JPH0422457B2 - - Google Patents
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- JPH0422457B2 JPH0422457B2 JP24318384A JP24318384A JPH0422457B2 JP H0422457 B2 JPH0422457 B2 JP H0422457B2 JP 24318384 A JP24318384 A JP 24318384A JP 24318384 A JP24318384 A JP 24318384A JP H0422457 B2 JPH0422457 B2 JP H0422457B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/171—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated with calorimetric detection, e.g. with thermal lens detection
-
- G—PHYSICS
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- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/8422—Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、特に液面上に展開された薄膜の特性
を光学的に測定する方法に関するもので、更に詳
しくは、薄膜の種々の特性分析の基礎となる光吸
収特性の測定方法に関する。本発明は、例えば単
分子累積膜の形成に際し、累積すべく液面上に展
開された単分子膜の特性分析等に利用されるもの
である。
を光学的に測定する方法に関するもので、更に詳
しくは、薄膜の種々の特性分析の基礎となる光吸
収特性の測定方法に関する。本発明は、例えば単
分子累積膜の形成に際し、累積すべく液面上に展
開された単分子膜の特性分析等に利用されるもの
である。
[従来の技術]
従来、ある試料の光吸収特性を測定する方法と
しては、透過率又は反射率から光吸収特性を求め
る方法がある。しかし、試料に光が照射された場
合、透過光、反射光に他に散乱光があり、更に高
精度を期すためには光の吸収成分を直接測定する
方法が光吸収特性評価上重要となる。
しては、透過率又は反射率から光吸収特性を求め
る方法がある。しかし、試料に光が照射された場
合、透過光、反射光に他に散乱光があり、更に高
精度を期すためには光の吸収成分を直接測定する
方法が光吸収特性評価上重要となる。
光の吸収成分を直接測定する方法としては、断
続的に光を照射すると、試料に吸収された光エネ
ルギーが無輻射緩和過程により、断続的に熱に変
換されることを利用した測定法である光音響分光
法(Photoacoustic Spectroscopy:PAS)や光
熱輻射分光法(Photothermal Radiometry:
PTR)がある。
続的に光を照射すると、試料に吸収された光エネ
ルギーが無輻射緩和過程により、断続的に熱に変
換されることを利用した測定法である光音響分光
法(Photoacoustic Spectroscopy:PAS)や光
熱輻射分光法(Photothermal Radiometry:
PTR)がある。
PAS法は、検出器の種類によりマイクロホン
法と圧電素子法に分けられるが、マイクロホン法
では試料を密閉した試料室にいれる必要があり、
圧電素子法では検出器と試料の配置が問題とな
り、いずれも液面上に展開された薄膜の測定には
不向きである。また、PTR法は、赤外線検出器
を用いていることから、水蒸気等の大気変動の影
響を受けやすいという欠点がある。
法と圧電素子法に分けられるが、マイクロホン法
では試料を密閉した試料室にいれる必要があり、
圧電素子法では検出器と試料の配置が問題とな
り、いずれも液面上に展開された薄膜の測定には
不向きである。また、PTR法は、赤外線検出器
を用いていることから、水蒸気等の大気変動の影
響を受けやすいという欠点がある。
一方、やはり光の吸収成分を直接測定する方法
として、光熱偏向分光法(Photothermal
Deflection Spectroscopy:PDS)と言われる方
法がある。このPDS法は、試料の光吸収による
発熱と共に試料内及び試料近傍に温度分布が生じ
て屈折率が変化し、これによつてそこに入射する
光が偏向することを利用したものである。即ち、
試料の測定部位に、光吸収されたときに発熱によ
る温度分布を生じさせて屈折率を変化させる励起
光と、これによる偏向量を測定するためのプロー
ブ光とを照射し、励起光の波長とプローブ光の偏
向量とから試料の光吸収特性を測定するものであ
る。この方法は、試料と検出系が独立に設定で
き、現場での計測や遠隔計測に適しており、本発
明の基本原理もこのPDS法による。
として、光熱偏向分光法(Photothermal
Deflection Spectroscopy:PDS)と言われる方
法がある。このPDS法は、試料の光吸収による
発熱と共に試料内及び試料近傍に温度分布が生じ
て屈折率が変化し、これによつてそこに入射する
光が偏向することを利用したものである。即ち、
試料の測定部位に、光吸収されたときに発熱によ
る温度分布を生じさせて屈折率を変化させる励起
光と、これによる偏向量を測定するためのプロー
ブ光とを照射し、励起光の波長とプローブ光の偏
向量とから試料の光吸収特性を測定するものであ
る。この方法は、試料と検出系が独立に設定で
き、現場での計測や遠隔計測に適しており、本発
明の基本原理もこのPDS法による。
上記PDS法は、励起光とプローブ光の配置に
よつて、横方向(transverse)型と縦方向
(collinear)型の二通りがあり、いずれも上述の
ように試料の励起光吸収量に応じたプローブ光の
偏向量を測定するもので、検出器としては位置敏
感検出器(PSD)を用いることが多い。
よつて、横方向(transverse)型と縦方向
(collinear)型の二通りがあり、いずれも上述の
ように試料の励起光吸収量に応じたプローブ光の
