(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に含まれる標的物質の濃度を測定する測定装置であって、
光源と、
金属粒子により増強電場が形成される試料接触面を有し、前記光源から出射された光により前記標的物質から放射されるラマン散乱光を前記増強電場にて増強させる光入射体と、
前記光源から出射された光を、前記光入射体の複数の領域に入射させる照射手段と、
前記複数の領域で放射された前記ラマン散乱光をそれぞれ受光する受光手段と、
前記受光手段が前記ラマン散乱光を受光した領域の数に基づいて前記標的物質の濃度を定量する定量手段と、を有し、
前記照射手段は、前記光源から前記光入射体までの間に設けられ、前記光源から出射された光を前記複数の領域に対応した複数の光束に分割し、前記複数の光束をそれぞれに対応した前記領域に入射させる光束分割手段を有する
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の測定装置において、
前記複数の領域のうち前記標的物質の前記ラマン散乱光を受光した領域の数と、当該領域の数に応じて予め測定された前記標的物質の濃度とを関連付けて記憶する記憶部を備え、
前記定量手段は、
前記複数の領域のうち前記受光手段が前記標的物質の前記ラマン散乱光を受光した領域の数を計数する計数部と、
前記計数部により計数された前記領域の数に応じた前記標的物質の濃度を、前記記憶部から取得する濃度取得部と、を有する
ことを特徴とする測定装置。
【請求項３】
試料に含まれる標的物質の濃度を測定する測定装置であって、
光源と、
金属粒子により増強電場が形成される試料接触面を有し、前記光源から出射された光により前記標的物質から放射されるラマン散乱光を前記増強電場にて増強させる光入射体と、
前記光源から出射された光を、前記光入射体の複数の領域に入射させる照射手段と、
前記複数の領域で放射された前記ラマン散乱光をそれぞれ受光する受光手段と、
前記受光手段で受光した前記複数の領域からの前記標的物質の前記ラマン散乱光の強度の総和と、当該強度の総和に応じた前記標的物質の濃度とを関連付けて記憶する記憶部と、
前記受光手段で受光した前記複数の領域からの前記ラマン散乱光の強度に基づいて前記標的物質の濃度を定量する定量手段と、を有し、
前記照射手段は、前記光源から前記光入射体までの間に設けられ、前記光源から出射された光を前記複数の領域に対応した複数の光束に分割し、前記複数の光束をそれぞれに対応した前記領域に入射させる光束分割手段を有し、
前記定量手段は、
前記受光手段で受光した前記複数の領域からの前記標的物質の前記ラマン散乱光の強度の総和を算出する総和算出部と、
算出された前記強度の総和に応じた前記標的物質の濃度を、前記記憶部から取得する濃度取得部と、を有する
ことを特徴とする測定装置。
【請求項４】
試料に含まれる標的物質の濃度を測定する測定方法であって、
光源から出射された光を光束分割手段により複数の光束に分割し、金属粒子により増強電場が形成される試料接触面において予め総数が設定された複数の領域にそれぞれ前記分割された光束を入射させて、当該光束により前記標的物質から放射されるラマン散乱光を前記増強電場にて増強させる散乱光増強ステップと、
前記複数の領域で放射された前記ラマン散乱光をそれぞれ受光する受光ステップと、
前記受光ステップにおいて前記ラマン散乱光を受光した領域の数に基づいて前記標的物質の濃度を定量する定量ステップと、を有する
ことを特徴とする測定方法。
【請求項５】
試料に含まれる標的物質の濃度を測定する測定方法であって、
光源から出射された光を光束分割手段により複数の光束に分割し、金属粒子により増強電場が形成される試料接触面において予め総数が設定された複数の領域にそれぞれ前記分割された光束を入射させて、当該光束により前記標的物質から放射されるラマン散乱光を前記増強電場にて増強させる散乱光増強ステップと、
前記複数の領域で放射された前記ラマン散乱光を受光手段でそれぞれ受光する受光ステップと、
前記受光ステップにおいて前記受光手段で受光した前記複数の領域からの前記ラマン散乱光の強度に基づいて前記標的物質の濃度を定量する定量ステップと、を有し、
前記定量ステップでは、
前記受光ステップにおいて前記受光手段で受光した前記複数の領域からの前記標的物質の前記ラマン散乱光の強度の総和を算出する総和算出ステップと、
前記受光手段で受光した前記複数の領域からの前記標的物質の前記ラマン散乱光の強度の総和と、当該強度の総和に応じた前記標的物質の濃度とを関連付けて記憶する記憶部から、前記総和算出ステップで算出された前記強度の総和に応じた前記標的物質の濃度を取得する濃度取得ステップと、を有する
ことを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置及び測定方法に関する。特に、試料に含まれる標的物質に光を入射させることで生じるラマン散乱光を検出し、当該試料における標的物質の濃度を測定する測定装置及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料に光を照射して、当該試料に含まれる物質から放射されるラマン散乱光から得られる指紋スペクトルに基づいて、当該物質を同定するラマン分光装置が知られている。しかしながら、このようなラマン散乱光は微弱であるため、当該指紋スペクトルを適切に取得できない場合がある。
このような問題に対し、増強電場を形成してラマン散乱光を増強し、増強された当該ラマン散乱光を受光するラマン分光装置（ハンドヘルド・ラマン・デバイス）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載のラマン分光装置では、粗い金属表面及び／又はＳＥＲＳ（Surface Enhanced Raman Scattering：表面増強ラマン散乱）活性金属粒子等がコーティングされた基板を有する試験ストリップを用い、金属表面にレーザー光を照射して、ＬＳＰＲ（Localized Surface Plasmon Resonance：局在表面プラズモン共鳴）により増強電場を形成する。そして、当該ラマン分光装置では、分析すべき試料を金属表面と接触させ、増強電場に侵入した物質から放射されるラマン散乱光を増強することで、ラマン散乱光の検出感度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５２９００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の特許文献１に記載のラマン分光装置では、試料中に含まれる物質の有無を分析する定性分析は可能であるが、当該物質の定量分析ができないという問題がある。特に、当該増強電場形成領域に、数分子程度の極微量物質が存在する濃度領域では当該物質の定量分析が極めて困難であった。
すなわち、前述の増強電場においては、電場の強度が部位によって異なる。このため、例えば、当該電場の強度が高い部位に物質が１分子侵入した場合に得られるラマン散乱光の強度と、当該強度が低い部位に物質が１分子侵入した場合に得られるラマン散乱光の強度とが異なる場合がある。このように、検出されるラマン散乱光の強度と、物質の濃度とが比例関係に無いため、単にラマン散乱光の強度を取得しても当該物質の濃度を測定する定量分析ができないという問題がある。
このため、試料中の物質の定量分析を行うことができる測定装置が要望されてきた。
【０００６】
本発明の目的は、試料に含まれる物質の濃度を測定できる測定装置及び測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した目的を達成するために、本発明の測定装置は、試料に含まれる標的物質の濃度を測定する測定装置であって、光源と、金属粒子により増強電場が形成される試料接触面を有し、前記光源から出射された光により前記標的物質から放射されるラマン散乱光を前記増強電場にて増強させる光入射体と、前記光源から出射された光を、前記光入射体の複数の領域に入射させる照射手段と、前記複数の領域で放射された前記ラマン散乱光をそれぞれ受光する受光手段と、前記受光手段が前記ラマン散乱光を受光した領域の数に基づいて前記標的物質の濃度を定量する定量手段と、を有し、前記照射手段は、前記光源から前記光入射体までの間に設けられ、前記光源から出射された光を前記複数の領域に対応した複数の光束に分割し、前記複数の光束をそれぞれに対応した前記領域に入射させる光束分割手段を有することを特徴とする。
【０００８】
