WO2007037217A1 - 分析装置 - Google Patents

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WO2007037217A1
WO2007037217A1 PCT/JP2006/319025 JP2006319025W WO2007037217A1 WO 2007037217 A1 WO2007037217 A1 WO 2007037217A1 JP 2006319025 W JP2006319025 W JP 2006319025W WO 2007037217 A1 WO2007037217 A1 WO 2007037217A1
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broadband
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Inventor
Takemi Hasegawa
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries, Ltd. filed Critical Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/272—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration for following a reaction, e.g. for determining photometrically a reaction rate (photometric cinetic analysis)
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    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for analyzing components of a measurement object.
  • US Patent No. 6741875 discloses a technique for analyzing a component of a measurement object.
  • this analysis technology multiple wavelengths of light in the near-infrared wavelength region are simultaneously irradiated onto the measurement object, and the light absorption coefficient of the measurement object at each wavelength is measured simultaneously. Know the concentration of specific substances.
  • Such spectroscopic analysis using light in the near-infrared wavelength region (for example, 750 ⁇ ! To 250 Onm) or in the vicinity thereof is caused by the double vibration of the reference vibration of the constituent elements such as molecules in the measurement object or the combined vibration.
  • the absorption line to be measured can be measured. For this reason, it is used for analyzing the components of body fluids in living bodies.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a conventional analysis technique.
  • the conventional analysis technique first, the near-infrared light absorption spectrum a ( ⁇ ) (part (a) of FIG. 7) of the measurement object is measured. Next, o
  • Patent Document 1 US Patent No. 6741875
  • An object of the present invention is to provide an analyzer that can easily identify each component even when a plurality of components having a large spectrum overlap are included in the measurement object. Is Rukoto.
  • a broadband light source that generates broadband light having a bandwidth of 300 nm or more included in a wavelength range of 750 nm to 2500 nm in a substantially single spatial mode, and a broadband light source to be measured.
  • the irradiation optical system that irradiates the irradiation area, the capture optical system that captures the wideband light emitted from the irradiated area force as the object light, and the object light is received, and the temporal intensity change is obtained for each wavelength component of the object light.
  • an analyzer comprising a time-resolved spectroscope and an analysis unit that analyzes a component of a measurement object based on a temporal intensity change.
  • the analysis apparatus of the present invention can easily identify each component even when the measurement object includes a plurality of components having a large spectrum overlap.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an analyzer according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining broadband light irradiation and object light emission in a measurement object.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of a temporal intensity change for each wavelength component of the object light obtained by the time-resolved spectrometer of the analyzer according to the first embodiment.
  • IV 4 A graph showing an example of the frequency spectrum of the absorptance for each wavelength component of the object light obtained by the time-resolved spectrometer of the analyzer according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing an irradiation optical system and a capture optical system of an analyzer according to a second embodiment of the present invention in a measurement region.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing an irradiation optical system and a capture optical system of an analyzer according to a third embodiment of the present invention in a measurement region.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining a conventional analysis technique.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an analyzer according to the first embodiment of the present invention.
  • the analyzer 1 includes a wide-band light source 10, an irradiation optical system 20, a capture optical system 30, a time-resolving spectrometer 40, and an analysis unit 50, and analyzes the measurement object 90.
  • the broadband light source 10 generates a broadband light L having a bandwidth of 300 nm or more included in a wavelength range of 750 nm to 2500 nm in a substantially single spatial mode.
  • 12 and light output unit 13 are included.
  • the seed light source 11 generates a pulse laser beam having a high peak power.
  • the spectrum extension unit 12 inputs the pulse laser beam generated by the seed light source 11 and broadens the spectrum of the pulse laser beam by a nonlinear optical effect, thereby changing the pulse laser beam to the broadband light L.
  • the optical output unit 13 outputs the broadband light L generated by the spectrum extension unit 12 in a substantially single spatial mode.
