KR20040035604A - 광열 변환 분광 분석 방법 및 그 방법을 실행하는 광열변환 분광 분석 장치 - Google Patents

광열 변환 분광 분석 방법 및 그 방법을 실행하는 광열변환 분광 분석 장치 Download PDF

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KR20040035604A
KR20040035604A KR10-2003-7016325A KR20037016325A KR20040035604A KR 20040035604 A KR20040035604 A KR 20040035604A KR 20037016325 A KR20037016325 A KR 20037016325A KR 20040035604 A KR20040035604 A KR 20040035604A
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야마구치준
핫토리아키히코
기타모리다케히코
도케시마나부
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니혼 이타가라스 가부시키가이샤
카나가와 아카데미 오브 사이언스 앤드 테크놀로지
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Abstract

고감도로 측정할 수 있는 광열 변환 분광 분석 방법 및 이 방법을 실행하는 광열 변환 분광 분석 장치의 제공을 목적으로 하고, 광열 변환 분광 분석 장치는 여기광용 광원(111)에서 출사되는 여기광의 광노 상에서 여기광용 광원(111)의 근방에 배치된 초퍼(112), 여기광의 진행 방향을 바꾸는 거울(114), 검출광용 광원(120)으로부터의 검출광이 입사되며, 여기광과 검출광이 동축이 되는 다이크로익 거울(113), 적절한 색 수차를 갖는 렌즈(10), 이 렌즈(10)를 3축으로 조정 가능하게 유지하는 유지구(15)로 이루어진다.

Description

광열 변환 분광 분석 방법 및 그 방법을 실행하는 광열 변환 분광 분석 장치{PHOTOTHERMAL CONVERSION SPECTROSCOPIC ANALYSIS METHOD, AND PHOTOTHERMAL CONVERSION SPECTROSCOPIC ANALYSIS SYSTEM FOR EXECUTING THAT METHOD}
최근, 반도체나 생체 시료, 혹은 각종 액체 시료 등의 분석이나 측정을 행하는 방법으로서 분광 분석 방법이 널리 이용되어져 왔다. 그러나, 종래의 분광 분석 방법에서는 미소 공간에서의 미량 물질 혹은 미소한 물질을 분석하는 경우에는, 측정을 진공 환경 내에서 행하는 것이 필요하였다. 또한, 전자빔이나 이온빔의 이용에 따라 시료가 파괴되거나 손상되기도 하는 등의 문제점이 있었다.
또한, 용액 혹은 생체 조직 중 등의 초미량의 시료를 취급하는 경우에는, 고정밀도로 높은 공간 분해능을 갖고 분석할 수 있는 광학 영역의 현미경의 사용이필수적이다. 이러한 현미경으로서 실제로 사용되고 있는 것은 레이저 형광 현미경에 한정된다. 따라서, 분석의 대상도 스스로 레이저 형광 현미경 형광 분자에 한정되고 있다.
이러한 사정으로부터, 진공 환경을 필요로 하지 않고, 비접촉으로, 비손상의 우려가 없는 분석이 가능하고, 더구나 분석 대상이 형광 분자에 한정되지 않아, 고정밀도로 높은 공간 분해능을 갖고 분석이 가능한 분석 방법이 요구되어 왔다.
이들 요구를 만족하는 분석 방법으로서, 광열 변환 현상에 의한 열 렌즈 효과를 이용한 광열 변환 분광 분석법이 주목되고 있다.
이 광열 변환 분광 분석법은 시료에 광을 집광 조사하였을 때에 시료 중의 용질이 광 흡수한 광에 기인하여 방출되는 열 에너지에 의해서 용매가 국소적으로 온도 상승하고, 이에 따라 굴절률이 변화하여 열 렌즈가 형성되는 광열 변환 효과를 이용하는 분석 방법이다.
도 3은 열 렌즈의 원리의 설명도이다.
