WO2012157254A1 - ラマン分光測定方法および装置 - Google Patents

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納谷　昌之
昇吾 山添
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    • G01N21/65—Raman scattering
    • G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons

Definitions

  • the present invention relates to a Raman spectroscopic measurement apparatus, and more particularly to a surface-enhanced Raman spectroscopic measurement apparatus that can detect and detect Raman scattered light by a metal body.
  • the present invention also relates to a surface-enhanced Raman spectroscopic measurement method performed using such a Raman spectroscopic measurement apparatus.
  • Raman spectroscopic measurement for identifying and detecting substances contained in a sample by applying the Raman effect is known.
  • the Raman effect is a phenomenon in which light having a wavelength different from that of incident light is scattered when light is incident on a substance.
  • Raman spectroscopy uses this phenomenon to irradiate a sample with light of a single wavelength, and spectroscopically detect the Raman scattered light generated at that time to identify a specific substance.
  • SERS surface-enhanced Raman spectroscopy
  • This surface-enhanced Raman spectroscopic measurement is based on the fact that the intensity of Raman scattered light is enhanced when light is applied to a material in contact with a metal body having fine irregularities on the surface, so that a very small amount of material is used. Is also made detectable.
  • Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1 disclose examples of apparatuses that perform this surface-enhanced Raman spectroscopic measurement.
  • a conventional surface-enhanced Raman spectroscopic measurement apparatus disclosed in Patent Document 1 irradiates a sample in contact with a metal body formed on a substrate surface with measurement light from the substrate surface side, and the Raman scattered light generated at that time. Is detected from the measurement light irradiation side. Therefore, in a conventional surface-enhanced Raman spectroscopic measurement apparatus, it has been extremely difficult to directly perform spectroscopic measurement of a sample developed on a filter paper by paper chromatography or an opaque sample such as a biological section.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a surface-enhanced Raman spectroscopic measurement apparatus and a surface-enhanced Raman spectroscopic measurement method capable of easily measuring an opaque sample.
  • the surface enhanced Raman spectrometer comprises A transparent substrate; A metal body formed on one surface of the transparent substrate and causing surface-enhanced Raman scattering; A pressing mechanism for pressing the sample body arranged in contact with the metal body against the metal body side; A measurement light irradiation optical system for irradiating the sample body with measurement light through the transparent substrate; And a light detection means for spectrally detecting Raman scattered light generated when the sample body is irradiated with measurement light through the transparent substrate.
  • sample body may be a sample to be measured (particularly a solid sample) itself, or may be a liquid sample developed on a liquid permeable substance such as filter paper.
  • a positioning member that holds the transparent substrate at a predetermined position against the pressing force by the pressing mechanism is provided.
  • a mechanism composed of a plate-like member in contact with the sample body and spring means for urging the plate-like member toward the metal body side is preferably used.
  • the metal body has a concavo-convex structure in which the size of the concavo-convex portion is smaller than the wavelength of the measurement light.
  • the main component of the metal body is preferably at least one metal selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Al, Pt, Ni, Ti, and alloys thereof.
  • the surface-enhanced Raman spectroscopic measurement method according to the present invention is characterized by performing Raman spectroscopic measurement using the above-described surface-enhanced Raman spectroscopic measurement apparatus of the present invention.
  • a liquid permeable material made of, for example, filter paper impregnated with a liquid sample can be used as the sample body.
  • liquid samples impregnated in a plurality of locations of the liquid permeable substance are separated from each other by chromatography.
  • the sample body may be a solid sample itself such as a biological section. Even when the solid sample itself is used as described above, it is desirable to individually irradiate the measurement light to a plurality of locations on the solid sample and detect the Raman scattered light generated at each irradiation.
  • a transparent substrate a metal body formed on one surface of the transparent substrate, which causes surface-enhanced Raman scattering, and a sample disposed in contact with the metal body
  • a pressing mechanism that presses the body against the metal body, a measurement light irradiation optical system that irradiates the sample body with measurement light through the transparent substrate, and a Raman scattering light generated when the measurement light is irradiated to the sample.