偏向量を測定するもので、検出器としては位置敏
感検出器(PSD)を用いることが多い。
第10図aは縦方向型の例で、励起光源10よ
り出た励起光11は、チヨツパー12で断続光と
なり、レンズ34で集束されて試料4′に照射さ
れる。プローブ光源5より出たプローブ光6は、
レンズ35及びミラー等の光路調整器17で励起
光11が照射されている試料4′の領域を通過し
て検出器7へと至り、点線で示されるように偏向
したときの偏向量が測定される。第10図bは横
方向型の例で、プローブ光5が試料4′の表面に
平行に照射される点が縦方向型と相違するだけで
他は同様である。
り出た励起光11は、チヨツパー12で断続光と
なり、レンズ34で集束されて試料4′に照射さ
れる。プローブ光源5より出たプローブ光6は、
レンズ35及びミラー等の光路調整器17で励起
光11が照射されている試料4′の領域を通過し
て検出器7へと至り、点線で示されるように偏向
したときの偏向量が測定される。第10図bは横
方向型の例で、プローブ光5が試料4′の表面に
平行に照射される点が縦方向型と相違するだけで
他は同様である。
このPDS法の理論的取扱いは、試料内の熱伝
導方程式を解けばよく、偏向角φとして測定され
る偏向量は、励起光強度、屈折率の温度係数
(n/T)、プローブ光の通過する領域での温度勾
配(T/x)等に比例することになる。試料の光
吸収係数に比例する項は(T/x)に含まれる。
また(n/T)は、試料によつては正負いずれか
の値をとり得、このことは偏向角も正負両方の場
合があることを示している。
導方程式を解けばよく、偏向角φとして測定され
る偏向量は、励起光強度、屈折率の温度係数
(n/T)、プローブ光の通過する領域での温度勾
配(T/x)等に比例することになる。試料の光
吸収係数に比例する項は(T/x)に含まれる。
また(n/T)は、試料によつては正負いずれか
の値をとり得、このことは偏向角も正負両方の場
合があることを示している。
しかしながら、このPDS法をそのまま液面上
に展開された薄膜についての測定に適用すると、
試料たる薄膜が極めて薄いものであるため、次の
ような不都合を生ずる。ここで液面上に展開され
た薄膜とは、例えば単分子膜のように、液面上に
浮きも沈みもせずに広げられた薄い膜をいう。
に展開された薄膜についての測定に適用すると、
試料たる薄膜が極めて薄いものであるため、次の
ような不都合を生ずる。ここで液面上に展開され
た薄膜とは、例えば単分子膜のように、液面上に
浮きも沈みもせずに広げられた薄い膜をいう。
液面上に展開された薄膜の場合、照射される励
起光の薄膜通過領域が短いため、励起光が液面に
達する前の外環境による影響、例えば空気中の粉
塵やゆらぎの影響を受けやすい。また、励起光が
薄膜到達後の不要な反射光や透過光の影響もS/
N比を低下させる原因となり、精度及び感度のよ
い測定が困難となる。特に、液面上の気相に特殊
な気体を用いて液面上の薄膜と相互作用を利用す
る系においては、励起光が通過する気体領域をで
きるだけ短かくする必要があるが、実現が困難で
ある。
起光の薄膜通過領域が短いため、励起光が液面に
達する前の外環境による影響、例えば空気中の粉
塵やゆらぎの影響を受けやすい。また、励起光が
薄膜到達後の不要な反射光や透過光の影響もS/
N比を低下させる原因となり、精度及び感度のよ
い測定が困難となる。特に、液面上の気相に特殊
な気体を用いて液面上の薄膜と相互作用を利用す
る系においては、励起光が通過する気体領域をで
きるだけ短かくする必要があるが、実現が困難で
ある。
[発明が解決しようとする問題点]
本発明は、液面に展開された薄膜という極めて
薄く特異な環境下にある試料について、その光吸
収特性を精度及び感度よく測定できるようにする
ことをその解決すべき問題点とするものである。
薄く特異な環境下にある試料について、その光吸
収特性を精度及び感度よく測定できるようにする
ことをその解決すべき問題点とするものである。
[問題点を解決するための手段]
本発明において上記問題点を解決するために講
じられた手段は、液面上に展開された薄膜の測定
部位に断続的に励起光を照射しつつこの測定部位
又はその近傍にプローブ光を照射し、このプロー
ブ光の偏向量から光吸収特性を測定するに際し、
前記励起光を、液面で全反射される入射角で液体
側から照射する薄膜の光吸収特性測定方法とする
ことである。
じられた手段は、液面上に展開された薄膜の測定
部位に断続的に励起光を照射しつつこの測定部位
又はその近傍にプローブ光を照射し、このプロー
ブ光の偏向量から光吸収特性を測定するに際し、
前記励起光を、液面で全反射される入射角で液体
側から照射する薄膜の光吸収特性測定方法とする
ことである。
[作用]
励起光が試料たる薄膜に吸収されると、励起光
の照射時と非照射時とでは測定部位及びその近傍
の屈折率が変化するので、これをプローブ光の偏
向量として検出することによつて光吸収特性を測
定することができる。この原理自体は従来の
PDS法と同様である。
の照射時と非照射時とでは測定部位及びその近傍
の屈折率が変化するので、これをプローブ光の偏
向量として検出することによつて光吸収特性を測
定することができる。この原理自体は従来の
PDS法と同様である。
ところで、本発明では、試料が液面上に展開さ
れた薄膜であり、しかも励起光は、薄膜が展開し
ている液面で全反射されるよう液体側から照射さ
れるものである。励起光は液体内を通つて薄膜に
照射されるので、空気中を通つて照射されるとき
のように空気中の粉塵やゆらぎの影響を受けるこ
とがない。また、薄膜へ照射された励起光は、液
面で全反射され、液面上の気相へと抜ける透過光
は、全反射時のエバネツセント波としての波長オ
ーダー以下のごくわずかのものであるので、透過
光が測定値に影響を及ぼす心配もない。更に、励
起光は、液面で規則的に反射されることになるた
め、不規則な反射光による悪影響も生じないもの
である。
れた薄膜であり、しかも励起光は、薄膜が展開し
ている液面で全反射されるよう液体側から照射さ
れるものである。励起光は液体内を通つて薄膜に
照射されるので、空気中を通つて照射されるとき
のように空気中の粉塵やゆらぎの影響を受けるこ
とがない。また、薄膜へ照射された励起光は、液