なお、試料としては、気体試料及び液体試料が挙げられる。
また、光入射体の試料接触面は、例えば、金属粒子により被覆された複数の凸部を有する構成が挙げられる。このような凸部間の寸法は、数ｎｍ〜１０数ｎｍが好ましく、当該各凸部を被覆する金属粒子は、分子径が光源から出射される光の波長より小さなＳＥＲＳ活性金属粒子（例えば、金、銀及び銅、アルミニウム、パラジウム及びプラチナ）であることが好ましい。これにより、凸部間には増強電場が形成され、増強電場内に侵入した標的物質から放射されるラマン散乱光が表面増強ラマン散乱により増強されるので、受光手段によるラマン散乱光の検出感度を向上できる。
更に、光源は、面発光レーザー等、単一波長で、かつ、直線偏光である光を出射する構成が好ましく、また、濃度測定対象の物質に応じた波長を有する光を出射する光源であることが好ましい。
【０００９】
ここで、標的物質は、濃度に比例して試料中に確率的に分布しているので、光が照射され増強電場が生じている領域で当該標的物質の濃度が高いほど（分子数が多いほど）、ラマン散乱光を発光する領域の数は増加し、結果的に各領域から放射されるラマン散乱光の強度は増加する。しかしながら、前述のように、検出されるラマン散乱光の強度と、標的物質の濃度とは直接の比例関係に無い。
このため、本発明では、当該標的物質分子数が光照射された領域数程度の極微量濃度域では、例えば、定量手段が、複数の領域のうち、標的物質のラマン散乱光が受光された領域の数を計数することにより、当該領域の数は、領域の総数に対して標的物質が存在する領域の比率を示す値となり、試料における標的物質の分布率を示す値となる。そして、当該領域の数と標的物質の濃度との関係を予め測定したデータから、計数された領域の数に応じた濃度を取得することで、試料中の標的物質の濃度を測定（定量）できる。
【００１０】
また、例えば、定量手段が、当該複数の領域から受光されるラマン散乱光の強度の総和を算出すれば、当該強度の総和は、全ての領域から標的物質の最大のラマン散乱光が受光された場合に対して標的物質の分布率を示す値となる。そして、当該強度の総和と標的物質の濃度との関係を予め測定したデータから、算出された強度の総和に応じた濃度を取得することで、試料中の標的物質の濃度を測定（定量）できる。
【００１１】
本発明では、前記複数の領域のうち前記標的物質のラマン散乱光を受光した領域の数と、当該領域の数に応じて予め測定された前記標的物質の濃度とを関連付けて記憶する記憶部を備え、前記定量手段は、前記複数の領域のうち前記受光手段が前記標的物質のラマン散乱光を受光した領域の数を計数する計数部と、前記計数部により計数された前記領域の数に応じた前記標的物質の濃度を、前記記憶部から取得する濃度取得部と、を有することが好ましい。
【００１２】
ここで、前述のように、試料における標的物質の濃度が高いほど、ラマン散乱光が受光される領域の数は増加する。
これに対し、本発明では、計数部により、複数の領域のうち標的物質のラマン散乱光が受光された領域の数が計数される。これによれば、前述のように、計数された領域の数は、領域の総数と、標的物質のラマン散乱光が受光された領域の数との比率を表すこととなり、当該比率は、平均化された標的物質の分布率を間接的に示す値となる。そして、濃度取得部が、記憶部から当該領域の数に応じた濃度を取得することにより、標的物質の濃度を取得できる。従って、試料に含まれる標的物質の濃度を測定できる。
【００１３】
本発明の測定装置は、試料に含まれる標的物質の濃度を測定する測定装置であって、光源と、金属粒子により増強電場が形成される試料接触面を有し、前記光源から出射された光により前記標的物質から放射されるラマン散乱光を前記増強電場にて増強させる光入射体と、前記光源から出射された光を、前記光入射体の複数の領域に入射させる照射手段と、前記複数の領域で放射された前記ラマン散乱光をそれぞれ受光する受光手段と、前記受光手段で受光した前記複数の領域からの前記標的物質の前記ラマン散乱光の強度の総和と、当該強度の総和に応じた前記標的物質の濃度とを関連付けて記憶する記憶部と、前記受光手段で受光した前記複数の領域からの前記ラマン散乱光の強度に基づいて前記標的物質の濃度を定量する定量手段と、を有し、前記照射手段は、前記光源から前記光入射体までの間に設けられ、前記光源から出射された光を前記複数の領域に対応した複数の光束に分割し、前記複数の光束をそれぞれに対応した前記領域に入射させる光束分割手段を有し、前記定量手段は、前記受光手段で受光した前記複数の領域からの前記標的物質の前記ラマン散乱光の強度の総和を算出する総和算出部と、算出された前記強度の総和に応じた前記標的物質の濃度を、前記記憶部から取得する濃度取得部と、を有することを特徴とする。
本発明では、当該標的物質分子数が光照射された領域数程度の極微量濃度域では、例えば、定量手段が、複数の領域のうち、標的物質のラマン散乱光が受光された領域における、当該ラマン散乱光の強度を測定することにより、当該強度は、領域の総数に対して標的物質が存在する領域の比率を示す値となり、試料における標的物質の分布率を示す値となる。そして、当該領域の数と標的物質の濃度との関係を予め測定したデータから、計数された領域の数に応じた濃度を取得することで、上記発明と同様に、試料中の標的物質の濃度を測定（定量）できる。
【００１４】
この際、本発明では、前記複数の領域が受光した前記標的物質のラマン散乱光の強度の総和と、当該強度の総和に応じた前記標的物質の濃度とを関連付けて記憶する記憶部を備え、前記定量手段は、前記複数の領域が前記受光手段において受光する前記標的物質のラマン散乱光の強度の総和を算出する総和算出部と、算出された前記強度の総和に応じた前記標的物質の濃度を、前記記憶部から取得する濃度取得部と、を有することが好ましい。
ここで、前述のように、標的物質の濃度が高いほど、各領域から放射されるラマン散乱光の強度の総和は増加する。
これに対し、本発明では、総和算出部が、各領域から受光手段により受光されたラマン散乱光の強度の総和を算出する。これによれば、算出される強度の総和は、全ての領域から受光されるラマン散乱光の最大強度に対する比率を表すこととなり、当該比率は、平均化された標的物質の分布率を間接的に示す値となる。そして、濃度取得部が、算出された強度の総和に応じた濃度を記憶部から取得することにより、標的物質の濃度を取得できる。従って、試料に含まれる標的物質の濃度を測定できる。
【００１５】
本発明では、上記のように、前記照射手段は、前記光源から出射された光を複数の光束に分割し、前記複数の光束をそれぞれ前記領域に入射させる光束分割手段を有することを特徴としている。
本発明によれば、光入射体における複数の領域に、光源から出射された光を一度に入射させることができるので、各領域に個別に光を入射させる場合に比べ、各領域からのラマン散乱光の受光に要する時間を短縮できる。従って、標的物質の濃度測定を短時間で行うことができる。
【００１６】
或いは、本発明では、前記照射手段は、前記光源から出射された光を、時分割でそれぞれの前記領域に入射させることが好ましい。
ここで、分割された部分光束を光入射体（試料接触面）に入射させる場合、各部分光束の強度にばらつきが生じやすいほか、各領域に入射される光の強度が、分割される前の強度に比べて低下する。
これに対し、本発明によれば、光源から出射された光が複数の光束に分割されずに光入射体の各領域に入射されるので、前述のばらつきの問題が生じない他、それぞれの領域に入射される光の強度の低下を防止でき、また、これにより、増強電場の強度を高めることができる。従って、分割された光束が各領域に入射される場合に比べ、高い強度のラマン散乱光を生じさせることができ、受光手段による受光精度を向上できる。
【００１７】
本発明では、前記照射手段は、前記光源から出射された光を反射させる反射手段と、前記光源から出射された光の中心軸に対する前記反射手段の角度を調整して、当該反射手段により反射された光を、それぞれの前記領域に入射させる調整手段と、を有することが好ましい。
【００１８】
なお、反射手段としては、光源から出射された光を反射させて光入射体に導くとともに、各領域から放射されたラマン散乱光を透過して受光手段に導くハーフミラーを挙げることができる。また、調整手段としては、反射手段の角度を調整しやすいステッピングモーターを採用できる。