  • the light detection means for spectrally detecting through it is possible to irradiate measurement light through a transparent substrate even with an opaque sample body, and it is possible to spectrally detect the Raman scattered light generated at that time through the transparent substrate, Surface-enhanced Raman spectroscopic measurement can be easily performed even on an opaque sample body.
  • the surface-enhanced Raman spectroscopic measurement method according to the present invention performs Raman spectroscopic measurement using the surface-enhanced Raman spectroscopic measurement device having the above-described configuration. Therefore, according to this method, an opaque sample body can be easily obtained. Surface enhanced Raman spectroscopy can be performed.
  • a plurality of locations of the liquid permeable substance are impregnated with a liquid sample, and the plurality of locations are individually irradiated with measurement light, and the Raman generated for each irradiation is generated.
  • the Raman generated for each irradiation is generated.
  • the surface-enhanced Raman spectroscopic measurement method of the present invention in particular, when a plurality of locations of a solid sample are individually irradiated with measurement light and Raman scattered light generated for each irradiation is detected, specific components in the solid sample are detected. It becomes possible to efficiently obtain the distribution of concentration and the like.
  • FIG. 1 is a schematic side view showing a surface enhanced Raman spectrometer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view showing a part of the apparatus of FIG. Side view for explaining one step of Raman spectroscopic measurement performed using the apparatus of FIG.
  • FIG. 1 is a plan view for explaining one step of Raman spectroscopic measurement performed using the apparatus of FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic side shape of a surface-enhanced Raman spectrometer 10 according to an embodiment of the present invention.
  • this surface-enhanced Raman spectroscopic measurement apparatus 10 includes a light source 12 such as a semiconductor laser that emits measurement light 11 and a collimator that collimates the measurement light 11 emitted from the light source 12 in a divergent light state.
  • a lens 13 a condensing lens 14 for converging the measurement light 11 that has become parallel light on a measurement surface, which will be described later, a beam splitter 15 disposed between the condensing lens 14 and the collimator lens 13, for example, an optical A transparent substrate 16 made of glass or the like, and a metal layer 17 having a fine concavo-convex structure formed on one surface of the transparent substrate 16, that is, the lower surface in the figure.
  • the surface-enhanced Raman spectroscopic measurement apparatus 10 includes a positioning member 18 that abuts on the upper surface of the transparent substrate 16 to define the upper position of the transparent substrate 16, and the metal layer disposed below the transparent substrate 16.
  • a glass substrate 22 that sandwiches the filter paper 20 between the substrate 17, a substrate holding plate 23 on which the glass substrate 22 is placed and fixed, and a base disposed below the substrate holding plate 23 via a plurality of plate springs 24. And a table 25.
  • the surface-enhanced Raman spectroscopic measurement apparatus 10 includes a measurement light cut filter 26 disposed on the side of the beam splitter 15 and a spectroscopic method for spectrally detecting Raman scattered light (described later) transmitted through the measurement light cut filter 26. And a data processing means 28 comprising, for example, a computer system for processing the output of the spectroscope 27.
  • the metal layer 17 includes, for example, a thin film forming step of forming a thin film made of a first metal or metal oxide on the transparent substrate 16, and a hydrothermal reaction of the thin film to cause the first metal or metal oxide to be formed.
  • a fine concavo-convex structure layer forming step of forming a fine concavo-convex structure layer made of a hydroxide, and a metal layer preparation step of forming a metal fine concavo-convex structure layer made of a second metal on the surface of the fine concavo-convex structure layer Can be formed.
  • the second metal is preferably gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), platinum (Pt), or an alloy containing these as a main component.
  • Au or Ag is preferable.
  • a metal vapor deposition method can be applied to the metal layer manufacturing process for forming the metal layer made of the second metal.
  • the vapor deposition film thickness is desirably 30 nm or more.
  • the vapor deposition film thickness is desirably 150 nm or less.
  • a metal fine particle dispersion step of dispersing metal fine particles made of the second metal on the surface of the fine concavo-convex structure layer may be applied. In that case, it is preferable to use metal fine particles having a diameter of 100 nm or less.
  • the first metal for example, aluminum (Al) can be used, and as the metal oxide, alumina (Al 2 O 3 ) can be used.
  • the hydroxide is preferably composed of at least one of buyerite and boehmite.