도 3에서 현미경의 대물 렌즈를 통해 여기광을 극미소 시료에 집광 조사하면 광열 변환 효과가 유기된다. 많은 물질에서는 온도 상승에 따라 굴절률이 작아진다. 따라서 여기광이 집광 조사된 시료는 온도 상승의 정도가 큰 집광 중심에 가까운 곳 일수록 굴절률의 저하가 크고, 집광 중심으로 떨어져 주변부에 가까울수록 열 확산에 의해서 온도 상승의 정도가 작아지므로 굴절률의 저하가 작아진다. 광학적으로는 이 굴절률의 분포는 정확하게 오목렌즈와 같은 효과를 발휘하기 때문에, 이 효과를 열 렌즈 효과라고 한다. 이 열 렌즈 효과의 크기, 즉 오목 렌즈의도수는 시료의 광 흡수도에 비례한다. 또한, 굴절률이 온도에 비례하여 커지는 경우는 반대로 볼록 렌즈와 같은 효과가 발생한다.
이와 같이, 상기 광열 변환 분광 분석법은 시료 중에서의 열의 확산, 즉 시료의 굴절률의 변화를 관찰하는 것이므로, 극미소 시료의 농도를 검출하는 데 적합하다.
상기 광열 변환 분광 분석법을 실행하는 광열 변환 분광 분석 장치로서는 예컨대 일본국 특개평 10-232210호 공보에 기재된 것이 있다.
이러한 광열 변환 분광 분석 장치에서는 시료가 현미경의 대물 렌즈의 하측에 배치되고, 여기광용 광원으로부터 출력된 소정 파장의 여기광이 현미경에 입사하여 대물 렌즈에 의해서 시료 중의 극미량 영역에 집광 조사된다. 이 집광 조사된 여기광의 초점 위치를 중심으로 열 렌즈가 형성된다.
한편, 파장이 여기광과는 상이한 검출광이 검출 광원으로부터 방사되어, 현미경에 입사한 후에 현미경으로부터 출사한다. 이 출사한 검출광은 여기광에 의해서 시료 중에 형성된 열 렌즈에 집광 조사된다. 시료를 투과한 검출광은 열 렌즈의 효과에 의해서 발산 또는 집광한다. 이 시료로부터 발산 또는 집광하여 출사된 광은 신호광으로서 집광 렌즈 및 필터, 또는 필터만을 지나서 검출기에 수광되어, 검출된다. 검출된 신호광의 강도는 시료에서 형성된 열 렌즈 굴절률에 따른 것이 된다.
검출광의 주파수는 여기광과 같은 주파수이어도 되고, 또한, 여기광이 검출광을 겸할 수도 있다. 일반적으로는 여기광과 검출광과의 주파수를 상이하게 한경우에 양호한 감도가 얻어진다.
그렇지만, 상기의 광열 변환 분광 분석 장치는 광원이나, 측정부나 검출부(광전 변환부)의 광학계 등의 구성이 복잡하므로, 대형으로 가반성에 결여되어 있다. 따라서, 이 광열 변환 분광 분석 장치를 이용하여 분석이나 화학 반응을 할 때에는 장치의 설치 장소나 장치의 조작이 한정된다는 문제점이 있고, 나아가서는, 사용자의 작업 효율성이 낮은 문제점이 있다.
열 렌즈를 이용한 광열 변환 분광 분석법을 이용할 때에, 많은 경우에는 여기광의 초점 위치와 검출광의 초점 위치가 상이하다는 것이 필요하게 된다. 도 4A, 도 4B는 여기광의 진행 방향에 관한 열 렌즈의 형성 위치와 검출광의 초점 위치의 설명도이고, 도 5A는 대물 렌즈에 색수차가 있는 경우를 나타내고, 도 5B는 대물 렌즈에 색수차가 없는 경우를 나타낸다.
대물 렌즈(130)에 색수차가 있는 경우는 도 4A에 나타내는 바와 같이, 열 렌즈(131)는 여기광의 초점 위치(132)에 형성됨과 함께 검출광의 초점 위치(133)는 △L만 여기광의 초점 위치(132)로부터 어긋나므로, 이 검출광에 의해 열 렌즈(131)의 굴절률의 변화를 검출광의 초점 거리의 변화로서 검출할 수 있다. 한편, 대물 렌즈(130)에 색수차가 없는 경우는, 도 4B에 나타내는 바와 같이, 검출광의 초점 위치(133)는 여기광의 초점 위치(132), 즉, 열 렌즈(131)의 위치와 거의 일치한다. 그 결과, 검출광은 열 렌즈(131)에 의한 굴절이 일어나지 않으므로 열 렌즈(131)의 굴절률의 변화는 검출할 수 없다.
