(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
標的物質が曝露される電場増強素子と、
白色光およびレーザー光を照射する光源と、
前記電場増強素子に前記白色光および前記レーザー光が照射されたときに、前記電場増強素子が放射する光を検出する光検出器と、
前記電場増強素子に前記白色光が照射されたときの前記光検出器の検出結果に基づいて、反射スペクトルを取得する反射スペクトル取得部と、
前記反射スペクトルに基づいて、前記電場増強素子に前記標的物質が曝露された前後での表面プラズモン共鳴の共鳴波長のシフト量を求めるシフト量算出部と、
前記電場増強素子に前記レーザー光が照射されたときの前記光検出器の検出結果に基づいて、ラマンスペクトルを取得するラマンスペクトル取得部と、
前記ラマンスペクトルに基づいて、前記標的物質に起因するピークのピーク強度を求めるピーク強度算出部と、
前記シフト量および前記ピーク強度に基づいて、前記標的物質を定量する定量部と、
を含む、ラマン分光装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記光源は、
前記白色光を発生させる第１発光素子と、
前記レーザー光を発生させる第２発光素子と、
を有する、ラマン分光装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記定量部は、
前記シフト量に基づいて、前記標的物質を曝露した後の前記電場増強素子における、前記レーザー光の波長での電場増強度の２乗と、前記標的物質に起因するラマン散乱光の波長での電場増強度の２乗と、の積Ｅｉ２×Ｅｓ２を求め、
下記式（１）に基づいて、前記標的物質の分子数Ｎを求める、ラマン分光装置。
【数１】
0006414407.tif 000010
ただし、式（１）において、
ＩＳＥＲＳは、前記ピーク強度であり、
Ｉ０は、前記レーザー光の強度であり、
Ｃは、定数である。
【請求項４】
標的物質が曝露される電場増強素子と、
波長が時間的に変化する第１レーザー光、および波長が時間的に変化しない第２レーザー光を照射する波長可変レーザー光源と、
前記電場増強素子に前記第１レーザー光および前記第２レーザー光が照射されたときに、前記電場増強素子が放射する光を検出する光検出器と、
前記電場増強素子に前記第１レーザー光が照射されたときの前記光検出器の検出結果に基づいて、反射スペクトルを取得する反射スペクトル取得部と、
前記反射スペクトルに基づいて、前記電場増強素子に前記標的物質が曝露された前後での表面プラズモン共鳴の共鳴波長のシフト量を求めるシフト量算出部と、
前記電場増強素子に前記第２レーザー光が照射されたときの前記光検出器の検出結果に基づいて、ラマンスペクトルを取得するラマンスペクトル取得部と、
前記ラマンスペクトルに基づいて、前記標的物質に起因するピークのピーク強度を求めるピーク強度算出部と、
前記シフト量および前記ピーク強度に基づいて、前記標的物質を定量する定量部と、
を含む、ラマン分光装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記定量部は、
前記シフト量に基づいて、前記標的物質を曝露した後の前記電場増強素子における、前記第２レーザー光の波長での電場増強度の２乗と、前記標的物質に起因するラマン散乱光の波長での電場増強度の２乗と、の積Ｅｉ２×Ｅｓ２を求め、
下記式（１）に基づいて、前記標的物質の分子数Ｎを求める、ラマン分光装置。
【数１】
0006414407.tif 000011
ただし、式（１）において、
ＩＳＥＲＳは、前記ピーク強度であり、
Ｉ０は、前記第２レーザー光の強度であり、
Ｃは、定数である。
【請求項６】
請求項３または５において、
前記シフト量と前記積との相関の情報を記憶する記憶部を含む、ラマン分光装置。
【請求項７】
請求項３または５において、
前記シフト量と前記積との相関の情報を、外部の記憶装置から取得する相関情報取得部を含む、ラマン分光装置。
【請求項８】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のラマン分光装置において、
前記光源から射光された光を前記電場増強素子に導き、且つ前記電場増強素子から放射される光を前記光検出器に導くハーフミラーをさらに備える、ラマン分光装置。
【請求項９】
請求項８に記載のラマン分光装置において、
複数の前記ハーフミラーを備える、ラマン分光装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載のラマン分光装置において、
前記電場増強素子から放射される光からレイリー散乱光を除外する光学フィルターをさらに備える、ラマン分光装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項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１２】
請求項１１に記載の電子機器において、
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、測定方法、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、医療診断や食物の検査等における需要がますます増大し、小型で高速なセンシング技術の開発が求められている。電気化学的な手法をはじめさまざまなタイプのセンサーが検討されているが、集積化が可能、低コスト、そして、測定環境を選ばないといった理由から、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）を用いたセンサーに対する関心が高まっている。例えば、全反射型プリズム表面に設けた金属薄膜に発生させたＳＰＲを用いて、抗原抗体反応における抗原の吸着の有無など、物質の吸着の有無を検出するものが知られている。この手法は、ＳＰＲによる消光波長が、検出対象分子の吸着前後でシフトするのを検出することで、検出対象分子の存在をセンシングする。
【０００３】
また、低濃度の分子を検出する高感度分光技術の１つとして、ＳＰＲを利用した表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｒａｍａｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）が注目されている。ＳＥＲＳとは、ナノメートルスケールの凸凹構造を持つ金属表面でラマン散乱光が１０２倍〜１０４倍増強される現象である。レーザーなどの単一波長の励起光を分子に照射すると、励起光の波長から分子の振動エネルギー分だけ僅かにずれた波長の光（ラマン散乱光）が散乱される。この散乱光を分光処理すると、分子種に固有のスペクトル（指紋スペクトル）が得られる。この指紋スペクトルの形状を分析することで、分子を同定することが可能となる。
【０００４】
例えば特許文献１，２および非特許文献１には、上記のようなＳＥＲＳを利用したセンサーチップが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００７−５３８２６４号公報
【特許文献２】特開２００８−１４９３３号公報
【非特許文献１】ＯＰＴＩＣＳ  ＥＸＰＲＥＳＳ，Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．２０，２００９，１７２３４−１７２４１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、検出対象となる標的物質がセンサーチップ（電場増強素子）の金属ナノ粒子（金属微細構造体）に吸着すると、標的物質の屈折率に依存して、局在型表面プラズモン共鳴（ＬＳＰＲ：Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）の共鳴波長がシフトすることが知られている。そのため、金属微細構造体に吸着した標的物質の量、またはその屈折率に応じて、ＳＥＲＳの増強度は、増減してしまう。したがって、特許文献１，２および非特許文献１に記載の技術では、標的物質を正確に定量することができない場合がある。
