(57)【要約】【課題】比較的簡単な構成および手順で、かつ迅速に、テラヘルツ波を用いた測定を行うことができる方法が要望されている。【解決手段】。テラヘルツ波を用いた測定方法は、筒状部材と筒状部材の底面に設けられたフィルターとからなる容器に、液体および被測定物の混合物を装填するステップと、容器のフィルターに吸収材を接触させるステップと、吸収材のフィルターへの接触後、容器に残る混合物に対してテラヘルツ波を照射するステップと、混合物を透過したテラヘルツ波または混合物で反射したテラヘルツ波を検出して、測定物の特性値を測定するステップとを含む。【選択図】図４
2014194345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状部材と前記筒状部材の底面に設けられたフィルターとからなる容器に、液体および被測定物の混合物を装填するステップと、
前記容器のフィルターに吸収材を接触させるステップと、
前記吸収材の前記フィルターへの接触後、前記容器に残る混合物に対してテラヘルツ波を照射するステップと、
前記混合物を透過したテラヘルツ波または前記混合物で反射したテラヘルツ波を検出して、前記被測定物の特性値を測定するステップとを含む、テラヘルツ波を用いた測定方法。
【請求項２】
前記容器のフィルターに吸収材を接触させた状態、および、前記混合物が残る前記容器を低湿環境に配置した状態、のうち少なくとも一方を所定時間にわたって維持するステップをさらに含む、請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記フィルターは、セルロース系メンブレンからなる、請求項１または２に記載のテラヘルツ波を用いた測定方法。
【請求項４】
前記フィルターは、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）系メンブレンからなる、請求項１または２に記載のテラヘルツ波を用いた測定方法。
【請求項５】
前記吸収材を接触させるステップは、
各々に前記混合物が装填された容器をステージに複数配置するステップと、
前記ステージに配置された複数の容器に対応付けて配置された複数の吸収材を前記ステージに接近させて、各々の容器と対応する吸収材とを接触させるステップとを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のテラヘルツ波を用いた測定方法。
【請求項６】
前記テラヘルツ波を照射するステップは、前記テラヘルツ波の光路に対して前記ステージを相対移動させることで、前記ステージに配置された複数の容器にそれぞれ装填されている混合物に対して前記テラヘルツ波を順次照射するステップを含む、請求項５に記載のテラヘルツ波を用いた測定方法。
【請求項７】
テラヘルツ波を用いて被測定物を測定する方法に用いられる容器であって、
筒状部材と、
前記筒状部材の底面に設けられたフィルターとを含み、
前記フィルターは、セルロース系メンブレン、および、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）系メンブレンのいずれかからなる、容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テラヘルツ波を用いて被測定物を測定する測定方法およびそれに用いられる容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、量子エレクトロニクスや半導体工業の進歩によって、テラヘルツ波を応用した様々な技術が提案されている。テラヘルツ波は、主として、周波数が約０．１〜１０ＴＨｚ（波長が３０μｍ〜３ｍｍ）の電磁波である。このようなテラヘルツ波の応用の一例として、様々な材料の物性や厚さなどを評価する技術が提案されている。
【０００３】
テラヘルツ波が存在する遠赤外領域（テラヘルツ領域）の吸収スペクトルは、分子全体の振動や分子間相互作用（代表的に、ファンデルワールス力）などの低エネルギーの相互作用を反映する。このようなテラヘルツ領域での測定を、医薬品、高分子材料、ナノ材料、有機発光材料といった分野に適用することが期待されている。
【０００４】
一方で、テラヘルツ帯域（遠赤外領域）の電磁波は、水による吸収が非常に強いため、テラヘルツ波を用いて水分を含む被測定物の特性値を測定することは困難である。例えば、固体粒子を液体中に分散させた懸濁液に対してテラヘルツ波を照射したとしても、固体粒子（懸濁物質）の吸収スペクトルを測定することはできない。
【０００５】
そのため、特開２００６−８４４２２号公報（特許文献１）は、水分を含んだ検体の脱水処理を、安全に、かつ、少ない工程で短時間に行うことを目的として、検体を凍結乾燥させた状態でテラヘルツ波を照射し、検体を透過したテラヘルツ波による画像を生成する構成を開示する。
【０００６】
同様に、特開２００６−８４４２３号公報（特許文献２）は、水分を含んだ検体の脱水処理を、安全に、かつ、少ない工程で短時間に行うことを目的として、検体を凍結させた状態でテラヘルツ波を照射し、検体を透過したテラヘルツ波による画像を生成する構成を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−８４４２２号公報