그렇지만, 현미경의 대물 렌즈는 통상적으로, 색수차가 없도록 제조되고 있으므로, 상기의 이유에 의해 검출광의 초점 위치(133)는 여기광의 초점 위치(132)에 형성되는 열 렌즈(131)의 위치와 거의 일치한다(도 4B). 따라서, 열 렌즈(131)의 굴절률의 변화는 검출할 수 없다. 그러므로, 측정할 때마다 열 렌즈가 형성되는 시료의 위치를, 도 5A 및 도 5B에 나타내는 바와 같이, 검출광의 초점 위치(133)에서 어긋나게 하거나, 도 6에 나타내는 바와 같이, 도시하지 않은 렌즈를 이용하여 검출광을 약간 발산 또는 집광시켜 대물 렌즈(130)에 입사시킴으로써, 검출광의 초점 위치(133)를 열 렌즈(131)로부터 어긋나게 하지 않으면 안되므로, 시간이 걸리고 사용자의 작업 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 고감도로 측정할 수 있는 광열 변환 분광 분석 방법 및 이 방법을 실행하는 소형의 광열 변환 분광 분석 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은 시료에 여기광을 집광 조사하여 열 렌즈를 형성하는 동시에 검출광을 조사하여 시료를 투과한 검출광을 수광하고, 열 렌즈에 의한 굴절에 기인하는 검출광의 강도 변화를 측정하는 광열 변환 분광 분석 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 미소 공간에서의 측정에서 정밀도가 높은 초미량 분석이 가능함과 동시에, 임의의 장소에서 간편한 측정이 가능한 광열 변환 분광 분석 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 광열 변환 분광 분석 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 △L과 광열 변환 분광 분석 방법에서의 신호 강도의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은 열 렌즈의 원리의 설명도이다.
도 4A는 여기광의 진행 방향에 관한 열 렌즈의 형성 위치와 검출광의 초점 위치의 설명도이고, 대물 렌즈에 색수차가 있는 경우를 나타낸다.
도 4B는 여기광의 진행 방향에 관한 열 렌즈의 형성 위치와 검출광의 초점 위치의 설명도이고, 대물 렌즈에 색수차가 없는 경우를 나타낸다.
도 5A는 여기광의 진행 방향에 관한 열 렌즈의 형성 위치와 검출광의 초점 위치의 설명도이고, 열 렌즈가 검출광의 초점 위치에 관해서 대물 렌즈측에 형성된 경우를 나타낸다.
도 5B는 여기광의 진행 방향에 관한 열 렌즈의 형성 위치와 검출광의 초점위치의 설명도이고, 열 렌즈가 검출광의 초점 위치에 관해서 대물 렌즈의 반대측에 형성된 경우를 나타낸다.
도 6은 종래의 광열 변환 분광 분석 장치에서의 열 렌즈의 굴절률의 변화를 검출하는 방법의 설명도이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 형태에 의하면, 집광 렌즈에 의해서 여기광과 검출광을 시료에 집광 조사하는 집광 조사 공정과, 상기 여기광의 집광 조사에 의해서 생성된 열 렌즈를 투과한 검출광의 편향에 따르는 강도의 변화를 측정하는 측정 공정을 갖는 광열 변환 분광 분석 방법에서, 상기 집광 조사 공정에서 집광 조사하는 상기 여기광과 상기 검출광과는 주파수가 다르고, 상기 집광 렌즈는 상기 여기광의 초점 위치에서의 상기 검출광의 초점 위치의 어긋남의 길이가 상기 여기광의 주파수에서의 공초점 길이의 2배 이상 또한 30배 이하인 것을 특징으로 하는 광열 변환 분광 분석 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제2 형태에 의하면, 집광 렌즈에의해 여기광과 검출광을 시료에 집광 조사하는 집광 조사 공정과 상기 여기광의 집광 조사에 의해 생성된 열 렌즈를 투과한 검출광의 편향에 따르는 강도의 변화를 측정하는 측정 공정을 갖는 광열 변환 분광 분석 방법에 있어서, 상기 여기광과 상기 검출광의 주파수가 상이하고, 상기 집광 렌즈는 여기광의 초점 위치에 대한 검출광의 초점 위치의 어긋남이 여기광의 주파수에서의 공초점 길이의 2배 이상 또한 25배 이하인 것을 특징으로 하는 광열 변환 분광 분석 방법이 제공된다.