面で全反射され、液面上の気相へと抜ける透過光
は、全反射時のエバネツセント波としての波長オ
ーダー以下のごくわずかのものであるので、透過
光が測定値に影響を及ぼす心配もない。更に、励
起光は、液面で規則的に反射されることになるた
め、不規則な反射光による悪影響も生じないもの
である。
[実施例]
第1図において1は液体2を収容した液槽で、
その液面3上には試料たる薄膜4が展開されてい
る。図示される薄膜4は、単分子膜を模式的に表
わしたものである。
その液面3上には試料たる薄膜4が展開されてい
る。図示される薄膜4は、単分子膜を模式的に表
わしたものである。
液槽1の側方にはプローブ光源5が設けられて
いる。このプローブ光源5からは、液面3直下で
液面3と平行方向にプローブ光6が照射されるも
のである。また、プローブ光源5と液槽1を挟ん
で相対向する位置には、送られて来るプローブ光
6の位置を検出する検出器7が設けられている。
この検出器7の信号は、ドライバー8を介してロ
ツクインアンプ9へ送られるようになつている。
いる。このプローブ光源5からは、液面3直下で
液面3と平行方向にプローブ光6が照射されるも
のである。また、プローブ光源5と液槽1を挟ん
で相対向する位置には、送られて来るプローブ光
6の位置を検出する検出器7が設けられている。
この検出器7の信号は、ドライバー8を介してロ
ツクインアンプ9へ送られるようになつている。
プローブ光源5のやや下方には励起光源10が
設けられている。励起光源10は、薄膜4が展開
されている液面3で全反射される角度で、液体2
側から励起光11を薄膜4の測定部位に向けて照
射するものである。励起光11の光路に沿つた位
置に、励起光11を断続光として照射するための
チヨツパー12が設けられている。また、励起光
源10から照射されて液面3で全反射された励起
光11が液槽1から出た位置には、この励起光1
1を吸収するための吸収体13が設けられてい
る。
設けられている。励起光源10は、薄膜4が展開
されている液面3で全反射される角度で、液体2
側から励起光11を薄膜4の測定部位に向けて照
射するものである。励起光11の光路に沿つた位
置に、励起光11を断続光として照射するための
チヨツパー12が設けられている。また、励起光
源10から照射されて液面3で全反射された励起
光11が液槽1から出た位置には、この励起光1
1を吸収するための吸収体13が設けられてい
る。
チヨツパー12はロツクインアンプ9に接続さ
れていて、チヨツパー12から送られる励起光1
1の断続状態を示す信号を参照信号として、検出
器7からの信号を同期検出できるようになつてい
る。プローブ光源5、励起光源10、チヨツパー
12及びロツクインアンプ9は、各々測定制御器
14に接続されている。測定制御器14は、プロ
ーブ光6及び励起光11の光路及び波長並びにチ
ヨツパー12による励起光11の断続間隔を制御
すると共に、ロツクインアンプ9からの信号によ
つて光吸収特性を算出するものである。
れていて、チヨツパー12から送られる励起光1
1の断続状態を示す信号を参照信号として、検出
器7からの信号を同期検出できるようになつてい
る。プローブ光源5、励起光源10、チヨツパー
12及びロツクインアンプ9は、各々測定制御器
14に接続されている。測定制御器14は、プロ
ーブ光6及び励起光11の光路及び波長並びにチ
ヨツパー12による励起光11の断続間隔を制御
すると共に、ロツクインアンプ9からの信号によ
つて光吸収特性を算出するものである。
尚、液槽1は、少なくともプローブ光6及び励
起光11の光路となる部分に透明な窓を設けてお
けば、ことさら全体を透明とする必要はない。ま
た、液体2は、励起光11について吸収の小さい
ものであればプローブ光6へ多少直接影響を与え
るものであつても測定にさほど悪影響はないが、
透明であることが好ましい。
起光11の光路となる部分に透明な窓を設けてお
けば、ことさら全体を透明とする必要はない。ま
た、液体2は、励起光11について吸収の小さい
ものであればプローブ光6へ多少直接影響を与え
るものであつても測定にさほど悪影響はないが、
透明であることが好ましい。
まず、励起光源10より出射された励起光11
は、チヨツパー12により断続光に変調され、液
槽1の液面3上に展開されている薄膜4の測定部
位を液面3下より照射する。このとき、励起光1
1は、入射角が液体2の臨界角より大きくなるよ
うに入射され、液面3で全反射され、液体2内を
通過して液槽1の外へ出る。液面3上の気相に
は、全反射の時のエバネツセント波として、波長
オーダー以下のごくわずかな光がしみ出すだけで
ある。液槽1から出た励起光11は、吸収体13
により吸収され、不要な光がカツトされる。断続
励起光11が全反射される測定部位上の領域で
は、液面3上の薄膜4が光を吸収し、無放射輻射
過程により、断続的に熱を発生し、そのため、近
傍の屈折率変化が断続的に生じることになる。
は、チヨツパー12により断続光に変調され、液
槽1の液面3上に展開されている薄膜4の測定部
位を液面3下より照射する。このとき、励起光1
1は、入射角が液体2の臨界角より大きくなるよ
うに入射され、液面3で全反射され、液体2内を
通過して液槽1の外へ出る。液面3上の気相に
は、全反射の時のエバネツセント波として、波長
オーダー以下のごくわずかな光がしみ出すだけで
ある。液槽1から出た励起光11は、吸収体13
により吸収され、不要な光がカツトされる。断続
励起光11が全反射される測定部位上の領域で
は、液面3上の薄膜4が光を吸収し、無放射輻射
過程により、断続的に熱を発生し、そのため、近
傍の屈折率変化が断続的に生じることになる。
一方、プローブ光源5から出射されるプローブ
光6は、液面3直下を液面3と平行に通るため、
上記励起光11の照射によつて断続的に屈折率が
変化する領域を通過することになる。この屈折率
の断続的変化を生じる測定部位近傍を、プローブ
光源5から出射されたプローブ光6が通過する
と、変化した屈折率分布に応じて、点線で示され
るように光路が偏向することになる。
光6は、液面3直下を液面3と平行に通るため、
上記励起光11の照射によつて断続的に屈折率が
