(57)【要約】【課題】テラヘルツ分光法を用いて有機物質を検出する方法を提供すること。【解決手段】本明細書において、有機物質を検出する方法、より具体的には、テラヘルツ分光法を用いて有機物質を検出する方法が開示される。テラヘルツ分光法を用いて有機物質を検出する方法は、有機物質を媒体中に懸濁させてサンプルを形成し、サンプルに、約１００ＧＨｚから約２ＴＨｚまでの範囲の複数の周波数を有する電磁放射の照射ビームを照射し、サンプルを透過した及び／又はサンプルから反射された放射を検出し、検出された放射を分析して有機物質を識別することを含み、ここで、媒体は、アガー、グアーガム、ジェランガム、カラギーナン、キサンタンガム、繊維状ペクチン酸ナトリウム、及び他のアガー代替物からなる群から選択される。【選択図】図１
2012117966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ分光法を用いて有機物質を検出する方法であって、
有機物質を媒体中に懸濁させてサンプルを形成することと、
前記サンプルに約１００ＧＨｚから約２ＴＨｚまでの範囲の複数の周波数を有する、電磁放射の照射ビームを照射することと、
前記サンプルを透過した及び／又は該サンプルから反射された放射を検出することと、
検出された前記放射を分析して前記有機物質を識別することとを含み、
前記媒体は、アガー、グアーガム、ジェランガム、カラギーナン、キサンタンガム、繊維状ペクチン酸ナトリウム、アクリルアミド及び他のアガー代替物からなる群から選択される、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記媒体はアガーであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記サンプルに電気ポーリングを施すことをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ドライボックス内で前記サンプルに照射することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の周波数は約４００ＧＨｚから約７００ＧＨｚまでの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記有機物質は糖質であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記有機物質は単糖又は二糖であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記有機物質は、ショ糖、ラクツロース、ラクトース、マルトース、トレハロース、セロビオース、及びこれらの混合物から成る群から選択される二糖であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記有機物質を含まない媒体サンプルを用いてベースライン比較を行うことであって、
前記媒体サンプルに前記照射ビームを照射することと、
前記媒体サンプルを透過した及び／又は該媒体サンプルから反射された放射を検出することと、
前記媒体サンプルの検出された前記放射を、前記サンプルの検出された前記放射と比較することとをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記サンプルの照射及び該サンプルからの放射の検出を２回以上行うことにより、サンプルの加重平均を行うことをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、有機物質を検出する方法に関し、より具体的には、テラヘルツ分光法を用いて有機物質を検出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
