JPH09159604A

JPH09159604A - 一重項酸素測定装置

Info

Publication number: JPH09159604A
Application number: JP31765095A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Nishizawa; 栄一西澤; Masakazu Yamaguchi; 真主山口
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1995-12-06
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】紫外域から可視域の任意の波長に光吸収特性
をもつ光増感物質を含む試料や、光に対して直接的及び
間接的に不安定で、少量しか入手出来ない試料でも測定
可能な一重項酸素測定装置の提供。【解決手段】本発明の一重項酸素測定装置は、紫外域
から可視域の一部又は全部に連続した発光スペクトルを
有する光源と、近赤外光をカットするフィルター群から
構成される分光装置とを備えた光源部１、上記光源から
の光に強度変調を加える変調部２、強度変調された光が
照射されるセルを備えた試料部３、上記試料部からの発
光のうち一重項酸素に由来する近赤外発光を選別するフ
ィルター群から構成される分光装置と、近赤外検出器と
を備えた検出部４、及び上記検出部からの信号を処理す
る信号処理部５を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紫外から可視域の
光を利用した光増感反応により生成した一重項酸素に由
来する近赤外発光を検出することにより、一重項酸素を
測定する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一重項
酸素は、脂質の過酸化、タンパク質の変性、核酸の変性
等に関与しており、生体の光傷害や光老化などの発現機
構において重要な役割を果たしていることが明らかにな
っている。そこで、一重項酸素の存在を検出する方法が
種々提案されている。

【０００３】これまで、生体系や溶液系で光増感反応に
より生成した一重項酸素を検出する方法としては、化学
反応を利用した化学的検出法と輻射遷移に伴う発光を検
出する分光学的検出法とが用いられてきた。

【０００４】前者の化学的検出方法としては、例えば測
定しようとする系に一重項酸素と反応するジフェニルイ
ソベンゾフラン、２，２，６，６−テトラメチルピペリ
ジン又はコレステロールなどの化学物質を添加して、反
応生成物の量を測定する方法がある。しかし、上記化学
物質の添加が系自体に影響を及ぼす可能性があること、
また上記化学物質は一般には一重項酸素との特異性が低
いことから、信頼性の低いデータしか得られない。

【０００５】一方、後者の分光学的検出方法としては、
例えば一重項酸素が基底状態酸素に失活する際、輻射遷
移の過程で発する光を観測する方法がある。この方法に
は、二分子対遷移による可視域の発光を観測する方法
と、一分子遷移による近赤外域の発光を観測する方法と
がある。この二つの方法のうち、生体試料には可視域で
発光する蛋白、例えば酸化されたトリプトファンやチロ
シンが存在する点から、後者の近赤外発光を観測する方
法が最も信頼性が高い方法と考えられる。しかし、この
近赤外発光は非常に微弱であるため、近赤外検出器の感
度の問題からこれまで実用化が遅れていた。最近、高感
度近赤外検出器が開発されてきており、これを用いた検
出例も報告されてきているが、その感度は満足すべきも
のとはいえなかった。

【０００６】また、近赤外発光を利用した一重項酸素測
定装置としては特開平７−１５９３２５号公報記載のも
のなどが知られている。この公報においては、励起光源
としてレーザを用いた光増感反応により一重項酸素を発
生させ、試料の発光から一重項酸素に由来した近赤外発
光を分光器により選別し、これを検出する装置を提案し
ている。また、試料の分解が測定に及ぼす影響を排除す
るためにフローセルを用いて試料を循環させることを提
案している。しかし、この装置には下記のような欠点が
ある。

【０００７】即ち、光増感物質を励起させるための光源
としては、原理的に光増感物質が吸収可能な光を発する
すべての光源が使用できるが、近赤外域にも同時に発光
する光源は一重項酸素由来の近赤外発光検出の障害とな
るため現実的には使用できない。そこで、上記公報にお
いては単色性を有するレーザを光源として採用すること
が提案されている。しかし、レーザからは特定の波長の
光しか得られないため、この波長に一致した光吸収特性
を持つ光増感物質を含む試料しか測定できなかった。更
に、レーザは非常に高価であり、装置コストの面でも問
題があった。

【０００８】また、一重項酸素の測定に際しては、励起
光照射による直接的及び間接的な試料の分解が及ぼす測
定への影響を排除する方策を講じることも重要である。
この方策としては大量の試料を用い試料の分解の影響を
緩和する方法と、励起光出力を低くして試料の分解量自
体を減らす方法とがある。前者の方法としては、上記公
報記載のようにフローセルを用いることが提案されてい
るが、少量しか入手出来ない試料の場合は測定できない
という問題点があった。このような試料では、後者の方
法が唯一の有効な手段となるが、励起光出力の低下に伴
い一重項酸素の近赤外発光も弱まるため、従来の装置で
は検出感度が足らず実用的な装置を具体化できなかっ
た。