【０００７】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、標的物質を正確に定量することができる測定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、標的物質を正確に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】
【０００８】
本発明に係る測定方法は、
電場増強素子に白色光を照射して、第１反射スペクトルを取得する工程と、
前記電場増強素子の表面に、標的物質を曝露する工程と、
前記標的物質が曝露された前記電場増強素子に前記白色光を照射して、第２反射スペクトルを取得する工程と、
前記第１反射スペクトルおよび前記第２反射スペクトルに基づいて、前記標的物質を前記電場増強素子に曝露する前後での表面プラズモン共鳴の共鳴波長のシフト量を求める工程と、
前記電場増強素子にレーザー光を照射して、ラマンスペクトルを取得する工程と、
前記ラマンスペクトルに基づいて、前記標的物質に起因するピークのピーク強度を求める工程と、
前記シフト量および前記ピーク強度に基づいて、前記標的物質を定量する工程と、
を含む。
【０００９】
本発明に係る測定方法では、標的物質を電場増強素子に曝露する前後での表面プラズモン共鳴の共鳴波長のシフト量を求めることにより、標的物質を曝露した後の電場増強素子における電場増強度を考慮して、標的物質を定量することができる。これにより、本発明に係る測定方法では、標的物質を正確に定量することができる。
【００１０】
本発明に係る測定方法において、
前記標的物質を定量する工程は、
前記シフト量に基づいて、前記標的物質を曝露した後の前記電場増強素子における、前記レーザー光の波長での電場増強度の２乗と、前記標的物質に起因するラマン散乱光の波長での電場増強度の２乗と、の積Ｅｉ２×Ｅｓ２を求め、
下記式（１）に基づいて、前記標的物質の分子数Ｎを求めて行われてもよい。
【数１】
0006414407.tif 000002
ただし、式（１）において、
ＩＳＥＲＳは、前記ピーク強度であり、
Ｉ０は、前記レーザー光の強度であり、
Ｃは、定数である。
【００１１】
本発明に係る測定方法では、標的物質を正確に定量することができる。
【００１２】
本発明に係る測定方法は、
電場増強素子に波長が時間的に変化する第１レーザー光を照射して、第１反射スペクトルを取得する工程と、
前記電場増強素子の表面に、標的物質を曝露する工程と、
前記標的物質が曝露された前記電場増強素子に前記第１レーザー光を照射して、第２反射スペクトルを取得する工程と、
前記第１反射スペクトルおよび前記第２反射スペクトルに基づいて、前記標的物質を前記電場増強素子に曝露する前後での表面プラズモン共鳴の共鳴波長のシフト量を求める工程と、
前記電場増強素子に波長が時間的に変化しない第２レーザー光を照射して、ラマンスペクトルを取得する工程と、
前記ラマンスペクトルに基づいて、前記標的物質に起因するピークのピーク強度を求める工程と、
前記シフト量および前記ピーク強度に基づいて、前記標的物質を定量する工程と、
を含む。
【００１３】
本発明に係る測定方法では、標的物質を電場増強素子に曝露する前後での表面プラズモン共鳴の共鳴波長のシフト量を求めることにより、標的物質を曝露した後の電場増強素子における電場増強度を考慮して、標的物質を定量することができる。これにより、本発明に係る測定方法では、標的物質を正確に定量することができる。
【００１４】
本発明に係る測定方法において、
前記標的物質を定量する工程は、
前記シフト量に基づいて、前記標的物質を曝露した後の前記電場増強素子における、前記第２レーザー光の波長での電場増強度の２乗と、前記標的物質に起因するラマン散乱光の波長での電場増強度の２乗と、の積Ｅｉ２×Ｅｓ２を求め、
下記式（１）に基づいて、前記標的物質の分子数Ｎを求めて行われてもよい。
【数１】
0006414407.tif 000003
ただし、式（１）において、
ＩＳＥＲＳは、前記ピーク強度であり、
Ｉ０は、前記第２レーザー光の強度であり、
Ｃは、定数である。
【００１５】
本発明に係る測定方法では、標的物質を正確に定量することができる。
【００１６】
本発明に係るラマン分光装置は、
標的物質が曝露される電場増強素子と、
白色光またはレーザー光を照射する光源と、
前記電場増強素子に前記白色光または前記レーザー光が照射されたときに、前記電場増強素子が放射する光を検出する光検出器と、
前記電場増強素子に前記白色光が照射されたときの前記光検出器の検出結果に基づいて、反射スペクトルを取得する反射スペクトル取得部と、
前記反射スペクトルに基づいて、前記電場増強素子に前記標的物質が曝露された前後での表面プラズモン共鳴の共鳴波長のシフト量を求めるシフト量算出部と、
前記電場増強素子に前記レーザー光が照射されたときの前記光検出器の検出結果に基づいて、ラマンスペクトルを取得するラマンスペクトル取得部と、
前記ラマンスペクトルに基づいて、前記標的物質に起因するピークのピーク強度を求めるピーク強度算出部と
前記シフト量および前記ピーク強度に基づいて、前記標的物質を定量する定量部と、
を含む。
【００１７】
本発明に係るラマン分光装置では、標的物質を電場増強素子に曝露する前後での表面プラズモン共鳴の共鳴波長のシフト量を求めることにより、標的物質を曝露した後の電場増強素子における電場増強度を考慮して、標的物質を定量することができる。これにより、本発明に係るラマン分光装置では、標的物質を正確に定量することができる。
【００１８】
本発明に係るラマン分光装置において、
前記光源は、
前記白色光を発生させる第１発光素子と、
前記レーザー光を発生させる第２発光素子と、
を有していてもよい。
【００１９】
本発明に係るラマン分光装置では、光源は、電場増強素子に、白色光、またはレーザー光を照射することができる。
【００２０】
本発明に係るラマン分光装置において、
前記定量部は、
前記シフト量に基づいて、前記標的物質を曝露した後の前記電場増強素子における、前記レーザー光の波長での電場増強度の２乗と、前記標的物質に起因するラマン散乱光の波長での電場増強度の２乗と、の積Ｅｉ２×Ｅｓ２を求め、
下記式（１）に基づいて、前記標的物質の分子数Ｎを求めてもよい。
【数１】
0006414407.tif 000004
ただし、式（１）において、
ＩＳＥＲＳは、前記ピーク強度であり、
Ｉ０は、前記レーザー光の強度であり、
Ｃは、定数である。
【００２１】
本発明に係るラマン分光装置は、標的物質を正確に定量することができる。
【００２２】
本発明に係るラマン分光装置は、
標的物質が曝露される電場増強素子と、
波長が時間的に変化する第１レーザー光、または波長が時間的に変化しない第２レーザー光を照射する波長可変レーザー光源と、
前記電場増強素子に前記第１レーザー光または前記第２レーザー光が照射されたときに、前記電場増強素子が放射する光を検出する光検出器と、
前記電場増強素子に前記第１レーザー光が照射されたときの前記光検出器の検出結果に基づいて、反射スペクトルを取得する反射スペクトル取得部と、
前記反射スペクトルに基づいて、前記電場増強素子に前記標的物質が曝露された前後での表面プラズモン共鳴の共鳴波長のシフト量を求めるシフト量算出部と、
前記電場増強素子に前記第２レーザー光が照射されたときの前記光検出器の検出結果に基づいて、ラマンスペクトルを取得するラマンスペクトル取得部と、
前記ラマンスペクトルに基づいて、前記標的物質に起因するピークのピーク強度を求めるピーク強度算出部と
前記シフト量および前記ピーク強度に基づいて、前記標的物質を定量する定量部と、
を含む。
【００２３】
本発明に係るラマン分光装置では、発光素子の数を減らすことができる。
【００２４】
本発明に係るラマン分光装置において、
前記定量部は、
前記シフト量に基づいて、前記標的物質を曝露した後の前記電場増強素子における、前記第２レーザー光の波長での電場増強度の２乗と、前記標的物質に起因するラマン散乱光の波長での電場増強度の２乗と、の積Ｅｉ２×Ｅｓ２を求め、
下記式（１）に基づいて、前記標的物質の分子数Ｎを求めてもよい。
【数１】
0006414407.tif 000005
ただし、式（１）において、
ＩＳＥＲＳは、前記ピーク強度であり、
Ｉ０は、前記第２レーザー光の強度であり、
Ｃは、定数である。