ここで、光入射体は、前述の増強電場に物質を侵入しやすくするため、管等の誘導部内に形成された試料の流路上に配置されることが好ましい。このため、光源から出射された光を各領域に入射させるために光入射体を移動させる構成では、流通する試料が外部に漏出しないように、移動後の光入射体と誘導部との間を埋める部材を設ける必要があったり、或いは、光入射体とともに誘導部を移動させる必要があるなど、測定装置の構成が複雑になる。
これに対し、本発明によれば、光源から出射された光は、調整手段により当該光の中心軸に対する角度が調整された反射手段により反射され、光入射体の各領域に入射されるので、光入射体を移動させる場合に比べ、測定装置の構成が複雑化することを抑制できる他、各領域から放射されるラマン散乱光をそれぞれ確実に受光できる。
【００１９】
また、反射手段として前述のハーフミラーを利用すれば、光源から出射された光を各領域に向けて反射させる反射手段を別途設ける必要が無い。このため、このようなハーフミラーが採用された測定装置の構成を流用できる。この他、光源から出射された光の経路と、受光手段により受光されるラマン散乱光の経路とが分離されるので、当該受光手段によるラマン散乱光の検出感度を向上できる。
【００２０】
或いは、本発明では、前記照射手段は、前記光入射体に入射される光の中心軸に対して交差する方向に当該光入射体を移動させる光入射体移動手段と、それぞれの前記領域に入射されるように、前記光入射体移動手段を制御する制御手段と、を有することが好ましい。
【００２１】
ここで、光源から入射される光を反射させて各領域に入射させる構成では、当該各領域に入射される光の入射角が領域毎に変わってしまう。このため、当該光の偏光角度が領域の位置によって変わり、各領域で生じたラマン散乱光の受光に差異が生じやすい。
これに対し、本発明では、制御手段による制御の下、光入射体移動手段によって光入射体が移動されるので、試料接触面に対して一定の角度で、光源からの光を各領域に入射させることができる。従って、各領域でのラマン散乱光の受光に差異が生じないようにすることができるので、測定された濃度の信頼性を向上できる。
また、試料接触面に対する直交方向に、当該試料接触面に入射される光の中心軸を沿わせやすくできるので、ラマン散乱光の受光を安定化できる。
【００２２】
或いは、本発明では、前記照射手段は、前記光源を移動させる光源移動手段と、前記光源移動手段により移動された前記光源から出射された光が、それぞれの前記領域に入射されるように、前記光源移動手段を制御する制御手段と、を有することが好ましい。
【００２３】
なお、光源移動手段による光源の移動は、移動前の光源から出射される光の中心軸に対する直交方向への平行移動でもよく、当該直交方向に沿う回動軸を中心とする回動でもよい。
本発明によれば、制御手段による制御の下、光源から出射された光が各領域に入射されるように当該光源を光源移動手段が移動させる。これによれば、前述の反射手段を移動させる場合と同様に、光入射体を移動させなくても、各領域に光を確実に入射させることができる。従って、測定装置の構成が複雑化することを抑制できる。
【００２４】
また、本発明の測定方法は、試料に含まれる標的物質の濃度を測定する測定方法であって、光源から出射された光を光束分割手段により複数の光束に分割し、金属粒子により増強電場が形成される試料接触面において予め総数が設定された複数の領域にそれぞれ前記分割された光束を入射させて、当該光束により前記標的物質から放射されるラマン散乱光を前記増強電場にて増強させる散乱光増強ステップと、前記複数の領域で放射された前記ラマン散乱光をそれぞれ受光する受光ステップと、前記受光ステップにおいて前記ラマン散乱光を受光した領域の数に基づいて前記標的物質の濃度を定量する定量ステップと、を有することを特徴とする。
また、本発明の測定方法は、試料に含まれる標的物質の濃度を測定する測定方法であって、光源から出射された光を光束分割手段により複数の光束に分割し、金属粒子により増強電場が形成される試料接触面において予め総数が設定された複数の領域にそれぞれ前記分割された光束を入射させて、当該光束により前記標的物質から放射されるラマン散乱光を前記増強電場にて増強させる散乱光増強ステップと、前記複数の領域で放射された前記ラマン散乱光を受光手段でそれぞれ受光する受光ステップと、前記受光ステップにおいて前記受光手段で受光した前記複数の領域からの前記ラマン散乱光の強度に基づいて前記標的物質の濃度を定量する定量ステップと、を有し、前記定量ステップでは、前記受光ステップにおいて前記受光手段で受光した前記複数の領域からの前記標的物質の前記ラマン散乱光の強度の総和を算出する総和算出ステップと、前記受光手段で受光した前記複数の領域からの前記標的物質の前記ラマン散乱光の強度の総和と、当該強度の総和に応じた前記標的物質の濃度とを関連付けて記憶する記憶部から、前記総和算出ステップで算出された前記強度の総和に応じた前記標的物質の濃度を取得する濃度取得ステップと、を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明によれば、前述の測定装置と同様に、標的物質の濃度を測定できる。
すなわち、例えば、定量ステップにて、複数の領域のうち、標的物質のラマン散乱光が受光された領域の数を計数すれば、当該領域の数は、領域の総数に対して標的物質が存在する領域の比率を示す値となり、試料中の標的物質の分布率を示す値となる。この領域の数と物質の濃度との関係を予め測定したデータから、計数された領域の数に応じた濃度を取得することで、試料中の物質の濃度を測定（定量）できる。
【００２６】
また、例えば、定量ステップにて、複数の領域から受光されるラマン散乱光の強度の総和を算出すれば、当該強度の総和は、全ての領域から標的物質の最大のラマン散乱光が受光された場合に対して標的物質の分布率を示す値となる。そして、当該強度の総和と物質の濃度との関係を予め測定したデータから、算出された強度の総和に応じた濃度を取得することで、試料中の物質の濃度を測定（定量）できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る測定装置の構成を示す模式図。
【図２】前記実施形態におけるセンサーチップを模式的に示す断面図。
【図３】前記実施形態におけるセンサーチップの試料接触面を示す平面図。
【図４】前記実施形態における試料接触面上に形成される増強電場を示す模式図。
【図５】前記実施形態における装置本体の構成を示すブロック図。
【図６】前記実施形態における撮像画像の一例を示す図。
【図７】前記実施形態における濃度測定処理を示すフローチャート。
【図８】本発明の第２実施形態に係る測定装置の構成を示すブロック図。
【図９】前記実施形態における濃度測定処理を示すフローチャート。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る測定装置の構成を示す模式図。
【図１１】前記実施形態における測定装置の装置本体の構成を示すブロック図。
【図１２】前記実施形態における光が入射される領域の移動方向を示す図。
【図１３】前記実施形態における濃度測定処理を示すフローチャート。
【図１４】本発明の第４実施形態に係る測定装置の装置本体の構成を示すブロック図。
【図１５】前記実施形態における濃度測定処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
［測定装置の全体構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る測定装置１０Ａの構成を示す模式図である。
本実施形態に係る測定装置１０Ａは、試料に含まれる標的物質を同定するとともに、当該標的物質の濃度を測定する測定装置である。この測定装置１０Ａは、図１に示すように、装置本体１１Ａと、当該装置本体１１Ａに交換可能に取り付けられる交換ユニット３１とを備えて構成される。
このうち、交換ユニット３１は、試料が流通する流路を形成する。この流路上には、センサーチップ３１１が設けられ、装置本体１１Ａは、当該センサーチップ３１１に光（レーザー光）を照射して、試料に含まれる標的物質から放射されるラマン散乱光を検出し、当該ラマン散乱光の強度に基づいて標的物質の濃度を測定する。なお、交換ユニット３１の構成については、後に詳述する。
【００２９】
［装置本体の構成］
装置本体１１Ａは、交換ユニット３１内を流通する試料に含まれる標的物質の同定及び定量を行う。この装置本体１１Ａは、筐体１２と、当該筐体１２内に設けられる光源装置１３、光束分割装置１４、ハーフミラー１５、対物レンズ１６、検出装置１７、制御装置１８Ａ及び電源装置１９と、筐体１２外に露出して外部機器と接続されるインターフェイスである接続部２０とを有する。この他、図１では図示を省略するが、装置本体１１Ａは、測定装置１０Ａを操作するためのボタン等が配設された操作装置２１（図５）、及び、測定結果を表示する表示装置２２（図５）を有する。なお、制御装置１８Ａの構成は、後に詳述する。