본 발명의 제1 및 제2 형태에 의하면, 상기 집광 렌즈는 로드 렌즈인 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제3 형태에 의하면, 여기광과 검출광을 시료에 집광 조사하기 위한 집광 렌즈와, 상기 여기광의 집광 조사에 의해 생성된 열 렌즈를 투과한 검출광의 편향에 따르는 강도의 변화를 측정하는 측정 수단을 구비한 광열 변환 분광 분석 장치에 있어서, 상기 집광 조사하는 여기광과 검출광과는 주파수가 상이하고, 상기 집광 렌즈는 상기 여기광의 초점 위치에서의 상기 검출광의 초점 위치의 어긋남의 길이가 상기 여기광의 주파수에서의 공초점 길이의 2배 이상 또한 30배 이하인 것을 특징으로 하는 광열 변환 분광 분석 장치가 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제4 형태에 의하면, 여기광과 검출광을 시료에 집광 조사하기 위한 집광 렌즈와 상기 여기광의 집광 조사에 의해 생성된 열 렌즈를 투과한 검출광의 편향에 따르는 강도의 변화를 측정하는 측정 수단을 구비한 광열 변환 분광 분석 장치에 있어서, 상기 집광 조사하는 여기광과 상기검출광과는 주파수가 상이하고, 상기 집광 렌즈는 상기 여기광의 초점 위치에서의 상기 검출광의 초점 위치의 어긋남의 길이가 상기 여기광의 주파수에서의 공초점 길이의 2배 이상 또한 25배 이하인 것을 특징으로 하는 광열 변환 분광 분석 장치가 제공된다.
본 발명의 제3 및 제4 형태에 의하면, 상기 집광 렌즈는 로드 렌즈인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 광열 변환 분광 분석 방법 및 그 방법을 실행하는 광열 변환 분광 분석 장치를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 광열 변환 분광 분석 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에서 여기광용 광원(111)으로부터 출사되는 여기광의 광로 상에서 여기광용 광원(111)의 근방에는, 여기광을 변조하여 후술하는 열 렌즈 신호의 S/N비를 향상시키기 위한 초퍼(112)가 배치되어 있다. 변조된 여기광은 거울(114)에 의해서 진행 방향을 바꾼 후에, 다이크로익 거울(113)을 투과한다. 이 다이크로익 거울(113)의 양면 중에 여기광이 입사하는 면의 반대 면에는 검출광용 광원(120)으로부터의 검출광이 입사한다. 검출광은 다이크로익 거울(113)에 의해 반사되고, 여기광과 같은 축이 되어 적절한 색수차를 갖는 렌즈(10)가 된다.
렌즈(10)는, 가동적인 유지구(15)에 의해서 유지된다. 본 실시 형태에서는 렌즈(10)는 굴절률 분포형의 로드 렌즈이다. 또, 렌즈(10)가 소정의 색수차를 갖는다면 굴절률 분포형의 로드 렌즈에 한정되는 것은 아니다.
이 로드 렌즈(10)는 중심으로부터 주변부를 향해서 굴절률이 연속적으로 변하는, 예컨대 유리 또는 플라스틱제의 원주 형상 투명체로 이루어진다(예컨대, 특공소 63-63502호 공보).
로드 렌즈(1O)는 중심축으로부터 반경 방향으로 r의 거리에 있는 위치에서의 굴절률(n(r))은, 축상 굴절률을 n0, 2승 분포 정수를 g로 하여, 근사적으로 r에 관한 2차 방정식
n(r)= n0{1-(g2/2)·r2}
에 의해 나타내어지는 집속성 광 전송체로서 알려져 있다.