テラヘルツ（ＴＨｚ）領域上の分光法は、時間領域及び周波数領域の２つの基本的な技術に分けることができる。時間領域システムは、モードロックレーザーからの光パルスを用いて、光伝導（すなわち、「Ａｕｓｔｏｎ」）スイッチ（ＰＣＳ）における復調プロセスにより、ＴＨｚパルスを生成する。ＴＨｚパルスは、関心のあるサンプルを通過した後、同じモードロックレーザーからの遅延光パルスにより駆動される第２のＰＣＳ（検出器）上に合焦される。この光検出器パルスの遅延を変化させ、検出器のＰＣＳ光電流を遅延の関数として測定してＴＨｚの自己相関関数を得る。規格化及びフーリエ変換をこの自己相関関数に施して関心のあるサンプルの周波数依存の透過率を生成する。フーリエ変換分光法におけるように、スペクトル分解能は、主として遅延ラインの長さによって決定されるが、これは１ｃｍを越えて大きく増加させることが非常に困難であり、１ｃｍ-1又は３０ＧＨｚの典型的な分解能を与える。
【０００３】
一方、周波数領域技術においては、２つの単一周波数レーザーの合成出力をＰＣＳ内で光混合することにより連続波のＴＨｚ放射が生成される。レーザーの一方（又は両方）の波長を調整してＴＨｚの出力周波数を変化させる。ほとんどの光混合の分光用途においては、ＰＣＳからのＴＨｚ出力ビームが、高感度の広帯域熱検出器（例えば、ＬＨｅボロメータ又はゴレイセル）に結合され、信号処理全体をインコヒーレントかつ位相非感受性にする。コヒーレント（ホモダイン）検出は、レーザーからの同じ光放射を、ＴＨｚ信号もまた入射する検出器のＰＣＳ内で混合することにより、室温で実現することができる。これは、インコヒーレントな技術よりも高感度且つ迅速なデータ取得をもたらし、また位相情報を保存する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｍａｕｅｒ他著、Ｊ．Ａｇｒｉｃ．Ｆｏｏｄ  Ｃｈｅｍ．５７：３９７４−３９８０、２００９年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本明細書において、テラヘルツ分光法を用いて有機物質を検出する方法が開示される。幾つかの例によると、本方法は、有機物質を媒体中に懸濁させてサンプルを形成し、本サンプルに約１００ＧＨｚから約２ＴＨｚまでの範囲の複数の周波数を有する電磁放射の照射ビームを照射し、サンプルを透過した及び／又はサンプルから反射された放射を検出し、検出された放射を分析して有機物質を識別することを含み、ここで媒体は、アガー、グアーガム、ジェランガム、カラギーナン、キサンタンガム、繊維状ペクチン酸ナトリウム、及び他のアガー代替物からなる群から選択される。媒体はアガーであることが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
複数の周波数は、約４００ＧＨｚから約７００ＧＨｚまでの範囲にあることが好ましい。別の実施形態においては、複数の周波数は、約５００ＧＨｚから約８００ＧＨｚまでの範囲にある。本方法は、電気ポーリングをサンプルに施すことをさらに含むことができる。本方法はまた、ドライボックス内でサンプルに照射することを含むことができる。
【０００７】
幾つかの実施形態において、有機物質は糖質である。有機物質は単糖又は二糖とすることができる。有機物質は、ショ糖、ラクツロース、ラクトース、マルトース、トレハロース、セロビオース、及びこれらの混合物からなる群から選択された二糖とすることができる。有機物質は、ラクトースであることが好ましい。
【０００８】
本方法は、媒体サンプルに照射ビームを照射し、媒体サンプルを透過した及び／又は媒体サンプルから反射された放射を検出し、媒体サンプルの検出された放射を、サンプルの検出された放射と比較することを含む、有機物質のない媒体サンプルとのベースライン比較を行うことをさらに含むことができる。本方法は、空気に照射ビームを照射し、空気を透過した及び／又は空気から反射された放射を検出し、空気の検出された放射を、サンプルの検出された放射と比較することを含む、空気とのベースライン比較を行うことをさらに含むことができる。