  • the spectrum extension unit 12 is a nonlinear optical medium having chromatic dispersion having a small absolute value and high nonlinearity at the center wavelength of the pulsed laser light output from the seed light source 11, for example, a highly nonlinear optical fiber. Preferably there is.
  • the pulse light incident on the spectrum extension section 12 is broadened by the nonlinear optical effect and becomes broadband light (super continuum light).
  • the spectral extension 12 is preferably a single mode optical fiber.
  • the light output unit 13 is also preferably a single mode optical fiber.
  • the wavelength range of the broadband light output from the broadband light source 10 preferably includes an absorption wavelength that characterizes the measurement object 90.
  • an absorption wavelength that characterizes the measurement object 90.
  • the near-infrared wavelength region 750 nm to 2500 nm
  • the light output unit 13 that is a single-mode optical fiber enters the broadband light generated by the spectrum extending unit 12 at one end, guides the broadband light, and emits the broadband light to the other end force space.
  • the optical output unit 13 which is a single mode optical fiber operates effectively in a single mode in the wavelength band of broadband light.
  • the effective single mode operation means that the mode conversion of the light energy incident in the fundamental mode to the higher order mode can be ignored.
  • the single mode optical fiber as the optical output unit 13 may be a part of a highly nonlinear optical fiber as the spectrum extending unit 12.
  • the fact that the highly nonlinear optical fiber as the spectrum extension unit 12 operates substantially in a single mode in the wavelength band of the wide band light avoids the loss of the energy of the broadband light coupled to the higher order mode. This is preferable.
  • the irradiation optical system 20 irradiates the irradiated region 91 of the measurement object 90 with the broadband light L generated by the broadband light generation source 10, and includes a curved mirror 21.
  • the curved mirror 21 condenses and irradiates the irradiated area 91 with the broadband light L output from the light output unit 13 included in the broadband light source 10.
  • an optical element with less aberration such as a curved mirror.
  • a lens can be used depending on the wavelength bandwidth and the size of the irradiated region.
  • Irradiated light collected on the irradiated area 91 of the measurement object 90 is absorbed by the irradiated area 91 with different wavelengths, and light generated by reflection or scattering is emitted from the irradiated area 91 as object light. .
  • the capture optical system 30 is configured so that the object light L emitted from the irradiated region 91 with the irradiation of the broadband light L
  • the curved mirror 31 and the optical fiber 32 are included.
  • the curved mirror 31 captures the object light L emitted from the irradiated region 91.
  • the optical fiber 32 is used to capture the captured object light.
  • the light is incident on the end and guided, and output to the time-resolved spectrometer 40 at the other end.
  • an optical element having a small aberration such as a curved mirror.
  • a lens can be used depending on the wavelength bandwidth and the size of the irradiated region.
  • the optical fiber 31 is preferably single mode for stray light removal and high spectral accuracy LV, but may be multimode to increase the power of the captured object light. ! /
  • the time-resolved spectrometer 40 receives the object light L captured by the capture optical system 30, and
  • a change in temporal intensity is obtained for each wavelength component of light, and includes a dispersion unit 41 and a light detection unit 42.
  • the dispersion unit 41 decomposes each wavelength component of the object light captured by the capture optical system 30 into different spatial positions.
  • a diffraction grating is preferably used as the dispersion part 41.
  • the light detection unit 42 detects a temporal intensity change of each wavelength component decomposed by the dispersion unit 41 in synchronization with the generation timing of the pulse laser beam in the seed light source 11.
  • an array detector in which a large number of light receiving elements are arranged in an array is preferably used. It is preferable that a trigger signal indicating the timing of the Norse light output from the seed light source 11 is supplied to the array detector, and that the light synchronized with this trigger signal is detected by the light detection unit 42. Suppressed and faster fluctuations can be measured. Note that the time-resolved measurement of the spectrum may be performed using a streak camera instead of the diffraction grating and the array detector.
  • the analysis unit 50 analyzes the component of the measurement object based on the temporal intensity change for each wavelength component of the object light obtained by the time-resolved spectrometer 40. An example of this analysis method will be described later.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining broadband light irradiation and object light emission in a measurement object.