  • the metal layer 17 is not limited to the one formed from each of the above steps, and may be a metal layer having a roughened surface, for example.
  • Examples of the roughening method include an electrochemical method using oxidation reduction and the like.
  • the metal layer 17 may be composed of other known structures.
  • J.AM.CHEM.SOC. 2005, Vol.127, 14992-14993 “Nanosphere arrays with controlled sub-10-nm gaps as surface-enhanced raman spectroscopy substrates”
  • a CTAB cetyltrimethylammonium A metal layer formed by arranging a plurality of Au particles surface-modified with bromide
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2005-233637 discloses a metal layer formed by forming a gold nanorod thin film on a substrate. In the present invention, these metal layers can be used as appropriate.
  • the operation of the surface enhanced Raman spectroscopic measurement apparatus 10 having the above-described configuration will be described.
  • the filter paper 20 is placed on the glass substrate 22.
  • the filter paper 20 is arranged in a state where one end of the filter paper 20 protrudes laterally from the side edge of the transparent substrate 16.
  • the filter paper 20 is sandwiched between the metal layer 17 on the surface of the transparent substrate 16 and the glass substrate 22.
  • the transparent substrate 16 since the upper surface of the transparent substrate 16 contacts the positioning member 18, the transparent substrate 16 stays at a predetermined vertical position against the pressing force of the leaf spring 24. Thus, the filter paper 20 is set at a predetermined vertical position.
  • the liquid sample 21 is dropped onto one end of the filter paper 20 using a dropping means 30 such as a pipette.
  • the dropped liquid sample 21 penetrates almost the entire length in the filter paper 20.
  • the filter paper 20 may be set after the liquid sample 21 has permeated the filter paper 20.
  • the light source 12 After infiltrating the liquid sample 21 into the filter paper 20 as described above, the light source 12 is turned on, and the measurement light 11 such as a laser beam emitted from the light source 12 passes through the transparent substrate 16 to the filter paper 20 as the measurement surface. Irradiation is performed so as to converge on the surface (which is a surface in contact with the metal layer 17). By the irradiation of the measurement light 11, Raman scattered light is generated from the filter paper 20. The Raman scattered light passes through the transparent substrate 16 and is collected by the condenser lens 14 as shown by a one-dot chain line in FIG. 1, reflected by the beam splitter 15, passes through the measurement light cut filter 26, and passes to the spectroscope 27. Incident.
  • the Raman scattered light has a wavelength different from that of the measurement light 11, and the difference in wavelength between the two lights, that is, the energy difference, corresponds to the molecular structure or crystal structure of the analysis target substance contained in the liquid sample 21. Will be.
  • the spectroscope 27 spectrally detects the Raman scattered light and inputs the detection result to the data processing means 28.
  • the data processing means 28 identifies the analysis target substance contained in the liquid sample 21 based on the input spectral detection result.
  • the filter paper 20 impregnated with the liquid sample is in contact with the metal layer 17, the filter paper 20 is irradiated with the measurement light 11, so that the Raman scattered light is significantly enhanced and detected. be able to.
  • the measurement light cut filter 26 may be a notch filter or a short wavelength cut filter that transmits Raman scattered light while blocking the measurement light 11 reflected by the measurement surface.
  • the light detection means for spectrally detecting Raman scattered light includes the beam splitter 15, the measurement light cut filter 26, and the spectrometer 27.
  • the filter paper 20 impregnated with the liquid sample 21 is held between the transparent substrate 16 and the glass substrate 22 and then the filter paper 20 is attached.
  • the measurement light 11 is irradiated through the transparent substrate 16 and the Raman scattered light is spectrally detected through the transparent substrate 16. Therefore, even if the filter paper 20 as the sample body is opaque, the Raman spectroscopic measurement on the liquid sample 21 can be easily performed without the Raman scattered light being blocked by the filter paper 20.
  • the transparent substrate 16 contacts the positioning member 18, and the vertical position thereof, that is, the vertical position of the filter paper 20 is maintained at a predetermined position. Therefore, even if the filter paper 20 swells, the position of the measurement surface where the measurement light 11 should converge, that is, the upper surface position of the filter paper 20 is always maintained at a predetermined position.
