JP6245664B2 - 表面増強ラマン散乱分光測定用基板及びそれを用いた装置 - Google Patents
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Description
本発明は、基板に貫通した細孔を形成した表面増強ラマン散乱分光測定用基板、並びに、それを用いた表面増強ラマン散乱分光測定装置及び液体クロマトグラフ装置に関するものである。
金属ナノ粒子等、ある種の金属微小構造体に光を照射すると、金属内部の自由電子が入射光に共鳴して集団振動を起こし、それによって増強電磁場が発現する。この現象は、局在表面プラズモン共鳴（Localized Surface Plasmon Resonance：ＬＳＰＲ）と呼ばれている。このＬＳＰＲは、金属ナノ粒子凝集体の間隙などで特に強く増強され、その間隙に分子が吸着すると、吸着分子のラマン散乱断面積が通常のラマン散乱断面積に比べ１０の１０乗〜１０の１４乗倍増強され、非常に強いラマン散乱が検出される。この手法を、表面増強ラマン散乱（Surface Enhanced Raman Scattering：ＳＥＲＳ）という。
ラマン分光分析は、被分析物に励起光を照射することにより発生するラマン散乱光に基づいて行われる被分析物の分子同定等に用いられる分光技術である。ラマン散乱光は、極めて微弱であるため、検出が困難であるという問題を有している。そこで、前述した表面増強ラマン散乱という現象を利用して、強度の高いラマン散乱光を発生させる方法が提案されている。ＳＥＲＳによりラマン散乱光が増強される効果（以下、「ＳＥＲＳ効果」という）は、金属粒子間の隙間の大きさが、数十ｎｍ程度又はそれ以下の大きさにおいて高い。このような高いＳＥＲＳ効果を得るために、金属粒子間に微細な隙間を形成する方法が以下に示すように、種々提案されている。
非特許文献１に記載された表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、ミクロンオーダーの逆ピラミッド型の窪みが形成されており、その内側が金でコーティングされている。窪みの底部で粒状の金が近接していることにより、ＳＥＲＳ効果を生む。
非特許文献２に記載された表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、シリカ柱状層に金をキャップ状に被せている。各柱状層に配置された金が互いに近接していることにより、ＳＥＲＳ効果を生む。
S. Botti、他５名、「Trace level detection and identification ofnitro-based explosives by surface-enhanced Raman spectroscopy」、Journal of Raman Spectroscopy、(米国)、John Wiley & Sons, Ltd.、2013年1月25日、Volume 44、Issue 3、p.463-468
Motofumi Suzuki、他７名、「Ag nanorod arrays tailored for surface-enhanced Raman imaging in the near-infrared region」、Nanotechnology、（米国）、IOP Publishing、2008年5月19日、Volume 19、Issue 26、265304 p.1-17
非特許文献１及び非特許文献２に記載された様な従来の表面増強ラマン散乱分光測定用基板を液体クロマトグラフ装置等のフロー系の検出器の一部として用いた場合、分析液を当該基板に対して垂直方向に通過させることはできないため、分析液の流れ方向は、当該基板に対して略水平方向にしなければならない。その場合、分析物の一部が粒子に触れるだけになるので、感度が低くＳＥＲＳ効果を十分に得ることができない。また、当該基板との接触面では流速が遅いため分析物の置き換わりが遅くなり、適切な測定ができない等の問題があった。これらを理由に、従来の技術では、表面増強ラマン散乱分光測定装置を液体クロマトグラフ装置等のフロー系に組み込むことは極めて困難であった。
このため、液体クロマトグラフ装置において、分析物の分子構造を同定するためには、質量分析法（Mass Spectrometry：ＭＳ)を検出器とする液体クロマトグラフィ質量分析法（Liquid Chromatography Mass Spectrometry：ＬＣ−ＭＳ）等を用いる必要があった。しかし、ＬＣ−ＭＳ装置は高価な装置であり、日常的に構造情報を得るためには安価な分析法ではなかった。
このため、液体クロマトグラフ装置において、分析物の分子構造を同定するためには、質量分析法（Mass Spectrometry：ＭＳ)を検出器とする液体クロマトグラフィ質量分析法（Liquid Chromatography Mass Spectrometry：ＬＣ−ＭＳ）等を用いる必要があった。しかし、ＬＣ−ＭＳ装置は高価な装置であり、日常的に構造情報を得るためには安価な分析法ではなかった。
本発明は上記のような従来の問題を解決するもので、本発明の目的は、液体クロマトグラフ装置等のフロー系の検出器として組み込み、使用することができる表面増強ラマン散乱分光測定用基板、並びに、それを用いた表面増強ラマン散乱分光測定装置及び液体クロマトグラフ装置を提供することにある。
