JPH1096698A

JPH1096698A - ラマンの相関分光学的分析方法およびそのための分析装置

Info

Publication number: JPH1096698A
Application number: JP9203050A
Authority: JP
Inventors: Wolfgang Dr Schrof; ヴォルフガング、シュロフ; Juergen Dr Klingler; ユルゲン、クリングラー; Dieter Dr Horn; ディーター、ホルン
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1997-07-29
Publication date: 1998-04-14
Also published as: EP0822395A3; DE59709602D1; EP0822395B1; DE19630956A1; US5949532A; EP0822395A2; ATE235674T1

Abstract

(57)【要約】【課題】粒子の拡散パラメータ、例えば拡散速度、拡
散係数、粒子の局部的濃度、寸法および流動挙動を測定
するための、良好な選択性を有し、かつ観測されるべき
粒子の目印附けを必要としない方法を提供することであ
り、また対応する装置を提供することである。【解決手段】光源、ことにレーザの励起光を試料に指
向させ、観察される容積試料からのラマン散乱光を捕集
して、分光器、ことに格子分光写真器に導いて、これを
スペクトル線に分解し、少なくとも１本のスペクトル線
の輝度を毎秒少なくとも１０回それぞれの光検知器、こ
とに光電子倍増管またはフォトダイオードで測定し、こ
のスペクトル線につき測定された輝度値に基づいて、こ
のスペクトル線に対応する、試料中粒子の拡散パラメー
タ、濃度、寸法または流動挙動を、上記輝度値の変動分
析、ことに自己相関分析または周波数分析により算出す
ることを特徴とする、試料中粒子の拡散パラメータ、濃
度、寸法または流動挙動の測定方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、ラマン分光学的方法および装置
に関する。この新規の方法は、試料中の粒子の拡散パラ
メータ、濃度、寸法および流動挙動の測定を、極めて簡
単な態様で可能ならしめる。この本発明による新規の方
法、装置は、ことに相関分光学的手法をもたらし、いわ
ばラマン相関分光学的方法と称される。

【０００２】

【従来技術】いわゆる粒子、すなわち、分子、凝集体あ
るいはさらに大きい粒子まで含めて、その拡散挙動を測
定するための種々の方法が知られている。粒子拡散を測
定するためのもっとも簡単な方法としては、粒子に、例
えば染料で目印を附し、顕微鏡で観察する方法が挙げら
れる。また他方において、例えば西独特願公開４４２９
２３９号公報に記載されているように、分子粒度範囲の
極微小粒子の拡散挙動を測定するために、蛍光相関分光
学的方法がある。この方法においては、粒子自体が蛍光
を持たない場合、蛍光染料で目印を附し、試料に励起光
を放射し、試料粒子の蛍光を検知する、特定の蛍光波長
の経時的輝度変化から、拡散パラメータ、例えば拡散速
度、拡散係数が、自己相関関数の確定により、あるいは
周波数分析で推測され得る。また、蛍光粒子の粒度も測
定可能である。この方法の利点は、観察の高度の選択性
である。蛍光信号のみにより、すなわち原則的に特異な
ラベルが附された粒子のみを捕集し、分析すればよいか
らである。しかしながら、この蛍光相関分光学的手法
は、蛍光を発する、あるいは蛍光染料で目印が附された
粒子に限定されるという欠点がある。すなわち、分子レ
ベルの極微小粒子の拡散特性ないし局部的濃度の観察は
直接的には不可能である。さらに、非蛍光的粒子は、大
掛かりな準備なしには観察され得ない。このような必要
な準備は、例えば環境保護関連の観測において、実験室
内ではなく、野外で行う場合、この技術の採用を著しく
制約する。

【０００３】蛍光相関分光学的方法は、例えば、Ｐｈｙ
ｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．２９（１９７２）７０５−７０
８における、Ｄ．マッジ、Ｅ．Ｌ、エルソン、Ｗ．Ｗ．
ウエブの報文、Ｐｈｙｓ．Ｓｃｒ．１９（１９７９）４
８６−４９０における、Ｒ．リーグラー、Ｐ．グラッセ
リ、Ｍ．エーレンベルクらの報文、１９９１年、ニュー
ヨークのプレナム、プレス刊、「トピックス、イン、フ
ルオレッセンス、スペクトロスコーピイ」第１巻（Ｊ．
Ｒ．ラコヴィッチ編）３３７−４１０におけるＮ．Ｌ．
トンプスンの報文に説明されている。また相関分光学的
方法は、概略的に、１９７６、ウィリイ社刊、Ｂ．Ｊ．
バーン、Ｒ．ペコラの「ダイナミック、ライト、スキャ
タリング」に記載されている。

