JPH09145619A - Method and instrument for spectroscopic measurement of scattered light and so on - Google Patents

Method and instrument for spectroscopic measurement of scattered light and so on

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Publication number
JPH09145619A
JPH09145619A JP27153896A JP27153896A JPH09145619A JP H09145619 A JPH09145619 A JP H09145619A JP 27153896 A JP27153896 A JP 27153896A JP 27153896 A JP27153896 A JP 27153896A JP H09145619 A JPH09145619 A JP H09145619A
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JP
Japan
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light
sample
scattered light
wavelength
measuring device
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Application number
JP27153896A
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Japanese (ja)
Inventor
Koyo Ozaki
幸洋 尾崎
Yoshinori Yamaguchi
佳則 山口
Giyoumei Toku
暁鳴 竇
Seizo Uenoyama
晴三 上野山
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Arkray Inc
Original Assignee
KDK Corp
Kyoto Daiichi Kagaku KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect anti-Stokes Raman scattered light by utilizing a conventional Raman scattering system intactly. SOLUTION: An excited light beam 4 from a laser 2 is made to pass through a bandpass filter 6 and cast on a sample 10 through a collimator lens 8. For receiving the scattered light from the sample 10, an optical regulating part 16 having a camera lens 12 and a condenser lens 14 is provided. The camera lens 12 receives the scattered light generated from the sample 10 and forms the parallel light. The condenser lens 14 is the lens having chromatic aberation and receives and condenses the parallel light from the cameral lens 12. At the light condensing position of the condenser lens 14, an input slit 19 of a spectroscope 18 is provided as the light receiving port. The input slit 19 has the width of about 20μm. The input slit 19 is arranged at a position, where anti-Stokes Raman scattered light is condensed by the chromatic aberation of the condenser lens.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は混合物試料中の被分
析物質、特に尿又は血漿などの生体物質を光散乱の方法
によって測定し、その成分であるグルコース、アセト
ン、尿素などを定性・定量測定する方法とその装置に関
し、特に光散乱としてアンチ・ストークス・ラマン散乱
(Anti-Stokes-Raman)散乱を用いる測定方法とその装置
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention measures a substance to be analyzed in a mixture sample, particularly a biological substance such as urine or plasma by a light scattering method, and qualitatively / quantitatively measures its components such as glucose, acetone and urea. Anti-Stokes Raman scattering as light scattering.
The present invention relates to a measurement method using (Anti-Stokes-Raman) scattering and its apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】光散乱の方法によって物質の濃度を定量
測定する方法は多くある。ラマン散乱を利用する方法で
は、ラマン散乱強度が試料中のグルコース濃度に比例す
ることを利用して非破壊的に測定する方法(特開平7−
49309号公報参照)がある。その方法では、試料か
らの蛍光を抑えるために、励起光として近赤外を利用
し、試料からの散乱光をレンズで集光し、ノッチフィル
タを使用してレーリー散乱光を遮蔽した後、分光器で分
光して試料中の目的物質のラマン散乱スペクトルを得
て、その目的物質を定量している。
2. Description of the Related Art There are many methods for quantitatively measuring the concentration of a substance by the method of light scattering. In the method utilizing Raman scattering, a method of nondestructively measuring by utilizing the fact that the Raman scattering intensity is proportional to the glucose concentration in the sample (Japanese Patent Laid-Open No. 7-
No. 49309). In that method, in order to suppress the fluorescence from the sample, near infrared light is used as the excitation light, the scattered light from the sample is collected by a lens, and the Rayleigh scattered light is shielded using a notch filter, and then the spectrum is separated. The Raman scattering spectrum of the target substance in the sample is obtained by spectroscopic analysis, and the target substance is quantified.

【0003】従来、生体物質、生体由来の物質又はその
他の蛍光発生物質の混合物から発生する蛍光を回避して
目的物質を定量するには、励起光源として近赤外又はそ
れより波長の長いレーザが使用されている(「レーザラ
マン分光と臨床医学」尾崎幸洋ら著: O Plus E 1992 4
92-99)。しかし、ラマン散乱の強度は励起波長の4乗
に反比例して弱くなるため、励起光を近赤外にすると可
視の光源による励起に比べて検出される光の強度が著し
く弱くなる。
Conventionally, in order to quantify a target substance by avoiding fluorescence emitted from a mixture of a biological substance, a substance derived from a living body, or other fluorescent substance, a laser having a near infrared wavelength or a longer wavelength than that is used as an excitation light source. Used (“Laser Raman spectroscopy and clinical medicine” by Yukihiro Ozaki et al .: O Plus E 1992 4
92-99). However, since the intensity of Raman scattering weakens in inverse proportion to the fourth power of the excitation wavelength, when the excitation light is in the near infrared, the intensity of the detected light becomes significantly weaker than the excitation by the visible light source.

【0004】さらに、励起光を可視よりも長い波長にす
るとき、それにともなう検出器及び分光器も長波長に適
したものにする必要がある。そして、近赤外の面素子や
アレイ素子は現在非常に高価である。また、近赤外波長
光を使ってラマン散乱を測定する方法にフーリエ変換を
用いるFT−ラマン分光方法があるが、FT−ラマン分
光装置は大型であり、測定にも時間がかかるという難点
がある。
Further, when the excitation light has a wavelength longer than that of visible light, it is necessary to make the detector and the spectroscope associated therewith suitable for a longer wavelength. And, near-infrared surface elements and array elements are currently very expensive. Further, there is an FT-Raman spectroscopic method that uses Fourier transform as a method for measuring Raman scattering using near-infrared wavelength light, but the FT-Raman spectroscopic device is large in size, and there is a drawback in that measurement also takes time. .

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上記のようなラマン散
乱や光散乱の方法を利用して試料を測定する場合、試料
からの目的散乱光スペクトルが試料からの蛍光によりか
き消されてしまうことが多い。試料が生体そのものであ
る場合、血液、尿、糞便、唾液、涙液など生体から分離
採取したものの場合、又は食品、果物、農産物などの場
合、特に蛍光が強い。
When a sample is measured by using the above Raman scattering or light scattering methods, the target scattered light spectrum from the sample is often erased by fluorescence from the sample. . The fluorescence is particularly strong when the sample is a living body itself, when it is separated and collected from a living body such as blood, urine, feces, saliva, and tear fluid, or when it is a food, fruit, agricultural product, or the like.

【0006】ラマン散乱スペクトルでは、励起光に対し
て光量子エネルギーの大きい領域のスペクトル(以下、
アンチ・ストークス線と表記する)と、小さい領域のス
ペクトル(以下、ストークス線と表記する)が観察され
る。ストークス線は、光を特定の分子に照射したとき、
光量子を保持した分子のうちの小部分が、保持した光量
子を放出した後も元の振動準位に戻らず、電子の基底状
態の異なった振動準位(基底状態より高い準位)に戻る
ために出現するものである。アンチ・ストークス線は、
もともと基底状態よりエネルギーの高い準位に存在した
電子が照射された光量子の大部分を放出した後、元の準
位に戻らず、照射された光量子の一部とともに、基底状
態の準位に遷移するために出現する。つまり、アンチ・
ストークス線とストークス線のエネルギー幅は基底状態
と振動励起状態のエネルギー差となるために、アンチ・
ストークス線とストークス線は一般的に励起光に対して
シフト波数に換算して対称な位置に現われる。
In the Raman scattering spectrum, the spectrum of a region where photon energy is large with respect to the excitation light (hereinafter,
An anti-Stokes line) and a small region spectrum (hereinafter referred to as Stokes line) are observed. Stokes line is when light is irradiated on a specific molecule,
Because a small part of the molecule that holds the photon does not return to the original vibrational level even after releasing the held photon, but returns to the different vibrational level of the electron ground state (higher than the ground state) Appear in. The Anti-Stokes line is
Originally, electrons that were in a higher energy level than the ground state emitted most of the irradiated photons, and then did not return to the original level, but transitioned to the ground level with some of the irradiated photons. Appear to do. In other words, anti
Since the energy width of Stokes line and Stokes line is the energy difference between the ground state and the vibrationally excited state,
Stokes lines and Stokes lines generally appear at symmetrical positions in terms of shift wave numbers with respect to the excitation light.

【0007】一方、蛍光は励起スペクトルと蛍光スペク
トルが大幅に交差していない限り、励起光に対して量子
エネルギーの小さい領域、つまり波長の長い領域にスペ
クトルが存在する。このことを量子的に考えれば、照射
された光のエネルギーによって基底状態あるいはその他
の準位に存在する電子が照射されたエネルギーだけ励起
され、その励起エネルギー準位から基底状態に遷移する
間に多くの準位に一瞬とどまることによって発生するも
のである。つまり、蛍光は一般的に励起光の量子エネル
ギーより小さい領域(長波長側)に生じる。
On the other hand, fluorescence has a spectrum in a region having a small quantum energy with respect to the excitation light, that is, a region having a long wavelength, unless the excitation spectrum and the fluorescence spectrum significantly intersect. Considering this quantumally, the energy of the irradiated light excites the electrons existing in the ground state or other levels only by the irradiated energy, and during the transition from the excited energy level to the ground state It occurs by staying in the level of for a moment. That is, fluorescence generally occurs in a region (long wavelength side) smaller than the quantum energy of excitation light.

【0008】したがって、ラマン散乱分析におけるアン
チ・ストークス線を観測すれば、蛍光の影響を回避した
ラマン分光分析の方法によって試料サンプルから目的物
質の成分スペクトルを得ることができ、目的物質のスペ
クトルの変化及び強度を観測することによって被分析物
質の同定及び定量を行なうことができると考えられる。
Therefore, by observing the anti-Stokes line in Raman scattering analysis, the component spectrum of the target substance can be obtained from the sample sample by the method of Raman spectroscopic analysis avoiding the influence of fluorescence, and the spectrum of the target substance changes. It is considered that the analyte can be identified and quantified by observing the intensity and the intensity.