【０００９】このように、従来の一重項酸素測定装置
は、測定可能な試料が限定されていたために、紫外域か
ら近赤外域に分布する太陽光が生体へ及ぼす影響や、近
年注目されている太陽光と一重項酸素との関連性の研究
に広く応用することができなかった。

【００１０】従って、本発明の目的は、紫外域から可視
域の任意の波長に光吸収特性をもつ光増感物質を含む試
料や、光に対して直接的及び間接的に不安定で、少量し
か入手出来ない試料でも測定可能な一重項酸素測定装置
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らはこのような
現状に鑑み鋭意検討したところ、紫外域から可視域の一
部又は全部に連続した発光スペクトルを有する光源と近
赤外光をカットするフィルター群から構成され、フィル
ター群の組み合わせを変えることにより、任意の波長域
の光を得ることが可能な光源部と、従来の一重項酸素測
定装置で用いられていた分光器の代わりに一重項酸素の
近赤外発光の極大波長及び半値幅を考慮した透過率の高
いフィルター群からなる分光装置による検出部とを採用
することにより、測定試料の光吸収特性による制約と、
光照射に対する直接的及び間接的な不安定性による制約
とが除かれ、上記目的が達成され得ることを知見した。

【００１２】本発明は上記知見に基づきなされたもので
あり、紫外域から可視域の一部又は全部に連続した発光
スペクトルを有する光源と、近赤外光をカットするフィ
ルター群から構成される分光装置とを備えた光源部、上
記光源からの光に強度変調を加える変調部、強度変調さ
れた光が照射されるセルを備えた試料部、上記試料部か
らの発光のうち一重項酸素に由来する近赤外発光を選別
するフィルター群から構成される分光装置と、近赤外検
出器とを備えた検出部、及び上記検出部からの信号を処
理する信号処理部を有することを特徴とする一重項酸素
測定装置を提供することにより上記目的を達成したもの
である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一重項酸素測定装
置の好ましい一実施形態を図面を参照して説明する。こ
こで、図１は、本発明の一重項酸素測定装置の好ましい
一実施形態の構成を示すブロック図である。

【００１４】図１に示す実施形態の一重項酸素測定装置
は、光源部１、変調部２、試料部３、検出部４、及び信
号処理部５を具備している。以下、これら各部について
詳述する。

【００１５】まず、上記光源部１について説明すると、
該光源部１は、光源６と、フィルター群から構成される
分光装置７とを備えている。上記光源６としては、紫外
域から可視域の一部又は全部に連続した発光スペクトル
を有するものであれば特に制限無く用いることができ、
例えば、キセノンランプ、水銀キセノンランプ、タング
ステンランプ、水銀ランプ、及びＤ₂ランプなどが挙げ
られる。フィルター群から構成される上記分光装置７
は、近赤外光をカットするものである。好ましくは、上
記分光装置７は、一重項酸素に由来する近赤外発光が現
れる波長域と同じ領域の近赤外光をカットし且つ紫外域
から可視域の光の一部又は全部が透過可能なフィルター
群から構成されている。特に好ましくは、上記分光装置
７は、一重項酸素に由来する近赤外発光が現れる１１０
０〜１４００ｎｍの波長域の光をカットし且つ２５０〜
１０００ｎｍの波長域の光の一部又は全部が透過可能な
フィルター群から構成されている。

【００１６】次に、上記変調部２について説明すると、
該変調部２は、上記光源６からの光に強度変調を加える
ものであり、変調器８を備えている。該変調器８として
は、例えば、光チョッパーなどを用いることができる
が、これに限られるものではない。

【００１７】次に、上記試料部３について説明すると、
該試料部３は、上記変調部２によって強度変調された光
を集光するレンズ９と、該レンズ９によって集光された
光が照射されるセル１０とを備えている。該セル１０中
には試料が充填されている。該試料中には、所定の溶媒
に所定濃度で溶解した光増感物質が含まれている。該試
料中の光増感物質は光の照射によって励起され、そのエ
ネルギーが溶存酸素に移動する結果、一重項酸素が生成
する。上記セル１０に特に制限はないが、少量しか入手
できない試料にも対応できる石英製の固定セルを用いる
ことが好ましい。しかしながら、フローセル等の他のセ
ルを用いることもできる。また、上記光増感物質から溶
存酸素へのエネルギー移動の効率を高めるために、上記
セル１０は、図１に示すように、空気又は酸素ガスをバ
ブリングするための吹き込み口１２を備えている。ま
た、上記セル１０と上記吹き込み口１２との間には、空
気又は酸素ガスを溶媒で飽和させるための前処理装置１
１、例えば洗気ビンなどが設けられている。