로드 렌즈(10)는 그 길이(z0)를 0<z0<π/2g의 범위 내에서 선택할 때, 그 결상 특성은 양단면이 평탄하면서 통상의 볼록 렌즈와 같고, 평행 입사 광선에 의해서 출사단보다,
s0= cot(gz0)/n0g
의 위치에 초점이 만들어진다.
또한, 로드 렌즈(10)는, 예컨대, 이하의 방법으로 제조된다.
즉, 몰 백분률로 SiO2:57∼63%, B2O3:17∼23%, Na2O:5∼17%, Tl2O:3∼15%를 주성분으로 하는 유리로 로드를 성형한 후, 이 유리 로드를 질산 칼륨 염욕(鹽浴) 등의 이온 교환 매체 중에서 처리하여 유리 중의 탈륨 이온 및 나트륨 이온과 매체 중의 칼륨 이온을 이온 교환하여, 유리 로드 내에 중심으로부터 주변으로 향하여 연속적으로 저감하는 굴절률 분포를 부여한다.
원주 형상의 로드 렌즈(10)의 양단면에 로드 렌즈(10)의 광축이 수직으로 교차하므로, 여기광 및 검출광 양쪽의 광축을 로드 렌즈(10)의 광축에 용이하게 맞출 수 있다. 또한, 이 로드 렌즈(10)는 현미경용 대물 렌즈와 비교하여 상당히 작으므로, 장치 전체를 소형화할 수 있다.
로드 렌즈(10)의 하측에는 검출하기 위한 시료를 흘려보내는 유로가 형성된 판 형상 부재(20)가 X-Y 시료 스테이지(125) 상에 배치되어 있다. X-Y 시료 스테이지(125)가 가동인 영역은 도 1의 지면 상에서, 지면에 직교하는 평면내이다.
검출하기 위한 시료를 흘려보내는 유로가 형성된 판 형상 부재(20)는 3층으로 쌓여 접착된 유리 기판(201, 202, 203)으로 구성되어 있고, 중간의 유리 기판(202)에는, 시료를 혼합하거나, 교반(攪拌)하거나, 합성하거나, 분리하거나, 추출하거나, 검출하거나 등을 하기 위한 유로(204)가 형성되어 있다.
이 유로가 형성된 판 형상 부재(20)의 재료는 내구성, 내약품성의 면에서, 유리가 바람직하다. 특히, 세포 등의 생체 시료, 예컨대 DNA 해석용으로서의 용도를 고려하면, 내산성, 내알카리성이 높은 유리, 구체적으로는, 붕규산 유리, 소다 라임 유리, 알루미노붕규산 유리, 석영 유리 등이 바람직하다. 그러나, 용도를 한정함으로써 플라스틱 등의 유기 물질에 의해서 제조한 것을 이용할 수 있다.
로드 렌즈(10)의 여기광의 초점 위치는 유로가 형성된 판 형상 부재(20)의 유로(204) 중에 위치해야 한다. 그러나, 로드 렌즈(10)는 유로가 형성된 판 형상 부재(20)에 접촉되어 있을 필요는 없고, 접촉시키는 경우는 판 형상 부재(20)의 상부 유리판(201)의 두께로 로드 렌즈(10)의 초점 거리를 조정할 수 있다. 상부 유리판(201)의 두께가 모자라는 경우에는, 로드 렌즈(10)와 상부 유리판(201) 간에 초점 거리를 조정하기 위한 스페이서를 넣어도 된다. 이들 경우에는 초점 거리의 조정도 불필요하게 되므로, 장치를 더욱 소형화할 수 있다.