【0009】アンチ・ストークス・ラマン散乱の研究に
は、被測定物質にポンプ光とプローブ光を入射させてア
ンチ・ストークス・ラマン散乱を測定するコヒーレント
・アンチ・ストークス・ラマン分光(CARS)があ
る。この分光法の原理は、2つの異なる振動数の波長を
試料に入射させ、入射光の量子エネルギーの差がラマン
散乱の遷移振動数に一致したとき、ラマン散乱の遷移振
動数だけのスペクトルを強制的に発振させ、物質内部の
強制振動が位相の揃った非線形振動を生むことを利用す
るものである。したがって、CARSの方法によるアン
チ・ストークス・ラマン散乱スペクトルでは、通常の線
形ラマン散乱スペクトルにおける濃度と目的物質のラマ
ン散乱強度との関係とは異なり、光と物質の非線形相互
作用が顕著となる。さらには多光子吸収遷移、高次のコ
ヒーレントラマン過程による散乱、誘導ラマン散乱、和
周波や高調波発生などの非線形現象も共存し、そのスペ
クトルは目的試料の濃度を必ずしも線形に反映している
ものではない。そのため、CARSを定量分析方法とし
て利用することは行なわれていない。さらに、分光シス
テムにレーザ光源装置が幾つも必要となり、装置が大が
かりとなってしまう。
As a study of anti-Stokes Raman scattering, there is coherent anti-Stokes Raman spectroscopy (CARS) which measures anti-Stokes Raman scattering by injecting pump light and probe light into a substance to be measured. The principle of this spectroscopic method is to force two spectra with only the transition frequency of Raman scattering when the wavelengths of two different frequencies are incident on the sample and the difference in the quantum energy of the incident light matches the transition frequency of Raman scattering. It is utilized that the forced oscillation inside the substance produces a non-linear oscillation having a uniform phase. Therefore, in the anti-Stokes Raman scattering spectrum by the CARS method, unlike the relationship between the concentration and the Raman scattering intensity of the target substance in the usual linear Raman scattering spectrum, the nonlinear interaction between light and the substance becomes remarkable. Furthermore, non-linear phenomena such as multiphoton absorption transitions, scattering due to higher-order coherent Raman processes, stimulated Raman scattering, sum frequency and harmonic generation coexist, and their spectra do not necessarily reflect the concentration of the target sample linearly. is not. Therefore, CARS has not been used as a quantitative analysis method. Furthermore, the spectroscopic system requires several laser light source devices, which makes the device large.

【0010】アンチ・ストークス・ラマン散乱スペクト
ルとストークス・ラマン散乱スペクトルの強度比は、次
のボルツマン分布の式により近似される。アンチ・ストークス 強度/ストークス強度=exp(−hν/kT) h:プランク定数 k:ボルツマン定数 T:絶対温度 ν:ラマンシフト波数
The intensity ratio between the anti-Stokes Raman scattering spectrum and the Stokes Raman scattering spectrum is approximated by the following Boltzmann distribution formula. Anti-Stokes intensity / Stokes intensity = exp (−hν / kT) h: Planck's constant k: Boltzmann's constant T: Absolute temperature ν: Raman shift wavenumber

【0011】図1はボルツマン分布に基づき、絶対温度
を300°Kと仮定してアンチ・ストークス・ラマン線と
ストークス・ラマン線の強度比の計算値を示したもので
ある。試料の温度が300°Kでは、その強度比は-100
0cm-1(波数で負の記号は励起波長よりも短波長側に
シフトしてアンチ・ストークス・ラマン散乱することを
表わしている)で0.008、-1500cm-1で0.007となる。
そのため、通常の線形ラマン分光の方法でアンチ・スト
ークス・ラマン散乱光を検出することは不可能であると
考えられていた。
FIG. 1 shows calculated values of the intensity ratio of the anti-Stokes Raman line and the Stokes Raman line based on the Boltzmann distribution, assuming an absolute temperature of 300 ° K. When the sample temperature is 300 ° K, the intensity ratio is -100.
It is 0.008 at 0 cm -1 (the negative sign of the wave number indicates that anti-Stokes Raman scattering occurs by shifting to the shorter wavelength side than the excitation wavelength), and 0.007 at -1500 cm -1 .
Therefore, it has been considered impossible to detect the anti-Stokes Raman scattered light by the usual linear Raman spectroscopy method.

【0012】本発明の第1の目的は、検出波長を励起波
長よりも短波長側に設定することにより、高価なFT−
ラマン分光装置を用いることなく、また光検出器として
長波長用CCD素子を用いなくても、従来のラマン分光
システムをそのまま利用してアンチ・ストークス・ラマ
ン散乱光を検出できるようにすることである。本発明の
第2の目的は、この方法を試料の分析方法として利用す
る場合に、試料を励起したときに発生する蛍光を回避で
きるようにすることによって、正確な定性、定量分析を
可能にすることである。
The first object of the present invention is to set the detection wavelength on the shorter wavelength side than the excitation wavelength, which results in an expensive FT-
It is possible to detect anti-Stokes Raman scattered light by using a conventional Raman spectroscopic system as it is without using a Raman spectroscope or using a long wavelength CCD element as a photodetector. . A second object of the present invention is to enable accurate qualitative and quantitative analysis by avoiding fluorescence generated when a sample is excited when this method is used as a sample analysis method. That is.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、励起光を試料
に照射し、試料から発生する散乱光のうちアンチ・スト
ークス・ラマン散乱光を用いて試料中の被分析物質を測
定する方法である。この方法を定量分析方法に適用する
場合は、試料中の被分析物質の濃度とアンチ・ストーク
ス・ラマン散乱強度の間の相関が良好なシフト波数をそ
の被分析物質に固有の測定シフト波数として選択し、そ
の測定シフト波数でのアンチ・ストークス・ラマン散乱
強度を検出し、検量線を用いて試料中の被分析物質を定
量分析する。
The present invention is a method of irradiating a sample with excitation light and measuring an analyte in a sample using anti-Stokes Raman scattered light among scattered light generated from the sample. is there. When this method is applied to a quantitative analysis method, the shift wave number with good correlation between the concentration of the analyte in the sample and the anti-Stokes Raman scattering intensity is selected as the measured shift wave number specific to the analyte. Then, the anti-Stokes Raman scattering intensity at the measured shift wave number is detected, and the analyte in the sample is quantitatively analyzed using the calibration curve.

【0014】その測定シフト波数は、被分析物質の濃度
とアンチ・ストークス・ラマン散乱強度の間の相関関係
の相関係数Rが0.6以上、好ましくは0.8以上のシフ
ト波数である。相関係数Rは次の式により算出される値
である。 R=Σ[(xi−X)(yi−Y)]/{[Σ(xi−X)2][Σ(yi
−Y)2]}1/2 xi:各被分析物質の各点の濃度 yi:xiに対するラマン散乱スペクトル強度 X :各被分析物質の濃度の平均値 Y :ラマン散乱スペクトル強度の平均値 本発明の方法を適用するのに適する試料の一例は尿や血
漿などの生体物質であり、被分析物質の一例はグルコー
ス、アセトン(ケトン体)、尿素など、生体物質に含ま
れる成分である。
The measured shift wave number is a shift wave number in which the correlation coefficient R of the correlation between the concentration of the analyte and the anti-Stokes Raman scattering intensity is 0.6 or more, preferably 0.8 or more. The correlation coefficient R is a value calculated by the following formula. R = Σ [(xi−X) (yi−Y)] / {[Σ (xi−X) 2 ] [Σ (yi
-Y) 2 ]} 1/2 xi: Concentration at each point of each analyte, yi: Raman scattering spectrum intensity with respect to xi X: Average value of concentration of each analyte Y: Average value of Raman scattering spectrum intensity An example of a sample suitable for applying the method of 1 is a biological substance such as urine or plasma, and an example of an analyte is a component contained in the biological substance such as glucose, acetone (ketone body), or urea.

【0015】本発明の測定装置は、励起光源を備え試料
に励起光を照射する励起光源部と、試料に励起光が照射
される試料部と、試料に励起光が照射されて試料から発
生する散乱光を集光する集光光学調整部と、集光光学調
整部で集光された散乱光からアンチ・ストークス・ラマ
ン散乱光の受光密度を高めた状態で前記散乱光を光散乱
光で検出する受光部とを備えている。具体的な好ましい
例としては、集光光学調整部は集光系として色収差のあ
るレンズを備えており、受光部は励起光波長よりも短波
長の光による結像位置に受光口をもち、その受光口から
入射した散乱光を検出する。
The measuring apparatus of the present invention is provided with an excitation light source for irradiating a sample with excitation light, an excitation light source for irradiating the sample with excitation light, and an excitation light for irradiating the sample with the excitation light. Condensing optical adjustment unit that collects scattered light, and detects scattered light with light scattering light with the received density of anti-Stokes Raman scattered light increased from the scattered light collected by the condensing optical adjustment unit And a light receiving section for As a specific preferable example, the condensing optical adjustment unit is provided with a lens having chromatic aberration as a condensing system, and the light receiving unit has a light receiving port at an image forming position of light having a wavelength shorter than the excitation light wavelength, The scattered light incident from the light receiving port is detected.

【0016】受光部の光検出器がアンチ・ストークス・
ラマン散乱強度を検出できるようにするために、受光部
が受光口から入射した散乱光を分光する回折格子等の機
構、例えば分光器を備えているようにしてもよく、また
は、検出しようとするアンチ・ストークス・ラマン散乱
光のシフト波数のみを透過させるバンドパスフィルタを
集光光学調整部に備え、受光部が受光口から入射した散
乱光を分光しないで光検出器で検出するようにしてもよ
い。
The photodetector of the light receiving section is anti-Stokes
In order to be able to detect the Raman scattering intensity, the light-receiving unit may be provided with a mechanism such as a diffraction grating that disperses the scattered light incident from the light-receiving port, for example, a spectroscope, or it is intended to detect it. A bandpass filter that transmits only the shift wave number of anti-Stokes Raman scattered light is provided in the condensing optical adjustment unit, and even if the photodetector detects the scattered light incident from the light receiving unit without being separated, Good.

【0017】励起光源部は、試料に照射する励起光波長
のみを透過させるバンドパスフィルタを備えていること
が好ましい。集光光学調整部は、色収差のあるレンズの
光入射側に、試料から発生する散乱光を集光して平行光
としてその色収差のあるレンズに導く、色収差の少ない
レンズを備えていてもよい。
It is preferable that the excitation light source section includes a bandpass filter that transmits only the excitation light wavelength with which the sample is irradiated. The condensing optical adjustment unit may include a lens having less chromatic aberration on the light incident side of the lens having chromatic aberration, which collects scattered light generated from the sample and guides it as parallel light to the lens having chromatic aberration.

【0018】集光光学調整部は、励起光波長成分を除去
するために、励起光波長をノッチ領域に含むホログラフ
ィック・ノッチ・フィルタを備えているか、励起光波長
及びそれより長波長側を遮蔽するカットフィルタを備え
ていることが好ましい。ホログラフィック・ノッチ・フ
ィルタの場合は、そのノッチ領域が励起光源部のバンド
パス領域と対称になっているのが好ましい。
The condensing optical adjustment unit is provided with a holographic notch filter including the pumping light wavelength in the notch region in order to remove the pumping light wavelength component, or shields the pumping light wavelength and the longer wavelength side. It is preferable to provide a cut filter for In the case of the holographic notch filter, it is preferable that the notch region of the holographic notch filter is symmetrical with the bandpass region of the pumping light source unit.

