JPWO2020174678A1 - 分析方法および試料作製装置 - Google Patents

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Abstract

一定の厚さを有する乾固物からなる測定用試料を用いた分析方法および当該測定用試料を作製することが可能な試料作製装置が得られる。分析方法は、分析対象物と溶媒とを含む液体を第1基板の表面上に滴下する工程(S14)と、液体を乾燥試料にする工程(S15)と、スペーサを配置する工程(S16)と、転写する工程(S17)と、分光分析する工程(S18)とを備える。スペーサを配置する工程(S16)では、第1基板の表面上にスペーサを配置する。転写する工程(S17)では、乾燥試料とスペーサとに接触するように、第1基板の表面上から、第1基板の表面より低い撥水性を示す表面を有する第2基板を押圧することにより、第2基板に乾燥試料の少なくとも一部を転写する。分光分析する工程(S18)では、第2基板に転写された乾燥試料を分光分析する。

Description

この発明は、分析方法および試料作製装置に関する。
従来、物質の成分を簡便に分析する手法として、集光レンズつきFT−IR(フーリエ変換赤外分光光度計)またはビームコンデンサー付きFT−IRなど(以下、FT−IR装置と呼ぶ)を用いたマイクロ分光分析法が知られている。例えば、特許文献1では、微小かつ微量の測定対象物を溶媒に含ませた溶液から、溶媒を蒸発させて測定対象物を凝縮した測定用試料を準備し、当該測定用試料を用いたマイクロ分光分析方法が開示されている。
特開平4−348256号公報
上記特開平4−348256号公報に記載の手法では、測定対象物を含ませた溶液をサンプル台上に滴下し、滴下された溶液から、溶媒を蒸発させることで測定対象物を凝集かつ凝縮させた測定対象物の塊(以下、乾固物とも呼ぶ)を得ている。そして、この乾固物を測定用試料として、マイクロ分光分析を行なう。しかし、特開平4−348256号公報に開示された手法では、測定用試料となる乾固物の形状を正確にコントロールすることは困難である。
たとえば、乾固物の総量は、サンプル台上に滴下した溶液に溶解している非揮発性の溶質(測定対象物)の量であり、溶液に溶解させた測定対象物の濃度と溶液の滴下量とに依存する。また、サンプル台上に滴下された液滴においてサンプル台表面と接触する部分の形状、いわゆる接触角は、乾固物の総量以外に、乾固物の成分とサンプル台表面の成分とに依存した撥水性に応じて変化する。さらに、サンプル台上面から見たときの乾固物の面積は、溶媒の蒸発速度によって影響を受ける。
一方、分光分析は、測定用試料である乾固物に光線を照射し、乾固物を通過している間に吸収される光の波長ごとの吸収量を検出することで行う。光の吸収量は、光を吸収する官能基の量、詳しくは乾固物中の官能基の濃度と厚さに依存する。光の吸収量が極端に多い場合には、照射した光線のほぼ全量が乾固物に吸収されてしまい、スペクトルの形状がひずんでしまう課題があることが知られている。
光が適切な量だけ吸収される厚さの乾固物を得るには、熟練が必要である。熟練した技術者でなければ、適切な厚さの乾固物が得られるまで、溶液の濃度を調整しつつ乾固物の作製を繰り返す必要があった。特に測定対象物の成分や溶液の濃度が未知の場合には、適切な厚さの乾固物を得るためにより多くの試行錯誤を繰り返す必要があった。この結果、測定用試料の作製を含めた分析に要する時間と、分析に必要な薬液の分量が増大するという課題があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、一定の厚さを有する乾固物からなる測定用試料を用いた分析方法および当該測定用試料を作製することが可能な試料作製装置を提供することである。
本開示に係る分析方法は、分析対象物と溶媒とを含む液体を第1基板の表面上に滴下する工程と、液体を乾燥試料にする工程と、スペーサを配置する工程と、転写する工程と、分光分析する工程とを備える。液体を乾燥試料にする工程では、第1基板の表面上に滴下された液体から溶媒を揮発させることにより、液体を乾燥試料にする。スペーサを配置する工程では、第1基板の表面上にスペーサを配置する。転写する工程では、乾燥試料とスペーサとに接触するように、第1基板の表面上から、第1基板の表面より低い撥水性を示す表面を有する第2基板を押圧することにより、第2基板に乾燥試料の少なくとも一部を転写する。分光分析する工程では、第2基板に転写された乾燥試料を分光分析する。
本開示に係る試料作製装置は、滴下機能部と、揮発機能部と、転写機能部と、搬送機能部とを備える。滴下機能部は、分析対象物と溶媒とを含む液体を第1基板の表面上に滴下する。揮発機能部は、第1基板の表面上に滴下された液体から溶媒を揮発させることにより、液体を乾燥試料にする。転写機能部は、第1基板の表面より低い撥水性を示す表面を有する第2基板に乾燥試料の少なくとも一部を転写する。搬送機能部は、滴下機能部と揮発機能部と転写機能部との第1基板に対する相対的な位置を変更する。
上記によれば、基板に乾固物を転写する際にスペーサを用いるため、一定の厚さを有する乾固物からなる測定用試料を得ることができ、当該測定用試料を用いた分析方法および当該測定用試料を作製することが可能な試料作製装置を実現できる。
実施の形態1に係る分析方法を示すフローチャートである。 図1に示した分析方法を説明するための模式図である。 図1に示した分析方法を説明するための模式図である。 図1に示した分析方法を説明するための模式図である。 図1に示した分析方法を説明するための模式図である。 図1に示した分析方法を説明するための模式図である。 図1に示した分析方法の変形例を説明するための模式図である。 実施の形態2に係る分析方法を示すフローチャートである。 実施の形態3に係る試料作製装置の構成を示す機能ブロック図である。 図9に示した試料作製装置の具体的な構成例を示す模式図である。 試料作製装置の一部の構成例を説明するための模式図である。 試料作製装置の一部の構成例の変形例を説明するための模式図である。 試料作製装置の構成例を説明するための模式図である。 図13に示した抽出機能部の動作を説明するためのフローチャートである。 試料作製装置の一部の構成例を説明するための模式図である。 試料作製装置の動作を説明するための模式図である。 試料作製装置の動作を説明するための模式図である。 試料作製装置の動作を説明するための模式図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
実施の形態1.
