(57)【要約】【課題】ナノ粒子を非破壊で結晶構造及び化学結合を含む組成の分析を行なうことができ、また、ナノ粒子を組成毎に選別すること。【解決手段】ナノ粒子組成分析選別装置１０を、ナノ粒子４１が取り込まれ、内部が真空ポンプ１２で真空状態とされる透明な窓を有する真空槽１１と、真空槽１１内に取り込まれたナノ粒子４１を捕捉するレーザ光１５ａを出射する第１レーザ光源１５と、レーザ光１５ａによりナノ粒子４１の捕捉後、真空槽１１が真空状態の場合に、当該ナノ粒子４１を捕捉中のレーザ光１５ａの光位相のずれに応じた光強度の変化を光強度周波数として検出する光検出器１９とを有する。更に、複数の光強度周波数と種々のナノ粒子４１の組成とを対応付けたマップを有し、光検出器１９で検出された光強度周波数を当該マップに当て嵌め、捕捉中のナノ粒子４１の組成（例えば４１ｃ）を特定する組成特定部２０Ａを有して構成する。【選択図】図１
2017075857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ粒子の組成を分析するナノ粒子組成分析選別装置において、
前記ナノ粒子が取り込まれ、内部が真空ポンプで真空状態とされる透明な窓を有する真空槽と、
前記真空槽内に取り込まれたナノ粒子を捕捉するレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光により前記ナノ粒子の捕捉後、前記真空槽が真空状態の場合に、当該ナノ粒子を捕捉中のレーザ光の光位相のずれに応じた光強度の変化を光強度周波数として検出する光検出器と、
複数の光強度周波数と種々のナノ粒子の組成とを対応付けた対応付け情報を有し、前記光検出器で検出された光強度周波数を当該対応付け情報に当て嵌め、前記捕捉中のナノ粒子の組成を特定する組成特定部と
を備えることを特徴とするナノ粒子組成分析選別装置。
【請求項２】
前記光検出器で前記光強度周波数の検出過程で検出される前記光強度に応じて、前記レーザ光源から出射されるレーザ光に強度変調を行う変調手段を更に備え、
前記光検出器は、前記真空槽内が大気圧状態の場合に、前記ナノ粒子を捕捉中のレーザ光の光強度を検出し、前記変調手段は、その検出された光強度に応じて当該ナノ粒子に出射されるレーザ光に強度変調を行い、この強度変調中に前記真空槽内が前記真空ポンプで真空状態とされる
ことを特徴とする請求項１に記載のナノ粒子組成分析選別装置。
【請求項３】
前記レーザ光と交差状態で、当該レーザ光で捕捉中のナノ粒子に照射されるように第２レーザ光を出射する第２レーザ光源と、
前記第２レーザ光源から出射される第２レーザ光を、当該第２レーザ光の出射方向の対向方向から前記捕捉中のナノ粒子へ照射されるように反射させる反射手段と、
前記第２レーザ光源から出射される第２レーザ光の周波数と、前記反射手段で反射される第２レーザ光の周波数とを、所定の周波数差ずらす周波数変位手段と、
前記第２レーザ光源からの第２レーザ光と前記反射された第２レーザ光とが、前記周波数変位手段で所定の周波数差ずらされた２つの第２レーザ光が、前記ナノ粒子に照射された後に前記レーザ光をオフとし、このオフ後に移動するナノ粒子が、前記特定された組成に応じて定められた位置に到達した際に前記２つの第２レーザ光をオフとする制御を行う制御部と
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のナノ粒子組成分析選別装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記２つの第２レーザ光が前記レーザ光で捕捉中のナノ粒子に照射後に、前記光検出器による光強度の検出において当該照射レーザ光で作られるポテンシャルエネルギーの最も深い位置まで当該捕捉中のナノ粒子が移動した際の光強度が検出された場合に、前記ナノ粒子を捕捉中のレーザ光をオフとする制御を行う
ことを特徴とする請求項３に記載のナノ粒子組成分析選別装置。
【請求項５】
ナノ粒子の組成を分析するナノ粒子組成分析選別装置において、
前記ナノ粒子が取り込まれる開口端と、この開口端の反対側の他端が閉塞端となった細長い筒形状を成し、当該筒形状の閉塞端近傍の側面の貫通孔に接続された真空ポンプで真空引きが行なわれる透明なガラスセルと、
前記ガラスセル内に取り込まれたナノ粒子を捕捉するレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光により捕捉されたナノ粒子が前記ガラスセル内の真空度が高い位置に配置された状態で、当該ナノ粒子を捕捉中のレーザ光の光位相のずれに応じた光強度の変化を光強度周波数として検出する光検出器と、
複数の光強度周波数と種々のナノ粒子の組成とを対応付けた対応付け情報を有し、前記光検出器で検出された光強度周波数を当該対応付け情報に当て嵌め、前記捕捉中のナノ粒子の組成を特定する組成特定部と