【０００４】粒子の拡散挙動、寸法、濃度または流動挙
動を検討する他の方法は、フォトン相関分光学的方法で
あって、これは蛍光相関分光学的方法と同様に、励起光
を試料に放射し、試料からの準弾性散乱光を捕集し、変
動分析により分析する。この方法の利点は、各粒子が準
弾性的に光を散乱させるので、粒子に目印をつける必要
がないことである。しかしながら、その結果として、同
時に観察の選択性が著しく低減される欠点を有する。

【０００５】また試料の組成を分析するためのラマン分
光学的方法が、例えば、１９９５年、ＶＣＨワインハイ
ム社刊、Ｂ．シュラーデルの「インフラレッド、アン
ド、ラマン、スペクトロスコーピイ」、Ａｐｐｌ．Ｓｐ
ｅｃｔｒｏｓｃ．４９（１９９５）１４１１−１４３０
における、Ｌ．マークウォルト、Ｂ．キップ、Ｅ．ダ、
シルヴァ、Ｂ．ルーセルの、「レゾナンス、ストラクチ
ャーズ、イン、エラスティック、アンド、ラマン、スキ
ャタリング、フロム、マイクロスフィーアズ」と題する
報文、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．（１９９１年２月１日）、３
０（４）巻、４５９−４６７頁における、チャクＫ．
チャン、リチャード、Ｃ．フラガン、ジョーン、Ｈ．ザ
インフェルトの「エンハースメント、オブ、ザ、ラマ
ン、スペクトラム、オブ、オプティカリイ、レヴィエイ
テッド、マイクロスフィーアズ、バイ、スィーデッド、
ナノパーティクルズ」と題する報文、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏ
ｃ．Ａｍ．Ｂ（１９９５）、１２（２）、２８１−２８
６頁におけるＴ．カイザー、Ｇ．ロール、Ｇ．シュヴァ
イガーの報文に記載され公知である。これら刊行物に
は、分子振動および分子回転の測定による試料の化学的
組成の測定も含まれている。ラマン分光学的方法におい
ては、励起光が試料まで導かれ、散乱光のスペクトル組
成と、散乱光の個々のスペクトル線の輝度が分析され
る。このようなラマン分光学的方法は、高い選択性を有
するが、粒子の拡散挙動に関する情報は提供しない。

【０００６】

【解決されるべき課題】そこで、本発明の目的ないしこ
の技術分野の課題は、粒子の拡散パラメータ、例えば拡
散速度、拡散係数、粒子の局部的濃度、寸法および流動
挙動を測定するための、良好な選択性を有し、かつ観測
されるべき粒子の目印附けを必要としない方法を提供す
ることであり、また対応する装置を提供することであ
る。

【０００７】

【課題解決手段】しかるに、この目的ないし課題は、光
源の励起光を、試料中に指向させ、試料の観察されるべ
き容積からの散乱光を捕集してスペクトログラフ、すな
わち分光写真器に導くことにより、試料内の粒子の拡散
パラメータ、濃度、寸法および流動挙動を測定する方法
により、達成ないし解決されることが本発明者らにより
見出された。この分光写真器において、上記散乱光は複
数のスペクトル線に分解され、その少なくとも１本のス
ペクトル線の輝度が、毎秒少なくとも１０回、各スペク
トル線につき１個の分光写真器により測定される。この
各スペクトル線ごとの測定輝度値を基礎として、必要と
される物理的可変数値が算出される。この可変数値は、
問題のスペクトル線に基因する粒子の拡散パラメータで
あり、濃度であり、また粒子寸法である。

【０００８】しかしながら、粒子の流動挙動に関する情
報は、観察された試料容積を適当に流動させれば得られ
る。この計算は、蛍光相関分光学的方法から本質的に公
知の、単一もしくは複数の分析装置により行われる。こ
れには、時間に依存する輝度を変動分析に附することが
含まれ、これは、適当なコンピュータモデルが使用さ
れ、特定のスペクトル線の輝度パターンを分析し、次い
で必要な数値を算出することを意味する。このようなモ
デルは、相関分光学において一般的に知られている。例
えば西独特願公開４４２９２３９号公報に記載されてい
るように、輝度の自己相関関数を確定することが可能で
ある。あるいはまた、例えば経時的輝度変化のフーリエ
分解により、周波数分析を行うことも可能である。従っ
て、観察対象粒子の種類、構造のみならず、該粒子の寸
法および拡散挙動に関する情報も入手可能である。従っ
て本発明によるラマン相関分光学的方法は、蛍光相関分
光学的方法の選択性と、フォトン相関分光学的方法の可
変的オプションとの組み合わせである。何となれば、一
方において、極めて特定的な粒子のスペクトル線を観察
することができ、他方において、これら粒子に対して目
印を附ける必要がないからである。１本のスペクトル線
の代わりに、上記したところに関連して、スペクトルバ
ンド、すなわち密接している複数本の集合スペクトル線
を常に観察、分析することが可能である。