  • the measurement object 90 is generally in a liquid phase and is contained in a transparent sample cell.
  • the broadband light L collected by the curved mirror 21 is irradiated to a minute irradiated area 91 of the measurement object 90. Part of the irradiated broadband light is absorbed by the constituent elements 92 (black circles in the figure) such as molecules contained in the irradiated area 91, and the object light L is generated by reflection or scattering.
  • the object light L is captured by the curved mirror 31 and collected on one end of the optical fiber 32, and the time
  • the average interval between the components 92 is 1.2 m. If the diameter of the measurement area 91 is set to be several times the average distance between the components 92 (for example, 2 m) or less, the component 92 moves in and out of the measurement area 92 in units of one unit due to Brownian motion. You can observe fluctuations in the absorption spectrum.
  • the analyzer of the present invention has a case where a plurality of components having a large spectrum overlap are included in the measurement object. Even so, each component can be easily identified.
  • FIG. 3 is a graph showing an example of a temporal intensity change for each wavelength component of the object light obtained by the time-resolved spectrometer 40 of the analyzer 1 according to the first embodiment.
  • Fig. 3 shows the wavelength included in the wavelength band of the broadband light output from the broadband light source 10.
  • the broadband light output from the broadband light source 10 is condensed by the irradiation optical system 20, and the broadband light is irradiated. It is preferable to make the irradiated area 91 in the measurement object 90 to be minute.
  • the absorption spectrum in which the object light force emitted from the irradiated region 91 with broadband light irradiation is also measured has an absorption line at a wavelength corresponding to the absorption line of the component 92 in the measurement target 90. Each absorption line exhibits a temporal fluctuation having characteristics unique to the component 92. Based on the characteristics of this fluctuation, the attribution of the absorption line to the component 92 can be known.
  • the fluctuation is characterized by the Fourier transform of the fluctuation time waveform and the fluctuation frequency spectrum a (f
  • ⁇ , ⁇ may be obtained, and the frequency spectrum force of fluctuation may be obtained, and the fluctuation frequency component characterizing the fluctuation may be obtained, and the component 92 may be classified based on the fluctuation frequency component.
  • f represents the frequency of fluctuation.
  • a time differential waveform may be used instead of the Fourier transform. In that case, peaks and dips occur at the time when the component 92 enters and exits the irradiated area 91 due to Brownian motion or the like, so that spectral components having peaks at the same time can be attributed to the same component. .
  • the movement of the component 92 may use spontaneous phenomena such as Brownian movement and convection. It is also effective to intentionally apply flow and vibration.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing an irradiation optical system and a capture optical system in the analyzer according to the second embodiment of the present invention.
  • the optical system shown in FIG. 5 uses an optical fiber probe 23 as an irradiation optical system and an optical fiber probe 33 as a capture optical system.
  • the optical fiber probes 23 and 33 are formed by sharpening the tips of glass fibers, and the tips of the optical fiber probes 23 and 33 are inserted into the measurement object 90.
  • the optical fiber probe 23 guides the broadband light generated by the broadband light source 10 and outputs the broadband light L as evanescent light with the tip force also.
  • the optical fiber probe 33 inputs the object light L emitted from the irradiated region to the tip and guides the object light L to the time-resolved spectrometer 40.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing an irradiation optical system and a capture optical system in the analyzer according to the third embodiment of the present invention.
  • the optical system shown in FIG. 6 uses a common optical fiber probe 23 as an irradiation optical system and a capture optical system!
  • the tip of the optical fiber probe 23 is inserted into the measurement object 90.
  • the optical fiber probe 23 guides the broadband light L generated by the broadband light source 10 and outputs the broadband light L as tip force evanescent light.
  • the optical fiber probe 23 enters the object light L emitted from the irradiated region at the tip.
  • the other end of the glass fiber is a beam spline that separates broadband light L and object light L.
  • a ritter is provided.
