(57)【要約】【課題】  クロマトグラフと近接場分光分析装置とを併用した高感度の分析装置および分析方法を提供する。【解決手段】  クロマトグラフ部と近接場分光分析装置部とを備えており、クロマトグラフ部にて分離されたサンプルをステージ上に搭載して冷却または加熱により濃化固定した後に、ステージの移動により近接場分光分析装置部の探針直下にサンプルを移動させて分析し、ステージの移動により分析済サンプルを別位置に移動させて加熱により除去するクロマトグラフ併用近接場分光分析装置および方法。【選択図】      図２
2005227160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロマトグラフ部と近接場分光分析装置部とを備え、クロマトグラフ部にて分離されたサンプルを近接場分光分析装置部にて分析する装置であって、
クロマトグラフ部の成分分離カラムから分岐したサンプル誘導管、
上記サンプル誘導管の先端から流出するサンプルを搭載するサンプル搭載部を備えたステージ、
上記ステージを、サンプル搭載位置と、近接場分光分析位置と、分析済サンプル除去位置との間を移動させるステージ移動手段、
上記サンプル搭載位置にて上記ステージ上のサンプルを冷却または加熱により濃化固定するサンプル濃化固定手段、
上記分析済サンプル除去位置にて上記ステージ上の分析済サンプルを加熱により除去するサンプル除去手段
を備えたことを特徴とするクロマトグラフ併用近接場分光分析装置。
【請求項２】
請求項１において、上記クロマトグラフがガスクロマトグラフであり、上記サンプル濃化固定手段が冷却器であることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１において、上記クロマトグラフが液体クロマトグラフであり、上記サンプル濃化固定手段が加熱器であることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項において、上記ステージ移動手段が往復運動手段であることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１から３までのいずれか１項において、上記ステージ移動手段が回転運動手段であることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５において、上記ステージが円筒状であって鉛直な中心軸の回りを回転可能であり、円筒の内周面と底面とが作るコーナー部に上記サンプル搭載部を備えていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項４または５において、上記ステージのサンプル搭載面に設けた平滑金属膜上に搭載したサンプルに浅い角度で近接場光を照射することを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項４または５において、上記ステージ上に複数のサンプル搭載部を備えたことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８において、上記複数のサンプル搭載部は上記ステージに掘り込まれた窪みであり、該ステージの移動による該窪みの位置に同期して上記近接場分光分析装置の探針が上下振動することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１〜９記載の装置を用いるクロマトグラフィー併用近接場分光分析方法であって、以下の工程：
サンプル誘導管からステージのサンプル搭載部にサンプルを搭載する工程、
搭載されたサンプルを冷却または加熱により濃化固定する工程、
ステージを移動させて、サンプル搭載部上の濃化固定されたサンプルを近接場分光分析位置まで移動させる工程、
サンプルを近接場分光分析する工程、
ステージを移動させて、サンプル搭載部上の分析済サンプルを分析済サンプル除去位置まで移動させる工程、
分析済サンプルを加熱により除去する工程、
を上記の順で行なうことを特徴とするクロマトグラフィー併用近接場分光分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロマトグラフ機能と近接場分光分析機能とを組み合わせた高感度分析装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスあるいは液体クロマトグラフと赤外分光分析装置とを組み合わせたＧＣ−ＩＲ、ＬＣ−ＩＲ等が知られている。これにより、クロマトグラフで分離した成分を赤外分光分析装置により分析して、成分サンプルの化学結合状態を求めるためことができる。