【０００９】
本方法は、２回以上サンプルに照射してサンプルからの放射を検出することにより、サンプルの加重平均を行うことをさらに含むことができる。
【００１０】
１つの実施形態において、照射ビームは、時間領域のパルス照射である。別の実施形態において、照射ビームは、周波数領域の連続照射である。
【００１１】
本方法は、統合型レーザーモジュール内で合成レーザービームを発生し、合成レーザービームにより作動する第１の光伝導スイッチに合成レーザービームを当てて照射ビームを光学的に発生された照射ビームとして形成することをさらに含むことができる。本方法は、サンプルを透過した及び／又はサンプルから反射された放射を検出するために配置された検出器に合成レーザービームを当てることを含むことができ、ここで前述の検出器は、合成光ビームにより作動する第２の光伝導スイッチを含む。本方法は、異なる周波数を有し、各々が異なる低周波の識別トーンにより変調された第１及び第２のレーザーから合成レーザービームを発生させることを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＴＨｚ分光法を用いて有機物質を検出するプロセスを示す。
【図２】図１のプロセスを実施するのに用いることができ、低テラヘルツ周波数における所望の検出レベルを実現することができるＴＨｚ分光計のブロック図である。
【図３】図２に示す構成のＴＨｚ分光計を特徴付けるグラフである。
【図４】ラクトース粉末のみに対するＴＨｚスペクトル（出力対波長）のグラフである。
【図５】図３のＴＨｚ分光計の例示的な適用の下での、空気、アガー、及びラクトースを有するアガーに対するＴＨｚスペクトル（出力対波長）のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書において、テラヘルツ分光法を用いて媒体中に懸濁させた有機物質を検出する方法を説明する。媒体は、アガー、グアーガム、ジェランガム、カラギーナン、キサンタンガム、繊維状ペクチン酸ナトリウム、アクリルアミド、及び他のアガー代替物からなる群から選択される。媒体は、フィルム形成多糖類とすることができる。媒体はアガーであることが好ましい。
【００１４】
アガーは、微生物学に用いられており、バクテリアの増殖のための固体表面を含む媒体を与える。アガーは、同じガラクトースベースの骨格を共有する、アガロース及びアガロペクチンという２種類の多糖の異種混合物である。アガロースの中性電荷及び低度の化学的複雑性が、生体分子との相互作用をしにくくする。
【００１５】
検出すべき有機物質をアガーに懸濁させることにより、有機物質を有効なＴＨｚ分光法のために安定させる。理論に縛られるものではないが、アガーは、分子内振動モード及び分子間振動モードの検出を可能にすると考えられる。
【００１６】
この方法を用いることにより、多種類の有機物質を分析することができる。有機物質は、炭素を含有する任意の化合物である。有機化合物は、天然又は合成のいずれであってもよい。天然の化合物は、植物又は動物によってつくられた化合物、例えば糖類又は単純な糖質を指す。
【００１７】
有機物質は、糖質であることが好ましい。糖質は、アルデヒド又はケトンである単純な有機化合物である。糖質は、単糖、二糖、オリゴ糖、多糖の４つの化学的分類を有する。基本の糖質の単位は、グルコース、ガラクトース、及びフルクトース等の単糖である。２つの単糖で形成される一般的な二糖は、ショ糖、ラクツロース、ラクトース、マルトース、トレハロース、及びセロビオースを含む。オリゴ糖は、少数の単糖で形成されたポリマーである。多糖は、グリコシド結合により互いに結合した単糖又は二糖の繰り返し単位で形成された糖ポリマー構造体である。幾つかの一般的な多糖は、スターチ、グリコーゲン、セルロース、及びキチンを含む。
【００１８】