<分析方法>
図1は、実施の形態1に係る分析方法を示すフローチャートである。図2〜図6は、図1に示した分析方法を説明するための模式図である。図1〜図6を参照しながら、本実施の形態に係る分析方法を説明する。
図1に示すように、本実施の形態に係る分析方法では、まず樹脂等の小片を溶媒に浸漬する工程(S11)を実施する。この工程(S11)では、まず図2(A)に示すように試料の一例である樹脂1を切断部材の一例であるハサミ5を用いて切断する。なお、切断部材としてはカッターやニッパなど他の任意の部材を用いることができる。次に、樹脂1(図2(A)参照)を細かく裁断して得られた試料片である樹脂134を、図2(B)に示すように秤量器20により秤量する。たとえば、0.05gの樹脂134を準備する。
次に、図2(C)に示すように、上記樹脂134を保持したバイアル瓶2に溶媒3を入れる。たとえば0.05gの樹脂134に対して溶媒3を1ml用いてもよい。分析対象物が樹脂等の添加剤である場合、溶媒3としてはアルコールやアルカンの中から、樹脂等が不溶でかつ添加剤が可溶である材料を選択する。例えば塩化ビニル中のフタル酸エステルを分析対象物とする場合には、ヘキサンを溶媒3として用いることが好ましい。
溶媒中に添加剤を抽出する工程(S12)を実施する。具体的には、この工程(S12)では、図2(D)に示すように、溶媒3中への埃の混入および溶媒3の蒸発を防止するため、バイアル瓶2に蓋4を取り付ける。この状態で、樹脂134中の添加剤を溶媒3中に抽出する。添加剤の抽出は、室温で数分から数十分、上記樹脂134を溶媒3中に浸漬した状態で放置することで行ってもよい。あるいは、溶媒3中への添加剤の抽出を促進するため、溶媒3を攪拌してもよいし、図2(E)に示すように超音波印加容器21を用いて溶媒3へ超音波を照射してもよい。図2(E)では、超音波印加容器21中に溶媒3および樹脂134を収容したバイアル瓶2を配置している。超音波印加容器21によりバイアル瓶2に対して超音波が印加される。
次に、樹脂を除去する工程(S13)を実施する。この工程(S13)では、樹脂134から溶媒3へ添加剤を抽出した後、添加剤が溶けている溶媒である溶液から樹脂134などの固形異物を除去する。固形異物の除去方法としては、例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)製のフィルタを用いたろ過を利用できる。なお、バイアル瓶2の中で溶液(液体)と樹脂134等が分離している場合は、当該溶液の上澄みを試料として用いてもよい。この場合、当該溶液のろ過を省略してもよい。
次に、高撥水性基板上に液体としての上記溶液を滴下する工程(S14)を実施する。この工程(S14)では、図3(A)に示すように、スポイト6を用いて溶液3aを第1基板7の表面上に滴下する。溶液3aは添加剤を含む溶媒である。第1基板7は高撥水性基板である。この工程(S14)では、スポイト6を用いてバイアル瓶2中の溶液の一部を吸い取り、第1基板7の表面上に当該溶液を滴下し、第1基板7の表面に溶液3aの液滴8を配置する。なお、スポイト6の代わりにシリンジ、ピペット等の機器を用いてもよい。
第1基板7は、高撥水性基板であって、溶液3aを構成する溶媒の撥水性が高い材料により表面が構成されている。第1基板7は平坦な基板である。例えば第1基板7としてテフロン(登録商標)の板を用いてもよい。第1基板7として、表面を平坦に研磨した金属板または単結晶シリコン板(シリコンウエハ)を用いてもよい。さらに、第1基板7の表面に撥水性を向上するための薄膜を形成してもよい。当該薄膜として、例えばフッ素樹脂の薄膜を第1基板7の表面に塗布してもよい。
次に、溶媒を揮発させる工程(S15)を実施する。この工程(S15)では、第1基板7の表面上に位置する液滴8から任意の方法を用いて溶媒を揮発させる。この結果、第1基板上の液滴8は、溶媒の揮発に伴ってそのサイズが徐々に小さくなる。充分に時間が経過すると、液滴8中の溶媒はほぼすべて揮発するため、液滴8のサイズが変化しなくなる。このようにして液滴8が乾燥した乾固物である乾燥試料15(図3(B)参照)が得られる。乾燥試料15では、液滴8に含まれていた測定対象物である添加物が濃縮されている。
工程(S15)において溶媒の揮発に用いる方法としては、大気中に基板7を放置するという方法を用いてもよい。溶媒の揮発に要する時間を短縮するために、第1基板7を気流中に配置してもよい。さらに、第1基板7を加熱された気体の流れの中に配置する、第1基板7をホットプレートのような加熱機構の上に配置する、といった方法を用いて、液滴8からの溶媒の揮発を促進してもよい。
次に、スペーサを形成する工程(S16)を実施する。この工程(S16)では、図3(B)に示すように、第1基板7の表面上にスペーサを含むスペーサ媒体10を配置する。スペーサ媒体10は、たとえば第1基板7の表面における複数箇所に配置されることが好ましい。スペーサ媒体10が配置される複数の箇所は、乾燥試料15を挟むように配置されることが好ましい。スペーサ媒体10に含まれるスペーサは硬度が高く、化学的に安定で、そのサイズがそろった固体微粒子であるスペーサ12を用いることが好ましい。固体微粒子の直径は、たとえば0.1μm以上10μm以下とすることができる。固体微粒子の直径は、より好ましくは0.1μm以上1μm以下である。スペーサとしての固体微粒子の形状はできるだけ球に近いことが好ましい。例えば、スペーサの材料として、酸化チタン、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。