  • the surface enhanced Raman spectroscopic measurement apparatus 10 of the present embodiment is suitably used for liquid samples separated from each other by chromatography, particularly paper chromatography.
  • chromatography particularly paper chromatography.
  • 3 and 4 show the side shape and the planar shape of the part of the filter paper 20 impregnated with the liquid samples 21A, 21B and 21C separated from each other, respectively.
  • the liquid sample 21 is dropped on the end of the filter paper 20 as shown in FIG. 3, the liquid sample 21 is separated by paper chromatography as shown by 21A, 21B and 21C according to the different components contained therein. Then, the filter paper 20 is impregnated and held.
  • a plurality of locations on the filter paper 20 impregnated and held with the liquid samples 21A, 21B, and 21C are individually irradiated with the measurement light 11 with the configuration of FIG. 1, and the Raman scattered light generated for each irradiation is spectrally detected. By doing so, it becomes possible to efficiently perform Raman spectroscopic measurement for a plurality of components contained in the liquid sample 21.
  • the measurement light irradiation optical system is entirely moved in the length direction of the filter paper 20, or conversely, the measurement light irradiation
  • the optical system may be fixed and the mechanism holding the filter paper 20 may be moved.
  • the embodiment in which the filter paper 20 impregnated with the liquid sample 21 is used as the sample body has been described.
  • the surface-enhanced Raman spectroscopic measurement method of the present invention is not limited thereto, and a solid sample itself such as a slice of a living body can be used as the sample body. It is also applicable to In that case, a solid sample may be arranged in place of the filter paper 20 in the configuration of FIG.

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Abstract

【課題】不透明な試料についての測定を簡便に行うことができる表面増強ラマン分光測定装置を得る。 【解決手段】透明基板（１６）と、この透明基板（１６）の一表面に形成された、表面増強ラマン散乱を生じさせる金属体（１７）と、この金属体（１７）に接する状態に配置された試料体（２０、２１）を、該金属体（１７）側に押し付ける押圧機構（２２，２３，２４）と、前記透明基板（１６）を通して試料体（２０、２１）に測定光（１１）を照射する測定光照射光学系（１２，１３，１４）と、試料体（２０，２１）に測定光（１１）が照射されたとき発生したラマン散乱光を、透明基板（１６）を通して分光検出する光検出手段（１５，２６，２７）とから表面増強ラマン分光測定装置（１０）を構成する。