【００２５】
本発明に係るラマン分光装置は、標的物質を正確に定量することができる。
【００２６】
本発明に係るラマン分光装置において、
前記シフト量と前記積との相関の情報を記憶する記憶部を含んでいてもよい。
【００２７】
本発明に係るラマン分光装置では、定量部は、記憶部に記憶された、標的物質を電場増強素子に曝露する前後での表面プラズモン共鳴の共鳴波長のシフト量と、積Ｅｉ２×Ｅｓ２と、の相関の情報を用いて、標的物質を定量することができる。
【００２８】
本発明に係るラマン分光装置において、
前記シフト量と前記積との相関の情報を、外部の記憶装置から取得する相関情報取得部を含んでいてもよい。
【００２９】
本発明に係るラマン分光装置では、定量部は、相関情報取得部によって取得された、標的物質を電場増強素子に曝露する前後での表面プラズモン共鳴の共鳴波長のシフト量と、積Ｅｉ２×Ｅｓ２と、の相関の情報を用いて、標的物質を定量することができる。
【００３０】
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。
【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、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の機能ブロック図。
【図２】本実施形態に係るラマン分光装置の電場増強素子を模式的に示す平面図。
【図３】本実施形態に係るラマン分光装置の電場増強素子を模式的に示す断面図。
【図４】波長に対する反射率および電場増強素子における電場増強度を示すグラフ。
【図５】ピリジンのラマンスペクトル。
【図６】標的物質を電場増強素子に曝露する前後での表面プラズモン共鳴の共鳴波長のシフト量と、積Ｅｉ２×Ｅｓ２と、の相関を説明するためのグラフ。
【図７】標的物質を電場増強素子に曝露する前後での表面プラズモン共鳴の共鳴波長のシフト量と、電場強度Ｅｉと、の相関を説明するためのグラフ。
【図８】標的物質を電場増強素子に曝露する前後での表面プラズモン共鳴の共鳴波長のシフト量と、電場強度Ｅｓと、の相関を説明するためのグラフ。
【図９】本実施形態に係る測定方法を説明するためのフローチャート。
【図１０】本実施形態の第１変形例に係るラマン分光装置の機能ブロック図。
【図１１】本実施形態の第２変形例に係るラマン分光装置の機能ブロック図。
【図１２】本実施形態に係るラマン分光装置の具体的な構成を説明するための図。
【図１３】本実施形態に係る電子機器を模式的に示す図。
【図１４】ピリジンの濃度と強度ＩＳＥＲＳとの関係を示すグラフ。
【図１５】ピリジンに起因するラマンシフト１０１４ｃｍ−１のピーク強度ＩＳＥＲＳを示すグラフ。
【図１６】ピリジンの分子数Ｎを求めたグラフ。
【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の機能ブロック図である。ラマン分光装置１００は、図１に示すように、光源１０と、電場増強素子２０と、光検出器３０と、フィルター４０と、操作部５０と、表示部５２と、記憶部５４と、記憶媒体５６と、処理部６０と、を含む。
【００３５】
光源１０は、電場増強素子２０に、白色光Ｌ１またはレーザー光Ｌ２を照射する。光源１０は、白色光Ｌ１を発生させる第１発光素子１２と、レーザー光Ｌ２を発生させる第２発光素子１４と、を有している。第１発光素子１２は、例えば、白色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ
Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）である。白色光は、例えば、互いに異なる複数の波長を有する光である。第２発光素子１４は、例えば、半導体レーザー、気体レーザーであり、第１光Ｌ１は、レーザー光である。第１光Ｌ１の波長は、例えば、３５０ｎｍ以上１０００ｍｎ以下であり、具体的には６３３ｎｍである。図示の例では、光Ｌ１，Ｌ２は、ハーフミラー２を介して、電場増強素子２０に入射する。
【００３６】
電場増強素子２０には、光Ｌ１，Ｌ２が入射する。電場増強素子２０は、光Ｌ１，Ｌ２を受けて、光を放射する。電場増強素子２０から放射される光は、散乱光であり、例えば、電場増強素子２０において反射される反射光を含んでいる。ここで、図２は、電場増強素子２０を模式的に示す平面図である。図３は、電場増強素子２０を模式的に示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。電場増強素子２０は、図２および図３に示すように、基板２２と、金属微細構造体２４と、を有している。
【００３７】
基板２２は、例えば、ガラス基板、シリコン基板、樹脂基板である。なお、図示はしないが、基板２２と金属微細構造体２４との間には、基板２２上に設けられた金属層、および該金属層上に設けられた誘電体層、が配置されていてもよい。
【００３８】
金属微細構造体２４は、基板２２上に設けられている。金属微細構造体２４の形状は、特に限定されず、例えば、円柱状、粒子状、角柱、球、回転楕円体である。図３に示す例では、金属微細構造体２４の平面形状は、円形である。平面視において、金属微細構造体２４の大きさ（例えば直径）は、電場増強素子２０に照射されるレーザー光Ｌ２の波長以下である。具体的は、金属微細構造体２４の大きさは、１０ｎｍ以上１μｍ以下であり、好ましくは、４０ｎｍ以上７００ｎｍ以下である。金属微細構造体２４の厚さは、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、好ましくは、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００３９】
金属微細構造体２４は、例えば、複数設けられている。金属微細構造体２４の数は、特
に限定されない。図示の例では、複数の金属微細構造体２４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、複数の金属微細構造体２４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。隣り合う金属微細構造体２４の間の距離は、例えば、１ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
【００４０】
金属微細構造体２４の材質は、金、銀、アルミニウム、銅である。金、銀、アルミニウム、および銅は、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、電場増強効果を高めることができる。
【００４１】
金属微細構造体２４は、例えば、真空蒸着法やスパッタ法等によって薄膜を形成した後にパターニングを行う方法、マイクロコンタクトプリント法、ナノインプリント法などによって形成される。
【００４２】
金属微細構造体２４は、光が照射されると表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）を生じる。具体的には、金属微細構造体２４は、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により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。
【００４３】
金属微細構造体２４には、検出対象となる標的物質を含む試料（例えば気体試料）が曝露される。これにより、金属微細構造体２４には、標的物質が吸着される。標的物質は、例えば、ピリジン、アニリン、トルエン、エチルアルコール、メチルアルコールである。
【００４４】
金属微細構造体２４に標的物質が吸着した状態で電場増強素子２０にレーザー光Ｌ２を照射すると、レーザー光Ｌ２と同じ波長を有するレイリー散乱光と、レーザー光Ｌ２とは異なる波長を有するラマン散乱光と、が発生する。ラマン散乱光のエネルギーは、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、ラマン散乱光の波数（振動数）とレーザー光Ｌ２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。さらに、ラマンシフトおよび強度から標的物質の濃度を知ることができる。