【００１８】次に、上記検出部４について説明すると、
該検出部４は、上記試料部３からの発光のうち一重項酸
素に由来する近赤外発光を選別するフィルター群から構
成される分光装置１８と、近赤外検出器１７とを備えて
いる。上記分光装置１８は、上記試料部３のセル１０か
らの発光を平行光にするレンズ１５、該平行光から紫外
及び可視光をカットし、近赤外光を透過させる単独又は
複数のフィルター群１３及び近赤外干渉フィルター１
４、並びに該フィルター群１３及び該近赤外干渉フィル
ター１４によって選別された、一重項酸素に由来する近
赤外発光を集光するレンズ１６を備えている。上記近赤
外干渉フィルター１４は、１１５０〜１３５０ｎｍの範
囲に透過極大波長を一つだけ有し且つ半値幅が１００ｎ
ｍ以下であることが好ましく、また、上記フィルター群
１３は、１１５０〜１３５０ｎｍ以外の４００〜２００
０ｎｍの波長域の光をカットするカットフィルター群で
あることが好ましい。このような近赤外干渉フィルター
及びカットフィルター群を用いることにより、一重項酸
素に由来する近赤外発光を弱めることなく選択的に取り
出すことができ、一層検出感度の高い一重項酸素測定装
置とすることができるという効果が奏されるので好まし
い。特に、上記近赤外干渉フィルター１４として、透過
率及び半値幅が等しく且つ透過極大波長が異なる複数の
近赤外干渉フィルターのそれぞれを上記カットフィルタ
ー群と組み合わせて用いて、それぞれの組み合わせから
得られる信号強度を比較することにより、一重項酸素の
発光スペクトルを得ることが可能であり、一重項酸素の
発生の有無を確認することができる。また、近赤外検出
器１７は、上記レンズ１６で集光された近赤外光を電気
信号に変換するものである。該近赤外検出器１７として
は、例えば液体窒素冷却型ゲルマニウム検出器などが挙
げられるが、これに限定されるものではない。

【００１９】次に、上記信号処理部５について説明する
と、該信号処理部５は、上記検出部４からの電気信号を
処理するものであり、上記検出部４からの電気信号を増
幅する増幅機能、該増幅機能により増幅された信号から
上記変調部２の変調周波数と同一の周波数成分を選別す
るフィルター機能、該フィルター機能からの出力信号を
積算する積算機能、及び該積算機能での結果を表示・記
録する表示記録機能を備えている。上記増幅機能、上記
フィルター機能及び上記積算機能としては、例えばプリ
アンプ、ロックインアンプ、ボックスカー積分器、周波
数フィルター、及びオシロスコープなどを単独で又は複
数組み合わせたものを用いることができるが、これらに
限られない。また、上記表示記録機能としては、例えば
コンピュータ、プロッター、及びプリンターなどを単独
で又は複数組み合わせたものを用いることができるが、
これらに限られない。

【００２０】次に、上記測定装置を用いた本発明の一重
項酸素の測定方法について説明する。本発明の一重項酸
素の測定方法は、紫外域から可視域の一部又は全部にお
いて連続しており且つ近赤外域の光を含まない光に強度
変調を加え、該強度変調を加えた光を光増感物質を含有
する試料に照射して該光増感物質を励起させることによ
り一重項酸素を生成させ、該試料からの発光のうち生成
した一重項酸素に由来する近赤外発光のみを選別し、選
別された近赤外発光を検出することを特徴とする。

【００２１】上記方法について詳述すると、上記光源部
１における光源６及び分光装置７により、紫外域から可
視域の一部又は全部において連続しており且つ近赤外域
の光を含まない光を発生させる。発生した光には上記変
調部２において所定の強度変調が加えられる。この強度
変調が加えられた光を、後述する実施例において説明す
るような光増感物質を含有する試料に照射する。照射に
よって、該光増感物質は励起し、そのエネルギーが溶存
酸素に移動して一重項酸素が生成する。該試料からの発
光のうち生成した一重項酸素に由来する近赤外発光は、
上記検出部４における分光装置１８によって選別され
る。そして、選別された近赤外発光は、上記検出部４に
おける近赤外検出器１７によって電気信号に変換され、
かかる電気信号は上記信号処理部５によって処理され、
測定結果が得られる。

