出段階において検出された前記散乱光に基づいて前記液体が滴下された位置を検出する位置検出段階と、
前記位置検出段階において検出された位置に、前記第１の光源から出力される光より短い波長の光を出力する第２の光源によって光を照射する第２の光照射段階と、
前記第２の光照射段階において照射された光によって前記液体又は前記液体の痕跡が励起されて生じる蛍光を検出する蛍光検出段階と、
前記蛍光検出段階において検出された蛍光によって、前記液体に含有される物質を分析する分析段階と、
を備えることを特徴とする液体含有物質分析方法。
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