【００４５】
光検出器３０は、図１に示すように、白色光Ｌ１またはレーザー光Ｌ２を電場増強素子２０に照射したときに、電場増強素子２０が放射する光を検出する。すなわち、光検出器３０は、白色光Ｌ１またはレーザー光Ｌ２が電場増強素子２０に照射されることによって電場増強素子２０が放射する光を検出する。図示の例では、光検出器３０は、２つ設けられている。一方の光検出器（第１光検出器）３０ａは、白色光Ｌ１を電場増強素子２０に照射したときに、電場増強素子２０が放射する光を検出する。他方の光検出器（第２光検出器）３０ｂは、レーザー光Ｌ２を電場増強素子２０に照射したときに、電場増強素子２０が放射する光を検出する。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。
【００４６】
フィルター４０は、例えば、電場増強素子２０と第２光検出器３０ｂとの間に設けられている。レーザー光Ｌ２を電場増強素子２０に照射したときに、電場増強素子２０が放射する光は、第２光検出器３０ｂに入射する前にフィルター４０に入射する。第２光検出器３０ｂは、フィルター４０を通過した光を検出する。フィルター４０は、例えば、バンドストップフィルターである。フィルター４０は、レーザー光Ｌ２と同じ波長のレイリー散
乱光を除去することができる。なお、図１に示すように、電場増強素子２０と第１光検出器３０ａとの間には、フィルター４０は設けられていない。
【００４７】
操作部５０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６０に信号を送る処理を行う。操作部５０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。
【００４８】
表示部５２は、処理部６０から入力される表示信号に基づいて、処理部６０の処理結果等を表示する。表示部５２は、例えば、処理部６０の処理結果を文字で表示する。表示部５２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。
【００４９】
記憶部５４は、処理部６０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５４は、さらに、処理部６０の作業領域として用いられ、操作部５０から入力された操作信号、記憶媒体等から読み出されたプログラムやデータ、処理部６０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５４には、データベース５５が記憶されている。
【００５０】
データベース５５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５５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）データや、ラマンスペクトルの強度から標的物質の濃度を特定するための（定量するための）データが登録されている。
【００５１】
処理部６０は、記憶部５４に記憶されているプログラムや記憶媒体等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６０は、記憶部５４に記憶されているプログラムを実行することで、反射スペクトル取得部６１と、シフト量算出部６２と、ラマンスペクトル取得部６３と、ピーク強度算出部６４と、定量部６５と、相関情報取得部６６として機能する。処理部６０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６０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。
【００５２】
反射スペクトル取得部６１は、電場増強素子２０に白色光Ｌ１が照射されたときの第１光検出器３０ａの検出結果に基づいて、反射スペクトル（反射率スペクトル）を取得する。具体的には、反射スペクトル取得部６１は、第１光検出器３０ａから出力された信号を受けて、反射スペクトルを取得する。反射スペクトル取得部６１は、例えば、標的物質が電場増強素子２０に曝露される前の第１反射スペクトルを取得し、その後、標的物質が電場増強素子２０に曝露された後の第２反射スペクトルを取得する。
【００５３】
ここで、図４は、波長に対する反射率（反射スペクトル）および電場増強素子における電場増強度を示すシミュレーションの結果である。シミュレーションとしては、ＦＤＴＤシミュレーションを用いた。反射率としては、電場増強素子に入射する光の強度と、電場増強素子から反射される光の強度と、の比を求めた。電場増強度としては、入射する光の電場と、ＳＰＲにより金属微細構造体表面に誘起された電場の最大値との比を求めた。
【００５４】
図４では、標的物質を電場増強素子に曝露する前（標的物質が金属微細構造体に吸着する前）の反射率および電場増強度と、屈折率ｎが１．３の標的物質を電場増強素子に曝露した後（標的物質が金属微細構造体に吸着する後）の反射率および電場増強度と、屈折率ｎが１．４７の標的物質を電場増強素子に曝露した後の反射率および電場増強度と、を示している。シミュレーションに用いた電場増強素子では、金属微細構造体の材質を金とし
、金属微細構造体の平面視における大きさを９６ｎｍとし、金属微細構造体の厚さを３０ｎｍとした。
【００５５】
図４に示すように、反射スペクトルは、横軸が波長、縦軸が反射率として表される。反射スペクトルは、図４に示すように、吸収領域を有する。吸収領域とは、ＳＰＲ（具体的にはＬＳＰＲ）による光の吸収が起きることによって、反射スペクトルが変化する領域であり、具体的には反射スペクトルの反射率が落ち込む領域である。言い換えると、励起光（入射光）の照射によってＬＳＰＲが発生すると、共鳴による吸収が起き反射率が低下して吸収領域が出現する。吸収領域の最小点（反射率が最小となる点）における波長を、表面プラズモン共鳴の共鳴波長という。反射率の値がゼロに近いほど、電場増強度が強いという関係があるため、反射率をＳＰＲによる電場増強度の指標とすることができる。
【００５６】
シフト量算出部６２は、反射スペクトル取得部６１で取得された反射スペクトルに基づいて、電場増強素子２０に標的物質が曝露された前後での表面プラズモン共鳴の共鳴波長（以下、単に「共鳴波長」ともいう）のシフト量Δλ（以下、単に「シフト量Δλ」ともいう）を求める。具体的には、シフト量算出部６２は、反射スペクトル取得部６１で取得された第１反射スペクトルから反射率が最小となる波長を読み取り、電場増強素子２０に標的物質が曝露される前の第１共鳴波長を取得する。さらに、シフト量算出部６２は、反射スペクトル取得部６１で取得された第２反射スペクトルから反射率が最小となる波長を読み取り、電場増強素子２０に標的物質が曝露される後の第２共鳴波長を取得する。そして、第１共鳴波長と第２共鳴波長との差から、共鳴波長のシフト量Δλを求める。図４に示すように、電場増強素子に標的物質が曝露されると、共鳴波長は、長波長側にシフトする。例えば、屈折率ｎ＝１．３の標的物質が曝露された場合、共鳴波長のシフト量は、Δλ１であり、屈折率ｎ＝１．４７の標的物質が曝露された場合、共鳴波長のシフト量は、Δλ１よりも大きいΔλ２である。
【００５７】
なお、標的物質が曝露される前の第１共鳴波長は、予め記憶部５４に記憶されていてもよい。そして、シフト量算出部６２は、第２反射スペクトルから取得した標的物質が曝露される後の第２共鳴波長と、予め記憶部５４に記憶された第１共鳴波長と、を用いて、共鳴波長のシフト量Δλを求めてもよい。
【００５８】
ラマンスペクトル取得部６３は、電場増強素子２０にレーザー光Ｌ２が照射されたときの第２光検出器３０ｂの検出結果に基づいて、ラマンスペクトルを取得する。具体的には、ラマンスペクトル取得部６３は、標的物質が曝露された後の電場増強素子２０にレーザー光Ｌ２が照射されたときに、第２光検出器３０ｂから出力された信号を受けて、ラマンスペクトルを取得する。ラマンスペクトル取得部６３は、例えば、シフト量算出部６２においてシフト量が求められた後に、ラマンスペクトルを取得する。
【００５９】
ここで、図５は、標的物質であるピリジンのラマンスペクトル（ＳＥＲＳスペクトル）である。図５に示すラマンスペクトルを取得するための実験では、電場増強素子の金属微細構造体の材質を金とし、金属微細構造体の平面視における大きさを９６ｎｍとし、金属微細構造体の厚さを３０ｎｍとした。図５に示すように、ラマンスペクトルは、横軸がラマンシフト、縦軸が強度（ＳＥＲＳ強度）として表される。