有機物質は糖質であることが好ましく、単糖又は二糖であることがより好ましく、二糖であることが最も好ましい。好ましい実施形態においては、有機物質は、ショ糖、ラクツロース、ラクトース、マルトース、トレハロース、セロビオース、及びこれらの混合物からなる群から選択された二糖とすることができる。
【００１９】
サンプル、すなわち、有機物質を有する媒体は、乾燥させることができる。乾燥プロセスは、水の大部分をサンプルから除去することが好ましい。乾燥プロセスは、例えば、化学的乾燥、真空排気、周囲の乾燥、又は加熱を含むことができる。好ましい実施形態においては、乾燥プロセスは、実質的に全ての水をサンプルから除去する。
【００２０】
図１は、有機物質をアガー中に懸濁させることにより、ＴＨｚ分光法を用いて有機物質を検出するための例示的なプロセス１００を示す。本例は、アガー中の懸濁物に関して説明されるが、あらゆる種類の好適な媒体を用いてもよいことが理解されるであろう。ブロック１０２において、アガーが調製される。例えば、特定の量のアガーを水に加え、沸騰させ、冷却させる。ブロック１０４において、アガーが完全に冷却する前に、有機物質をアガー中に溶解又は懸濁させ、確実に均一になるように混合する。随意のブロック１０５において、有機物質をアガー中に溶解又は懸濁させた後、依然として凝固しない(unset)有機物質を含むアガーには電気ポーリングプロセスを施すことができる。
【００２１】
一般的なポーリングプロセスは、例えば、コンタクトポーリング及びコロナポーリングを含む。例えば、コンタクトポーリングにおいては、ポーリング電界を印加する２つの電極間にサンプルが配置される。サンプルは、乾燥中はハウジング内に収容することができるが、そうでない場合は閉じ込める必要はない。コロナポーリングにおいては、サンプル上に配置された針と、サンプルの他方の側の接地面との間に、大きな電界が印加される。この大きな電界は、針とサンプルとの間にコロナ放電を生成する。イオンがサンプル表面に蓄積してサンプルを横切る非常に強力な電界を生成し、この電界がサンプル内の有機物質をポーリングする。
【００２２】
通常、ポーリングは、室温或いは室温より低温で、又は、幾つかの例においては室温より高温で実現することができる。一例に過ぎず、限定するものではないが、ポーリング電界は、約４０Ｖ／マイクロメートルから１５０Ｖ／マイクロメートルまでとすることができる。
【００２３】
アガー内の有機物質の双極子を整列させるのに用いられるポーリング技術及びパラメータは、乾燥のために望ましい特定の温度に適合させることができる。乾燥サンプルについては、ポーリング中にサンプルの温度を徐々に上昇させ、幾つかの例においては同時にポーリング電界を上昇させることにより、ポーリングを施すことができる。
【００２４】
ポーリングプロセスは、有機物質内の分子の双極子を整列させ、媒体が凝固し(set)、乾燥すると、分子は整列した位置に固定される。印加電界を制御することにより、サンプルを制御して生じる透過テラヘルツビームの波形に影響を与えることができる。このように電気ポーリングを用いて、テラヘルツ波形及びプロセス効率全体を制御することにより、ＴＨｚ分光分析を改善することができる。
【００２５】
電気ポーリングは、アガーの凝固及び乾燥中を通して施すことが好ましい。電気ポーリングは、連続又はパルス方式で施すことができ、アガーの乾燥段階の選択的な部分の間に施すことができる。
【００２６】
別の実施形態において、プロセス１００は電気泳動プロセスを含むことができる。例えば、いったん媒体が冷えて凝固すると、有機物質は媒体内又は媒体上に位置することができる。電界を印加すると、有機物質は媒体中を移動することができる。次に媒体を乾燥させて、整列した有機物質を媒体内に固定することができる。有機物質が均一でない場合には、電気泳動プロセスは、媒体内の有機物質の成分を大きさ又は電荷によって分離することができる。
【００２７】