  • the tip force of the irradiation optical system makes the region irradiated with the broadband light L as evanescent light minute. be able to.
  • the object light L emitted from a minute region is used as the capture optical system.
  • the analysis apparatus of the present invention can be used, for example, for component analysis of body fluids of living bodies.

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Abstract

スペクトルの重なりが大きい複数の構成要素が測定対象物に含まれる場合であっても各構成要素の同定を容易に行うことができる分析装置を提供する。分析装置は、波長域７５０ｎｍ～２５００ｎｍに含まれる帯域幅３００ｎｍ以上の広帯域光を実質的に単一の空間モードで発生させる広帯域光発生源と、広帯域光を測定対象物の被照射領域に照射する照射光学系と、被照射領域から出射した広帯域光を物体光として捕獲する捕獲光学系と、物体光を受光して、物体光の各波長成分について時間的強度変化を求める時間分解分光器と、時間的強度変化に基づいて測定対象物の成分を解析する解析部と、からなる。

Description

分析装置
技術分野
[0001] 本発明は、測定対象物の成分を分析する装置に関するものである。
背景技術
[0002] 米国特許第 6741875号は、測定対象物の成分を分析する技術を開示している。こ の分析技術では、近赤外波長域に含まれる複数波長の光を同時に測定対象物に照 射して、各波長における測定対象物の光吸収係数を同時測定することにより、測定 対象物中の特定物質の濃度を知る。このような近赤外波長域 (例えば 750ηπ！〜 250 Onm)またはその近傍の光を用いた分光分析は、測定対象物中の分子等の構成要 素の基準振動の倍振動や結合振動に起因する吸収線を測定することができる。その ため、生体の体液の成分分析などに用いられて ヽる。
[0003] 図 7は、従来の分析技術を説明する概念図である。従来の分析技術では、まず、測 定対象物の近赤外光吸収スペクトル a ( λ ) (図 7 (a)部分)を測定する。次に、予め o
準備されている構成要素 Aの単位濃度当たりの近赤外光吸収スペクトル α ( λ ) (図
A
7 (b)部分）、および構成要素 Bの単位濃度当たりの近赤外光吸収スペクトル α ( λ )
Β
(図 7 (c)部分)から、測定対象物中での構成要素 Α、 Βそれぞれの物質量を推定す る。推定に際しては、推定した吸収スペクトル α ( λ ) (図 7 (d)部分)を
a ( >i ) = c a ( >i ) + c a ( ノ
m A A B B
(c は構成要素 Aの濃度の推定値、 cは構成要素 Bの濃度の推定値）
A B
なる式で表し、スペクトル α ( λ )がスペクトル α ( λ )と最もよく一致するように、推
m O
定値 Cおよび推定値 Cを決める。
A B
特許文献 1 :米国特許第 6741875号明細書
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 本発明の目的は、スペクトルの重なりが大きい複数の構成要素が測定対象物に含ま れる場合であっても各構成要素の同定を容易に行うことができる分析装置を提供す ることである。
課題を解決するための手段
[0005] 目的を達成するため、波長域 750nm〜2500nmに含まれる帯域幅 300nm以上の 広帯域光を実質的に単一の空間モードで発生させる広帯域光発生源と、広帯域光 を測定対象物の被照射領域に照射する照射光学系と、被照射領域力 出射した広 帯域光を物体光として捕獲する捕獲光学系と、物体光を受光して、物体光の各波長 成分について時間的強度変化を求める時間分解分光器と、時間的強度変化に基づ Vヽて測定対象物の成分を解析する解析部と、からなる分析装置が提供される。