【特許文献２】特開２００６−８４４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示される透過画像生成方法によれば、検体を凍結乾燥させるための前処理装置が必要になり、コストアップが避けられない。また、一般的に、凍結乾燥にはある程度の時間を要するため、迅速な測定には適さないという課題がある。
【０００９】
同様に、特許文献２に開示される透過画像生成方法によれば、検体を凍結させるための前処理装置が必要になり、コストアップが避けられない。また、凍結させた検体については、その表面に僅かな溶解が生じた場合であっても、測定が困難になるため、測定時の検体の取り扱いに技量が必要になり、一般的ではないという課題もある。
【００１０】
そのため、比較的簡単な構成および手順で、かつ迅速に、テラヘルツ波を用いた測定を行うことができる方法が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のある局面に従うテラヘルツ波を用いた測定方法は、筒状部材と筒状部材の底面に設けられたフィルターとからなる容器に、液体および被測定物の混合物を装填するステップと、容器のフィルターに吸収材を接触させるステップと、吸収材のフィルターへの接触後、容器に残る混合物に対してテラヘルツ波を照射するステップと、混合物を透過したテラヘルツ波または混合物で反射したテラヘルツ波を検出して、測定物の特性値を測定するステップとを含む。
【００１２】
好ましくは、測定方法は、容器のフィルターに吸収材を接触させた状態、および、混合物が残る容器を低湿環境に配置した状態、のうち少なくとも一方を所定時間にわたって維持するステップをさらに含む。
【００１３】
好ましくは、フィルターは、セルロース系メンブレンからなる。
好ましくは、フィルターは、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）系メンブレンからなる。
【００１４】
好ましくは、吸収材を接触させるステップは、各々に混合物が装填された容器をステージに複数配置するステップと、ステージに配置された複数の容器に対応付けて配置された複数の吸収材をステージに接近させて、各々の容器と対応する吸収材とを接触させるステップとを含む。
【００１５】
さらに好ましくは、テラヘルツ波を照射するステップは、テラヘルツ波の光路に対してステージを相対移動させることで、ステージに配置された複数の容器にそれぞれ装填されている混合物に対してテラヘルツ波を順次照射するステップを含む。
【００１６】
本発明のある局面に従えば、テラヘルツ波を用いて被測定物を測定する方法に用いられる容器が提供される。容器は、筒状部材と、筒状部材の底面に設けられたフィルターとを含む。フィルターは、セルロース系メンブレン、および、ＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）系メンブレンのいずれかからなる。
【発明の効果】
【００１７】
本実施の形態によれば、比較的簡単な構成および手順で、かつ迅速に、テラヘルツ波を用いた測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態に従う測定方法に適したセルの外観図である。
【図２】本実施の形態に従う測定方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】本実施の形態に従う測定方法における混合物のセルへの装填手順の一例を説明するための図である。
【図４】本実施の形態に従う測定方法におけるセルの状態の変化を説明するための図である。
【図５】脱水処理が不十分な状態での測定結果の一例を示す図である。
【図６】脱水処理が十分な状態での測定結果の一例を示す図である。
【図７】本実施の形態に従う測定装置の構成を示す概略図である。
【図８】図７に示す測定装置のセル交換機構の外観図である。
【図９】セルに入射するテラヘルツ波の集光状態を説明するための図である。
【図１０】本実施の形態に従う前処理装置の外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２０】
＜Ａ．概要＞
本実施の形態は、液体（典型的には、水）および被測定物の混合物から、液体を簡便に除外する（典型的には、脱水処理する）とともに、定量的な測定を実現できる新規な測定用の容器（以下「セル」とも称す。）に向けられる。このセルは、筒状の本体部の底面にフィルターが設けられた構造を有している。このフィルターは、混合物に含まれる液体を取り除くためのものであり、典型的には、吸湿性のある任意の材質を用いることができる。
【００２１】
このようなセルを用いる場合には、懸濁液などの測定対象の混合物をマイクロピペッターなどにより直接セルに注入することで、セル内で脱水処理を行うことができる。そのため、セルに混合物を装填した状態のまま測定を行えるため、定量性を確保できる。
【００２２】
＜Ｂ．測定用の容器（セル）＞
まず、本実施の形態に従う測定方法に適した測定用の容器（セル）について説明する。図１は、本実施の形態に従う測定方法に適したセル２の外観図である。テラヘルツ波を用いてその特性値が測定される被測定物（以下「サンプル」とも称す。）は、セル２の貫通部６に装填される。