スペーサ媒体10として、固体微粒子の凝集や取扱いやすさを向上させるために、有機溶媒または樹脂と固体微粒子とが混合された液状体またはペーストを用いてもよい。この場合、スペーサ媒体10と乾燥試料15との混合が生じると、後述するスペクトルの測定時に、スペーサ媒体10に混ぜ合わされた樹脂のスペクトルが乾燥試料15のスペクトルに重畳される。この結果、乾燥試料15のスペクトルの解釈が難しくなる場合がある。このような問題の発生を防ぐために、樹脂が混入されたスペーサ媒体10は乾燥試料15と混合しないように配置されることが好ましい。たとえば、例えば乾燥試料15から3mm以上離れた位置であって、乾燥試料15を挟んだ2カ所にスペーサ媒体10を配置することが好ましい。
転写する工程(S17)を実施する。この工程(S17)では、図4に示すように低撥水性基板としての第2基板11を第1基板7の乾燥試料15が配置されている表面に重ねる。このとき、図5に示すように乾燥試料15とスペーサ媒体10とが、第1基板7と第2基板11とにより挟まれるようにする。その状態で、たとえば図6に示すようにピンセット22などの押圧部材により第2基板11を第1基板7側に押さえつける。
ここで、乾燥試料15を構成する乾固物は、樹脂等の添加剤であり、粘度の高い液状体または柔らかい固体となっている。このため、第2基板11を第1基板7に向けて押圧することで、乾燥試料15は簡単につぶれて平坦な円盤状に潰れた乾固物15bとなる。もし、スペーサ媒体10が配置されていなければ、円盤状に潰れた乾固物15bの厚さは、作業者が第2基板11を第1基板7に向けて押圧する強さ、乾燥試料15の量および硬さなどによって変わり得る。そのため、円盤状に潰れた乾固物15bの厚さを分光分析に適した厚さとすることが困難である。
しかし、本実施の形態では、樹脂等の媒体13中にスペーサ12を含むスペーサ媒体10を乾燥試料15と同じ面内に配置した状態で第2基板11を第1基板7に向けて押圧している。このため、第1基板7と第2基板11との間の間隔は固体微粒子であるスペーサ12のサイズよりも狭くならない。充分な量のスペーサ12がスペーサ媒体10に含まれていれば、円盤状に潰れた乾固物15bの厚さは、スペーサ12の最大サイズ程度の厚さとなる。このようにして、円盤状に潰れた乾固物15bの厚さを分光分析に適した厚さにすることができる。
その後、第2基板11を第1基板7からはがすと、円盤状に潰れた乾固物15bの一部が第2基板11に転写される。このようにして、第2基板11上に転写された測定用試料17を得る。第2基板11上には、測定用試料17を挟むようにスペーサ媒体10aも転写されている。
なお発明者らの実験によれば、例えば代表的な樹脂等の添加剤であるフタル酸ジ(2−エチルヘキシル):DEHPで乾燥試料15(乾固物)を作製して、転写の操作を行うことなくFT−IR装置での顕微法で測定したところ、スペクトルの取得は可能であるが一部のピークが飽和することが分かった。このとき別途測定した乾固物の厚さは濃度によって異なり、約1〜10μmであった。このことから、乾燥試料15の厚さは、10μm以下であることが好ましく、より好ましくはすべてのピークで飽和が生じない1μm以下であることが好ましい。また、十分な感度を得るためには、赤外線の波長を勘案して乾燥試料15の厚さをおよそ0.1μm以上とすることが好ましい。このため、乾燥試料15の厚さは0.1μm以上10μm以下、より好ましくは0.1μm以上1μm以下である。したがって、スペーサ媒体10に含まれる固体微粒子であるスペーサ12の最大サイズは、0.1μm以上1μm以下であることが好ましい。
第2基板11は低撥水性基板である。第2基板11は、表面が平坦であり、撥水性を有するが、第1基板7よりも撥水性が低い基板である。第2基板11は乾燥試料15とスペーサ媒体10との両方を覆ってしまうだけのサイズを有することが必要である。また、第2基板11は、赤外線分光分析のサンプル台として好適であることが好ましい。例えば、赤外線分光分析の手法として透過法を用いる場合、第2基板11として、低撥水性であって、500cm−1から4000cm−1の範囲の波数を有する赤外線の反射率が低く、当該範囲の赤外線の吸収が少ない材料、例えば両面研磨したシリコンウエハを用いることが好適である。さらに、表面の撥水性をコントロールするための薄膜、例えばフッ素樹脂等の薄膜を第2基板11の表面に塗布してもよい。
また、分析の手法として反射法を用いるのであれば、第2基板11として、低撥水性であって、500cm−1から4000cm−1の範囲の波数を有する赤外線の反射率が高い材料からなる基板を用いることが好ましい。例えば、第2基板11として、表面を平坦に研磨した金属板などを用いることが好ましい。さらに、表面の撥水性をコントロールするための第2基板11の表面に、例えばフッ素樹脂等の薄膜を塗布してもよい。
次に、スペクトルを測定する工程(S18)を実施する。この工程(S18)では、第2基板11に付着した測定用試料17をFT−IR装置の顕微法で測定することで、当該測定用試料17のスペクトルを得ることができる。
なお、上述した工程(S16)では、スペーサ媒体10を乾燥試料15と離れた位置に配置したが、図7に示すようにスペーサ媒体10を乾燥試料15と重なる位置に配置してもよい。図7は、図1に示した分析方法の変形例を説明するための模式図である。
図7に示すように、スペーサ媒体10を乾燥試料15と重ねて配置する場合、スペーサ12である固体微粒子として、500cm−1から4000cm−1の範囲の波数を有する赤外線の吸収が少ない物質、例えば酸化チタンを選択することが好ましい。さらに、揮発性の高い溶媒例えばヘキサンに上記酸化チタンからなるスペーサ12を分散させてスペーサ媒体10を構成することが好ましい。
<作用効果>