【００３０】
筐体１２には、開閉自在に設けられるカバー部１２１が設けられており、当該カバー部１２１内には、交換ユニット３１が配置される。そして、カバー部１２１を開放することで、交換ユニット３１の着脱が行われる。
また、カバー部１２１内には、排出手段としてのファン１２２が設けられている。このファン１２２は、制御装置１８Ａにより駆動が制御され、当該ファン１２２が駆動すると、交換ユニット３１内に試料が導入される。
【００３１】
光源装置１３は、本発明の光源に相当する。この光源装置１３は、単色の直線偏光を出射する垂直共振器面発光レーザーにより構成される発光部１３１と、当該発光部１３１から出射されるレーザー光を平行化するコリメーターレンズ１３２とを有する。この発光部１３１から出射されるレーザー光の直径は、１μｍ〜１ｍｍの範囲で設定されている。そして、発光部１３１から出射された光は、コリメーターレンズ１３２を介して、光束分割装置１４に入射される。
【００３２】
光束分割装置１４は、光源装置１３から入射される光束を複数の部分光束に分割し、分割された各部分光束を、ハーフミラー１５に入射させる。
【００３３】
ハーフミラー１５は、光束分割装置１４を介して光源装置１３から入射される光束をセンサーチップ３１１に向けて反射させる。具体的に、ハーフミラー１５は、光束分割装置１４から入射される各部分光束の光路を９０度屈曲させて、当該各部分光束を対物レンズ１６に入射させる。
【００３４】
対物レンズ１６は、本実施形態では、コリメーターレンズにより構成され、ハーフミラー１５を介して入射される各部分光束を平行化し、当該各部分光束をセンサーチップ３１１にそれぞれ入射させる。
なお、詳しくは後述するが、これら部分光束がそれぞれ入射される各領域ＡＲ１〜ＡＲ９（図６）からは、表面増強ラマン散乱によるレイリー散乱光及びラマン散乱光が放射される。そして、当該レイリー散乱光及びラマン散乱光は、対物レンズ１６及びハーフミラー１５を透過し、検出装置１７に入射される。
【００３５】
検出装置１７は、ハーフミラー１５を挟んで、対物レンズ１６及びセンサーチップ３１１とは反対側に位置し、当該ハーフミラー１５により反射された光の中心軸の延長線上（換言すると、ハーフミラー１５を透過する光の中心軸上）に配置される。この検出装置１７は、センサーチップ３１１において領域ＡＲ１〜ＡＲ９から放射されたレイリー散乱光及びラマン散乱光のうち、ラマン散乱光を選択的に検出する。
このような検出装置１７は、集光レンズ１７１、フィルター１７２、分光素子１７３及び受光素子１７４を有する。
【００３６】
集光レンズ１７１は、ハーフミラー１５を介して入射されるレイリー散乱光及びラマン散乱光を集光して、フィルター１７２に入射させる。
フィルター１７２は、入射されるレイリー散乱光及びラマン散乱光のうち、ラマン散乱光を透過させる。すなわち、当該フィルター１７２は、レイリー散乱光を除去する。
分光素子１７３は、制御装置１８Ａによる制御の下、透過する光の波長を選択可能な構成を有する。このような分光素子１７３は、例えば、共振波長を調整可能な可変エタロン分光器により構成できる。
受光素子１７４は、本発明の受光手段に相当する。この受光素子は、分光素子１７３を介して入射されるラマン散乱光を受光し、センサーチップ３１１の各領域ＡＲ１〜ＡＲ９を撮像する。そして、当該受光素子１７４は、撮像画像を制御装置１８Ａに出力する。
【００３７】
［交換ユニットの構成］
交換ユニット３１は、前述のように、カバー部１２１内に着脱自在に取り付けられ、内部を試料が流通するものであり、試料の測定の度に交換される。この交換ユニット３１は、光入射体としてのセンサーチップ３１１と、当該センサーチップ３１１に試料を誘導する誘導部３１２と、センサーチップ３１１を通過した試料を排出する排出部３１３とを有する。
【００３８】
これらのうち、誘導部３１２及び排出部３１３は、それぞれ断面視Ｓ字状のダクトにより構成されている。
誘導部３１２の一端には、比較的大きな粉塵や一部の水蒸気等を除去する防塵フィルター３１２１が設けられ、他端は、センサーチップ３１１と接続される。
また、排出部３１３の一端は、センサーチップ３１１と接続され、他端は、前述のファン１２２と接続される。
そして、当該ファン１２２が駆動されると、防塵フィルター３１２１を介して試料が誘導部３１２内に導入され、当該誘導部３１２内を流通した後、当該試料は、センサーチップ３１１に到達する。また、センサーチップ３１１内を流通した試料は、排出部３１３内を流通して、ファン１２２により外部に排出される。すなわち、誘導部３１２、センサーチップ３１１及び排出部３１３の内部には、それぞれ、試料が流通する流路が形成されている。
【００３９】
図２は、センサーチップ３１１を模式的に示す断面図である。なお、図２及び後述する図３においては、図の見易さを考慮して、突出部及び金属微粒子の一部にのみ「Ｆ２１」及び「Ｍ」の符号を付す。
センサーチップ３１１は、本発明の光入射体に相当する。このセンサーチップ３１１は、図２に示すように、内部を流通する試料に光源装置１３から出射された光（部分光束）Ｐ１を入射させて、当該試料に含まれる標的物質から前述のレイリー散乱光Ｐ２及びラマン散乱光Ｐ３を放射させるものである。このようなセンサーチップ３１１は、透光性を有する一対の基板３１１１，３１１２間に試料が流通する流路が形成されており、各基板３１１１，３１１２には、互いに対向し、かつ、当該試料と接触する試料接触面Ｆ１，Ｆ２が形成されている。
【００４０】
図３は、センサーチップ３１１の試料接触面Ｆ２を示す平面図である。
これらのうち、装置本体１１Ａに近い基板３１１２に形成された試料接触面Ｆ２には、図３に示すように、一辺が５ｍｍの矩形範囲内に、円筒状の突出部Ｆ２１が格子状に複数突設されている。これら突出部Ｆ２１間のピッチは、例えば、３００ｎｍ以上で、かつ、光源装置１３により出射されるレーザー光の発振波長以下の範囲で設定される。
このように格子状に配列された各突出部Ｆ２１は、ＳＥＲＳ活性金属粒子（以下「金属微粒子」と略す場合がある）Ｍにより被覆されており、当該金属微粒子Ｍにより被覆された各突出部Ｆ２１間のギャップは、例えば、１ｎｍ以上で、かつ、前述のピッチの半分以下の範囲で設定される。また、このような金属微粒子Ｍとしては、金、銀、銅、アルミニウム、パラジウム及び白金を例示できる。
【００４１】
図４は、試料接触面Ｆ２上に形成される増強電場ＥＦを示す模式図である。なお、図４においては、図の見易さを考慮して、標的物質の一部の分子にのみ「Ｎ」の符号を付す。
金属微粒子Ｍが被覆された複数の突出部Ｆ２１を有する試料接触面Ｆ２に、光源装置１３からの光が入射されると、当該各突出部Ｆ２１間のギャップに、増強電場ＥＦが形成される。このような増強電場ＥＦに標的物質の分子Ｎが侵入すると、当該分子Ｎの振動数の情報を含むラマン散乱光Ｐ３及びレイリー散乱光Ｐ２（それぞれ図２参照）が生じる。この際、当該増強電場ＥＦにより表面増強ラマン散乱が生じ、放射されるラマン散乱光が増強される。このようにして放射されたラマン散乱光Ｐ３及びレイリー散乱光Ｐ２は、前述のように、対物レンズ１６及びハーフミラー１５を介して、検出装置１７に入射され、ラマン散乱光Ｐ３が受光素子１７４により受光される。
【００４２】
［制御装置の構成］
図５は、装置本体１１Ａの構成を示すブロック図であり、主に制御装置１８Ａの構成を示すブロック図である。
制御装置１８Ａは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等が実装された回路基板により構成され、測定装置１０Ａ全体を制御する。この制御装置１８Ａは、当該ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを処理することにより、図５に示す主制御部１８１Ａ、画像処理部１８２Ａ、計数部１８３Ａ、濃度取得部１８４Ａとして機能するほか、記憶部１８５Ａを有する。このような制御装置１８Ａは、本発明の定量手段として機能する。
【００４３】
このうち、記憶部１８５Ａは、前記ＲＯＭで構成できる他、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）及び半導体メモリー等により構成できる。このような記憶部１８５Ａは、物質特有の指紋スペクトルと、当該物質の名称とを関連付けて記憶している。