【0019】受光部の受光口は、分光器の入口スリット
であってもよく、または単芯光ファイバの一方の端面で
あってもよい。光ファイバを用いたときは、その光ファ
イバの他方の端面を分光器又は光検出器に導けばよい。
受光密度が最も高められる波長を変更することができる
ようにするために、集光光学調整部の色収差のあるレン
ズと受光口との間の距離が可変になっているのが好まし
い。
The light receiving port of the light receiving section may be the entrance slit of the spectroscope, or may be one end face of the single core optical fiber. When using an optical fiber, the other end face of the optical fiber may be guided to a spectroscope or a photodetector.
In order to be able to change the wavelength at which the light receiving density is maximized, it is preferable that the distance between the lens having chromatic aberration of the condensing optical adjustment unit and the light receiving port is variable.

【0020】アンチ・ストークス・ラマン散乱光の発生
効率を上げるためには、試料部は球形状のセルとそのセ
ルを保持する部分が反射面となっている積分球形セルホ
ルダーとを備えているのが好ましい。また、光源光の強
度変化を補正して測定データの再現性を高めるために
は、励起光の一部を取り出して検出する参照光用の光学
系をさらに備え、その参照光の検出強度によりアンチ・
ストークス・ラマン散乱光の検出強度を補正するように
するのが好ましい。
In order to increase the generation efficiency of the anti-Stokes Raman scattered light, the sample portion is provided with a spherical cell and an integrating sphere cell holder in which the portion holding the cell is a reflecting surface. Is preferred. Further, in order to correct the intensity change of the light source light and enhance the reproducibility of the measurement data, an optical system for the reference light for extracting and detecting a part of the excitation light is further provided, and the detection light intensity of the reference light causes・
It is preferable to correct the detection intensity of the Stokes Raman scattered light.

【0021】また、アンチ・ストークス・ラマン散乱の
存在確率を示すボルツマン分布と、本発明によるアンチ
・ストークス・ラマン散乱光の受光密度増強効果とを掛
け算し、その結果に修正を加えて励起光波長より短波長
側の所定の範囲にわたってアンチ・ストークス・ラマン
散乱光の受光感度が一定になるように演算を行なうデー
タ処理部をさらに備えておれば、定量分析の精度が向上
し、好ましい。
Further, the Boltzmann distribution indicating the existence probability of anti-Stokes Raman scattering is multiplied by the effect of increasing the received light density of the anti-Stokes Raman scattered light according to the present invention, and the result is corrected to make the excitation light wavelength. It is preferable to further include a data processing unit that performs calculation so that the light receiving sensitivity of anti-Stokes Raman scattered light becomes constant over a predetermined range on the shorter wavelength side, because the accuracy of quantitative analysis is improved.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】図2に本発明装置の概略的な構成
図を示す。2は励起光源であり、例えばアルゴンイオン
レーザ(514.5nm、100mW)など、高出力レーザ装置が適
する。レーザ2からの励起光ビーム4は、サイドバンド
を除去するためにバンドパスフィルタ6を通り、コリメ
ータレンズ8によって試料室10の試料に照射される。
試料は気体や液体の場合はセルに収容されるが、固体の
場合はセルは不要である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 2 shows a schematic block diagram of the device of the present invention. Reference numeral 2 is an excitation light source, and a high power laser device such as an argon ion laser (514.5 nm, 100 mW) is suitable. The excitation light beam 4 from the laser 2 passes through the bandpass filter 6 to remove the side band, and is irradiated onto the sample in the sample chamber 10 by the collimator lens 8.
The sample is contained in the cell in the case of gas or liquid, but the cell is not necessary in the case of solid.

【0023】試料からの散乱光を受光し調整するために
集光光学調整部16が設けられている。集光光学調整部
16は一例としてカメラレンズ12と集光レンズ14を
備えている。カメラレンズ12は試料が励起光4により
励起されて発生する散乱光を90度方向に受光して平行
光にするためのものであり、色収差の少ない材質で作ら
れた複合レンズである。一般に、カメラレンズは色収差
ができるだけ少なくなるように設計されており、ここで
はそのような一般的なカメラレンズを用いることができ
る。カメラレンズ12としては、試料から発生する散乱
光が一点から発生するとした場合に、450〜650n
mのすべての波長光を平行光にできるものであることが
好ましい。集光レンズ14は色収差のあるレンズであ
り、例えば一般的なレンズ光学材料であるBK7で形成
されている。集光レンズ14はカメラレンズ12からの
平行光を受光して波長に応じた焦点に集光する。
A condensing optical adjustment unit 16 is provided to receive and adjust scattered light from the sample. The condensing optical adjustment unit 16 includes, for example, a camera lens 12 and a condensing lens 14. The camera lens 12 is for receiving scattered light generated when the sample is excited by the excitation light 4 in the direction of 90 degrees and making it parallel light, and is a compound lens made of a material having little chromatic aberration. Generally, the camera lens is designed so that chromatic aberration is as small as possible, and such a general camera lens can be used here. As the camera lens 12, when scattered light generated from the sample is generated from one point, 450 to 650n
It is preferable that the light of all wavelengths of m can be collimated. The condenser lens 14 is a lens having chromatic aberration, and is formed of, for example, BK7 which is a general lens optical material. The condenser lens 14 receives the collimated light from the camera lens 12 and condenses the collimated light on a focus corresponding to the wavelength.

【0024】集光レンズ14による所望の波長の焦点位
置には分光器18の入口スリット19が受光口として設
けられており、その入口スリット19は約20μmの幅
をもっている。入口スリット19が設けられている位置
は、検出しようとするアンチ・ストークス・ラマン散乱
光が集光する位置である。
An entrance slit 19 of the spectroscope 18 is provided as a light receiving opening at the focal position of the desired wavelength by the condenser lens 14, and the entrance slit 19 has a width of about 20 μm. The position where the entrance slit 19 is provided is a position where the anti-Stokes Raman scattered light to be detected is condensed.

【0025】分光器18は300G/mm、ブレーズ波長
が500nmの回折格子20を用いたシングル分光器であ
り、その分解能は6.8cm-1(0.18nm/ピクセル)で
ある。分光器18で、22,24,26はそれぞれミラ
ーである。検出器28は液体窒素冷却型(EEV素子)
の256×1024ピクセルのCCD撮像素子(米国EG&G
社製、200〜1100nm波長感度)であり、分光器18で
分光された多波長を同時に受光し検出する。この分光器
18と検出器28によりポリクロメータを構成してい
る。検出器28の検出信号は光ファイバ30を通してデ
ータ処理装置としてのパーソナルコンピュータ32へ転
送され、データ処理がなされる。
The spectroscope 18 is a single spectroscope using a diffraction grating 20 of 300 G / mm and a blaze wavelength of 500 nm, and its resolution is 6.8 cm -1 (0.18 nm / pixel). In the spectroscope 18, reference numerals 22, 24, and 26 are mirrors, respectively. The detector 28 is a liquid nitrogen cooled type (EEV element)
256 × 1024 pixel CCD image sensor (US EG & G
(Manufactured by the company, wavelength sensitivity of 200 to 1100 nm), and simultaneously receives and detects multiple wavelengths separated by the spectroscope 18. The spectroscope 18 and the detector 28 constitute a polychromator. The detection signal of the detector 28 is transferred through an optical fiber 30 to a personal computer 32 as a data processing device for data processing.

【0026】図2で、カメラレンズ12と集光レンズ1
4との間には、散乱光から励起光成分を除去するため
に、励起光波長をノッチ領域に含むホログラフィック・
ノッチ・フィルタ34が配置されている。ホログラフィ
ック・ノッチ・フィルタは例えばKAISER OPTICAL SYSTE
MS. INC.(アメリカ)から入手することが出来る。ホロ
グラフィック・ノッチ・フィルタ34は、例えばノッチ
領域に含まれる波長光を完全に遮蔽し、ノッチ領域以外
の波長領域の光は80%以上を透過させる特性を持って
いる。
In FIG. 2, the camera lens 12 and the condenser lens 1
Between 4 and 4, a holographic image containing the excitation light wavelength in the notch region in order to remove the excitation light component from the scattered light.
A notch filter 34 is arranged. The holographic notch filter is, for example, KAISER OPTICAL SYSTE
It can be obtained from MS. INC. (USA). The holographic notch filter 34 has a characteristic of completely blocking wavelength light included in the notch region and transmitting 80% or more of light in the wavelength region other than the notch region.

【0027】図3は集光レンズ14の機能を説明するた
めの図である。同図(A)は図2の光学系に該当し、試
料から発生した散乱光がカメラレンズ12によって平行
光とされ、その平行光40が集光レンズ14に入射す
る。色収差のある集光レンズ14では、白色光線の平行
光40が入射すると、波長によって異なった位置に結像
する。本発明では、集光レンズ14での波長による焦点
位置のずれを利用し、アンチ・ストークス・ラマン散乱
光が集光する位置に微小な受光口を配置することによ
り、アンチ・ストークス・ラマン散乱光の受光密度を高
める。
FIG. 3 is a diagram for explaining the function of the condenser lens 14. 2A corresponds to the optical system of FIG. 2, in which scattered light generated from the sample is collimated by the camera lens 12, and the collimated light 40 is incident on the condenser lens 14. When the parallel light 40 of white light is incident on the condenser lens 14 having chromatic aberration, it forms an image at a position different depending on the wavelength. In the present invention, the shift of the focal position due to the wavelength in the condenser lens 14 is used, and a minute light receiving port is arranged at a position where the anti-Stokes Raman scattered light is condensed, whereby the anti-Stokes Raman scattered light is Increase the light receiving density of.

【0028】光学調整部では、カメラレンズ12を省略
して試料から発生した散乱光を色収差のある集光レンズ
14で直接受光することもできる。図3(B)はカメラ
レンズ12がない場合の集光レンズ14の機能を示した
ものである。集光レンズ14は試料の散乱光発生点10
aから、焦点距離の2倍又はそれよりも離れた位置に配
置され、散乱光発生点10aの像を波長によって異なっ
た位置に結像する。この場合も、図3(A)の場合と同
様に、集光レンズ14での波長による焦点位置のずれを
利用し、アンチ・ストークス・ラマン散乱光が集光する
位置に微小な受光口を配置することにより、アンチ・ス
トークス・ラマン散乱光の受光密度を高めることができ
る。
In the optical adjusting section, the camera lens 12 may be omitted, and the scattered light generated from the sample may be directly received by the condenser lens 14 having chromatic aberration. FIG. 3B shows the function of the condenser lens 14 when the camera lens 12 is not provided. The condenser lens 14 serves as a scattered light generation point 10 of the sample.
The image of the scattered light generating point 10a is formed at a position that is twice or more than the focal length away from a, and forms an image at a different position depending on the wavelength. Also in this case, similarly to the case of FIG. 3A, a minute light receiving port is arranged at a position where the anti-Stokes Raman scattered light is condensed by utilizing the shift of the focal position due to the wavelength in the condenser lens 14. By doing so, the light receiving density of the anti-Stokes Raman scattered light can be increased.

