(57)【要約】【課題】高い精度で標的物質を定量することができる定量方法を提供する。【解決手段】本発明に係るラマン定量方法は、標的物質が吸着した、入射光の波長よりも小さい金属構造体に光を照射して、前記標的物質のラマン散乱光を検出する工程と、検出した前記ラマン散乱光のラマンシフトを取得する工程と、取得した前記ラマンシフトに基づいて前記標的物質を定量する工程と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的物質が吸着した、入射光の波長よりも小さい金属構造体に光を照射して、前記標的物質のラマン散乱光を検出する工程と、
検出した前記ラマン散乱光のラマンシフトを取得する工程と、
取得した前記ラマンシフトに基づいて前記標的物質を定量する工程と、
を含む、定量方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記標的物質の濃度とラマンシフトとの関係を示した第１検量線を作成する工程と、
前記標的物質の濃度とラマン散乱光の強度との関係を示した第２検量線を作成する工程と、
取得した前記ラマンシフトと、前記第１検量線から得られた前記金属構造体に対する前記標的物質の被覆率が１の場合のラマンシフトと、の差Δνを求める工程と、
を含み、
前記標的物質を定量する工程は、
前記差Δνと、前記第２検量線から得られた前記被覆率が１の場合のラマン散乱光の強度Ｉθ＝１と、に基づいて前記標的物質のラマン散乱光の強度ＩＳＥＲＳを求める工程と、
前記第２検量線に基づいて、前記強度ＩＳＥＲＳから前記標的物質の濃度を求める工程と、
を有する、定量方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記強度ＩＳＥＲＳを求める工程では、下記式（１）に基づいて行われる、定量方法。
ＩＳＥＲＳ＝（１−Δν／Ａ）×Ｉθ＝１  ・・・  （１）
ただし、式（１）において、Ａは、前記標的物質の濃度と前記差Δνとの相関を示すプロットに、前記標的物質の濃度と、前記強度ＩＳＥＲＳと前記強度Ｉθ＝１との相対強度（前記強度ＩＳＥＲＳ／前記強度Ｉθ＝１）と、の相関を示すプロットを、フィッティングさせるための係数である。
【請求項４】
請求項２または３において、
検出した前記ラマン散乱光の強度を取得する工程と、
取得した前記強度に基づいて前記標的物質を定量する工程と、
前記差Δνに基づいて、前記被覆率が１未満か１以上か判定する工程と、
前記被覆率が１未満の場合は、前記ラマンシフトに基づいて前記標的物質を定量する工程において、定量した値を定量値として決定し、前記被覆率が１以上の場合は、前記強度に基づいて前記標的物質を定量する工程において、定量した値を定量値として決定する工程と、
を含む、定量方法。
【請求項５】
請求項１において、
前記標的物質を定量する工程では、
前記標的物質の濃度とラマンシフトとの関係を示した第１検量線に基づいて、取得した前記ラマンシフトから前記標的物質の濃度を定量する、定量方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において
前記金属構造体の材質は、Ａｇ、Ａｕ、またはＡｌであり、
前記標的物質は、含窒素化合物、含硫化合物、またはカルボン酸である、定量方法。
【請求項７】
標的物質が吸着した、入射光の波長よりも小さい金属構造体に光を照射し、前記標的物質のラマン散乱光を検出して、前記標的物質を定量するプログラムであって、
コンピューターを、
検出した前記ラマン散乱光からラマンシフトを取得するラマンシフト取得部、
取得した前記ラマンシフトに基づいて、前記標的物質の濃度を求める第１定量値算出部、として機能させるためのプログラム。
【請求項８】
請求項７において、
コンピューターを、
検出した前記ラマン散乱光の強度を取得する強度取得部と、
取得した前記強度に基づいて、前記標的物質の濃度を求める第２定量値算出部と、
取得した前記ラマンシフトと、前記標的物質の濃度とラマンシフトとの関係を示した第１検量線から得られた前記金属構造体に対する前記標的物質の被覆率が１の場合のラマンシフトと、の差Δνを求めるラマンシフト差算出部と、
前記差Δνに基づいて、前記被覆率が１未満か１以上か判定する被覆率判定部と、
前記被覆率が１未満の場合は、前記第１定量値算出部において求めた値を定量値として決定し、前記被覆率が１以上の場合は、前記第２定量値算出部において求めた値を定量値として決定する定量値決定部、として機能させるためのプログラム。
【請求項９】
標的物質を定量するラマン分光装置であって、
光を射出する光源と、
前記光により照射される前記標的物質が吸着され、前記光の波長のよりも小さい金属構造体と、
前記標的物質から放射されるラマン散乱光を受光する光検出器と、
前記光検出器において受光した前記ラマン散乱光のラマンシフトから前記標的物質の濃度を求める処理部と、
を含む、ラマン分光装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のラマン分光装置と、
前記光検出器からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する演算部と、
前記健康医療情報を記憶する記憶部と、
前記健康医療情報を表示する表示部と、
を含む、電子機器。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記健康医療情報は、細菌、ウィルス、タンパク質、核酸、および抗原・抗体からなる群より選択される少なくとも１種の生体関連物質、または、無機分子および有機分子から選択される少なくとも１種の化合物の有無若しくは量に関する情報を含む、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定量方法、プログラム、ラマン分光装置、および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療診断や飲食物の検査等に用いられるセンサーチップ（光学素子）の需要が増大しており、高感度かつ小型のセンサーチッブの開発が求められている。このような要求に応えるために、電気化学的な手法をはじめ様々なタイプのセンサーチップが検討されている。これらの中で、集積化が可能であること、低コスト、測定環境を選ばないこと等の理由から、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を利用した分光分析、特に表面増強ラマン散乱分光（ＳＥＲＳ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｒａｍａｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いたセンサーチップに対する関心が高まっている。
【０００３】
ここで、表面プラズモンとは、表面固有の境界条件により光とカップリングを起こす電子波の振動モードである。表面プラズモンを励起する方法としては、金属表面に回折格子を刻み、光とプラズモンとを結合させる方法やエバネッセント波を利用する方法がある。例えば、ＳＰＲを利用したセンサーチップとしては、全反射型プリズムと、当該プリズムの表面に形成された標的物質に接触する金属膜と、を具備して構成されるものがある。このような構成により、抗原抗体反応における抗原の吸着の有無など、標的物質の吸着の有無を検出している。