【０００３】
しかし、クロマトグラフの分離カラムや検出器などの受容限度を考慮すると、クロマトグラフに導入できる試料はごく少量にせざるを得ない。そして、分離後の単体成分は更に微量となるため、赤外分光分析による検出が困難になり、装置全体としての感度が非常に低いという問題があった。
【０００４】
一方、近接場分光分析装置は特許文献１（特開２００１−２７５９７号公報）に記載されたようなプローブ（探針）を用いて試料表面の微小領域を分析する手段として知られているが、やはりクロマトグラフから得られる微量サンプルでは分析が困難である。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２７５９７号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、クロマトグラフと近接場分光分析装置とを併用した高感度の分析装置および分析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】
【０００７】
上記の目的は、本発明によれば、クロマトグラフ部と近接場分光分析装置部とを備え、クロマトグラフ部にて分離されたサンプルを近接場分光分析装置部にて分析する装置であって、
クロマトグラフ部の成分分離カラムから分岐したサンプル誘導管、
上記サンプル誘導管の先端から流出するサンプルを搭載するサンプル搭載部を備えたステージ、
上記ステージを、サンプル搭載位置と、近接場分光分析位置と、分析済サンプル除去位置との間を移動させるステージ移動手段、
上記サンプル搭載位置にて上記ステージ上のサンプルを冷却または加熱により濃化固定するサンプル濃化固定手段、
上記分析済サンプル除去位置にて上記ステージ上の分析済サンプルを加熱により除去するサンプル除去手段
を備えたことを特徴とするクロマトグラフ併用近接場分光分析装置によって達成される。
【０００８】
本発明によれば、更に、上記の装置を用いるクロマトグラフィー併用近接場分光分析方法であって、以下の工程：
サンプル誘導管からステージのサンプル搭載部にサンプルを搭載する工程、
搭載されたサンプルを冷却または加熱により濃化固定する工程、
ステージを移動させて、サンプル搭載部上の濃化固定されたサンプルを近接場分光分析位置まで移動させる工程、
サンプルを近接場分光分析する工程、
ステージを移動させて、サンプル搭載部上の分析済サンプルを分析済サンプル除去位置まで移動させる工程、
分析済サンプルを加熱により除去する工程、
を上記の順で行なうことを特徴とするクロマトグラフィー併用近接場分光分析方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、クロマトグラフと近接場分光分析装置を組み合わせたことにより以下の効果を奏する。
【００１０】
近接場分光分析法は、光の波長以下の高空間分解能で、試料表面の化学結合状態を解析する方法である。図１に示すように、走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）等のプローブに似た例えば開口型プローブＰの内部に光Ｌを導入すると、波長より小さい開口Ｔで近接場光Ｎが発生する。これを試料Ｓの表面に照射し、その反射光Ｒを検出器Ｄで検出して分光分析する。これにより光Ｌの波長より小さい極めて微小な領域の分光分析が可能になる。
【００１１】
本発明では、近接場分光分析法のこの特性を利用して、クロマトグラフで分離された微量のサンプルの高感度の分光分析を実現した。
【００１２】
すなわち本発明によれば、クロマトグラフにより分離されたサンプルをステージ上で濃化固定した後に、微小領域の分析に適した近接場分光分析するので、微量サンプルを高感度で分光分析できる。
【００１３】
更に、ステージ移動によりサンプルの搭載→分析→除去→搭載...のサイクルを高速で繰り返せるので、各分離成分サンプルについて高感度連続分光分析が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
〔実施形態１〕
図２に、本発明の一実施形態としてガスクロマトグラフ併用近接場分光分析装置（以下「ＧＣ分光装置」と略称）の構成例を示す。
【００１５】
図示のＧＣ分光装置１００は、ガスクロマトグラフ部１０２と近接場分光分析装置部１０４とを備えている。
【００１６】
ガスクロマトグラフ部１０２は、分離カラム（キャピラリカラム）Ｑとマススペクトロメータ等の分析器Ａとを備えていて、試料注入口Ｊが試料採取器Ｉからの試料を受け入れる。カラムＱから分析器Ａへの配管の途中でサンプル誘導管Ｂが分岐しており、その先端にサンプル噴出口Ｆが開口している。