また、記憶部１８５Ａは、交換ユニット３１内を流通する試料に含まれる標的物質の濃度と、当該濃度に応じてラマン散乱光が受光素子１７４により受光される領域の数とが関連付けられたＬＵＴ（Look Up Table）を、標的物質ごとに記憶している。具体的に、当該ＬＵＴは、標的物質の濃度がそれぞれ異なる試料を交換ユニット３１に流通させ、センサーチップ３１１に前述の部分光束を照射した際に、当該標的物質から放射されるラマン散乱光が検出された領域の数を予め測定しておき、当該領域の数と、標的物質の濃度とを関連付けたテーブルとして作成されている。
【００４４】
なお、標的物質の全ての濃度に対して当該領域数を測定することは現実的に困難であるので、標的物質の各濃度と、当該濃度に対応する領域の数との検量線を作成し、当該検量線に基づいて当該ＬＵＴは作成される。このため、ＬＵＴの代わりに、当該検量線の近似関数を記憶するように構成してもよい。
【００４５】
主制御部１８１Ａは、装置本体１１Ａ全体を制御する。例えば、光源装置１３の点灯、分光素子１７３の透過波長の調整、ファン１２２の駆動、及び、表示装置２２の表示を制御する。
画像処理部１８２Ａは、受光素子１７４による撮像画像を取得し、当該撮像画像に対して所定の補正処理を実行する。また、画像処理部１８２Ａは、当該撮像画像から、受光されたラマン散乱光に基づいて、分光素子１７３により標的物質特有の指紋スペクトルを取得し、当該指紋スペクトルに応じた物質の名称を、記憶部１８５Ａを参照して取得する。すなわち、画像処理部１８２Ａは、標的物質を同定する定性分析部としても機能する。
【００４６】
図６は、画像処理部１８２Ａにより処理された撮像画像の一例を示す図である。
計数部１８３Ａは、画像処理部１８２Ａにより取得された撮像画像に基づいて、前述の試料接触面Ｆ２において部分光束が照射された領域のうち、標的物質のラマン散乱光が検出された領域の数を計数する。例えば、図６に示すように、光束分割装置１４により光源装置１３から出射された光が９つの部分光束に分割され、当該各部分光束が試料接触面Ｆ２における領域ＡＲ１〜ＡＲ９に入射される場合では、計数部１８３Ａは、撮像画像において当該領域ＡＲ１〜ＡＲ９の位置を認識し、領域ＡＲ１〜ＡＲ９のうち、輝度が所定値を超えている領域の数（図６の例では、ＡＲ３、ＡＲ４及びＡＲ９の３つ）を計数する。なお、当該所定値は、前述の増強電場により増強されたラマン散乱光が検出された際の輝度値とすることができる。
図５に戻り、濃度取得部１８４Ａは、計数部１８３Ａにより計数された領域の数に対応する標的物質の濃度を、記憶部１８５Ａに記憶されたＬＵＴを参照して取得する。この際、濃度取得部１８４Ａは、画像処理部１８２Ａにより同定された標的物質の物質名に対応するＬＵＴを参照する。そして、このようにして取得された標的物質の濃度は、主制御部１８１Ａにより、表示装置２２に表示される。
【００４７】
以下、測定装置１０Ａによる標的物質の濃度測定処理について説明する。
図７は、当該濃度測定処理を示すフローチャートである。
制御装置１８Ａは、濃度測定プログラムを処理して、交換ユニット３１内を流通する試料に含まれる標的物質の濃度測定処理を実行する。
この濃度測定処理では、図７に示すように、主制御部１８１Ａが、光源装置１３を点灯させ、センサーチップ３１１に部分光束を照射する（ステップＳＡ１）。
このステップＳＡ１とともに、或いは、当該ステップＳＡ１の後、主制御部１８１Ａが、ファン１２２を駆動させ、交換ユニット３１内に試料を誘導する（ステップＳＡ２）。
これにより、試料が誘導部３１２を介してセンサーチップ３１１内に導入され、試料接触面Ｆ１，Ｆ２に接触する。そして、部分光束が入射されて形成される増強電場ＥＦ（図４）に標的物質の分子が侵入すると、前述のように、増強されたラマン散乱光及びレイリー散乱光が放射される。すなわち、ステップＳＡ１，ＳＡ２が、本発明の散乱光増強ステップに相当する。
【００４８】
次に、検出装置１７の受光素子１７４が、分光素子１７３を透過したラマン散乱光を受光し（ステップＳＡ３）、画像処理部１８２Ａが、当該受光素子１７４から撮像画像を処理する（ステップＳＡ４）。この際、画像処理部１８２Ａは、受光素子１７４により受光されたラマン散乱光に基づいて、標的物質の指紋スペクトルを取得し、当該標的物質を同定する。
そして、計数部１８３Ａが、取得された撮像画像に基づいて、増強されたラマン散乱光が検出された領域の数を計数する（ステップＳＡ５）。
この後、濃度取得部１８４Ａが、標的物質に応じて記憶部１８５Ａに記憶されたＬＵＴを参照し、計数部１８３Ａにより計数された領域の数に応じた当該標的物質の濃度を取得する（ステップＳＡ６）。すなわち、本実施形態においては、ステップＳＡ５，ＳＡ６が本発明の定量ステップに相当する。
以上により、濃度測定処理が終了する。
【００４９】
以上説明した本実施形態に係る測定装置１０Ａによれば、以下の効果がある。
計数部１８３Ａにより、複数の領域ＡＲ１〜ＡＲ９のうち、標的物質のラマン散乱光が受光された領域の数が計数される。これによれば、計数された領域の数は、光源装置１３からの光が入射される領域ＡＲ１〜ＡＲ９の総数と、標的物質のラマン散乱光が受光された領域の数との比率を表すこととなり、当該比率は、平均化された標的物質の分布率を間接的に示す値となる。そして、濃度取得部１８４Ａが、記憶部１８５Ａに記憶された対応する標的物質のＬＵＴを参照して、当該領域の数に応じた濃度を取得することにより、標的物質の濃度を取得できる。従って、試料に含まれる標的物質の濃度を測定できる。
【００５０】
光束分割装置１４により、センサーチップ３１１の試料接触面Ｆ２における複数の領域ＡＲ１〜ＡＲ９に、光源装置１３から出射された光を一度に入射させることができる。これによれば、各領域ＡＲ１〜ＡＲ９に応じた位置に、光源装置１３からの光を個別に入射させる場合に比べ、各領域ＡＲ１〜ＡＲ９からのラマン散乱光の受光に要する時間を短縮できる。従って、標的物質の濃度測定を短時間で行うことができる。
【００５１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態に係る測定装置は、前述の測定装置１０Ａと同様の構成を有する。ここで、測定装置１０Ａでは、試料接触面Ｆ２において、増強されたラマン散乱光が検出された領域の数に対応した濃度を、記憶部１８５ＡのＬＵＴから取得する構成であった。これに対し、本実施形態に係る測定装置では、各領域から受光されたラマン散乱光の強度の総和を算出し、当該総和に応じた濃度を、記憶部から取得する構成である。この点で、本実施形態に係る測定装置と、測定装置１０Ａとは相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一または略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５２】
図８は、本実施形態に係る測定装置１０Ｂの構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る測定装置１０Ｂは、装置本体１１Ａに代えて装置本体１１Ｂを有する他は、前述の測定装置１０Ａと同様の構成及び機能を有し、装置本体１１Ｂは、制御装置１８Ａに代えて制御装置１８Ｂを有する他は、装置本体１１Ａと同様の構成及び機能を有する。
制御装置１８Ｂは、図８に示すように、計数部１８３Ａ、濃度取得部１８４Ａ及び記憶部１８５Ａに代えて総和算出部１８６、濃度取得部１８４Ｂ及び記憶部１８５Ｂを備える他は、前述の制御装置１８Ａと同様の構成及び機能を有する。
【００５３】
これらのうち、記憶部１８５Ｂは、記憶部１８５Ａと同様の構成を有し、また、同様の情報を記憶している。更に、記憶部１８５Ｂは、交換ユニット３１内を流通する試料に含まれる標的物質の濃度と、当該濃度に応じて試料接触面Ｆ２の各領域ＡＲ１〜ＡＲ９（図６）から受光されるラマン散乱光の強度の総和とが関連付けられたＬＵＴを、標的物質ごとに記憶している。具体的に、当該ＬＵＴは、標的物質の濃度がそれぞれ異なる試料を交換ユニット３１に流通させ、センサーチップ３１１に前述の部分光束を照射した際に、各領域ＡＲ１〜ＡＲ９から受光されるラマン散乱光の強度の総和を予め測定しておき、当該総和と、標的物質の濃度とを関連付けたテーブルとして作成されている。