図１に戻ると、ブロック１０６において、懸濁させた有機物質を有するアガーが乾燥され、サンプルが形成される。アガーは室温で凝固するであろう。しかしながら、加熱又は電気流体力学的乾燥のような随意の乾燥技術は、より良好に乾燥させ、最終的にはＴＨｚ分析を改善することができる。ブロック１０８において、サンプルがＴＨｚ分光システムに供給される。このサンプルは、より大きな生産量から採取し、バイアル、ペトリ皿、ガラス板等の送給機構を介してＴＨｚシステムに供給することができる。サンプルは、手動又は自動手段により供給し、連続的に供給するか、又は、例えば、バッチ式に周期的にサンプリングすることができる。連続モードにおいては、サンプルは、連続的に検出器を通過することができ、その際検出器は通過するサンプルを照射する。ブロック１０８において、サンプルは、随意にドライボックスに入れて水蒸気遷移の検出を最小にすることができる。
【００２８】
ブロック１１０において、ブロック１０６からのサンプルをスペクトル的に検査するのに用いられる分光システムにより、ＴＨｚ放射が発生される。装置は、ブロック１１２において、サンプルを透過した及び／又はサンプルから反射された放射を検出し、ここでＴＨｚ周波数検出器は、透過した及び／又は反射された放射を収集し、これを適切なデータに変換する。検出器は、ＴＨｚイメージングに伝統的に用いられる走査型ＴＨｚ検出器又はアレイ検出器を含む様々な型のものであってよい。検出器は、強度検出器であることが好ましい。
【００２９】
ブロック１１４において、検出された放射を分析して吸光度を決定し、これによって、サンプルの化学物質含有量、具体的には、サンプルが、多数の識別可能な汚染物質のいずれか１つを有するかどうかを決定する。ブロック１１２からの検出された放射値を、有機物質の既知の放射特性と比較すること、又は、アガーの純粋な（有機物質のない）サンプルに対する検出された放射値についてベースライン決定を行うことを含む種々の分析方法をブロック１１４で実行することができる。前者については、検出された放射を、有機物質の既知のライブラリ（例えば、参照テーブル又は他のデータメモリ保存形態に保存された）と比較して、どの有機物質がサンプル内に存在するかを決定することができる。後者は、純粋なアガーの特性吸収スペクトルをベースラインとして得ることを含むことができる。次に、純粋なアガーからのベースラインを、サンプルからの検出された放射から差し引いてどの有機物質が存在するかを決定することができる。幾つかの例において、ブロック１１４はまた、検出された放射データの品質を分析し、サンプルデータ精度の別個の表示を与える品質又は確かさ係数を決定することができるが、これらは検出放射信号内の雑音、スペクトル領域に渡る強度の変動、及び他の動作条件に応じて変化し得るものである。
【００３０】
好ましい例において、プロセス１００は非破壊的であるため、同じサンプルを何度も試験することができ、その結果分析ブロック１１４は、検出された放射データを同じサンプルの多数の試験に渡り、又は、同じ生産量からの異なるサンプルについて行われた多数の試験に渡って平均することができる。データを平均することは、雑音を減らす助けとなる。非特許文献１の部分最小自乗（ＰＬＳ）モデルを含むよりロバストな分析技術を修正して、ＴＨｚ分光データと有機物質の種類との間の相関モデルを作成することができる。
【００３１】
ブロック１１０により発生されたＴＨｚビームは、約１００ＧＨｚから約２ＴＨｚまでの範囲、好ましくは、約４００ＧＨｚから約７００ＧＨｚまでの範囲、又は、約５００ＧＨｚから約８００ＧＨｚまでの範囲の複数の周波数を含む。例示的なＴＨｚビーム発生器及び分光システムをここで説明する。
【００３２】