【００２２】

【実施例】本発明の一重項酸素測定装置の測定感度等を
実証するために下記の実施例により一重項酸素の測定を
行った。なお、本発明はこれら実施例になんら制約され
るものではない。

【００２３】〔実施例１〕一重項酸素の検出＜（１）測定装置＞一重項酸素の測定装置を次のように構成した。（１）光源部の光源及び分光装置：・愛宕物産社製、キセノンランプ（１００Ｗ）・水フィルター（光路長５０ｍｍ）・ホヤ（ＨＯＹＡ）社製、色ガラスフィルター群Ａ（Ｈ
Ａ−１５、ＨＡ−３０、Ｇ−５３３）又はＢ（ＨＡ−１
５、ＨＡ−３０、Ｕ−３６０、Ｂ−３９０）（２）変調部：・ＮＦ回路ブロック社製、ライトチョッパ（５５８４
Ａ）（３）試料部：・石英製四面透明角型セル（セル長２×１０ｍｍ、高さ
５０ｍｍ）（４）検出部の分光装置及び近赤外検出器：・ホヤ（ＨＯＹＡ）社製、色ガラスフィルター（ＩＲ−
８５）・日本真空光学社製、近赤外透過干渉フィルター（透過
極大波長１２３７ｎｍ、１２６７ｎｍ、１２９９ｎｍ、
極大波長における透過率は約８０％、半値幅は約４０ｎ
ｍ、また各フィルターの透過率と半値幅は±６％で一致
する）・ノースコースト（ＮｏｒｔｈＣｏａｓｔＳｃｉｅ
ｎｔｉｃＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）社製、ゲルマニウ
ム検出器（ＥＯ−８１７Ｌ、液体窒素冷却型）（５）信号処理部：・ＮＦ回路ブロック社製、超低雑音増幅器（ＳＡ−２０
０Ｆ）・ＮＦ回路ブロック社製周波数フィルター（Ｅ−３２
０１Ｂ）・テクトロニクス（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ）社製、デジタ
ルストレージオシロスコープ（２４３１Ｌ）・ＮＥＣ社製、パーソナルコンピュータ（ＰＣ−９８
０１ＢＡ）及びＧＰ−ＩＢインターフェース

【００２４】＜（２）測定方法＞まず、光増感物質とし
て代表的な物質であるローズベンガルの５０μＭエタノ
ール溶液について測定を行った。ローズベンガルは、可
視域（５６０ｎｍと５２０ｎｍ）に吸収極大をもつ。光
源部の分光装置の色ガラスフィルター群としてフィルタ
ー群Ａを使いキセノンランプの発光から５００〜５８０
ｎｍの励起光を得て、セルに照射した。このとき、セル
から生じた近赤外発光を検出し、その信号強度を測定し
た。検出部の分光装置においては、色ガラスフィルター
と透過極大波長の異なる三種類の干渉フィルター（１２
３７、１２６７、１２９９ｎｍ）のいずれか一つとを組
み合わせたものを使い、それぞれの信号強度を測定し
た。

【００２５】図２に、信号強度を干渉フィルターの極大
波長に対してプロットした結果を示す。図２から明らか
なように、１２６７ｎｍの干渉フィルターの使用におい
て信号強度が最大となる発光スペクトルが得られた。一
重項酸素の近赤外発光は１２７０ｎｍ付近に発光極大を
持つことが知られており、これは本発明の測定装置で得
られた発光スペクトルの極大波長と一致している。次
に、上記ローズベンガルの５０μＭエタノール溶液に一
重項酸素消去剤として代表的なトリエチルアミン５０μ
Ｍを添加した後、上記と同様の測定を行った結果を図２
に示す。図２から明らかなように、一重項酸素に由来す
る近赤外発光がほぼ消失していることが分かる。以上の
結果から、本発明の装置により可視域に吸収をもつ光増
感物質を含む試料に対して一重項酸素を検出できること
が確認された。

【００２６】〔比較例１〕一重項酸素の検出感度本発明の測定装置の検出感度を検討するために、実施例
１の測定装置における検出部の分光装置の代わりに、従
来用いられている分光器を用い実施例１と同様の測定を
行った。その結果を図２に示す。図２から明らかなよう
に、１２７０ｎｍに発光極大をもつ一重項酸素由来の発
光スペクトルが得られた。しかし、その信号強度は実施
例１で得られた信号強度の約２００分の１に減衰してい
た。以上の結果から、フィルター群からなる分光装置を
用いた本発明の測定装置の方が検出感度が向上している
ことが確認された。なお、本比較例において用いた分光
器は、ジョバンエボン（ＪｏｖｉｎＹｖｏｎ）社製
ＨＲ−３２０（ブレーズ波長１０００ｎｍ、刻線数６０
０ｇｒ／ｍｍ、スペクトル分解能５ｎｍ）である。