【００６０】
ピーク強度算出部６４は、ラマンスペクトル取得部６３で取得されたラマンスペクトルに基づいて、標的物質に起因するピークのピーク強度を求める。以下、ピーク強度算出部６４の処理について、具体的に説明する。
【００６１】
まず、ピーク強度算出部６４は、第１範囲Ｓ１の間での最大強度ＩＭＡＸを取得する。第１範囲Ｓ１は、標的物質に応じて予め設定されており、記憶部５４に記憶されている。
ユーザーが操作部５０を介して表示部５２に表示されている物質としてピリジンを選択した場合、例えば、第１範囲Ｓ１は、１００８ｃｍ−１〜１０１６ｃｍ−１である。
【００６２】
次に、ピーク強度算出部６４は、強度がＩＭＡＸとなるラマンシフト（例えばピリジンの場合１０１４ｃｍ−１）の周辺のベースラインの平均強度を求める。具体的には、ピーク強度算出部６４は、第２範囲Ｓ２の平均強度と、第３範囲Ｓ３の平均強度と、を取得し、両値の平均強度ＩＡＶＥを求める。第２範囲Ｓ２のラマンシフトは、第１範囲Ｓ１のラマンシフトよりも小さく、第３範囲Ｓ３のラマンシフトは、第１範囲Ｓ１のラマンシフトよりも大きい。第２範囲Ｓ２および第３範囲Ｓ３は、標的物質に応じて予め設定されており、記憶部５４に記憶されている。ユーザーがピリジンを選択した場合、例えば、第２範囲Ｓ２は、９５０ｃｍ−１〜９８０ｃｍ−１であり、第３範囲Ｓ３は、１０５０ｃｍ−１〜１０８０ｃｍ−１である。
【００６３】
次に、ピーク強度算出部６４は、強度ＩＭＡＸからベースラインの平均強度ＩＡＶＥを引いて、標的物質に起因するピークのピーク強度ＩＳＥＲＳを求める。
【００６４】
なお、上記の例では、強度ＩＭＡＸからベースラインの平均強度ＩＡＶＥを引いてピーク強度ＩＳＥＲＳを求めたが、ピーク強度算出部６４は、強度ＩＭＡＸおよびベースラインの平均強度ＩＡＶＥに基づいて標的物質に起因するピークのピーク面積（例えば図５で示す斜線領域の面積）を求め、該ピーク面積をピーク強度ＩＳＥＲＳとしてもよい。ピーク面積は、例えば、半値幅法を用いて求められる。
【００６５】
定量部６５は、シフト量算出部６２で求めたシフト量Δλ、およびピーク強度算出部６４で求めたピーク強度ＩＳＥＲＳに基づいて、標的物質を定量する。以下、定量部６５の処理について、具体的に説明する。
【００６６】
まず、定量部６５は、シフト量算出部６２で求めたシフト量Δλに基づいて、標的物質を曝露した後の電場増強素子２０における、レーザー光Ｌ２の波長での電場増強度Ｅｉの２乗と、標的物質に起因するラマン散乱光の波長での電場増強度Ｅｓの２乗と、の積Ｅｉ２×Ｅｓ２を求める。例えば、記憶部５４は、図６に示すように、シフト量Δλと積Ｅｉ２×Ｅｓ２との相関の情報を記憶している。該情報を参照して、シフト量算出部６２は、シフト量Δλから、積Ｅｉ２×Ｅｓ２を求めることができる。
【００６７】
シフト量Δλと積Ｅｉ２×Ｅｓ２との相関の情報は、標的物質に固有の情報である。ユーザーが操作部５０を介して表示部５２に表示されている物質として例えばピリジンを選択した場合、定量部６５は、ピリジンに応じた（選択された物質に応じた）シフト量Δλと積Ｅｉ２×Ｅｓ２との相関の情報から、積Ｅｉ２×Ｅｓ２を求める。
【００６８】
ここで、記憶部５４に記憶されている、シフト量Δλと積Ｅｉ２×Ｅｓ２との相関の情報を取得する手順について説明する。まず、例えば図４に示すように、標的物質の濃度（屈折率）を変化させて、波長に対する反射率および電場増強度を求める。次に、求めた反射率から共鳴波長のシフト量Δλを求める。次に、図７に示すように、求めたシフト量Δλと、電場増強素子２０に入射する波長（レーザー光Ｌ２の波長、例えば６３３ｎｍ）での電場増強度Ｅｉと、の関係をシミュレーションにより求める。次に、図８に示すように、求めたシフト量Δλと、標的物質に起因するラマン散乱光の波長（例えばピリジンなら、ラマンシフト１０１４ｃｍ−１に起因する６７６ｎｍ）での電場増強度Ｅｓと、の関係をシミュレーションにより求める。そして、電場増強度Ｅｉおよび電場増強度Ｅｓより、図６に示すように、シフト量Δλと積Ｅｉ２×Ｅｓ２との相関の情報を取得することができる。なお、図４には、波長６３３ｎｍおよび６７６ｎｍを破線で示している。
【００６９】
なお、シフト量Δλと積Ｅｉ２×Ｅｓ２との相関の情報は、電場増強素子２０に固有の値である。したがって、例えば電場増強素子２０が消耗して、新しい電場増強素子２０と交換する場合は、新しい電場増強素子２０について、シフト量Δλと積Ｅｉ２×Ｅｓ２との相関の情報を取得しなおすことが好ましい。
【００７０】
次に、定量部６５は、下記式（１）に基づいて、標的物質の分子数（例えば、ホットサイトに吸着した分子の数）Ｎを求める。
【００７１】
【数１】
0006414407.tif 000006
【００７２】
ただし、式（１）において、Ｅｉは、レーザー光Ｌ２の波長での電場増強度であり、Ｅｓは、標的物質に起因するラマン散乱光の波長であり、ＩＳＥＲＳは、ピーク強度であり、Ｉ０は、レーザー光Ｌ２の強度であり、Ｃは、定数である。
【００７３】
式（１）において、ピーク強度ＩＳＥＲＳは、ピーク強度算出部６４において求められる。積Ｅｉ２×Ｅｓ２は、定量部６５において求められる。Ｉ０は、例えば、予め記憶部５４に記憶されている。Ｃは、ラマン分光装置１００の検出感度および標的物質１個当たりのラマン散乱光の散乱のしやすさによって決まる比例定数である。Ｃは、Ｉ０を一定とし、分子数Ｎと、ピーク強度ＩＳＥＲＳの関係を示す検量線の傾きから求めることができる。また、Ｃは、下記式（２）に基づき、Ｉ０を一定とし、分子数Ｎと、ラマン散乱強度ＩＲａｍａｎの関係を示す検量線の傾きから求めることもできる。
【００７４】
【数２】
0006414407.tif 000007
【００７５】
以上により、定量部６５は、標的物質を定量することができる。
【００７６】
なお、上記では、シフト量Δλと積Ｅｉ２×Ｅｓ２との相関の情報（図６参照）が記憶部５４に記憶されている例について説明したが、該情報は記憶部５４に記憶されておらず、記憶部５４には、シフト量Δλと電場増強度Ｅｉとの相関の情報（図７参照）、およびシフト量Δλと電場増強度Ｅｓとの相関の情報（図８参照）が記憶されていてもよい。この場合、定量部６５は、シフト量Δλと電場増強度Ｅｉとの相関の情報を参照して、電場増強度Ｅｉを求め、シフト量Δλと電場増強度Ｅｓとの相関の情報を参照して、電場増強度Ｅｓを求める。そして、式（１）に基づいて、標的物質を定量することができる。
【００７７】
相関情報取得部６６は、シフト量Δλと積Ｅｉ２×Ｅｓ２との相関の情報を、外部の記憶装置から取得する。相関情報取得部６６は、シフト量Δλと積Ｅｉ２×Ｅｓ２との相関の情報を、ネットワークと介して外部の記憶装置から取得してもよいし、記憶媒体を介して外部の記憶装置から取得してもよい。この場合、シフト量Δλと積Ｅｉ２×Ｅｓ２との相関の情報は、記憶部５４に記憶されていなくてもよい。
【００７８】
ラマン分光装置１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００７９】
ラマン分光装置１００では、反射スペクトル取得部６１で取得された反射スペクトルに基づいて、電場増強素子２０に標的物質が曝露された前後での表面プラズモン共鳴の共鳴波長のシフト量Δλを求めるシフト量算出部６２と、ラマンスペクトル取得部６３で取得
されたラマンスペクトルに基づいて、標的物質に起因するピークのピーク強度ＩＳＥＲＳを求めるピーク強度算出部６４と、シフト量算出部６２で求められたシフト量Δλ、およびピーク強度算出部６４で求められたピーク強度ＩＳＥＲＳに基づいて、標的物質を定量する定量部６５と、を含む。そのため、ラマン分光装置１００では、シフト量Δλを求めることにより、標的物質を曝露した後の電場増強素子２０における電場増強度Ｅｉ，Ｅｓを考慮して、標的物質を定量することができる。これにより、ラマン分光装置１００では、標的物質を正確に定量することができる。すなわち、ラマン分光装置１００では、高い確度で標的物質を定量することができる。
【００８０】