本発明に係る表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、
基板本体と、
前記基板本体に貫通形成された細孔と、
前記細孔を密閉しないように前記基板本体露出面上に配設された粒子と、を備え、
前記粒子は、該粒子間を分析物が通過する粒子であって、
前記細孔は、分析物が通過する細孔であることを特徴とする。
基板本体と、
前記基板本体に貫通形成された細孔と、
前記細孔を密閉しないように前記基板本体露出面上に配設された粒子と、を備え、
前記粒子は、該粒子間を分析物が通過する粒子であって、
前記細孔は、分析物が通過する細孔であることを特徴とする。
請求項２に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、
前記細孔は、前記粒子間を通過した分析物が通過する細孔であることを特徴とする。
前記細孔は、前記粒子間を通過した分析物が通過する細孔であることを特徴とする。
請求項３に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、
前記粒子は、金、銀、銅、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、鉄、コバルト又はニッケルを含む粒子であることを特徴とする。
前記粒子は、金、銀、銅、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、鉄、コバルト又はニッケルを含む粒子であることを特徴とする。
請求項４に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、
前記粒子は、コア粒子の表面に金属膜が被覆されていることを特徴とする。
前記粒子は、コア粒子の表面に金属膜が被覆されていることを特徴とする。
請求項５に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、
前記粒子は、前記コア粒子の表面にキャップ状に金属膜が被覆されていることを特徴とする。
前記粒子は、前記コア粒子の表面にキャップ状に金属膜が被覆されていることを特徴とする。
請求項６に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、
前記コア粒子は、シリカ、アルミナ、酸化チタン又はポリスチレンラテックスを含み、
前記金属膜は、金、銀、銅、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、鉄、コバルト又はニッケルを含んでいることを特徴とする。
前記コア粒子は、シリカ、アルミナ、酸化チタン又はポリスチレンラテックスを含み、
前記金属膜は、金、銀、銅、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、鉄、コバルト又はニッケルを含んでいることを特徴とする。
請求項７に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、
前記粒子は、その平均粒子径が１０〜２００ｎｍであることを特徴とする。
前記粒子は、その平均粒子径が１０〜２００ｎｍであることを特徴とする。
請求項８に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、
前記金属膜は、その平均膜厚が１０〜２００ｎｍであることを特徴とする。
前記金属膜は、その平均膜厚が１０〜２００ｎｍであることを特徴とする。
請求項９に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、
前記コア粒子は、その平均粒子径がサブミクロンであることを特徴とする。
前記コア粒子は、その平均粒子径がサブミクロンであることを特徴とする。
請求項１０に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、
前記金属膜は、その平均最大膜厚が１０〜２００ｎｍであることを特徴とする。
前記金属膜は、その平均最大膜厚が１０〜２００ｎｍであることを特徴とする。
請求項１１に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、前記粒子は、非導電体のコア粒子の表面にばらばらに金属粒子が付着されていることを特徴とする。
請求項１２に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、前記金属粒子は、その平均粒子径が１０〜１００ｎｍであることを特徴とする。
請求項１３に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、前記金属粒子は、金、銀、銅、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、鉄、コバルト又はニッケルを含んでいることを特徴とする。
請求項１４に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、前記基板本体の表面に、前記粒子の電位を外部から調節できるように導電性コーティングを施したことを特徴とする。