なお、前述の場合と同様に、標的物質の全ての濃度に対して当該総和を算出することは現実的に困難であるので、標的物質の各濃度と、当該濃度に対応するラマン散乱光の強度の総和との検量線を作成し、当該検量線に基づいて当該ＬＵＴは作成される。このため、ＬＵＴの代わりに、当該検量線の近似関数を記憶するように構成してもよい。
【００５４】
総和算出部１８６は、画像処理部１８２Ａにより処理された撮像画像に基づいて、各領域ＡＲ１〜ＡＲ９から受光された標的物質のラマン散乱光の強度の総和を算出する。
濃度取得部１８４Ｂは、総和算出部１８６により算出された総和に応じた標的物質の濃度を、記憶部１８５Ｂの対応する標的物質のＬＵＴから取得する。
【００５５】
以下、測定装置１０Ｂによる標的物質の濃度測定処理について説明する。
図９は、当該濃度測定処理を示すフローチャートである。
制御装置１８Ｂは、濃度測定プログラムを処理して、交換ユニット３１内を流通する試料に含まれる標的物質の濃度測定処理を実行する。
この濃度測定処理では、図９に示すように、制御装置１８Ｂが、前述のステップＳＡ１〜ＳＡ４と同様の処理を実行する。
そして、総和算出部１８６が、処理された撮像画像に基づいて、各領域ＡＲ１〜ＡＲ９から受光されるラマン散乱光の強度の総和を算出する（ステップＳＢ１）。
この後、濃度取得部１８４Ｂが、同定された標準物質のＬＵＴを参照し、算出された総和に応じた標的物質の濃度を取得する（ステップＳＢ２）。すなわち、本実施形態においては、ステップＳＢ１，ＳＢ２が本発明の定量ステップに相当する。
以上により、試料に含まれる標的物質の濃度が測定される。
【００５６】
以上説明した本実施形態に係る測定装置１０Ｂによれば、前述の測定装置１０Ａと同様の効果を奏することができる。
すなわち、総和算出部１８６が、領域ＡＲ１〜ＡＲ９から受光素子１７４により受光されたラマン散乱光の強度の総和を算出する。これによれば、算出される強度の総和は、全領域ＡＲ１〜ＡＲ９から受光されるラマン散乱光の最大強度に対する比率を表すこととなり、当該比率は、平均化された標的物質の分布率を間接的に示す値となる。そして、濃度取得部１８４Ｂが、記憶部１８５Ｂの対応する標準物質のＬＵＴを参照して、算出された強度の総和に応じた濃度を取得することにより、標的物質の濃度を取得できる。従って、試料に含まれる標的物質の濃度を測定できる。
【００５７】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態に係る測定装置は、前述の測定装置１０Ａ，１０Ｂと同様の構成を有する。ここで、測定装置１０Ａでは、光源装置１３から出射された光を複数の部分光束に分割し、試料接触面Ｆ２において各部分光束が照射された各領域から受光されるラマン散乱光の強度に基づいて、標的物質の濃度を測定した。これに対し、本実施形態に係る測定装置では、試料測定面Ｆ２において光が入射される領域の位置を変更し、当該領域ごとにラマン散乱光を受光して、標的物質の濃度を測定する。この点で、本実施形態に係る測定装置と、前述の測定装置１０Ａ，１０Ｂとは相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一または略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５８】
図１０は、本実施形態に係る測定装置１０Ｃの構成を示す模式図である。また、図１１は、測定装置１０Ｃが有する装置本体１１Ｃの構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る測定装置１０Ｃは、図１０及び図１１に示すように、光束分割装置１４、対物レンズ１６及び制御装置１８Ａに代えて、ハーフミラー１５を移動させる移動手段２３（図１１）、対物レンズ１６Ｃ（図１０）及び制御装置１８Ｃ（図１０及び図１１）を有する他は、前述の測定装置１０Ａと同様の構成及び機能を有する。
【００５９】
このうち、対物レンズ１６Ｃは、図１０に示すように、光源装置１３から出射され、ハーフミラー１５を介して入射される光束を、センサーチップ３１１上に設定された焦点位置に収束させて、当該光束を入射させる。この対物レンズ１６Ｃを介して入射される光束は、試料接触面Ｆ２においては、直径１μｍ以上１ｍｍ以下の範囲（好ましくは、１μｍ以上１０μｍ以下の範囲）で設定される。
【００６０】
図１２は、試料接触面Ｆ２において光が入射される領域の移動方向を示す図である。
移動手段２３は、ステッピングモーター等のモーターや、移動対象の移動を案内するガイド部材等を備えて構成されている。この移動手段２３は、光源装置１３から入射される光の中心軸に対するハーフミラー１５の角度が変更されるように、当該ハーフミラー１５を回動させる。これにより、図１２に示すように、試料接触面Ｆ２において光が入射される領域ＡＲが移動され、当該試料接触面Ｆ２が走査される。そして、受光素子１７４により、移動された領域ＡＲの位置ごとに、ラマン散乱光が受光されることとなる。
【００６１】
制御装置１８Ｃは、図１１に示すように、主制御部１８１Ａ、画像処理部１８２Ａ及び計数部１８３Ａに代えて主制御部１８１Ｃ、画像処理部１８２Ｃ及び計数部１８３Ｃを有する他は、前述の制御装置１８Ａと同様の構成及び機能を有する。
主制御部１８１Ｃは、主制御部１８１Ａと同様の機能を有する他、移動手段２３の動作を制御する。この主制御部１８１Ｃの制御により、前述のように、試料接触面Ｆ２において光が入射される領域ＡＲ（図１２）が移動され、当該試料接触面Ｆ２においては、時分割で光の入射領域ＡＲの位置が変更される。すなわち、主制御部１８１Ｃ及び移動手段２３は、本発明の調整手段に相当し、ハーフミラー１５は、本発明の反射手段に相当する。なお、本実施形態では、主制御部１８１Ｃ及び移動手段２３により、前述の領域ＡＲ１〜ＡＲ９と同じ位置に領域ＡＲが位置するように、ハーフミラー１５の角度が調整される。
【００６２】
画像処理部１８２Ｃは、画像処理部１８２Ａと同様の機能を有する他、ハーフミラー１５の角度が調整されて試料接触面Ｆ２における領域ＡＲの位置が変更されるごとに、受光素子１７４から入力される撮像画像（受光結果）を取得して、当該撮像画像を処理する。また、画像処理部１８２Ｃは、受光されたラマン散乱光に基づいて、標的物質を同定する。
計数部１８３Ｃは、画像処理部１８２Ｃにより処理された撮像画像に基づいて、増強されたラマン散乱光が受光された試料接触面Ｆ２における領域の数を計数する。この際、計数部１８３Ｃは、移動される領域ＡＲの位置ごとに取得される各撮像画像のうち、ラマン散乱光が受光された撮像画像の数を、試料接触面Ｆ２においてラマン散乱光が受光された領域の数として計数する。
そして、濃度取得部１８４Ａが、記憶部１８５Ａを参照して、計数部１８３Ｃにより計数された領域の数に応じた標的物質の濃度を取得する。
【００６３】
なお、記憶部１８５Ａには、標的物質ごとに前述のＬＵＴが記憶されているが、当該ＬＵＴは、前述の部分光束がそれぞれ照射された複数の領域のうち、標的物質のラマン散乱光が受光された領域の数と、標的物質の濃度とが関連付けられたＬＵＴではない。すなわち、本実施形態の記憶部１８５Ａが記憶するＬＵＴは、標的物質の濃度が予め設定された試料を交換ユニット３１内に流通させ、移動手段２３及びハーフミラー１５により、試料接触面Ｆ２において光が入射される領域の位置を時分割で変更し、当該各領域（前述の領域ＡＲ１〜ＡＲ９に応じた位置の領域）のうち、標的物質のラマン散乱光が受光された領域の数と、当該標的物質の濃度とが関連付けられたＬＵＴである。
【００６４】
次に、測定装置１０Ｃによる標的物質の濃度測定処理について説明する。
図１３は、当該濃度測定処理を示すフローチャートである。
制御装置１８Ｃは、濃度測定プログラムを処理して、交換ユニット３１内を流通する試料に含まれる標的物質の濃度測定処理を実行する。
この濃度測定処理では、図１３に示すように、制御装置１８Ｃが、前述のステップＳＡ１，ＳＡ２と同様の処理を実行する。
【００６５】
そして、主制御部１８１Ｃが、移動手段２３を制御して、ハーフミラー１５の角度を調整して試料接触面Ｆ２における光の入射領域の位置を調整し（ステップＳＣ１）、受光素子１７４が、当該領域から放射されるラマン散乱光を受光する（ステップＳＣ２）。
この後、画像処理部１８２Ｃが、受光素子１７４により取得された撮像画像を処理するとともに、分光素子１７３による指紋スペクトル同定により標的物質の同定を行い（ステップＳＣ３）、計数部１８３Ｃが、取得された撮像画像に基づいて、ラマン散乱光が検出された撮像画像の数を前述の領域の数として計数する（ステップＳＣ４）。
【００６６】
