JP5866832B2 - 検出装置及び検出方法 - Google Patents
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光学デバイスと、
前記光学デバイスが配置される空間の容積が可変であるチャンバーと、
前記光学デバイスに光を照射する光源と、
前記光学デバイスから出射される光を検出する光検出部と、
前記チャンバーの容積を可変駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
を有し、
前記光学デバイスは、該光学デバイスを被覆する流体試料を反映する光を出射し、
前記制御部は、前記チャンバーから前記流体試料を排出する第1モードと、前記第1モード後に前記チャンバーに前記流体試料を吸引する第2モードと、前記第2モード後に前記チャンバーを気密状態として前記光検出部にて検出する第3モードを有し、前記第1,第2モードでは前記チャンバーの容積をV1とし、前記第3モードでは気密状態にされた前記チャンバーの容積をV2(V2<V1)とする検出装置に関する。
このように、第1モード、第2モード及び第3モードを交互に繰り返し実施すると、一旦光学デバイスに吸着された流体試料を脱離させることができる。こうして、検出後に光学デバイスをクリーンアップすることができ、前回検出時の影響を残すことなく次回の検査を繰り返し実施することが可能となる。よって、第1,第2,第3モードを交互に繰り返し実施することにより、リアルタイム検査が可能となる。しかも、検出後に光学デバイスをクリーンアップできるので、流体試料中の検査対象の物質が所定の濃度以上で存在するかしないかの判定を信頼性高く行うことができる。
光学デバイスが配置されたチャンバーを開放して、前記チャンバーから流体試料を排出する第1工程と、
前記チャンバーに流体試料を吸引する第2工程と、
前記流体試料が導入された前記チャンバーを気密状態として、前記光学デバイスに光を照射し、前記光学デバイスから出射される光を検出する第3工程と、
を有し、
前期第1工程及び第2工程では前記チャンバーの容積をV1とし、前記第3工程では前記チャンバーの容積をV2(V2<V1)とする検出方法に関する。
図1は、本実施形態の検出装置の構成例を示す。図1において、検出装置100は、チャンバー10と、光学デバイス20と、光源50と、光検出部60と、制御部71と、駆動部80とを有する。チャンバー10は、光学デバイス20が配置される空間の容積が可変である。このため、チャンバー10は、チャンバー壁部の一部が伸縮する伸縮部例えばベローズや弾性体(例えばゴム材)11を有する。チャンバー10は、吸気バルブ12と排気バルブ13を有し、制御部71の制御によるバルブ12,13の駆動により、開放/気密の各状態に設定される。光源50は、光学デバイス20に光を照射する。光検出部60は、光学デバイス20から出射される光を検出する。駆動部80は、制御部71の制御に基づいてベローズ11を伸縮駆動してチャンバー10の容積を可変駆動する。なお、光学デバイス20と、光源50及び/又は光検出部60との間に、光学系30を設けることができる。また、チャンバー10の排気側には吸引駆動部例えばファン40を有することができる。
制御部71は、制御モードとして、図2(A)(B)に示す第1,第2,第3モードを有する。第1モードは、チャンバー10から流体試料を排出するモードであり、第1工程とも称する。第2モードとは、第1モード後にチャンバー10に流体試料をチャンバー10内に吸引する吸引モードであり、第2工程とも称する。第3モードとは、第2モード後にチャンバー20を気密状態として光検出部60にて検出する検出モードであり、第3工程とも称する。制御部71は、光検出部60からの信号に基づいて、図2に示す第1,第2,第3モードを切換え制御することもできる。
制御部71は、駆動部80を駆動制御することでベローズ11を伸縮させて、第1,第2モードでは、開放されたチャンバー10の容積をV1とし、第3モードでは気密状態にされたチャンバー10の容積をV2(V2<V1)とする。こうすることで、第3モードにて光学デバイス20を試料流体により所定の被覆率以上で被覆して、光学デバイス20に流体試料を吸着させるまでに要する時間を短縮し、もって検出時間を短縮している。その理由について、以下にて説明する。
P1×V1=nRT1…(2)
P2×V2=nRT2…(3)
が成立する。
P2/P1=V1/V2…(4)
となる。ここで、V1>V2であるから、P2/P1=V1/V2>1となり、
P2>P1 …(5)
が成立することが分かる。つまり、チャンバー10の容積VをV1からV2に収縮させることによって、分子の分圧P1を分圧P2に増加させることができる。それにより、式(1)から衝突頻度Zを大きくすることができることが分かる。
図2(B)は、上述した第1,第2,第3モードでの光学デバイス20上での流体試料の吸引速度の変化を示している。本実施形態では、上述した第1,第2,第3モードを設定するために、制御部71は吸引駆動部であるファン40を駆動制御して、第1,第2,第3モードにて流体試料の吸引速度(単位時間当たりの気体輸送量)を制御することができる。ただし、第3モードでは、図1のバルブ12,13が制御部71により閉鎖されてチャンバー10が密閉されるので、ファン40の駆動に拘わらず、光学デバイス20上での流体試料の吸引速度(または単位時間当たりの気体輸送量)は零である。