【００２３】
セル２は、液体およびサンプルの混合物から液体を除外するのに適した構成となっている。具体的には、セル２は、筒状部材４と筒状部材４の底面に設けられたフィルター８とを含む。
【００２４】
セル２の本体部となる筒状部材４は、金属（代表的に、ステンレス（ＳＵＳ３０４）、アルミニウム、銅など）などの導電性の高い物質で構成され、中央部に貫通部６を有する円柱状の部材である。テラヘルツ波は金属に反射されてしまうため、テラヘルツ波は筒状部材４自体を貫通しない。より具体的な実施例として、筒状部材４として市販の金属ワッシャーを用いてもよい。筒状部材４の具体的な設計値として、外径を８〜２０ｍｍ（基本的には、１０ｍｍ）、内径を１〜５ｍｍ（基本的には、３〜４ｍｍ）、高さを３〜５ｍｍとする。
【００２５】
筒状部材４の内径については、後述するような放物面ミラーを用いてテラヘルツ波を照射する場合には、その集光スポット径（例えば、φ３〜４ｍｍ）と同程度にすることが好ましい。集光スポット径と筒状部材４の内径とを同程度にすることで、セル２の貫通部６に装填されるサンプル全体にテラヘルツ波が照射されるようになるため、定量性を高くできるからである。また、筒状部材４をあまり高くし過ぎると、テラヘルツ波の干渉や不要な反射を生じるので、光学系に応じた高さ（例えば、５ｍｍ）以下にすることが好ましい。この点については、後述する。
【００２６】
フィルター８は、装填される混合物から液体を除去するとともに、サンプルを残留させることのできるフィルターである。フィルター８は、筒状部材４の底部において、貫通部６の全周にわたって接着されている。この接着の方法としては、両面テープなどを用いることで、比較的容易に製作できる。
【００２７】
フィルター８は、混合物に含まれる液体の種類に応じた物質で構成される。例えば、水とサンプルとの混合物に対しては、フィルター８は、水を透過させるセルロース系メンブレンで構成される。セルロース系メンブレンの一例としては、セルロースアセテート、セルロース混合エステル、ニトロセルロースなどが挙げられる。また、有機溶媒とサンプルとの混合物に対しては、フィルター８は、水を透過させるＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene）系メンブレンで構成される。ＰＴＦＥ径メンブレンの一例としては、親水性ＰＴＦＥなどが挙げられる。但し、これらの物質に限られることなく、フィルター８としては、一般的に濾過フィルターとして用いられる材料を採用することができる。
【００２８】
本実施の形態に従う測定方法においては、セル２に装填された混合物（基本的には、残留したサンプル）にテラヘルツ波を照射し、混合物を透過したテラヘルツ波、または、混合物で反射したテラヘルツ波を検出し、その検出結果に基づいて、混合物の特性値を測定する。後述するような、混合物を透過したテラヘルツ波に基づいて混合物の特性値を測定する場合には、フィルター８の材質および厚みなどは、テラヘルツ帯域の電磁波に対する透過性が相対的に高くなるように設計される。典型的には、上述のような材質からなるフィルター８を用いた場合には、その厚みは０．２ｍｍ以下となることが多く、このような厚みにおいては、サンプルの特性を測定するのに十分なテラヘルツ帯域における透過率を得ることができる。
【００２９】
＜Ｃ．測定手順＞
次に、図１に示すセル２を用いた測定方法の手順について説明する。
【００３０】
図２は、本実施の形態に従う測定方法の手順を示すフローチャートである。図２を参照して、まず、セル２と測定対象のサンプルを含む混合物とを用意する（ステップＳ２）。
【００３１】
続いて、セル２に混合物（液体およびサンプル）を装填する（ステップＳ４）。例えば、固体粒子のサンプルを水などの液体中に分散させた懸濁液を測定する場合などには、後述するように、懸濁液の試料をセル２に分注する。
【００３２】
その後、混合物が装填されたセル２のフィルター８（底部）に吸収材を接触させる（ステップＳ６）。すなわち、セル２に装填された混合物から液体の除去（脱水処理）を行う。
【００３３】
なお、本明細書において、「脱水処理」という場合には、混合物に含まれる液体が水以外の場合も含む。つまり、液体の種類にかかわらず、混合物から液体の除去する処理を「脱水処理」と総称する。
【００３４】
吸収材としては、吸湿性のある任意の部材を用いることができるが、典型的には、濾紙、吸水性の高い紙タオル、高分子ポリマー素材などを用いることができる。このように、濾紙などの吸収材をセル２に接触させることで脱水処理を行う。
【００３５】
所定時間の経過後、セル２内に残留している測定対象のサンプルの量が十分であるか否かを判断する（ステップＳ８）。セル２内に残留している測定対象のサンプルの量が不十分である場合（ステップＳ８においてＮＯの場合）には、ステップＳ４以下の処理が再度実行される。つまり、混合物を追加的にセル２へ装填する。
【００３６】