変化する領域を通過することになる。この屈折率
の断続的変化を生じる測定部位近傍を、プローブ
光源5から出射されたプローブ光6が通過する
と、変化した屈折率分布に応じて、点線で示され
るように光路が偏向することになる。
検出器7は、断続してプローブ光6を受け、プ
ローブ光6の受光位置をドライバー8を介してロ
ツクインアンプ9へ送る。ロツクインアンプ9
は、この検出器7からの信号を受けると同時にチ
ヨツパー12からの信号を受けており、両信号を
同期させることによつて、励起光11照射時のプ
ローブ光6の受光位置信号と、励起光11非照射
時のプローブ光6の受光位置信号とをS/N比良
く区分けして測定制御器14へ送る。測定制御器
14は、この送られて来た信号に基づき、その時
の励起光11の波長についてのプローブ光6の偏
向量を求め、これに基づいて光吸収特性を算出す
る。また、励起光11の波長を順次変えながら同
様の測定を行えば、薄膜4の分光吸収特性を得る
ことができる。
ローブ光6の受光位置をドライバー8を介してロ
ツクインアンプ9へ送る。ロツクインアンプ9
は、この検出器7からの信号を受けると同時にチ
ヨツパー12からの信号を受けており、両信号を
同期させることによつて、励起光11照射時のプ
ローブ光6の受光位置信号と、励起光11非照射
時のプローブ光6の受光位置信号とをS/N比良
く区分けして測定制御器14へ送る。測定制御器
14は、この送られて来た信号に基づき、その時
の励起光11の波長についてのプローブ光6の偏
向量を求め、これに基づいて光吸収特性を算出す
る。また、励起光11の波長を順次変えながら同
様の測定を行えば、薄膜4の分光吸収特性を得る
ことができる。
この測定に際して、測定部位は、測定制御器1
4で励起光11の光路を調節することで自由に選
択でき、また液面3の位置に応じてやはり測定制
御器14でプローブ光6の光路を調節して正確を
期すことができる。また、プローブ光源5、励起
光源10及びチヨツパー12に必要な調節を全て
測定制御器14で自動的に行うようにし、操作を
簡略化することも可能である。
4で励起光11の光路を調節することで自由に選
択でき、また液面3の位置に応じてやはり測定制
御器14でプローブ光6の光路を調節して正確を
期すことができる。また、プローブ光源5、励起
光源10及びチヨツパー12に必要な調節を全て
測定制御器14で自動的に行うようにし、操作を
簡略化することも可能である。
励起光11の測定部位における光量分布、液体
2の熱による屈折率変化の特性、プローブ光6の
入射ビーム位置及びその時の偏向量から薄膜4に
よつて吸収された光エネルギーが求まる。従つ
て、励起光11の薄膜4への照射エネルギーをフ
オトセンサー等でモニターしておけば、両者から
薄膜4の絶対的な光吸収特性が得られる。そし
て、励起光11の波長を変化させることにより、
絶対的分光吸収特性が得られる。また、励起光1
1の各波長における相対強度を予め求め、波長に
対応したプローブ光6の偏向量を求めるだけで
も、相対的な分光吸収特性を得ることができる。
光吸収特性の相対値、絶対値は、測定の目的に応
じ適宜選択すればよい。
2の熱による屈折率変化の特性、プローブ光6の
入射ビーム位置及びその時の偏向量から薄膜4に
よつて吸収された光エネルギーが求まる。従つ
て、励起光11の薄膜4への照射エネルギーをフ
オトセンサー等でモニターしておけば、両者から
薄膜4の絶対的な光吸収特性が得られる。そし
て、励起光11の波長を変化させることにより、
絶対的分光吸収特性が得られる。また、励起光1
1の各波長における相対強度を予め求め、波長に
対応したプローブ光6の偏向量を求めるだけで
も、相対的な分光吸収特性を得ることができる。
光吸収特性の相対値、絶対値は、測定の目的に応
じ適宜選択すればよい。
プローブ光6は、第2図に示されるように、励
起光11と共に測定部位で全反射させるようにし
てもよい。このようにすると、液体2の大きな屈
折率変化を生ずる部分を通過させることができ、
高感度の測定ができる利点がある。
起光11と共に測定部位で全反射させるようにし
てもよい。このようにすると、液体2の大きな屈
折率変化を生ずる部分を通過させることができ、
高感度の測定ができる利点がある。
プローブ光6は、第3図に示されるように、液
面3近くの気相中を通過させ、気相部の屈折率変
化の影響下に置くこともできる。このようにする
と、プローブ光6と励起光11が全く交差しない
ので、プローブ光6に対して励起光11が交差す
ることによつて及ぼす影響を除去することができ
る。
面3近くの気相中を通過させ、気相部の屈折率変
化の影響下に置くこともできる。このようにする
と、プローブ光6と励起光11が全く交差しない
ので、プローブ光6に対して励起光11が交差す
ることによつて及ぼす影響を除去することができ
る。
第4図に示されるように、薄膜4が展開されて
いる液面3の一部を仕切枠15で仕切り、薄膜4
の無い液面3′を形成し、この液面3′を参照液面
として測定することもできる。即ち、プローブ光
源5から出射されたプローブ光6及び励起光源1
0から出射されてチヨツパー12を経た励起光1
1を、例えばビームスプリツターやハーフミラー
等の光路分割手段16で分割した後、ミラー等の
光路調整手段17を用いて液面3と3′に同時に
プローブ光6と励起光11を送る。そして、液面
3,3′に対応するプローブ光6の偏向量を各々
の検出器7で検知し、両者の差から測定を行うも
のである。このようにすると、薄膜4の有無によ
る差が測定でき、他の影響を相殺することができ
るので、高精度の測定が可能となる。
いる液面3の一部を仕切枠15で仕切り、薄膜4
の無い液面3′を形成し、この液面3′を参照液面
として測定することもできる。即ち、プローブ光
源5から出射されたプローブ光6及び励起光源1
0から出射されてチヨツパー12を経た励起光1
1を、例えばビームスプリツターやハーフミラー
等の光路分割手段16で分割した後、ミラー等の
光路調整手段17を用いて液面3と3′に同時に
プローブ光6と励起光11を送る。そして、液面
3,3′に対応するプローブ光6の偏向量を各々
の検出器7で検知し、両者の差から測定を行うも
のである。このようにすると、薄膜4の有無によ