発明の効果
[0006] 本発明の分析装置は、スペクトルの重なりが大きい複数の構成要素が測定対象物に 含まれる場合であっても、各構成要素の同定を容易に行うことができる。
図面の簡単な説明
[0007] [図 1]本発明の第一実施形態に係る分析装置の概念図である。
[図 2]測定対象物における広帯域光照射および物体光出射を説明する概念図である
[図 3]第一実施形態に係る分析装置の時間分解分光器により求められる物体光の各 波長成分についての時間的強度変化の一例を示すグラフである。
圆 4]第一実施形態に係る分析装置の時間分解分光器により求められる物体光の各 波長成分についての吸収率の周波数スペクトルの一例を示すグラフである。
[図 5]被測定領域における、本発明の第二実施形態に係る分析装置の照射光学系 および捕獲光学系を示す概念図である。
[図 6]被測定領域における、本発明の第三実施形態に係る分析装置の照射光学系 および捕獲光学系を示す概念図である。
[図 7]従来の分析技術を説明する概念図である。
符号の説明
[0008] 1…分析装置、 10…広帯域光発生源、 11· ··種光源、 12· ··スペクトル拡張部、 13· ·· 光出力部、 20· ··照射光学系、 21· ··曲面鏡、 23…光ファイバプローブ、 30· ··捕獲光 学系、 31· ··曲面鏡、 33· ··光ファイバプローブ、 40…時間分解分光器、 41· ··分散部 、 42· ··光検出部、 50…解析部、 90· ··測定対象物、 91· ··被照射領域。
発明を実施するための最良の形態
[0009] 本発明の実施形態が、以下において、図面を参照して説明される。図面は、説明を 目的とし、発明の範囲を限定しょうとするものではない。図面において、説明の重複 を避けるため、同じ符号は同一部分を示す。図面中の寸法の比率は、必ずしも正確 ではない。
[0010] 図 1は、本発明の第一実施形態に係る分析装置の概念図である。分析装置 1は、広 帯域光発生源 10、照射光学系 20、捕獲光学系 30、時間分解分光器 40および解析 部 50を備え、測定対象物 90を分析する。
[0011] 広帯域光発生源 10は、波長域 750nm〜2500nmに含まれる帯域幅 300nm以上 の広帯域光 Lを実質的に単一の空間モードで発生させるものであり、種光源 11、ス ベクトル拡張部 12および光出力部 13を含む。種光源 11は、高ピークパワーのパル スレーザ光を発生させる。スペクトル拡張部 12は、種光源 11で発生したパルスレー ザ光を入力し、このパルスレーザ光のスペクトルを非線形光学効果により広げること により、パルスレーザ光を広帯域光 Lとする。光出力部 13は、スペクトル拡張部 12で 発生した広帯域光 Lを実質的に単一の空間モードで出力する。
[0012] スペクトル拡張部 12は、種光源 11から出力されるパルスレーザ光の中心波長におい て絶対値が小さい波長分散と高い非線形性とを有する非線形光学媒質であり、たと えば高非線形光ファイバであるのが好ましい。スペクトル拡張部 12に入射されたパル ス光は、非線形光学効果によってスペクトルが広がって広帯域光 (スーパーコンティ ニューム光）となる。スペクトル拡張部 12は単一モード光ファイバであるのが好適であ る。光出力部 13も単一モード光ファイバであるのが好適である。
[0013] 広帯域光発生源 10から出力される広帯域光の波長範囲は、測定対象物 90を特徴 付ける吸収波長を含んでいることが好ましい。そのためには、少なくとも帯域幅 300η m以上に亘つて広がった広帯域光を用いることが好ま 、。近赤外波長域（750nm 〜2500nm)は、分子の基準振動の倍振動や結合振動のエネルギに対応する吸収 波長が存在し、倍振動や結合振動は非調和項を通じて分子結合の周囲環境に依存 するため、蛋白質分子などの複雑な分子の分析に適し、特に好ましい。