請求項１５に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、
前記基板本体は、無機物であることを特徴とする。
前記基板本体は、無機物であることを特徴とする。
請求項１６に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、
前記基板本体は、アルミナを含むことを特徴とする。
前記基板本体は、アルミナを含むことを特徴とする。
請求項１７に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、
前記基板本体は、有機物であることを特徴とする。
前記基板本体は、有機物であることを特徴とする。
請求項１８に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、
前記細孔は、その平均細孔径が前記粒子の平均粒子径よりも小さく、かつ、５〜１００ｎｍであることを特徴とする。
前記細孔は、その平均細孔径が前記粒子の平均粒子径よりも小さく、かつ、５〜１００ｎｍであることを特徴とする。
請求項１９に記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板は、
前記粒子は、該粒子間を分析物が垂直に通過する粒子であることを特徴とする。
前記粒子は、該粒子間を分析物が垂直に通過する粒子であることを特徴とする。
請求項２０に記載の表面増強ラマン散乱分光測定装置は、
請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板が組み込まれていることを特徴とする。
請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板が組み込まれていることを特徴とする。
請求項２１に記載の液体クロマトグラフ装置は、
請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板が組み込まれていることを特徴とする。
請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板が組み込まれていることを特徴とする。
請求項２２に記載の液体クロマトグラフ装置の検出器は、
請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板が組み込まれていることを特徴とする。
請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板が組み込まれていることを特徴とする。
本発明の表面増強ラマン散乱分光測定用基板によれば、液体クロマトグラフ等のフロー系の検出器として表面増強ラマン散乱分光測定装置を使用することができる。そのため、分析物から散乱され、ＳＥＲＳにより増強されたラマン散乱光をリアルタイムで測定し、分析物の同定等をすることができる。
本発明の一実施例における表面増強ラマン散乱分光測定用基板の構成について説明する。
図１は、本発明の一実施例における表面増強ラマン散乱分光測定用基板の概念図を示す。図２は、本発明の一実施例における表面増強ラマン散乱分光測定用基板の粒子及び細孔のＳＥＭ画像を示す。なお、図２中のスケールバーは３００ｎｍを示す。
図１に示すように、表面増強ラマン散乱分光測定用基板１０は、基板本体３０と、基板本体３０に貫通形成された細孔４０と、細孔４０を密閉しないように基板本体３０の露出面上に配設された粒子２０から構成されている。なお、基板本体３０の露出面とは、測定光１５２（後述）を照射することができる範囲にある基板本体表面３１及び／又は細孔内壁面４１をいう。
粒子２０は、該粒子２０間を分析物が垂直に通過する粒子２０であることが好ましい。分析物と粒子２０がこのような関係であれば、分析物はすべて、測定光１５２が照射されている範囲にある粒子２０間を通過するため、高い感度と高い応答性が得ることができるからである。
粒子２０は、表面増強ラマン散乱用の粒子である。また、粒子２０は図２に示すように、ＳＥＲＳ効果を得るためには、粒子２０は複数であることが好ましく、粒子２０は互いに密着しているか、又は、数十ｎｍ以内で近接していることが好ましい。本実施例に係る粒子２０は金粒子であるが、他の金属を含む粒子でも良く、例えば、金の他に、銀、銅又は白金を含む粒子であればＳＥＲＳ効果を得るために適している。また、粒子２０の平均粒子径は、１０〜２００ｎｍが好ましく、さらに好ましくは３０〜１００ｎｍである。これらの範囲であると良好なＳＥＲＳ効果を得ることができる。なお、粒子径は、図２に示すように、ある程度のばらつきがあることが好ましく、また、粒子２０は密集しているよりも、ある程度のばらつきをもって、数十ｎｍ以内に近接されていることが好ましい。それにより、良好なＳＥＲＳ効果を得ることができるからである（参考文献：Toru Shimada、他４名、「Near-Field Study on Correlation of Localized Electric Field and Nanostructures in Monolayer Assembly of Gold Nanoparticles」、The Journal of Physical Chemistry C、ACS Publications、2008年2月28日、Volume 112、Issue 11、p.4033-4035）。ここで、平均粒子径とは個数平均粒子径を指し、走査電子顕微鏡(ＳＥＭ)画像から少なくとも１０００個以上の粒子の粒子径（長径と短径の平均値）を測定し、それらの平均値を平均粒子径とする。