ここで、電場増強度は、金属微細構造体の周囲の屈折率、すなわち標的物質の濃度や分子数に応じて、ピークがシフトする（例えば図４参照）。そのため、標的物質を曝露した後の電場増強素子における電場増強度を考慮しないと、標的物質を正確に定量することができない場合がある。ラマン分光装置１００では、電場増強度Ｅｉ，Ｅｓの変動を補正し、標的物質を正確に定量することができる。
【００８１】
ラマン分光装置１００では、光源１０は、白色光Ｌ１を発生させる第１発光素子１２と、レーザー光Ｌ２を発生させる第２発光素子１４と、を有する。そのため、光源１０は、電場増強素子２０に、白色光Ｌ１、またはレーザー光Ｌ２を照射することができる。
【００８２】
ラマン分光装置１００では、シフト量Δλと積Ｅｉ２×Ｅｓ２との相関の情報を記憶する記憶部５４を含む。そのため、定量部６５は、記憶部５４に記憶された、シフト量Δλと積Ｅｉ２×Ｅｓ２との相関の情報を用いて、標的物質を定量することができる。
【００８３】
ラマン分光装置１００では、シフト量Δλと積Ｅｉ２×Ｅｓ２との相関の情報を、外部の記憶装置から取得する相関情報取得部６６を含む。そのため、定量部６５は、相関情報取得部６６によって取得された、シフト量Δλと積Ｅｉ２×Ｅｓ２との相関の情報を用いて、標的物質を定量することができる。
【００８４】
なお、電場増強素子は、Ｑ値（Ｑｕａｌｉｔｙ  Ｆａｃｔｏｒ）が高い。共鳴のＱ値とは下記式（３）で求められ、共鳴の鋭さを示す値であり、また光の閉じこめ効果の高さを示す。ここで、ω０、ω１、ω２は、それぞれ、共鳴ピークでの周波数、共振ピークの低エネルギー側において共鳴エネルギーがピークの半値となる周波数、共振ピークの高エネルギー側において共鳴エネルギーがピークの半値となる周波数を示す（すなわち、ω２−ω１は、半値幅のことである）。
【００８５】
【数３】
0006414407.tif 000008
【００８６】
上記の共鳴のＱ値は、ＳＰＲに基づく振動の状態を表す無次元数である。ある波長の光を金属微細構造体に照射すると、ＳＰＲに基づき金属微細構造他の表面において電子振動が誘起される。しかしながら、この電子振動は、電子同士の衝突や電子とフォノンの散乱等により減衰する。この減衰項を変化させることによりＱ値が変化する。一般的に振動が開始された後、振動が長く続くことをＱ値が高いと言う。Ｑ値が高いほど、電子振動によって誘起される局在電場も強くなるため、ＳＥＲＳに適した電場増強素子といえる。一方で、Ｑ値が高いほど波長依存性が強く、波長がずれると、増強度が大きく増減することを示唆している。したがって、ラマン分光装置１００の電場増強素子２０は、波長がずれると、増強度が大きく増減する傾向があり、上記のように、標的物質を曝露した後の電場増強素子２０における電場増強素子Ｅｉ，Ｅｓを考慮して、標的物質を定量することが、特
に有効である。
【００８７】
２．  測定方法
次に、本実施形態に係る測定方法について、図面を参照しながら説明する。図９は、本実施形態に係る測定方法を説明するためのフローチャートである。以下では、本実施形態に係る測定方法として、ラマン分光装置１００を用いた測定方法について説明する。
【００８８】
例えば、ユーザーが操作部５０を介して、標的物質を定量するための処理を要求すると、処理部６０は、操作部５０からの操作信号を受けて、処理を開始する。例えば、ユーザーは、処理を要求する際に、標的物質の種類を入力する。
【００８９】
まず、処理部６０は、第１反射スペクトルを取得するための処理を行う（ステップＳ１０２）。具体的には、処理部６０は、操作部５０からの操作信号を受けて、第１発光素子１２に白色光Ｌ１を照射するための信号を出力する。第１発光素子１２は、処理部６０からの信号を受けて、電場増強素子２０に白色光Ｌ１を照射する。第１光検出器３０ａは、電場増強素子２０から放射される光を検出する。反射スペクトル取得部６１は、第１光検出器３０ａで検出された光の強度から、第１反射スペクトルを取得する。その後、処理部６０は、例えば、表示部５２に、第１反射スペクトルを表示するための信号を出力する。
【００９０】
次に、ユーザーは、電場増強素子２０の表面に、標的物質を曝露する（ステップＳ１０４）。具体的には、ユーザーは、電場増強素子２０の表面付近を通る流路に設けられた吸引機構（後述する「４．  ラマン分光装置の具体的な構成」参照）を作動させることにより、電場増強素子２０の表面に、標的物質を曝露する。
【００９１】
次に、処理部６０は、第２反射スペクトルを取得するための処理を行う（ステップＳ１０６）。具体的には、処理部６０は、操作部５０からの操作信号を受けて、第１発光素子１２に白色光Ｌ１を照射するための信号を出力する。第１発光素子１２は、処理部６０からの信号を受けて、標的物質が曝露された電場増強素子２０に白色光Ｌ１を照射する。第１光検出器３０ａは、標的物質が曝露された電場増強素子２０から放射される光を検出する。反射スペクトル取得部６１は、第１光検出器３０ａで検出された光の強度から、第２反射スペクトルを取得する。その後、処理部６０は、例えば、表示部５２に、第２反射スペクトルを表示するための信号を出力する。
【００９２】
次に、シフト量算出部６２は、反射スペクトル取得部６１で取得した第１反射スペクトルおよび第２反射スペクトルに基づいて、標的物質を電場増強素子２０に曝露する前後でのＳＰＲの共鳴波長のシフト量Δλを求める（ステップＳ１０８）。その後、処理部６０は、例えば、表示部５２に、シフト量Δλを表示するための信号を出力する。
【００９３】
次に、処理部６０は、ラマンスペクトルを取得するための処理を行う（ステップＳ１１０）。具体的には、処理部６０は、操作部５０からの操作信号を受けて、第２発光素子１４にレーザー光Ｌ２を照射するための信号を出力する。第２発光素子１４は、処理部６０からの信号を受けて、電場増強素子２０にレーザー光Ｌ２を照射する。第２光検出器３０ｂは、電場増強素子２０から放射される光を検出する。ラマンスペクトル取得部６３は、第２光検出器３０ｂで検出された光の強度から、ラマンスペクトルを取得する。その後、処理部６０は、例えば、表示部５２に、ラマンスペクトルを表示するための信号を出力する。
【００９４】
次に、ピーク強度算出部６４は、ラマンスペクトル取得部６３で取得したラマンスペクトルに基づいて、標的物質に起因するピークのピーク強度ＩＳＥＲＳを求める（ステップＳ１１２）。その後、処理部６０は、例えば、表示部５２に、ピーク強度ＩＳＥＲＳを表
示するための信号を出力する。
【００９５】
次に、定量部６５は、シフト量算出部６２で求めたシフト量Δλ、およびピーク強度算出部６４で求めたピーク強度ＩＳＥＲＳに基づいて、標的物質を定量する（ステップＳ１１４）。具体的には、定量部６５は、シフト量Δλに基づいて、積Ｅｉ２×Ｅｓ２を求め、上記式（１）に基づいて、標的物質の分子数Ｎを求める。そして、処理部６０は、表示部５２に、標的物質の分子数Ｎを表示するための信号を出力し、処理を終了する。
【００９６】
なお、図示はしないが、ステップＳ１０６，Ｓ１０８の前に、ステップＳ１１０，Ｓ１１２を行ってもよい。
【００９７】
本実施形態に係る測定方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【００９８】
本実施形態に係る測定方法では、電場増強素子２０に白色光Ｌ１を照射して、第１反射スペクトルを取得する工程と、電場増強素子２０の表面に、標的物質を曝露する工程と、標的物質が曝露された電場増強素子２０に白色光Ｌ１を照射して、第２反射スペクトルを取得する工程と、第１反射スペクトルおよび第２反射スペクトルに基づいて、標的物質を電場増強素子２０に曝露する前後でのシフト量Δλを求める工程と、電場増強素子２０にレーザー光Ｌ２を照射して、ラマンスペクトルを取得する工程と、ラマンスペクトルに基づいて、標的物質に起因するピークのピーク強度ＩＳＥＲＳを求める工程と、シフト量Δλおよびピーク強度ＩＳＥＲＳに基づいて、標的物質を定量する工程と、を含む。そのため、本実施形態に係る測定方法では、シフト量Δλを求めることにより、標的物質を曝露した後の電場増強素子２０における電場増強度Ｅｉ，Ｅｓを考慮して、標的物質を定量することができる。これにより、本実施形態に係る測定方法では、標的物質を正確に定量することができる。
【００９９】
３．  ラマン分光装置の変形例
３．１．  第１変形例