[0014] 高非線形光ファイバであるスペクトル拡張部 12によって発生させられたスーパーコン ティ-ユーム光を用いて様々な波長の光を測定対象物 90に同時に照射することは、 高い時間分解能で吸収スペクトルの時間変化を測定することを可能にするので好ま しい。さらに、以下に記すように、光ファイバ中で発生したスーパーコンティニューム 光は、指向性が高いことから、測定対象物 90における微小な領域に測定光を集光し て液相中の測定対象物 90のブラウン運動による揺らぎを観測することを可能とする ので好ましい。また、指向性が高いことにより、測定対象物 90から出射した物体光を 分散部 41によって波長毎に空間分離して測定する際に、高い波長分解能を得ること ができる。
[0015] 単一モード光ファイバである光出力部 13は、スペクトル拡張部 12によって発生させら れた広帯域光を一端に入射して導光し、その広帯域光を他端力 空間へ出射する。 単一モード光ファイバである光出力部 13は、広帯域光の波長帯域において実効的 に単一モード動作する。ここで、実効的単一モード動作とは、基底モードで入射した 光エネルギの高次モードへのモード変換が無視できることを意味する。光出力部 13 としての単一モード光ファイバは、スペクトル拡張部 12としての高非線形光ファイバの 一部であってもよい。また、スペクトル拡張部 12としての高非線形光ファイバが広帯 域光の波長帯域において実質的に単一モード動作することは、広帯域光のエネルギ が高次モードに結合して損失となることを避けられるので好ましい。
[0016] 照射光学系 20は、広帯域光発生源 10で発生した広帯域光 Lを測定対象物 90の被 照射領域 91に照射するものであり、曲面鏡 21を含む。曲面鏡 21は、広帯域光発生 源 10に含まれる光出力部 13から出力された広帯域光 Lを被照射領域 91に集光照 射する。広い波長帯域の光を同一の被照射領域に集光するためには、曲面鏡など の収差の少ない光学素子を用いることが好ましい。ただし、波長帯域幅や被照射領 域の大きさによっては、レンズを用いることも可能である。測定対象物 90の被照射領 域 91に集光された照射光は被照射領域 91において波長毎に異なる光吸収を受け、 反射または散乱によって生じた光が物体光として被照射領域 91から発せられる。
[0017] 捕獲光学系 30は、広帯域光 Lの照射に伴い被照射領域 91から出射した物体光 L を捕獲するものであり、曲面鏡 31および光ファイバ 32を含む。曲面鏡 31は、被照射 領域 91から出射した物体光 Lを捕獲する。光ファイバ 32は、捕獲された物体光を一
2
端に入射して導光し、他端力 時間分解分光器 40へ出力する。捕獲光学系 30にお いても、曲面鏡などの収差の少ない光学素子を用いることが好ましい。ただし、波長 帯域幅や被照射領域の大きさによっては、レンズを用いることも可能である。光フアイ バ 31は、迷光の除去や高い分光精度の実現のためには単一モードであるのが好ま LV、が、捕獲される物体光のパワーを大きくするために多モードであってもよ!/、。
[0018] 時間分解分光器 40は、捕獲光学系 30により捕獲された物体光 Lを受光して、物体
2
光の各波長成分について時間的強度変化を求めるものであり、分散部 41および光 検出部 42を含む。分散部 41は、捕獲光学系 30により捕獲された物体光の各波長成 分を互いに異なる空間位置に分解するものである。分散部 41としてたとえば回折格 子が好適に用いられる。
[0019] 光検出部 42は、分散部 41により分解された各波長成分の時間的強度変化を、種光 源 11におけるパルスレーザ光の発生タイミングに同期して検出する。光検出部 42と して、多数の受光素子がアレイ配置されたアレイディテクタが好適に用いられる。種 光源 11からのノ ルス光出力のタイミングを表すトリガ信号がアレイディテクタに供給さ れて、このトリガ信号に同期した光が光検出部 42により検出されることが好ましぐそ れによって、雑音が抑制され、より高速な揺らぎが測定され得る。なお、回折格子お よびアレイディテクタに替えてストリークカメラを用いてスペクトルの時間分解測定を行 つてもよい。