【０００４】
ところで、金属表面に伝搬型の表面プラズモンが存在する一方、金属微粒子には局在型の表面プラズモンが存在する。局在型の表面プラズモン、つまり、表面の金属微細構造上に局在する表面プラズモンが励起された際には、著しく増強された電場が誘起されることが知られている。
【０００５】
さらに、金属ナノ粒子を用いた局在表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ：Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）によって形成される増強電場にラマン散乱光が照射されると表面増強ラマン散乱現象によってラマン散乱光が増強されることが知られており、高感度のセンサー（検出装置）が提案されている。この原理を用いることで、各種の微量な物質を検出することが可能になる。
【０００６】
上記のようなラマン散乱光を用いた定量分析（ラマン分光法による定量分析）は、特許文献１に記載されているように、標的物質の濃度とラマン散乱光の強度との相関関係を利用して行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２５８３４６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、金属構造体の大きさは、ナノメートル単位であり、高い精度で金属構造体を形成することは、困難である。したがって、ＳＥＲＳ光の強度は、センサーチップの金属構造体（金属粒子）の形状等のばらつきによって、ばらつく。一方、ＳＰＲによって増強されるラマン散乱光（ＳＥＲＳ光）の強度は、ＳＰＲにより増強された電場の４乗に比例する。したがって、ＳＥＲＳ光の強度に基づいて標的物質を定量する定量方法では、高い精度で標的物質を定量することはできない。
【０００９】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、高い精度で標的物質を定量することができる定量方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、高い精度で標的物質を定量することができるプログラムを提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、高い精度で標的物質を定量することができるラマン分光装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記のラマン分光装置を含む電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る定量方法は、
標的物質が吸着した、入射光の波長よりも小さい金属構造体に光を照射して、前記標的物質のラマン散乱光を検出する工程と、
検出した前記ラマン散乱光のラマンシフトを取得する工程と、
取得した前記ラマンシフトに基づいて前記標的物質を定量する工程と、
を含む。
【００１１】
このような定量方法では、ラマン散乱光の強度に基づいて標的物質を定量する場合に比べて、高い精度で標的物質を定量することができる。
【００１２】
本発明に係る定量方法において、
前記標的物質の濃度とラマンシフトとの関係を示した第１検量線を作成する工程と、
前記標的物質の濃度とラマン散乱光の強度との関係を示した第２検量線を作成する工程と、
取得した前記ラマンシフトと、前記第１検量線から得られた前記金属構造体に対する前記標的物質の被覆率が１の場合のラマンシフトと、の差Δνを求める工程と、
を含み、
前記標的物質を定量する工程は、
前記差Δνと、前記第２検量線から得られた前記被覆率が１の場合のラマン散乱光の強度Ｉθ＝１と、に基づいて前記標的物質のラマン散乱光の強度ＩＳＥＲＳを求める工程と、
前記第２検量線に基づいて、前記強度ＩＳＥＲＳから前記標的物質の濃度を求める工程と、
を有していてもよい。
【００１３】
このような定量方法では、ラマンシフトを強度に変換し、関係式として表すことが容易な濃度と強度との相関を利用して標的物質の濃度を求めることにより、より高い精度で標的物質を定量することができる。
【００１４】
本発明に係る定量方法において、
前記強度ＩＳＥＲＳを求める工程では、下記式（１）に基づいて行われてもよい。
ＩＳＥＲＳ＝（１−Δν／Ａ）×Ｉθ＝１  ・・・  （１）
ただし、式（１）において、Ａは、前記標的物質の濃度と前記差Δνとの相関を示すプロットに、前記標的物質の濃度と、前記強度ＩＳＥＲＳと前記強度Ｉθ＝１との相対強度（前記強度ＩＳＥＲＳ／前記強度Ｉθ＝１）と、の相関を示すプロットを、フィッティングさせるための係数である。
【００１５】
このような定量方法では、ラマンシフトを強度に変換し、関係式として表すことが容易な濃度と強度との相関を利用して標的物質の濃度を求めることにより、より高い精度で標的物質を定量することができる。
【００１６】
本発明に係る定量方法において、
検出した前記ラマン散乱光の強度を取得する工程と、
取得した前記強度に基づいて前記標的物質を定量する工程と、
前記差Δνに基づいて、前記被覆率が１未満か１以上か判定する工程と、
前記被覆率が１未満の場合は、前記ラマンシフトに基づいて前記標的物質を定量する工程において、定量した値を定量値として決定し、前記被覆率が１以上の場合は、前記強度に基づいて前記標的物質を定量する工程において、定量した値を定量値として決定する工程と、
を含んでいてもよい。
【００１７】
このような定量方法では、被覆率が１以上の場合においても、標的物質を定量することができる。
【００１８】
本発明に係る定量方法において、
前記標的物質を定量する工程では、
前記標的物質の濃度とラマンシフトとの関係を示した第１検量線に基づいて、取得した前記ラマンシフトから前記標的物質の濃度を定量してもよい。
【００１９】
このような定量方法では、ラマン散乱光の強度に基づいて標的物質を定量する場合に比べて、高い精度で標的物質を定量することができる。
【００２０】
本発明に係る定量方法において、
前記金属構造体の材質は、Ａｇ、Ａｕ、またはＡｌであり、
前記標的物質は、含窒素化合物、含硫化合物、またはカルボン酸であってもよい。
【００２１】
このような定量方法では、高い精度で標的物質を定量することができる。
【００２２】
本発明に係るプログラムは、
標的物質が吸着した、入射光の波長よりも小さい金属構造体に光を照射し、前記標的物質のラマン散乱光を検出して、前記標的物質を定量するプログラムであって、
コンピューターを、
検出した前記ラマン散乱光からラマンシフトを取得するラマンシフト取得部、
取得した前記ラマンシフトに基づいて、前記標的物質の濃度を求める第１定量値算出部、として機能させる。
【００２３】
このようなプログラムでは、高い精度で標的物質を定量することができる。
【００２４】
本発明に係るプログラムにおいて、
コンピューターを、
検出した前記ラマン散乱光の強度を取得する強度取得部と、
取得した前記強度に基づいて、前記標的物質の濃度を求める第２定量値算出部と、