【０００９】本発明方法において、可能であれば単色光
であるべき励起光は、いかなる光源からでも得られる
が、レーザを使用するのが好ましい。光導線、ことに光
ファイバを使用して、励起光は、試料に向けて指向され
る。この試料は分析されるべき粒子を含有する。観察さ
れるべき粒子は、分子ないしこの寸法レベルの粒子であ
ってもよいし、凝集体でも、さらに大きい粒度の粒子で
あってもよい。これらの粒子は、例えば液体中に懸濁さ
れていてもよく、また粒子運動を過度に制約しない他の
試料中に存在していてもよい。励起光は試料中の粒子に
より非弾性的に散乱され、従って試料から周波数偏移散
乱光が放射される。このラマン散乱光が光学系ないし光
ファイバにより捕集され、スペクトログラフ、すなわち
分光写真器、ことに格子分光写真器に導かれ、これによ
り散乱光は分解されて、個々のスペクトル線になされ
る。次いで、前述したようにこのスペクトル線が分析さ
れる。

【００１０】観察されるべき変動、すなわち、拡散に関
する観察領域を明瞭ならしめるために、試料における観
察領域ないし容積は明確に限定され、正確な寸法で規制
されねばならない。この観察されるべき容積寸法は、典
型的には０．１μｍ³ から５００００μｍ³ である。こ
れは、まず粒子寸法に応じて変化するが、またその濃
度、すなわち量割合その他のパラメータにも依存する。
試料容積は、励起光のビーム径路における共焦光学的素
子と、散乱光ビーム径路に在る孔隙により、あるいは他
の有効手段、例えば光ファイバ、ことにウェーブガイド
により規制される。例えば１９８４年、ニューヨークの
アカデミックプレス社刊、Ｔ．ウィルソン、Ｃ．シェパ
ードの「セオリー、アンド、プラクティス、オブ、スキ
ャニング、オプティカル、マイクロスコーピイ」、１９
８４年、ロンドンのアカデミックプレス社刊、Ｔ．ウィ
ルソン編「コンフォーカル、マイクロスコーピイ」に記
載されているような共焦光学素子が使用される場合に
は、励起光ビームは、試料もしくはその近傍に集光し、
励起光円錐の円周により、その横断面が規制される。散
乱光が分析される容積の高さは、散乱光のビーム径路に
在る孔隙の寸法、および位置の関数である。試料の上方
層または下方層から来る散乱光はフィルタで除去される
からである。前述した西独特願公開４４２９３２９号公
報に記載されているような光ファイバが、この蛍光相関
分光学的方法に使用される場合には、観察容積は、試料
中に挿入された、あるいは透明な試料容器外周に置かれ
た光ファイバにより規制される。この場合の容積の規制
は、極めて小さい横断面積を有する光ファイバ先端にお
ける光は、その軸方向以外の方向においては試料中には
入り得ないという事実に基づく。従って、軸線方向にお
ける観察容積は、光ファイバ中に後方散乱するラマン散
乱光の輝度の低減により制限される。観察容積を規制す
る他の方法は、１本は励起光を放射するための、他方は
散乱光を捕集するための計２本の光ファイバを使用し、
両光ファイバを相互にある角を成して配置し、光放射円
錐と光捕集円錐との交差容積が観察容積を規制する。

【００１１】問題のスペクトル線の輝度測定周波数は、
測定に必要な臨時的分解に依存するが、粒子分散に関す
る手掛かりを得るために、問題のスペクトル線の輝度
は、毎秒少なくとも１０回測定されねばならない。この
臨時分解には、迅速に応答し、短い緩和時間を示す光検
知手段、例えば光電子倍増管またはフォトダイオードが
有用である。測定された輝度から自己相関関数を算出す
るか、あるいはフーリエ分解その他の適当な分析方法を
採り得る。

【００１２】励起光としてレーザその他の単色光源を使
用する場合、散乱光のビーム径路にノッチフィルタを設
け、周波数偏移していない反射励起光を散乱光から分離
し、その後のスペクトル分析に役立てるのが好ましい。
このノッチフィルタは、また入射励起光ビームを偏移さ
せるためにも利用され得る。この特定的な波長は、極め
て高度の正確性を以て反射し、このフィルタにより伝送
されることはないからである。

