(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空隙部を有する空隙配置構造体に固体の被測定物を保持し、
前記空隙配置構造体に電磁波を照射して、前記空隙配置構造体から反射された電磁波の周波数特性を検出することにより、前記固体の被測定物の特性を測定する測定方法であって、
前記固体の被測定物を保持する前記空隙配置構造体の一方の主面である第１主面の少なくとも一部に液体を付着させ、前記空隙配置構造体の他方の主面である第２主面側に何も接していない状態で電磁波を照射するステップを含み、
前記空隙配置構造体の前記固体の被測定物が保持される部分において、前記第１主面および前記第２主面に接する支持体は設けられておらず、
前記空隙配置構造体の空隙部は、前記液体が前記第１主面側から前記第２主面側へ漏れないような大きさであり、
前記固体の被測定物の特性は、固体の被測定物の有無、物質量、表面粗さ、および、膜厚のうちから選択される少なくとも１つであり、
前記液体は、気圧が存在する雰囲気下に開放された状態で、前記空隙配置構造体の前記第１主面に付着しており、前記固体の被測定物の特性によって前記液体の表面張力が変化することにより、前記液体の存在場所が変化し、
前記液体の存在場所が変化することによって生じる、前記空隙配置構造体から反射される電磁波の反射率の周波数特性の変化に基づいて、前記固体の被測定物の特性を測定する、測定方法。
【請求項２】
前記空隙配置構造体は前記第１主面が実質的に水平となるように配置され、前記第１主面は前記空隙配置構造体の上面であり、前記第２主面は前記空隙配置構造体の下面である、請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記空隙配置構造体の一方の主面である前記第１主面の少なくとも一部に前記固体の被測定物を付着させ、前記固体の被測定物の表面に前記液体を付着させる、請求項１または２に記載の測定方法。
【請求項４】
前記液体は水である、請求項３に記載の測定方法。
【請求項５】
空隙部を有する空隙配置構造体に液体の被測定物を保持し、
前記空隙配置構造体に電磁波を照射して、前記空隙配置構造体から反射された電磁波の周波数特性を検出することにより、前記液体の被測定物の特性を測定する測定方法であって、
前記空隙配置構造体の一方の主面である第１主面の少なくとも一部に直接的に前記液体の被測定物を付着させ、前記空隙配置構造体の他方の主面である第２主面側に何も接していない状態で電磁波を照射するステップを含み、
前記空隙配置構造体の前記液体の被測定物が保持される部分において、前記第１主面および前記第２主面に接する支持体は設けられておらず、
前記空隙配置構造体の空隙部は、前記液体の被測定物が前記第１主面側から前記第２主面側へ漏れないような大きさであり、
前記被測定物の特性は、溶質の有無、表面張力、濃度、および、粘性から選択される少なくとも１つであり、
前記液体の被測定物は、気圧が存在する雰囲気下に開放された状態で、前記空隙配置構造体の前記第１主面に付着しており、前記液体の被測定物の特性によって前記液体の被測定物の表面張力が変化することにより、前記空隙配置構造体の前記空隙部に対する前記液体の沈み具合が変化し、
前記液体の前記沈み具合が変化することによって生じる、前記空隙配置構造体から反射される電磁波の反射率の周波数特性の変化に基づいて、前記液体の被測定物の特性を測定する、測定方法。
【請求項６】
前記液体の被測定物は水溶液である、請求項５に記載の測定方法。
【請求項７】
前記空隙配置構造体は、準周期構造体または周期構造体である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の測定方法に関する。より詳しくは、空隙部を有する空隙配置構造体に被測定物を保持し、空隙配置構造体に電磁波を照射して、空隙配置構造体から反射された電磁波の周波数特性を検出することにより、被測定物の特性を測定する測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、物質の特性を分析するために、空隙配置構造体に被測定物を保持して、その被測定物が保持された空隙配置構造体に電磁波を照射し、その透過率スペクトルを解析して被測定物の特性を測定する方法が用いられている。具体的には、例えば、被測定物であるタンパク質などが付着した金属メッシュフィルタに、テラヘルツ波を照射して透過率スペクトルを解析する手法が挙げられる。【０００３】