【００１７】
近接場分光分析装置１０４は、光Ｌを発生する光源Ｅ、後端から光Ｌを受け入れて先端Ｔで近接場光Ｎを発生する探針（プローブ）Ｐ、反射近接場光Ｒを検出する検出器Ｄを備えている。光源Ｅとしては例えば波長可変レーザを用いることができる。
【００１８】
ガスクロマトグラフ１０２で分離されたサンプルはサンプル噴出口Ｆから、水平往復移動（矢印Ｍ）するステージＧのサンプル搭載部へサンプルＳとして搭載される。このサンプル搭載位置Ｘ１にはステージＧの裏面に面するようにペルチェ素子等の冷却器Ｃが配置されている。
【００１９】
ガスクロマトグラフ１０２からのサンプルＳは、通常、実質的なサンプル物質である有機物揮発蒸気とキャリアガス（Ｈｅ等）との混合ガスである。このサンプルＳがステージＧ上で冷却器Ｃにより冷却（急冷）されると、有機物揮発蒸気のみが微小領域で濃縮し、凝結付着して固定される。凝結過程でキャリアガスは分離除去される。冷却温度は一般に０℃以下である。
【００２０】
このようにサンプルＳを搭載位置Ｘ１で濃化固定したら、ステージＧを左へ移動（矢印Ｋ１）させてサンプルＳを分光分析位置Ｘ２で停止させ、サンプルＳを近接場分光分析装置１０４の探針Ｐの先端Ｔに近接させる。
【００２１】
光源Ｅからの光Ｌを探針Ｐ内に導入し、先端Ｔから近接場光Ｎを発生させる。サンプルＳからの反射近接場光Ｒを検出器Ｄで検出して分光分析する。
【００２２】
分析後、ステージＧを右へ移動（矢印Ｋ２）させてサンプルＳを図中右端の除去位置Ｘ３で停止させる。ここで加熱器ＨによりサンプルＳを加熱して分解除去する。加熱温度は一般に５００℃以上である。
【００２３】
その後、ステージＧを左へ移動（矢印Ｘ３）させてサンプル搭載部をサンプル噴出口Ｆの直下のサンプル搭載位置Ｘ１に戻す。
【００２４】
上記のサイクルを繰り返すことにより、クロマトグラフ１０２からのサンプルを連続的に分光分析できる。
【００２５】
本発明の分光分析としては、赤外光を初めとして、可視光（ラマン分光等）、紫外光を含む振動分光法を適用できる。
【００２６】
〔実施形態２〕
図３に、本発明の他の実施形態として液体クロマトグラフ併用近接場分光分析装置（以下「ＬＣ分光装置」と略称）の構成例を示す。
【００２７】
図示のＬＣ分光装置１１０は、液体クロマトグラフ部１１２と近接場分光分析装置部１１４とを備えている。
【００２８】
液体クロマトグラフ部１１２は、分離カラムＱと分析器Ａとを備えていて、試料注入口Ｊが試料採取器Ｉからの試料を受け入れる。カラムＱから分析器Ａへの配管の途中でサンプル誘導管Ｂが分岐しており、その先端にサンプル噴出口Ｆが開口している。
【００２９】
近接場分光分析装置１１４は、図２に示した実施形態１の近接場分光分析装置１０４と同じ構成であり、光Ｌを発生する光源Ｅ、後端から光Ｌを受け入れて先端Ｔで近接場光Ｎを発生する探針（プローブ）Ｐ、反射近接場光Ｒを検出する検出器Ｄを備えている。
【００３０】
液体クロマトグラフ１１２で分離されたサンプルはサンプル噴出口Ｆから、水平往復移動（矢印Ｍ）するステージＧのサンプル搭載部へサンプルＳとして搭載される。このサンプル搭載位置Ｘ１にはステージＧの裏面に面するように加熱器Ｈ１が配置されている。
【００３１】
液体クロマトグラフ１１２からのサンプルＳは、通常、実質的なサンプル物質である高沸点有機物と低沸点有機溶媒（ＴＨＦ、クロロホルム等）との混合液である。このサンプルＳがステージＧ上で加熱器Ｈ１により加熱されると、低沸点有機溶媒は揮発除去され、高沸点有機物のみが微小領域で濃縮付着して固定される。加熱器Ｈ１による加熱温度は、一般に１００℃程度である。
【００３２】
このようにサンプルＳを搭載位置Ｘ１で濃化固定したら、以降は実施形態１の場合と同様の過程でステージＧを順次水平移動をさせて、搭載位置Ｘ１→＜左移動Ｋ１＞→分析位置Ｘ２→＜右移動Ｋ２＞→除去位置Ｘ３と移動させる。ここで加熱器Ｈ２によりサンプルＳを加熱して分解除去する。加熱器Ｈ２による加熱温度は、一般に５００℃以上である。
【００３３】
その後、ステージＧを＜左移動Ｘ３＞によりサンプル搭載部をサンプル噴出口Ｆの直下のサンプル搭載位置Ｘ１に戻す。
【００３４】
上記のサイクルを繰り返すことにより、液体クロマトグラフ１１２からのサンプルを連続的に分光分析できる。
【００３５】
本発明の分光分析としては、赤外光を初めとして、可視光（ラマン分光等）、紫外光を含む振動分光法を適用できる。
【００３６】