【0029】色収差をもつ集光レンズ14の材料として
は、BK7、合成石英、サファイヤ、SF11などの光
学ガラスを使用することができるが、一例として一般的
なレンズ光学材料のBK7を利用した場合の波長による
屈折率変化を図4に示す。300〜700nmの範囲で屈折率
が大きく変化している。BK7に限らず、その他の光学
ガラスでも、300〜700nmの範囲で屈折率が大きく変化
する点は共通している。
As the material of the condenser lens 14 having chromatic aberration, optical glass such as BK7, synthetic quartz, sapphire or SF11 can be used. As an example, BK7 which is a general lens optical material is used. The change in refractive index with wavelength is shown in FIG. The refractive index changes greatly in the range of 300 to 700 nm. Not only BK7 but also other optical glasses have a common point that the refractive index greatly changes in the range of 300 to 700 nm.

【0030】励起光源としてアルゴンイオンレーザを用
いてラマン散乱スペクトルを測定する場合、-4000〜400
0cm-1(負の領域はアンチ・ストークス・ラマン散乱
スペクトル)の領域は波長にして420〜650nmに相当す
る。つまり、好都合なことに、アンチ・ストークス線の
領域は集光レンズの色収差の影響の大きい領域であり、
色収差を有効に利用することができる。
When measuring a Raman scattering spectrum using an argon ion laser as an excitation light source, -4000 to 400
The region of 0 cm −1 (the negative region is the anti-Stokes Raman scattering spectrum) corresponds to a wavelength of 420 to 650 nm. That is, the region of the anti-Stokes line is a region that is greatly influenced by the chromatic aberration of the condenser lens,
Chromatic aberration can be effectively utilized.

【0031】レンズの色収差を利用すると、励起光より
長い波長の領域の光については受光密度を低くして入口
スリットに入射させ、励起光より短かい波長の領域の光
については光密度を高くして入口スリットに入射させる
ことができる。ラマン散乱スペクトルで表現すれば、ア
ンチ・ストークス線の受光密度をストークス線の受光密
度に比べて高くして入口スリットに入射させることがで
きる。
By utilizing the chromatic aberration of the lens, the light receiving density of light having a wavelength longer than that of the excitation light is reduced and the light enters the entrance slit, and the light density of light having a wavelength shorter than that of the excitation light is increased. Can be made incident on the entrance slit. If expressed by Raman scattering spectrum, it is possible to make the light receiving density of the anti-Stokes line higher than that of the Stokes line so that the light enters the entrance slit.

【0032】表1に集光レンズの焦点距離を10mm
(波長500nmでの値)とした場合の、入射光の波長
収差による焦点のずれの距離を示す。表中の数値は焦点
の位置(mm)を表わしている。
In Table 1, the focal length of the condenser lens is 10 mm.
The distance of the focal point shift due to the wavelength aberration of the incident light when (the value at the wavelength of 500 nm) is shown. The numerical values in the table represent the focal position (mm).

【0033】[0033]

【表1】 [Table 1]

【0034】表1の収差によるずれ長の距離から焦点の
光密度を計算すると、図5(A)〜(C)のようにな
る。(A)は波長500nmの光が焦点に直径200μmの円
形の像を結像したと仮定し、その結像位置での他の波長
(ラマンシフト波数で表現している)の光による結像の
大きさ(面積)を計算し、波長500nmの光の密度を1
として密度比を計算したものである。(B),(C)は
それぞれシフト波数 -2000cm-1,-4000cm-1の光の
焦点の位置で同様に計算をし、それぞれの波長光の密度
を1とした場合の結果である。波数 0cm-1は励起光波
長、−側はアンチ・ストークス・ラマン領域、+側はス
トークス・ラマン及び蛍光領域である。(B)の例で
は、シフト波数が1000cm-1以上の長波長側では密度比
が1/2以下になっている。したがって、このように、
励起波長よりも短波長側の焦点位置に受光口をおくこと
により、蛍光密度を低くし、アンチ・ストークス・ラマ
ン散乱光密度を高くして入射させることができる。
Calculation of the light density of the focal point from the distance of the shift length due to the aberration in Table 1 will be as shown in FIGS. In (A), it is assumed that light with a wavelength of 500 nm forms a circular image with a diameter of 200 μm at the focal point, and image formation with light of another wavelength (expressed by Raman shift wave number) at the image formation position is performed. Calculate the size (area) and set the density of light with a wavelength of 500 nm to 1
Is calculated as the density ratio. (B) and (C) are the results when the same calculation is performed at the positions of the focal points of light having shift wave numbers of -2000 cm -1 and -4000 cm -1 , respectively, and the density of each wavelength light is 1. The wave number 0 cm −1 is the excitation light wavelength, the − side is the anti-Stokes Raman region, and the + side is the Stokes Raman and fluorescence region. In the example of (B), the density ratio is 1/2 or less on the long wavelength side where the shift wave number is 1000 cm -1 or more. So, like this,
By placing the light receiving port at the focal point position on the shorter wavelength side than the excitation wavelength, it is possible to lower the fluorescence density and increase the anti-Stokes Raman scattered light density for incidence.

【0035】また、図5から分かるように、集光レンズ
14と入口スリット19などの受光口との距離を可変に
することにより、最も密度を高くして受光する波長を任
意に選択できるようになる。
Further, as can be seen from FIG. 5, by making the distance between the condenser lens 14 and the light receiving port such as the entrance slit 19 variable, the wavelength with the highest density can be arbitrarily selected. Become.

【0036】データ処理部を実現するパーソナルコンピ
ュータ32には、アンチ・ストークス・ラマン散乱散乱
の存在確率を示す図1のボルツマン分布と、分光器への
受光口の位置を調節したことによる励起光波長より短波
長側の受光密度増強効果(図5(B),(C))とを掛け
算し、その結果に修正を加えて励起光波長より短波長側
の所定の範囲にわたってアンチ・ストークス・ラマン散
乱光の受光感度が一定になるように演算を行なう機能を
もたせることができる。その機能を実現するための過程
を図6に示す。
In the personal computer 32 which realizes the data processing section, the Boltzmann distribution of FIG. 1 showing the existence probability of anti-Stokes Raman scattering and the excitation light wavelength by adjusting the position of the light receiving port to the spectroscope are set. Anti-Stokes Raman scattering over a predetermined range on the shorter wavelength side than the excitation light wavelength by multiplying by the light receiving density enhancement effect on the shorter wavelength side (Figs. 5 (B) and (C)) and modifying the result It is possible to have a function of performing calculation so that the light receiving sensitivity of light is constant. The process for realizing that function is shown in FIG.

【0037】図6(A)はアンチ・ストークス・ラマン
散乱光の受光感度を一定にする過程である。分光器への
受光口を励起光波長より短波長の光による焦点位置側に
配置し、標準物質を測定してアンチ・ストークス・ラマ
ン散乱光スペクトルを得る。そのスペクトルの感度が所
定の範囲にわたって一定になるように補正逆関数を計算
し、記憶する。測定されたアンチ・ストークス・ラマン
散乱光スペクトルをその補正逆関数を用いて補正し、出
力する。
FIG. 6A shows a process of keeping the light receiving sensitivity of anti-Stokes Raman scattered light constant. The light receiving port to the spectroscope is arranged on the side of the focal point of light having a wavelength shorter than the excitation light wavelength, and the standard substance is measured to obtain the anti-Stokes Raman scattered light spectrum. The corrected inverse function is calculated and stored so that the sensitivity of the spectrum is constant over a predetermined range. The measured anti-Stokes Raman scattered light spectrum is corrected using its correction inverse function and output.

【0038】次に、図6(B)に示されるように、分光
器への受光口を標準物質測定時と同じ位置に配置して、
未知のサンプルを測定し、アンチ・ストークス・ラマン
散乱光スペクトルを得る。補正逆関数を呼出し、そのス
ペクトルに補正演算を施し、受光感度が一定になるよう
に補正された未知サンプルのアンチ・ストークス・ラマ
ン散乱光スペクトルを得る。このように、受光感度が一
定になるように補正することにより、スペクトル強度や
スペクトルのピーク面積を用いて定量分析を行なうのが
容易になる。
Next, as shown in FIG. 6 (B), the light receiving port to the spectroscope is arranged at the same position as when measuring the standard substance,
An unknown sample is measured and an anti-Stokes Raman scattered light spectrum is obtained. The correction inverse function is called, the correction calculation is performed on the spectrum, and the anti-Stokes Raman scattered light spectrum of the unknown sample corrected so that the photosensitivity is constant is obtained. In this way, by correcting the light receiving sensitivity to be constant, it becomes easy to perform a quantitative analysis using the spectrum intensity and the peak area of the spectrum.

【0039】図2の測定装置では受光部が受光口から入
射した散乱光を分光して光検出器へ導く分光器を備えて
いるが、検出しようとするアンチ・ストークス・ラマン
散乱光のシフト波数のみを透過させるバンドパスフィル
タを集光光学調整部16に備え、受光部が受光口から入
射した散乱光を分光しないで光検出器で検出するように
してもよい。
In the measuring apparatus of FIG. 2, the light receiving section is equipped with a spectroscope for separating scattered light incident from the light receiving port and guiding it to the photodetector. However, the shift wave number of the anti-Stokes Raman scattered light to be detected is provided. The condensing optical adjustment unit 16 may be provided with a bandpass filter that transmits only the light, and the light detector may detect the scattered light that has entered from the light receiving port by the photodetector without separating it.

【0040】[0040]

【実施例】実際に測定を行なうのに使用した測定装置を
図7と図8に示す。図2と同一部分には同一の符号を用
いる。図7において、励起光源2としてのレーザ装置か
らの励起光ビーム4はプリズム40で光路が曲げられ、
バンドパスフィルタ6及びコリメータレンズ8を経て細
いビームとなって試料室10の試料に照射される。試料
室10は、後で図8を参照して詳細に説明されるよう
に、球形状の石英製フローセル42と、そのフローセル
42を保持する積分球形のセルホルダー44とを備えて
いる。
EXAMPLE A measuring apparatus used for actually measuring is shown in FIGS. The same parts as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals. In FIG. 7, the optical path of the excitation light beam 4 from the laser device as the excitation light source 2 is bent by the prism 40,
A thin beam is passed through the bandpass filter 6 and the collimator lens 8 to irradiate the sample in the sample chamber 10. As will be described later in detail with reference to FIG. 8, the sample chamber 10 includes a spherical quartz flow cell 42 and an integrating sphere cell holder 44 that holds the flow cell 42.