여기광의 초점 위치와 검출광의 초점 위치의 어긋남(△L)이 어느 정도이면 되는지에 대하여 설명한다. 측정 대상물이 상당히 얇은 박막의 경우에는, 여기광을 집광 조사하는 데 이용한 대물 렌즈의 공초점 길이의배가 적합하다는 결과가 얻어졌다(Analyst, August 1995, Vol.120,2053). 공초점 길이(Ic:nm)는 Ic=π·(d/2)2/λ1로 계산된다. 여기서, d는 d=1.22×λ1/NA에서 계산되는 에어리(Airy) 디스크이고, λ1은 여기광의 파장(nm), NA는 이용된 로드 렌즈(10)의 개구수이다. 이 △L치는 여기광의 초점 위치와 검출광의 초점 위치와의 차를 나타내고 있기 때문에, 검출광의 초점 거리가 여기광의 초점 거리보다도 길고, 짧은 것에 의한 차이는 없다.
그렇지만, 상기 △L의 최적값은 여기광과 검출광이 동일의 주파수이고, 시료가 대물 렌즈의 공초점 길이에 대하여 두껍지 않을 경우에 얻어진 것이다.
현재, 화학 반응을 미소 공간에서 실행하기 위한 집적화 기술이 화학 반응의 고속성, 미소량에서의 반응, 온 사이트(on-site) 분석 등의 관점에서 주목되고 있고, 세계적으로 활발하게 연구가 진행되고 있다.
상기의 집적화 기술의 하나로서, 작은 유리 기판 등에 제작한 미세한 유로 중에서 시료의 혼합, 반응, 분리, 추출, 검출의 모두를 행하는 것을 목표로 한 것이 있다. 이들은, 분리만을 목적으로 한 것과 같이 단일의 기능만으로 이용되어도 되고, 또한, 복합하여 이용되어도 된다.
분리만을 목적으로 한 것으로서, 극미량의 알부미노이드(albuminoid)이나 핵산 등을 분석하는 전기 영동 장치가 제안되어 있다. 이것은 서로 접합된 2장의 유리 기판으로 이루어지는 유로가 형성된 판 형상 부재를 구비하고 있다(예컨대, 일본국 특개평 제8-178897호 공보).
이들에 이용되는 판 형상 부재에 형성된 유로는, 용액을 액체로서의 특성을 유지하면서 흘려 보낼 필요가 있는 것으로부터, 깊이는 통상 50∼10Oμm정도이다. 이 유로를 측정 대상물인 용액이 흐르고 있는 상태에서 광열 변환 분광 분석을 실시하는 것은, 측정 대상물의 두께(깊이)가 여기광의 공초점 길이보다도 상당히 큰 것을 의미한다. 예컨대, 파장 532nm의 여기광을 NA(개구수) 0.4의 대물 렌즈로 집광한 경우의 공초점 길이는 3.9μm 이지만, 유로의 두께는 그 10배 이상인 것이 된다. 이와 같이 측정 대상의 두께가 공초점 길이보다도 큰 경우를 상기의 박막과 비교하면, 열 렌즈가 생성되는 박막이 두께 방향으로 많이 적층한 상태와 같게 되어, 최종적으로는 그 적분값이 되므로, 박막의 경우보다도 여기광과 검출광의 초점 위치의 어긋남의 최적값이 커진다는 것이 예상된다. 단, 여기광과 검출광의 초점 위치의 어긋남이 지나치게 커지면, 여기광에 의해서 생성되는 열 렌즈를 투과하는 검출광의 양이 지나치게 적어져 검출 감도가 저하한다. 따라서, 광열 변환 분광 분석 방법에 사용하는 대물 렌즈가 갖는 색수차, 즉, 여기광의 초점 위치와 검출광의 초점 위치의 차(△L)는 여기광의 공초점 길이의 2배∼30배까지가 바람직하고,보다 바람직하게는 2배∼25배이다. 더욱 바람직하게는 3배∼25배이다.
광열 변환 분광 분석 방법에 이용하는 여기광의 강도가 작은 경우나 측정 대상물의 농도가 낮은 경우 등은 여기광의 초점 위치로부터 떨어진 부분에 나타나는 열 렌즈의 도수가 작아지므로, 측정 대상물의 두께 전체를 적분한 열 렌즈 효과가 줄어드는 것이 예상된다. 이러한 경우에는, △L을 상기의 값보다도 줄이는 것이 바람직하다. 따라서, △L은 2배∼25배가 바람직하고, 보다 바람직한 것은 3배∼25배이고, 더욱 바람직한 것은 3배∼20배이다.
