(57)【要約】【課題】ＳＥＲＳやＳＥＩＲＡＳに拠り任意の測定位置にある測定対象物を分析することが可能な分光分析方法を提供する。【解決手段】磁性を有する金属ナノ粒子１０をゾルゲル液中に混合し、金属ナノ粒子１０を均一に分布させる為にゾルゲル液を撹拌する。このゾルゲル液にパイプ形状のスス体１１を浸漬させて、スス体１１の表面にゾルゲルコート層１２を形成する。スス体１１とゾルゲルコート層１２との界面直近の膜物性を確認するため、マグネット１３によりスス体１１の外部から内部へ向かって１Ｔの磁場Ｂをかけて、未硬化状態のゾルゲルコート層１２内の金属ナノ粒子１０を界面付近へ磁気泳動させる。そして、ゾルゲルコート層１２を焼結しガラス化した後、界面へ光を照射してラマン分光分析を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性を有する金属ナノ粒子を磁場により測定位置に配置させ、この金属ナノ粒子に光を照射してプラズモン共鳴を発現させ、このプラズモン共鳴に因る発光または吸光に基づいて、前記測定位置にある測定対象物を分析する、ことを特徴とする分光分析方法。
【請求項２】
磁性金属であるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇｄのいずれかを含む金属ナノ粒子を使用する、ことを特徴とする請求項１に記載の分光分析方法。
【請求項３】
磁性金属であるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇｄのいずれかをコア金属とし、非磁性金属であるＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗのいずれかをコーティング金属として、前記コア金属の周囲に前記コーティング金属をコーティングしたものを前記金属ナノ粒子として使用する、ことを特徴とする請求項１に記載の分光分析方法。
【請求項４】
非磁性金属であるＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗのいずれかをコア金属とし、磁性金属であるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇｄのいずれかをコーティング金属として、前記コア金属の周囲に前記コーティング金属をコーティングしたものを前記金属ナノ粒子として使用する、ことを特徴とする請求項１に記載の分光分析方法。
【請求項５】
前記コア金属の周囲に前記コーティング金属を部分的にコーティングしたものを前記金属ナノ粒子として使用する、ことを特徴とする請求項３または４に記載の分光分析方法。
【請求項６】
直径１ｍｍ以下の局所的な磁場を発生させることで、前記金属ナノ粒子を局所的に配置する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の分光分析方法。
【請求項７】
前記測定対象物が液体または半固体であり、前記測定対象物中において前記金属ナノ粒子を磁場により前記測定位置に配置させる、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の分光分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分光分析方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
分光分析方法として、ＳＥＲＳ（surface-enhanced Raman spectroscopy、表面増強ラマン分光）やＳＥＩＲＡＳ（surface-enhancedinfrared absorption spectroscopy、表面増強赤外分光）に拠るものが知られている（特許文献１〜４を参照）。これらの分光分析方法は、金属体に光を照射したときに発現するプラズモン共鳴（Plasmon Resonance）を利用する。
【０００３】
ＳＥＲＳに拠る分光分析方法は、プラズモン共鳴により生じるラマン散乱光に基づいて、金属体の表面の近傍にある測定対象物を分析することができる。また、ＳＥＩＲＡＳに拠る分光分析方法は、プラズモン共鳴に因る吸光に基づいて、金属体の表面の近傍にある測定対象物を分析することができる。これらの分光分析方法は、高感度に測定対象物を分析することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６４５８４号公報
【特許文献２】特開２００４−２７９３５９号公報
【特許文献３】特開２００６−３４９４６２号公報
【特許文献４】特開２００８−２８１５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＳＥＲＳやＳＥＩＲＡＳに拠る従来の分光分析方法は、金属体の表面の近傍にある測定対象物しか分析することができず、任意の測定位置にある測定対象物を分析することが困難である。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、ＳＥＲＳやＳＥＩＲＡＳに拠り任意の測定位置にある測定対象物を分析することが可能な分光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】
本発明の分光分析方法は、磁性を有する金属ナノ粒子を磁場により測定位置に配置させ、この金属ナノ粒子に光を照射してプラズモン共鳴を発現させ、このプラズモン共鳴に因る発光または吸光に基づいて、測定位置にある測定対象物を分析することを特徴とする。