【0041】フローセル42内の試料が励起光により照
射されて発生した散乱光を集光する集光光学系は、対物
レンズとしての色収差の少ないカメラレンズ12、ホロ
グラフィック・ノッチフィルタ34、及び色収差をもつ
集光レンズ14を備えている。分光器18及び検出器2
8は図2に詳細に示されている通りである。
The condensing optical system for condensing the scattered light generated by irradiating the sample in the flow cell 42 with the excitation light includes a camera lens 12 having a small chromatic aberration as an objective lens, a holographic notch filter 34, and a chromatic aberration. It has a condenser lens 14 having Spectroscope 18 and detector 2
8 is as shown in detail in FIG.

【0042】集光レンズ14は、その光軸に沿って移動
可能に支持され、パーソナルコンピュータ32により制
御される位置微調整装置46により駆動が制御されるア
クチュエータ48を備え、分光器18の入口スリット方
向に近づいたり遠ざかったりできるようになっている。
The condenser lens 14 is movably supported along the optical axis thereof, and is provided with an actuator 48 whose drive is controlled by a position fine adjustment device 46 controlled by the personal computer 32, and an entrance slit of the spectroscope 18. You can move in and out of the direction.

【0043】この測定装置では、光源強度を測定して散
乱光強度を補正できるように、補正光学系が設けられて
いる。その補正光学系は、バンドパスフィルタ6とコリ
メータレンズ8の間の光路を横切って光路に斜め方向に
配置され、励起光ビーム4の一部を参照光40rとして
取りだす透明板ガラスのスライドガラス50と、そのス
ライドガラス50により取り出された参照光40rの光
路を曲げるスライドガラス52と、光量を調整する減光
フィルタ54と、その減光フィルタ54を透過した参照
光40rを分光器18に入射させるためにホログラフィ
ック・ノッチフィルタ34と集光レンズ14の間の光路
を横切って光路に斜め方向に配置されたスライドガラス
56とを備えている。参照光40rは試料からの散乱光
とともに分光器18に入射し、散乱光とともに分光され
て検出器28で検出される。散乱光の検出強度が参照光
40rの検出強度で割算されることにより、光源強度の
変動が補正された散乱光出力が得られる。
In this measuring apparatus, a correction optical system is provided so that the light source intensity can be measured and the scattered light intensity can be corrected. The correction optical system is arranged obliquely in the optical path across the optical path between the bandpass filter 6 and the collimator lens 8 and a slide glass 50 of transparent plate glass that extracts a part of the excitation light beam 4 as the reference light 40r. In order to make the slide glass 52 that bends the optical path of the reference light 40r extracted by the slide glass 50, a neutral density filter 54 that adjusts the light amount, and the reference light 40r that has passed through the neutral density filter 54 enter the spectroscope 18. A slide glass 56 is provided across the optical path between the holographic notch filter 34 and the condenser lens 14 and obliquely arranged in the optical path. The reference light 40r is incident on the spectroscope 18 together with the scattered light from the sample, is dispersed together with the scattered light, and is detected by the detector 28. By dividing the detected intensity of the scattered light by the detected intensity of the reference light 40r, the scattered light output in which the fluctuation of the light source intensity is corrected can be obtained.

【0044】図7には、他に光源の駆動装置60と分光
器の走査制御器62が示されており、これらはパーソナ
ルコンピュータ32により制御される。パーソナルコン
ピュータ32はまた、検出器28の検出出力を入力し、
そのデータ処理も行ない、データ処理装置としての機能
も果たしている。測定データなどを出力する出力装置6
4や、検出器28の電源装置66も示されている。
FIG. 7 shows a driving device 60 for the light source and a scanning controller 62 for the spectroscope, which are controlled by the personal computer 32. The personal computer 32 also inputs the detection output of the detector 28,
It also performs the data processing and also functions as a data processing device. Output device 6 for outputting measurement data, etc.
4 and the power supply 66 of the detector 28 are also shown.

【0045】この測定装置で試料室として用いるセル4
2と、そのセル42を保持するセルホルダー44を図8
に示す。セル42は球形状の石英製フローセルであり、
球形状のフローセル本体の両側に筒状の入口部60aと
出口部60bが設けられている。セルホルダー44は積
分球形であり、互いに組み合わされてセル42を保持す
る2つの部分44a,44bからなり、フローセル42
の球状部を保持する積分球部分60と、積分球部分60
につながりセル42の入口部60aと出口部60bを保
持する保持部62a,62bと、励起光ビームが入射す
る入射孔64と、セル42内で発生した散乱光を入射光
方向と90度の方向に取り出すために外方向に広がった
出射孔66とを備えている。
Cell 4 used as a sample chamber in this measuring apparatus
2 and a cell holder 44 for holding the cell 42 are shown in FIG.
Shown in The cell 42 is a spherical quartz flow cell,
A cylindrical inlet 60a and outlet 60b are provided on both sides of the spherical flow cell body. The cell holder 44 is in the shape of an integrating sphere and consists of two parts 44a, 44b that hold the cell 42 in combination with each other.
Integrating sphere portion 60 that holds the spherical portion of
And holding portions 62a and 62b for holding the inlet portion 60a and the outlet portion 60b of the cell 42, the entrance hole 64 into which the excitation light beam is incident, and the scattered light generated in the cell 42 in a direction 90 degrees from the incident light direction. And an emission hole 66 that expands outward in order to take it out.

【0046】このような積分球形のセルホルダーを使用
することにより、入射孔64から入射した励起光ビーム
が積分球部分60で多重反射して励起効率を高め、かつ
発生した散乱光を集めて1つの出射孔66から出射させ
るので、散乱光が増強され、高感度な測定が可能にな
る。
By using such an integrating sphere-shaped cell holder, the excitation light beam incident from the entrance hole 64 is multiple-reflected by the integrating sphere portion 60 to enhance the excitation efficiency, and the scattered light generated is collected. Since the light is emitted from one of the emission holes 66, scattered light is enhanced and high-sensitivity measurement becomes possible.

【0047】次に、測定例を示す。測定は図7と図8に
示された測定装置を用い、光源のアルゴンイオンレーザ
光(波長514.5nm、出力100mW)を励起光として試料
を照射して測定を行なった。
Next, a measurement example will be shown. The measurement was performed by using the measuring apparatus shown in FIGS. 7 and 8 and irradiating the sample with the argon ion laser beam (wavelength 514.5 nm, output 100 mW) of the light source as the excitation light.

【0048】図9(A)及び(B)に従来の装置系で測
定した99%アセトンのラマン散乱スペクトルを示す。
光検出器の露光時間は5秒である。(B)は拡大図であ
る。790cm-1付近のC=O伸縮振動がアンチ・ストー
クス側にも観測される。しかし、その強度比は約0.024
であり、ボルツマン分布から予想される理論値(0.023
7)とよく一致している。図9を初め、図10、図11
のスペクトルでも励起光波長(波数0cm-1)付近のス
ペクトルが0になっているのは、それらのスペクトルで
は参照光により励起光強度を測定せず、またノッチフィ
ルタにより励起光成分を除去しているためである。
9A and 9B show Raman scattering spectra of 99% acetone measured by a conventional system.
The exposure time of the photodetector is 5 seconds. (B) is an enlarged view. C = O stretching vibration near 790 cm- 1 is also observed on the anti-Stokes side. However, the intensity ratio is about 0.024.
And the theoretical value expected from the Boltzmann distribution (0.023
It agrees well with 7). 10 and 11 as well as FIG.
In the spectrum of, the spectrum near the pumping light wavelength (wave number 0 cm- 1 ) is 0, which means that the pumping light intensity is not measured by the reference light in these spectra and the pumping light component is removed by the notch filter. This is because

【0049】図10(A)及び(B)は図7,8の装置
を用いた測定例である。光検出器の露光時間は5秒であ
る。ただし、この実施例も以下の実施例も、集光レンズ
14により集光された散乱光を受光して分光器へ導く受
光口の位置には、直径が約200μmの単芯光ファイバ
の端面を配置し、その他端面を分光器18へ導くように
したものである。これらの実施例の測定では、受光口の
位置を集光レンズ14による励起光波長の結像位置より
も集光レンズ14側に近づけ、所望のアンチ・ストーク
ス・ラマン散乱光の受光密度が最も高くなるように、集
光レンズ14の位置を調節している。(B)は(A)の
部分拡大図であり、790cm-1付近のC=O伸縮振動の
アンチ・ストークス・ラマン線とストークス・ラマン線
の強度比が図9の結果と比べて約12倍となっている。
FIGS. 10A and 10B are measurement examples using the apparatus shown in FIGS. The exposure time of the photodetector is 5 seconds. However, in both this embodiment and the following embodiments, the end face of a single-core optical fiber with a diameter of about 200 μm is placed at the position of the light receiving port that receives the scattered light condensed by the condenser lens 14 and guides it to the spectroscope. It is arranged so that the other end face is guided to the spectroscope 18. In the measurements of these examples, the position of the light receiving port is brought closer to the condenser lens 14 side than the image formation position of the excitation light wavelength by the condenser lens 14, and the desired reception density of the anti-Stokes Raman scattered light is the highest. The position of the condenser lens 14 is adjusted so that (B) is a partially enlarged view of (A), and the intensity ratio between the anti-Stokes Raman line and Stokes Raman line of C = O stretching vibration near 790 cm- 1 is about 12 times that of the result in Fig. 9. Has become.

【0050】図11(A)及び(B)は1Mのグルコー
ス水溶液を図7,8の実施例の装置で測定したラマン散
乱スペクトルであり、(A)は全体像、(B)は-2000
〜2000cm-1の範囲を拡大して示したものである。光検
出器の露光時間は5秒である。図11の結果から、グル
コース水溶液のアンチ・ストークス・ラマン散乱が測定
できることがわかる。
FIGS. 11 (A) and 11 (B) are Raman scattering spectra of 1 M glucose aqueous solution measured by the apparatus of the embodiment of FIGS. 7 and 8, (A) showing the whole image and (B) showing -2000.
This is an enlarged view of the range of up to 2000 cm- 1 . The exposure time of the photodetector is 5 seconds. From the result of FIG. 11, it is understood that the anti-Stokes Raman scattering of the glucose aqueous solution can be measured.