を備えることを特徴とするナノ粒子組成分析選別装置。
【請求項６】
前記光検出器で前記光強度周波数の検出過程で検出される前記光強度に応じて、前記レーザ光源から出射されるレーザ光に強度変調を行う変調手段と、
前記ガラスセル及び、前記レーザ光源、前記変調手段及び前記光検出器の一組の何れか一方を移動する移動手段と、
前記変調手段による前記強度変調中に、前記レーザ光で捕捉中のナノ粒子が前記ガラスセル内の真空度が高い位置に配置されるように、前記移動手段が前記ガラスセル及び前記一組の何れか一方を移動させるための制御を行う制御部と
を更に備えることを特徴とする請求項５に記載のナノ粒子組成分析選別装置。
【請求項７】
前記ガラスセルは、側面の下方側に前記ナノ粒子の取出口を備え、
前記制御部は、前記レーザ光で捕捉中のナノ粒子の組成が前記組成特定部で特定された際に、当該捕捉中のナノ粒子が前記取出口の位置に到達するように、前記移動手段が前記ガラスセル及び前記一組の何れか一方を移動させるための制御を行い、この制御により前記捕捉中のナノ粒子が前記取出口の位置に到達した後に、前記レーザ光をオフとする制御を行う
ことを特徴とする請求項６に記載のナノ粒子組成分析選別装置。
【請求項８】
ナノ粒子の組成を分析する分析選別装置により、ナノ粒子の組成を分析するナノ粒子組成分析選別方法であって、
前記分析選別装置は、
大気圧の真空槽内に取り込まれたナノ粒子を、レーザ光源から出射したレーザ光で捕捉するステップと、
前記ナノ粒子の捕捉後、前記真空槽を真空ポンプで真空状態とするステップと、
前記真空状態において光検出器により、前記ナノ粒子を捕捉中のレーザ光の光位相のずれに応じた光強度の変化を光強度周波数として検出するステップと、
複数の光強度周波数と種々のナノ粒子の組成とを対応付けた対応付け情報を有する組成特定部で、前記光検出器で検出された光強度周波数を前記対応付け情報に当て嵌め、前記捕捉中のナノ粒子の組成を特定するステップと
を実行することを特徴とするナノ粒子組成分析選別方法。
【請求項９】
第２レーザ光源から、前記レーザ光と交差状態で、当該レーザ光で捕捉中のナノ粒子に照射されるように第２レーザ光を出射するステップと、
前記第２レーザ光源から出射される第２レーザ光を、反射手段により、当該第２レーザ光の出射方向の対向方向から前記捕捉中のナノ粒子へ照射されるように反射させるステップと、
前記第２レーザ光源から出射される第２レーザ光の周波数と、前記反射手段で反射される第２レーザ光の周波数とを、周波数変位手段により所定の周波数差ずらすステップと、
前記所定の周波数差ずらされた２つの第２レーザ光が、前記レーザ光で捕捉中のナノ粒子に照射後に、制御部により、前記レーザ光をオフとするステップと、
前記制御部は、前記レーザ光のオフ後に、前記２つの第２レーザ光の照射により移動するナノ粒子が、前記特定された組成に応じて定められた位置に到達した際に、当該２つの第２レーザ光をオフとする制御を行うステップと
を実行することを特徴とする請求項８に記載のナノ粒子組成分析選別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ粒子の組成を破壊することなく分析し、分析した組成毎にナノ粒子を選別するナノ粒子組成分析選別装置及びナノ粒子組成分析選別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ナノ粒子の組成分析、即ちナノ粒子を構成する成分及び成分量の割合等を分析する場合、多数のナノ粒子に対して化学的な分析等を行なっていた。化学的分析では、分析対象のナノ粒子を溶媒に溶かし、どの様な元素や化合物が含まれているかを分析する。この種の関連技術として非特許文献１の技術論文がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２８６２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本来のナノ粒子の組成分析は、原子の結合等を分析することが重要な目的である。しかし、化学的分析では、ナノ粒子に含まれる元素や化合物の同定には威力を発揮するが、ナノ粒子を溶媒に溶かし破壊して分析するため、原子配列である結晶構造や種々の化学結合に関する情報を得ることができないという問題がある。
【０００５】
更に、従来のナノ粒子の組成分析は、上記のように破壊的であるため一度分析を行うと、その後、試料であるナノ粒子を、他の用途に利用する等の目的のために、ナノ粒子を組成毎に選別することができないという問題がある。例えば、環境中の排ガスから出てきたナノ粒子がマウスにどいう影響を与えるかを調べるとする。この場合、排ガス中のナノ粒子の組成を化学的に分析後、組成毎にナノ粒子を選別することができれば、所望のナノ粒子をマウスに投与することができる。しかし、現状では、一旦、化学的分析を行うとナノ粒子が破壊され、ナノ粒子を組成毎に選別できないので、マウスへの投与を行なえなくなる。