特許文献１（特開２００７−０１０３６６号公報）には、空隙部を有する空隙配置構造体（例えば金属メッシュ）と、空隙配置構造体に密着させた基材に被測定物を保持し、被測定物が保持された空隙配置構造体に向かって電磁波を照射し、空隙配置構造体を透過した電磁波を検出することによって、被測定物の存在による周波数特性の変化に基づいて被測定物の特性を測定する方法が開示されている。【０００４】
特許文献１等の先行技術で開示されている測定方法においては、空隙配置構造体の表面近傍における電磁界と被測定物の相互作用の結果として生じる周波数特性の変化を指標としている。そして、その変化量は、空隙配置構造体の表面近傍で増強されている電磁界と、この電磁界領域に存在する被測定物の量と複素屈折率の大きさに左右される。従って、被測定物の量が少ない場合、周波数特性の変化は僅かであり、被測定物の特性の検出は困難である。【０００５】
他方、被測定物が液体である場合に、液体の濡れ性などを測定する際には、接触角メータと呼ばれる機器を用いられる方法が知られている。これは、測定対象の液体を固定面上に滴下して、液体の表面張力により、どの程度の玉になるかをカメラで測定し、固定面との界面の接触角を算出する方法である。しかし、測定対象である液体の他の特性を同時に測定することは難しく、カメラ等の設備も必要となり、コスト面でも割高であるといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０１０３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、被測定物の量が微量である場合にも、高感度・高効率な被測定物の特性測定を実現できる測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、空隙部を有する空隙配置構造体に被測定物を保持し、
上記空隙配置構造体に電磁波を照射して、上記空隙配置構造体から反射された電磁波の周波数特性を検出することにより、前記被測定物の特性を測定する測定方法であって、
上記空隙配置構造体の一方の主面である第１主面の少なくとも一部に直接的または間接的に液体を付着させ、上記空隙配置構造体の他方の主面である第２主面側から電磁波を照射するステップを含み、
上記空隙配置構造体の空隙部は、上記液体が上記第１主面側から他方の主面である第２主面側へ漏れない程度の大きさであり、
上記液体は、気圧が存在する雰囲気下に開放された状態で、上記空隙配置構造体の第１主面に付着していることを特徴とする、測定方法である。【０００９】
上記空隙配置構造体は上記第１主面が実質的に水平となるように配置され、上記第１主面は上記空隙配置構造体の上面であり、上記第２主面は上記空隙配置構造体の下面であることが好ましい。【００１０】
上記空隙配置構造体の一方の主面である第１主面の少なくとも一部に上記被測定物を付着させ、上記被測定物の表面に上記液体を付着させることが好ましい。この場合、上記液体は水であることが好ましい。また、上記被測定物の特性は、被測定物の有無、物質量、表面粗さ、および、膜厚のうちから選択される少なくとも１つであることが好ましい。【００１１】
また、上記被測定物は、上記第１主面に付着される上記液体であってもよい。この場合、上記液体は水溶液であることが好ましい。また、上記被測定物の特性は、溶質の有無、表面張力、濃度、および、粘性から選択される少なくとも１つであることが好ましい。【００１２】
また、上記空隙配置構造体から反射される電磁波の反射率の周波数特性の変化に基づいて、上記被測定物の特性を測定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被測定物の量が微量である（空隙配置構造体の表面からの厚みが薄い）場合にも、高感度・高効率な被測定物の特性測定を実現できる。【００１４】