実施形態１、２のいずれの場合にも、図４（１）に示すクロマトグラムの所望のピークの物質について図４（２）に示す分光分析スペクトルが得られる。この点については以下に示す実施形態においても同様である。
【００３７】
〔実施形態３〕
実施形態１、２においてはステージＧを往復移動させて、サンプル搭載Ｘ１→＜左移動Ｋ１＞→分析Ｘ２→＜右移動Ｋ２＞→サンプル除去Ｘ３→＜左移動Ｋ３＞→サンプル搭載Ｘ１のサイクルを実行する。その際、右移動Ｋ２の期間は一時的に分析できず、この分析不可期間Ｋ２が他の期間Ｋ１、Ｋ３に比べて大きくならざるを得ない点が非効率である。
【００３８】
本実施形態では、図５に示すように、ステージＧを回転移動させることにより、上記の点を解消し効率を高めた。同図において、図２、３と同一の参照符号を付した各構成要素は実施形態１、２の各構成要素に対応する。
【００３９】
円板状ステージＧを矢印Ｖの向きに回転させると、ステージＧ上のサンプル搭載部αは、搭載位置Ｘ１→＜順移動Ｋ１＞→分析位置Ｘ２→＜順移動Ｋ２＞→除去位置Ｘ３→＜順移動Ｋ３＞→搭載位置、Ｋ２、Ｋ３の全てが順方向であり、実施形態１、２における逆向きの移動期間Ｋ２を含まない一方向移動になり、上記の分析不可期間を最小化できるので、効率が向上する。これに伴い、時間分解能も向上する。
【００４０】
本実施形態において考慮すべき点は、回転運動Ｖに伴う遠心力の存在である。本発明はクロマトグラフから次々と供給されるサンプルを高速で分析処理することを目指している。そのためにはサンプル移動を担うステージＧの回転運動を高速化する必要があり、それに伴い遠心力も大きくなるので、これに抗してサンプルＳを搭載部に安定して保持する必要がある。
【００４１】
そのため、図５に示したようにサンプル誘導管Ｂの噴出口Ｆを円板状ステージＧの外側から内側に向け、水平なステージ面に対して小さい角度θで配置した。これにより、噴出口Ｆからのサンプル噴出力をステージＧの回転中心に向けて、遠心力に対する抗力として効果的に作用させることができる。
【００４２】
〔実施形態４〕
図６に示す実施形態においては、実施形態３のようにステージＧを回転運動させる際の遠心力対抗策として、ステージＧが円筒状であって鉛直な中心軸Ｕの回りを回転可能であり、円筒の内周面と底面とが作るコーナー部にサンプルＳの搭載部を備えている。図５と同じ参照符号を付した各構成要素は実施形態３の各構成要素に対応する。
【００４３】
本実施形態では、円筒状ステージＧの内周面と底面とのコーナー部にサンプルＳを搭載することにより、ステージＧの停止時にも高速回転時にも安定してサンプルＳを搭載部に保持できる。
【００４４】
なお、本実施形態では、検出器Ｄを円筒状ステージＧの内側に配置してサンプルＳとの近接状態を確保している。
【００４５】
〔実施形態５〕
本実施形態においては、図７に一例を示すように、ステージＧは水平な回転軸を持つドラム形状とし、そのサンプル搭載面に平滑金属膜Ｙを設けてある。この金属膜Ｙ上に搭載したサンプルＳに近接場分光分析装置の探針Ｐの先端Ｆから浅い照射角度φで近接場光Ｎを照射する。図５、６と同じ参照符号を付した各構成要素は実施形態３、４の各構成要素に対応する。
【００４６】
近接場光Ｎの照射角度φは例えば１０°以下であり、反射近接場光Ｒとの干渉で強電場生じる表面増強反射により、検出感度を１０２倍〜１０５倍に高めることができる。
【００４７】
図７の例では、ステージＧを水平軸回りに回転するドラムとして示したが、これに限定する必要はない。実施形態１、２（図２、３）のように平面ステージを往復移動させる形態であっても、実施形態３、４（図５、６）のように鉛直軸回りに回転する円板状や円筒状のステージを用いる形態であっても、あるいはその他の形態であっても、本実施形態と同様の効果が得られる。
【００４８】
〔実施形態６〕
実施形態１、２（図２、３）において、サンプルＳの搭載部を複数設けることにより、多数のサンプルを一括して分析するコンビナトリ化学が可能になる。
【００４９】
図８はその一例を示すものであり、複数箇所に搭載された各サンプルＳについて、添加試薬噴出口ｄから種々の試薬を添加した後に探針Ｐの直下で近接場分光分析を行なう。図２、３と同一の参照符号を付した各構成要素は実施形態１、２の各構成要素に対応する。
【００５０】
本実施形態では、実施形態１、２の構成に加えて、サンプル搭載部を複数備えたことに以外に、サンプル噴出口Ｆの面前で水平往復運動（矢印ｍ）するスリットＺを設けた。スリットＺの往復運動ｍはステージＧの往復運動Ｍと同期しており、クロマトグラフからの各成分同士を明確に分離できるようにしてある。
【００５１】
これにより、各分離サンプル毎に複数の試薬を添加して、その反応状態を随時観測することができるコンビナトリアル化学が実現できる。