図２は、プロセス１００を実施するための分光計システム２００へのデュアルレーザーモジュール２０５の組み込みを示す簡略化したブロック図である。通常、分光計システム２００は、ＴＨｚソースヘッド２０６及びＴＨｚ検出器ヘッド２０８の適切な配置により、サンプル２０４による反射又透過を用いることができる。さらに、システム２００は、例えば、プロセッサ及び他の電子回路を有するコンピュータ２１０を含み、対象の素性又は組成を決定し、及び／又は、結果を印刷又は表示して情報をユーザが容易に利用できるようにする。
【００３３】
図示したデュアルレーザーモジュールの構成において、一次レーザービーム２１２は、適切に配置されたソースヘッド２０６内のウィンドウ２１４に結合され、次いでレンズ２１６に結合され、このレンズがビーム２１２をＰＣＳ２１８の表面上の直径およそ１０ミクロンのスポットに合焦する。ＰＣＳ半導体デバイスの表面に向けられる光周波数信号は、デュアルレーザーモジュール２０５内のレーザー間のオフセット周波数に対応する、１００ＧＨｚから２ＴＨｚを越える周波数範囲における、ＰＣＳ２１８からのＴＨｚ放射を生成する。ＰＣＳデバイス２１８から放射されたＴＨｚ放射は、ソースヘッド２０６に取り付けられたシリコンレンズ２２０によりコリメートされ収集される。レンズ２２０は、直径およそ１センチメートルの半球形状の構造体であることが好ましい。テフロン（登録商標）製の付加的なレンズ（図示せず）をレンズ２２０の下流側に配置してＲＦビームを出力ＴＨｚビーム内にコリメートすることができる。ビーム成形ミラーもまた、シリコンレンズの代わりに又はそれに加えて用いることができる。サンプル２０４は、多少の放射を吸収及び透過し、図示した例においては、さらに、放射の一部をソース又はユーザの方向に戻るように反射する。
【００３４】
デュアルレーザーモジュール２０５からの二次ビーム２２０は検出器ヘッド２０８に向けられる。二次ビーム２２０は、例えば、ウィンドウ２２４に結合され、次いでレンズ２２６に結合され、このレンズがビームをＰＣＳ２２８の表面上の直径およそ１０ミクロンのスポットに合焦する。シリコンレンズ２３０は、サンプル２０４からの透過又は反射放射を収集し、これは次いでＰＣＳ２２８により検出され、コンピュータ２１０により処理される。
【００３５】
従って、図２は、図１の例示的なプロセスにおいて説明された検出に用いることができる例示的なＴＨｚ分光システムを示す。一般に、本システムは、全て固体素子を用い、可動部分は用いない、高度に小型構成の２つのＥｒＡｓ：ＧａＡｓのＰＣＳを用いて実施される。本システムは、２つの７８３ｎｍのＤＦＢレーザーダイオードと高分解能の波長弁別器との単一統合パッケージを用いる。デジタル信号処理電子回路は、正確な周波数制御を与え、およそ２００ＭＨｚの精度のＴＨｚ信号周波数を発生することができる。連続的な周波数掃引は、１００ＧＨｚから１．８５ＴＨｚまでの範囲で５００ＭＨｚより良好な分解能を示し、これによって、分析のためのより良好な分解能のスペクトルデータを生成する。コヒーレント検出の感度は、以前の理論的予測と良く一致することが示され、１フィートの空気中の光路長を通して、１００ＧＨｚにおいて９０ｄＢ／Ｈｚ、及び１ＴＨｚにおいて６０ｄＢ／Ｈｚの信号対雑音比を与える。この分光計の周波数分解能及びダイナミックレンジは、大気圧での固相及び気相中の化学物質、生物学的物質、及び爆発物質の分析を含む用途に適している。
【００３６】
この構築には、高度に小型のフォトニック統合技術、電子差動チョッピング、及び室温のコヒーレントＴＨｚ検出を用いる。半導体ダイオードレーザーを用いる高度に統合されたフォトニックアセンブリは、可動部品を用いず、本質的に堅牢であり、現場配置可能な用途に適している。また、このコヒーレント（ホモダイン）検出技術は理論と一致する優れたＳＮＲを提供するが、これはデータ取得時間がはるかに迅速であり、より一般的な（インコヒーレントな）ＴＨｚ光混合分光計における液体ヘリウムボロメータが必要とする極低温冷却は必要ない。
【００３７】