【０００６】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、ナノ粒子を非破壊で結晶構造及び化学結合を含む組成の分析を行なうことができ、また、ナノ粒子を組成毎に選別することができるナノ粒子組成分析選別装置及びナノ粒子組成分析選別方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した課題を解決するため、本発明による請求項１に記載のナノ粒子組成分析選別装置は、ナノ粒子の組成を分析するナノ粒子組成分析選別装置において、前記ナノ粒子が取り込まれ、内部が真空ポンプで真空状態とされる透明な窓を有する真空槽と、前記真空槽内に取り込まれたナノ粒子を捕捉するレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光により前記ナノ粒子の捕捉後、前記真空槽が真空状態の場合に、当該ナノ粒子を捕捉中のレーザ光の光位相のずれに応じた光強度の変化を光強度周波数として検出する光検出器と、複数の光強度周波数と種々のナノ粒子の組成とを対応付けた対応付け情報を有し、前記光検出器で検出された光強度周波数を当該対応付け情報に当て嵌め、前記捕捉中のナノ粒子の組成を特定する組成特定部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、真空槽内に取り込まれたナノ粒子をレーザ光で捕捉し、この捕捉中のレーザ光の光位相のずれに応じた光強度の変化を光強度周波数として検出し、この検出された光強度周波数を対応付け情報に当て嵌め、捕捉中のナノ粒子の組成を特定する。このため、ナノ粒子を非破壊で結晶構造及び化学結合を含む組成の分析を行なうことができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記光検出器で前記光強度周波数の検出過程で検出される前記光強度に応じて、前記レーザ光源から出射されるレーザ光に強度変調を行う変調手段を更に備え、前記光検出器は、前記真空槽内が大気圧状態の場合に、前記ナノ粒子を捕捉中のレーザ光の光強度を検出し、前記変調手段は、その検出された光強度に応じて当該ナノ粒子に出射されるレーザ光に強度変調を行い、この強度変調中に前記真空槽内が前記真空ポンプで真空状態とされることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、真空槽内が大気圧状態の場合に、レーザ捕捉されたナノ粒子は３次元方向に振動するが、この際に、ナノ粒子を捕捉中のレーザ光の光強度を検出し、この検出された光強度に応じてナノ粒子に出射されるレーザ光に強度変調を行う。この強度変調によりナノ粒子の振動を抑制することができるので、真空槽内の真空引きを行っても、ナノ粒子をレーザ捕捉から逃げないようにレーザ光中に保持することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、前記レーザ光と交差状態で、当該レーザ光で捕捉中のナノ粒子に照射されるように第２レーザ光を出射する第２レーザ光源と、
前記第２レーザ光源から出射される第２レーザ光を、当該第２レーザ光の出射方向の対向方向から前記捕捉中のナノ粒子へ照射されるように反射させる反射手段と、前記第２レーザ光源から出射される第２レーザ光の周波数と、前記反射手段で反射される第２レーザ光の周波数とを、所定の周波数差ずらす周波数変位手段と、前記第２レーザ光源からの第２レーザ光と前記反射された第２レーザ光とが、前記周波数変位手段で所定の周波数差ずらされた２つの第２レーザ光が、前記ナノ粒子に照射された後に前記レーザ光をオフとし、このオフ後に移動するナノ粒子が、前記特定された組成に応じて定められた位置に到達した際に前記２つの第２レーザ光をオフとする制御を行う制御部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、ナノ粒子が、特定された組成に応じて定められた位置に到達した際に２つの第２レーザ光をオフとすると、ナノ粒子が落下する。