JPH05149789A - ラマン分光測定方法及びその装置 - Google Patents

ラマン分光測定方法及びその装置

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JPH05149789A
JPH05149789A JP35968591A JP35968591A JPH05149789A JP H05149789 A JPH05149789 A JP H05149789A JP 35968591 A JP35968591 A JP 35968591A JP 35968591 A JP35968591 A JP 35968591A JP H05149789 A JPH05149789 A JP H05149789A
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JP
Japan
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raman
scattered light
substance
condenser lens
liquid
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Application number
JP35968591A
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English (en)
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Kyoji Matsuda
恭司 松田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 液体中の物質の表面にレーザ光を照射し、前
記物質のラマン散乱光のピークを測定するラマン分光測
定方法及び装置において、液体からのバックグラウンド
ノイズが小さく、明確なピークが得られ、短時間で測定
できるラマン分光測定方法及び装置を提供することを目
的とする。 【構成】 光学セル1の内部底面に被検査物Sを載置す
る試料台2が設置されており、光学セル1の内部には液
体8が満たされている。試料台2の上方に上下に振動す
る集光レンズ3が配置され、散乱光を集光する。レーザ
発信器Lからのレーザ光が被検査物Sを照射し、発散さ
れた散乱光L3は集光レンズ3により集光され、ラマン分
光光度計11に導入される。ラマン分光光度計11に同期整
流器15が接続され、ホルダ制御装置13から集光レンズ3
の振動周期が入力されることによって被検査物Sのラマ
ン散乱光のみを抽出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は液体中の固体の表面状態
を分析するためのラマン分光測定方法及び該方法に使用
する測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】液体中の固体の表面皮膜の状態又は固体
表面における他物質の吸着状態を分析する手段として光
を利用した測定方法が用いられている。その中でも、ラ
マン散乱光を利用した測定方法は液体中の金属表面に対
する物質の吸着過程を調べる上で有用であり、金属表面
の不動態皮膜および腐食生成物の分析、又は陽極酸化物
皮膜の分析にも利用されている。
【0003】ラマン散乱光は物質に光を通した場合に物
質中の振動する原子やイオンによって散乱される非弾性
散乱光であり、入射光の周波数からわずかに周波数のず
れた散乱光である。‘防食技術 第35巻 P352−P358
1986年’に掲載されている「レーザラマン分光法の腐食
研究への応用」には硫酸酸性水溶液中でのチタンの陽極
酸化物皮膜の分析にラマン分光測定方法を応用した例が
報告されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このようなラマン分光
測定方法を用いて液体中の金属の酸化皮膜,水酸化皮膜
等を測定する場合は、金属からのラマン散乱光の強度が
小さいために長時間物質に光を照射してラマン散乱光を
多量に集光し、この微小なラマン散乱光の信号を大きく
する必要があった。例えば腐食生成皮膜を測定する場合
には5時間から20時間の測定時間を必要とし、また金属
皮膜における物質の吸着過程又は腐食過程を測定する場
合には、長時間測定を要するためにリアルタイムの測定
を行うことができなかった。
【0005】また、液体中に存在する分子のラマン散乱
光によるバックグラウンドノイズが大きいために測定感
度が悪く、液体中の腐食浮遊物のラマン散乱光によるシ
ョットノイズ又はバックグラウンドノイズのために必要
なピークが明確に示されないという問題があった。本発
明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、液体中の
バックグラウンドノイズを減少させ、明確なピークが得
られると共に、測定時間が短縮されるラマン分光測定方
法及びその装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】第1発明に係るラマン分
光測定方法は、液体中に浸漬させた物質の表面に光を照
射し、前記物質から発生するラマン散乱光を集光レンズ
で集光し、ラマン分光光度計によりラマン散乱光のピー
クを検出するラマン分光測定方法において、前記集光レ
ンズの焦点を前記物質及び前記物質の周辺の液体に合わ
せることを周期的に繰り返す工程と、ラマン分光光度計
に集光されたラマン散乱光のうち、物質のラマン散乱光
のみを抽出する工程とを有することを特徴とする。