【0051】図12は人尿の散乱スペクトルで、ほとん
どが蛍光である。図12以下の測定データを得るための
測定では、光検出器の露光時間は1秒である。図13,
14は人尿にグルコースを2M含有するように調製した
試料を図7,8の実施例の装置で測定した散乱スペクト
ルであり、図13は励起光波長より長波長側、図14は
その短波長側の-200〜-2500cm-1の範囲を示したアン
チ・ストークス・ラマン散乱スペクトルである。図13
のストークス・ラマン散乱ピークはほとんど蛍光に埋も
れた状態になっているが、図14のアンチ・ストークス
・ラマン散乱スペクトルでは明瞭なピークが観測され
る。
FIG. 12 is a scattering spectrum of human urine, most of which is fluorescence. In the measurement for obtaining the measurement data shown in FIG. 12 and thereafter, the exposure time of the photodetector is 1 second. FIG.
14 is a scattering spectrum of a sample prepared to contain 2 M glucose in human urine, which is measured by the apparatus of the embodiment of FIGS. 7 and 8. FIG. 13 is a wavelength side longer than the excitation light wavelength, and FIG. 14 is a short wavelength thereof. It is an anti-Stokes Raman scattering spectrum showing a range of -200 to -2500 cm- 1 on the side. FIG.
The Stokes Raman scattering peak of is almost buried in fluorescence, but a clear peak is observed in the anti-Stokes Raman scattering spectrum of FIG.

【0052】図15はグルコース濃度を変化させた尿試
料を図7,8の実施例の装置で測定したアンチ・ストー
クス・ラマン散乱スペクトルを示すものである。試料は
人尿250μlに濃度の異なる11種のグルコース水溶液2
50μlを混合し、尿中グルコース濃度が32〜1000
mg/dl(グルコカード値:(株式会社京都第一科学
製))になるように調製したものである。図16はその
-1131cm-1付近のアンチ・ストークス・ラマン散乱強
度とグルコース濃度の相関関係を示したものである。こ
の場合の相関係数R=0.997であり、非常に相関関係の
よいことを示している。図16の相関関係を検量線とし
て尿中のグルコース濃度を定量することができる。
FIG. 15 shows an anti-Stokes Raman scattering spectrum of a urine sample in which the glucose concentration is changed, measured by the apparatus of the embodiment shown in FIGS. Samples are human urine 250 μl 11 kinds of glucose aqueous solution with different concentration 2
Mix 50 μl to give a urine glucose concentration of 32-1000
It was prepared so as to be mg / dl (glucocard value: (Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd.)). Figure 16 shows that
2 shows the correlation between anti-Stokes Raman scattering intensity near -1131 cm -1 and glucose concentration. In this case, the correlation coefficient R = 0.997, which shows that the correlation is very good. The glucose concentration in urine can be quantified using the correlation of FIG. 16 as a calibration curve.

【0053】図17は上で測定した尿とグルコース水溶
液との混合試料のアンチ・ストークス・ラマン散乱とグ
ルコース濃度との-2000〜-100cm-1での相関係数Rを
示したものである。相関係数Rが0.9以上の範囲が広
い範囲にわたっており、それらの範囲で検量線を作成
し、尿中のグルコース濃度を定量することができる。図
18は図17と同様に、相関係数Rのアンチ・ストーク
ス・ラマンシフト波数依存性を示したものであるが、デ
ータの濃度範囲が32〜514mg/dlと狭くしたも
のである。Rが0.9以上の範囲が狭くなっている。
FIG. 17 shows the correlation coefficient R at -2000 to -100 cm -1 between the anti-Stokes Raman scattering and the glucose concentration of the mixed sample of urine and glucose aqueous solution measured above. The range where the correlation coefficient R is 0.9 or more covers a wide range, and a calibration curve can be prepared in these ranges to quantify the glucose concentration in urine. Similar to FIG. 17, FIG. 18 shows the dependence of the correlation coefficient R on the anti-Stokes Raman shift wave number, but the data concentration range is narrowed to 32 to 514 mg / dl. The range where R is 0.9 or more is narrow.

【0054】図19に人の血漿とグルコース水溶液との
混合液のアンチ・ストークス・ラマン散乱スペクトルを
示す。(B)は拡大図である。図20はそのスペクトル
の-1130cm-1付近のアンチ・ストークス・ラマン散乱
強度とそのグルコース濃度の相関関係を示したものであ
る。この測定の試料は、人血漿250μlに濃度の異なる
12種のグルコース水溶液250μlを混合し、血漿中グ
ルコース濃度が41, 53, 66, 70, 85, 95, 126, 265, 52
0, 756, 1036mg/dl(グルコカード値:(株式会社京都
第一科学製)及び0.5Mになるように調整したものであ
る。この場合の相関係数R=0.995であり、非常に相関
関係のよいことを示している。図20の相関関係を検量
線として血漿中のグルコース濃度を定量することができ
る。
FIG. 19 shows an anti-Stokes Raman scattering spectrum of a mixed solution of human plasma and an aqueous glucose solution. (B) is an enlarged view. FIG. 20 shows the correlation between the anti-Stokes Raman scattering intensity near -1130 cm -1 in the spectrum and the glucose concentration. The sample for this measurement was prepared by mixing 250 μl of human plasma with 250 μl of 12 kinds of aqueous glucose solutions having different concentrations, and the plasma glucose concentration was 41, 53, 66, 70, 85, 95, 126, 265, 52.
0, 756, 1036mg / dl (Glucocard value: (manufactured by Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd.) and adjusted to be 0.5M. In this case, the correlation coefficient is R = 0.995, and the correlation is very high. The glucose concentration in plasma can be quantified using the correlation curve of Fig. 20 as a calibration curve.

【0055】図21は人血漿中のグルコース濃度とアン
チ・ストークス・ラマン散乱の-2000〜0cm-1の相関係
数のグラフを示したものであり、相関係数Rが0.9以
上の範囲が広い範囲にわたっており、それらの範囲で検
量線を作成し、血漿中のグルコース濃度を定量できるこ
とがわかる。
FIG. 21 is a graph showing the correlation coefficient between glucose concentration in human plasma and anti-Stokes Raman scattering from -2000 to 0 cm -1 , where the correlation coefficient R is 0.9 or more. It can be seen that the range is wide, and a calibration curve can be prepared in these ranges to quantify the glucose concentration in plasma.

【0056】図22,23は人尿にアセトン含有させた
試料を図7,8の実施例の装置で測定した散乱スペクト
ルであり、図22は励起光波長より長波長側、図23は
その短波長側の-200〜-2500cm-1の範囲を示したアン
チ・ストークス・ラマン散乱スペクトルである。図22
のストークス・ラマン散乱ピークはほとんど蛍光に埋も
れた状態になっているが、図23のアンチ・ストークス
・ラマン散乱スペクトルでは明瞭なピークが観測され
る。
22 and 23 are scattering spectra of human urine containing acetone in the sample measured by the apparatus of the embodiment of FIGS. 7 and 8. FIG. 22 shows a longer wavelength side than the excitation light wavelength, and FIG. It is an anti-Stokes Raman scattering spectrum showing a range of -200 to -2500 cm -1 on the wavelength side. FIG.
The Stokes-Raman scattering peak of is almost buried in the fluorescence, but a clear peak is observed in the anti-Stokes Raman scattering spectrum of FIG.

【0057】図24,25は人尿に尿素を含有させた試
料を図7,8の実施例の装置で測定した散乱スペクトル
であり、図24は励起光波長より長波長側、図25はそ
の短波長側の-200〜-2500cm-1の範囲を示したアンチ
・ストークス・ラマン散乱スペクトルである。図24の
ストークス・ラマン散乱ピークはほとんど蛍光に埋もれ
た状態になっているが、図25のアンチ・ストークス・
ラマン散乱スペクトルでは明瞭なピークが観測される。
24 and 25 are scattering spectra obtained by measuring the sample of human urine containing urea with the apparatus of the embodiment of FIGS. 7 and 8. FIG. 24 is a wavelength side longer than the excitation light wavelength, and FIG. It is an anti-Stokes Raman scattering spectrum showing a range of -200 to -2500 cm -1 on the short wavelength side. The Stokes Raman scattering peak of FIG. 24 is almost buried in the fluorescence, but the Stokes Raman scattering peak of FIG.
A clear peak is observed in the Raman scattering spectrum.

【0058】図26,27は人尿にグルコース、アセト
ン及び尿素をともに含有させた試料を図7,8の実施例
の装置で測定した散乱スペクトルであり、図26は励起
光波長より長波長側、図27はその短波長側の0〜-2500
cm-1の範囲を示したアンチ・ストークス・ラマン散乱
スペクトルである。0cm-1は励起光波長であり、光源
強度の変動を補正するために参照光を同時に検出したも
のである。図26のストークス・ラマン散乱ピークはほ
とんど蛍光に埋もれた状態になっているが、図27のア
ンチ・ストークス・ラマン散乱スペクトルでは明瞭なピ
ークが観測される。
FIGS. 26 and 27 are scattering spectra of human urine containing glucose, acetone and urea both measured by the apparatus of the embodiment of FIGS. 7 and 8, and FIG. , Fig. 27 shows 0 to -2500 on the short wavelength side.
It is an anti-Stokes Raman scattering spectrum showing a range of cm -1 . 0 cm −1 is the excitation light wavelength, and the reference light is detected at the same time in order to correct the fluctuation of the light source intensity. The Stokes Raman scattering peak of FIG. 26 is almost buried in fluorescence, but a clear peak is observed in the anti-Stokes Raman scattering spectrum of FIG.

【0059】人尿にグルコース、アセトン及び尿素をと
もに含有させた10種類の試料を調製し、それぞれのピ
ーク強度と濃度との相関関係を測定した結果を次に示
す。試料は表2に示されるように調製した。
The results of measuring the correlation between the peak intensity and the concentration of each of 10 types of samples prepared by adding glucose, acetone and urea to human urine are shown below. Samples were prepared as shown in Table 2.

【0060】[0060]

【表2】 [Table 2]

【0061】図28はアンチ・ストークス・ラマン散乱
スペクトルのうちの-1130cm-1付近のピーク強度とグ
ルコース濃度の相関関係を示したものである。この場合
の相関係数R=0.92であり、相関関係のよいことを示し
ている。図28の相関関係を検量線として、複数種類の
成分を含む尿中のグルコース濃度を定量することができ
る。
FIG. 28 shows the correlation between the peak intensity near -1130 cm -1 and the glucose concentration in the anti-Stokes Raman scattering spectrum. In this case, the correlation coefficient R = 0.92, indicating that the correlation is good. Using the correlation shown in FIG. 28 as a calibration curve, the glucose concentration in urine containing a plurality of types of components can be quantified.

【0062】図29はアンチ・ストークス・ラマン散乱
スペクトルのうちの-789cm-1付近のピーク強度とアセ
トン濃度の相関関係を示したものである。この場合の相
関係数R=0.95であり、相関関係のよいことを示してい
る。図29の相関関係を検量線として、複数種類の成分
を含む尿中のアセトン濃度を定量することができる。
FIG. 29 shows the correlation between the peak intensity near -789 cm -1 and the acetone concentration in the anti-Stokes Raman scattering spectrum. In this case, the correlation coefficient R = 0.95, indicating that the correlation is good. Using the correlation of FIG. 29 as a calibration curve, the acetone concentration in urine containing a plurality of types of components can be quantified.