【００１３】レーザが使用される場合、パルスモード
で、すなわち非継続的に使用するのも有利である。レー
ザ光で励起され、散乱光に重畳せしめられる試料粒子か
らの蛍光は、入射光に対して若干の遅れを以て応答す
る。散乱のオンセットは、直ちに、すなわちその遅れは
無視し得る程度に過ぎないからである。従って、パルス
光源が使用される場合、散乱光はパスル間で測定され、
遅れて到達する蛍光は、分析用の適当なタイムウインド
ウを選定して一時的にフィルタにより除外され得る。

【００１４】本発明において、ラマン散乱光の少なくと
も２本のスペクトル線輝度を測定し、被験粒子の拡散挙
動の相関を決定する方法がことに好ましい。そのため
に、これらの個々の輝度信号を、相互相関関数により、
相互相関させるのが好ましい。しかしながら、他の適当
な相関方法を使用することも可能である。複数種類の粒
子の変動が、相関態様、すなわち同期化状態で生起して
いるか否かを示すことは可能である。従って、例えば、
特定の複数分子が相互に結合されているか、あるいは適
当な支承体上に位置しているかを推測することができ
る。原則的に、何本のスペクトル線でも観測し、分析す
ることが可能である。勿論、この場合、各スペクトル線
毎の観察チャネル、光検知器を設ける必要がある。

【００１５】本発明の範囲内において、ラマン散乱光の
みでなく、試料観測容積からの蛍光または準弾性的散乱
励起光をも記録し、分析する方法も提供され得る。この
場合、ラマン散乱光は、上述したように励起され、検知
され、分析される。さらに前述したように、試料が蛍光
を発する粒子を含有するならば、常に蛍光が生起する。
そうでない場合には、試料粒子に蛍光染料を施し得る。
準弾性散乱光は、ラマン効果により非弾性的散乱光のほ
かに常に生起する蛍光と、準弾性的散乱光の検知は、試
料からのラマン散乱光のビーム径路において行われる。
スペクロトグラフ、すなわち分光写真器に入射する前
に、これらの追加成分は、ラマン散乱光とは別に適当な
手段により取り出され、分析されるか、あるいはラマン
散乱光と共に分析されねばならない。このために、蛍光
と準弾性散乱光の輝度が、前述した変動分析、すなわち
自己相関分析ないし周波数分析を行うために使用される
ことができ、これにより蛍光分析ないしフォトン分析に
関連して測定されるべき種々のパラメータ関連情報がも
たらされる。ラマン散乱、準弾性散乱および蛍光による
信号を、例えば相互相関関数の使用により相互に相関さ
せるならば、極めて興味ある観察が可能になる。この場
合、どの粒子が相互に結合されているか、あるいは同様
に典型的挙動をするか、あるいは全く異なる挙動をする
かが判別可能になるからである。

【００１６】本発明方法のさらに他の有利な実施態様に
よれば、励起光の波長を、観察されるべき粒子の吸収周
波数に近接するように選定するのが好ましい。これによ
り、散乱光が共振ラマン効果により増強されるからであ
る。しかしながら、この効果を利用するためには、観察
されるべき粒子のタイプに適合するように光源を選定し
なければならない。さらに、光源および／または試料を
収容する容器中における励起光もしくは散乱光を共振に
より増強することが好ましい。このための装置の例とし
て、ファブリイーペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）共
振子、または、励起光もしくはラマン散乱光の共振的増
強をもたらすような条件に対応する寸法に微小工学的に
作製された鏡張り容器が使用される。

【００１７】本発明により上述した方法のいずれかを実
施するための有利な装置は、励起光をもたらす光源、こ
とにレーザ、光源に接続され、励起光を試料中に導くよ
うになされている第１光学的素子、試料に接続され、ラ
マン散乱光を捕集して、これを試料から伝送するための
第２光学的素子、この第２光学的素子に接続され、試料
からのラマン散乱光をスペクトル線に分解する分光写真
器、ことに格子分光写真器、毎秒少なくとも１０回、ス
ペクトル線の輝度を測定する、少なくとも１個の光検知
器、ことに光電子倍増管またはフォトダイオード、少な
くとも１本のスペクトル線のラマン散乱光を光検知器に
導くための第３光学的素子、試料中粒子の拡散パラメー
タ、濃度、寸法または流動挙動を輝度の変動分析、こと
に自己相関分析、または周波数分析により、あるいは少
なくとも２本のスペクトル線が観察される場合には、相
違するスペクトル線の輝度を相互相関分析することによ
り、算出するための分析装置を具備することを特徴とす
る。