【０００８】
本発明の分光分析方法は、磁性金属であるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇｄのいずれかを含む金属ナノ粒子を使用するのが好適である。磁性金属であるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇｄのいずれかをコア金属とし、非磁性金属であるＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗのいずれかをコーティング金属として、コア金属の周囲にコーティング金属をコーティングしたものを金属ナノ粒子として使用してもよい。或いは、非磁性金属をコア金属とし、磁性金属をコーティング金属として、コア金属の周囲にコーティング金属をコーティングしたものを金属ナノ粒子として使用してもよい。また、コア金属の周囲にコーティング金属を部分的にコーティングしたものを金属ナノ粒子として使用してもよい。
【０００９】
コア金属の周囲にコーティング金属をコーティングしたものを金属ナノ粒子として使用することにより、酸化防止、耐薬品性、触媒機能の抑制、拡散防止を図ることが可能となり、また、プラズモン共鳴波長や被測定物との親和性の制御が可能となる。また、部分コーティングによって、金属ナノ粒子の配向の制御や強磁場で泳動した場合に発生するナノ粒子の磁化による凝集を抑制する効果が得られる。
【００１０】
本発明の分光分析方法は、直径１ｍｍ以下の局所的な磁場を発生させることで、金属ナノ粒子を局所的に配置するのが好適である。
【００１１】
本発明の分光分析方法は、測定対象物が液体または半固体（ゾル、ゲル、ガラス転移温度以上の樹脂等）であり、測定対象物中において金属ナノ粒子を磁場により測定位置に配置させるのが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＳＥＲＳやＳＥＩＲＡＳに拠り任意の測定位置にある測定対象物を分析することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の分光分析方法の説明図である。
【図２】第２実施形態の分光分析方法の説明図である。
【図３】第３実施形態の分光分析方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
先ず、第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態の分光分析方法の説明図である。第１実施形態では、ゾルゲルコート層の評価を行う。
【００１６】
磁性を有する金属ナノ粒子１０をゾルゲル液中に混合し、金属ナノ粒子１０を均一に分布させる為にゾルゲル液を撹拌する。このゾルゲル液にパイプ形状のスス体１１を浸漬させて、スス体１１の表面にゾルゲルコート層１２を形成する（同図（ａ））。スス体１１とゾルゲルコート層１２との界面直近の膜物性を確認するため、マグネット１３によりスス体１１の外部から内部へ向かって１Ｔの磁場Ｂをかけて、未硬化状態のゾルゲルコート層１２内の金属ナノ粒子１０を界面付近へ磁気泳動させる（同図（ｂ））。そして、ゾルゲルコート層１２を焼結しガラス化した後、界面へ光を照射してラマン分光分析を行う。
【００１７】
金属ナノ粒子１０として、磁性金属であるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇｄのいずれかを含むものが使用される。また、金属ナノ粒子１０として、磁性金属であるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇｄのいずれかをコア金属とし、非磁性金属であるＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗのいずれかをコーティング金属として、コア金属の周囲にコーティング金属をコーティングしたものが使用されてもよい。或いは、金属ナノ粒子１０として、非磁性金属であるＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗのいずれかをコア金属とし、磁性金属であるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇｄのいずれかをコーティング金属として、コア金属の周囲にコーティング金属をコーティングしたものが使用されてもよい。
【００１８】
本実施形態では、金属ナノ粒子１０は、磁性金属であるＮｉをコア金属とし、非磁性金属であるＡｕをコーティング金属として、コア金属Ｎｉの周囲にコーティング金属Ａｕをコーティングしたものとする。ゾルゲル液中の金属ナノ粒子の濃度を０.１ｍＭとする。また、ゾルゲルコート層１２の厚さを約３０ｎｍとする。
【００１９】
このような実験を行ったところ、磁気泳動により界面に集められた金属ナノ粒子１０によりＳＥＲＳ効果が発現し、界面直近のゾルゲルコート層１２内部の応力、結晶状態、仮想温度および水分含有量等の分析をすることができた。なお、通常のラマン分光分析では空間分解能や感度の不足で測定不可能であるが、本実施形態では測定可能であった。
【００２０】
次に、第２実施形態について説明する。図２は、第２実施形態の分光分析方法の説明図である。第２実施形態では、ＰＥ樹脂フィルム２２表面に付着したミクロンサイズの異物２３の分析を行う。