る差が測定でき、他の影響を相殺することができ
るので、高精度の測定が可能となる。
また、第5図に示されるように、励起光11を
多重反射させることもできる。励起光源10より
出射した励起光11は、チヨツパー12により断
続光となつた後、液面3で全反射され、さらに液
面3下に配置された鏡面18により反射され、再
び液面3を照射する。液面3と平行に鏡面18を
設定すれば、鏡面18の存在する領域で反射を繰
り返し、液面3上の薄膜4を複数箇所照射するこ
とになり、屈折率分布の生ずる領域が広がる。そ
こにプローブ光源5からプローブ光6を通過させ
れば、プローブ光6は偏向される領域が増大する
ため、その大きな偏向角を得ることができる。こ
の偏向によるプローブ光6の位置ずれを検出器7
で検出すれば、高感度な検出を行なうことができ
る。入射角θ、鏡面18と液面3の距離d、反射
領域をlとすれば、励起光照射回数Nは次式のよ
うな関係がある。即ち、N=l/(2d tanθ)の
関係が成立し、例えば、l=30mm、d=0.5mm、
θ=60°とすればN≒18となり、感度を約18倍上
げることができる。
多重反射させることもできる。励起光源10より
出射した励起光11は、チヨツパー12により断
続光となつた後、液面3で全反射され、さらに液
面3下に配置された鏡面18により反射され、再
び液面3を照射する。液面3と平行に鏡面18を
設定すれば、鏡面18の存在する領域で反射を繰
り返し、液面3上の薄膜4を複数箇所照射するこ
とになり、屈折率分布の生ずる領域が広がる。そ
こにプローブ光源5からプローブ光6を通過させ
れば、プローブ光6は偏向される領域が増大する
ため、その大きな偏向角を得ることができる。こ
の偏向によるプローブ光6の位置ずれを検出器7
で検出すれば、高感度な検出を行なうことができ
る。入射角θ、鏡面18と液面3の距離d、反射
領域をlとすれば、励起光照射回数Nは次式のよ
うな関係がある。即ち、N=l/(2d tanθ)の
関係が成立し、例えば、l=30mm、d=0.5mm、
θ=60°とすればN≒18となり、感度を約18倍上
げることができる。
更に、第6図に示されるように、プローブ光6
を、液面3付近に設けた、例えばニオブ酸リチウ
ム結晶、酸化チタン結晶、二酸化ケイ素結晶、ガ
ラス、プラスチツク等の屈折率変化の大きな媒体
19中に通すこともできる。即ち、液面3上の薄
膜4の光吸収によつて発生した熱を、薄膜4近傍
に液面3と平行に配置した熱屈折率変化の大きな
媒体19に作用させて屈折率変化に変換し、その
媒体19中をプローブ光6を通過させ、プローブ
光6の偏向量を拡大し、高感度検出を図ることが
できる。
を、液面3付近に設けた、例えばニオブ酸リチウ
ム結晶、酸化チタン結晶、二酸化ケイ素結晶、ガ
ラス、プラスチツク等の屈折率変化の大きな媒体
19中に通すこともできる。即ち、液面3上の薄
膜4の光吸収によつて発生した熱を、薄膜4近傍
に液面3と平行に配置した熱屈折率変化の大きな
媒体19に作用させて屈折率変化に変換し、その
媒体19中をプローブ光6を通過させ、プローブ
光6の偏向量を拡大し、高感度検出を図ることが
できる。
本発明による光吸収特性の測定は、液槽1を第
7図及び第8図に示されるようなものとして、単
分子累積膜の取得時に利用すると有益である。
7図及び第8図に示されるようなものとして、単
分子累積膜の取得時に利用すると有益である。
発明者にちなんでラングミユア・ブロジエツト
法と呼ばれる単分子膜累積法(以下LB法という。
新実験化学講座18巻498頁〜507頁丸善参照)にお
いては、液面3上に形成した単分子膜を基板20
の表面上に移し取り、1枚ずつ重ねて超薄膜を作
るため、液面3上の薄膜の特性が重要である。
LB法により基板20上に移し取つた累積膜の構
造や分子配向が液面3上の展開単分子膜の状態を
基にしていることは当然であるが、その状態がそ
のまま基板20上に移されているかどうかには問
題がある。本発明は、液面3上に展開された単分
子膜がそのままの状態で基板20上に移し取れる
かどうかを分析するのに利用できるものである。
以下に、単分子累積膜を得るための液槽1及びそ
の手順を説明する。
法と呼ばれる単分子膜累積法(以下LB法という。
新実験化学講座18巻498頁〜507頁丸善参照)にお
いては、液面3上に形成した単分子膜を基板20
の表面上に移し取り、1枚ずつ重ねて超薄膜を作
るため、液面3上の薄膜の特性が重要である。
LB法により基板20上に移し取つた累積膜の構
造や分子配向が液面3上の展開単分子膜の状態を
基にしていることは当然であるが、その状態がそ
のまま基板20上に移されているかどうかには問
題がある。本発明は、液面3上に展開された単分
子膜がそのままの状態で基板20上に移し取れる
かどうかを分析するのに利用できるものである。
以下に、単分子累積膜を得るための液槽1及びそ
の手順を説明する。
第7図及び第8図に示されるように、液体2が
収容された浅くて広い角型の液槽1の内側に、例
えばポリプロピレン製等の内枠21が水平に釣つ
てあり、水面3,3′を仕切つている。液体2と
しては、通常純水が用いられる。内枠21の内側
には、例えばやはりポリプロピレン製等の成膜枠
22が浮かべられている。成膜枠22は、幅が内
枠21の内幅より僅かに短かい直方体で、図中左
右方向に二次元ピストン運動可能なものとなつて
いる。成膜枠22には、成膜枠22を図中右方に
引張るための重錘23が滑車24を介して結び付
けられている。また、成膜枠22上に固定された
磁石25と、成膜枠22の上方で図中左右に移動
可能で磁石25に接近すると互に反撥し合う対磁
石26とが設けられていて、これによつて成膜枠
22は図中左右への移動並びに停止が可能なもの
となつている。このような重錘23や一組の磁石
25,26の代りに、回転モーターやプーリーを
用いて直接成膜枠22を移動させるものもある。
収容された浅くて広い角型の液槽1の内側に、例
えばポリプロピレン製等の内枠21が水平に釣つ
てあり、水面3,3′を仕切つている。液体2と
しては、通常純水が用いられる。内枠21の内側
には、例えばやはりポリプロピレン製等の成膜枠
22が浮かべられている。成膜枠22は、幅が内
枠21の内幅より僅かに短かい直方体で、図中左