Description

ラマン分光測定方法および装置
　本発明はラマン分光測定装置、特に詳細には、金属体によりラマン散乱光を増強して検出可能とした表面増強ラマン分光測定装置に関するものである。
　また本発明は、そのようなラマン分光測定装置を利用して行われる表面増強ラマン分光測定方法に関するものである。
　従来、ラマン効果を応用して試料中に含まれる物質を同定、検出するラマン分光測定が知られている。ラマン効果は、物質に光を入射させたとき、入射光とは異なる波長の光が散乱される現象であり、その散乱光（ラマン散乱光）と入射させた光との間のエネルギー差つまり波長の差は、物質の分子構造や結晶構造に対応したものとなる。ラマン分光測定はこの現象を利用し、単一波長の光を試料に照射し、そのとき発生したラマン散乱光を分光検出して、特定物質の同定等を行うものである。
　また最近では、ラマン散乱光を著しく増強して検出することができる表面増強ラマン分光測定(surface enhanced Raman scattering :ＳＥＲＳ)が提案され、広く研究がなされている。この表面増強ラマン分光測定は、表面に微細な凹凸を有する金属体に接触させた状態の物質に光を照射すると、ラマン散乱光の強度が増強されることを利用して、極く少量の物質も検出可能にしたものである。特許文献１、２や非特許文献１には、この表面増強ラマン分光測定を行う装置の例が開示されている。
特表２００６－５１４２８６号公報 特開２００８－１６４５８４号公報
Optics Express Vol.17, No.2118556
　特許文献１等に示される従来の表面増強ラマン分光測定装置は、基板表面に形成された金属体に接触している試料にこの基板表面側から測定光を照射し、そのとき生じたラマン散乱光を測定光照射側から検出するように構成されている。そのため、従来の表面増強ラマン分光測定装置においては、ペーパークロマトグラフィによりろ紙上に展開された試料や、生体切片などの不透明試料を直接分光測定することが極めて困難になっていた。
　本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、不透明な試料についての測定を簡便に行うことができる表面増強ラマン分光測定装置および表面増強ラマン分光測定方法を提供することを目的とする。
　本発明による表面増強ラマン分光測定装置は、
　透明基板と、
　この透明基板の一表面に形成された、表面増強ラマン散乱を生じさせる金属体と、
　この金属体に接する状態に配置された試料体を、該金属体側に押し付ける押圧機構と、　
　前記透明基板を通して前記試料体に測定光を照射する測定光照射光学系と、
　前記試料体に測定光が照射されたとき発生したラマン散乱光を、前記透明基板を通して分光検出する光検出手段とを備えたことを特徴とするものである。
　なお上記の試料体は、測定対象である試料（特に固体試料）そのものであってもよいし、あるいは液体試料がろ紙等の液体浸透性物質に展開されてなるものであってもよい。
　また本発明の表面増強ラマン分光測定装置においては、前記透明基板を、前記押圧機構による押圧力に抗して所定位置に留める位置決め部材が設けられることが特に望ましい。
　また前記押圧機構としては、試料体に接する板状部材と、この板状部材を前記金属体側に向けて付勢するばね手段とからなるものが好適に用いられる。
　また前記金属体は、測定光の波長よりも凹凸部分のサイズが小さい凹凸構造を有するものが適用されることが望ましい。
　また前記金属体の主成分は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、およびこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１種の金属であることが望ましい。
　他方、本発明による表面増強ラマン分光測定方法は、上述した本発明の表面増強ラマン分光測定装置を用いてラマン分光測定を行うことを特徴とするものである。
　この本発明による表面増強ラマン分光測定方法においては、試料体として、例えば液体試料を含浸した、ろ紙等からなる液体浸透性物質を用いることができる。
　このように、液体試料を含浸した液体浸透性物質を用いる場合は、その液体浸透性物質の複数箇所にそれぞれ液体試料を含浸させ、それらの複数箇所に測定光を個別に照射して、各照射毎に発生したラマン散乱光を検出することが望ましい。
　なお、上述のように液体浸透性物質の複数箇所にそれぞれ含浸させる液体試料は、クロマトグラフィにより互いに分離されたものであるのが望ましい。