図３(ａ)は、本発明の一実施例における表面増強ラマン散乱分光測定用基板のコア粒子及び金属膜の概念図を示す。図３（ｂ）は、Ａ−Ａ線断面概念図を示す。
粒子２０は、図３(ａ) （ｂ）に示すように、コア粒子２１に金属膜２２が被覆された粒子でも良い。例えば、コア粒子２１にはシリカ（ＳｉＯ２）、金属膜２２には金（Ａｕ）を用いることができる。これらの粒子２０は以下の製法等によって生成することができる。まず、コア粒子２１として用いたシリカ粒子をストーバー法にて生成をする。このシリカ粒子にテトラヒドロキシメチルホスホニウムクロリド(ＴＨＰＣ)で保護した金ナノ粒子を被覆する(成長前溶液)。これを、金イオンを含む成長溶液と反応させることにより、金ナノ粒子を種として金属膜２２の成長促し、コア粒子２１に金属膜２２が被覆された粒子２０を生成することができる。コア粒子２１には、シリカ以外にも、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）又はポリスチレンラテックス等を用いることができ、金属膜２２には金以外にも銀、銅又は白金等を用いることができる。コア粒子２１の平均粒子径はサブミクロンであることが好ましい。また、金属膜の平均膜厚は、１０〜２００ｎｍであることが好ましい。ここで、コア粒子の平均粒子径は、個数平均粒子径を指し、粒子の中心部をミクロトーム等によって切断し、その断面を撮影したＳＥＭ画像から少なくとも１０００個以上のコア粒子の粒子径（長径と短径の平均値）を測定し、それらの平均値をコア粒子の平均粒子径とする。また、金属膜の平均膜厚は、個数平均膜厚を指し、粒子の中心部をミクロトーム等によって切断し、その断面を撮影したＳＥＭ画像から少なくとも１０００個以上の金属膜の膜厚（最大膜厚と最小膜厚の平均値）を測定し、それらの平均値を金属膜の平均膜厚とする。
図４（ｃ）は、本発明の一実施例における表面増強ラマン散乱分光測定用基板のコア粒子及びキャップ状に被覆された金属膜の概念図を示す。図４（ｄ）は、Ｂ−Ｂ線断面概念図を示す。
さらに、図４（ｃ）（ｄ）に示すように、粒子２０は、前記コア粒子２１の表面にキャップ状に金属膜２２が被覆された粒子でも良い。例えば、コア粒子２１にはシリカ（ＳｉＯ２）、金属膜２２には金（Ａｕ）を用いることができる。これらの製法として、特開２０１２−０８８２２２等で開示されている様に、真空蒸着法又はスパッタ法等がある。コア粒子２１には、シリカ以外にも、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）又はポリスチレンラテックス等を用いることができ、金属膜２２には金以外にも銀、銅又は白金等を用いることができる。金属膜の平均最大膜厚は、１０〜２００ｎｍであることが好ましい。ここで、金属膜の平均最大膜厚は、個数平均膜厚を指し、粒子の中心部をミクロトーム等によって切断し、その断面を撮影したＳＥＭ画像から少なくとも１０００個以上の金属膜の最大膜厚を測定し、それらの平均値を金属膜の平均最大膜厚とする。
図５は、本発明の一実施例における表面増強ラマン散乱分光測定用基板のコア粒子及び金属粒子の概念図を示す。
また、粒子２０は非導電体のコア粒子２１の表面にばらばらに金属粒子２３が付着されている粒子でも良い。コア粒子２１の表面に金属粒子２３をばらばらに付着させることによって、独立した金属粒子２３同士が近接し、ホットスポットが多く生まれる。そのため、さらに感度の高い測定が可能となる。金属粒子２３は、金、銀、銅、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、鉄、コバルト又はニッケルを含んでいれば、ＳＥＲＳ効果を得るために好ましい。金属粒子２３の粒径は定義されたものを使用することが好ましい。それにより、ホットスポットの量や質が均一となるため、安定的なＳＥＲＳ効果を生み出すことができる。金属粒子２３の平均粒子径は１０〜１００ｎｍであることが好ましい。ここで、平均粒子径とは個数平均粒子径を指し、ＳＥＭ画像から少なくとも１０００個以上の粒子の粒子径（長径と短径の平均値）を測定し、それらの平均値を平均粒子径とする。コア粒子２１は非伝導体であれば、コア粒子が金属粒子によるＳＥＲＳ効果を妨げないため好ましい。
図６は、本発明の一実施例における表面増強ラマン散乱分光測定用基板に導電性コーティングを施した場合の構成図を示す。
図６の基板本体３０の表面には、粒子２０の電位を外部から調節できるように導電性コーティング３２が施されており、導電性コーティング３２に電極３４が接続され、電極３４から、電圧調節器３６、スイッチ３５、電源３３、グラウンドと接続されている。スイッチ３５を切り替えることにより、使用する電源３３を変えることができるので、必要に応じて粒子２０に負電位又は正電位を与えることができる。また、電圧調節器３６により粒子２０の電位を調節することができる。電圧調節器３６はその内部に可変抵抗器等を有することにより、電位を調節することができる。なお、分析物自体の電位はグラウンドレベルである。
前記の構成により、外部から粒子２０の電位を調節できるようになることで、二つの効果が生まれる。