【００２７】〔実施例２〕Ｅ．Ｏｌｉｖｅｒｓｅｔ．
ａｌ．，Ｈｅｌｖ．Ｃｈｅｍ．Ａｃｔａ７４巻、
７９頁（１９９１）に記載の紫外域に吸収極大（吸収極
大波長３８２ｎｍと３６０ｎｍ）をもつ光増感剤である
フェナレノンの５００μＭエタノール溶液について実施
例１と同様の測定を行った。本実施例では、紫外域の励
起光を得るために、光源部の分光装置の色ガラスフィル
ター群としてフィルター群Ｂを用い、キセノンランプの
発光から３４０〜３８０ｎｍの励起光を得た。図３に示
す測定結果から明らかなように、図２と同様の発光スペ
クトルが得られた。このことから、本発明の測定装置
は、紫外域に吸収をもつ光増感物質を含む試料に対して
も、可視域に吸収をもつ光増感物質を含む試料と同様に
適用出来ることが確認された。

【００２８】

【発明の効果】以上、詳述した通り、本発明の一重項酸
素測定装置によれば、励起光の波長及び光照射に対する
試料の安定性に起因して、測定対象となる試料に制約が
課せられていた従来の一重項酸素測定装置とは異なり、
励起光として紫外域から可視域の任意の波長域の光を利
用することが可能になり、この範囲に光吸収特性をもつ
光増感物質を含む試料の測定が可能となった。また、フ
ィルター群からなる透過率の高い分光装置を用いた検出
部を用いることにより、検出感度が向上し、光に対して
不安定で、かつ少量しか入手出来ない貴重な試料の測定
も可能になった。従って、本発明の一重項酸素測定装置
を、紫外域から可視域まで幅広いスペクトル特性を有す
る太陽光の生体に及ぼす影響と一重項酸素との関連性を
知る手段として幅広く応用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一重項酸素測定装置の好ましい一実施
形態の構成を示すブロック図である。

【図２】実施例１及び比較例１で測定された一重項酸素
の発光スペクトルを示す図である。

【図３】実施例２で測定された一重項酸素の発光スペク
トルを示す図である。

【符号の説明】

１光源部２変調部３試料部４検出部５信号処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】紫外域から可視域の一部又は全部に連続
した発光スペクトルを有する光源と、近赤外光をカット
するフィルター群から構成される分光装置とを備えた光
源部、上記光源からの光に強度変調を加える変調部、強度変調された光が照射されるセルを備えた試料部、上記試料部からの発光のうち一重項酸素に由来する近赤
外発光を選別するフィルター群から構成される分光装置
と、近赤外検出器とを備えた検出部、及び上記検出部か
らの信号を処理する信号処理部を有することを特徴とす
る一重項酸素測定装置。
【請求項２】上記光源部の分光装置が、一重項酸素に
由来する近赤外発光が現れる１１００〜１４００ｎｍの
波長域の光をカットし且つ２５０〜１０００ｎｍの波長
域の光の一部又は全部が透過可能なフィルター群から構
成される分光装置である、請求項１記載の一重項酸素測
定装置。
【請求項３】上記検出部の分光装置が、１１５０〜１
３５０ｎｍの範囲に透過極大波長を一つだけ有し且つ半
値幅が１００ｎｍ以下である近赤外干渉フィルターと、
１１５０〜１３５０ｎｍ以外の４００〜２０００ｎｍの
波長域の光をカットするカットフィルター群とを備えた
分光装置である、請求項１又は２記載の一重項酸素測定
装置。
【請求項４】上記試料部のセルが、石英製の固定セル
である請求項１〜３の何れかに記載の一重項酸素測定装
置。
【請求項５】上記試料部のセルが、空気又は酸素ガス
の吹き込み口を備えたセルである、請求項１〜４の何れ
かに記載の一重項酸素測定装置。
【請求項６】上記信号処理部が、上記検出部からの信
号を増幅する増幅機能、該増幅機能により増幅された信
号から上記変調部の変調周波数と同一の周波数成分を選
別するフィルター機能、該フィルター機能からの出力信
号を積算する積算機能、及び該積算機能での結果を表示
・記録する表示記録機能を備えた信号処理部である、請
求項１〜５の何れかに記載の一重項酸素測定装置。