本開示に係る分析方法は、分析対象物と溶媒とを含む溶液3aを第1基板7の表面上に滴下する工程S14と、溶液3aを乾燥試料15にする工程S15と、スペーサ12を配置する工程S16と、転写する工程S17と、分光分析する工程S18とを備える。溶液3aを乾燥試料15にする工程S15では、第1基板7の表面上に滴下された溶液3aから溶媒を揮発させることにより、溶液3aを乾燥試料15にする。スペーサ12を配置する工程S16では、第1基板7の表面上にスペーサ12を配置する。転写する工程S17では、乾燥試料15とスペーサ12とに接触するように、第1基板7の表面上から、第1基板7の表面より低い撥水性を示す表面を有する第2基板11を押圧することにより、第2基板11に乾燥試料15の少なくとも一部を転写する。分光分析する工程S18では、第2基板11に転写された測定用試料17を分光分析する。
このようにすれば、分光分析する潰れた乾固物15bの厚さをスペーサ12により調整できるので、当該潰れた乾固物15bの厚さを分光分析に適した値に高い再現性で設定できる。この結果、正確な分析を実施できる。なお、第2基板11は第1基板7より低い撥水性を示す表面を有するため、乾燥試料15の大部分が第2基板11に転写される。したがって、第2基板11に転写された乾燥試料である潰れた乾固物15b(測定用試料17)の厚さは実質的に転写される前の潰れた乾固物15bの厚さと多くの部分において等しくなっている。
上記分析方法において、分析対象物は樹脂に含まれる添加剤である。上記分析方法は、溶液3aを準備する工程をさらに備える。溶液3aを準備する工程は、抽出する工程S12と、除去する工程S13とを含む。抽出する工程S12では、樹脂134を溶媒3に浸漬することで、当該樹脂134から溶媒3中に添加剤を抽出する。除去する工程S13では、添加剤を含む溶媒中から樹脂134を除去する。この場合、樹脂中の添加剤を正確に分析できる。
上記分析方法において、スペーサを配置する工程は、第1基板7の表面上に、スペーサ12となるべき固体粒子を含む溶液としてのスペーサ媒体10を配置する工程を含む。この場合、スペーサ媒体10に多数の固体粒子を含ませておくことで、第1基板7の表面上の予め決定しておいた位置に多数のスペーサ12を容易に配置できる。
上記分析方法において、スペーサ12を配置する工程S16では、第1基板7の表面上において乾燥試料15を挟む2カ所にそれぞれスペーサ12を配置する。この場合、乾燥試料15を第2基板11に転写するため、第1基板7に第2基板11を押圧する際、乾燥試料15の両側にスペーサ12が配置されることになるので、乾燥試料15の厚さを正確に決定できる。
このように、本実施の形態によれば、樹脂等からなる試料に含まれる分析対象物としての添加剤を溶媒3で抽出し、次に高撥水性基板としての第1基板7上に滴下して液滴8を形成する。当該液滴8から溶媒を揮発させることで添加剤のみを濃縮した乾燥試料15を得る。さらに、スペーサ12を乾燥試料15の両脇に配置してから第2基板11を乾燥試料15に押し当てる。このようにして、乾燥試料15を第2基板11上に所望の厚さで転写する。当該転写された測定用試料17を、顕微法で分光分析する。乾燥試料15の厚さは、スペーサ12のサイズを調整することで、分析対象物の種類や含有濃度によらず、分光分析に適切な厚さとすることができる。このため、乾燥試料15の厚さが厚すぎて分光分析ができず、測定用の試料を再作製するといった無駄の発生を抑制できる。この結果、分析に要する時間と溶媒などの必要量を低減でき、分析コストを低減できる。
上述した本実施の形態の効果をより詳細に説明する。
上述した本実施の形態に係る分析方法であれば、微小かつ微量な試料を高感度で分析できるばかりでなく、分析対象となる成分の量が多くても、乾燥試料15の厚さをスペーサ12を用いることでほぼ同じにできる。そのため、分析時においてスペクトルの飽和の影響を受けにくく、分析対象となる成分の量の分量に関わらず、微量な試料の場合と同じ手順で高感度に分析することが可能である。本実施の形態に係る分析方法は、例えば、液体クロマトグラフのようなカラムを用いた手法で得られた微量の有機物の分析に好適である。
ここで、分光光学的な手法で有機物の同定を行う場合、試料に含まれている物質の数は少ない方が好ましい。複数の物質が含まれている場合には、物質同定上重要な吸収帯が重畳して物質の同定が困難となることがあるためである。一方、溶媒中の試料の濃度は、薄くなってしまうことが多い。本手法では、溶媒中の試料濃度を簡便に濃縮できるため、試料を高感度に測定することが可能であり、成分の同定が容易になる。
また、濃縮後の乾燥試料15の体積が大きくても、第2基板11に転写する際には乾燥試料15の厚さをほぼ一定にできるので、乾燥直後の乾燥試料15の体積を小さくするため、例えば試料の抽出液を再度希釈して乾燥試料15を再作製する、といった工程が不要になる。乾燥直後における乾燥試料15のサイズの制約があまり強くないため、つまり乾燥試料15の作製が容易なため、熟達した技術者でなくても容易に分析が可能である。また、乾燥試料15を形成するための添加剤含有溶液である溶液3a中の試料濃度(添加剤濃度)をあらかじめ測定する必要がないので、簡便に分析することができる。
本実施の形態に係る分析手法は、例えば、樹脂、ゴム、プラスチック等の有機材料(以下、樹脂等)の添加剤を分析する手法として好適である。樹脂等は、主材料以外に可塑剤、難燃剤、酸化防止剤、老化防止剤などの添加剤を含有させることで、適用する製品に適した任意の特性を得る。添加剤は、樹脂等の特性を大きく左右するので、添加剤の種類や量の変化を適切に把握し、樹脂等の特性の変動と照らし合わせることが、樹脂等やそれを用いた製品の品質を確保するために必要となってきている。例えば、上述した分析方法を樹脂等に適用することで、樹脂等の添加剤を高感度に分析することが可能である。特に近年では、樹脂等に複数の添加剤を入れることが一般的となってきている。以上の背景から、樹脂等に含まれる添加剤の種類や量を簡便に測定する手法が、ますます重要になってきている。例えば、カラムを用いた分離と本実施の形態に係る分析方法とを組み合わせることで、複数の添加剤の種類や量を簡便に測定することができる。
実施の形態2.