【0063】図30はアンチ・ストークス・ラマン散乱
スペクトルのうちの-1016cm-1付近のピーク強度と尿
素濃度の相関関係を示したものである。この場合の相関
係数R=0.93であり、相関関係のよいことを示してい
る。図30の相関関係を検量線として、複数種類の成分
を含む尿中の尿素濃度を定量することができる。
FIG. 30 shows the correlation between the peak intensity near -1016 cm -1 and the urea concentration in the anti-Stokes Raman scattering spectrum. In this case, the correlation coefficient R = 0.93, indicating that the correlation is good. Using the correlation shown in FIG. 30 as a calibration curve, the urea concentration in urine containing a plurality of types of components can be quantified.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明の測定方法はアンチ・ストークス
・ラマン線を利用して生体物質やその他の物質を測定す
るので、検出器の感度が1000nmまでしかないものであ
っても、アンチ・ストークス・ラマン線は励起光より短
波長側に現れるので、励起光として例えば1064nmのレ
ーザ光を使用して物質のラマン散乱測定を行なうことが
できる。このように、検出器の使用できる範囲も広くな
る。本発明の測定方法を生体試料など蛍光を発生しやす
い試料の測定に利用する場合には、蛍光を避けるために
レーザ光源の波長を選択する必要もなくなり、比較的安
価な大きな発振エネルギーをもつレーザであっても蛍光
を回避しながらラマン散乱測定を行なうことができる。
蛍光回避を考慮しなくてもすむ点や検出器の感度から受
ける制約も少なくなる点から、利用できる励起波長の範
囲が広くなる。高出力のレーザ光源は発振波長が限られ
ているので、励起波長の選択範囲が広がることは、高出
力レーザ光源を使用する際の大きな利点となる。また、
蛍光を回避できることから、S/N(信号対ノイズ)比
が向上し、少量の試料の測定が可能になる。生体物質試
料は少量しか入手できないことがあるので、生体物質測
定には特に有用である。本発明の測定装置は、単一波長
の励起光を試料に照射し、試料から発生する散乱光を色
収差のあるレンズで集光し、そのレンズの光軸上で、励
起光波長の光による結像位置よりもレンズ側の位置で受
光することにより、励起光波長より短波長のアンチ・ス
トークス・ラマン散乱光の受光密度を高めるようにした
ので、従来は困難とされていた通常のラマン測定装置に
よるアンチ・ストークス・ラマン散乱光の測定が可能に
なる。
Since the measuring method of the present invention measures biological substances and other substances using the anti-Stokes Raman line, even if the sensitivity of the detector is only up to 1000 nm, anti-Stokes Since the Raman line appears on the shorter wavelength side than the excitation light, Raman scattering measurement of the substance can be performed by using, for example, 1064 nm laser light as the excitation light. In this way, the usable range of the detector is widened. When the measurement method of the present invention is used to measure a sample such as a biological sample that easily emits fluorescence, it is not necessary to select the wavelength of the laser light source in order to avoid fluorescence, and a relatively inexpensive laser with large oscillation energy Even in this case, Raman scattering measurement can be performed while avoiding fluorescence.
The range of excitation wavelengths that can be used is widened because it is not necessary to consider fluorescence avoidance and there is less restriction imposed by the sensitivity of the detector. Since a high-power laser light source has a limited oscillation wavelength, widening the selection range of the excitation wavelength is a great advantage when using a high-power laser light source. Also,
Since fluorescence can be avoided, the S / N (signal-to-noise) ratio is improved and a small amount of sample can be measured. Since biological material samples may be available only in small amounts, they are particularly useful for biological material measurement. The measuring device of the present invention irradiates a sample with excitation light of a single wavelength, collects scattered light generated from the sample with a lens having chromatic aberration, and combines light of the excitation light wavelength on the optical axis of the lens. By receiving light at a position closer to the lens than the image position, the density of received anti-Stokes Raman scattered light with a wavelength shorter than the excitation light wavelength was increased, so it was difficult to use conventional Raman measurement devices. Enables the measurement of anti-Stokes Raman scattered light.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ボルツマン分布に基づき、絶対温度を300°K
と仮定したときのアンチ・ストークス・ラマン線とスト
ークス・ラマン線の強度比の計算値を示す図である。
[Figure 1] Absolute temperature is 300 ° K based on Boltzmann distribution
FIG. 4 is a diagram showing a calculated value of an intensity ratio between an anti-Stokes Raman line and a Stokes Raman line under the assumption that

【図2】本発明装置を概略的に示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing the device of the present invention.

【図3】光学調整部における集光レンズの機能を示す図
であり、(A)は集光レンズへの入射光を平行光とした
場合、(B)は集光レンズ単独の場合である。
3A and 3B are diagrams showing the function of a condenser lens in the optical adjustment section, where FIG. 3A shows the case where the incident light to the condenser lens is parallel light, and FIG.

【図4】レンズ光学材料のBK7の波長による屈折率変
化を示すものであり、(A)はその図表、(B)はグラ
フである。
4A and 4B show changes in the refractive index of a lens optical material depending on the wavelength of BK7, in which (A) is a chart and (B) is a graph.

【図5】(A)〜(C)は受光位置を異ならせた場合の
各波長位置での光密度比を示す図である。
5A to 5C are diagrams showing light density ratios at respective wavelength positions when light receiving positions are changed.

【図6】アンチ・ストークス・ラマン散乱スペクトルの
受光感度を一定する過程を示すフローチャート図であ
り、(A)は標準物質を用いて補正逆関数を計算し記憶
する過程、(B)は未知サンプルを測定する過程示して
いる。
6A and 6B are flowcharts showing a process of making the light receiving sensitivity of the anti-Stokes Raman scattering spectrum constant, FIG. 6A is a process of calculating and storing a corrected inverse function using a standard substance, and FIG. 6B is an unknown sample. Shows the process of measuring.

【図7】測定に使用した測定装置を一部をブロック図と
して示す構成図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a part of a measuring device used for measurement as a block diagram.

【図8】図7の測定装置で使用したセルとセルホルダー
を示す分解斜視図である。
FIG. 8 is an exploded perspective view showing a cell and a cell holder used in the measuring apparatus of FIG.

【図9】(A)は従来の装置系で測定した99%アセト
ンのラマン散乱スペクトルを示す図であり、(B)はそ
の拡大図である。
9A is a diagram showing a Raman scattering spectrum of 99% acetone measured by a conventional system, and FIG. 9B is an enlarged view thereof.

【図10】(A)は実施例の装置を用いて測定した99
%アセトンのラマン散乱スペクトルを示す図であり、
(B)はその拡大図である。
FIG. 10A is 99 measured using the apparatus of the example.
It is a figure showing a Raman scattering spectrum of% acetone,
(B) is an enlarged view thereof.

【図11】(A)は実施例の装置を用いて測定した1M
のグルコース水溶液のラマン散乱スペクトルを示す図で
あり、(B)はその拡大図である。
FIG. 11A is 1M measured using the apparatus of the example.
It is a figure which shows the Raman scattering spectrum of the glucose aqueous solution of above, and (B) is the enlarged view.

【図12】人尿の散乱スペクトルを示す波形図である。FIG. 12 is a waveform diagram showing a scattering spectrum of human urine.

【図13】人尿にグルコースを2M含有するように調製
した試料の散乱スペクトルを示す波形図である。
FIG. 13 is a waveform diagram showing a scattering spectrum of a sample prepared so that human urine contains 2 M of glucose.

【図14】同試料のアンチ・ストークス・ラマン散乱ス
ペクトルを示す波形図である。
FIG. 14 is a waveform diagram showing an anti-Stokes Raman scattering spectrum of the same sample.

【図15】グルコース濃度を変化させた尿試料のアンチ
・ストークス・ラマン散乱スペクトルを示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing anti-Stokes Raman scattering spectra of urine samples with varying glucose concentrations.

【図16】-1131cm-1付近のアンチ・ストークス・ラ
マン散乱強度とグルコース濃度の相関関係を示す図であ
る。
FIG. 16 is a diagram showing a correlation between anti-Stokes Raman scattering intensity and glucose concentration near -1131 cm -1 .

【図17】アンチ・ストークス・ラマン散乱とグルコー
ス濃度(32〜1000 mg/dl)との-2000〜-100cm-1での
相関係数Rを示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing a correlation coefficient R between anti-Stokes Raman scattering and glucose concentration (32 to 1000 mg / dl) at −2000 to −100 cm −1 .

【図18】アンチ・ストークス・ラマン散乱とグルコー
ス濃度(32〜514 mg/dl)との -2000〜-100cm-1での
相関係数Rを示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a correlation coefficient R between anti-Stokes Raman scattering and glucose concentration (32 to 514 mg / dl) at −2000 to −100 cm −1 .

【図19】(A)は実施例の装置を用いて測定した、人
血漿にグルコースを1M含有するように調整した試料の
ラマン散乱スペクトルを示す図であり、(B)はその拡
大図である。
FIG. 19 (A) is a diagram showing a Raman scattering spectrum of a sample of human plasma adjusted to contain 1 M glucose, which was measured using the apparatus of Example, and FIG. 19 (B) is an enlarged view thereof. .

【図20】その-1130cm-1付近のアンチ・ストークス
・ラマン散乱強度とグルコース濃度との相関関係を示す
図である。
FIG. 20 is a diagram showing a correlation between anti-Stokes Raman scattering intensity and glucose concentration in the vicinity of −1130 cm −1 .

【図21】人血漿中のグルコース濃度とアンチ・ストー
クス・ラマン散乱の-2000〜0cm -1の相関係数を示す図
である。
FIG. 21: Glucose concentration in human plasma and anti-sto
Cous Raman scattering -2000 to 0 cm -1Diagram showing the correlation coefficient of
It is.

【図22】人尿にアセトンを含有させた試料の散乱スペ
クトルを示す図である。
FIG. 22 is a diagram showing a scattering spectrum of a sample in which human urine contains acetone.

【図23】同試料のアンチ・ストークス・ラマン散乱ス
ペクトルを示す図である。
FIG. 23 is a diagram showing an anti-Stokes Raman scattering spectrum of the same sample.

【図24】人尿に尿素を含有させた試料の散乱スペクト
ルを示す図である。
FIG. 24 is a diagram showing a scattering spectrum of a sample in which human urine contains urea.

【図25】同試料のアンチ・ストークス・ラマン散乱ス
ペクトルを示す図である。
FIG. 25 is a diagram showing an anti-Stokes Raman scattering spectrum of the same sample.