取得した前記ラマンシフトと、前記標的物質の濃度とラマンシフトとの関係を示した第１検量線から得られた前記金属構造体に対する前記標的物質の被覆率が１の場合のラマンシフトと、の差Δνを求めるラマンシフト差算出部と、
前記差Δνに基づいて、前記被覆率が１未満か１以上か判定する被覆率判定部と、
前記被覆率が１未満の場合は、前記第１定量値算出部において求めた値を定量値として決定し、前記被覆率が１以上の場合は、前記第２定量値算出部において求めた値を定量値として決定する定量値決定部、として機能させてもよい。
【００２５】
このようなプログラムでは、被覆率が１以上の場合においても、標的物質を定量することができる。
【００２６】
本発明に係るラマン分光装置は、
標的物質を定量するラマン分光装置であって、
光を射出する光源と、
前記光により照射される前記標的物質が吸着され、前記光の波長のよりも小さい金属構造体と、
前記標的物質から放射されるラマン散乱光を受光する光検出器と、
前記光検出器において受光した前記ラマン散乱光のラマンシフトから前記標的物質の濃度を求める処理部と、
を含む。
【００２７】
このようなラマン分光装置では、高い精度で標的物質を定量することができる。
【００２８】
本発明に係る電子機器は、
本発明に係るラマン分光装置と、
前記光検出器からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する演算部と、
前記健康医療情報を記憶する記憶部と、
前記健康医療情報を表示する表示部と、
を含む。
【００２９】
このような電子機器では、本発明に係るラマン分光装置を含むため、微量物質の検出を容易に行うことができ、高精度な健康医療情報を提供することができる。
【００３０】
本発明に係る電子機器において、
前記健康医療情報は、細菌、ウィルス、タンパク質、核酸、および抗原・抗体からなる群より選択される少なくとも１種の生体関連物質、または、無機分子および有機分子から選択される少なくとも１種の化合物の有無若しくは量に関する情報を含んでもよい。
【００３１】
このような電子機器では、本発明に係るラマン分光装置を含むため、微量物質の検出を容易に行うことができ、高精度な健康医療情報を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態に係るラマン分光装置を模式的に示す図。
【図２】本実施形態に係るラマン分光装置の光学素子を模式的に示す断面図。
【図３】標的物質の濃度とラマンシフトとの関係を示した第１検量線を模式的に示す図。
【図４】標的物質の濃度とラマン散乱光の強度との関係を示した第２検量線を模式的に示す図。
【図５】本実施形態に係る定量方法を説明するためのフローチャート。
【図６】本実施形態に係るラマン分光装置の具体的な構成を模式的に示す図。
【図７】実験に用いた光学素子のＳＥＭ写真。
【図８】濃度１６５ｐｐｂのメタンチオールのＳＥＲＳスペクトル。
【図９】濃度２６０ｐｐｂのメタンチオールのＳＥＲＳスペクトル。
【図１０】濃度１６５ｐｐｂおよび濃度２６０ｐｐｂのメタンチオールのＳＥＲＳスペクトル。
【図１１】メタンチオールの濃度と、ラマン散乱光の強度およびラマンシフトと、の関係を示すグラフ。
【図１２】メタンチオールの濃度とラマンシフトとの関係を示すグラフ。
【図１３】メタンチオールの濃度とラマン散乱光の強度との関係を示すグラフ。
【図１４】メタンチオールの濃度とラマンシフト差Δνとの関係を示すグラフ。
【図１５】メタンチオールの濃度と相対強度（ＩＳＥＲＳ／Ｉθ＝１）との関係を示すグラフ。
【図１６】図１５のプロットを、図１４のプロットにフィッティングさせた状態を示すグラフ。
【図１７】ヘキサデカンチオールの濃度を２００ｐｐｂ、４２０ｐｐｂ、８５０ｐｐｂと変化させたときのＳＥＲＳスペクトル。
【図１８】本実施形態の変形例に係る定量方法を説明するためのフローチャート。
【図１９】本実施形態に係る電子機器を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００３４】
１．  ラマン分光装置
まず、本実施形態に係るラマン分光装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係るラマン分光装置１００を模式的に示す図である。ラマン分光装置１００は、図１に示すように、測定部１０２と、定量計算部１０４と、を含む。
【００３５】
１．１．  測定部
測定部１０２は、図１に示すように、光学素子（センサーチップ）１０と、光源２０と、光検出器３０と、を有している。
【００３６】
図２は、ラマン分光装置１００の光学素子１０を模式的に示す断面図である。光学素子１０は、図２に示すように、基板１２と、金属構造体１４と、を有している。
【００３７】
基板１２は、例えば、ガラス基板である。図示はしないが、基板１２の下面には、金属層が設けられていてもよい。なお、基板１２の材質は、金属、半導体、誘電体であってもよい。
【００３８】
金属構造体１４は、基板１２上に設けられている。金属構造体１４の形状は、特に限定されないが、金属構造体１４の大きさ（平面視における大きさであって、平面形状が円の場合は直径）は、光源２０から射出される光ＬＩＮの波長以下である。金属構造体１４の大きさは、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。金属構造体１４の厚さは、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００３９】
金属構造体１４は、複数設けられている。図示の例では、複数の金属構造体１４の形状は、互いに同じであるが、互いに異なっていてもよい。図示の例では、複数の金属構造体１４は、周期的に設けられているが、周期的に設けられていなくてもよい。隣り合う金属構造体１４の間隔は、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００４０】
金属構造体１４の材質は、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌなどである。Ａｇ、Ａｕ、およびＡｌは、紫外〜可視光領域における誘電率の虚部が小さい金属であり、電場増強効果（詳細は後述）を高めることができる。
【００４１】
金属構造体１４には、図示はしないが、光ＬＩＮにより照射される標的物質（標的分子）が吸着される。ここで、「吸着」とは、物体の界面において、濃度が周囲よりも増加する現象のことをいい、具体的には、共有結合や配位結合など電子の授受を伴う化学吸着のことをいう。
【００４２】
金属構造体１４に吸着する標的物質の被覆率θは、例えば、１未満である。ここで、「被覆率」とは、金属構造体１４の表面積（基板１２に接していない面の面積）ＳＡＬＬに対する、金属構造体１４の表面（基板１２に接していない面）のうちの標的物質が吸着している領域の面積ＳＡＤＳの比（ＳＡＤＳ／ＳＡＬＬ）である。θ＝１の場合は、表面上の吸着サイトがすべて吸着分子に覆われている状態であり、θ＝１の場合の吸着量を飽和吸着量ともいう。θ＝１以上では表面第２層目に吸着分子が吸着していく。なお、一般的に、吸着脱離平衡状態の被覆率と濃度とは、正の相関がある。したがって、平衡状態での被覆率がわかれば、濃度を知ることができる。