また、本発明によれば、被測定物が液体である場合、被測定物の表面張力、濃度、および、粘性などを、より簡便な方法で高感度・高効率に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の測定方法の概略を説明するための模式図である。
【図２】本発明の測定方法の一例を説明するための断面模式図である。
【図３】本発明の測定方法の一例を説明するための断面模式図である。
【図４】空隙配置構造体の格子構造を説明するための上面模式図である。
【図５】実施例１の測定方法を説明するための断面模式図である。
【図６】実施例１の測定方法を説明するための断面模式図である。
【図７】実施例１の反射率スペクトルを示すグラフである。
【図８】比較例の測定方法を説明するための断面模式図である。
【図９】比較例の測定方法を説明するための断面模式図である。
【図１０】比較例の反射率スペクトルを示すグラフである。
【図１１】実施例２の測定方法を説明するための断面模式図である。
【図１２】実施例２の測定方法を説明するための断面模式図である。
【図１３】実施例３の測定方法を説明するための断面模式図である。
【図１４】実施例３の反射率スペクトルを示すグラフである。
【図１５】図１４の反射率スペクトルにおけるグリセリン濃度と特定の変曲点の波数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、本発明の測定方法の一例の概略を図１を参照して説明する。図１は、本発明の測定方法に用いられる測定装置の全体構造を模式的に示す図である。この測定装置は、レーザ７（例えば、短光パルスレーザ）から照射されるレーザ光を半導体材料に照射することで発生する電磁波（例えば、テラヘルツ波）のパルスを利用するものである。
【００１７】
図１の構成において、レーザ７から出射したレーザ光を、ハーフミラー７０で２つの経路に分岐する。一方は、電磁波発生側の光伝導素子７７に照射され、もう一方は、複数のミラー７１（同様の機能のものは付番を省略）を用いることで、時間遅延ステージ７６を経て受信側の光伝導素子７８に照射される。光伝導素子７７、７８としては、ＬＴ−ＧａＡｓ（低温成長ＧａＡｓ）にギャップ部をもつダイポールアンテナを形成した一般的なものを用いることができる。また、レーザ７としては、ファイバー型レーザやチタンサファイアなどの固体を用いたレーザなどを使用できる。さらに、電磁波の発生、検出には、半導体表面をアンテナなしで用いたり、ＺｎＴｅ結晶の様な電気光学結晶を用いたりしてもよい。ここで、発生側となる光伝導素子７７のギャップ部には、電源８０により適切なバイアス電圧が印加されている。
【００１８】
発生した電磁波は放物面ミラー７２で平行ビームにされ、放物面ミラー７３によって、周期的構造体１に照射される。周期的構造体１から反射されたテラヘルツ波は、放物面ミラー７５によって光伝導素子７８で受信される。光伝導素子７８で受信された電磁波信号は、アンプ８４で増幅されたのちロックインアンプ８２で時間波形として取得される。そして、算出手段を含むＰＣ（パーソナルコンピュータ）８３でフーリエ変換などの信号処理された後に、平板状の周期的構造体１の反射率スペクトルなどが算出される。ロックインアンプ８２で取得するために、発振器８１の信号で発生側の光伝導素子７７のギャップに印加する電源８０からのバイアス電圧を変調（振幅５Ｖ乃至３０Ｖ）している。これにより同期検波を行うことでＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１９】
以上に説明した測定方法は、一般にテラヘルツ時間領域分光法（ＴＨｚ−ＴＤＳ）と呼ばれる方法である。ＴＨｚ−ＴＤＳの他に、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）を用いても良い。
【００２０】
図１に示す測定方法では、電磁波の反射率を測定しているが、好ましくは、０次方向の反射における反射率を測定することが好ましい。なお、一般的に、回折格子の格子間隔をｓ、入射角をｉ、回折角をθ、波長をλとしたとき、回折格子によって回折されたスペクトルは、
ｓ（ｓｉｎ  ｉ  −ｓｉｎ  θ）＝ｎλ  …（１）