【図26】人尿にグルコース、アセトン及び尿素を含有
させた試料の散乱スペクトルを示す図である。
FIG. 26 is a diagram showing a scattering spectrum of a sample of human urine containing glucose, acetone and urea.

【図27】同試料のアンチ・ストークス・ラマン散乱ス
ペクトルを示す図である。
FIG. 27 is a diagram showing an anti-Stokes Raman scattering spectrum of the same sample.

【図28】人尿にグルコース、アセトン及び尿素を含有
させた試料のアンチ・ストークス・ラマン散乱スペクト
ルにおけるグルコース濃度とスペクトル強度の相関関係
を示す図である。
FIG. 28 is a diagram showing a correlation between glucose concentration and spectrum intensity in an anti-Stokes Raman scattering spectrum of a sample in which human urine contains glucose, acetone and urea.

【図29】人尿にグルコース、アセトン及び尿素を含有
させた試料のアンチ・ストークス・ラマン散乱スペクト
ルにおけるアセトン濃度とスペクトル強度の相関関係を
示す図である。
FIG. 29 is a view showing a correlation between acetone concentration and spectrum intensity in an anti-Stokes Raman scattering spectrum of a sample in which human urine contains glucose, acetone and urea.

【図30】人尿にグルコース、アセトン及び尿素を含有
させた試料のアンチ・ストークス・ラマン散乱スペクト
ルにおける尿素濃度とスペクトル強度の相関関係を示す
図である。
FIG. 30 is a diagram showing a correlation between urea concentration and spectrum intensity in an anti-Stokes Raman scattering spectrum of a sample in which human urine contains glucose, acetone and urea.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 励起光源のアルゴンイオンレーザ 4 励起光ビーム 6 バンドパスフィルタ 10 試料室 12 カメラレンズ 14 集光レンズ 16 光学調整部 18 分光器 19 受光口 20 回折格子 28 検出器 32 パーソナルコンピュータ 34 ノッチ・フィルター 2 Argon ion laser as an excitation light source 4 Excitation light beam 6 Bandpass filter 10 Sample chamber 12 Camera lens 14 Condensing lens 16 Optical adjustment unit 18 Spectrometer 19 Light receiving port 20 Diffraction grating 28 Detector 32 Personal computer 34 Notch filter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野山 晴三 京都府京都市南区東九条西明田町57番地 株式会社京都第一科学内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Haruzo Uenoyama 57, Higashikujo Nishiamita-cho, Minami-ku, Kyoto-shi, Kyoto Prefecture Kyoto Daiichi Kagaku Co., Ltd.

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 励起光を試料に照射し、試料から発生す
る散乱光のうちアンチ・ストークス・ラマン散乱光を用
いて試料中の被分析物質を測定する測定方法。
1. A method for measuring an analyte in a sample by irradiating the sample with excitation light and using anti-Stokes Raman scattered light among scattered light generated from the sample.
【請求項2】 試料中の被分析物質の濃度とアンチ・ス
トークス・ラマン散乱強度の間の相関が良好なシフト波
数をその被分析物質に固有の測定シフト波数として選択
し、 その測定シフト波数でのアンチ・ストークス・ラマン散
乱強度を検出し、検量線を用いて試料中の被分析物質を
定量分析する請求項1に記載の測定方法。
2. A shift wave number having a good correlation between the concentration of the analyte in the sample and the anti-Stokes Raman scattering intensity is selected as the measurement shift wave number specific to the analyte, and the measured shift wave number is selected. 2. The measuring method according to claim 1, wherein the anti-Stokes Raman scattering intensity of is detected, and the analyte in the sample is quantitatively analyzed using a calibration curve.
【請求項3】 測定シフト波数は被分析物質の濃度とア
ンチ・ストークス・ラマン散乱強度の間の相関関係の相
関係数Rが0.6以上、好ましくは0.8以上のシフト波
数である請求項2に記載の測定方法。
3. The measured shift wave number is such that the correlation coefficient R of the correlation between the concentration of the analyte and the anti-Stokes Raman scattering intensity is 0.6 or more, preferably 0.8 or more. Item 2. The measuring method according to Item 2.
【請求項4】 試料が生体物質である請求項1,2又は
3に記載の測定方法。
4. The measuring method according to claim 1, wherein the sample is a biological substance.
【請求項5】 励起光源を備え試料に励起光を照射する
励起光源部と、 試料に前記励起光が照射される試料部と、 試料に励起光が照射されて試料から発生する散乱光を集
光する集光光学調整部と、 前記集光光学調整部で集光された散乱光からアンチ・ス
トークス・ラマン散乱光の受光密度を高めた状態で前記
散乱光を光検出器で検出する受光部と、を備えたことを
特徴とする測定装置。
5. An excitation light source unit having an excitation light source for irradiating the sample with excitation light, a sample unit for irradiating the sample with the excitation light, and a sample for collecting scattered light generated by irradiating the sample with the excitation light. And a light receiving unit for detecting the scattered light with a photodetector in a state in which the light receiving density of the anti-Stokes Raman scattered light is increased from the scattered light collected by the light collecting optical adjustment unit. And a measuring device.
【請求項6】 前記集光光学調整部は集光系として色収
差のあるレンズを備えており、前記受光部は励起光波長
よりも短波長の光による結像位置に受光口をもち、その
受光口から入射した散乱光を検出する請求項5に記載の
測定装置。
6. The condensing optical adjustment section is provided with a lens having chromatic aberration as a condensing system, and the light receiving section has a light receiving port at an image forming position for light having a wavelength shorter than the excitation light wavelength and receives the light. The measuring device according to claim 5, which detects scattered light incident from a mouth.
【請求項7】 前記受光部は、前記受光口から入射した
散乱光を分光して前記光検出器へ導く分光器を備えてい
る請求項6に記載の測定装置。
7. The measuring device according to claim 6, wherein the light receiving unit includes a spectroscope that disperses scattered light incident from the light receiving port and guides the scattered light to the photodetector.
【請求項8】 前記集光光学調整部は検出しようとする
アンチ・ストークス・ラマン散乱光のシフト波数のみを
透過させるバンドパスフィルタを備え、 前記受光部は、前記受光口から入射した散乱光を分光し
ないで前記光検出器で検出するものである請求項6に記
載の測定装置。
8. The condensing optical adjustment unit includes a bandpass filter that transmits only the shift wave number of the anti-Stokes Raman scattered light to be detected, and the light receiving unit receives the scattered light incident from the light receiving port. The measuring device according to claim 6, which is detected by the photodetector without being spectrally separated.
【請求項9】 励起光源部は、試料に照射する励起光波
長のみを透過させるバンドパスフィルタを備えている請
求項5から8に記載の測定装置。
9. The measuring device according to claim 5, wherein the excitation light source section includes a bandpass filter that transmits only the excitation light wavelength with which the sample is irradiated.
【請求項10】 集光光学調整部は、前記色収差のある
レンズの光入射側に、試料から発生する散乱光を集光し
て平行光として前記色収差のあるレンズに導く色収差の
少ないレンズを備えている請求項5から9のいずれかに
記載の測定装置。
10. The condensing optical adjustment unit includes, on the light incident side of the lens with chromatic aberration, a lens with less chromatic aberration that collects scattered light generated from a sample and guides it as parallel light to the lens with chromatic aberration. The measuring device according to any one of claims 5 to 9.
【請求項11】 集光光学調整部は、励起光波長成分を
除去するために励起光波長をノッチ領域に含むホログラ
フィック・ノッチ・フィルタを備えている請求項5,
6,7,9又は10に記載の測定装置。
11. The condensing optical adjustment unit includes a holographic notch filter including a pumping light wavelength in a notch region in order to remove a pumping light wavelength component.
The measuring device according to 6, 7, 9 or 10.
【請求項12】 ノッチ領域は励起光源部のバンドパス
領域と対称になっている請求項11に記載の測定装置。
12. The measuring device according to claim 11, wherein the notch region is symmetrical with the bandpass region of the excitation light source unit.
【請求項13】 前記集光光学調整部は、励起光波長成
分を除去するために励起光波長及びそれより長波長側を
遮蔽するカットフィルタを備えている請求項5,6,
7,9又は10に記載の測定装置。
13. The condensing optical adjustment section includes a cut filter for blocking the pumping light wavelength and a longer wavelength side thereof in order to remove the pumping light wavelength component.
The measuring device according to 7, 9, or 10.
【請求項14】 前記受光部の受光口は、分光器の入口
スリットである請求項7に記載の測定装置。
14. The measuring device according to claim 7, wherein the light receiving port of the light receiving unit is an entrance slit of a spectroscope.
【請求項15】 前記受光部の受光口は、単芯光ファイ
バの一方の端面であり、その光ファイバの他方の端面が
分光器又は光検出器に導かれている請求項6に記載の測
定装置。
15. The measurement according to claim 6, wherein the light receiving port of the light receiving unit is one end face of a single core optical fiber, and the other end face of the optical fiber is guided to a spectroscope or a photodetector. apparatus.
【請求項16】 前記集光光学調整部の色収差のあるレ
ンズと受光口との間の距離が可変になっている請求項6
から15のいずれかに記載の測定装置。
16. A distance between a lens having chromatic aberration of the condensing optical adjustment section and a light receiving port is variable.
16. The measuring device according to any one of 1 to 15.
【請求項17】 前記試料部は球形状のセルとそのセル
を保持する部分が球形状の反射面となっている積分球形
セルホルダーとを備えている請求項5から16のいずれ
かに記載の測定装置。
17. The sample part according to claim 5, further comprising a spherical cell and an integrating sphere cell holder in which a portion holding the cell is a spherical reflecting surface. measuring device.
【請求項18】 励起光の一部を取り出して検出する参
照光用の光学系をさらに備えている請求項5から17の
いずれかに記載の測定装置。
18. The measuring device according to claim 5, further comprising an optical system for reference light that extracts and detects a part of the excitation light.
【請求項19】 アンチ・ストークス・ラマン散乱の存
在確率を示すボルツマン分布と、アンチ・ストークス・
ラマン散乱光の受光密度増強効果とを掛け算し、その結
果に修正を加えて励起光波長より短波長側の所定の範囲
にわたってアンチ・ストークス・ラマン散乱光の受光感
度が一定になるように演算を行なうデータ処理部をさら
に備えている請求項5から18のいずれかに記載の測定
装置。
19. A Boltzmann distribution showing the existence probability of anti-Stokes Raman scattering and an anti-Stokes
Multiply by the effect of increasing the received density of Raman scattered light, modify the result, and calculate so that the photosensitivity of anti-Stokes Raman scattered light becomes constant over a specified range on the shorter wavelength side than the pumping light wavelength. The measuring device according to any one of claims 5 to 18, further comprising a data processing unit to perform.
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