<分析方法>
図8は、実施の形態2に係る分析方法を示すフローチャートである。図8に示した分析方法は、基本的には図1に示した分析方法と同様の構成を備えるが、分析に用いる液体として予め分析対象の物質が溶解した溶液を用いる点が図1に示した分析方法と異なっている。以下、具体的に説明する。
図8に示すように、まず溶液を準備する工程(S21)を実施する。この工程(S21)では、分析対象の添加剤などの物質が溶解した溶液を分析する液体として準備する。ここで用いる液体としては、たとえば、複数の可塑剤が溶解したアルコール溶液を、液体クロマト装置で測定しながら、紫外線吸光度の大小を参照して複数の成分毎に分取した溶液を準備する。
その後、高撥水性基板上に溶液を滴下する工程(S22)、溶媒を揮発させる工程(S23)、スペーサを形成する工程(S24)、転写する工程(S25)、スペクトルを測定する工程(S26)を実施する。これらの各工程(S22)〜(S26)は、それぞれ図1に示した工程(S14)〜(S18)と同様であることから、その説明は繰り返さない。
<作用効果>
図8に示した分析方法によっても、図1に示した分析方法と同様の効果を得ることができる。すなわち、上記分析方法では、予め準備された添加剤などを含む溶液について、当該溶液を高撥水性基板である第1基板7の表面に滴下して液滴を乾燥させることで溶液中の添加剤などの試料を濃縮する。さらに、スペーサ12を用いることで、第2基板11上に一定の厚さ以下で転写された測定用試料17を形成し、顕微法で分光分析する。スペーサ12を転写時に用いることで、測定用試料17の厚さを試料の種類や含有濃度によらず、分光分析に適切な厚さとすることができる。このため、測定用試料17の厚さが厚すぎて当該測定用試料17を再作製するといった手間の発生を抑制できる。この結果、分析に要する時間および薬液などの必要量を低減できる。
実施の形態3.
<試料作製装置の全体構成>
図9は、実施の形態3に係る試料作製装置の構成を示す機能ブロック図である。図10は、図9に示した試料作製装置の具体的な構成例を示す模式図である。
図9に示した試料作製装置100は、上述した実施の形態1または実施の形態2に係る分析方法に用いる試料を作製する装置である。試料作製装置100は、滴下機能部101と、揮発機能部102と、転写機能部103と、搬送機能部104と、温度調節機能部105と、抽出機能部107と、制御部108とを主に備える。滴下機能部101は、図3(A)に示すように分析対象物と溶媒とを含む溶液3aを第1基板7の表面上に滴下する。揮発機能部102は、第1基板7の表面上に滴下された溶液3aから溶媒を揮発させることにより、溶液3aを乾燥試料15(図3(B)参照)にする。転写機能部103は、図3〜図6に示すように第1基板7の表面より低い撥水性を示す表面を有する第2基板11に乾燥試料15の少なくとも一部を転写する。搬送機能部104は、滴下機能部101と揮発機能部102と転写機能部103との第1基板7に対する相対的な位置を変更する。温度調節機能部105は、試料の作製時における温度条件を一定の範囲内に維持するように、試料作製装置100の内部温度を制御する。温度調節機能部105は、試料作製装置100における試料作製の再現性を向上させるために用いられる。抽出機能部107は、測定対象物を溶媒に溶解した溶液3aを形成するとともに、滴下機能部101に当該溶液3aを供給する。制御部108は、上述した各機能部と電気的に接続されるとともに、各機能部を制御する。
転写機能部103は、第1機能部103aと、第2機能部103bとを含む。第1機能部103aは、図3(B)に示すように第1基板7の表面上にスペーサ12を配置する。第2機能部103bは、図4〜図6に示すように、乾燥試料15とスペーサ12とに接触するように、第1基板7の表面上から、第2基板11を押圧することにより、第2基板11に乾燥試料15の少なくとも一部を転写する。
次に、図10に示す試料作製装置の具体的な構成例を説明する。図10に示す試料作製装置100は、滴下機能部101と、揮発機能部102と、転写機能部103と、搬送機能部104と、温度調節機能部105と、抽出機能部107と、図9の制御部108に相当する制御部(図示せず)と、筐体140とを主に備える。揮発機能部102は換気機能部106を含む。転写機能部103は第1機能部103aと第2機能部103bとを含む。筐体140は入り口扉141と出口扉142とを含む。入り口扉141と出口扉142とをつなぐように、筐体140内部において搬送機能部104が配置されている。搬送機能部104の下には温度調節機能部105が配置されている。
滴下機能部101には配管143を介して抽出機能部107が接続されている。配管143の途中には開閉可能なバルブ144が設置されている。抽出機能部107には、たとえば有機溶媒120と試料としての樹脂134が供給される。樹脂134は測定対象物である添加剤を含む。抽出機能部107では、有機溶媒120に樹脂134を浸漬することで溶液3aを形成する。第1機能部103aには配管145が接続されている。配管145の途中には開閉可能なバルブ146が設置されている。第1機能部103aには配管145を介してスペーサ媒体が供給される。搬送機能部104の上方に滴下機能部101および転写機能部103が配置されている。
<試料作製装置の各部分の構成および動作>
図11は、試料作製装置の一部の構成例を説明するための模式図である。図11に示すように、搬送機能部104は、高撥水性基板である第1基板7を滴下機能部101(図10参照)から揮発機能部102(図10参照)を経て転写機能部103(図10参照)に搬送する機能を有する。第1基板7の表面上に配置された乾燥試料15が重力で落下しないように、第1基板7の乾燥試料15を形成する面は水平面上にあり、上面のままで当該第1基板7が搬送されることが望ましい。