　また前記試料体は、生体の切片などの固体の試料そのものであってもよい。このように固体の試料そのものを用いる場合も、固体試料の複数箇所に測定光を個別に照射して、各照射毎に発生したラマン散乱光を検出することが望ましい。
　本発明による表面増強ラマン分光測定装置によれば、透明基板と、この透明基板の一表面に形成された、表面増強ラマン散乱を生じさせる金属体と、この金属体に接する状態に配置された試料体を、該金属体側に押し付ける押圧機構と、前記透明基板を通して前記試料体に測定光を照射する測定光照射光学系と、前記試料に測定光が照射されたとき発生したラマン散乱光を透明基板を通して分光検出する光検出手段とを備えたことにより、不透明な試料体でも透明基板を通して測定光を照射することができ、またそのとき発生したラマン散乱光を透明基板を通して分光検出可能であるので、不透明な試料体に対しても簡便に表面増強ラマン分光測定を実施可能となる。
　また本発明による表面増強ラマン分光測定方法は、上記構成の表面増強ラマン分光測定装置を用いてラマン分光測定を行うものであるから、この方法によれば、不透明な試料体に対しても簡便に表面増強ラマン分光測定を実施可能となる。
　なお、本発明の表面増強ラマン分光測定方法において特に、液体浸透性物質の複数箇所にそれぞれ液体試料を含浸させ、それらの複数箇所に測定光を個別に照射して、各照射毎に発生したラマン散乱光を検出する場合は、液体試料が含んでいる複数成分に対するラマン分光測定を能率良く実施可能となる。
　また、本発明の表面増強ラマン分光測定方法において特に、固体試料の複数箇所に測定光を個別に照射して、各照射毎に発生したラマン散乱光を検出する場合は、固体試料における特定成分の濃度等の分布を能率良く求めることが可能になる。
本発明の一実施形態による表面増強ラマン分光測定装置を示す概略側面図 図１の装置の一部を示す平面図 図１の装置を用いてなされるラマン分光測定の一工程を説明する側面図 図１の装置を用いてなされるラマン分光測定の一工程を説明する平面図
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による表面増強ラマン分光測定装置１０の概略側面形状を示すものである。図示されるようにこの表面増強ラマン分光測定装置１０は、測定光１１を発する例えば半導体レーザなどの光源１２と、この光源１２から発散光状態で発せられた測定光１１を平行光化するコリメーターレンズ１３と、平行光となった測定光１１を後述する測定面上で収束させる集光レンズ１４と、この集光レンズ１４およびコリメーターレンズ１３の間に配置されたビームスプリッタ１５と、例えば光学ガラス等からなる透明基板１６と、この透明基板１６の一表面つまり図中の下表面の上に形成された微細凹凸構造を有する金属層１７とを有している。
　またこの表面増強ラマン分光測定装置１０は、上記透明基板１６の上表面に当接してこの透明基板１６の上方位置を規定する位置決め部材１８と、透明基板１６の下側に配置されて上記金属層１７との間にろ紙２０を挟持するガラス基板２２と、このガラス基板２２を載置固定した基板保持板２３と、この基板保持板２３の下方に複数の板ばね２４を介して配置されたベース台２５とを有している。
　さらにこの表面増強ラマン分光測定装置１０は、上記ビームスプリッタ１５の側方に配置された測定光カットフィルタ２６と、この測定光カットフィルタ２６を透過して来る後述のラマン散乱光を分光検出する分光器２７と、この分光器２７の出力を処理する例えばコンピュータシステムからなるデータ処理手段２８とを有している。
　上記金属層１７は、例えば透明基板１６の上に第１の金属または金属酸化物からなる薄膜を形成する薄膜形成工程と、上記薄膜を水熱反応させることにより上記第１の金属または金属酸化物の水酸化物からなる微細凹凸構造層を形成する微細凹凸構造層作製工程と、該微細凹凸構造層の表面に、第２の金属から成る金属微細凹凸構造層を形成する金属層作製工程とから形成することができる。
　なお上記第２の金属としては、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ）、プラチナ（Ｐｔ）またはこれらを主成分とする合金であることが好ましい。特に、ＡｕあるいはＡｇが好ましい。また上記第２の金属からなる金属層を形成する金属層作製工程には、例えば金属蒸着法を適用することができる。そのように蒸着法を適用し、また第２の金属として金を用いる場合、蒸着膜厚は３０ｎｍ以上とすることが望ましい。あるいは、蒸着法を適用し、第２の金属として銀を用いる場合、蒸着膜厚は１５０ｎｍ以下とすることが望ましい。
　また、前記金属層作製工程として、前記微細凹凸構造層の表面に前記第２の金属からなる金属微粒子を分散させる、金属微粒子分散工程を適用してもよい。その場合、金属微粒子としては、直径１００ｎｍ以下のものを用いることが好ましい。