と表すことができる。上記「０次方向」の０次とは、上記式（１）のｎが０の場合を指す。ｓおよびλは０となり得ないため、ｎ＝０が成立するのは、ｓｉｎ  ｉ−  ｓｉｎ  θ＝０の場合のみである。従って、上記「０次方向」とは、入射角と回折角が等しいときを意味する。
【００２１】
本発明の測定方法で用いられる電磁波は、好ましくは波長λが１μｍ〜３００ｍｍ（周波数：１ＧＨｚ〜３００ＴＨｚ）であり、より好ましくは波長λが３μｍ〜３０ｍｍ（周波数：１０ＧＨｚ〜１００ＴＨｚ）であり、最も好ましくは、波長λが３０μｍ〜３ｍｍ以下（周波数：１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚ）である。
【００２２】
具体的な電磁波としては、例えば、短光パルスレーザを光源として、ＺｎＴｅ等の電気光学結晶の光整流効果により発生するテラヘルツ波が挙げられる。また、例えば、短光パルスレーザを光源として、光伝導アンテナに自由電子を励起し、光伝導アンテナに印加した電圧によって瞬時に電流が発生することによって生じるテラヘルツ波が挙げられる。また、例えば、高圧水銀ランプや高温セラミックから発せられるテラヘルツ波が挙げられる。
【００２３】
また、本発明の測定方法において空隙配置構造体に照射される電磁波は、直線偏光の電磁波であることが好ましい。直線偏光の電磁波は、無偏光、円偏光などの光源から出射された電磁波が（直線）偏光子を通過した後の直線偏光の電磁波であってもよく、偏光光源から出射された直線偏光の電磁波であってもよい。直線偏光子としては、ワイヤーグリッドなどを用いることができる。
【００２４】
本発明において、電磁波は、空隙配置構造体の液体が付着される第１主面とは反対側の主面である第２主面側から照射される。このとき、電磁波の進行方向と空隙配置構造体の主面の法線方向とのなす角度（図５に示すθ）は、０°〜９０°であり、より好ましくは、０°〜４５°である。４５°を超えると高次の回折が生じやすく、反射率スペクトルが複雑化し、且つ、反射信号が弱くなってしまう傾向にあるからである。
【００２５】
本発明において測定される「被測定物の特性」としては、例えば、被測定物の有無、物質量、表面粗さ、濡れ性、表面張力、および、膜厚などが挙げられる。被測定物が液体である場合の「被測定物の特性」としては、例えば、被測定物の特性は、溶質の有無、表面張力、濃度、および、粘性などが挙げられる。
【００２６】
本発明において、被測定物の量を求める場合は、あらかじめ様々な量の被測定物を測定して得られた周波数特性を基に作成した検量線と比較することにより、被測定物の量を算出することが好ましい。
【００２７】
（空隙配置構造体）
本発明の測定構造体を構成する空隙配置構造体は、主面に垂直な方向に貫通した複数の空隙部を有する空隙配置構造体である。全体の形状は、通常、平板状またはフィルム状である。
【００２８】
本発明で用いられる空隙配置構造体は、主面に垂直な方向に貫通した複数の空隙部が上記主面上の少なくとも一方向に周期的に配置された構造体である。ただし、空隙配置構造体の全体にわたって空隙部が周期的に配置されている必要はなく、少なくとも一部において空隙部が周期的に配置されていればよい。
【００２９】
空隙配置構造体は、好ましくは準周期構造体や周期構造体である。準周期構造体とは、並進対称性は持たないが配列には秩序性が保たれている構造体のことである。準周期構造体としては、例えば、１次元準周期構造体としてフィボナッチ構造、２次元準周期構造体としてペンローズ構造が挙げられる。周期構造体とは、並進対称性に代表される様な空間対称性を持つ構造体のことであり、その対称の次元に応じて１次元周期構造体、２次元周期構造体、３次元周期構造体に分類される。１次元周期構造体は、例えば、ワイヤーグリッド構造、１次元回折格子などが挙げられる。２次元周期構造体は、例えば、メッシュフィルタ、２次元回折格子などが挙げられる。これらの周期構造体のうちでも、２次元周期構造体が好適に用いられ、より好ましくは空隙部が縦方向および横方向に規則的に配列（方形配列）された２次元周期構造体が用いられる。
【００３０】