【００１８】本発明による好ましい装置は、第１および
／または第２光学的素子が、励起光を試料中に導き、か
つ／もしくは試料の観察容積からの散乱光を捕集する光
ファイバから成る。

【００１９】

【実施例】以下において、好ましい実施例を例示する添
附図面を参照して、本発明をさらに具体的に説明する。

【００２０】図１は、本発明によるラマンの相関分光学
的分析方法を実施するための本発明装置を示す。この装
置は、基本的に共焦顕微鏡と、レーザ光源およびラマン
分光計との組み合わせで構成される。レーザ光源１の励
起光は、この装置においてノッチフィルタ２により偏移
され、レンズ３を経て、分析されるべき粒子を含有する
試料１０に指向される。ノッチフィルタは、特定のレー
ザ波長を殆ど全体的に反射するので、偏移にはことに適
する。しかしながら、このために慣用のミラー装置も使
用され得る。レンズ３は、試料１０における観測容積の
横断面積を限定する。これはレーザ１の励起光の焦点を
絞り、形成される光円錐が、入射光に直交して試料内に
おけるレーザ光が伝播することを制約するからである。
試料内において非弾性的に散乱したレーザ光は、試料か
らレンズ３により捕集され、ノッチフィルタ（これは試
料１０から反射される励起光を濾波する）を介して、孔
隙４に向けて伝送される。そのマスキング効果により、
この孔隙４は、試料１０における観察容積の深さ、すな
わちこの容積の、励起光入射方向における範囲を制約す
る。孔隙４の下流において、ラマン散乱光は、レンズ５
を経て、散乱光を分散させる格子分光器６に達する。個
々のスペクトル線はさらにレンズ７を経て光検知器８に
達し、これによりスペクトル線の輝度ないし強度が測定
される。分析装置９において、経時的なこの各スペクト
ル線の強度変化が、変動分析に附され、例えば自己相関
関数が決定され、または周波数分析が行われる。この目
的に使用され得る分析装置の具体例は、コリレータ、周
波数分析装置、適当なソフトウエアを具備する一般的コ
ンピュータである。これらの関数により、分析されるべ
き個々の粒子の拡散パラメータ、濃度、寸法、流動挙動
を決定し得る。

【００２１】図２は、上述したように、レーザ１１の励
起光をノッチフィルタ１２およびレンズ１３により試料
２０に指向させる本発明装置の好ましい実施例を図示し
ている。ラマン散乱光は、次いで、レンズ１３、ノッチ
フィルタ１２、孔隙１４およびレンズ１５を経て、格子
分光器１６に指向され、この分光器から、ラマン散乱光
のスペクトル部分は、レンズ１７を経て、２個の分光器
１８に達する。各分光器は、それぞれのスペクトルライ
ンに、あるいはスペクトルバンド、すなわちスペクトル
ライン集合体に交互に割り当てられる。この処理過程に
おいて、まずそれぞれのスペクトルラインの強度が別個
に分析装置１９により測定され、次いで相互関連され、
異なる粒子の分散挙動の相関関係について適当な推論を
可能にする。２個の検知器の代わりに、さらに多数の光
検知器を設け、多数の類型の粒子の挙動を同時に観察す
ることも可能である。

【００２２】図３はラマン散乱光と蛍光を同時に観測す
る装置を示す。この装置においては、レーザ３１の励起
光は、ノッチフィルタ３２に指向され、これにより励起
光はレンズ３２に向けて反射される。試料からの反射光
は、レンズ３３、ノッチフィルタ３２および孔隙３４を
経て二色フィルタ３９に達する。このフィルタ３９は、
試料からの蛍光を濾波して、追加的検知器４０に指向さ
せる作用をする。ラマン散乱光は、フィルタ３９および
レンズ３５を経て分光器３６に導かれ、これによりラマ
ン散乱光は偏移され、レンズ３７および孔隙４３、４４
を経て、検知器３８、４１に導かれる。検知器３１、４
１、４０は、すべて分析装置４２に接続されている。検
知器３８もしくは４１からの信号と、検知器４０からの
信号との相互相関は、ここで計算されるのが好ましい。
これにより、蛍光粒子の挙動からもたらされる情報と、
ラマン散乱光の分析からもたらされる情報とが、相互に
組み合わされる。ただし、二色フィルタ３９と、追加的
検知器４０とは省略されることもできる。この場合、蛍
光は、ラマン散乱光と共に、格子分光器３６に導かれ、
これによりフラクションはそれぞれの相違する周波数に
より分離され、分離された端数は、ラマン散乱光の単に
相違する波長であるかのようにして、検知器３８、４１
において分析され得る。