【００２１】
異物２３が付着したＰＥ樹脂フィルム２２をカバーガラス２１上に貼り付け、その上に金属ナノ粒子２０を混合した純水を滴下する（同図（ａ））。カバーガラス２１の下にニードル２５を配置し、カバーガラス２１の下からカバーガラス２１およびＰＥ樹脂フィルム２２を経て異物２３へ向けて、ニードル２５をヨークとして介した局所的な磁場Ｂを発生させる（同図（ｂ））。この磁場Ｂにより、異物２３上へ金属ナノ粒子２０を泳動させ付着させる。磁場Ｂを維持したまま、純水でフラッシングし、異物２３表面以外の金属ナノ粒子２０を洗い流し、乾燥させた後にＦＴ-ＩＲ測定に供する（同図（ｃ））。
【００２２】
金属ナノ粒子２０として、磁性金属を含むものが使用される。また、金属ナノ粒子２０として、磁性金属をコア金属とし、非磁性金属をコーティング金属として、コア金属の周囲にコーティング金属をコーティングしたものが使用されてもよい。或いは、金属ナノ粒子２０として、非磁性金属をコア金属とし、磁性金属をコーティング金属として、コア金属の周囲にコーティング金属をコーティングしたものが使用されてもよい。
【００２３】
本実施形態では、金属ナノ粒子２０は、非磁性金属であるＡｕをコア金属とし、磁性金属であるＮｉをコーティング金属として、コア金属Ａｕの周囲にコーティング金属Ｎｉを部分的にコーティングしたものとする。ＰＥ樹脂フィルム２２の厚さを１０μｍとする。異物２３のサイズを約１μｍとする。純水２４中の金属ナノ粒子の濃度を１ｍＭとする。また、ニードル２５は、Ｆｅ-Ｃｏ合金製で、先端径が１μｍであり、直径１ｍｍ以下の局所的な磁場を発生させることができるとする。
【００２４】
このような実験を行ったところ、金属ナノ粒子２０によりＳＥＩＲＡＳ効果が発現し、ＰＥ樹脂フィルム２２からのバックグラウンド信号に紛れること無く、異物２３のスペクトルが測定され、異物２３がＳｉＯ２からなることが確認された。なお、通常のＦＴ-ＩＲ分析では主に赤外光の波長限界の制約から１０μｍ以下の空間分解能を得ることが非常に困難であるが、本実施形態では１μｍ以下の空間分解能で測定可能であった。
【００２５】
次に、第３実施形態について説明する。図３は、第３実施形態の分光分析方法の説明図である。第３実施形態では、セル３１内での液晶材料３３の挙動の分析を行う。
【００２６】
対向する透明電極３２Ａ，３２Ｂを内部に有するガラスセル３０内に、金属ナノ粒子３０を均一に混合した液晶材料３３を封入する（同図（ａ））。ガラスセル３０の周囲を囲む電磁石コイル３４により電場Ｂ１を発生させて、一方の透明電極３２Ａに金属ナノ粒子３０を集める（同図（ｂ））。その後、電源３５により透明電極３２Ａと透明電極３２Ｂとの間に矩形電圧を印加して液晶材料３３の配向および無配向を交互に繰り返させ、これと同時に、電磁石コイル３４により電場Ｂ１とは反対方向の磁場Ｂ２を発生させて金属ナノ粒子３０を透明電極３２Ａから透明電極３２Ｂへ泳動させる（同図（ｃ））。この金属ナノ粒子３０の泳動中に連続的なＦＴ-ＩＲ分析（反応追跡ＦＴ-ＩＲ）を行う。
【００２７】
金属ナノ粒子３０として、磁性金属を含むものが使用される。また、金属ナノ粒子３０として、磁性金属をコア金属とし、非磁性金属をコーティング金属として、コア金属の周囲にコーティング金属をコーティングしたものが使用されてもよい。或いは、金属ナノ粒子３０として、非磁性金属をコア金属とし、磁性金属をコーティング金属として、コア金属の周囲にコーティング金属をコーティングしたものが使用されてもよい。
【００２８】
本実施形態では、金属ナノ粒子３０は、磁性金属Ｎｉからなる。液晶材料３３中の金属ナノ粒子３０の当初の濃度を０.０１ｍＭとする。透明電極３２Ａ，３２Ｂのサイズを１００×１００×１０μｍとする。また、電源３５により印加される矩形電圧の周期を３０ｍｓとする。
【００２９】
このような実験を行ったところ、金属ナノ粒子３０によりＳＥＩＲＡＳ効果が発現し、透明電極３２Ａから透明電極３２Ｂにかけて液晶材料３３のＩＲスペクトルが連続的に変化していることを確認することができた。なお、従来の反応追跡ＦＴ-ＩＲでは、空間分解能が低いので、セルの厚み１０μｍ分の積算スペクトルしか得られず、セル内でのスペクトル分布を得ることができないが、本実施形態では、セル内でのスペクトル分布を得ることができた。また、液晶材料は電場の影響を受けるが、本実施形態では金属ナノ粒子３０を磁気泳動させるので測定が可能となった。
【００３０】
本発明は、上記の第１〜第３の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、ゾルゲルコート層１２，純水２４または液晶材料３３に替えて、他の液体または半固体（ゾル、ゲル、ガラス転移温度以上の樹脂等）に金属ナノ粒子を混入させてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１０…金属ナノ粒子、１１…スス体、１２…ゾルゲルコート層、１３…マグネット、２０…金属ナノ粒子、２１…カバーガラス、２２…ＰＥ樹脂フィルム、２３…異物、２４…純水、２５…ニードル、３０…金属ナノ粒子、３１…ガラスセル、３２Ａ，３２Ｂ…透明電極、３３…液晶材料、３４…電磁石コイル、３５…電源、Ｂ，Ｂ１，Ｂ２…磁場。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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