一つ目は、高感度の測定ができることである。例えば、分析物がカチオン性の分子の場合、粒子２０に負電位を与えることにより、分析物の分子がより多く粒子２０に吸着するため、高感度の測定ができる。測定後は正電位を与えることにより、分析物の分子を粒子２０から離脱させることができるため、分析物が残留する等の問題は発生しない。
同様に、分析物がアニオン性の分子の場合は、粒子２０に正電位を与えることにより、分析物の分子がより多く粒子２０に吸着し、高感度の測定ができる。測定後は負電位を与えることにより、分析物の分子を粒子２０から離脱させることができる。
二つ目は、ラマン散乱強度を増大させることが可能となることである。粒子２０に吸着した分析物の分子の電位を調節することができるので、分子を構成している電子の基底状態を変化させることができる。そのため、その電子がレーザーで励起された場合、一つ上のエネルギレベルに遷移すると、共鳴ラマンと同じ効果が生じ、ラマン散乱強度を増大させることができる（参考文献：De-Yin Wu、他３名、「Electrochemical surface-enhanced Raman spectroscopy of nanostructures」、Chemical Society Reviews、Royal Society of Chemistry、2008年4月3日、Volume 37、2008 Issue 5、p.1025-1041）。
なお、導電性コーディング３２は金属コーティングを含むがこれに限るものではない。
前記の構成により、外部から粒子２０の電位を調節できるようになることで、二つの効果が生まれる。
一つ目は、高感度の測定ができることである。例えば、分析物がカチオン性の分子の場合、粒子２０に負電位を与えることにより、分析物の分子がより多く粒子２０に吸着するため、高感度の測定ができる。測定後は正電位を与えることにより、分析物の分子を粒子２０から離脱させることができるため、分析物が残留する等の問題は発生しない。
同様に、分析物がアニオン性の分子の場合は、粒子２０に正電位を与えることにより、分析物の分子がより多く粒子２０に吸着し、高感度の測定ができる。測定後は負電位を与えることにより、分析物の分子を粒子２０から離脱させることができる。
二つ目は、ラマン散乱強度を増大させることが可能となることである。粒子２０に吸着した分析物の分子の電位を調節することができるので、分子を構成している電子の基底状態を変化させることができる。そのため、その電子がレーザーで励起された場合、一つ上のエネルギレベルに遷移すると、共鳴ラマンと同じ効果が生じ、ラマン散乱強度を増大させることができる（参考文献：De-Yin Wu、他３名、「Electrochemical surface-enhanced Raman spectroscopy of nanostructures」、Chemical Society Reviews、Royal Society of Chemistry、2008年4月3日、Volume 37、2008 Issue 5、p.1025-1041）。
なお、導電性コーディング３２は金属コーティングを含むがこれに限るものではない。
基板本体３０には、無機物を用いることができる。特に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が好ましい。アルミナは特徴的なラマンスペクトルをもたないため、基板本体３０に用いた場合、分析物のラマンスペクトルの検出及び分析を阻害することが少ないためである。一方、基板本体３０に有機物を用いることもできる。例えば、樹脂フィルム等が使用できる。有機物は特徴的なラマンスペクトルをもつため、分析物のラマンスペクトルの検出及び分析の阻害とならないように、事前にデータ処理等をしておく必要がある。それにより、基板本体３０に有機物を用いることができる。
基板本体３０に貫通形成された細孔４０は、以下の製法で作成することができる。基板本体３０が無機物の場合、例えば、アルミナの場合は、アルミニウムの陽極酸化によりナノオーダーの細孔４０を作成することができる。基板本体３０が有機物の場合、例えば、樹脂フィルムの場合は、中性子線を樹脂フィルムに照射することによりナノオーダーの細孔４０を作成することができる。細孔４０は、その平均細孔径が粒子２０の平均粒子径よりも小さいことが好ましい。細孔４０の平均細孔径が粒子２０の平均粒子径よりも大きくなると、分析物等が粒子２０間及び細孔４０を通過した際に、粒子２０が分析物等と共に細孔４０から流出してしまうことが多くなるためである。さらに、細孔４０の平均細孔径は５〜１００ｎｍであることが好ましい。また、図２に示すように、細孔４０は複数存在することが好ましいが、その中には、細孔４０の上面又は上面近傍に粒子２０が配設されていない細孔４０があってもよい。これらの細孔４０付近では、ＳＥＲＳ効果は得にくいが、測定光１５２（後述）が照射されている範囲全体でＳＥＲＳ効果を得ることができていれば問題はないからである。ここで、平均細孔径とは個数平均細孔径を指し、ＳＥＭ画像から少なくとも１０００個以上の細孔の細孔径（長径と短径の平均値）を測定し、それらの平均値を平均細孔径とする。