【0007】第2発明に係るラマン分光測定装置は、光
学セル内部に配設された試料台上に載置された物質に光
を照射し、前記物質から発生するラマン散乱光を集光レ
ンズで集光し、ラマン分光光度計によりラマン散乱光の
ピークを検出するラマン分光測定装置において、前記集
光レンズをその光軸方向に振動させる手段と、前記集光
レンズを振動させる周期を制御する制御装置と、前記集
光レンズにより集光されたラマン散乱光から物質のラマ
ン散乱光のみを抽出する同期整流器とを備えることを特
徴とする。
【0008】第3発明に係るラマン分光測定装置は、前
記集光レンズをその光軸方向に振動させる手段に替え
て、前記試料台を前記集光レンズの光軸方向に振動させ
る手段を備えることを特徴とする。
【0009】
【作用】ラマン分光測定方法により液体中の物質の表面
に光を照射し、前記物質から発生するラマン散乱光を集
光レンズで集光する。この集光されたラマン散乱光には
(液体+物質) からのラマン散乱光が含まれている。本
発明のラマン分光測定方法及びその装置では集光レンズ
を、その光軸方向に振動させることで集光レンズの焦点
を前記物質と該物質の周辺の液体とに交互に合わせるこ
とを周期的に繰り返す。そしてこの振動の周期を制御す
る制御装置により一定周期で位相をずらして集光され
る、液体からのラマン散乱光を、分光光度計に集光され
た (液体+物質) からのラマン散乱光より差し引くこと
を同期整流器によって行うので、バックグラウンドノイ
ズを排除した物質からのラマン散乱光のみを抽出するこ
とができる。
【0010】また、前記物質を載置する試料台を前記集
光レンズの光軸方向に振動させることで、集光レンズの
焦点位置を移動させ、前記物質と該物質の周辺の液体と
に焦点を交互に合わせることができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
き具体的に説明する。図1は本発明によるラマン分光測
定装置である。相対する側壁に光学窓5,6を設けた光
学セル1の内部底面に被検査物Sを載置する試料台2が
設置されており、光学セル1の内部には液体8が満たさ
れている。試料台2の上方には散乱光を集光する集光レ
ンズ3及び集光された光をラマン分光光度計11に導入す
るレンズ4が配置されている。
【0012】集光レンズ3を保持するホルダ7は円筒型
をなし、下端部に集光レンズ3を嵌合しており、外側面
にネジ9を形成している。光学セル1の上板部から円筒
部が下方に延出しており、その下端部は光学セル1内部
に設置された試料台2と適長離隔している。そしてこの
円筒型内部の内周面にはホルダ7のネジと螺合するネジ
9が形成されており、ホルダ7を回転させてこれに保持
された集光レンズ3を上下させる。
【0013】ホルダ7の上端部にはフランジが形成され
ており、フランジの外周面にギヤが形成され、ステッピ
ングモータ12に取りつけられたギヤと噛合している。ス
テッピングモータ12にはその回転方向及び正逆変更の周
期を指示するホルダ制御装置13が接続されており、集光
レンズ3は前記ホルダ制御装置13にて制御される周期で
上下振動する。
【0014】一方、集束された散乱光が導入されるラマ
ン分光光度計11には検出器14を介して同期整流器 (ロッ
クインアンプ) 15及び記録計16が接続されている。同期
整流器15は雑音に埋もれた微小信号のうち、参照信号と
一定の位相関係にある成分のみを選択抽出する交流電圧
計であり、本実施例にはEG&G社model5204 を使用する。
【0015】また、集光レンズ3の上下振動を制御する
前記ホルダ制御装置13は同期整流器15に接続されてい
る。被検査物Sを試料台2に載置し、レーザ発信器Lよ
りレーザ光L1を光学窓5を透過させて被検査物Sに照射
すると、反射したレーザ光L2は光学窓6を透過する。レ
ーザ光L1の照射部分Tで散乱したラマン散乱光L3は集光
レンズ3で集光され、レンズ4を通ってラマン分光光度
計11に導入される。
【0016】集光レンズ3は前述したようにホルダ制御
装置13より指示された周期で上下振動を行っており、そ
の焦点位置が被検査物Sの表面を含むように移動する。
このため集光レンズ3により集光される光は、焦点位置
が被検査物Sの表面にある時には(液体+被検査物S)
からの散乱光を集光し、焦点位置が被検査物Sの表面以
外にある時には、液体からの散乱光だけを集光する。こ
れら2種類の散乱光が集光レンズ3の上下振動の周期で
ラマン分光光度計11に導入され、検出器14により電気信
号に変換され、同期整流器15に入力される。
【0017】図2(a) はホルダ制御装置13から同期整流
器15に入力されるステッピングモータ12の正逆変更周期
のタイミングチャートであり、横軸が時間、縦軸が回転
方向指示信号レベルである。図2(b) はラマン分光光度
計11から同期整流器15に入力される信号のタイミングチ
ャートであり、横軸が時間、縦軸が信号レベルを示して
いる。
【0018】いま、図2(a) において、信号レベルの立
ち上がりを示す時点を被検査物S表面に焦点が合った時
点とする場合は、図2(b) におけるLレベル信号が液体
からの散乱光であり、Hレベルの信号が(液体+被検査
物S)からの散乱光となる。
【0019】ホルダ制御装置13より同期整流器15にステ
ッピングモータ12の正逆変更周期が入力されており、同
期整流器15では図2(a) における信号レベルの立ち上が
りを示す時点に同期する図2(b)に示す斜線部分の信号
が抽出される。この斜線部分の信号は (液体+被検査物
S)からの散乱光より液体からの散乱光を除いた被検査
物Sからの散乱光のみであり、記録計16によりバックグ