【００４３】
金属構造体１４に吸着している標的物質に光ＬＩＮを照射すると、散乱光として、入射光ＬＩＮと同じ波長を有するレイリー散乱光ＬＲＡＹと、光ＬＩＮとは異なる波長を有するラマン散乱光ＬＲＡＭと、が発生し、光検出器３０において受光される（図１参照）。ラマン散乱光ＬＲＡＭのエネルギーは、標的物質の構造に応じた特有の振動エネルギーに対応している。そのため、ラマン散乱光ＬＲＡＭの波数（振動数）と、入射光ＬＩＮの波数と、の差であるラマンシフトを求めることにより、標的物質を特定することができる。
【００４４】
金属構造体１４は、入射光ＬＩＮにより表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を生じる。具体的には、金属構造体１４は、入射光ＬＩＮにより局在型プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ）を生じる。「ＬＳＰＲ」とは、光の波長以下の金属構造体に光を入射させると、金属内に存在する自由電子が光の電場成分により集団的に振動し、外部に局在電場を誘起する現象である。この局在電場により、ラマン散乱光を増強することができる。このように、ＳＰＲによる誘起される電場によって、ラマン散乱光が増強されることを「電場増強効果」という。ＳＰＲによって増強されるラマン散乱光（ＳＥＲＳ光）の強度は、ＳＰＲにより増強された電場の４乗に比例する。
【００４５】
金属構造体１４に吸着する標的物質は、化学増強効果を発現する物質である。ここで、「化学増強効果」とは、標的物質の分子が金属構造体に化学吸着する際に形成される混成軌道準位がエネルギー的な幅を持つことで、励起状態に遷移する確率が高くなってラマン散乱光が増強されることをいう。化学増強効果を発現する物質は、該物質の濃度に応じて、ラマンシフトが変化する。具体的には、標的物質は、ピリジン、アンモニアなどの含窒素化合物、メタンチオールやヘキサデカンチオールなどの含硫化合物、カルボン酸などである。化学増強効果は、金属構造体１４の表面に吸着した分子（第１層目の標的物質）において、ラマン散乱光の強度が極端に増大する現象である。すなわち、第１層目の標的物質に被覆する第２層目の標的物質では、化学増強効果は発現されない。
【００４６】
金属構造体１４は、基板１２上に、例えば、Ａｇを０．１Å／秒以上１Å／秒以下の成膜速度で１０ｎｍ程度成膜することにより形成される。このような成膜条件で成膜することにより、島状の金属構造体１４を形成することができる。なお、金属構造体１４の形成方法は、特に限定されず、電子線描画法や干渉露光法を用いてもよい。
【００４７】
光源２０は、図１に示すように、光ＬＩＮを射出する。光源２０は、例えば半導体レーザーであり、光ＬＩＮは、レーザー光である。光ＬＩＮの波長は、特に限定されないが、例えば、３５０ｎｍ以上１０００ｍｎ以下であり、より具体的には６３３ｎｍ程度である。光ＬＩＮは、金属構造体１４にＬＳＰＲを生じさせる。
【００４８】
光検出器３０は、光学素子１０から放射される（標的物質から放射される）ラマン散乱光ＬＲＡＭを受光する。光検出器３０は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）、光電子増倍管、フォトダイオード、イメージングプレートなどを含んで構成されていてもよい。
【００４９】
１．２．  定量計算部
定量計算部１０４は、図１に示すように、操作部４０と、表示部５０と、記憶部６０と、記憶媒体７０と、処理部８０と、を含んで構成されている。定量計算部１０４は、例えば、パーソナルコンピューター（ＰＣ）などで実現される。
【００５０】
操作部４０は、ユーザーによる操作に応じた操作信号を取得し、処理部８０に信号を送る処理を行う。操作部４０は、例えば、ボタン、キー、タッチパネル型ディスプレイ、マイクなどである。
【００５１】
表示部５０は、処理部８０から入力される表示信号に基づいて、処理部８０の処理結果等を文字やグラフその他の情報として表示するものである。具体的には、表示部５０には、処理部８０で求められた定量値が表示される。表示部５０は、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）、タッチパネル型ディスプレイなどである。
【００５２】
記憶部６０は、処理部８０が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。記憶部６０は、さらに、処理部８０の作業領域として用いられ、操作部４０から入力された操作信号、記憶媒体７０から読み出されたプログラムやデータ、処理部８０が各種プログラムに従って実行した算出結果等を一時的に記憶する。記憶部６０には、データベース６２が記憶されている。
【００５３】
データベース６２には、分析の対象となる標的物質に関するデータが登録されている。具体的には、データベース６２には、ラマンシフトから標的物質を特定するための（定性するための）データが登録されている。
【００５４】
データベース６２には、さらに、標的物質の濃度とラマンシフトとの関係を示した第１検量線、および標的物質の濃度とラマン散乱光ＬＲＡＭの強度（ＳＥＲＳ強度）との関係を示した第２検量線が登録されている。図３は、標的物質の濃度とラマンシフトとの関係を示した第１検量線Ｃ１を模式的に示す図である。図４は、標的物質の濃度とラマン散乱光の強度との関係を示した第２検量線Ｃ２を模式的に示す図である。
【００５５】
データベース６２には、さらに、下記式（１）が登録されている。下記式（１）において、Δνは、金属構造体１４に対する標的物質の被覆率θが１の場合のラマンシフトと、定量分析の対象となる標的物質のラマンシフトと、の差である。Ｉθ＝１は、被覆率θが１の場合の強度であって、θ＝１となる濃度のうちの最小濃度の強度である。Ａは、標的物質の成分と、金属構造体１４の形状、大きさ、および材質と、によって決定される係数である。
【００５６】
ＩＳＥＲＳ＝（１−Δν／Ａ）×Ｉθ＝１  ・・・  （１）
【００５７】
データベース６２には、標的物質の材質および金属構造体１４の形状等に対応する、複数の式（１）が登録されていてもよい。なお、データベース６２は、記憶媒体７０に記憶されていてもよい。
【００５８】
記憶媒体７０には、各種のアプリケーションプログラムやデータを記憶するための、コンピューター読み取り可能な記憶媒体である。なお、当該プログラムは、ホスト装置（サーバー）が有する情報記憶媒体からネットワーク等を介して記憶媒体７０（記憶部６０）に配信されてもよい。
【００５９】
記憶媒体７０は、処理部８０の処理により生成されるデータのうち、長期的な保存が必要なデータを記憶する記憶部としても機能してもよい。記憶媒体７０は、例えば、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープ、メモリー（ＲＯＭ、フラッシュメモリーなど）により実現される。
【００６０】