여기서, 굴절률 분포형 로드 렌즈를 사용하여 어느 정도의 색수차를 얻을 수 있는지 예시한다. 이용하는 굴절률 분포형 로드 렌즈에는 일본 이타가라스 주식회사의 SELFOC 렌즈 카탈로그에 기재되어 있는 SLH렌즈를 이용한다. 이 카탈로그에는 직경 1.8mm의 렌즈의 특성이 기재되어 있으므로, 그것을 직경 1mm에 환산하여 사용한다.
유로가 형성된 판 형상 부재의 재질이 파이렉스(Pyrex)(등록 상표) 유리, 유로 보다도 윗부분의 두께(상부 유리(201)의 두께)가 0.18mm, 유로의 깊이가 0.1mm, 굴절률 분포형 로드 렌즈 SLH의 직경이 1mm, 이 렌즈 안을 실제로 광이 투과하는 유효 직경이 0.7mm, 로드 길이가 1.7mm, 여기광 파장이 488nm, 검출광 파장이 633nm, 여기광의 초점 위치가 유로의 한가운데에 위치한다고 한 경우, 여기광과 검출광의 초점 위치차(△L)는 45μm이다. 이 때 초점 위치에서의 NA는 0.46으로, 여기광에서의 공초점 길이는 2.7μm이다. 따라서, △L은 공초점 길이의 약 17배이다.
도 2는 △L과 광열 변환 분광 분석 방법에서의 신호 강도의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 신호 강도는 하기의 조건으로 측정한 것이다.
대물 렌즈로서 색수차가 없고, NA가 0.4인 현미경 대물 렌즈를 이용하였다. 여기광은 그대로 대물 렌즈에 따라, 검출광은 대물 렌즈에 입사하기 이전에 발산 또는 집광시킴으로써 초점 위치를 변화시켰다. 시료는 선셋 옐로(Sunset Yellow)를 1O-4몰의 농도로 용해한 수용액이고, 이것을 0.1mm 두께의 유로에 넣었다. 여기광의 파장은 532nm이고, 검출광의 파장은 633nm이다. 도 2는 이러한 조건하에 여기광의 초점 위치를 홈의 중심에 위치시켜, 검출광의 초점 위치를 그 위치로부터 광축 방향으로 옮기면서 광열 변환 분광 분석 방법에서 얻어지는 신호 강도를 측정하여 플롯하였다.
도 2에서 신호 강도가 최고가 되는 것은 △L이 약 60μm가 된 경우이고, 이것은 여기광에서의 공초점 길이의 약 15배이다(여기광에 대한 공초점 길이는 3.9μm). 얻어진 신호 강도가 최고 강도의 1/2이상이 되는 영역은, △L이 여기광에서의 공초점 길이의 4배에서 27배까지였다.
상기의 유로가 형성된 판 형상 부재(20)의 유로(204)에 면하는 위치에서 유로가 형성된 판 형상 부재(20)를 끼워 로드 렌즈(10)에 대향하는 위치에, 여기광과 검출광을 분리하여, 검출광만을 선택적으로 투과시키는 파장 필터(116) 및 이 파장 필터(116)를 투과한 검출광을 검출하는 광전 변환기(117)가 배치되어 있다. 광전 변환기(117) 앞에는 검출광의 일부만을 투과시키기 위한 핀 홀을 삽입하여도 된다.광전 변환기(117)에 의해 얻어지고, 프리앰프(121)에 의해서 증폭된 신호는 록 인 앰프(122)로 이송되어 초퍼(112)와 동기되어지고, 그 후, 컴퓨터(123)로 해석된다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 로드 렌즈(10)는 사용하는 여기광 및 검출광의 파장 또는 측정에 이용하는 유로가 형성된 판 형상 부재(20)의 유로(204)의 디맨션 등에 알맞은 색 수차량을 갖고 있으므로, 고감도로 측정할 수 있는 동시에, 외부에 여기광 또는 검출광의 초점 위치를 조정하기 위한 광학계를 설치할 필요가 없으므로 장치를 소형화할 수 있다.