次に、本実施形態の第１変形例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１０は、本実施形態の第１変形例に係るラマン分光装置２００の機能ブロック図である。以下、ラマン分光装置２００において、上述したラマン分光装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１００】
上述したラマン分光装置１００では、図１に示すように、光検出器３０は、２つ設けられていた。これに対し、ラマン分光装置２００では、図１０に示すように、光検出器３０は、１つ設けられている。
【０１０１】
ラマン分光装置２００では、ハーフミラー２を２つ設けることにより、白色光Ｌ１が照射されることによって電場増強素子２０から放射される光と、レーザー光Ｌ２が照射されることによって電場増強素子２０から放射される光と、を１つの光検出器によって検出することができる。
【０１０２】
ラマン分光装置２００では、光源１０から白色光Ｌ１が照射されるときは、フィルター４０を電場増強素子２０と光検出器３０との間に位置しないように配置させ、光源１０からレーザー光Ｌ２が照射されるときは、フィルター４０を電場増強素子２０と光検出器３０との間に位置するに配置させる。図１０に示す例では、フィルター４０が電場増強素子２０と光検出器３０との間に位置する状態を図示している。
【０１０３】
フィルター４０の位置の移動は、光源１０からレーザー光Ｌ２が照射される際に、ユー
ザーによって手動で行われてもよいし、フィルター４０を移動させるための駆動部を設け、処理部６０から該駆動に信号を出力して、フィルター４０を移動させてもよい。また、フィルター４０は、常に、電場増強素子２０と光検出器３０との間に位置し、白色光Ｌ１は透過し、レーザー光Ｌ２が照射されたときのみ、バンドストップフィルターとして機能するフィルターであってもよい。
【０１０４】
ラマン分光装置２００では、反射スペクトル取得部６１は、電場増強素子２０に白色光Ｌ１が照射されたときの光検出器３０の検出結果に基づいて、反射スペクトルを取得する。ラマンスペクトル取得部６３は、電場増強素子２０にレーザー光Ｌ２が照射されたときの光検出器３０の検出結果に基づいて、反射スペクトルを取得する。
【０１０５】
ラマン分光装置２００では、光検出器３０は、１つ設けられている。したがって、ラマン分光装置２００では、ラマン分光装置１００に比べて、光検出器３０の数を減らすことができる。
【０１０６】
３．２．  第２変形例
次に、本実施形態の第２変形例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１１は、本実施形態の第２変形例に係るラマン分光装置３００の機能ブロック図である。以下、ラマン分光装置３００において、上述したラマン分光装置１００，２００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１０７】
上述したラマン分光装置１００では、図１に示すように、光源１０は、白色光Ｌ１を発生させる第１発光素子１２と、レーザー光Ｌ２を発生させる第２発光素子１４と、を有していた。これに対し、ラマン分光装置３００では、光源１０は、波長可変レーザー光源であり、波長が時間的に変化する第１レーザー光Ｌ１、または波長が時間的に変化しない第２レーザー光Ｌ２を照射する。具体的には、波長可変レーザー光源１０は、第１レーザー光Ｌ１または第２レーザー光Ｌ２を照射する第３発光素子１６を有している。
【０１０８】
ラマン分光装置３００では、ラマン分光装置２００と同様に、光検出器３０は、１つ設けられている。反射スペクトル取得部６１は、電場増強素子２０に第１レーザー光Ｌ１が照射されたときの光検出器３０の検出結果に基づいて、反射スペクトルを取得する。ラマンスペクトルは、電場増強素子２０に第２レーザー光Ｌ２が照射されたときの光検出器３０の検出結果に基づいて、ラマンスペクトルを取得する。定量部６５は、シフト量Δλに基づいて、標的物質を曝露した後の電場増強素子２０における、第２レーザー光Ｌ２の波長での電場増強度Ｅｉの２乗と、標的物質に起因するラマン散乱光の波長での電場増強度Ｅｓの２乗と、の積Ｅｉ２×Ｅｓ２を求め、上記式（１）に基づいて、標的物質の分子数Ｎを求める。この場合、上記式（１）において、Ｉ０は、第２レーザー光Ｌ２の強度である。
【０１０９】
ラマン分光装置３００では、反射スペクトルを取得する際には、例えば、処理部６０は、操作部５０からの操作信号を受けて、第３発光素子１６に第１レーザー光Ｌ１を照射するための信号を出力する。ラマンスペクトルを取得する際には、例えば、処理部６０は、操作部５０からの操作信号を受けて、第３発光素子１６に第２レーザー光Ｌ２を照射するための信号を出力する。
【０１１０】
ラマン分光装置３００では、波長が時間的に変化する第１レーザー光Ｌ１、または波長が時間的に変化しない第２レーザー光Ｌ２を照射する波長可変レーザー光源１０を含む。そのため、ラマン分光装置３００では、ラマン分光装置１００のように発光素子を２つ設ける必要がなく、発光素子の数を減らすことができる。
【０１１１】
４．  ラマン分光装置の具体的な構成
次に、本実施形態に係るラマン分光装置の具体的な構成について、図面を参照しながら説明する。以下では、本実施形態に係る検出装置の具体的な構成として、ラマン分光装置１００の具体的な構成について説明する。図１２は、ラマン分光装置１００の具体的な構成を説明するための図である。
【０１１２】
ラマン分光装置１００は、図１２に示すように、気体試料保持部１２０と、検出部１３０と、制御部１４０と、検出部１３０および制御部１４０を収容している筐体１５０と、を含む。
【０１１３】
気体試料保持部１２０は、電場増強素子２０と、電場増強素子２０を覆うカバー１２２と、吸引流路１２４と、排出流路１２６と、を有している。検出部１３０は、光源１０と、レンズ４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、ハーフミラー２と、光検出器３０と、フィルター４０と、を有している。制御部１４０は、例えば、操作部５０、表示部５２、記憶部５４、および処理部６０を有している。制御部１４０は、図１２に示すように、外部との接続を行うための接続部１４６と電気的に接続されていてもよい。
【０１１４】
ラマン分光装置１００では、排出流路１２６に設けられている吸引機構１２７を作動させると、吸引流路１２４および排出流路１２６内が負圧になり、吸引口１２３から標的物質を含んだ気体試料が吸引される。吸引口１２３には除塵フィルター１２５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１２４および排出流路１２６を通り、排出口１２８から排出される。気体試料は、係る経路を通る際に、電場増強素子２０に接触する。
【０１１５】
吸引流路１２４および排出流路１２６の形状は、外部からの光が電場増強素子２０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１２４，１２６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。
【０１１６】
吸引流路１２４および排出流路１２６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１２４，１２６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１２７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。
【０１１７】
ラマン分光装置１００では、光源１０から射出された光は、レンズ４ａで集光された後、ハーフミラー２およびレンズ４ｂを介して、電場増強素子２０に入射する。電場増強素子２０から放射される光は、レンズ４ｂ、ハーフミラー２、およびレンズ４ｃ，４ｄを介して、光検出器３０に至る。レーザー光Ｌ２が照射されることによって電場増強素子２０から放射される光は、フィルター４０を通過して、光検出器３０（具体的には第２光検出器３０ｂ）に至る。
【０１１８】