[0020] 解析部 50は、時間分解分光器 40により求められた物体光の各波長成分についての 時間的強度変化に基づいて、測定対象物の成分を解析する。この解析手法の例に ついては後述する。
[0021] 図 2は、測定対象物における広帯域光照射および物体光出射を説明する概念図で ある。測定対象物 90は、一般に液相であり、透明な試料セルに容れられている。曲 面鏡 21により集光された広帯域光 Lは、測定対象物 90の微小な被照射領域 91に 照射される。照射された広帯域光の一部は、被照射領域 91に含まれる分子等の構 成要素 92 (図中の黒丸）により吸収を受け、反射または散乱によって物体光 Lが生じ る。物体光 Lは、曲面鏡 31により捕獲されて光ファイバ 32の一端に集光され、時間
2
分解分光器 40へ送られる。
[0022] ここで、たとえば、測定対象物 90中の構成要素 92の濃度が InmolZLであれば、構 成要素 92間の平均間隔は 1.2 mである。被測定領域 91の直径を構成要素 92間 の平均間隔の数倍 (例えば 2 m)以下とするば、構成要素 92がブラウン運動するこ とにより 1個単位で被測定領域 92に出入りすることによる吸収スペクトルの揺らぎを観 柳』することができる。
[0023] 従来の分析技術では、相互の単体スペクトルの重なりが大きい複数の構成要素が測 定対象物に含まれる場合 (たとえば、蛋白質等の大型分子を分析する場合)に、測定 結果の光吸収スペクトルを構成要素の光吸収スペクトルに分解することが難しぐ各 構成要素の同定が難し力つたが、本発明の分析装置は、スペクトルの重なりが大きい 複数の構成要素が測定対象物に含まれる場合であっても、各構成要素の同定を容 易に行うことができる。
[0024] 図 3は、第一実施形態に係る分析装置 1の時間分解分光器 40により求められる物体 光の各波長成分についての時間的強度変化の一例を示すグラフである。図 3には、 広帯域光発生源 10から出力される広帯域光の波長帯域に含まれる波長え 〜え そ
1 5 れぞれについて、物体光の時間的強度変化 1&#8722； a (t， λ )が示されている。ここ ο
で、 tは時間を表し、 λは波長を表す。このような物体光の各波長成分の時間的強度 変化（強度の時間的揺らぎ）は、液相である測定対象物 90に含まれる構成要素 92の ブラウン運動によって観測され、あるいは、測定対象物 90に流れや振動が与えられ ること〖こよっても観測される。
[0025] 物体光の各波長成分の時間的強度変化を容易に観測するためには、広帯域光発生 源 10から出力される広帯域光を照射光学系 20により集光して、広帯域光が照射さ れる測定対象物 90中の被照射領域 91を微小にすることが好ましい。広帯域光照射 に伴い被照射領域 91から出射する物体光力も測定される吸収スペクトルは、測定対 象物 90中の構成要素 92の吸収線に対応する波長に吸収線を有する。そして、それ ぞれの吸収線は、構成要素 92に固有の特徴を有する時間的揺らぎを示す。この揺ら ぎの特徴に基づ 、て、吸収線の構成要素 92への帰属を知ることができる。 [0026] 揺らぎの特徴は、図 4に示されるように、揺らぎの時間波形をフーリエ変換して揺らぎ の周波数スペクトル a (f
ο 、 λ )を求め、揺らぎの周波数スペクトル力 揺らぎを特徴 付ける揺らぎ周波数成分を求め、これによつて構成要素 92を分別してもよい。ここで 、 fは、揺らぎの周波数を表す。また、図示していないが、フーリエ変換に替えて時間 微分波形を用いてもよい。その場合、構成要素 92がブラウン運動などによって被照 射領域 91から出入りする時間においてピークやディップを生じるため、同一時間にピ ークゃディップを持つスペクトル成分を同一構成要素に帰属させることができる。なお 、構成要素 92の運動はブラウン運動や対流などの自発的な現象を利用してもよぐ また、意図的に流れや振動を与えることも有効である。