処理部８０は、記憶部６０に記憶されているプログラムや記憶媒体７０に記憶されているプログラムに従って、各種の計算処理を行う。本実施形態では、処理部８０は、記憶部６０に記憶されているプログラムを実行することで、ラマンシフト取得部８１、強度取得部８２、ラマンシフト差算出部８３、強度算出部８４、第１定量値算出部８５、第２定量値算出部８６、被覆率判定部８７、定量値決定部８８として機能する。処理部８０の機能は、各種プロセッサ（ＣＰＵ、ＤＳＰ等）、ＡＳＩＣ（ゲートアレイ等）などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。なお、処理部８０の少なくとも一部をハードウェア（専用回路）で実現してもよい。
【００６１】
ラマンシフト取得部８１は、光検出器３０において検出したラマン散乱光（測定部１０２において検出したラマン散乱光）ＬＲＡＭのラマンシフトを取得する。
【００６２】
強度取得部８２は、光検出器３０において検出したラマン散乱光（測定部１０２において検出したラマン散乱光）ＬＲＡＭの強度を取得する。
【００６３】
ラマンシフト差算出部８３は、ラマンシフト取得部８１において取得したラマンシフトと、データベース６２に記憶されている被覆率θが１の場合のラマンシフトνＭＡＸと、の差Δνを求める。
【００６４】
強度算出部８４は、ラマンシフト差算出部８３において求めた差Δνと、データベース６２に登録されている被覆率θが１の場合の強度Ｉθ＝１と、に基づいて、標的物質のラマン散乱光ＬＲＡＭの強度ＩＳＥＲＳを求める。具体的には、強度算出部８４は、データベース６２に記憶されている上記式（１）に基づいて、ラマン散乱光の強度ＩＳＥＲＳを算出する。
【００６５】
第１定量値算出部８５は、図４に示す第２検量線Ｃ２に基づいて、強度算出部８４において算出したＩＳＥＲＳから、標的物質の濃度を求める。
【００６６】
第２定量値算出部８６は、図４に示す第２検量線Ｃ２に基づいて、強度取得部８２において取得した強度から、標的物質の濃度を求める。
【００６７】
被覆率判定部８７は、ラマンシフト差算出部８３において求めた差Δνに基づいて、金属構造体１４に対する標的物質の被覆率θが１未満か１以上か判定する。具体的には、被覆率判定部８７は、Δνが正の値であれば、被覆率θは１未満であると判定し、Δνが０（ゼロ）であれば、被覆率θは１以上であると判定する。
【００６８】
定量値決定部８８は、被覆率判定部８７において被覆率θが１未満と判定された場合は、第１定量値算出部８５において求めた値を定量値として決定し、被覆率判定部８７において被覆率θが１以上と判定された場合は、第２定量値算出部８６において求めた値を定量値として決定する。処理部８０は、定量値決定部８８において決定された定量値（標的物質の濃度）を、表示部５０に表示する処理を行う。処理部８０は、定量値決定部８８において決定された定量値を、データベース６２に登録する処理を行ってもよい。
【００６９】
１．３．  ラマン分光装置を用いた定量方法
本実施形態に係る定量方法（具体的にはラマン分光装置１００を用いた定量方法）について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態に係る定量方法を説明するためのフローチャートである。
【００７０】
標的物質の定量方法は、図５に示すように、第１検量線Ｃ１および第２検量線Ｃ２を準備（作成）する工程（Ｓ１）と、上記式（１）を準備する工程（Ｓ２）と、標的物質のラマン散乱光ＬＲＡＭを検出する工程（Ｓ３）と、強度およびラマンシフトを取得する工程（Ｓ４）と、ラマンシフト差Δνを求める工程（Ｓ５）と、強度ＩＳＥＲＳを求める工程（Ｓ６）と、算出した強度ＩＳＥＲＳに基づいて濃度を求める工程（Ｓ７）と、取得した強度に基づいて濃度を求める工程（Ｓ８）と、被覆率θを判定する工程（Ｓ９）と、定量値を決定する工程（Ｓ１０）と、含む。以下、順に説明する。
【００７１】
まず、標的物質の濃度とラマンシフトとの関係示した第１検量線Ｃ１（図３参照）と、標的物質の濃度とラマン散乱光の強度との関係を示した第２検量線Ｃ２（図４参照）と、を準備（作成）する（Ｓ１）。具体的には、取得部８１，８２は、既知の濃度の被検物質（標的物質と同じ物質）のラマン散乱光の強度およびラマンシフトを取得する。処理部８０は、取得された強度およびラマンシフトに基づいて、検量線Ｃ１，Ｃ２を作成する。作成した検量線Ｃ１，Ｃ２を、データベース６２に登録する。
【００７２】
次に、上記の式（１）を準備する（Ｓ２）。まず、被覆率θが１の場合のラマンシフトνＭＡＸを求める。具体的には、処理部８０は、第１検量線Ｃ１に基づいて、被覆率θが１の場合のラマンシフトνＭＡＸを求める。図３に示すように、ラマンシフトは、濃度が大きくなるに従って大きくなるが、ある濃度以上（θ≧１となる濃度）では、ラマンシフトは一定となって最大値νＭＡＸをとる。求めたラマンシフトνＭＡＸをデータベース６２に登録する。
【００７３】
次に、強度Ｉθ＝１を求める。強度Ｉθ＝１は、被覆率θが１の場合の強度である。具体的には、処理部８０は、第１検量線Ｃ１に基づいて、θ≧１となる濃度のうちの最小の濃度Ｎθ＝１を求め、図４に示す第２検量線Ｃ２に基づいて、濃度Ｎθ＝１から強度Ｉθ＝１を求める。求めた強度Ｉθ＝１をデータベース６２に登録する。なお、ラマンシフトは、図３に示すように、θ≧１となる濃度において一定となるが、強度は、図４に示すように、θ≧１となる濃度において一定とならずに、単調に増加する。
【００７４】
次に、係数Ａを求める。具体的には、処理部８０は、第１検量線Ｃ１に基づいて、濃度と、ラマンシフトνＭＡＸから各濃度におけるラマンシフトを引いた値Δνと、の第１相関図を作成する。さらに、処理部８０は、第２検量線Ｃ２に基づいて、濃度と、強度ＩＳＥＲＳと強度Ｉθ＝１との相対強度（ＩＳＥＲＳ／Ｉθ＝１）と、の第２相関図を作成する。次に、処理部８０は、第１相関図のプロットに第２相関図のプロットをフィティングさせて、係数Ａを求める。求めた係数Ａを、データベース６２に登録する。なお、係数Ａの求め方の詳細については、後述する。
【００７５】
以上により、式（１）を準備することができ、データベース６２を準備することができる。
【００７６】
次に、定量分析の対象となる標的物質のラマン散乱光ＬＲＡＭを検出する（Ｓ３）。具体的には、測定部１０２において、標的物質が吸着した、入射光の波長よりも小さい金属構造体１４に光を照射して、標的物質のラマン散乱光ＬＲＡＭを検出する（図１参照）。
【００７７】
次に、ラマンシフト取得部８１は、検出したラマン散乱光ＬＲＡＭのラマンシフトを取得し、強度取得部８２は、検出したラマン散乱光ＬＲＡＭの強度を取得する（Ｓ４）。
【００７８】
次に、ラマンシフト差算出部８３は、ラマンシフト取得部８１において取得したラマンシフトと、データベース６２に登録されているラマンシフト（第１検量線Ｃ１から得られたθ＝１の場合のラマンシフト）νＭＡＸと、の差Δνを求める（Ｓ５）。
【００７９】
次に、強度算出部８４は、ラマンシフト差算出部８３において求めた差Δνと、データベース６２に登録されている強度（第２検量線Ｃ２から得られたθ＝１の場合の強度）Ｉθ＝１と、に基づいて、標的物質のラマン散乱光ＬＲＡＭの強度ＩＳＥＲＳを求める（Ｓ６）。具体的には、強度算出部８４は、差Δνと、データベース６２に登録されている式（１）と、に基づいて、強度ＩＳＥＲＳを求める。