周波数領域ＴＨｚ分光システムを説明しているが、代わりに、他のＴＨｚ分光システムを用いて有機物質を検出することができる。これらは時間領域ＴＨｚ分光システム、例えば、好適な半導体材料上に合焦してＴＨｚ放射を生成する一連のフェムト秒パルスを生成することができるモードロックレーザー（例えば、Ｔｉ：サファイア又は固体レーザー）を用いる時間領域ＴＨｚ分光システムを含む。光パルスにより生成されるＴＨｚ信号は、典型的には、０．５―２ＴＨｚ範囲にピークを有し、マイクロワット範囲の平均出力レベルを有し、およそ１フェムトジュールのピークエネルギーを有する。幾つかの例においては、モードロックパルスレーザービームは分割され、走査型光遅延ラインを通して同期され、既知の位相コヒーレンスにおいて、ＴＨｚ発生物質（エミッタ）及び検出器に当てられる。遅延ラインを走査し、同時に検出器に入射するＴＨｚ信号をゲート制御又はサンプリングすることにより、ＴＨｚ電界振幅に比例する時間依存波形が生成される。いったん発生されると、ＴＨｚ放射は、分析されるサンプル２０４に向けられ、検出器又は検出器アレイを用いて、物体を透過した又は物体から反射された信号を収集する。かかる測定は、時間領域において時系列パルスを収集し、次に、フーリエ変換により処理して、周波数領域のスペクトル情報を取り出すことにより行われる。
【００３８】
いずれの型のシステムにおいても、ＴＨｚ分光システムは、サンプル２０４上の特定の位置を検査することができ、又は、焦点面若しくは異なる範囲の連続する焦点面における、サンプル２０５上の全ての点又は「ピクセル」を走査する走査システムとして設計することができる。これは、有機物質が均一には混合していない場合に有機物質を検出するのに特に有用であり、なぜならシステム２００からのＴＨｚ放射を目標とする分析のための特定の位置に合焦するか又はその位置の上を走査することができるからである。
【００３９】
この方法を用いて、開示された方法により識別することができる特有のＴＨｚスペクトルを有する、未知の有機物質を識別することができる。さらに、有機物質及びその特有のＴＨｚスペクトルが知られているときは、この方法により、その既知の有機物質中の汚染物質の検出が可能になる。有機物質を懸濁する媒体を用いることにより、汚染物質を含む物質の安定化が可能になる。電気ポーリングは、有機物質の分析を改善することができる。
【００４０】
さらに、この方法により、媒体中に溶解させることができる液体及び粉末の試験が可能になる。液体サンプルは、ＴＨｚスペクトルにわたって高吸収を示す高濃度の水のために、ＴＨｚ分光法において問題になりやすい。例えば、１ｍｍ厚の液体の水は、通常、ＴＨｚ周波数範囲の放射を完全に減衰させる。驚くべきことに、アガーは、信号の減少にはほとんど寄与せず、従って、有機物質を試験するための有効な媒体となる。
【実施例】
【００４１】
ＴＨｚ分光計を用いて、ラクトース一水和物の低周波振動モードを、純粋な粉末形態及びアガーマトリックス内に懸濁させた「溶解」形態の両方において調べた。
【００４２】
ＴＨｚ分光計の特性決定
図２に詳細に示したようなＴＨｚ分光計を用いて、図３に示すように、信号対雑音比（「ＳＮＲ」）を測定した。底部のトレース（３０１）は、ＴＨｚビームをブロックした状態のパワースペクトルである。上部のトレース（３０２）は、３０センチメートル（ｃｍ）の空気内光路長に対して、１ＧＨｚの周波数分解能及び１秒の積分時間で検出されたパワースペクトルを示す。信号（３０２）は、２５点の平滑化関数を適用したもの（黒色）及び適用しないもの（灰色）で示される。非平滑化信号の出力対周波数においては急速な変動が予測されるが、これは、レーザーから分光計の光混合器までのアームの著しく異なる長さによって生じる干渉効果のためである。
【００４３】
平滑化により、この干渉効果が除去されるが、その中に含まれる位相情報もまた捨てられる。２００ＧＨｚで得られた約８０ｄＢ／Ｈｚの信号対雑音比は、理論的予測と一致する。ＳＮＲの改善のほとんどは、統合されたレーザーアセンブリにおける改善された光ビームのコリメーション及びオーバーラップ、及び本機器の改善された光及びＴＨｚ結合に起因する。垂直の点線は、非常に強い水蒸気吸収の周波数を示す。