空隙部が方形配列された２次元周期構造体としては、例えば、図４に示すようなマトリックス状に一定の間隔で空隙部１０が配置された板状構造体（格子状構造体）が挙げられる。図４に示す空隙配置構造体１は、その主面側からみて正方形の空隙部１０が、該正方形の各辺と平行な２つの配列方向（図４中の縦方向と横方向）に等しい間隔で設けられた板状構造体である。空隙部はこのような形状に限定されず、例えば長方形や円や楕円などでもよい。また、このような対称性を有する形状に限定されず、後述する空隙部の一部に突起部や切欠部を有する形状であってもよい。また、空隙部の配列が方形配列である場合、２つの配列方向の間隔は等しくなくてもよく、例えば長方形配列でもよい。
【００３１】
また、空隙配置構造体の厚み（ｔ）は、測定に用いる電磁波の波長λの数分の１以下であることが好ましい。例えば、照射する電磁波の波長λが３００μｍである場合、ｔは１５０μｍ以下であることが好ましい。構造体の厚みがこの範囲よりも大きくなると、透過または反射する電磁波の強度が弱くなって信号を検出することが難しくなる場合がある。
【００３２】
また、空隙配置構造体の空隙部の大きさは、測定に用いられる各種の液体が、上記第１主面側（例えば、上面側）から上記第２主面側（例えば、下面側）へ漏れないような大きさである。例えば、空隙配置構造体を、第１主面側が上面、第２主面側が下面になるように配置した場合には、測定に用いられる液体の表面張力が、液体にかかる重力に勝ることにより漏れなければ良いのであって、適切な空隙部の大きさは、測定に用いられる液体の種類や、溶液の場合は濃度等に依存する。特に、上記第１主面側における単位面積あたりの空隙部の開口部面積の比率は、実用上３０％〜７０％であることが好ましい。
【００３３】
さらに、空隙部の上記第１主面側の開口部のサイズ（照射される電磁波の偏光方向の長さ）は、測定に用いる電磁波の波長λの１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。空隙部のサイズがこの範囲以外になると、透過する電磁波の強度が弱くなって信号を検出することが難しくなる場合がある。
【００３４】
また、空隙部の格子間隔（ピッチ）は、測定に用いる電磁波の波長の１０分の１以上、１０倍以下であることが好ましい。空隙部の格子間隔がこの範囲外になると、透過が生じにくくなる場合がある。
【００３５】
ただし、空隙配置構造体や空隙部の形状や寸法は、測定方法や、空隙配置構造体の材質特性、使用する電磁波の周波数等に応じて適宜設計されるものであり、その範囲を一般化することは難しく、上記の範囲に限定されるものではない。
【００３６】
空隙配置構造体は、金属からなることが好ましい。金属としては、ヒドロキシ基、チオール基、カルボキシル基などの官能基を有する化合物の官能基と結合することのできる金属や、ヒドロキシ基、アミノ基などの官能基を表面にコーティングできる金属、ならびに、これらの金属の合金を挙げることができる。具体的には、金、銀、銅、鉄、ニッケル、クロム、シリコン、ゲルマニウムなどが挙げられ、好ましくは金、銀、銅、ニッケル、クロムであり、さらに好ましくはニッケル、金である。
【００３７】
（空隙配置構造体への液体の付着）
空隙配置構造体上の一方の主面である第１主面の少なくとも一部に、直接的または間接的に液体を付着させることで、測定感度が向上する。ここで、被測定物が固体やペースト等である場合は、通常、該液体は被測定物とは別であるが、液体自体が被測定物であってもよい。なお、空隙配置構造体は第１主面が実質的に水平となるように配置され、第１主面は前記空隙配置構造体の上面であることが好ましい。
【００３８】
従来は、被測定物自体の存在の有無のみに起因する空隙配置構造体の周波数特性の変化に基づいて、測定を行っていた。これに対し、本発明では、空隙配置構造体に液体を付着させることで、被測定物の特性が液体の表面張力等に影響を及ぼし、空隙配置構造体における該液体の存在場所を変化させるため、空隙配置構造体の周波数特性への影響が増幅され、その結果、測定感度が向上する。なお、液体３は、気圧が存在する雰囲気下に開放された状態で、空隙配置構造体１の第１主面側に付着している。
【００３９】