【００８０】
次に、第１定量値算出部８５は、データベース６２に登録されている第２検量線Ｃ２に基づいて、強度算出部８４において算出したＩＳＥＲＳから、標的物質の濃度を求める（Ｓ７）。すなわち、本実施形態に係る定量方法では、工程（Ｓ６）および工程（Ｓ７）によって、取得したラマンシフトに基づいて標的物質を定量することができる。
【００８１】
次に、第２定量値算出部８６は、データベース６２に登録されている第２検量線Ｃ２に基づいて、強度取得部８２において取得した強度から、標的物質の濃度を求める（Ｓ８）。
【００８２】
次に、被覆率判定部８７は、ラマンシフト差算出部８３で求めた差Δνに基づいて、被覆率θが１未満か１以上か判定する（Ｓ９）。
【００８３】
次に、定量値決定部８８は、被覆率判定部８７において被覆率θが１未満と判定された場合は、工程（Ｓ７）において定量した値を定量値として決定し、被覆率判定部８７において被覆率θが１以上と判定された場合は、工程（Ｓ８）において定量した値を定量値として決定する（Ｓ１０）。
【００８４】
以上の工程により、標的物質を定量することができる。
【００８５】
なお、工程（Ｓ８）の順番は、工程（Ｓ４）の後であって工程（Ｓ９）の前であれば、特に限定されない。
【００８６】
また、工程（Ｓ９）は、工程（Ｓ７）および工程（Ｓ８）の前に行われてもよい。この場合、工程（Ｓ１０）は行われず、工程（Ｓ９）において被覆率θが１未満と判断された場合には、工程（Ｓ７）において標的物質の濃度を求め、工程（Ｓ９）において被覆率θが１と判断された場合には、工程（Ｓ８）において標的物質の濃度を求めてもよい。
【００８７】
１．４．  測定部の具体的な構成
ラマン分光装置１００の測定部１０２の具体的な構成について説明する。図６は、ラマン分光装置１００の測定部１０２の具体的な構成を模式的に示す図である。
【００８８】
ラマン分光装置１００の測定部１０２は、図６に示すように、気体試料保持部１１０と、検出部１２０と、制御部１３０と、検出部１２０および制御部１３０を収容している筐体１４０と、を含む。
【００８９】
気体試料保持部１１０は、光学素子１０と、光学素子１０を覆うカバー１１２と、吸引流路１１４と、排出流路１１６と、を有している。検出部１２０は、光源２０と、レンズ１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄと、ハーフミラー１２４と、光検出器３０と、を有している。制御部１３０は、光検出器３０において検出された信号を定量計算部１０４（図１参照）に送る検出制御部１３２と、光源２０などの電力を制御する（供給する）電力制御部１３４と、を有している。制御部１３０は、図６に示すように、外部との接続を行うための接続部１３６と、電気的に接続されていてもよい。
【００９０】
ラマン分光装置１００の測定部１０２では、排出流路１１６に設けられている吸引機構１１７を作動させると、吸引流路１１４および排出流路１１６内が負圧になり、吸引口１１３から検出すべき標的物質を含んだ気体試料が吸引される。吸引口１１３には除塵フィルター１１５が設けられており、比較的大きな粉塵や一部の水蒸気などを除去することができる。気体試料は、吸引流路１１４、光学素子１０の表面付近、および排出流路１１６を通り、排出口１１８から排出される。気体試料が光学素子１０の表面付近を通る際に、標的物質は、光学素子１０の表面に吸着して検出される。
【００９１】
吸引流路１１４および排出流路１１６の形状は、外部からの光が光学素子１０に入射しないような形状である。これにより、ラマン散乱光以外の雑音となる光が入射しないため、信号のＳ/Ｎ比を向上させることができる。流路１１４，１１６を構成する材料は、例えば、光を反射し難いような材料や色である。
【００９２】
吸引流路１１４および排出流路１１６の形状は、気体試料に対する流体抵抗が小さくなるような形状である。これにより、高感度な検出が可能になる。例えば、流路１１４，１１６の形状を、できるだけ角部をなくし滑らかな形状にすることで、角部における気体試料の滞留をなくすことができる。吸引機構１１７としては、例えば、流路抵抗に応じた静圧、風量のファンモーターやポンプを用いる。
【００９３】
ラマン分光装置１００の測定部１０２では、光学素子１０に、単一波長の光源（レーザー光源）２０から光が照射される。光源２０から射出された光は、レンズ１２２ａで集光された後、ハーフミラー１２４およびレンズ１２２ｂを介して、光学素子１０に入射する。光学素子１０からは、ＳＥＲＳ光が放射され、該光は、レンズ１２２ｂ、ハーフミラー１２４、およびレンズ１２２ｃ，１２２ｄを介して、光検出器３０に至る。ＳＥＲＳ光には、光源２０からの入射波長と同じ波長のレイリー散乱光が含まれているので、光検出器３０のフィルター１２６によってレイリー散乱光を除去する。レイリー散乱光が除去された光は、光検出器３０の分光器１２７を介して受光素子１２８にて受光される。
【００９４】
光検出器３０の分光器１２７は、例えば、ファブリペロー共振を利用したエタロン等で形成されており、通過波長帯域を可変とすることができる。光検出器３０の受光素子１２８によって、標的物質に特有のラマンスペクトルが得られ、例えば、得られたラマンスペクトルと予め保持するデータとを照合することで、標的物質の信号強度を検出することができる。
【００９５】
なお、ラマン分光装置１００の測定部１０２は、光学素子１０、光源２０、および光検出器３０を含み、光学素子１０に標的物質を吸着させ、そのラマン散乱光を取得することができれば、上記の例に限定されない。
【００９６】
本実施形態に係る定量方法では、例えば、以下の特徴を有する。
【００９７】
本実施形態に係る定量方法では、取得したラマンシフトに基づいて標的物質を定量する工程を含む。ラマンシフトの変動係数は、ラマン散乱光ＬＲＡＭの強度の変動係数よりも小さい（後述する表１参照）。そのため、本実施形態に係る定量方法では、ラマン散乱光ＬＲＡＭの強度に基づいて標的物質を定量する場合に比べて、高い精度で標的物質を定量することができる。
【００９８】
ここで、化学増強効果を発現する吸着物質のラマン散乱光ＬＲＡＭの強度（ＳＥＲＳ強度）ＩＳＥＲＳは、下記式（２）で表される。下記式（２）において、Ｎは、標的物質の吸着分子数であり、ＥはＳＰＲによって誘起される電場である。
【００９９】
ＩＳＲＥＳ∝Ｎ×｜Ｅ｜４  ・・・  （２）
【０１００】
Ｎ０を被覆率１のときの標的物質の分子数とし、θを標的物質の分子の被覆率とすると、Ｎ＝Ｎ０×θであるから、式（２）は、下記式（３）と表される。
【０１０１】
ＩＳＲＥＳ∝Ｎ０×θ×｜Ｅ｜４  ・・・  （３）
【０１０２】
式（３）より、ＩＳＥＲＳは、θに依存することがわかる。したがって、低濃度（被覆率が１よりも小さい場合）は、十分なＳＥＲＳ強度を得ることができず、Ｓ／Ｎが悪くなり、高い精度で標的物質を定量することができない。
【０１０３】
しかしながら、本実施形態に係る定量方法では、強度ＩＳＥＲＳではなくラマンシフトに基づいて、標的物質を定量するので、被覆率が１より小さい場合に、高い精度で標的物質を定量することができる。
【０１０４】