光検出器３０に至る光は、光検出器３０の分光器３２を介して受光素子３４にて受光される。分光器３２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。受光素子３４としては、例えば、フォトダイオードを用いる。
【０１１９】
５．  電子機器
次に、本実施形態に係る電子機器４００について、図面を参照しながら説明する。図１
３は、本実施形態に係る電子機器４００を模式的に示す図である。電子機器４００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を含む例について説明する。
【０１２０】
電子機器４００は、図１３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４１０と、健康医療情報を記憶する記憶部４２０と、健康医療情報を表示する表示部４３０と、を含む。
【０１２１】
演算部４１０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４１０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４２０に記憶される。
【０１２２】
記憶部４２０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４１０と一体的に構成されてもよい。記憶部４２０に記憶された健康医療情報は、表示部４３０に送出される。
【０１２３】
表示部４３０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４３０は、演算部４１０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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
電子機器４００では、ラマン分光装置１００を含む。そのため、電子機器４００では、高精度な健康医療情報を提供することができる。
【０１２６】
６．  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。
【０１２７】
６．１．  第１実験例
標的物質であるピリジンを含む気体試料において、ピリジンの濃度を変化させて、ピリジンに起因するラマンシフトの強度ＩＳＥＲＳを調べた。本実験では、下記式（４）を用いて、ＩＳＥＲＳを算出した。
【０１２８】
【数４】
0006414407.tif 000009
【０１２９】
ただし、式（４）において、Ｎは、ピリジンの分子数であり、Ｅ（λｉｎ）は、電場増強素子における、レーザー光（ラマンスペクトルを取得するための入射光）の波長での電場増強度であり、Ｅ（λｓｃａｔ）は、電場増強素子における、ピリジンに起因するラマン散乱光の波長での電場増強度であり、Ｉ０は、上記レーザー光の波長である。本実験では、電場増強素子の金属微細構造体の材質を金とし、金属微細構造体の平面視における大きさを９６ｎｍとし、金属微細構造体の厚さを３０ｎｍとした。
【０１３０】
図１４は、ピリジンの濃度と強度ＩＳＥＲＳとの関係を示すグラフである。具体的には
、図１４は、電場増強度Ｅ（λｉｎ），Ｅ（λｓｃａｔ）として、電場増強素子にピリジンを曝露する前の電場増強度を代入して求めたプロット（補正無し）と、ラマン分光装置１００のように、電場増強素子に白色光を照射して共鳴波長のシフト量Δλを求め、シフト量Δλからピリジンを曝露した後の電場増強度を代入して求めたプロット（補正有り）と、を示すグラフである。
【０１３１】
図１４に示すように、補正有りの方が補正無しに比べて直線性がよく、濃度に対するＩＳＥＲＳの関係を適正にプロットできていることがわかった。
【０１３２】
６．２．  第２実験例
標的物質であるピリジンを搬送するキャリア気体の屈折率を変化させて、ピリジンに起因するラマンシフトの強度ＩＳＥＲＳを調べた。ピリジンの分子数Ｎは、一定とし、キャリア気体Ｇ１の屈折率ｎ１は、キャリア気体Ｇ２の屈折率ｎ２よりも小さい（ｎ１＜ｎ２）ものとした。ピリジンを含むキャリア気体Ｇ１，Ｇ２を電場増強素子に曝露させ、ラマン分光装置１００のように、電場増強素子に白色光を照射して共鳴波長のシフト量Δλを求めた。キャリア気体Ｇ１を用いた場合は、シフト量Δλ＝１７ｎｍであった。キャリア気体Ｇ２を用いた場合は、シフト量Δλ＝３７ｎｍであった。なお、本実験例で用いた電場増強素子の金属微細構造体の材質、大きさ、厚さは、第１実験例で用いた電場増強素子と同じである。
【０１３３】
レーザー光（ラマンスペクトルを取得するための入射光）の波長での電場増強度、およびピリジンに起因するラマン散乱光の波長での電場増強度は、ＦＤＴＤシミュレーションにより、シフト量Δλに応じて、それぞれ、上述した図７，図８のようになった。
【０１３４】
ラマン分光装置１００のように、キャリア気体Ｇ１，Ｇ２が曝露された電場増強素子にレーザー光を照射して、ラマンスペクトルを取得し、ピーク強度ＩＳＥＲＳを求めた。図１５は、ピリジンに起因するラマンシフト１０１４ｃｍ−１のピーク強度ＩＳＥＲＳを示すグラフである。
【０１３５】
図１６は、図１５のピーク強度ＩＳＥＲＳを、上記式（４）に示す積Ｅ（λｉｎ）２×Ｅ（λｓｃａｔ）２で割って、ピリジンの分子数Ｎを求めたグラフである。図１６において、補正有りは、上記のように求めたシフト量Δλから、ピリジンが曝露された後の積Ｅ（λｉｎ）２×Ｅ（λｓｃａｔ）２を代入したものである。補正無しは、シフト量Δλを考慮せず、ピリジンが曝露される前の積Ｅ（λｉｎ）２×Ｅ（λｓｃａｔ）２を代入したものである。
【０１３６】
図１６に示すように、ピリジンの分子数は一定にも関わらず、補正無しの場合は、ピーク強度ＩＳＥＲＳの違いから、キャリア気体Ｇ２に比べてキャリア気体Ｇ１の方が、ピリジンの分子数Ｎが多いという結果が得られてしまった。一方、補正有りの場合は、キャリア気体Ｇ１とキャリア気体Ｇ２とにおける分子数Ｎの差は小さく、分子数Ｎは、ほぼ同数であることがわかった。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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】
【０１３９】
２…ハーフミラー、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…レンズ、１０…光源、１２…第１発光素子、１４…第２発光素子、１６…第３発光素子、２０…電場増強素子、２２…基板、２４…金属微細構造体、３０…光検出器、３０ａ…第１光検出器、３０ｂ…第２光検出器、３２…分光器、３４…受光素子、４０…フィルター、５０…操作部、５２…表示部、５４…記憶部、５５…データベース、６０…処理部、６１…反射スペクトル取得部、６２…シフト量算出部、６３…ラマンスペクトル取得部、６４…ピーク強度算出部、６５…定量部、６６…相関情報取得部、１００…ラマン分光装置、１２０…気体試料保持部、１２２…カバー、１２３…吸引口、１２４…吸引流路、１２５…除塵フィルター、１２６…排出流路、１２７…吸引機構、１２８…排出口、１３０…検出部、１４０…制御部、１４６…接続部、１５０…筐体、２００，３００…ラマン分光装置、４００…電子機器、４１０…演算部、４２０…記憶部、４３０…表示部
【図１】
0006414407.tif 000012
【図２】
0006414407.tif 000013
【図３】
0006414407.tif 000014
【図４】
0006414407.tif 000015
【図５】
0006414407.tif 000016
【図６】
0006414407.tif 000017
【図７】
0006414407.tif 000018
【図８】
0006414407.tif 000019
【図９】
0006414407.tif 000020
【図１０】
0006414407.tif 000021
【図１１】
0006414407.tif 000022
【図１２】
0006414407.tif 000023
【図１３】
0006414407.tif 000024
【図１４】
0006414407.tif 000025
【図１５】
0006414407.tif 000026
【図１６】
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