図11に示した搬送機能部104は、レール111とテーブル110とを含む。テーブル110は、レール111上に移動可能に配置されている。テーブル110は第1基板7を位置決めするための位置決め用ピンを含む。レール111上をテーブル110が滑ることで、テーブル110上に保持された第1基板7は滴下機能部101、揮発機能部102、転写機能部103に含まれるスペーサ形成手段としての第1機能部103a(図10参照)および転写手段としての第2機能部103bの間を搬送される。滴下機能部101において滴下工程(図1における工程(S14))が実施される。揮発機能部102において揮発工程(図1における工程(S15))が実施される。第1機能部103aにおいてスペーサ形成工程(図1における工程(S16))が実施される。第2機能部103bにおいて転写工程(図1における工程(S17))が実施される。
図10に示す転写機能部103は、第1基板7上に形成された乾燥試料15の近傍にスペーサ媒体10を設ける。転写機能部103は、乾燥試料15とスペーサ12を含むスペーサ媒体10が挟まれるように第2基板11を第1基板7上にかぶせる。転写機能部103の第2機能部103bは、図11に示す加圧装置153を含む。加圧装置153により第2基板11を第1基板7に向けて一定の力で押圧することによって、乾燥試料15を予め設定した(スペーサ12により決定される)厚さまで薄くする。
図11に示した構成では、滴下機能部101が、ガラス管130と、当該ガラス管130に上部から挿入されたピストン132と、当該ピストン132を移動させるエアシリンダなどの駆動部材(図示せず)とを含む。ガラス管130の下部には供給口が形成されている。ガラス管130の内部には抽出機能部107から供給された溶液3aが保持されている。ピストン132が下向きに移動することで、溶液3aがガラス管130の下部の供給口から吐出され、第1基板7の表面上に供給される。この結果、第1基板7の表面上に液滴8が配置される。
搬送機能部104によって第1基板7は揮発機能部102に搬送される。揮発機能部102では、換気機能部106の働きにより発生された気流により第1基板7上の液滴8から溶媒が揮発し、乾燥試料15が形成される。
搬送機能部104によって第1基板7は第1機能部103a下に搬送される。第1機能部103aは、ガラス管150と、当該ガラス管150に上部から挿入されたピストン152と、当該ピストン152を移動させるエアシリンダなどの駆動部材(図示せず)とを含む。ガラス管150の下部には供給口が形成されている。ガラス管150の内部にはスペーサ媒体10が保持されている。ピストン152が下向きに移動することで、スペーサ媒体10がガラス管150の下部の供給口から吐出され、第1基板7の表面上に供給される。この結果、第1基板7の表面上の複数箇所にスペーサ媒体10が配置される。
搬送機能部104によって第1基板7は第2機能部103b下に搬送される。第2機能部103bは、加圧装置153を含む。加圧装置153は、第2基板11をたとえば真空吸着により保持しつつ、第1基板7上にかぶせるとともに、一定の圧力で第2基板11を押圧する。このようにして、第2基板11に乾燥試料15の少なくとも一部が転写される。その後、第2基板11を第1基板7から引き剥がすことで、測定用の試料を得ることができる。
図12は、試料作製装置の一部の構成例の変形例を説明するための模式図である。図12に示した構成例は、搬送機能部104の変形例である。第1基板7はステージ112上に固定されている。図12に示した構成では、第1基板7の位置は固定される一方、滴下機能部101および転写機能部103が搬送機能部によってステージ112に対して移動する例である。滴下機能部101を構成するガラス管130、ピストン132などがステージ112に固定された第1基板7上にまで移動する。滴下機能部101は、第1基板7上の予め決定された位置に溶液3aを滴下する。その後、滴下機能部101は第1基板7上から移動する。次に、揮発機能部102が発生させる気流により液滴8から溶媒が揮発し、乾燥試料15(図11参照)が形成される。一方、第1機能部103aが第1基板7上にまで移動し、スペーサ媒体10を第1基板7の表面上に配置する。その後、第1機能部103aは第1基板7上から移動する。なお、滴下機能部101および第1機能部103aの構成は図11に示した滴下機能部101および第1機能部103aの構成と同様である。
次に、第1基板7上に第2機能部103bが移動する。第2機能部103bは加圧装置153と第2基板11を支持する支持部155とを含む。加圧装置153の基本的な構成は図11に示した加圧装置153と同様である。加圧装置153は、支持部155により支持された第2基板11を第1基板7上にかぶせるとともに、一定の圧力で第2基板11を押圧する。このようにして、第2基板11に乾燥試料15の少なくとも一部が転写される。その後、第2基板11を第1基板7から引き剥がすことで、測定用の試料を得ることができる。なお、滴下機能部101、第1機能部103a、第2機能部103bを移動させる搬送機能部の具体的な構成は、エアシリンダやリニアガイドなど、任意の機構を用いることができる。
図13は、試料作製装置の構成例を説明するための模式図である。図13には抽出機能部の一例の構成が示されている。図14は、図13に示した抽出機能部の動作を説明するためのフローチャートである。
図13に示すように、抽出機能部107は、樹脂等と溶媒とを接触させて樹脂等に含まれる可塑剤等の添加剤を溶媒中に抽出する。溶媒としては、樹脂等の主要構成材料は不溶で、添加剤が可溶な有機溶媒120を用いることが好ましい。抽出機能部107は、樹脂からの添加剤の抽出を促進するため、超音波照射機構や赤外線照射機構、加熱機構などをさらに備えていてもよい。抽出機能部107は、図13に示すようにガラス管130とピストン132と当該ピストン132を駆動する駆動機構(図示せず)とを含んでいてもよい。ガラス管130は一方の先が細い筒状の容器である。ガラス管130の底部には開口部が形成されている。ガラス管130の先端近くにグラスウール131が詰められている。ガラス管130のもう一方の先(上端)は太い。太い側から試料である樹脂134ガラス管130内部に投入する。ガラス管130の上側からピストン132を装着する。