基板本体３０の露出面上に粒子２０を配設させるためには、金ナノ粒子等を液体中に分散させた懸濁液を、細孔４０に通過させ、乾燥させればよい。基板本体３０の露出面上に配設する粒子２０の個数は、吸光光度計等で測定した懸濁液の濃度と、細孔４０を通過する懸濁液の液量によって、自由に制御することができる。
次に、本発明の一実施例における液体クロマトグラフ装置及びその検出器として用いられる表面増強ラマン散乱分光測定装置の構成について説明する。
図７は、本発明の一実施例における液体クロマトグラフ装置の構成図を示す。
図７に示すように、本発明の実施例における液体クロマトグラフ装置１００は、移動相溶媒１１０、ポンプ１２０、インジェクタ１３０、カラム１４０、カラム恒温槽１４１、検出器１５０及びデータ処理ユニット１６０から構成されている。検出器１５０として、表面増強ラマン散乱分光測定装置を組み込んでいる。
図８は、本発明の一実施例における液体クロマトグラフ装置の検出器として用いられる表面増強ラマン散乱分光測定装置の概略図を示す。
図８に示すように、本発明の一実施例における検出器１５０として用いられる表面増強ラマン散乱分光測定装置は、光源１５１、透過反射部１５３、対物レンズ１５４、透明板１５５、開閉部１５６、土台部１５７、分光器１５８、検出手段１５９及び表面増強ラマン散乱分光測定用基板１０から構成されている。
光源１５１は、レーザー等の測定光１５２を発生させる。対物レンズ１５４は、測定光１５２を絞って分析物に照射させ、かつ、分析物から散乱されたラマン散乱光を集光する。透過反射部１５３は、光源１５１から発生した測定光１５２を反射させ、対物レンズ１５４により集光したラマン散乱光を透過させる。透過反射部１５３として、ビームスピリッタ又はダイクロイックミラー等を使用することができる。カメラ等の光検出手段１５９は、分光器１５８を通過したラマン散乱光を検出する。
以下、本発明の一実施例における液体クロマトグラフ装置及びその検出器として用いられる表面増強ラマン散乱分光測定装置の作用について説明する。
光源１５１より発生した測定光１５２は、透過反射部１５３により反射され、透明板１５５を透過し、表面増強ラマン散乱分光測定用基板１０に照射される。表面増強ラマン散乱分光測定用基板１０に液体クロマトグラフ装置１００のカラム１４０より分析物が流入しており、その分析物と基板本体３０の露出面上に配設された粒子２０に測定光１５２が照射される。そして、分析物から散乱されたラマン散乱光は、ＳＥＲＳ効果により増強された後に、透明板１５５を透過し、対物レンズ１５４により集光される。対物レンズ１５４により集光されたラマン散乱光は、透過反射部１５３により透過され、分光器１５８を通過した後、光検出手段１５９によってラマン散乱光が検出される。その検出結果は、電気信号等によりデータ処理ユニット１６０に送信され、データ処理、可視化等が行われる。そのデータ処理の結果に基づいて、分析物の同定等を行うことができる。
一方、カラム１４０より表面増強ラマン散乱分光測定用基板１０に流入した分析物は、粒子２０間及び細孔４０を通過し、その後、廃液として排出される。なお、基板本体３０の上面に粒子２０が配設されている場合、分析物は、粒子２０間を通過した後、細孔４０を通過することになる。
カラム１４０で分離された分析物は、粒子２０に吸着し続けることはほとんどないため、分離された分析物毎に、表面増強ラマン散乱分光測定用基板１０を洗浄・交換等をする必要がない。そのため、逐次流入する分析物をリアルタイムに測定することが可能となる。
また、表面増強ラマン散乱分光測定用基板１０の交換の際には、開閉部１５６を開閉することによって、容易に取り外し、又は、取り付けをすることができる。
ところで、本発明に係る表面増強ラマン散乱分光測定用基板１０は液体クロマトグラフ装置１００の検出器１５０だけでなく、非特許文献１、２のような従来の表面増強ラマン散乱分光測定装置にも組み込むこともできる。その場合は、表面増強ラマン散乱分光測定用基板１０を、洗浄液等を用いて洗浄することで、複数回の使用をすることが可能となる。
１０ 表面増強ラマン散乱分光測定用基板
２０ 粒子
２１ コア粒子
２２ 金属膜
２３ 金属粒子
３０ 基板本体
３１ 基板本体表面
３２ 導電性コーティング
３３ 電源
３４ 電極
３５ スイッチ
３６ 電圧調節器
ＧＮＤ グラウンド
４０ 細孔
４１ 細孔内壁面
１００ 液体クロマトグラフ装置
１１０ 移動相溶媒
１２０ ポンプ
１３０ インジェクタ
１４０ カラム
１４１ カラム恒温槽
１５０ 検出器
１５１ 光源
１５２ 測定光
１５３ 透過反射部
１５４ 対物レンズ
１５５ 透明板
１５６ 開閉部
１５７ 土台部
１５８ 分光器
１５９ 光検出手段
１６０ データ処理ユニット
２０ 粒子
２１ コア粒子
２２ 金属膜
２３ 金属粒子
３０ 基板本体
３１ 基板本体表面
３２ 導電性コーティング
３３ 電源
３４ 電極
３５ スイッチ
３６ 電圧調節器
ＧＮＤ グラウンド
４０ 細孔
４１ 細孔内壁面
１００ 液体クロマトグラフ装置
１１０ 移動相溶媒
１２０ ポンプ
１３０ インジェクタ
１４０ カラム
１４１ カラム恒温槽
１５０ 検出器
１５１ 光源
１５２ 測定光
１５３ 透過反射部
１５４ 対物レンズ
１５５ 透明板
１５６ 開閉部
１５７ 土台部
１５８ 分光器
１５９ 光検出手段
１６０ データ処理ユニット
Claims (21)
- 基板本体と、
前記基板本体に貫通形成された複数の細孔と、
前記細孔を密閉しないように前記基板本体露出面上に配設された粒子と、を備え、
前記粒子間及び前記細孔を分析物が通過する
表面増強ラマン散乱分光測定用基板。 - 前記粒子は、金、銀、銅、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、鉄、コバルト又はニッケルを含む粒子であることを特徴とする請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。
- 前記粒子は、コア粒子の表面に金属膜が被覆されていることを特徴とする請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。
- 前記粒子は、前記コア粒子の表面にキャップ状に金属膜が被覆されていることを特徴とする請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。
- 前記コア粒子は、シリカ、アルミナ、酸化チタン又はポリスチレンの粒子を含み、
前記金属膜は、金、銀、銅、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、鉄、コバルト又はニッケルを含んでいることを特徴とする請求項３記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。 - 前記粒子は、その平均粒子径が１０〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項２記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。
- 前記金属膜は、その平均膜厚が１０〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項３記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。
- 前記コア粒子は、その平均粒子径がサブミクロンであることを特徴とする請求項３記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。
- 前記金属膜は、その平均最大膜厚が１０〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項３記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。
- 前記粒子は、非導電体のコア粒子の表面にばらばらに金属粒子が付着されていることを特徴とする請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。
- 前記金属粒子は、その平均粒子径が１０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１０記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。
- 前記金属粒子は、金、銀、銅、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、鉄、コバルト又はニッケルを含んでいることを特徴とする請求項１０記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。
- 前記基板本体の表面に、前記粒子の電位を外部から調節できるように導電性コーティングを施したことを特徴とする請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。
- 前記基板本体は、無機物であることを特徴とする請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。
- 前記基板本体は、アルミナを含むことを特徴とする請求項１４記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。
- 前記基板本体は、有機物であることを特徴とする請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。
- 前記細孔は、その平均細孔径が前記粒子の平均粒子径よりも小さく、かつ、５〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。
- 前記粒子は、該粒子間を分析物が垂直に通過する粒子であることを特徴とする請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板。
- 請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板が組み込まれていることを特徴とする表面増強ラマン散乱分光測定装置。
- 請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板が組み込まれていることを特徴とする液体クロマトグラフ装置。
- 請求項１記載の表面増強ラマン散乱分光測定用基板が組み込まれていることを特徴とする液体クロマトグラフ装置の検出器。
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