これに対して、セル２内に残留している測定対象のサンプルの量が十分である場合（ステップＳ８においてＹＥＳの場合）には、セル２を測定装置に配置して、測定を開始する。つまり、テラヘルツ波を照射する測定装置（詳細については後述する）にセル２を配置し、テラヘルツ波を照射する（ステップＳ１０）。言い換えれば、吸収材のフィルター８への接触後、セル２に残る混合物（基本的には、サンプルが主成分）に対してテラヘルツ波を照射する。そして、セル２内の混合物を透過したテラヘルツ波またはセル２内の混合物で反射したテラヘルツ波を検出して、サンプルの特性値を測定する（ステップＳ１２）。サンプルの特性値としては、光学的、物理的、化学的、生物学的な各種の値が想定される。典型的には、サンプルの吸収スペクトルが測定される。
【００３７】
＜Ｄ．測定手順の詳細＞
次に、図２に示す測定手順のより詳細について説明する。
【００３８】
図３は、本実施の形態に従う測定方法における混合物のセル２への装填手順の一例を説明するための図である。図３を参照して、サンプルを含む混合物（上述の例では、懸濁液）をセル２へ装填する方法の一例として、試料瓶などから分注する場合の手順を示す。
【００３９】
図３に示すように、目盛付試験管１２で測定対象の混合物を必要な分量だけ取り分けておき、そしてマイクロピペッター１４などを用いてセル２へ装填する。このとき、セル２は、濾紙、吸水性の高い紙タオル、高分子ポリマー素材などの吸収材１０の上に配置し、混合物の脱水が即座に開始されるようにすることが好ましい。なお、混合物として懸濁液を用いる場合には、十分に混合しておくことが好ましい。
【００４０】
図４は、本実施の形態に従う測定方法におけるセル２の状態の変化を説明するための図である。図４（ａ）には、測定対象の混合物がセル２へ装填された直後の状態を示す。このセル２の底部にあるフィルター８に吸収材１０を接触させることで、図４（ｂ）に示すように、混合物に含まれる液体の吸収材１０への吸収（脱水処理）が開始される。
【００４１】
その後、脱水処理が完了すると、図４（ｃ）に示すように、セル２内には主としてサンプルが残留することになる。例えば、懸濁液のセル２への分注および脱水後には、当該懸濁液中の（溶解していない）成分がセル２内に残る。
【００４２】
基本的には、セル２内の液体が目視で確認できる範囲でなくなり、半乾燥状態の固形分の状態になれば、脱水処理は完了であると判断できる。このように脱水処理が完了したセル２を必要に応じてセルホルダー等に装着し、測定装置内の設置位置に取付けた上で、テラヘルツ波を照射して、透過測定を行う。
【００４３】
なお、テラヘルツ波を用いた測定では、測定装置内の水蒸気による吸収の影響を低減するために、窒素ガスや乾燥空気によるパージを行うこと一般的である。このパージにより、半乾燥状態のサンプルはさらに脱水されることになる。そのため、必要に応じて、測定装置内の低湿度環境に保管することにより、最適に脱水された状態でサンプルを測定することもできる。
【００４４】
＜Ｅ．測定例＞
次に、上述のような測定方法によって得られた測定例について示す。
【００４５】
以下の測定例を得るために用いたセル２は、以下のような構造とした。つまり、セル２の本体部となる筒状部材４は、ＳＵＳ３０４を用いて製作し、外径１０ｍｍ、内径４ｍｍ、高さ５ｍｍとした。セルロースアセテート製のメンブレンフィルターをφ１０ｍｍの円形状に切り抜いたものを底面のフィルター８とし、筒状部材４に両面テープを用いて貼り付けた。
【００４６】
測定対象のサンプルとしては、吸収スペクトルが既知である「N,N'-dipentyl-3,4,9,10-perylenedicarboximide」を用いた。具体的には、サンプルを５０ｍｇ／ｍｌで水に懸濁した混合物（水懸濁液）を２５０μｌ使用した。
【００４７】
ここで、上述のセル２（内径：４ｍｍ、高さ：５ｍｍ）の場合、πｒ２ｈ＝３．１４×２２×５（ｍｍ）＝６２．８（ｍｍ３）であるので、一度に約５０μｌの分注が可能である。例えば、測定必要量が懸濁液として２００μｌである場合には、フィルター８を透過して吸収材１０へ水分が移動した後（脱水処理後）に、さらに分注する操作を合計４回行う必要がある。
【００４８】
このように、水懸濁液をセル２で脱水処理し、その直後にテラヘルツ波を照射して検出されたテラヘルツ波から、時間波形および吸収スペクトルを取得した結果を示す。
【００４９】
図５は、脱水処理が不十分な状態での測定結果の一例を示す図である。図６は、脱水処理が十分な状態での測定結果の一例を示す図である。
【００５０】
図５には、セル２で脱水処理した直後にテラヘルツ波を照射して得られた測定結果を示し、図５（ａ）には、テラヘルツ波の時間波形を示し、図５（ｂ）には、図５（ａ）に示す時間波形を周波数変換（具体的には、フーリエ変換）して得られた振幅スペクトル（吸収スペクトル）を示す。なお、図５（ａ）には、セル２に何らの混合物またはサンプルも装填していない状態での測定（リファレンス測定）、つまりセル２だけを測定した結果も併せて示す。図５に示す測定結果によれば、混合物に含まれる水分が過多であり、テラヘルツ波が混合物を透過していないと判断できる。すなわち、図５（ｂ）に示す吸収スペクトルが飽和していることから、脱水処理直後の測定では残留している水分による吸収が大きく、テラヘルツ波がほとんど透過していないといえる。
【００５１】
一方、図６には、セル２で脱水処理し、さらに測定装置内の環境（相対湿度約１０％）下で６０分間経過後にテラヘルツ波を照射して得られた測定結果を示す。図６（ａ）には、テラヘルツ波の時間波形を示し、図６（ｂ）には、図６（ａ）に示す時間波形を周波数解析して得られた吸収スペクトルを示す。図６（ａ）には、リファレンス測定の結果も併せて示す。