次に図13に示した抽出機能部107の動作について図14のフローチャートを用いて説明する。まず、ガラス管内部に試料を投入する工程(S111)を実施する。この工程(S111)では、上述のようにガラス管130の上方から内部に試料である樹脂134を投入する。次に、ピストンを装着する工程(S112)を実施する。この工程(S112)では、ガラス管130にピストン132を装着する。次に、ガラス管内に溶媒を導入する工程(S113)を実施する。この工程(S113)では、溶媒120を満たした容器にガラス管130の細い方の先端(開口部)を浸してピストン132を引き上げ、ガラス管130の内部に一定量の溶媒120を吸い込む。この状態で一定時間放置することで、溶媒120中に樹脂134から添加剤を抽出する。
図15は、試料作製装置の一部の構成例を説明するための模式図である。図15は、滴下機能部101の一例の構成を示している。図15を用いて、滴下機能部101の構成例を説明する。
滴下機能部101は、上述のように添加剤などの試料が溶解した有機溶媒である溶液3aを第1基板7上に滴下する部分である。滴下機能部101は、例えばスポイトやマイクロピペット113を装置の一部分160に固定することで構成される。試料が溶解した有機溶媒である溶液3aは、抽出機能部107から滴下機能部101に移送してもよいし、別途準備された溶液3aを滴下機能部101に投入してもよい。
図15に示すように、滴下機能部101を、装置の一部分160の上面に設けられた孔部114にマイクロピペットを差し込んだ構成としてもよい。孔部114の位置と搬送機能部104の位置、及び搬送機能部104の上に設けられた位置決めピンなどの位置決め部材と第1基板7との位置を整合させることにより、滴下機能部101に対して第1基板7を正確に位置決めできる。このようにすれば、第1基板7の所定の位置に液滴8を形成できる。液滴8を作製する動作では、あらかじめ溶液3aを吸入しておいたマイクロピペット113を孔部114にセットする。次に、所定の量だけピストン132を押すことによって所定の量の溶液3aを第1基板7上に滴下し、液滴8を形成する。
<試料作製装置の動作>
図16〜図18は、試料作製装置の動作を説明するための模式図である。図16〜図18を参照しながら、試料作製装置100の動作を説明する。
まず、図16(A)に示すように、試料が溶解した有機溶媒である溶液3aを第1基板7上に滴下する。この結果、第1基板7の表面上に液滴8が形成される。
次に、図16(B)および図16(C)に示すように、滴下された液滴8から溶媒が揮発することにより液滴のサイズが時間の経過とともに次第に小さくなる。図16(B)の液滴15aは液滴から溶媒が揮発している途中段階を示している。溶媒が十分揮発した結果、液滴のサイズがほぼ変化しなくなり、図16(C)に示すように第1基板7の表面に乾燥試料15が形成される。
次に図17に示すように、第1基板7の表面上において、乾燥試料15を挟んだ両側にスペーサ媒体10を形成する。スペーサ媒体10は第1基板7上に小さい付着面積となるように形成するのが好ましい。このため、ガラス管150の先の細いノズル先端にスペーサ媒体10の微小な液滴を形成し、第1基板7に静かに当該液滴を押し当てることが好ましい。
次に、図18(A)を参照して、加圧装置153が第2基板11を例えば真空吸着により保持しつつ、第1基板7上に形成された乾燥試料15とスペーサ媒体10とを覆うように当該第2基板11をかぶせる。図18(B)に示すように、加圧装置153によって一定の圧力で第2基板11を押圧することで、乾燥試料15とスペーサ媒体10とが平坦に変形される。このとき、第1基板7と第2基板11との間の間隔は、スペーサ媒体10に含まれるスペーサとしての固体微粒子の最大粒径程度に規定される。次に、図18(C)に示すように、第1基板7から第2基板11を引きはがすと、平坦化された乾燥試料15は第2基板11側にも付着し、転写された測定用試料17となる。第2基板11を取り出し、転写された測定用試料17をFT−IR装置の顕微法で測定することで、測定用試料17のスペクトルを得ることができる。
得られた測定用試料17が転写された第2基板11は、分析用試料作製装置から作業者が取り出し、分光分析装置に導入してもよいし、試料作製装置100の搬送機能部104を利用して直接分光分析装置に導入してもよい。
<作用効果>
本開示に係る試料作製装置100は、滴下機能部101と、揮発機能部102と、転写機能部103と、搬送機能部104とを備える。滴下機能部101は、分析対象物と溶媒とを含む液体である溶液3aを第1基板7の表面上に滴下する。揮発機能部102は、第1基板7の表面上に滴下された溶液3aから溶媒を揮発させることにより、溶液3aを乾燥試料15にする。転写機能部103は、第1基板7の表面より低い撥水性を示す表面を有する第2基板11に乾燥試料15の少なくとも一部を転写する。搬送機能部104は、滴下機能部101と揮発機能部102と転写機能部103との第1基板7に対する相対的な位置を変更する。
上記試料作製装置100において、転写機能部103は、第1機能部103aと、第2機能部103bとを含む。第1機能部103aは、第1基板7の表面上にスペーサ12を配置する。第2機能部103bは、乾燥試料15とスペーサ12とに接触するように、第1基板7の表面上から、第2基板11を押圧することにより、第2基板11に乾燥試料15の少なくとも一部を転写する。
このようにすれば、乾燥試料15の厚さを一定とすることで、第2基板11に乾燥試料15の少なくとも一部を転写することで測定に適した測定用試料を容易に作製できる。すなわち、上記試料作製装置100によれば、スペーサ12を用いることで、乾燥試料15の厚さは試料の種類や含有濃度によらず、分光分析に適切な厚さとすることができる。このため、乾燥試料15の厚さが厚すぎて液滴を再作製する必要が無く、分析に要する時間と溶媒の必要量を低減できる。
上記試料作製装置100において、第2機能部103bは、第1基板7の表面上から第2基板11を押圧する機能と、第1基板7の表面上から乾燥試料15の少なくとも一部が転写された第2基板11を引き剥がす機能とを有する。