次に、主制御部１８１Ｃが、試料接触面Ｆ２において予め設定された全ての領域（前述の領域ＡＲ１〜ＡＲ９に対応する位置）に対して、光源装置１３からの光を入射させたか否かを判定する（ステップＳＣ５）。
ここで、光が入射されていない領域が存在すると判定された場合には、制御装置１８Ｃは、処理をステップＳＣ１に戻す。これにより、主制御部１８１Ｃが、前述の位置調整を再度実行し、試料接触面Ｆ２において、光が入射される領域の位置が変更される。
一方、全ての領域に対して光が入射されたと判定された場合には、濃度取得部１８４Ａが、計数された領域の数に応じた標的物質の濃度を記憶部１８５Ａから取得する（ステップＳＣ６）。すなわち、本実施形態においては、ステップＳＣ４，ＳＣ６が本発明の定量ステップに相当する。
以上により、濃度測定処理が終了し、試料に含まれる標的物質が定量される。
【００６７】
以上説明した本実施形態に係る測定装置１０Ｃによれば、前述の測定装置１０Ａと同様の効果を奏することができる他、以下の効果がある。
すなわち、計数部１８３Ｃにより、試料接触面Ｆ２において光源装置１３からの光が入射される領域（前述の領域ＡＲ１〜ＡＲ９に応じた位置の領域）のうち、標的物質のラマン散乱光が受光された領域の数が計数される。そして、濃度取得部１８４Ａが、記憶部１８５Ａに記憶された対応する標的物質のＬＵＴを参照して、当該領域の数に応じた濃度を取得することにより、標的物質の濃度を取得できる。従って、試料に含まれる標的物質の濃度を測定できる。
【００６８】
また、光源装置１３から出射され、ハーフミラー１５を介して試料接触面Ｆ２に入射される光は、当該ハーフミラー１５を移動させる移動手段２３により、当該試料接触面Ｆ２における位置を変えて時分割で入射される。これによれば、当該光源装置１３から出射された光が複数の光束に分割されずに試料接触面Ｆ２の各領域（前述の領域ＡＲ１〜ＡＲ９に応じた領域）に入射されるので、それぞれの領域に入射される光の強度のばらつき及び低下を防止できる他、増強電場の強度を高めることができる。従って、分割された光束が試料接触面Ｆ２に入射される場合に比べ、高い強度のラマン散乱光を生じさせることができ、受光素子１７４による受光精度を向上できる。
【００６９】
光源装置１３から出射された光は、移動手段２３により当該光の中心軸に対する角度が調整されたハーフミラー１５により反射され、試料接触面Ｆ２の各領域に入射される。これによれば、誘導部３１２及び排出部３１３と接続されたセンサーチップ３１１を移動させる場合に比べ、測定装置１０Ｃの構成が複雑化することを抑制できる。
また、移動手段２３は、光源装置１３から出射された光の光路と、試料接触面Ｆ２から放射された光の光路とを分離するハーフミラー１５を移動させて、当該試料接触面Ｆ２に対して光が入射される領域を変更しているので、当該光が入射される位置を変更するために反射手段を別途設ける必要が無い。このため、当該ハーフミラー１５が採用された測定装置の構成を流用できる。
【００７０】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態に係る測定装置は、前述の測定装置１０Ｃと同様の構成を有する。ここで、測定装置１０Ｃでは、前述の測定装置１０Ａと同様に、試料接触面Ｆ２において増強されたラマン散乱光が検出される領域の数に応じた標的物質の濃度を取得する構成であった。これに対し、本実施形態に係る測定装置では、前述の測定装置１０Ｂと同様に、各領域から検出されるラマン散乱光の総和に応じた標的物質の濃度を取得する。この点で、本実施形態に係る測定装置と、測定装置１０Ｃとは相違する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一または略同一である部分については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７１】
図１４は、本実施形態に係る測定装置１０Ｄが有する装置本体１１Ｄの構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る測定装置１０Ｄは、図１４に示すように、制御装置１８Ｃに代えて制御装置１８Ｄを有する他は、前述の測定装置１０Ｃと同様の構成及び機能を有する。
この制御装置１８Ｄは、計数部１８３Ｃ、濃度取得部１８４Ａ及び記憶部１８５Ａに代えて、総和算出部１８６Ｄ、濃度取得部１８４Ｂ及び記憶部１８５Ｂを有する他は、前述の制御装置１８Ｃと同様の構成及び機能を有する。
【００７２】
総和算出部１８６Ｄは、総和算出部１８６と同様の機能を有するが、試料接触面Ｆ２において光が入射される領域の位置が変更されるごとに画像処理部１８２Ｃから入力されて処理される各撮像画像に基づいて、増強されたラマン散乱光の強度の総和を算出する点で、総和算出部１８６と異なる。すなわち、総和算出部１８６Ｄは、各撮像画像から取得されるラマン散乱光の強度をそれぞれ加算して、試料接触面Ｆ２における複数の領域から受光されるラマン散乱光の強度の総和を算出する。
そして、濃度取得部１８４Ｂが、記憶部１８５Ｂの対応するＬＵＴを参照して、当該強度の総和に基づいて、同定された標的物質の濃度を取得する。
【００７３】
なお、記憶部１８５Ｂに記憶されているＬＵＴは、標的物質の濃度が予め設定された試料を交換ユニット３１内に流通させ、移動手段２３及びハーフミラー１５により、試料接触面Ｆ２において光が入射される領域の位置を時分割で変更し、当該各領域（前述の領域ＡＲ１〜ＡＲ９に応じた位置の領域）から受光される標的物質のラマン散乱光の強度の総和と、当該標的物質の濃度とが関連付けられたＬＵＴである。
【００７４】
次に、測定装置１０Ｄによる標的物質の濃度測定処理について説明する。
図１５は、当該濃度測定処理を示すフローチャートである。
制御装置１８Ｄは、濃度測定プログラムを処理して、交換ユニット３１内を流通する試料に含まれる標的物質の濃度測定処理を実行する。
この濃度測定処理では、図１５に示すように、制御装置１８Ｄが、前述のステップＳＡ１，ＳＡ２及びＳＣ１〜ＳＣ３と同様の処理を実行する。
【００７５】
このステップＳＣ３の後、総和算出部１８６Ｄが、画像処理部１８２Ｃにより処理された撮像画像に基づいて、ラマン散乱光の強度の総和を算出する（ステップＳＤ１）。
この後、制御装置１８Ｄは、前述のステップＳＣ５を実行し、当該ステップＳＣ５にて、予め設定された全ての領域に光が入射されたと判定された場合には、濃度取得部１８４Ｂが、算出された強度の総和に応じた標的物質の濃度を記憶部１８５Ｂから取得する（ステップＳＣ６）。すなわち、本実施形態においては、ステップＳＤ１，ＳＣ６が本発明の定量ステップに相当する。
以上により、濃度測定処理が終了し、試料に含まれる標的物質が定量される。
【００７６】
以上説明した本実施形態に係る測定装置１０Ｄによれば、前述の測定装置１０Ｂ，１０Ｃと同様の効果を奏することができる。
すなわち、総和算出部１８６Ｄが、試料接触面Ｆ２において当該試料接触面Ｆ２を走査するように移動される光の入射領域（領域ＡＲ１〜ＡＲ９に対応する位置の領域ＡＲ）から受光素子１７４により受光されたラマン散乱光の強度の総和を算出する。そして、濃度取得部１８４Ｂが、記憶部１８５Ｂの対応する標準物質のＬＵＴを参照して、算出された強度の総和に応じた濃度を取得することにより、標的物質の濃度を取得できる。従って、試料に含まれる標的物質の濃度を測定できる。
【００７７】
また、光源装置１３から出射された光は、移動手段２３及びハーフミラー１５により、当該試料接触面Ｆ２における位置を変えて時分割で入射される。これによれば、当該光源装置１３から出射された光が複数の光束に分割されて試料接触面Ｆ２に入射される場合に比べ、当該試料接触面Ｆ２に入射される光の強度の低下を防止できる他、増強電場の強度を高めることができる。従って、高い強度のラマン散乱光を生じさせることができ、受光素子１７４による受光精度を向上させることができる。
【００７８】
移動手段２３は、ハーフミラー１５を移動させる構成であるので、センサーチップ３１１を移動させる場合に比べ、測定装置１０Ｃの構成が複雑化することを抑制できる。また、試料接触面Ｆ２への光の入射位置を変更するための移動手段２３の移動対象として、従来あるハーフミラー１５が採用されているので、他の反射手段を別途設ける必要が無い。このため、当該ハーフミラー１５が採用された測定装置の構成を流用できる。
【００７９】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。
本実施形態に係る測定装置は、前述の測定装置１０Ｃと同様の構成を有する。ここで、当該測定装置１０Ｃでは、試料接触面Ｆ２に対する光の入射位置を変更するために移動手段２３が移動させる移動対象はハーフミラー１５であったのに対し、本実施形態に係る測定装置では、当該移動対象はセンサーチップ３１１である。この点で、当該測定装置と測定装置１０Ｃとは相違する。
移動手段２３は、本実施形態では、本発明の光入射体移動手段として機能する。この移動手段２３は、制御手段として機能する主制御部１８１Ｃの制御の下、試料接触面Ｆ２に対する光の入射位置が変更されるように、当該光の中心軸に対して直交する方向にセンサーチップ３１１を平行移動させる。これにより、図１２において示したように、試料接触面Ｆ２において光が入射される領域ＡＲの位置が変更される。
【００８０】
このような構成によっても、測定装置１０Ｃが実行する濃度測定処理と同様の処理を実行することにより、当該測定装置１０Ｃと同様の効果を奏することができる。
すなわち、計数部１８３Ｃが、標的物質のラマン散乱光が受光された領域の数を計数し、濃度取得部１８４Ａが、記憶部１８５Ａに記憶された対応する標的物質のＬＵＴを参照して、当該領域の数に応じた濃度を取得することにより、標的物質の濃度を取得できる。従って、試料に含まれる標的物質の濃度を測定できる。
【００８１】
移動手段２３は、試料接触面Ｆ２に入射される光の中心軸に対して直交する方向にセンサーチップ３１１を平行移動させるので、当該光が入射される試料接触面Ｆ２の各領域にて、当該試料接触面Ｆ２と入射される光の中心軸とは常に一定の角度（直角）となる。これによれば、当該各領域でのラマン散乱光の受光に差異が生じないようにすることができるので、測定された濃度の信頼性を向上できる。また、試料接触面Ｆ２に対する直交方向に、当該試料接触面Ｆ２に入射される光の中心軸を沿わせやすくできるので、ラマン散乱光の受光を安定化できる。
【００８２】
なお、本実施形態に係る測定装置は、測定装置１０Ｃと同様の構成を有し、制御装置１８Ｃを有する構成としている。しかしながら、制御装置１８Ｃに代えて制御装置１８Ｄを有する構成としてもよい。このような構成によっても、測定装置１０Ｄが実行する濃度測定処理と同様の処理を本実施形態に係る測定装置が実行することにより、当該測定装置１０Ｄと同様の効果を奏することができる。
すなわち、総和算出部１８６Ｄが、光源装置１３からの光が入射される試料接触面Ｆ２の各領域から受光されるラマン散乱光の強度の総和を算出し、濃度取得部１８４Ｂが、対応する標準物質のＬＵＴから、算出された強度の総和に応じた濃度を取得することにより、標的物質の濃度を取得できる。従って、試料に含まれる標的物質の濃度を測定できる。
【００８３】
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態について説明する。
本実施形態に係る測定装置は、前述の測定装置１０Ｃと同様の構成を有する。ここで、測定装置１０Ｃでは、前述のように、移動手段２３の移動対象はハーフミラー１５であったのに対し、本実施形態に係る測定装置では、当該移動対象は光源装置１３である。この点で、当該測定装置と測定装置１０Ｃとは相違する。
移動手段２３は、本実施形態では、光源移動手段として機能する。この移動手段２３は、制御手段として機能する主制御部１８１Ｃの制御の下、光源装置１３から出射される光の中心軸に対する直交方向に、当該光源装置１３を平行移動させる。これにより、図１２において示したように、試料接触面Ｆ２において光が入射される領域ＡＲの位置が変更される。
【００８４】
このような構成によっても、測定装置１０Ｃが実行する濃度測定処理と同様の処理を実行することにより、当該測定装置１０Ｃと同様の効果を奏することができる。
すなわち、計数部１８３Ｃが、標的物質のラマン散乱光が受光された領域の数を計数し、濃度取得部１８４Ａが、対応する標的物質のＬＵＴを参照して、当該領域の数に応じた濃度を取得することにより、標的物質の濃度を取得できる。従って、試料に含まれる標的物質の濃度を測定できる。
【００８５】
移動手段２３は、光源装置１３から出射される光の中心軸に対する直交方向に、当該光源装置１３を平行移動させるので、当該光が入射される試料接触面Ｆ２における各領域では、当該試料接触面Ｆ２と入射される光の中心軸とは常に一定の角度（直角）となる。これによれば、各領域でのラマン散乱光の受光に差異が生じないようにすることができるので、測定された濃度の信頼性を向上できる。また、試料接触面Ｆ２に対する直交方向に、当該試料接触面Ｆ２に入射される光の中心軸を沿わせやすくできるので、ラマン散乱光の受光を安定化できる。
また、移動手段２３が、光源装置１３を移動させるので、センサーチップ３１１を移動させる必要がなく、測定装置の構成が複雑化することを抑制できる。
【００８６】
なお、本実施形態に係る測定装置では、光源装置１３から出射される光の中心軸に対する直交方向に沿う回動軸を中心として、当該光源装置１３を回動させるように移動手段２３を構成することも可能である。この場合でも、試料接触面Ｆ２における領域ＡＲの位置を変更できる。
【００８７】
また、本実施形態に係る測定装置は、測定装置１０Ｃと同様の構成を有し、制御装置１８Ｃを有する構成としている。しかしながら、制御装置１８Ｃに代えて制御装置１８Ｄを有する構成としてもよい。このような構成によっても、測定装置１０Ｄが実行する濃度測定処理と同様の処理を本実施形態に係る測定装置が実行することにより、当該測定装置１０Ｄと同様の効果を奏することができる。
すなわち、総和算出部１８６Ｄが、光源装置１３からの光が入射される試料接触面Ｆ２の各領域から受光されるラマン散乱光の強度の総和を算出し、濃度取得部１８４Ｂが、対応する標準物質のＬＵＴから、算出された強度の総和に応じた濃度を取得することにより、標的物質の濃度を取得できる。従って、試料に含まれる標的物質の濃度を測定できる。
【００８８】
［実施形態の変形］
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態では、試料接触面Ｆ２に形成された各突出部Ｆ２１のピッチ、金属微粒子Ｍ間の間隔、当該試料接触面Ｆ２に入射される光の直径等は、前述の第１実施形態で示した数値としたが、本発明はこれに限らない。すなわち、適切に標的物質から放射されるラマン散乱光を受光及び検出可能であれば、これらの数値は適宜設定可能である。
【００８９】
前記各実施形態では、試料接触面Ｆ２を９つの領域ＡＲ１〜ＡＲ９に区分し、当該各領域ＡＲ１〜ＡＲ９に光源装置１３からの光が入射するように、当該光を分割した部分光束を入射させたり、或いは、時分割で各領域ＡＲ１〜ＡＲ９に光を入射させたりしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、試料接触面Ｆ２において光が入射される領域の数は、２以上であれば適宜設定してよい。
【００９０】
前記各実施形態では、センサーチップ３１１において、装置本体１１Ａ〜１１Ｄ側、すなわち、光が入射される側の基板３１１２の内面に形成された試料接触面Ｆ２に、金属微粒子Ｍにより被覆される複数の突出部Ｆ２１を形成したが、本発明はこれに限らない。すなわち、当該複数の突出部が、基板３１１１の内面に形成された試料接触面Ｆ１に形成されていてもよい。
【００９１】
前記各実施形態では、センサーチップ３１１の試料接触面Ｆ２には、金属微粒子Ｍにより被覆される円筒状の突出部Ｆ２１が、格子状に突設されているとしたが、本発明はこれに限らない。すなわち、標的物質から放射されるラマン散乱光を、表面増強ラマン散乱により増強できる増強電場を形成可能であれば、当該突出部の形状及び配置等は、適宜設定可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１０Ａ〜１０Ｄ…測定装置、１３…光源装置（光源）、３１１…センサーチップ（光入射体）、１４…光束分割装置（照射手段）、１５…ハーフミラー（反射手段）、１８Ａ〜１８Ｄ…制御装置（定量手段）、２３…移動手段（調整手段、光入射体移動手段、光源移動手段）、１７４…受光素子（受光手段）、１８１Ｃ…主制御部（調整手段、制御手段）、１８３Ａ，１８３Ｃ…計数部、１８４Ａ，１８４Ｂ…濃度取得部、１８６，１８６Ｄ…総和算出部、１８５Ａ，１８５Ｂ…記憶部、ＥＦ…増強電場、Ｆ２…試料接触面、Ｎ…標的物質。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図４】
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