[0027] 図 5は、本発明の第二実施形態に係る分析装置における照射光学系および捕獲光 学系を示す概念図である。図 5に示される光学系は、照射光学系として光ファイバプ ローブ 23を用い、捕獲光学系として光ファイバプローブ 33を用いている。光ファイバ プローブ 23、 33はガラスファイバの先端を先鋭ィ匕したものであり、光ファイバプロ一 ブ 23、 33の先端は、測定対象物 90内に挿入される。光ファイバプローブ 23は、広帯 域光発生源 10で発生した広帯域光 を導光して、広帯域光 Lを先端力もエバネッ セント光として出力する。光ファイバプローブ 33は、被照射領域から出射した物体光 Lを先端に入力して、物体光 Lを時間分解分光器 40へ導光する。
2 2
[0028] 図 6は、本発明の第三実施形態に係る分析装置における照射光学系および捕獲光 学系を示す概念図である。図 6に示される光学系は、照射光学系および捕獲光学系 として共通の光ファイバプローブ 23を用いて!/、る。光ファイバプローブ 23の先端は、 測定対象物 90内に挿入される。光ファイバプローブ 23は、広帯域光発生源 10で発 生した広帯域光 Lを導光して、広帯域光 Lを先端力 エバネッセント光として出力す る。また、光ファイバプローブ 23は、被照射領域から出射した物体光 Lを先端に入
2
力して、物体光 Lを時間分解分光器 40へ導光する。なお、光ファイバプローブ 23を
2
構成するガラスファイバの他端側には、広帯域光 Lと物体光 Lと分離するビームスプ
1 2
リツタが設けられる。
[0029] 図 5に示されるように、照射光学系として光ファイバプローブが用いられる場合、照射 光学系の先端力 エバネッセント光として広帯域光 Lが照射される領域を微小とする ことができる。また、図 6に示されるように、捕獲光学系として光ファイバプローブが用 いられる場合、微小な領域から出射した物体光 Lを捕獲光学系としての光ファイバ
2
プローブの先端に入力することができる。
[0030] 本出願は 2005年 9月 29日出願の日本特許出願（特願 2005— 284230)に基づくも のであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
産業上の利用可能性
[0031] 本発明の分析装置は、たとえば生体の体液の成分分析に用いることができる。

Claims

請求の範囲
[1] 波長域 750ηπ！〜 2500nmに含まれる帯域幅 300nm以上の広帯域光を実質的に 単一の空間モードで発生させる広帯域光発生源と、
前記広帯域光を測定対象物の被照射領域に照射する照射光学系と、 前記被照射領域力 出射した前記広帯域光を物体光として捕獲する捕獲光学系と 前記物体光を受光して、前記物体光の各波長成分について時間的強度変化を求 める時間分解分光器と、
前記時間的強度変化に基づいて前記測定対象物の成分を解析する解析部と、 からなる分析装置。
[2] 前記広帯域光発生源が、パルスレーザ光を発生させる種光源と、前記パルスレーザ 光のスペクトルを非線形光学効果により広げることにより前記パルスレーザ光を前記 広帯域光とするスペクトル拡張部と、前記広帯域光を実質的に単一の空間モードで 出力する光出力部と、からなる
請求項 1の分析装置。
[3] 前記スペクトル拡張部が単一モード光ファイバである
請求項 2の分析装置。
[4] 前記時間分解分光器が、前記各波長成分を互いに異なる空間位置に分解する分散 部と、前記各波長成分の時間的強度変化を前記パルスレーザ光の発生タイミングに 同期して検出する光検出部と、からなる
請求項 1の分析装置。
[5] 前記照射光学系が、前記広帯域光を前記被照射領域に集光照射する曲面鏡からな る
請求項 1の分析装置。
[6] 前記捕獲光学系が、前記物体光を捕獲して前記時間分解分光器へ出力する曲面鏡 からなる
請求項 1の分析装置。
[7] 前記照射光学系が、前記広帯域光を導光して先端力 エバネッセント光として出力 する光ファイバプローブからなる
請求項 1の分析装置。
前記捕獲光学系が、前記物体光を先端に入力して前記時間分解分光器へ導光する 光ファイバプローブからなる
請求項 1の分析装置
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