本実施形態に係る定量方法では、標的物質を定量する工程は、差Δνと強度Ｉθ＝１とに基づいて、標的物質のラマン散乱光の強度ＩＳＥＲＳを求める工程と、第２検量線Ｃ２に基づいて、強度ＩＳＥＲＳから標的物質の濃度を求める工程と、を有する。このように、本実施形態に係る定量方法では、第１検量線Ｃ１に基づいて、取得したラマンシフトから直接的に標的物質の濃度を求めるのではなく、取得したラマンシフトを強度に変換し、第２検量線Ｃ２に基づいて、強度から標的物質の濃度を求める。ここで、濃度とラマンシフトとの相関を示す曲線は、線形性に乏しく、関係式として表すことが困難である。本実施形態に係る定量方法では、ラマンシフトを強度に変換し、関係式として表すことが容易な濃度と強度との相関を利用して標的物質の濃度を求めることにより、より高い精度で標的物質を定量することができる。
【０１０５】
本実施形態に係る定量方法では、差Δνに基づいて、被覆率θが１未満か１以上か判定する工程と、被覆率θが１未満の場合は、ラマンシフトに基づいて標的物質を定量する工程において、定量した値を定量値として決定し、被覆率θが１以上の場合は、強度に基づいて標的物質を定量する工程において、定量した値を定量値として決定する工程と、を含む。そのため、本実施形態に係る定量方法では、被覆率θが１以上の場合においても、標的物質を定量することができる。
【０１０６】
２．  実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によって何ら限定されるものではない。
【０１０７】
２．１．  光学素子の作製
ガラス基板（基板１２）上に、真空蒸着法によって、厚さ１０ｎｍのＡｇを成膜速度０．２Å／秒で成膜して、Ａｇナノ粒子（金属構造体１４）を形成した。これにより、光学素子を形成した。図７は、本実験に用いた光学素子のＳＥＭ写真である。
【０１０８】
２．２．  ラマン散乱光検出
標的物質として、メタンチオールを用いた。濃度を１６５ｐｐｂ（ｐａｒｔ  ｐｅｒ  ｂｉｌｌｉｏｎ）および２６０ｐｐｂに調整した気体状のメタンチオールを、光学素子に曝露した。光学素子のＡｇナノ粒子に接触したメタンチオールの一部は、Ａｇナノ粒子表面に吸着した。メタンチオールを暴露させながら、光学素子表面に、強度１ｍＷ、波長６３２．８ｎｍのレーザー光を３０秒間照射し、光学素子表面から放射されるラマン散乱光を検出してＳＥＲＳスペクトルを得た。
【０１０９】
図８は、測定位置を変えて７回測定した濃度１６５ｐｐｂのＳＥＲＳスペクトルである。図９は、測定位置を変えて７回測定した濃度２６０ｐｐｂのＳＥＲＳスペクトルである。図８および図９に示すように、６７０ｃｍ−１〜６９０ｃｍ−１に、メタンチオールに特徴的なＳ−Ｃ振動のピークが確認された。
【０１１０】
図１０は、１６５ｐｐｂおよび２６０ｐｐｂの７回の測定からそれぞれ１回を抜き出して比較したものである。図１０に示すように、メタンチオールの濃度に応じて、ピークの強度およびラマンシフトに差があることがわかる。このピークの強度およびラマンシフトと、メタンチオールの濃度と、の相関関係を用いて、濃度未知の試料について定量を行うことができる。
【０１１１】
２．３．  スペクトルの解析
図８および図９で得られたＳＥＲＳスペクトルのピークの強度およびラマンシフトを表１に示す。ピークの強度は、６７０ｃｍ−１〜６９０ｃｍ−１に見られるＳ−Ｃ振動のピークの最大値からバックグラウンドのピークの高さを差し引くことで算出した。ラマンシフトは、６７０ｃｍ−１〜６９０ｃｍ−１に見られるＳ−Ｃ振動のピークの最大値のラマンシフトを読み取った。強度およびラマンシフトについて、平均、標準偏差、変動係数を、それぞれ下記式（４）〜（６）を用いて算出した。
【０１１２】
【表１】
2015059892.tif 000003
【０１１３】
【数１】
2015059892.tif 000004
【０１１４】
式（４）および式（５）において、ｘｉは、ｉ番目の実験結果の値、ｎは、データ数（今回はｎ＝７）である。変動係数とは、データのばらつきを示す指標であり、変動係数の値が小さいほどばらつきは小さく、変動係数の値が大きいほどばらつきは大きい。
【０１１５】
表１に示すように、１６５ｐｐｂの場合は、強度の変動係数が１３．６％、ラマンシフトの変動係数が０．０９％であり、２６０ｐｐｂの場合は、強度の変動係数が５．８％、ラマンシフトの変動係数が０．０８％である。すなわち、ラマンシフトの変動係数の方が、強度の変動係数に比べて、小さく、ばらつきが抑えされていることがわかる。図１１は、表１の結果をプロットしたものである。プロットの上下に変動係数をエラーバーで表示している。
【０１１６】
表１および図１１に示すように、強度よりもラマンシフトの方がばらつきが小さく、ラマンシフトに基づいて濃度を求めることで、ばらつきを抑えることができ、高い精度で標的物質を定量できることがわかる。
【０１１７】
２．４．  検量線の作成
メタンチオールの濃度を１６５ｐｐｂ、２６０ｐｐｂ、４１０ｐｐｂ、８００ｐｐｂと変化させて光学素子に曝露したときのＳＥＲＳスペクトルを測定した。図１２は、メタンチオールの濃度と、ＳＥＲＳスペクトルのピークのラマンシフトと、の関係を示すグラフである。図１３は、メタンチオールの濃度と、ＳＥＲＳスペクトルのピークの強度と、の関係を示すグラフである。図１２は、上述した第１検量線Ｃ１となり、図１３は、上述した第２検量線Ｃ２となる。
【０１１８】
メタンチオールの濃度が高いほど、光学素子表面に対するメタンチオールの被覆率θは大きくなり、Ａｇナノ粒子に吸着したメタンチオール分子間の距離は小さくなる。そのため、吸着したメタンチオール分子は、分子間相互作用によって、より安定化される。これにより、濃度が高いほど、分子振動のエネルギーが大きくなり、図１２に示すように、ラマンシフトは大きくなる。また、濃度が高いほど、被覆率θは大きくなるため、図１３に示すように、強度も大きくなる。
【０１１９】
２．５．  係数Ａの算出
図１２に示すように、濃度８００ｐｐｂのときは、ラマンシフトは飽和しており、被覆率θは１である。８００ｐｐｂのときのピークのラマンシフトをνＭＡＸとし、強度をＩθ＝１とした。
【０１２０】
図１４は、ラマンシフトνＭＡＸからそれぞれの濃度でのラマンシフトを差し引いた値Δνをプロットしたものである。図１５は、それぞれの濃度での強度ＩＳＥＲＳをＩθ＝１で割った値（ＩＳＥＲＳ／Ｉθ＝１）を相対強度として、プロットしたものである。
【０１２１】
図１５のプロットに対して以下の演算処理を施し、図１４のプロットに近づける操作を行った。まず、図１５のプロットにマイナスを掛けて、上下を逆転させた。次に、マイナス値をプラス値にするために、オフセットをかけてプラス値とした（具体的には、１を足した）。その後、図１４の縦軸のΔνの値に合わせるように、係数Ａを乗じた。本実験では、Ａ＝１８とすることにより、図１５のプロットを、図１４のプロットに重ねる（フィッティングさせる）ことができた。図１６は、図１５のプロット（ＩＳＥＲＳ／Ｉθ＝１）を、図１４のプロット（Δν）にフィッティングさせた状態を示すグラフである。
【０１２２】
以上のように、係数Ａは、メタンチオール（標的物質）の濃度とΔνとの関係を示したプロットに、メタンチオール（標的物質）の濃度と相対強度（ＩＳＥＲＳ／Ｉθ＝１）と関係を示したプロットを、フィティングさせるための係数である。