図２および図３を参照して、本発明の一例について説明する。図３は、疎水性の高い空隙配置構造体１の上面（第１主面）に水等の液体３を滴下した場合を示す。図２は、空隙配置構造体１の表面に親水性の高い被測定物２が付着し、さらにその上面（第１主面）側に水等の液体３を滴下した場合を示す。
【００４０】
この例では、空隙配置構造体１の表面に被測定物２が存在することによって、被測定物２が存在しない場合よりも液体３の表面張力が減少し、この空隙配置構造体１に対する液体３の存在場所が変化する。具体的には、図２および図３に示すように、空隙配置構造体１の空隙部１０に対する液体３の沈み具合が変化する（図３よりも図２の方が、液体３の沈み具合が大きくなる）ことにより、空隙配置構造体１の周波数特性が変化するため、この周波数特性の変化量に基づいて、被測定物の存在の有無等を高感度・高効率に測定することが可能となる。
【００４１】
上記液体が被測定物とは別である場合、液体の複素屈折率の実部は被測定物よりも大きいことが好ましい。また、液体の複素屈折率の虚部は被測定物よりも大きいことが好ましい。さらに、液体の複素屈折率の実部と虚部が被測定物よりも大きいことがより好ましい。
【００４２】
一般に、被測定物の複素屈折率よりも液体（特に水）の複素屈折率の方が大きいため、被測定物の存在そのものによる空隙配置構造体近傍の複素屈折率変化より、液体の存在場所の変化による空隙配置構造体近傍の複素屈折率変化の方が大きいため、測定感度は向上する。また、被測定物が微量である場合でも、所定量の液体を空隙配置構造体に付着させることで、液体の存在場所の変化により、十分な空隙配置構造体近傍の複素屈折率変化が生じるため、測定感度は向上する。
【００４３】
本発明において、空隙配置構造体に被測定物を保持する方法としては、種々公知の方法を使用することができ、例えば、空隙配置構造体に直接付着させてもよく、特異的吸着膜等を介して付着させてもよい。
【００４４】
上記液体が被測定物とは別である場合、空隙配置構造体に被測定物を直接付着させる方法としては、空隙配置構造体の表面と被測定物との間で直接的に化学結合等を形成する方法や、予め表面にホスト分子が結合された空隙配置構造体に対して、該ホスト分子に被測定物を結合する方法などが挙げられる。化学結合としては、共有結合（例えば、金属―チオール基間の共有結合など）、ファンデルワールス結合、イオン結合、金属結合、水素結合などが挙げられ、好ましくは共有結合である。また、ホスト分子とは、被測定物を特異的に結合させることのできる分子などであり、ホスト分子と被測定物の組み合わせとしては、例えば、抗原と抗体、糖鎖とタンパク質、脂質とタンパク質、低分子化合物（リガンド）とタンパク質、タンパク質とタンパク質、一本鎖ＤＮＡと一本鎖ＤＮＡなどが挙げられる。
【００４５】
また、被測定物からなる被覆膜を、種々公知の方法により空隙配置構造体の表面に形成してもよい。
【００４６】
本発明の測定方法によって得られる反射率スペクトルなどの周波数特性においては、ピーク波形が出現することが好ましい。ここで、ピーク波形とは、通常、反射率スペクトルなどにおいて電磁波の透過率が低い周波数領域（遮断領域）に見られる局部的なピークである。
【００４７】
周波数特性に生じるピーク波形は、空隙配置構造体のＴＥ１１モード共振（各空隙部を導波管とみなしたとき）により生じたものであることが好ましい。あるいは、空隙配置構造体のＴＥ１０モード共振（各空隙部を導波管とみなしたとき）の減少により生じたものであることが好ましい。周波数特性に出現するピーク波形がシャープとなり、被測定物の測定感度が向上するからである。
【００４８】
ピーク波形を生じさせるためには、空隙配置構造体を電磁波の進行方向および偏光方向に対して傾けることが好ましい。これ以外にも、空隙配置構造体の空隙部の形状を、電磁波の偏光面と直交する仮想面に対して鏡映対称とならない形状とすることにより、ＴＥ１１モード共振によるピーク波形を生じさせることができる。この場合は、空隙配置構造体を電磁波の進行方向に垂直に配置しても、ＴＥ１１モード共振によるピーク波形が生じる。
【００４９】
かかる空隙部の形状としては、周期的構造体の空隙部を形成する部分に、突起部または切欠部を有する形状が挙げられる。この場合、周期的構造体の空隙部を形成する部分のうち、ＴＥ１１モード様共振が生じた際に電界強度が相対的に強くなる位置に突起部を有するか、あるいは、電界強度が相対的に弱くなる位置に切欠部を有することが好ましい。また、周期的構造体の主面に垂直な方向から見た空隙部の形状を、台形、凸型、凹型、多角形、または、星型などとし、第１の電磁波の偏光面と直交する仮想面に対して鏡映対称とならないように空隙配置構造体を配置してもよい。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００５１】
（実施例１）
本実施例で使用した空隙配置構造体は、図４の上面模式図に示すような形状を有する構造体である。具体的には、厚み６μｍのＮｉ板に、一辺の長さ（図４に示すｄ）が１８μｍである正方形の貫通穴を、格子間隔（図４に示すｓ）が２６μｍとなるように正方格子状に配列してなる構造体である。【００５２】
図５は、かかる空隙配置構造体の表面に被測定物を付着させ、さらに液体を滴下した状態を示す断面模式図（空隙配置構造体の主面に対して垂直で図４のＹ方向に平行な平面における断面を模式的に示す図。以下、同様。）である。【００５３】
被測定物はポリエチレン（ＰＥ）膜２１であり、蒸着法で空隙配置構造体１の表面に付着させた。なお、ポリエチレン膜２１の複素屈折率は、測定周波数領域において、実部約１．５８５、虚部約０．０１、である。また、ＴＥＭ観察の結果、ポリエチレン膜２１の厚みは７ｎｍであり、ポリエチレン膜２１は主に空隙配置構造体の一方の主面と空隙部側面に付着していた。また、液体３として、２００μＬの純水を、空隙配置構造体１に付着したポリエチレン膜２１の上部に滴下した。なお、液体（純水）３は空隙配置構造の下部に透過しなかった。また、純水の複素屈折率は、測定周波数領域において、実部は約１．５１２、虚部は約０．２８３０、である。【００５４】
この状態において、ＦＴ−ＩＲにより、大気中で電磁波の反射率の周波数特性を測定した。なお、電磁波の進行方向と空隙配置構造体１の主面の法線方向とのなす角度θ（図５）が２０°となるような方向から電磁波を照射した。図７に測定結果を示す。なお、図７において、空隙配置構造体の代わりに鏡が置かれた場合の測定値を反射率１００％としている。【００５５】
別途、対照として、図６の断面模式図に示すようにポリエチレン膜が付着していない状態での反射率の周波数特性を、上記と同様にして測定した。なお、空隙配置構造体１の一方の面（上面）には、液体３として純水が２００μＬ滴下されている。また、純水３は空隙配置構造１の他方の面（下面）へは漏れなかった。また、純水３の複素屈折率は、測定周波数領域において、実部は約１．５１２、虚部は約０．２８３０である。測定結果を併せて図７に示す。【００５６】
図７より、空隙配置構造体にポリエチレン膜（被測定物）が付着している場合と付着していない場合の２つの周波数特性が異なっていることが分かる。このことは、被測定物（ポリエチレン膜）の有無を検出していることを示している。また、予め様々な量の被測定物を測定して得られた周波数特性を基に作成した検量線と比較することにより、被測定物の量を算出することができる。【００５７】
（比較例）
本比較例（従来例）では、実施例１と同様の空隙配置構造体を用い、液体は付着させずに被測定物の測定を行った。すなわち、図８の断面模式図に示すように、空隙配置構造体１に液体は付着させず、ポリエチレン膜（被測定物）２１を付着させた状態で、実施例１と同様にＦＴ−ＩＲにより、大気中で反射率の周波数特性の測定を行った。【００５８】
なお、被測定物であるポリエチレン膜２１は、蒸着法で空隙配置構造体１の表面に付着させた。また、ポリエチレン膜２１の厚みは、ＴＥＭ観察の結果、７ｎｍであり、ポリエチレン膜２１は、主に空隙配置構造体１の一方の主面と空隙部１０側の側面に主に付着していた（図８参照）。図１０に測定結果を示す。なお、図１０においては、空隙配置構造体の代わりに鏡が置かれた場合の測定値を反射率１００％としている。【００５９】
別途、対照として、図９の断面模式図に示すようにポリエチレン膜が付着していない状態での反射率の周波数特性を、上記と同様にして測定した。測定結果を併せて図１０に示す。【００６０】
図１０より、空隙配置構造体にポリエチレン膜（被測定物）が付着している場合と付着していない場合の２つの周波数特性は、測定装置の測定誤差の範囲内でほぼ一致していることが分かる。このことは、被測定物（ポリエチレン膜）の有無を検出できないことを示している。【００６１】
（実施例２）
本実施例では、実施例１と同様の空隙配置構造体を用いた。図１１は、空隙配置構造体１の表面に固定した被測定物吸着膜２０に被測定物２２が付着し、さらに液体３を滴下した状態を示す断面模式図である。被測定物吸着膜２０は糖鎖高分子からなり、被測定物２２はタンパク質である。また、空隙配置構造体１の一方の面（上面）に付着したタンパク質２２の上部に、液体３として純水を滴下した。なお、液体（純水）３は、空隙配置構造１の他方の面（下面）へは漏れなかった。また、純水３の複素屈折率は、測定周波数領域において、実部は約１．５１２、虚部は約０．２８３０である。【００６２】
これとは別に、被測定物（タンパク質）が付着していない状態（被測定物吸着膜２０のみが固定された状態）で純水３が滴下された場合を図１２の断面模式図に示す。【００６３】
図１１の状態と図１２の状態の比較において、被測定物（タンパク質）の親水性は被測定物吸着膜（糖鎖高分子）の親水性よりも高いため、空隙配置構造体の表面近傍や空隙内部に存在する純水量は、被測定物が付着した状態（図１１）の方が多い。【００６４】
（実施例３）
本実施例で使用した空隙配置構造体は、図４の上面模式図に示すような形状を有する構造体である。具体的には、厚み１３μｍのＮｉ板に、一辺の長さ（図４に示すｄ）が４０μｍである正方形の貫通穴を、格子間隔（図４に示すｓ）が５８μｍとなるように正方格子状に配列してなる構造体である。【００６５】
図１３は、空隙配置構造体１の一方の主面（上面）に、被測定物である液体３１を付着させた状態を示す断面模式図である。液体（被測定物）３１は、２００μＬのグリセリンの水溶液（グリセリン濃度２０、４０、６０、８０、１００％）または純水（グリセリン濃度０％）である。なお、液体（被測定物）３１は空隙配置構造１の他方の主面（下面）へは漏れなかった。【００６６】
この状態において、実施例１と同様にＦＴ−ＩＲにより、大気中で反射率の周波数特性の測定を行った。図１４に反射率スペクトルの測定結果を示す。なお、図１４において、空隙配置構造体の代わりに鏡が置かれた場合の測定値を反射率１００％としている。【００６７】
ここで、図１４において、各反射率スペクトルの変曲点とグリセリン濃度との関係に着目した。該変曲点の波数とグリセリン濃度との関係を図１５に示す。なお、図１４の反射率スペクトルの変曲点は、波数１２０ｃｍ-1以下における反射率スペクトルの二次微分がゼロとなる波数として定義した。【００６８】
図１５より、グリセリン濃度の増加に伴って、変曲点の波数が増加することが分かる。このことは、被測定物（純水とグリセリンの混合溶液）の混合比を検出していることを示している。また、予め様々な混合比の被測定物を測定して得られた周波数特性を基に作成した検量線と比較することにより、被測定物の混合比を算出することができる。【００６９】
今回開示された実施の形態および実施例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。
【符号の説明】
【００７０】
１  空隙配置構造体、１０  空隙部、２  被測定物、２０  被測定物吸着膜（糖鎖高分子）、２１  ポリエチレン膜（被測定物）、２２  タンパク質（被測定物）、３  液体（純水）、３１  液体（被測定物）、７  レーザ、７０  ハーフミラー、７１  ミラー、７２，７３，７５  放物面ミラー、７６  時間遅延ステージ、７７，７８  光電導素子、８０  電源、８１  発振器、８２  ロックインアンプ、８３  ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、８４  アンプ。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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