右方向に二次元ピストン運動可能なものとなつて
いる。成膜枠22には、成膜枠22を図中右方に
引張るための重錘23が滑車24を介して結び付
けられている。また、成膜枠22上に固定された
磁石25と、成膜枠22の上方で図中左右に移動
可能で磁石25に接近すると互に反撥し合う対磁
石26とが設けられていて、これによつて成膜枠
22は図中左右への移動並びに停止が可能なもの
となつている。このような重錘23や一組の磁石
25,26の代りに、回転モーターやプーリーを
用いて直接成膜枠22を移動させるものもある。
内枠21内の両側には、吸引パイプ27を介し
て吸引ポンプ(図示されていない)に接続された
吸引ノズル28が並べられている。この吸引ノズ
ル28は、単分子膜や単分子累積膜内に不純物が
混入してしまうのを防止するために、液面3,
3′上の不要になつた前工程の単分子膜等を迅速
に除去するのに用いられるものである。尚、20
は基板ホルダ29に取付けられて垂直に上下され
る基板である。
て吸引ポンプ(図示されていない)に接続された
吸引ノズル28が並べられている。この吸引ノズ
ル28は、単分子膜や単分子累積膜内に不純物が
混入してしまうのを防止するために、液面3,
3′上の不要になつた前工程の単分子膜等を迅速
に除去するのに用いられるものである。尚、20
は基板ホルダ29に取付けられて垂直に上下され
る基板である。
まず、成膜枠22を移動させて、液面3,3′
上の不要となつた単分子膜等を掃き寄せながら吸
引ノズル28からすすり出し、液面3,3′を浄
化する。こうして清浄化された液面3,3′の左
端に成膜枠22を寄せて、例えば、〜5×
10-3mol/の濃度でベンゼン、クロロホルム等
の揮発性溶媒に溶かした膜構成物質の溶液を、ス
ポイト等で数滴液面3上にたらす。この溶液が膜
面3上に広がり、溶媒が揮発すると、単分子膜が
液面3上に残されることになる。
上の不要となつた単分子膜等を掃き寄せながら吸
引ノズル28からすすり出し、液面3,3′を浄
化する。こうして清浄化された液面3,3′の左
端に成膜枠22を寄せて、例えば、〜5×
10-3mol/の濃度でベンゼン、クロロホルム等
の揮発性溶媒に溶かした膜構成物質の溶液を、ス
ポイト等で数滴液面3上にたらす。この溶液が膜
面3上に広がり、溶媒が揮発すると、単分子膜が
液面3上に残されることになる。
上記単分子膜は、液面3上で二次元系の挙動を
示す。分子の面密度が低いときには二次元気体の
気体膜と呼ばれ、一分子当りの占有面積と表面圧
との間に二次元理想気体の状態方程式が成立す
る。
示す。分子の面密度が低いときには二次元気体の
気体膜と呼ばれ、一分子当りの占有面積と表面圧
との間に二次元理想気体の状態方程式が成立す
る。
次いで、この気体膜の状態から、徐々に成膜枠
22を右方に動かし、単分子膜が展開している液
面3の領域を次第に縮めて面密度を増してやる
と、分子間相互作用が強まり、二次元液体の液体
膜を経て二次元固体の固体膜へと変わる。この固
体膜となると、分子の配列配向はきれいに揃い、
高度の秩序性及び均一な超薄膜性を持つに至る。
そして、このときに基板20の表面に当該固体膜
となつた単分子膜を付着させて移し取ることが可
能となる。また、同一の基板に複数回単分子膜を
重ねて移し取ることによつて、単分子累積膜を得
ることができる。尚、基板20としては、例えば
ガラス、合成樹脂、セラミツク、金属等が使用さ
れている。
22を右方に動かし、単分子膜が展開している液
面3の領域を次第に縮めて面密度を増してやる
と、分子間相互作用が強まり、二次元液体の液体
膜を経て二次元固体の固体膜へと変わる。この固
体膜となると、分子の配列配向はきれいに揃い、
高度の秩序性及び均一な超薄膜性を持つに至る。
そして、このときに基板20の表面に当該固体膜
となつた単分子膜を付着させて移し取ることが可
能となる。また、同一の基板に複数回単分子膜を
重ねて移し取ることによつて、単分子累積膜を得
ることができる。尚、基板20としては、例えば
ガラス、合成樹脂、セラミツク、金属等が使用さ
れている。
単分子膜を液面3上から基板20の表面に移し
取る方法は大別して2種類ある。一は垂直浸漬法
で他は水平付着法である。垂直浸漬法とは、液面
3上の単分子膜に累積操作に好適な一定の表面圧
をかけながら、膜を横切る方向、即ち、垂直方向
に基板20を上下させることにより単分子膜を移
し取る方法である。水平付着法とは、基板20を
水平に保ちながら上から液面3にできるだけ近づ
け、わずかに傾けて一端から単分子膜に触れて付
着する方法である。
取る方法は大別して2種類ある。一は垂直浸漬法
で他は水平付着法である。垂直浸漬法とは、液面
3上の単分子膜に累積操作に好適な一定の表面圧
をかけながら、膜を横切る方向、即ち、垂直方向
に基板20を上下させることにより単分子膜を移
し取る方法である。水平付着法とは、基板20を
水平に保ちながら上から液面3にできるだけ近づ
け、わずかに傾けて一端から単分子膜に触れて付
着する方法である。
上記基板20へ移し取るのに好適な単分子膜の
状態下において当該移し取り操作を行うべく、単
分子膜の表面圧を計測することが行われている。
一般に、移し取るのに好適な単分子膜の表面圧は
15〜30dyn/cmとされている。この範囲外では、
分子の配列配向が乱れたり膜の剥れを生じやすく
なる。もつとも、特別の場合、例えば、膜構成物
質の化学構造、温度条件等によつては、好適な表
面圧の値が上記範囲からはみ出ることもあるの
で、上記範囲は一応の目安である。
状態下において当該移し取り操作を行うべく、単
分子膜の表面圧を計測することが行われている。
一般に、移し取るのに好適な単分子膜の表面圧は
15〜30dyn/cmとされている。この範囲外では、
分子の配列配向が乱れたり膜の剥れを生じやすく
なる。もつとも、特別の場合、例えば、膜構成物
質の化学構造、温度条件等によつては、好適な表
面圧の値が上記範囲からはみ出ることもあるの
で、上記範囲は一応の目安である。
上記単分子膜の表面圧は、表面圧測定器(図示
されていない)によつて自動的かつ継続的に計測
されるものである。表面圧の測定器としては、単
分子膜に覆われていない液面3′と、単分子膜に
覆われた液面3との表面張力の差から間接的に求