【００２３】図４は、本発明装置のさらに他の装置を示
しているが、これは孔隙５４とレンズ５５の間にさらに
ノッチフィルタ５９が設けられ、追加的検知器６０を具
備する点において、図１の装置と相違する。このノッチ
フィルタ５９により、準弾性散乱光は、試料５０から偏
移されて、追加的検知器６０に導かれるが、この検知器
６０は、ラマン散乱光用の検知器５８と同様に、分析装
置６１に接続されている。この分析装置において、検知
器５８からのラマン散乱光の信号は、検知器６０からの
準弾性散乱光の信号と優先的に相互相関せしめられる。
この場合にも、粒子相関について特定の結論を出すこと
が可能である。この実施例装置において、第１のノッチ
フィルタ５２は二色（ダイクロイック）ミラーにより代
替され、準弾性散乱光の信号が著しく微弱にならないよ
うにすることができる。

【００２４】上述した図３の装置と、図４の装置は、相
互結合されることもできる。この場合、同じ方法ないし
同じ測定装置で、ラマン散乱光と、準弾性散乱光ないし
蛍光とのフラクションを測定、分析することができる。
このようにして、いかなる信号でもこれを他の信号と相
関させ得る。

【００２５】本発明の適用分野は、ことに医薬、環境保
護、一般的分析化学であるが、本発明方法は、ことに粒
子における、または粒子間の反応、あるいは粒子成長過
程あるいは他物質の粒子上堆積を監視することである。
さらに具体的には、懸濁重合の場合の粒子成長および重
合を監視し、異なる粒度、異なる組成の粒子の混合物を
調製する場合の分析、監視、被覆粒子の製造、例えば沈
澱法による製造の分析、監視、バインダ被覆ピグメント
製造の場合の分析、監視などに使用される。さらに、粒
子混合物を調製する場合の、粒子の種類、粒径の分析、
監視、ピグメントの形状、粒径の変化の監視が挙げられ
る。この形状変化はラマンシフトの分析により、粒径の
変化は本発明によるラマン相関分光器により測定され得
る。本発明方法を使用して、さらに触媒作用過程、膨潤
過程、凝集過程、表面コーティング過程を監視し、その
場で制御することも可能である。またバイオロジーの分
野では、活性物質のスクリーニング、粒子の生体利用効
率の分析に利用可能である。分析という観点から、さら
に気泡分析における利用も考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単一のスペクトル線もしくはスペクトルバンド
の分析を含む、本発明によるラマンの相関分光学的分析
のための装置を説明するための略図である。

【図２】複数のスペクトル線もしくはスペクトルバンド
の分析を含む、本発明によるラマンの相関分光学的分析
のための装置を説明するための略図である。

【図３】ラマン散乱光および蛍光の分析を含む、本発明
によるラマンの相関分光学的分析のための装置を説明す
るための略図である。

【図４】ラマン散乱光および準散乱光の分析を含む、本
発明によるラマンの相関分光学的分析のための装置を説
明するための略図である。

【符号の説明】

１・・・レーザ光源２・・・ノッチフィルタ３・・・レンズ４・・・孔隙５・・・レンズ６・・・分光写真器７・・・レンズ８・・・光検知器９・・・分析装置１０・・・試料１１・・・レーザ１２・・・ノッチフィルタ１３・・・レンズ１４・・・孔隙１５・・・レンズ１６・・・格子分光写真器１７・・・レンズ１８・・・光検知器１９・・・分析装置２０・・・試料３１・・・レーザ３２・・・ノッチフィルタ３３・・・レンズ３４・・・孔隙３５・・・レンズ３６・・・分光写真器３７・・・レンズ３８・・・検知器３９・・・二色フィルタ４０、４１・・・付加的検知器４２・・・分析装置４３、４４・・・孔隙５０・・・試料５１・・・レーザ光源５２・・・ノッチフィルタ５３・・・レンズ５４・・・孔隙５５、５７・・・レンズ５６・・・分光写真器５８・・・検知器５９・・・ノッチフィルタ６０・・・追加的検知器６１・・・分析装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ディーター、ホルンドイツ、69120、ハイデルベルク、シュレーデルシュトラーセ、69

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源、ことにレーザの励起光を試料に指
向させ、観察される容積試料からのラマン散乱光を捕集
して、分光器、ことに格子分光写真器に導いて、これを
スペクトル線に分解し、少なくとも１本のスペクトル線
の輝度を毎秒少なくとも１０回それぞれの光検知器、こ
とに光電子倍増管またはフォトダイオードで測定し、こ
のスペクトル線につき測定された輝度値に基づいて、こ
のスペクトル線に対応する、試料中粒子の拡散パラメー
タ、濃度、寸法または流動挙動を、上記輝度値の変動分
析、ことに自己相関分析または周波数分析により算出す
ることを特徴とする、試料中粒子の拡散パラメータ、濃
度、寸法または流動挙動の測定方法。
【請求項２】少なくとも２本のスペクトル線の輝度を
測定し、これらに基づいて、相互相関関数を確定し、こ
れらスペクトル線に対応する粒子拡散挙動の相関を決定
することを特徴とする、請求項（１）の方法。
【請求項３】試料からのラマン散乱光をレンズにより
ノッチフィルタに導き、ノッチフィルタにより伝送され
る光を、孔隙を経て分光写真器に導くことを特徴とする
請求項（１）または（２）の方法。
【請求項４】励起光を光ファイバにより試料中に導
き、かつ／もしくはラマン散乱光を光ファイバにより試
料から捕集することを特徴とする、請求項（１）から
（３）のいずれかの方法。
【請求項５】ラマン散乱光のほかに、反射蛍光または
準弾性散乱励起光を試料から捕集して分析することを特
徴とする、請求項（１）から（４）のいずれかの方法。
【請求項６】ラマン散乱光の信号を、反射蛍光の信号
または準弾性散乱励起光の信号と相互相関させることを
特徴とする、請求項（５）の方法。
【請求項７】励起光の波長を、試料中に在る粒子の吸
収周波数に近接するように選定して、ラマン散乱光を、
共振により増強させることを特徴とする、請求項（１）
から（６）のいずれかの方法。
【請求項８】励起光および／またはラマン散乱光を、
光源および／または試料を収納する容器中において、共
振により増強させることを特徴とする、請求項（１）か
ら（７）のいずれかの方法。
【請求項９】レーザ光源（１、１１、３１、５１）の
励起光を、ノッチフィルタ（２、１２、３２、５２）に
指向させ、反射によりレンズ（３、１３、３３、５３）
に導き、これにより励起光を粒子含有試料（１０、２
０、３０、５０）に集光指向させ、試料（１０、２０、
３０、５０）からのラマン散乱光を、レンズ（３、１
３、３３、５３）により捕集し、ノッチフィルタ（２、
１２、３２、５２）、孔隙（４、１４、３４、５４）お
よびレンズ（５、１５、３５、５５）を経て、ラマン散
乱光を、スペクトル線に分解する分光写真器（６、１
６、３６、５６）に導き、少なくとも１本のスペクトル
線の光を、レンズ（７、１７、３７、５７）を経て、各
光検知器（８、１８、３８、４１、５８）に導き、これ
らにより、それぞれ毎秒少なくとも１０回スペクトル線
の輝度を測定し、分析装置（９、１９、４２、６１）において、変動分
析、ことに自己相関分析または周波数分析により、ある
いは少なくとも２本のスペクトル線の測定が行われた場
合には、両スペクトル線輝度の相互相関により、試料
（１０、２０、３０、５０）中の粒子の拡散パラメー
タ、濃度、寸法または流動挙動を測定することを特徴と
する、請求項（１）から（８）のいずれかの方法。
【請求項１０】試料（３０）から捕集された、ラマン
散乱光のほかに、蛍光を含有する光を、孔隙（３４）の
下流に配置されている二色フィルタ（３９）に指向さ
せ、これによりビームから蛍光を濾別させ、これを分析
装置（４２）に接続されている光検知器（４０）に導
き、ラマン散乱光信号と、蛍光信号を、分析装置（４
２）において相互相関させることを特徴とする、請求項
（９）の方法。
【請求項１１】試料（３０）から捕集された、ラマン
散乱光のほかに、蛍光を含有する光を、格子分光写真器
（３６）により、ラマン分散光フラクションと、蛍光フ
ラクションに分離し、これら両フラクションを別個にレ
ンズ（３７）により、光検知器（３８、４１）導き、ラ
マン散乱光信号と、蛍光信号を、分析装置（４２）にお
いて相互相関させることを特徴とする、請求項（９）の
方法。
【請求項１２】試料（５０）から捕集された、ラマン
散乱光のほかに、準弾性散乱光を含有する光を、孔隙
（５４）の下流に配置されているさらに他のノッチフィ