また、異なる観点から言えば、上述した試料作製装置100において、滴下機能部101は測定対象物である試料が溶解した溶媒である溶液3aを高撥水性基板である第1基板7の上に滴下する。揮発機能部102は、第1基板7上の液滴から溶媒を揮発させて乾固物である乾燥試料15を形成する。転写機能部103は、低撥水性基板としての第2基板に乾燥試料15の少なくとも一部を一定の厚さで付着させる。搬送機能部104は、上述した滴下機能部101、揮発機能部102、転写機能部103の間で第1基板7を搬送する機能を有する。さらに、温度調節機能部105は、試料作製装置100における試料作製の再現性を高めるために、搬送機能部104に保持される第1基板7の温度調節を行う。揮発機能部102に含まれる換気機能部106は、試料作製装置100の内部の気体を、発生する溶媒の蒸気とともに装置外部に排出する。さらに、換気機能部106は、試料作製装置100の内部における気流を一定にする。また、抽出機能部107は、滴下機能部101に対して、試料が溶解した溶媒である溶液3aを供給する。
ここで、第1基板7の表面上に形成された乾燥試料15は、目視で確認するのが困難なほど小さい。本実施の形態では、転写機能部103における転写操作において、乾燥試料15の近傍にスペーサ12を設けるが、乾燥試料15とスペーサ12との位置関係が不正確であると、乾燥試料15とスペーサ12とが混ざり、試料について正しいスペクトルの取得が難しくなる可能性がある。また、乾燥試料15とスペーサ12との位置関係が予め決定された関係から大きくずれて、転写時に第1基板7と第2基板11との隙間が不均一になる。この結果、乾燥試料15を一様な厚さに平坦化することができない場合がある。
本実施の形態に係る試料作製装置100によれば、滴下機能部101または転写機能部103と、搬送機能部104に保持される第1基板7との位置関係が、搬送機能部104による搬送操作を介して常に予め設定された状態となるように維持できる。この結果、乾燥試料15とスペーサ12との位置関係を好ましい状態とすることができる。さらに、揮発機能部102へも搬送機能部104によって第1基板7を搬送するので、揮発操作中に第1基板7の位置がずれるといった問題の発生を抑制できる。さらに、抽出機能部107を滴下機能部101と接続しておくことで、溶媒への分析対象物の抽出から滴下までの工程をほぼ自動化できるため、滴下する溶液3aの汚染を防止にできる。さらに、換気機能部106を備えることで、液滴から揮発させた溶媒の回収が容易になる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1,134 樹脂、2 バイアル瓶、3,120 溶媒、3a 液体、4 蓋、5 ハサミ、6 スポイト、7 第1基板、8,15a 液滴、10,10a スペーサ媒体、11 第2基板、12 スペーサ、13 媒体、15 乾燥試料、15b 乾固物、17 測定用試料、20 秤量器、21 超音波印加容器、22 ピンセット、100 試料作製装置、101 滴下機能部、102 揮発機能部、103 転写機能部、103a 第1機能部、103b 第2機能部、104 搬送機能部、105 温度調節機能部、106 換気機能部、107 抽出機能部、108 制御部、110 テーブル、111 レール、112 ステージ、113 マイクロピペット、114 孔部、130,150 ガラス管、131 グラスウール、132,152 ピストン、140 筐体、141 入り口扉、142 出口扉、143,145 配管、144,146 バルブ、153 加圧装置、155 支持部、160 一部分。

Claims (6)

  1. 分析対象物と溶媒とを含む液体を第1基板の表面上に滴下する工程と、
    前記第1基板の前記表面上に滴下された前記液体から前記溶媒を揮発させることにより、前記液体を乾燥試料にする工程と、
    前記第1基板の前記表面上にスペーサを配置する工程と、
    前記乾燥試料と前記スペーサとに接触するように、前記第1基板の前記表面上から、前記第1基板の前記表面より低い撥水性を示す表面を有する第2基板を押圧することにより、前記第2基板に前記乾燥試料の少なくとも一部を転写する工程と、
    前記第2基板に転写された前記乾燥試料を分光分析する工程とを備える、分析方法。
  2. 前記分析対象物は樹脂に含まれる添加剤であり、
    前記液体を準備する工程をさらに備え、
    前記液体を準備する工程は、前記樹脂を前記溶媒に浸漬することで、前記樹脂から前記溶媒中に前記添加剤を抽出する工程と、
    前記添加剤を含む前記溶媒中から前記樹脂を除去する工程とを含む、請求項1に記載の分析方法。
  3. 前記スペーサを配置する工程は、前記第1基板の前記表面上に、前記スペーサとなるべき固体粒子を含むスペーサ媒体を配置する工程を含む、請求項1または請求項2に記載の分析方法。
  4. 前記スペーサを配置する工程では、前記第1基板の表面上において前記乾燥試料を挟む2カ所にそれぞれ前記スペーサを配置する、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の分析方法。
  5. 分析対象物と溶媒とを含む液体を第1基板の表面上に滴下する滴下機能部と、
    前記第1基板の前記表面上に滴下された前記液体から前記溶媒を揮発させることにより、前記液体を乾燥試料にする揮発機能部と、
    前記第1基板の前記表面より低い撥水性を示す表面を有する第2基板に前記乾燥試料の少なくとも一部を転写する転写機能部と、
    前記滴下機能部と前記揮発機能部と前記転写機能部との前記第1基板に対する相対的な位置を変更する搬送機能部と、を備える、試料作製装置。
  6. 前記転写機能部は、
    前記第1基板の前記表面上にスペーサを配置する第1機能部と、
    前記乾燥試料と前記スペーサとに接触するように、前記第1基板の前記表面上から、前記第2基板を押圧することにより、前記第2基板に前記乾燥試料の少なくとも一部を転写する第2機能部とを含む、請求項5に記載の試料作製装置。
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