める方法を応用したものや、単分子膜に覆われて
いない液面3′と、単分子膜に覆われた液面3と
を区切つて浮ぶことになる成膜枠22に加わる二
次元的圧力を直接測定するもの等があり、各々特
色がある。また、通常、表面圧と共に単分子膜の
一分子当りの占有面積及びその変化量も計測され
る。占有面積及びその変化量は、成膜枠22の左
右の動きから求められる。
されていない)によつて自動的かつ継続的に計測
されるものである。表面圧の測定器としては、単
分子膜に覆われていない液面3′と、単分子膜に
覆われた液面3との表面張力の差から間接的に求
める方法を応用したものや、単分子膜に覆われて
いない液面3′と、単分子膜に覆われた液面3と
を区切つて浮ぶことになる成膜枠22に加わる二
次元的圧力を直接測定するもの等があり、各々特
色がある。また、通常、表面圧と共に単分子膜の
一分子当りの占有面積及びその変化量も計測され
る。占有面積及びその変化量は、成膜枠22の左
右の動きから求められる。
前述した成膜枠22の動きは、上記測定器によ
つて計測される単分子膜の表面圧に基づいて制御
されるものである。即ち、移し取り操作に好適な
範囲内で選ばれた一定の表面圧を単分子膜が常に
維持するよう、対磁石26を左右に移動させる駆
動装置(図示されていない)が表面圧測定器によ
り計測された単分子膜の表面圧に基づいて制御さ
れる。この成膜枠22の移動制御は、膜構成物質
の溶液滴下後、単分子膜の移し取り操作開始迄だ
けでなく、移し取り操作中も継続して成されるも
のである。例えば、移し取り操作において、単分
子膜が基板20に移し取られて行くに従つて、液
面3上の単分子膜分子の面密度は低下し、表面圧
も低下することになる。従つて、成膜枠22を移
動させて単分子膜の展開面積を縮小し、その表面
圧低下分を補正して一定表面圧を維持することが
必要となる。
つて計測される単分子膜の表面圧に基づいて制御
されるものである。即ち、移し取り操作に好適な
範囲内で選ばれた一定の表面圧を単分子膜が常に
維持するよう、対磁石26を左右に移動させる駆
動装置(図示されていない)が表面圧測定器によ
り計測された単分子膜の表面圧に基づいて制御さ
れる。この成膜枠22の移動制御は、膜構成物質
の溶液滴下後、単分子膜の移し取り操作開始迄だ
けでなく、移し取り操作中も継続して成されるも
のである。例えば、移し取り操作において、単分
子膜が基板20に移し取られて行くに従つて、液
面3上の単分子膜分子の面密度は低下し、表面圧
も低下することになる。従つて、成膜枠22を移
動させて単分子膜の展開面積を縮小し、その表面
圧低下分を補正して一定表面圧を維持することが
必要となる。
上述のように、単分子累積膜を得るには種々の
微妙な調整が要求されるものである。しかし、こ
れまでどのような条件が最適条件となるかは種々
の実験によらなければならず、また液面3上の単
分子膜が累積に適した状態となつているか否か
は、表面圧等で間接的に確認することしかでき
ず、正確さに欠けているのである。ところで、本
発明を前記表面圧測定器の代りに利用すれば、液
面3上の単分子膜の特性をその場で検知でき、そ
の都度最適条件下で累積させて行くことが可能と
なるものである。
微妙な調整が要求されるものである。しかし、こ
れまでどのような条件が最適条件となるかは種々
の実験によらなければならず、また液面3上の単
分子膜が累積に適した状態となつているか否か
は、表面圧等で間接的に確認することしかでき
ず、正確さに欠けているのである。ところで、本
発明を前記表面圧測定器の代りに利用すれば、液
面3上の単分子膜の特性をその場で検知でき、そ
の都度最適条件下で累積させて行くことが可能と
なるものである。
次に、単分子累積膜の取得時に本発明を利用す
るに適した実施例を第9図で説明する。
るに適した実施例を第9図で説明する。
液体2が収容された液槽1の一側に支持柱30
が立上げられており、そこに基板20を保持した
基板ホルダ29が取付けられていて、基板20を
液面3に向つて上下に垂直移動できるようになつ
ている。液槽1内の底部には昇降装置31が設け
られていて、その上に計測ユニツト32が設置さ
れている。
が立上げられており、そこに基板20を保持した
基板ホルダ29が取付けられていて、基板20を
液面3に向つて上下に垂直移動できるようになつ
ている。液槽1内の底部には昇降装置31が設け
られていて、その上に計測ユニツト32が設置さ
れている。
計測ユニツト32は、ドーナツ状に中抜きとな
つた略口形を成すもので、その内周側底辺部は鏡
面18となつていて、この鏡面18が液面3の直
ぐ下方で平行に位置するよう昇降装置31で位置
が調節されている。この計測ユニツト32内に
は、プローブ光源5、検出器7、プローブ光源5
から出射されたプローブ光6を液面3と鏡面18
の間を通して検出器7へと導く光路調整手段17
a〜17c、励起光源10、励起光源から出射さ
れた励起光11を断続光とするチヨツパー12、
吸収体13及び励起光11を液面3と鏡面18の
間で複数回反射させて吸収体13へと導く光路調
整手段17d,17eが設けられている。また、
計測ユニツト32の内周側両側面下部は、計測ユ
ニツト32内を液体2から仕切つた状態でプロー
ブ光6と励起光10を通過させる窓部33となつ
ている。尚、22は、単分子膜である薄膜4の表
面圧を調整するための成膜枠である。
つた略口形を成すもので、その内周側底辺部は鏡
面18となつていて、この鏡面18が液面3の直
ぐ下方で平行に位置するよう昇降装置31で位置
が調節されている。この計測ユニツト32内に
は、プローブ光源5、検出器7、プローブ光源5
から出射されたプローブ光6を液面3と鏡面18
の間を通して検出器7へと導く光路調整手段17
a〜17c、励起光源10、励起光源から出射さ
れた励起光11を断続光とするチヨツパー12、
吸収体13及び励起光11を液面3と鏡面18の
間で複数回反射させて吸収体13へと導く光路調
整手段17d,17eが設けられている。また、
計測ユニツト32の内周側両側面下部は、計測ユ
ニツト32内を液体2から仕切つた状態でプロー
ブ光6と励起光10を通過させる窓部33となつ
ている。尚、22は、単分子膜である薄膜4の表