【００５２】
図６に示す測定結果によれば、相対的に湿度の低い測定装置内に配置されることで、混合物に対する乾燥がさらに進み、それに含まれる水分が減少したといえる。このように水分の減少によって、特徴的な２つの吸収ピーク（図６（ｂ）に示す２つの下向き矢印）が適切に測定できていることが判る。図６（ｂ）に示す吸収ピークの周波数は、サンプルの既知の吸収スペクトルと一致している。
【００５３】
すなわち、セル２のフィルター８に吸収材１０を接触させた状態、および、混合物が残るセル２を低湿環境に配置した状態、のうち少なくとも一方を所定時間にわたって維持することが、測定精度の向上の観点からは好ましい。
【００５４】
このとき、セル２の測定に要する時間が相対的に長い場合には、先に測定されたサンプルとその後に測定されたサンプルとの間に時間差が生じ、サンプル間での乾燥状態のバラツキが生じる可能性がある。そのため、サンプルに対する前処理の開始タイミングを、各セル２の測定に要する時間に応じて調整することが好ましい。
【００５５】
なお、サンプルの物理的／化学的な性質を測定する一例として、図６（ｂ）に示す吸収スペクトルに現れるピーク位置（周波数／波長）を特定する方法や、吸収スペクトルに現れるピークの大きさ（振幅）を特定する方法が挙げられる。前者の方法は、定性的な測定であり、後者の方法は、定量的な測定である。
【００５６】
＜Ｆ．装置構成＞
次に、本実施の形態に従う測定方法に沿った測定が可能な装置構成の一例について説明する。
【００５７】
図７は、本実施の形態に従う測定装置１００の構成を示す概略図である。図８は、図７に示す測定装置１００のセル交換機構の外観図である。図９は、セル２に入射するテラヘルツ波の集光状態を説明するための図である。図１０は、本実施の形態に従う前処理装置２００の外観図である。
【００５８】
［ｆ１：測定装置］
図７を参照して、測定装置１００は、テラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ：Terahertz Time Domain Spectroscopy）を用いて、サンプルの特性値を測定する。図７に示す測定装置１００は、テラヘルツ波をサンプルに透過させて、サンプルの特性値を測定する、透過型の測定系である。但し、テラヘルツ波をサンプルに照射し、その反射したテラヘルツ波を検出して、サンプルの特性値を測定する構成、つまり反射型の測定系を採用してもよい。
【００５９】
図７に示す測定装置１００は、複数のセル２を配置し、順次入れ替えて測定を行うことができるセル交換機構を有している。さらに、上述したような手順で混合物から液体を除外するための前処理装置２００（詳細については、後述する）が用意されており、前処理装置２００から、各々にサンプルが装填された１つ以上のセルがセル交換機構へ提供される。
【００６０】
より具体的には、測定装置１００は、パルス光光源２０と、λ／２板２４と、偏光ビームスプリッタ２６と、エミッタユニット２８と、アンテナユニット５８と、軸外し放物面ミラー３０ａ，３０ｂ，６０ａ，６０ｂと、ミラー４０，４２，４４，４６，４８，５４，５６と、遅延ステージ５０と、遅延ステージ駆動機構５２と、セル交換機構７０と、制御装置８０と、信号処理部８２と、発振器８４とを含む。
【００６１】
パルス光光源２０は、エミッタユニット２８およびアンテナユニット５８を駆動するためのパルス光を発生する。より具体的には、パルス光光源２０は、レーザー光源であり、フェムト秒（１０−１５秒）オーダーのパルス幅をもつフェムト秒パルスパルス光を発生し照射する。パルス光光源２０におけるパルス光の発振周期は、数１０ＭＨｚ（数１０ｎ秒周期）オーダーである。パルス光光源２０で照射されたパルス光は、エミッタユニット２８およびアンテナユニット５８へ与えられる。
【００６２】
λ／２板２４は、パルス光光源２０からのパルス光の直線偏光を任意の方向に調整する。λ／２板２４を透過したパルス光は、偏光ビームスプリッタ２６へ入射する。λ／２板２４からは、平行光束のパルス光が照射される。
【００６３】
偏光ビームスプリッタ２６は、λ／２板２４からのパルス光を所定の比率で２つのパルス光Ｌ１およびＬ２に分配し、それぞれをエミッタユニット２８およびアンテナユニット５８へ導く。具体的には、偏光ビームスプリッタ２６から照射されたパルス光Ｌ１は、そのままエミッタユニット２８へ与えられる。パルス光Ｌ１は、エミッタユニット２８を励起するためのポンプ光として利用される。偏光ビームスプリッタ２６から照射されたパルス光Ｌ２は、ミラー４０、４２、４４、４６、４８、５４、および５６を経てアンテナユニット５８へ与えられる。パルス光Ｌ２は、アンテナユニット５８を励起するためのプローブ光として利用される。
【００６４】
エミッタユニット２８は、テラヘルツ波発生源であり、パルス光Ｌ１を受けてテラヘルツ波Ｔ１を発生する。具体的には、エミッタユニット２８は、集光レンズ２８ａと、光伝導アンテナ２８ｂと、Ｓｉレンズ２８ｃとを含む。集光レンズ２８ａは、パルス光Ｌ１を光伝導アンテナ２８ｂの予め定められた位置へ集光する。
【００６５】
光伝導アンテナ２８ｂは、パルス光によって励起されて、パルス状のテラヘルツ波Ｔ１を発生する。光伝導アンテナ２８ｂは、基板上に形成された平行伝送線路と、当該平行伝送線路の一部に形成された微小ダイポールアンテナとを含む。この平行伝送線路の両端には、発振器８４から所定の交流バイアス電圧が印加されている。より具体的には、光伝導アンテナ２８ｂでは、光伝導性の半導体薄膜上に狭いギャップを有する電極が形成されている。微小ダイポールアンテナの部分（ギャップ）にパルス光が入射することで、所定の電界が生じて、テラヘルツ波Ｔ１が発生する。
【００６６】
エミッタユニット２８においては、光伝導アンテナ２８ｂに入射するパルス光がポンプ光となり、テラヘルツ波Ｔ１が発生する。発振器８４から供給される交流バイアス電圧がテラヘルツ波Ｔ１の発生エネルギーの一部となる。一例として、光伝導アンテナ２８ｂは、半絶縁性ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板にＧａＡｓエピキタシャル膜を低温成長させたＬＴ−ＧａＡｓ光伝導アンテナなどによって構成される。あるいは、ＩｎＧａＡｓからなる基板を用いてもよい。ＩｎＧａＡｓからなる基板を用いる場合には、光通信に用いられる１．５５μｍのパルス光を用いることができるので、ファイバー光学系への応用なども容易になる。
【００６７】
Ｓｉレンズ２８ｃは、光伝導アンテナ２８ｂから照射されるテラヘルツ波Ｔ１を拡散する。
【００６８】
軸外し放物面ミラー３０ａおよび３０ｂは、エミッタユニット２８から放射されるテラヘルツ波Ｔ１をセル交換機構７０の所定位置へ導く。より具体的には、エミッタユニット２８から放射されたテラヘルツ波Ｔ１は水平方向（鉛直方向に対して直交方向）に伝搬して軸外し放物面ミラー３０ａへ入射する。そして、テラヘルツ波Ｔ１は、この軸外し放物面ミラー３０ａで伝搬方向が直角に変化した後、軸外し放物面ミラー３０ｂへ入射する。さらに、テラヘルツ波Ｔ１は、この軸外し放物面ミラー３０ｂによって、その伝搬方向が鉛直方向に変化する。このとき、軸外し放物面ミラー３０ｂは、テラヘルツ波Ｔ１をセル交換機構７０の特定の位置に集光させる。このテラヘルツ波Ｔ１の集光位置（焦点位置）には、いずれかのセル２が配置されている。
【００６９】
アンテナユニット５８は、セル２を透過した後のテラヘルツ波Ｔ２を受光して、テラヘルツ波Ｔ２の強度を示す測定信号を信号処理部８２へ出力する。アンテナユニット５８は、測定信号を生成するためのエネルギー源として、偏光ビームスプリッタ２６で分離されたパルス光Ｌ２を受光する。すなわち、アンテナユニット５８は、軸外し放物面ミラー６０ａ，６０ｂからのテラヘルツ波Ｔ２と偏光ビームスプリッタ２６からのパルス光Ｌ２とがともに入射しているタイミングにおいて、測定信号を出力する。
【００７０】
アンテナユニット５８は、テラヘルツ信号を検出する部位であり、テラヘルツ波Ｔ２およびパルス光Ｌ２を受けて電流を発生し、その電流を信号処理部８２へ出力する。具体的には、アンテナユニット５８は、集光レンズ５８ａと、光伝導アンテナ５８ｂと、Ｓｉレンズ５８ｃとを含む。
【００７１】
集光レンズ５８ａは、パルス光Ｌ２を光伝導アンテナ５８ｂの予め定められた位置へ集光する。Ｓｉレンズ５８ｃは、上述のエミッタユニット２８におけるＳｉレンズ２８ｃと同様の構成であり、軸外し放物面ミラー６０ａ，６０ｂからのテラヘルツ波Ｔ２を集光する。
【００７２】
光伝導アンテナ５８ｂは、上述のエミッタユニット２８における光伝導アンテナ２８ｂと同様の構成であり、一方面にテラヘルツ波を受光し、他方面にパルス光を受光することで、電気信号である測定信号を出力する。
【００７３】
偏光ビームスプリッタ２６で分配されたパルス光Ｌ２は、ミラー４０，４２，４４，４６，４８，５４，および５６を経てアンテナユニット５８へ与えられる。このパルス光Ｌ２の伝搬経路上のミラー４２および４４は、遅延ステージ５０に関連付けて配置されている。遅延ステージ５０は、遅延ステージ駆動機構５２によって、紙面上下方向に移動可能に構成されており、この遅延ステージ５０の移動によってミラー４２および４４の位置が紙面上下方向に変化する。遅延ステージ駆動機構５２は、制御装置８０からの制御信号ＣＴＲＬ２に従って、遅延ステージ５０を一定速度で移動させる。
【００７４】
遅延ステージ５０および遅延ステージ駆動機構５２は、アンテナユニット５８で受光されるテラヘルツ波の時間軸上における強度波形をより容易に測定するための構成である。パルス光光源２０からのパルス光は、そのパルス幅がフェムト（１０−１５）秒オーダーであるため、時間波形をそのまま測定することは非常に困難である。そこで、テラヘルツ波の複数の位相に各々における強度を複数回にわたって測定したものを時間軸上で合成することで、全体の時間波形を測定する。
【００７５】
アンテナユニット５８は、テラヘルツ波Ｔ２およびパルス光Ｌ２がともに入射したタイミングで測定信号を出力するので、テラヘルツ波Ｔ２に対するパルス光Ｌ２の位相をずらすことで、テラヘルツ波Ｔ２の各位相における強度を測定できる。すなわち、遅延ステージ５０を一定速度で紙面上または下方向に移動させることで、ミラー４２および４４の位置が変化し、これによって偏光ビームスプリッタ２６からアンテナユニット５８までのパルス光の伝搬経路長を時間的に変化させることができる。
【００７６】
制御装置８０は、テラヘルツ波の複数の位相に各々における強度の測定結果を時間軸上で合成することで、セル２に装填されているサンプルの特性を示す時間波形を決定する。また、制御装置８０は、測定対象のセル２を適宜切替えるための制御信号ＣＴＲＬ１をセル交換機構７０へ与える。
【００７７】
［ｆ２：セル交換機構］
図８を参照して、セル交換機構７０は、回転可能に構成されたセルステージ７２と、セルステージ７２を回転駆動する駆動機構７４とを含む。セルステージ７２には、各々がセル２を保持するための複数のホルダー７８が形成されており、駆動機構７４は、セルステージ７２を回転駆動して、当該複数のホルダー７８のうち１つをテラヘルツ波Ｔ１の焦点位置に選択的に配置する。
【００７８】
ホルダー７８の各々は、セルステージ７２の表面から裏面にわたって貫通する開口を有しており、軸外し放物面ミラー３０ｂからのテラヘルツ波Ｔ１が鉛直方向に伝搬して、セルステージ７２の一方面側からいずれかのホルダー７８に入射した後、当該ホルダー７８および保持しているセル２を透過してセルステージ７２の他方面側から出射されるようになっている。このように、セル２を透過したテラヘルツ波Ｔ２は、当該サンプル容器の貫通方向に沿って伝搬し、この伝搬過程において、セル２に収容されているサンプルの特性に応じてその一部が吸光される。駆動機構７４は、制御装置８０からの制御信号ＣＴＲＬ１に従って、セルステージ７２を駆動する。
【００７９】
セルステージ７２には、一例として、その外周側に７個の切欠部７３が形成されるとともに、各切欠部７３の底面には貫通孔７３ａが形成されている。各切欠部７３には、ホルダー７８が挿入可能に構成されており、またその上部には押え板７２ａが設けられている。この押え板７２ａは、対象の切欠部７３に挿入されたホルダー７８を固定する。
【００８０】
セルステージ７２は、駆動機構７４によって回転可能に担持されている。駆動機構７４は、複数のギヤなどで構成された回転支持部７４ａと、回転支持部７４ａを駆動するモータ７４ｂとを含む。そして、モータ７４ｂが制御装置８０からの制御信号ＣＴＲＬ１（図１）に応じて回転駆動することで、この駆動力によって回転支持部７４ａがセルステージ７２を回転させる。
【００８１】
このように、複数のホルダー７８を保持するセルステージ７２が回転することで、テラヘルツ波の伝搬経路上に１つのサンプル容器が選択的に配置される。
【００８２】
なお、テラヘルツ波は空気中の水蒸気成分による影響を受けやすいので、セル交換機構７０を含む所定区域に対して、窒素ガスや乾燥空気によるパージを実施することが好ましい。
【００８３】
ここで、セル２に入射するテラヘルツ波の集光状態について説明する。図９を参照して、エミッタユニット２８（図７）から照射されたテラヘルツ波Ｔ１は、軸外し放物面ミラー３０ｂで反射されて、セル２の貫通部６を通過し、底面のフィルター８の付近で最もスポット径が小さくなるように照射される。そして、セル２を透過したテラヘルツ波Ｔ２は、軸外し放物面ミラー６０ｂへ向けて伝搬する。
【００８４】
そのため、テラヘルツ波Ｔ１の集光スポットがセル２のフィルター８の付近になるように光学的および構造的な設計が行なわれる。この集光スポット径や光学系に応じて、セル２の形状（外径、内径、高さなど）が最適化される。つまり、テラヘルツ波Ｔ１がセル２の筒状部材４などとの間で干渉や反射が生じないように、セル２の形状が最適化される。
【００８５】
［ｆ３：前処理装置］
図１０を参照して、前処理装置２００は、セルステージ２０２と、吸収材ステージ２０６と、相対移動機構２０８とを含む。
【００８６】
セルステージ２０２は、複数の開口部２０４が形成されており、各開口部２０４に対応してセル２が配置される。この配置されるセル２には、液体とサンプルとの混合物が装填されているものとする。セルステージ２０２は、測定装置１００で用いられるセルステージ７２（図８および図９参照）と同一形状であってもよい。
【００８７】
また、図示しない分注機構をセルステージ２０２の上部に設けておき、セルステージ２０２上に配置された１つ以上のセル２のそれぞれに対して、混合物を自動的に装填するようにしてもよい。
【００８８】
吸収材ステージ２０６上には、鉛直方向に延びる吸収材支持部２１０が複数設けられており、各吸収材支持部２１０の先端には、吸収材１０が装着される。吸収材支持部２１０の配置位置は、セルステージ２０２に設けられた複数の開口部２０４の配置位置に対応付けられている。
【００８９】
相対移動機構２０８は、セルステージ２０２と吸収材ステージ２０６との間の鉛直方向の距離を変化させる。すなわち、セルステージ２０２を鉛直下方向に移動させ、および／または、吸収材ステージ２０６を鉛直上方向に移動させる。この相対移動によって、セルステージ２０２上に配置されたセル２の底面（フィルター８）に吸収材支持部２１０の先端に装着された吸収材１０が接触する。セル２の底面の吸収材１０が接触することで、セル２に装填されている混合物の液体（典型的には、水分）が吸収材１０の側へ移行する。すなわち、脱水処理が開始される。
【００９０】
このような相対移動機構２０８の動作によって、セルステージ２０２上に配置された複数のセル２に対して、並列的に脱水処理を行うことができる。さらに、このような脱水処理後に、複数のセル２が配置されたセルステージ２０２そのものを、測定装置１００のセル交換機構７０へ搬送し装着してもよい。このような機構を採用することで、セル２への混合物の装填から脱水処理および測定までの一連の処理を自動化できる。