【０１２３】
なお、「フィティング」とは、図１５のプロットを図１４のプロットに完全に重ねる場合と、図１５のプロットを１４のプロットに完全には重ねずに、所定の単位でＡを変化させて、図１５のプロットを図１４のプロットに最も近づける場合と、を含む。Ａを変化させる所定の単位は、特に限定されず、「１」であってもよいし、「０．１」であってもよい。すなわち、Ａを１ずつ変化させて図１５のプロットが図１４のプロットに最も近づいたときの値を係数Ａとして算出してもよいし、Ａを０．１ずつ変化させて図１５のプロットが図１４のプロットに最も近づいたときの値を係数Ａとして算出してもよい。係数Ａは、整数であってもよい。
【０１２４】
２．６．  メタンチオール以外の標的物質
標的物質として、メタンチオールの代わり、ヘキサデカンチオールを用いて実験を行った。図１７は、ヘキサデカンチオールの濃度を２００ｐｐｂ、４２０ｐｐｂ、８５０ｐｐｂと変化さて光学素子に暴露したときのＳＥＲＳスペクトルである。図１７で得られたＳＥＲＳスペクトルのピークの強度およびラマンシフトを表２に示す。
【０１２５】
【表２】
2015059892.tif 000005
【０１２６】
図１７および表２に示すように、ヘキサデカンチオールの場合でも、メタンチオールの場合と同様に、濃度に応じてピークの強度およびラマンシフトが変化することがわかる。メタンチオールおよびヘキサデカンチオールは、化学増強効果を発現する物質である。本実験より、メタンチオールに限らず、化学増強効果を発現する標的物質であれば、濃度に応じてピークの強度およびラマンシフトが変化するといえる。
【０１２７】
３．  変形例
次に、本実施形態の変形例に係る定量方法について、図面を参照しながら説明する。図１８は、本実施形態の変形例に係る定量方法を説明するためのフローチャートである。  以下、本実施形態の変形例に係る定量方法において、本実施形態に係る定量方法の例と異なる点について説明し、同様の点については説明を省略する。
【０１２８】
本実施形態に係る定量方法では、図５に示すように、取得したラマンシフトを強度に変換し、第２検量線Ｃ２に基づいて、強度から標的物質の濃度を求めた。具体的には、工程（Ｓ７）では、第２検量線Ｃ２に基づいて、工程（Ｓ６）において算出した強度ＩＳＥＲＳから、標的物質の濃度を求めた。
【０１２９】
これに対し、本実施形態の変形例に係る定量方法では、図１８に示すように、図３に示す第１検量線Ｃ１に基づいて、取得したラマンシフトから直接的に標的物質を定量する。具体的には、工程（Ｓ７）では、第１検量線Ｃ１に基づいて、工程（Ｓ４）において取得したラマンシフトから、標的物質の濃度を求める。なお、本実施形態の変形例に係る定量方法では、図１８に示すように、図５に示す工程（Ｓ２）および工程（Ｓ６）は、有していなくてもよい。
【０１３０】
本実施形態の変形例に係る定量方法では、本実施形態に係る定量方法と同様に、高い精度で標的物質を定量することができる。
【０１３１】
４．  電子機器
次に、本実施形態に係る電子機器２００について、図面を参照しながら説明する。図１９は、本実施形態に係る電子機器２００を模式的に示す図である。電子機器２００は、本発明に係るラマン分光装置を含むことができる。以下では、本発明に係るラマン分光装置としてラマン分光装置１００を含む電子機器２００について説明する。
【０１３２】
電子機器２００は、図１９に示すように、ラマン分光装置１００と、光検出器３０からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する演算部２１０と、健康医療情報を記憶する記憶部２２０と、健康医療情報を表示する表示部２３０と、を含む。
【０１３３】
演算部２１０は、例えば、パーソナルコンピューター、携帯情報端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）であり、光検出器３０から送出される検出情報（信号等）を受け取る。演算部２１０は、光検出器３０からの検出情報に基づいて健康医療情報を演算する。演算された健康医療情報は、記憶部２２０に記憶される。
【０１３４】
記憶部２２０は、例えば、半導体メモリー、ハードディスクドライブ等であり、演算部２１０と一体的に構成されてもよい。記憶部２２０に記憶された健康医療情報は、表示部２３０に送出される。
【０１３５】
表示部２３０は、例えば、表示板（液晶モニター等）、プリンター、発光体、スピーカー等により構成されている。表示部２３０は、演算部２１０によって演算された健康医療情報等に基づいて、ユーザーがその内容を認識できるように、表示または発報する。
【０１３６】
健康医療情報としては、細菌、ウィルス、タンパク質、核酸、および抗原・抗体からなる群より選択される少なくとも１種の生体関連物質、または、無機分子および有機分子から選択される少なくとも１種の化合物の有無若しくは量に関する情報を含むことができる。
【０１３７】
なお、演算部２１０は、図１に示す処理部８０によって構成されていてもよい。記憶部２２０は、図１に示す記憶部６０によって構成されていてもよい。表示部２３０は、図１に示す表示部５０によって構成されていてもよい。
【０１３８】
電子機器２００では、高い精度で標的物質を検出することができるラマン分光装置１００を含む。そのため、電子機器２００では、微量物質の検出を容易に行うことができ、高精度な健康医療情報を提供することができる。
【０１３９】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１４０】
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１４１】
１０…光学素子、１２…基板、１４…金属構造体、２０…光源、３０…光検出器、４０…操作部、５０…表示部、６０…記憶部、６２…データベース、７０…記憶媒体、８０…処理部、８１…ラマンシフト取得部、８２…強度取得部、８３…ラマンシフト差算出部、８４…強度算出部、８５…第１定量値算出部、８６…第２定量値算出部、８７…被覆率判定部、８８…定量値決定部、１００…ラマン分光装置、１０２…測定部、１０４…定量計算部、１１０…気体試料保持部、１１２…カバー、１１３…吸引口、１１４…吸引流路、１１５…除塵フィルター、１１６…排出流路、１１７…吸引機構、１１８…排出口、１２０…検出部、１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄ…レンズ、１２４…ハーフミラー、１２６…フィルター、１２７…分光器、１２８…受光素子、１３０…制御部、１３２…検出制御部、１３４…電力制御部、１３６…接続部、１４０…筐体、２００…電子機器、２１０…演算部、２２０…記憶部、２３０…表示部
【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１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図７】
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