第1,第2,第3モードの切換えは、光検出部60の出力に基づいて行うことができる。第1,第2,第3モード間では、流体試料の脱離、吸着または被覆率の増大によって光検出信号が変化するからである。図4は、時刻0〜T2において、光検出部60の出力として、例えば流体試料中の検査対象の試料分子のSERS強度の変化を示している。時刻0から開始される第1モードでは、光学デバイス20に吸着されていた試料分子が脱離されるため、第1モードではSERS強度は低下する。よって、図3に示す第1閾値I1をSERS強度が下回る時刻T0にて、第1モードから第2モードに切り換えることができる。
図5(A)〜図5(C)を用いて、流体試料を反映した光検出原理の一例としてラマン散乱光の検出原理の説明図を示す。図5(A)に示すように、光学デバイス20に吸着される検査対象の試料分子1に入射光(振動数ν)が照射される。一般に、入射光の多くは、レイリー散乱光として散乱され、レイリー散乱光の振動数ν又は波長は入射光に対して変化しない。入射光の一部は、ラマン散乱光として散乱され、ラマン散乱光の振動数(ν−ν’及びν+ν’)又は波長は、試料分子1の振動数ν’(分子振動)が反映される。つまり、ラマン散乱光は、検査対象の試料分子1を反映した光である。入射光の一部は、試料分子1を振動させてエネルギーを失うが、試料分子1の振動エネルギーがラマン散乱光の振動エネルギー又は光エネルギーに付加されることもある。このような振動数のシフト(ν’)をラマンシフトと呼ぶ。
図9は、本実施形態の検出装置の具体的な構成例を示す。図9に示される検出装置100も、図1に示すチャンバー10、光学デバイス20と、光学系30と、吸引駆動部40と、光源50と、光検出部60と、制御部71を含む処理部70(図9では省略)と、駆動部80とを有している。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できる。
Claims (9)
- 光学デバイスと、
前記光学デバイスが配置される空間の容積が可変であるチャンバーと、
前記光学デバイスに光を照射する光源と、
前記光学デバイスから出射される光を検出する光検出部と、
前記チャンバーの容積を可変駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
を有し、
前記光学デバイスは、該光学デバイスを被覆する流体試料を反映する光を出射し、
前記制御部は、前記チャンバーから前記流体試料を排出する第1モードと、前記第1モード後に前記チャンバーに前記流体試料を吸引する第2モードと、前記第2モード後に前記チャンバーを気密状態として前記光検出部にて検出する第3モードを有し、前記第1,第2モードでは前記チャンバーの容積をV1で保持し、前記第3モードでは気密状態にされた前記チャンバーの容積をV2(V2<V1)で所定時間保持することを特徴とする検出装置。 - 請求項1において、
前記光学デバイスは、前記流体試料のラマン散乱光を発生させ、
前記光検出部は、前記流体試料中に存在し得る検査対象の物質のラマン散乱光を検出することを特徴とする検出装置。 - 請求項2において、
前記光学デバイスは、1〜1000nmの凸部を有する金属ナノ構造を備えることを特徴とする検出装置。 - 請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記チャンバーに前記流体試料を吸引する吸引駆動部をさらに有し、
前記制御部は、前記第1モードでは、前記光学デバイス上での前記流体試料の吸引流速をv1とし、前記第2モードでは、前記光学デバイス上での前記流体試料の吸引流速をv2(v2<v1)に設定することを特徴とする検出装置。 - 請求項4において、
前記制御部は、予め決められた時間毎に周期的に、前記第1モード、前記第2モード、前記第3モードの順にモードを切換えることを特徴とする検出装置。 - 請求項4において、
前記制御部は、前記光検出部からの信号レベルに基づいて前記第1,第2,第3モードを切換えることを特徴とする検出装置。 - 請求項6において、
前記制御部は、前記信号レベルが第1閾値以下となった時に前記第1モードから前記第2モードに切換え、前記信号レベルが前記第1閾値よりも高い第2閾値以上となった時に前記第2モードから前記第3モードに切換え、前記信号レベルが前記第2閾値よりも高い第3閾値以上となった時に前記第3モードから前記第1モードに切換えることを特徴とする検出装置。 - 請求項1乃至7のいずれかにおいて、
前記チャンバーは、チャンバー壁の一部が気密状態を維持して伸縮する伸縮部を含み、
前記駆動部は前記伸縮部を伸縮させて前記チャンバーの容積を可変とすることを特徴とする検出装置。 - 光学デバイスが配置されたチャンバーを開放して、前記チャンバーに対して流体試料を吸引及び排出する第1工程と、
前記流体試料が導入された前記チャンバーを気密状態として、前記光学デバイスに光を照射し、前記光学デバイスから出射される光を検出する第2工程と、
を有し、
前記第1工程では、前記チャンバーの容積をV1で保持し、前記第2工程では、前記チャンバーの容積をV2(V2<V1)で所定時間保持して、前記光検出部からの信号に基づいて前記第1,第2工程を切換えることを特徴とする検出方法。
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