【００９１】
吸収材支持部２１０に装着される吸収材１０の材質は、濾紙、吸水性の高い紙タオル、高分子ポリマー素材などを用いることができる。このとき、吸収材１０の形状を吸収材支持部２１０に対して容易に着脱できるものにすることで、使用後の吸収材１０の交換を自動化することもできる。すなわち、吸収材１０をディスポーザブルなものとすることができる。
【００９２】
このように、前処理装置２００を用いて、セル２に吸収材１０を接触させて、当該セル２に装填された混合物に対して脱水処理を行う場合には、以下のような工程が実行される。すなわち、各々に混合物が装填されたセル２をセルステージ２０２上に複数配置する工程と、セルステージ２０２に配置された複数のセル２に対応付けて配置された複数の吸収材１０をセルステージ２０２に接近させて、各々のセル２と対応する吸収材１０とを接触させる工程とが実行される。
【００９３】
さらに、セルステージ２０２上に配置された脱水処理後のセル２をそのままセル交換機構７０へ装着する場合には、テラヘルツ波を照射する工程において、テラヘルツ波の光路に対してステージを相対移動させることで、ステージに配置された複数のセル２にそれぞれ装填されている混合物に対してテラヘルツ波が順次照射される。
【００９４】
＜Ｇ．利点＞
本実施の形態に従うセルを用いることで、テラヘルツ波を用いて、懸濁液の状態が最終製品である医薬品や、水分を多く含む食品成分などの特性を測定することができる。
【００９５】
本実施の形態に従うセルを用いる方法以外の一般的な方法としては、何らかの脱水処理をしてから測定する方法が考えられる。具体的には、濾紙や吸収材による脱水処理、または、遠心濾過装置などによる脱水処理を行った後に、測定を行う。このような方法を採用した場合には、脱水処理後のサンプルを測定のための専用容器などへ移動する必要がある。この際、半乾燥状態のサンプルを秤量したり、専用容器などへ移動したりする操作が必要になり、定量性の低下を招いてしまう。また、遠心濾過装置による遠心濾過での脱水処理では、分子の大きさに応じて分離されるため、均等なサンプルを取得することが難しい、すなわち分子の大きさが偏ったサンプルが取得されてしまう場合がある。さらに、脱水の程度が作業者により大きく異なり、再現性低下の問題も生じ得る。
【００９６】
これに対して、本実施の形態に従うセルを用いる場合には、セルを濾紙や吸水性の高い紙タオルなどの上に置く（接触）させるだけで脱水処理が完了するため、脱水の程度が作業者により大きく異なるという事態を回避できる。また、本実施の形態に従うセルを用いた場合には、遠心濾過を用いた場合とは異なり、分子の大きさに応じた分離は生じない。仮に、脱水処理中のサンプルの自然沈降中に何らかの分離が生じたとしても、セル内での分離であり、そのまま全量が測定対象となるので測定上の問題は生じない。このように、本実施の形態に従うセルを用いることで、テラヘルツ波を用いた測定に必要十分な脱水効果を得ることができる。
【００９７】
本実施の形態に従うセルおよびそのセルを用いた測定方法によれば、テラヘルツ帯域の電磁波（テラヘルツ波）を用いた分光測定に際して、液体（典型的には、水）を多く含むサンプルの脱水処理を特別な装置を必要とせず簡便に行え、かつ測定の定量性を確保できる。また、この脱水処理は、先行技術にあるような凍結乾燥などの特別な処理を用いることなく、常温で行えるため、迅速かつ効率的な脱水処理（テラヘルツ波を用いた測定の前処理）を行うことができる。
【００９８】
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、特許請求の範囲によって示され、特許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。
【符号の説明】
【００９９】
２  セル、４  筒状部材、６  貫通部、８  フィルター、１０  吸収材、１２  目盛付試験管、１４  マイクロピペッター、２０  パルス光光源、２４  λ／２板、２６  ビームスプリッタ、２８  エミッタユニット、２８ａ，５８ａ  集光レンズ、２８ｂ，５８ｂ  光伝導アンテナ、２８ｃ，５８ｃ  Ｓｉレンズ、３０ａ，３０ｂ，６０ａ，６０ｂ  軸外し放物面ミラー、４０，４２，４４，４６，４８，５４，５６  ミラー、５０  遅延ステージ、５２  遅延ステージ駆動機構、５８  アンテナユニット、７０  セル交換機構、７２，２０２  セルステージ、７２ａ  押え板、７３  切欠部、７３ａ  貫通孔、７４  駆動機構、７４ａ  回転支持部、７４ｂ  モータ、７８  ホルダー、８０  制御装置、８２  信号処理部、８４  発振器、１００  測定装置、２００  前処理装置、２０４  開口部、２０６  吸収材ステージ、２０８  相対移動機構、２１０  吸収材支持部、Ｌ１，Ｌ２  パルス光、Ｔ１，Ｔ２  テラヘルツ波。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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