이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 여기광과 검출광은 주파수가 상이하고, 집광 렌즈는 여기광의 초점 위치로부터의 검출광의 초점 위치의 어긋남의 길이가 여기광의 주파수에서의 공초점 길이의 2배 이상 또한 30배 이하이므로, 충분한 신호 강도를 얻을 수 있고, 그 결과 고감도로 측정할 수 있다.
본 발명에서는, 여기광과 검출광은 주파수가 상이하고, 집광 렌즈는 여기광의 초점 위치로부터의 검출광의 초점 위치의 어긋남의 길이가 여기광의 주파수에서의 공초점 길이의 2배 이상 또한 25배 이하이므로, 신호 강도는 더욱 크고, 그 결과, 더욱 고감도로 측정할 수 있다.
본 발명에서는 집광 렌즈는 로드 렌즈이므로, 여기광 및 검출광의 초점 위치를 조정하기 위한 광학계를 생략할 수 있고, 따라서, 장치를 소형화할 수 있게 된다.

Claims (6)

  1. 집광 렌즈에 의해서 여기광과 검출광을 시료에 집광 조사하는 집광 조사 단계와, 상기 여기광의 집광 조사에 의해서 생성된 열 렌즈를 투과한 검출광의 편향에 따르는 강도의 변화를 측정하는 측정 단계를 갖는 광열 변환 분광 분석 방법에 있어서, 상기 집광 조사 단계에서 집광 조사하는 상기 여기광과 상기 검출광과는 주파수가 상이하고, 상기 집광 렌즈는 상기 여기광의 초점 위치로부터의 상기 검출광의 초점 위치의 어긋남의 길이가 상기 여기광의 주파수에서의 공초점 길이의 2배 이상 또한 30배 이하인 것을 특징으로 하는 광열 변환 분광 분석 방법.
  2. 집광 렌즈에 의해 여기광과 검출광을 시료에 집광 조사하는 집광 조사 단계와, 상기 여기광의 집광 조사에 의해 생성된 열 렌즈를 투과한 검출광의 편향에 따르는 강도의 변화를 측정하는 측정 단계를 갖는 광열 변환 분광 분석 방법에 있어서, 상기 집광 조사하는 여기광과 검출광과는 주파수가 상이하고, 상기 집광 렌즈는 상기 여기광의 초점 위치로부터의 상기 검출광의 초점 위치의 어긋남의 길이가 상기 여기광의 주파수에서의 공초점 길이의 2배 이상 또한 25배 이하인 것을 특징으로 하는 광열 변환 분광 분석 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 집광 렌즈는 로드 렌즈인 것을 특징으로 하는 광열 변환 분광 분석 방법.
  4. 여기광과 검출광을 시료에 집광 조사하기 위한 집광 렌즈와, 상기 여기광의 집광 조사에 의해 생성된 열 렌즈를 투과한 검출광의 편향에 따르는 강도의 변화를 측정하는 측정 수단을 구비한 광열 변환 분광 분석 장치에 있어서, 상기 집광 조사하는 여기광과 검출광과는 주파수가 상이하고, 상기 집광 렌즈는 상기 여기광의 초점 위치로부터의 상기 검출광의 초점 위치의 어긋남의 길이가 상기 여기광의 주파수에서의 공초점 길이의 2배 이상 또한 30배 이하인 것을 특징으로 하는 광열 변환분 광 분석 장치.
  5. 여기광과 검출광을 시료에 집광 조사하기 위한 집광 렌즈와, 상기 여기광의 집광 조사에 의해 생성된 열 렌즈를 투과한 검출광의 편향에 따르는 강도의 변화를 측정하는 측정 수단을 구비한 광열 변환 분광 분석 장치에 있어서, 상기 집광 조사하는 여기광과 상기 검출광과는 주파수가 상이하고, 상기 집광 렌즈는 상기 여기광의 초점 위치로부터의 상기 검출광의 초점 위치의 어긋남의 길이가 상기 여기광의 주파수에서의 공초점 길이의 2배 이상 또한 25배 이하인 것을 특징으로 하는 광열 변환 분광 분석 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 집광 렌즈는 로드 렌즈인 것을 특징으로 하는 광열 변환 분광 분석 장치.
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