面圧を調整するための成膜枠である。
上記実施例によれば薄膜4の光吸収特性を高感
度で測定できることは第5図で説明した通りであ
る。特に本実施例によれば、薄膜4を単分子膜と
してこれを形成しつつ光吸収特性を測定でき、こ
れから形成されている単分子膜の特性を容易に分
析できるので、基板22に累積される単分子累積
膜をより高精度のものとすることができる。ま
た、ユニツト化されているので、測定系に外界か
ら与えられる影響を減少させることができ、液槽
1への直脱も容易である。
度で測定できることは第5図で説明した通りであ
る。特に本実施例によれば、薄膜4を単分子膜と
してこれを形成しつつ光吸収特性を測定でき、こ
れから形成されている単分子膜の特性を容易に分
析できるので、基板22に累積される単分子累積
膜をより高精度のものとすることができる。ま
た、ユニツト化されているので、測定系に外界か
ら与えられる影響を減少させることができ、液槽
1への直脱も容易である。
[発明の効果]
本発明によれば、液面上に展開されている薄膜
の光吸収特性の測定に当り、反射光及び透過光の
影響並びに励起ビームを空気中に通すことによる
悪影響を排除でき、高感度、高精度の測定が可能
となるものである。
の光吸収特性の測定に当り、反射光及び透過光の
影響並びに励起ビームを空気中に通すことによる
悪影響を排除でき、高感度、高精度の測定が可能
となるものである。
第1図は本発明の一実施例を示す説明図、第2
図ないし第6図は各々他の実施例の説明図、第7
図及び第8図は単分子累積膜を得る場合の液槽及
び手順の説明図、第9図は単分子累積膜の取得時
に利用するに適した実施例の説明図、第10図
a,bは従来技術の説明図である。 1:液槽、2:液体、3,3′:液面、4:薄
膜、5:プローブ光源、6:プローブ光、7:検
出器、8:ドライバー、9:ロツクインアンプ、
10:励起光源、11:励起光、12:チヨツパ
ー、13:吸収体、14:測定制御器、15:仕
切枠、16:光路分割手段、17,17a〜17
e:光路調整手段、18:鏡面、19:媒体、2
0:基板、21:内枠、22:成膜枠、23:重
錘、24:滑車、25:磁石、26:対磁石、2
7:吸収パイプ、28:吸引ノズル、29:基板
ホルダ、30:支持柱、31:昇降装置、32:
計測ユニツト、33:窓部。
図ないし第6図は各々他の実施例の説明図、第7
図及び第8図は単分子累積膜を得る場合の液槽及
び手順の説明図、第9図は単分子累積膜の取得時
に利用するに適した実施例の説明図、第10図
a,bは従来技術の説明図である。 1:液槽、2:液体、3,3′:液面、4:薄
膜、5:プローブ光源、6:プローブ光、7:検
出器、8:ドライバー、9:ロツクインアンプ、
10:励起光源、11:励起光、12:チヨツパ
ー、13:吸収体、14:測定制御器、15:仕
切枠、16:光路分割手段、17,17a〜17
e:光路調整手段、18:鏡面、19:媒体、2
0:基板、21:内枠、22:成膜枠、23:重
錘、24:滑車、25:磁石、26:対磁石、2
7:吸収パイプ、28:吸引ノズル、29:基板
ホルダ、30:支持柱、31:昇降装置、32:
計測ユニツト、33:窓部。
Claims (1)
- 1 液面上に展開された薄膜の測定部位に断続的
に励起光を照射しつつこの測定部位又はその近傍
にプローブ光を照射し、このプローブ光の偏向量
から光吸収特性を測定するに際し、前記励起光
を、液面で全反射される入射角で液体側から照射
することを特徴とする薄膜の光吸収特性測定方
法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24318384A JPS61122545A (ja) | 1984-11-20 | 1984-11-20 | 薄膜の光吸収特性測定方法 |
US06/799,497 US4830502A (en) | 1984-11-20 | 1985-11-19 | Apparatus and method for measuring light absorption characteristic of a thin film, and equipment provided with said apparatus for forming a monomolecular built-up film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24318384A JPS61122545A (ja) | 1984-11-20 | 1984-11-20 | 薄膜の光吸収特性測定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61122545A JPS61122545A (ja) | 1986-06-10 |
JPH0422457B2 true JPH0422457B2 (ja) | 1992-04-17 |
Family
ID=17100053
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24318384A Granted JPS61122545A (ja) | 1984-11-20 | 1984-11-20 | 薄膜の光吸収特性測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61122545A (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112018007001T5 (de) | 2018-02-02 | 2020-10-29 | Mitsubishi Electric Corporation | Messgerät für biologisches material |
-
1984
- 1984-11-20 JP JP24318384A patent/JPS61122545A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS61122545A (ja) | 1986-06-10 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |