(57)【要約】【課題】所定の液体中の試料に対しても、中赤外光による分光分析を行うことができる分光分析装置及び分光分析法を提供すること。【解決手段】中赤外光を発生させる光源１２と、水中で試料Ｔを保持する試料保持部１５と、中赤外光を伝送可能に設けられるとともに、光源１２からの中赤外光を試料Ｔに照射するプローブ１７と、中赤外光が照射された試料Ｔにおける透過光、反射光、及び／又は散乱光の状態を検出可能な検出器１９とを備えて分光分析装置１０が構成されている。プローブ１７は、導波部位が空洞になる中空光ファイバーによって形成され、その開口部１７Ｂが試料Ｔに接触若しくは近接した状態で、開口部１７Ｂから試料Ｔに中赤外光を照射するようになっている。【選択図】          図１
2004294150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中赤外光を発生させる光源と、所定の液体中で試料を保持する試料保持部と、中赤外光を伝送可能に設けられるとともに、前記光源からの中赤外光を前記試料に照射するプローブと、中赤外光が照射された試料における透過光、反射光、及び／又は散乱光の状態を検出可能な検出器とを備え、
前記プローブは、その開口部が前記試料に接触若しくは近接した状態で、前記開口部から前記試料に中赤外光を照射することを特徴とする分光分析装置。
【請求項２】
前記プローブは、導波部位が空洞となる中空光ファイバーによって形成されていることを特徴とする請求項１記載の分光分析装置。
【請求項３】
前記プローブの先端側領域は、前記開口部に向かって次第に小径となるテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の分光分析装置。
【請求項４】
中赤外光を伝送可能なプローブを用い、当該プローブの開口部を所定の液体中の試料に接触若しくは近接させた後、所定の光源からの中赤外光を前記プローブ内に導いて前記開口部から中赤外光を前記試料に照射し、当該試料における透過光、反射光、及び／又は散乱光の状態を検出することを特徴とする分光分析法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は分光分析装置及び分光分析法に係り、更に詳しくは、中赤外線を用いた水中分光分析が可能な分光分析装置及び分光分析法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、細胞を構成する分子の振動状態等を把握するために、当該細胞に所定の波長の光を照射し、前記細胞における透過光や散乱光等を検出する分光分析法が知られている。この分光分析法としては、一例として、ラマン効果を利用したラマン分光分析法、赤外吸収スペクトルを検出する赤外分光分析法等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の分光分析法では、水中に放置した細胞の分析には一定の限界があり、生細胞に対する分子の振動状態等を詳細に把握できないという不都合がある。例えば、前記ラマン分光分析法では、水中に存在する生細胞に対し、アミドＩと呼ばれる分子振動状態を検出できるが、アミドＩＩと呼ばれる他の分子振動状態を検出することができない。ここで、アミドＩＩの分子振動状態は、中赤外光の吸収スペクトルを測定することで検出可能であるが、中赤外光は水に吸収され易いため、前記従来の分光分析法では、水中に存在する生細胞のアミドＩＩの分子振動状態を検出することが不可能であった。
【０００４】
【発明の目的】
本発明は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、所定の液体中の試料に対しても、中赤外光による分光分析を行うことができる分光分析装置及び分光分析法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る分光分析装置は、中赤外光を発生させる光源と、所定の液体中で試料を保持する試料保持部と、中赤外光を伝送可能に設けられるとともに、前記光源からの中赤外光を前記試料に照射するプローブと、中赤外光が照射された試料における透過光、反射光、及び／又は散乱光の状態を検出可能な検出器とを備え、
前記プローブは、その開口部が前記試料に接触若しくは近接した状態で、前記開口部から前記試料に中赤外光を照射する、という構成を採っている。このような構成によれば、中赤外光を伝送可能なプローブが用いられるとともに、その開口部を試料に接触若しくは近接した状態で、開口部から試料に中赤外光が照射されるため、試料が液体中に存在していても、当該液体に対する中赤外光の吸収を大幅に抑制して当該中赤外光を確実に試料に照射することができ、所定の液体中の試料に対して中赤外光を使った分光分析が可能となる。
【０００６】
本発明におけるプローブは、導波部位が空洞となる中空光ファイバーによって形成される、という構成を採ることが好ましい。このような構成によれば、プローブが中空光ファイバーにより形成されているため、光導波の際におけるファイバーの自家蛍光の発生がなくなり、当該自家蛍光による測定上の影響が排除され、分析精度を高めることができる。
【０００７】
また、前記プローブの先端側領域は、前記開口部に向かって次第に小径となるテーパ状に形成される、という構成を併用することができる。これにより、空間分解能を高めることができ、より小さな試料の測定も可能となる。特に、開口部の内径を中赤外光の波長よりも小さくした場合には、開口部の外側に近接場光を発生させることができ、当該近接場光の散乱現象を利用した分光分析も可能となる。従って、一個の生細胞のような微細な試料についても、中赤外光を使った分光分析が可能となり、生細胞の分光観察を一層現実的に行えることが期待できる。
【０００８】
更に、本発明に係る分光分析法は、中赤外光を伝送可能なプローブを用い、当該プローブの開口部を所定の液体中の試料に接触若しくは近接させた後、所定の光源からの中赤外光を前記プローブ内に導いて前記開口部から中赤外光を前記試料に照射し、当該試料における透過光、反射光、及び／又は散乱光の状態を検出する、という手法を採っており、このような手法によっても、前述した目的を達成することができる。
【０００９】
なお、本明細書における「中赤外光」とは、２μｍ〜１０μｍ程度の波長を有する光を意味する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１には、本実施形態に係る分光分析装置の概略構成図が示されている。この図において、分光分析装置１０は、中赤外光を発生させる光源１２と、この光源１２からの光を分光する分光器１３と、水等の液体Ｌ中で試料Ｔを保持する試料保持部１５と、分光器１３からの中赤外光を試料Ｔに照射するプローブ１７と、中赤外光が照射された試料Ｔにおける透過光、反射光、及び／又は散乱光の状態を検出するＭＣＴ等の検出器１９と、分光器１３とプローブ１７との間に繋がる第１の光路２１と、この第１の光路２１の途中に設けられた可動式の半透鏡２２と、試料保持部１５と検出器１９との間に繋がる第２の光路２４と、この第２の光路２４の途中に設けられた可動式の反射鏡２５と、半透鏡２２及び反射鏡２５の間をバイパスして繋がる第３の光路２７とを備えて構成されている。
【００１２】
前記光源１２は、中赤外光を発生できるものであれば何でも良く、例えば、ニクロム光源、セラミック光源、レーザー光源等が用いられる。
【００１３】
前記プローブ１７は、図２に示されるように、導波部位が空洞となる中空光ファイバーによって形成されている。このプローブ１７は、導波部位となる中空コア部２９と、この中空コア部２９の外周側に位置する円筒状のファイバー形成体３０とにより構成されている。このファイバー形成体３０は、図２（Ｂ）に示されるように、種々の金属等が径方向に積層されてなり、具体的に、内周側（同図中左側）から順に、フッ化カルシウムにより形成された内側誘電体層３２と、フッ化イットリウムにより形成された中間誘電体層３３と、金や銀等により形成された金属層３４と、ニッケル等により形成されて前記各層３２〜３４を補強するメッキ層３５と、熱収縮性樹脂等により形成された外皮チューブ３６とをからなる。また、図２（Ａ）に示されるように、プローブ１７の先端側領域１７Ａは、最先端に位置する開口部１７Ｂに向かって次第に小径となるテーパ状に形成されているとともに、試料保持部１５に保持された試料Ｔに開口部１７Ｂが略接触若しくは近接した状態で配置される。ここで、開口部１７Ｂが試料Ｔに近接した状態とは、近接場光による分光分析を可能とする状態、つまり、開口部１７Ｂと試料Ｔとの最短離間幅がｎｍオーダとなる状態を意味する。なお、前記近接場光による分光分析とは、プローブ１７内を伝送する光の波長よりも開口部１７Ｂの内径を小さくすることで発生した近接場光に対する散乱光の分光分析である。
【００１４】
ところで、本発明者らは、プローブ１７を構成する前記中空光ファイバーに対し、中赤外線の伝送特性を実験、実証した。ここでは、中空光ファイバーの内径を一定（０．６ｍｍ）とし、５０ｍｍ〜２００ｍｍの間で長さを５段階に変え、それぞれに対して中赤外線を伝送させたところ、分光測定を行うのに十分なエネルギーを持って伝送できることが実証された。また、これら中空光ファイバーの後にポリスチレンフィルムを配置したときの光の透過率を測定したところ、そのスペクトルが、中空光ファイバーの前にポリスチレンフィルムを配置したときのスペクトル（ポリスチレンフィルムの固有のスペクトル）と略同一であることが実証された。従って、前記中空光ファイバーは、中赤外光の伝送が略ゼロとなる従来の石英ベースのファイバーと異なり、中赤外線域における分光分析に十分利用可能であることが実証された。また、図２（Ａ）のように、先端側領域１７Ａにテーパ面が形成された長さ５０ｍｍの中空光ファイバーに対しても同様の実験を行ったところ、分光測定を行うのに十分なエネルギー伝送が確認された。なお、ここでの内径は、最大径を０．６ｍｍとする一方、開口端１７Ｂの最小径を０．１ｍｍとした。更に、前記中空光ファイバーは、高い空間分解能や高い撥水性を有することも実証された。
【００１５】
前記検出器１９では、例えば、中赤外光が試料Ｔに照射されたときの吸収スペクトルと、反射光又は散乱光に係るスペクトルとを選択的に測定可能となっている。
ここで、透過光に基づく前者の測定の場合には、図３（Ａ）に示されるように、半透鏡２２及び反射鏡２５が第１及び第２の光路２１，２４の外側に移動するようになっている。そして、分光器１３からの中赤外光は、第１の光路２１を通ってプローブ１７から試料Ｔに照射され、当該試料Ｔの透過光が第２の光路２４を通って検出器１９で測定されるようになっている。なお、この場合には、第３の光路２７には、光の通過が許容されないようになっている。
一方、反射光等に基づく後者の測定の場合には、図３（Ｂ）に示されるように、半透鏡２２及び反射鏡２５が第１及び第２の光路２１，２４内に配置されるようになっている。そして、分光器１３からの中赤外光は、第１の光路２１を通ってプローブ１７から試料Ｔに照射され、当該試料Ｔの反射光等は、プローブ１７の開口部１７Ｂから前述と逆方向に伝送され、半透鏡２２から第３の光路２７に入り、反射鏡２５を介して検出器１９で測定されるようになっている。
【００１６】
以上の測定に際しては、試料保持部１５の液体Ｌ中に生細胞等の試料Ｔを置いた状態で、当該試料Ｔにプローブ１７の開口部１７Ｂを接触させる。また、微細な試料を測定するには、近接場光による分光測定も可能であり、この場合には、試料Ｔから開口部１７Ｂを僅かに離した前述の近接状態とする。ここで、試料Ｔに対する開口部１７Ｂの接触時若しくは近接時にあっては、プローブ１７の撥水性や開口部１７Ｂの内径の大きさ等により、当該開口部１７Ｂと試料Ｔとの間に、中赤外光を殆ど吸収しない程度の微量の水膜しか存在しないようになる。その後、光源１２からの中赤外光が開口部１７Ｂから試料Ｔに照射され、当該照射による試料Ｔの透過光や反射光等の強度が検出器１９で測定される。
【００１７】
従って、このような実施形態によれば、中赤外光を液体中の試料Ｔに照射するプローブ１７として、前述した中空光ファイバーが用いられているため、石英ベースの光ファイバーでは得られない中赤外光の伝送特性を得ることができ、しかも、自家蛍光による測定上の影響をなくすことができる。更に、プローブ１７の開口部１７Ｂを液体中の試料Ｔに接触若しくは近接させた状態で、開口部１７Ｂから試料Ｔに中赤外光が照射されるため、液体による中赤外光の吸収を最小限に抑えることができ、液体中の試料に対する中赤外域の分光分析が可能になるという効果を得る。
【００１８】
なお、本発明におけるプローブとしては、前述した構造の中空光ファイバーに限らず、中赤外光を伝送可能な他の光導波部材により形成することもできる。
【００１９】
また、前記分光器１３は、検出器１９と反射鏡２５との間に配置することもできる。
【００２０】
更に、前記実施形態の分光分析装置１０は、光源１２を変えることで、可視域や他の赤外域における分光分析（ラマン分光分析等）を行えるようにもできる。
【００２１】
また、試料保持部１５で、液体を存在させずに試料Ｔを保持した場合には、従来と同様の分光分析を行うことができ、液体の存在に拘らず種々の試料に関する分光分析が可能となる。
【００２２】
更に、生細胞を分析する場合、細胞中のイオンの透過を調べるパッチクランプ法を併用することもできる。このようにすると、分光分析による分子の振動と、イオン透過による通電時の細胞の状態とを相関させて測定可能となる。
【００２３】
以上の他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所定の液体中の試料に対し、中赤外光を用いた分光分析を行うことができ、特に、生細胞等の分光分析に好適となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における分光分析装置の概略構成図。
【図２】（Ａ）は、前記分光分析装置に適用されるプローブの要部拡大断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＷ部を拡大して表した図である。
【図３】（Ａ）は、透過光の測定時における装置の作用を説明するための図１と同様の構成図であり、（Ｂ）は、反射光等の測定時における装置の作用を説明するための図１と同様の構成図である。
【符号の説明】
１０  分光分析装置
１２  光源
１３  分光器
１５  試料保持部
１７  プローブ
１７Ａ  先端側領域
１７Ｂ  開口部
１９  検出器
２９  中空コア部（導波部位）
Ｔ  試料
Ｌ  液体
【図１】
2004294150.tif 000003
【図２】
2004294150.tif 000004
【図３】
2004294150.tif 000005