【００４４】
比較例
裏側に透明なプラスチックの接着テープを有する大きい金属座金の中央に、粉末状のラクトース一水和物のサンプルを置いた。粉末を座金内に分散させた後、透明なプラスチックの接着テープをサンプル上においてこれを所定の位置に保持し、サンプル厚を３ｍｍに設定した。次いで、図２に詳細に示した周波数領域ＴＨｚ分光計を用いて、ラクトース一水和物の粉末における最低周波数の吸収特性を測定した。ＴＨｚスペクトルは５００ＭＨｚの分解能及び１秒の積分時間で生成した。これらの周波数におけるＴＨｚ分光計の５桁のダイナミックレンジは明らかであり、吸収特性の半値全幅を容易に決定することが可能になり、これは図４に示すように、約２５ＧＨｚであり、おおよそ５３５ＧＨｚに見出される。６２０ＧＨｚの弱い水蒸気遷移が存在するが、通常はるかに強い５５７ＧＨｚの遷移は、幅広いラクトース一水和物の遷移によって隠されている。
【００４５】
実施例１
２ｇの生物学的グレードのアガーの混合物を４０ｍｌの水で短時間沸騰させ、架橋を確立し、次に低速のファンの下で乾燥させた。かかる技術は、乾燥により、およそ０．５ｍｍ厚のアガーフィルムを生成した。ラクトース含有サンプルに対しては、２ｇの生物学的グレードのアガーを４０ｍｌの水で短時間沸騰させ、冷却させた。アガーが完全に冷却する前に、４グラムのラクトース一水和物を混合物に加えて混合した。図５は、空気の単一背景走査（５０３）、純粋アガーフィルムの走査（５０２）、及びラクトース一水和物を含有するアガーフィルムの走査（５０１）の間の比較を示す。ＴＨｚスペクトルは５００ＭＨｚの分解能及び１秒の積分時間で生成した。
【００４６】
乾燥アガーのマトリックスには７ｄＢの比較的低い損失がある。これと比較して、１ｍｍ厚の液相の水のサンプルは、通常、この周波数範囲の放射を完全に減衰させる。明らかに、大部分の水はアガーから除去されており、現在の７ｄＢの減衰は、依然として存在する水に起因するものと考えられる。ラクトース一水和物を含有するサンプルは、１５ｄＢから２０ｄＢまでの損失を示す。この損失は、改善された乾燥技術により最小にすることができる。測定は周囲環境で行われたため、典型的な５５７及び７５２ＧＨｚの水蒸気の遷移が全てのトレースに存在する。アガーのサンプル（５０２）はまた、６０５及び６７６ＧＨｚに特性吸収を示す。アガー及びラクトースのサンプル（５０１）は、５７１ＧＨｚに狭い特性吸収、及び６７０ＧＨｚを中心とする幅広の特性吸収を有するように見える。５５７ＧＨｚにおける水線もまた、アガーとラクトースのサンプル（５０１）においてわずかに幅広くなったように見える。理論に縛られるものではないが、これは、分解されていないラクトース一水和物の特性吸収の存在による可能性があると考えられる。アガー及びラクトースを含有するサンプルのこれらの特性吸収は、上の例におけるラクトース粉末のみと比較すると、ＴＨｚスペクトル全体の分析を可能にする。
【符号の説明】
【００４７】
１００：プロセス
２００：分光計システム
２０４：サンプル
２０５：デュアルレーザーモジュール
２０６：ＴＨｚソースヘッド
２０８：ＴＨｚ検出器ヘッド
２１０：コンピュータ
２１２：一次レーザービーム
２１４、２２４：ウィンドウ
２１６、２２６：レンズ
２１８、２２８：ＰＣＳ
２２０：シリコンレンズ／二次ビーム
２３０：シリコンレンズ
５０１：ラクトース一水和物含有アガーフィルムの走査
５０２：純粋アガーフィルムの走査
５０３：空気の単一背景走査
【図１】
2012117966.tif 000003
【図２】
2012117966.tif 000004
【図３】
2012117966.tif 000005
【図４】
2012117966.tif 000006
【図５】
2012117966.tif 000007