ルタ（５９）に指向させ、これによりビームから準弾性
散乱光を分離し、これを分析装置（６１）に接続されて
いる検知器（６０）に導き、分析装置（６１）におい
て、ラマン散乱光信号と、準弾性散乱光信号を相互相関
させることを特徴とする、請求項（９）の方法。
【請求項１３】励起光をもたらす光源、ことにレー
ザ、光源に接続され、励起光を試料中に導くようになさ
れている第１光学的素子、試料に接続され、ラマン散乱
光を捕集して、これを試料から伝送するための第２光学
的素子、この第２光学的素子に接続され、試料からのラ
マン散乱光をスペクトル線に分解する分光写真器、こと
に格子分光写真器、毎秒少なくとも１０回、スペクトル
線の輝度を測定する、少なくとも１個の光検知器、こと
に光電子倍増管またはフォトダイオード、少なくとも１
本のスペクトル線のラマン散乱光を光検知器に導くため
の第３光学的素子、試料中粒子の拡散パラメータ、濃
度、寸法または流動挙動を輝度の変動分析、ことに自己
相関分析、または周波数分析により、あるいは少なくと
も２本のスペクトル線が観察される場合には、相違する
スペクトル線の輝度を相互相関分析することにより、算
出するための分析装置を具備することを特徴とする、試
料中の粒子の拡散パラメータ、濃度、寸法または流動挙
動の測定装置。
【請求項１４】第１および／または第２光学的素子
が、励起光を試料中に導き、かつ／もしくは試料の観察
される容積からの光を捕集するための光ファイバから成
ることを特徴とする、請求項（１３）の装置。
【請求項１５】少なくとも以下の構成素子、すなわ
ち、励起光を放射するレーザ光源（１、１１、３１、５１）
と、励起光を視準し、励起光を粒子含有試料（１０、２０、
３０、５０）中に導くためのレンズ（３、１３、３３、
５３）と、光源（１、１１、３１、５１）とレンズ（３、１３、３
３、５３）の間に配置されて、励起光をこのレンズ
（３、１３、３３、５３）に向けて反射するようになさ
れたノッチフィルタ（２、１２、３２、５２）とを具備
し、このノッチフィルタ（２、１２、３２、５２）と上
記レンズ（３、１３、３３、５３）とが、相互に、かつ
試料（１０、２０、３０、５０）に対して、試料（１
０、２０、３０、５０）からのラマン散乱光を、かつま
た場合により蛍光を、このレンズ（３、１３、３３、５
３）とノッチフィルタ（２、１２、３２、５２）を経
て、導くように配置され、さらに、捕集されたラマン散乱光と、場合によりノッチ
フィルタ（２、１２、３２、５２）からの蛍光を前方に
導く孔隙（４、１４、３４、５４）および他のレンズ
（５、１５、３５、５５）と、捕集されたラマン散乱光を、また場合により、上記レン
ズ（５、１５、３５、５５）により導びかれた蛍光を、
スペクトル線に分解する分光写真器（６、１６、３６、
５６）と、１本のスペクトル線のラマン散乱光または蛍光の輝度
を、毎秒少なくとも１０回、同時に測定する、少なくと
も１個の光検知器（８、１８、３８、４１、５８）と、分解されたラマン散乱光または蛍光の少なくとも１本の
スペクトル線を上記光検知器（８、１８、３８、４１、
５８）に向けて導くさらに他のレンズ（７、１７、３
７、５７）と、上記輝度の変動分析、ことに自己相関分析ないし周波数
分析により、またラマン散乱光、蛍光の少なくとも２本
のスペクトル線が観測される場合には、相違するスペク
トル線の輝度ないしラマン散乱光と蛍光のそれぞれの輝
度の相互相関分析により、試料中粒子の拡散パラメー
タ、濃度、寸法または流動挙動を算出する分析装置
（９、１９、４２、６１）を具備していることを特徴と
する、請求項（１３）または（１４）の装置。
【請求項１６】上記孔隙（３４、５４）とレンズ（３
５、５５）の間に、蛍光を濾別する二色フィルタ（３
９）および／または準弾性散乱光をビーム・パスから濾
別するさらに他のノッチフィルタ（５９）が設けられて
おり、これにより蛍光および／または準弾性散乱光を偏
移させて、分析装置（４２、６１）に接続されている検
知器（４０、６０）に導くことを特徴とする、請求項
（１５）の装置。
【請求項１７】請求項（１３）の装置を、粒子内の、
または粒子間の反応を監視するために粒子の種類、寸法
に関して、粒子混合物を調製するに際して監視、分析す
るために、懸濁重合反応、粒子成長、異物質の粒子上堆
積、粒子、ことにピグメントの形状、寸法の変化、触媒
作用、表面被覆、活性組成分のスクリーニングを監視す
るために使用する方法。