ラウンドノイズが小さい明確なラマンスペクトルが記録
される。
【0020】図3は本発明方法及びその装置を用いて測
定した純鉄表面に形成された腐食生成物のスペクトルで
あり、横軸はラマンシフト量、縦軸は散乱強度を示す。
被検査物Sは表面に腐食生成物が形成された純鉄であ
り、大きさは10mmφ×1mmt、レーザ発信器Lからは51
4.5nm のレーザ光L1を100mW で出力させる。集光レンズ
3はNE 0.80 、f=180 のレンズを用いて35Hzの周期で
振幅10μm 程度で上下振動させる。
【0021】光学セル1の内部の液体8は水道水を使用
した。図4は従来の装置を用いて測定した純鉄表面に形
成された腐食生成物のスペクトルであり、横軸はラマン
シフト量、縦軸は散乱強度を示している。レーザ光L1、
集光レンズ3及び液体8は前述と同様のものを使用して
測定を行った。
【0022】図3及び図4を比較すると、従来方法では
検出できなかったピークが本発明方法ではバックグラウ
ンドノイズが除かれたためにピークa,bとして明確に
表れていることが判る。
【0023】また、測定時間は従来方法では測定ピーク
を大きくするために2、3時間の集光時間を要していた
が、本発明方法ではこの必要はなく略40分間で測定が終
了し、測定時間の短縮を図ることができる。前述した実
施例においては集光レンズ3をその光軸方向に上下振動
させている。被検査物Sを載置する試料台2が集光レン
ズ3の光軸方向に上下振動する機構を設けた場合は、散
乱光L3を集光する際の焦点移動の周期を制御する機構が
試料台2に接続される以外は前述同様に測定を行うこと
ができる。
【0024】なお、本実施例では集光レンズ3にNE 0.8
0 、f=180 のレンズを用いたが、可能な限り焦点距離
の短いレンズを用いることにより集光レンズの移動距離
が短くなり、散乱光L3の集光角が広くなるので、信号強
度を強めることができる。また、振幅が小さくなるの
で、液体のゆらぎも小さくなる。
【0025】また本実施例では集光レンズ3の上下振動
の周期を35Hzとしたが、これに限るものではなく、被検
査物Sの周囲の雑音、及び集光レンズ3の移動による液
体8のゆらぎを考慮して最も明確なピークが得られる周
期であれば良い。
【0026】
【発明の効果】以上のように本発明のラマン分光測定方
法及びその装置においては液体からのラマン散乱光を差
し引いて物質からのラマン散乱光のみを抽出するので、
液体によるバックグラウンドノイズが減少され、明確な
ピークを得ることができる。また、測定時間が大幅に短
縮される等、本発明は優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるラマン分光測定装置の説明図であ
る。
【図2】ステッピングモータ12の正逆変更周期(a) 及び
同期整流器に入力される散乱光の信号(b) のタイミング
チャートである。
【図3】本発明方法により測定を行った純鉄表面の腐食
生成物のスペクトルである。
【図4】従来方法により測定を行った純鉄表面の腐食生
成物のスペクトルである。
【符号の説明】
1 光学セル 2 試料台 3 集光レンズ 5,6 光学窓 8 液体 11 ラマン分光光度計 12 ステッピングモータ 13 ホルダ制御装置 15 同期整流器 16 記録計 L レーザ発振器 S 被検査物

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液体中に浸漬させた物質の表面に光を照
    射し、前記物質から発生するラマン散乱光を集光レンズ
    で集光し、ラマン分光光度計によりラマン散乱光のピー
    クを検出するラマン分光測定方法において、前記集光レ
    ンズの焦点を前記物質及び前記物質の周辺の液体に合わ
    せることを周期的に繰り返す工程と、ラマン分光光度計
    に集光されたラマン散乱光のうち、物質のラマン散乱光
    のみを抽出する工程とを有することを特徴とするラマン
    分光測定方法。
  2. 【請求項2】 光学セル内部に配設された試料台上に載
    置された物質に光を照射し、前記物質から発生するラマ
    ン散乱光を集光レンズで集光し、ラマン分光光度計によ
    りラマン散乱光のピークを検出するラマン分光測定装置
    において、前記集光レンズをその光軸方向に振動させる
    手段と、前記集光レンズを振動させる周期を制御する制
    御装置と、前記集光レンズにより集光されたラマン散乱
    光から物質のラマン散乱光のみを抽出する同期整流器と
    を備えることを特徴とするラマン分光測定装置。
  3. 【請求項3】 前記集光レンズをその光軸方向に振動さ
    せる手段に替えて、前記試料台を前記集光レンズの光軸
    方向に振動させる手段を備えることを特徴とする請求項
    2記載のラマン分光測定装置。
JP35968591A 1991-11-26 1991-11-26 ラマン分光測定方法及びその装置 Pending JPH05149789A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101403344B1 (ko) * 2012-02-15 2014-06-11 한국수력원자력 주식회사 레이저를 이용한 가동 중 원전의 실시간 재료 부식 분석 장치
JP2018506039A (ja) * 2015-02-06 2018-03-01 ライフ テクノロジーズ コーポレーション 生体サンプルを評価するためのシステムおよび方法

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