【００５２】
〔実施形態７〕
本実施形態では、実施形態６の構成において、ステージＧの各サンプル搭載部に窪みｈを備えた点、およびステージＧの移動による窪みｈの位置に同期して近接場分光分析装置の探針Ｐが上下振動（矢印β）する点を改良した。図７と同一符号を付した各構成要素は実施形態６の各構成要素に対応する。
【００５３】
窪みｈ内にサンプルＳを収容して搭載することにより、高速往復運動するステージＧ上でサンプルＳの保持を安定化する。ただし、近接場分光分析を実行するには、探針Ｐを窪みｈ内のサンプルＳに近接させる必要がある。そのために、探針Ｐを矢印βで示すように上下に振動させ、この上下振動βをステージＧの移動Ｍによる窪みｈの移動に同期させる。すなわち、探針Ｐの直下に窪みｈが位置するときに探針Ｐを窪みｈ内へ下降させるようにタイミングを合わせてステージ左右動Ｍと探針上下動βを同期させる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、クロマトグラフと近接場分光分析装置とを併用した高感度の分析装置および分析方法が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、近接場分光分析装置の一般原理を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１による往復運動式平板ステージを用いたガスクロマトグラフ併用近接場分光分析装置を示す配置図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態２による往復運動式平板ステージを用いた液体クロマトグラフ併用近接場分光分析装置を示す配置図である。
【図４】図４は、本発明の分析装置により得られる（１）クロマトグラムと、その所望のピークの物質についての（２）分光分析スペクトルとを模式的に示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の実施形態３による回転運動式円板ステージを用いたクロマトグラフ併用近接場分光分析装置を示す（１）断面図、（２）斜視図、（３）平面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態４による回転式円筒ステージを用いたクロマトグラフ併用近接場分光分析装置を示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態５による回転式ドラムステージを用いたクロマトグラフ併用近接場分光分析装置を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態６による往復運動式多サンプルステージを用いたクロマトグラフ併用近接場分光分析装置を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態７による往復運動式多サンプル窪み付きステージを用いたクロマトグラフ併用近接場分光分析装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００…ガスクロマトグラフ併用近接場分光分析装置
１０２…ガスクロマトグラフ部
１０４…近接場分光分析装置部
１１０…液体クロマトグラフ併用近接場分光分析装置
１１２…液体クロマトグラフ部
１１４…近接場分光分析装置部
Ｑ…分離カラム
Ａ…マススペクトロメータ等の分析器
Ｊ…試料注入口
Ｉ…試料採取器
Ｂ…サンプル誘導管
Ｆ…サンプル噴出口
Ｌ…光
Ｅ…光源
Ｔ…探針Ｐの先端
Ｐ…近接場分光分析装置の探針
Ｎ…近接場光
Ｒ…反射近接場光
Ｄ…検出器
Ｍ…ステージＧの水平往復運動
Ｓ…サンプル
Ｃ…冷却器
Ｈ、Ｈ１、Ｈ２…加熱器
Ｇ…ステージ
Ｘ１…サンプル搭載位置
Ｘ２…近接場分光分析位置
Ｘ３…サンプル除去位置
Ｋ１…搭載位置Ｘ１から分析位置Ｘ２への移動の向き
Ｋ２…分析位置Ｘ２から除去位置Ｘ３への移動の向き
Ｋ３…除去位置Ｘ３から搭載位置Ｘ１への移動の向き
【図１】
2005227160.tif 000003
【図２】
2005227160.tif 000004
【図３】
2005227160.tif 000005
【図４】
2005227160.tif 000006
【図５】
2005227160.tif 000007
【図６】
2005227160.tif 000008
【図７】
2005227160.tif 000009
【図８】
2005227160.tif 000010
【図９】
2005227160.tif 000011