　また、前記第１の金属としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）、前記金属酸化物としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いることができる。
　他方、前記水酸化物は、バイヤーマイトおよびベーマイトの少なくとも一方からなるものであることが望ましい。
　さらに上記金属層１７は、上述の各工程から形成するものに限らず、例えば表面が粗面化された金属層であってもよい。粗面化方法としては、酸化還元等を利用した電気化学的な方法等が挙げられる。
　さらに金属層１７は、その他の公知の構造からなるものでもよい。例えば、J.AM.CHEM.SOC. 2005, Vol.127, 14992-14993, ”Nanosphere arrays with controlled sub-10-nm gaps as surface-enhanced raman spectroscopy substrates”には、ＩＴＯ基板上に、ＣＴＡＢ（cetyltrimethylammonium bromide）で表面修飾した複数のＡｕ粒子を配列させてなる金属層が示されており、また特開2005-233637号公報には、基板上に金ナノロッド薄膜を形成してなる金属層が開示されており、本発明においてはそれらの金属層も適宜用いることができる。
　以下、上記構成を有する表面増強ラマン分光測定装置１０の作用について説明する。ラマン分光測定に際しては、まずガラス基板２２および基板保持板２３を板ばね２４の押圧力に抗して下方に押し下げ、該ガラス基板２２の上にろ紙２０が載置される。このとき、ろ紙２０は図２に示すように、その一端部が透明基板１６の側端よりも側方に飛び出た状態に配置される。この状態でガラス基板２２および基板保持板２３の押し下げを解除すると、透明基板１６の表面の金属層１７とガラス基板２２との間にろ紙２０が挟持された状態になる。
　なお、このとき透明基板１６の上表面が位置決め部材１８に当接するので、透明基板１６は板ばね２４の押圧力に抗して所定の上下位置に留まることになる。こうしてろ紙２０は、所定の上下位置にセットされるようになる。
　ろ紙２０が上述のようにセットされた後、このろ紙２０の一端部に、ピペットなどの滴下手段３０を用いて液体試料２１が滴下される。この滴下された液体試料２１は、ろ紙２０内において、ほぼその全長に亘って浸透するようになる。なお、このようにろ紙２０をセットした後に液体試料２１を滴下する他、液体試料２１をろ紙２０に浸透させた後にろ紙２０をセットするようにしても構わない。
　以上の通りにして液体試料２１をろ紙２０に浸透させた後、光源１２がＯＮにされ、そこから発せられたレーザ光等の測定光１１が、透明基板１６を通して、測定面であるろ紙２０の表面（これは金属層１７に接している面である）上で収束するように照射される。
この測定光１１の照射により、ろ紙２０の部分からラマン散乱光が生じる。このラマン散乱光は図１に一点鎖線で示すように透明基板１６を透過して集光レンズ１４により集光され、ビームスプリッタ１５で反射し、測定光カットフィルタ２６を透過して分光器２７に入射する。
　上記ラマン散乱光は、測定光１１とは異なる波長のものであり、それら２つの光の間の波長の差つまりエネルギー差は、液体試料２１に含まれる分析対象物質の分子構造や結晶構造に対応したものとなる。分光器２７はラマン散乱光を分光検出し、その検出結果をデータ処理手段２８に入力する。データ処理手段２８は入力された分光検出結果に基づいて、液体試料２１に含まれる分析対象物質の同定等を行う。
　ここで本装置においては、液体試料を含浸しているろ紙２０を金属層１７に接触させた状態で該ろ紙２０に測定光１１を照射しているので、ラマン散乱光を著しく増強して検出することができる。
　なお上記測定光カットフィルタ２６としては、ラマン散乱光を透過させる一方、測定面で反射した測定光１１は遮断するノッチフィルタや、あるいは短波長カットフィルタなどが用いられる。
　本実施形態では、以上の説明から明らかな通り、ラマン散乱光を分光検出する光検出手段がビームスプリッタ１５、測定光カットフィルタ２６および分光器２７から構成されている。
　以上説明した通り本実施形態の表面増強ラマン分光測定装置１０においては、液体試料２１を含浸しているろ紙２０を透明基板１６とガラス基板２２との間に保持した上で、ろ紙２０に対して透明基板１６を通して測定光１１を照射し、そしてラマン散乱光を透明基板１６を通して分光検出するようにしている。そこで、試料体としてのろ紙２０が不透明なものであっても、ろ紙２０によってラマン散乱光が遮られるようなことなく、液体試料２１に対するラマン分光測定を簡便に行うことが可能である。
　また本実施形態では、透明基板１６が位置決め部材１８に当接し、その上下位置つまりろ紙２０の上下位置が所定位置に維持される。そこで、ろ紙２０が膨潤するようなことがあっても、測定光１１を収束させるべき測定面の位置、すなわちろ紙２０の上面位置は、常に所定の位置に保たれるようになる。
　また、本実施形態の表面増強ラマン分光測定装置１０は、クロマトグラフィ、特にペーパークロマトグラフィにより互いに分離された液体試料に対して、好適に用いられるものである。以下、この点について図３および４を用いて説明する。なおこれらの図３および４において、図１および２中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。
　図３および４はそれぞれ、互いに分離された液体試料２１Ａ、２１Ｂおよび２１Ｃを含浸しているろ紙２０の部分の側面形状、平面形状を示している。図３に示すように液体試料２１がろ紙２０の端部に滴下された後、該液体試料２１はペーパークロマトグラフィにより、含んでいる互いに異なる成分に応じて、２１Ａ、２１Ｂおよび２１Ｃで示すように分離してろ紙２０に含浸保持される。
　そこで、液体試料２１Ａ、２１Ｂおよび２１Ｃを各々含浸保持しているろ紙２０の複数箇所に、図１の構成により測定光１１を個別に照射して、各照射毎に発生したラマン散乱光を分光検出すれば、液体試料２１が含んでいる複数成分に対するラマン分光測定を能率良く実施可能となる。
　なお、上述のようにろ紙２０の複数箇所に測定光１１を個別に照射するには、例えば測定光照射光学系を全体的にろ紙２０の長さ方向に移動させたり、あるいは反対に測定光照射光学系は固定しておいて、ろ紙２０を保持している側の機構を移動させるようにすればよい。
　以上、液体試料２１を含浸させたろ紙２０を試料体とする実施形態について説明したが、本発明の表面増強ラマン分光測定方法はそれに限らず、例えば生体のスライスなどの固体試料そのものを試料体とする場合にも適用可能である。その場合は、図１の構成において、ろ紙２０に代えて固体試料を配置すればよい。
　その場合、固体試料の複数箇所に測定光を個別に照射して、各照射毎に発生したラマン散乱光を検出すれば、固体試料における特定成分の濃度等の分布を能率良く求めることが可能になる。

Claims (12)

  1. 　透明基板と、
    　この透明基板の一表面に形成された、表面増強ラマン散乱を生じさせる金属体と、
    　この金属体に接する状態に配置された試料体を、該金属体側に押し付ける押圧機構と、　前記透明基板を通して前記試料体に測定光を照射する測定光照射光学系と、
    　前記試料体に測定光が照射されたとき発生したラマン散乱光を、前記透明基板を通して分光検出する光検出手段とを備えたことを特徴とする表面増強ラマン分光測定装置。
  2. 　前記透明基板を、前記押圧機構による押圧力に抗して所定位置に留める位置決め部材が設けられたことを特徴とする請求項１記載の表面増強ラマン分光測定装置。
  3. 　前記押圧機構が、前記試料体に接する板状部材と、この板状部材を前記金属体側に向けて付勢するばね手段とからなるものであることを特徴とする請求項１または２記載の表面増強ラマン分光測定装置。
  4. 　前記金属体が、前記測定光の波長よりも凹凸部分のサイズが小さい凹凸構造を有するものであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の表面増強ラマン分光測定装置。
  5. 　前記金属体の主成分が、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、およびこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１種の金属であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の表面増強ラマン分光測定装置。
  6. 　請求項１から５いずれか１項記載の表面増強ラマン分光測定装置によりラマン分光測定を行うことを特徴とする表面増強ラマン分光測定方法。
  7. 　前記試料体として、液体試料を含浸した液体浸透性物質を用いることを特徴とする請求項６記載の表面増強ラマン分光測定方法。
  8. 　前記液体浸透性物質として、ろ紙を用いることを特徴とする請求項７記載の表面増強ラマン分光測定方法。
  9. 　前記液体浸透性物質の複数箇所にそれぞれ液体試料を含浸させ、
    　それらの複数箇所に前記測定光を個別に照射して、各照射毎に発生したラマン散乱光を検出することを特徴とする請求項６から８いずれか１項記載の表面増強ラマン分光測定方法。
  10. 　前記複数箇所にそれぞれ含浸させる液体試料を、クロマトグラフィにより互いに分離させることを特徴とする請求項９記載の表面増強ラマン分光測定方法。
  11. 　前記試料体として、固体の試料そのものを用いることを特徴とする請求項６記載の表面増強ラマン分光測定方法。
  12. 　前記固体の試料の複数箇所に前記測定光を個別に照射して、各照射毎に発生したラマン散乱光を検出することを特徴とする請求項１１記載の表面増強ラマン分光測定方法。
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