従って、その落下するナノ粒子を、その特定組成の専用トレーで受け止めて収容すれば、特定した組成毎にナノ粒子を選別することができる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項３において、前記制御部は、前記２つの第２レーザ光が前記レーザ光で捕捉中のナノ粒子に照射後に、前記光検出器による光強度の検出において当該照射レーザ光で作られるポテンシャルエネルギーの最も深い位置まで当該捕捉中のナノ粒子が移動した際の光強度が検出された場合に、前記ナノ粒子を捕捉中のレーザ光をオフとする制御を行うことを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、レーザ捕捉中のナノ粒子が照射レーザ光で作られるポテンシャルの最も深い位置まで移動した際に、捕捉レーザ光をオフとするので、ナノ粒子を移動するための２つの第２レーザ光で、ナノ粒子を適正に捕捉して移動させることができる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、ナノ粒子の組成を分析するナノ粒子組成分析選別装置において、前記ナノ粒子が取り込まれる開口端と、この開口端の反対側の他端が閉塞端となった細長い筒形状を成し、当該筒形状の閉塞端近傍の側面の貫通孔に接続された真空ポンプで真空引きが行なわれる透明なガラスセルと、前記ガラスセル内に取り込まれたナノ粒子を捕捉するレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光により捕捉されたナノ粒子が前記ガラスセル内の真空度が高い位置に配置された状態で、当該ナノ粒子を捕捉中のレーザ光の光位相のずれに応じた光強度の変化を光強度周波数として検出する光検出器と、複数の光強度周波数と種々のナノ粒子の組成とを対応付けた対応付け情報を有し、前記光検出器で検出された光強度周波数を当該対応付け情報に当て嵌め、前記捕捉中のナノ粒子の組成を特定する組成特定部とを備えることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、次のような作用効果を得ることができる。即ち、開口端の反対側の閉塞端側において真空引きが行なわれているガラスセル内にナノ粒子が取り込まれた際に、当該ナノ粒子をレーザ光で捕捉する。次に、捕捉中のナノ粒子がガラスセル内の真空度が高い位置に配置された状態において、捕捉中のレーザ光の光位相のずれに応じた光強度の変化を光強度周波数として検出する。そして、その検出された光強度周波数を対応付け情報に当て嵌め、捕捉中のナノ粒子の組成を特定する。このため、ナノ粒子を非破壊で結晶構造及び化学結合を含む組成の分析を行なうことができる。
【００１７】
請求項６に係る発明は、請求項５において、前記光検出器で前記光強度周波数の検出過程で検出される前記光強度に応じて、前記レーザ光源から出射されるレーザ光に強度変調を行う変調手段と、前記ガラスセル及び、前記レーザ光源、前記変調手段及び前記光検出器の一組の何れか一方を移動する移動手段と、前記変調手段による前記強度変調中に、前記レーザ光で捕捉中のナノ粒子が前記ガラスセル内の真空度が高い位置に配置されるように、前記移動手段が前記ガラスセル及び前記一組の何れか一方を移動させるための制御を行う制御部とを更に備えることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、ガラスセル内の開口端付近でレーザ捕捉されたナノ粒子は３次元方向に振動するが、この際に、ナノ粒子を捕捉中のレーザ光の光強度を検出し、この検出された光強度に応じてレーザ光源から出射されるレーザ光に強度変調を行う。この強度変調によりナノ粒子の振動を抑制することができるので、その後、レーザ光で捕捉中のナノ粒子をガラスセル内の真空度が高い位置に移動する際に、ナノ粒子をレーザ捕捉から逃げないようにレーザ光中に保持することができる。
【００１９】
請求項７に係る発明は、請求項６において、前記ガラスセルは、側面の下方側に前記ナノ粒子の取出口を備え、前記制御部は、前記レーザ光で捕捉中のナノ粒子の組成が前記組成特定部で特定された際に、当該捕捉中のナノ粒子が前記取出口の位置に到達するように、前記移動手段が前記ガラスセル及び前記一組の何れか一方を移動させるための制御を行い、この制御により前記捕捉中のナノ粒子が前記取出口の位置に到達した後に、前記レーザ光をオフとする制御を行うことを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、ナノ粒子が、ガラスセルの取出口に到達するように移動させた後に、レーザ光をオフとすると、ナノ粒子が落下する。従って、その落下するナノ粒子を、その特定組成の専用トレーで受け止めて収容すれば、特定した組成毎にナノ粒子を選別することができる。
【００２１】
請求項８に係る発明は、ナノ粒子の組成を分析する分析選別装置により、ナノ粒子の組成を分析するナノ粒子組成分析選別方法であって、前記分析選別装置は、大気圧の真空槽内に取り込まれたナノ粒子を、レーザ光源から出射したレーザ光で捕捉するステップと、前記ナノ粒子の捕捉後、前記真空槽を真空ポンプで真空状態とするステップと、前記真空状態において光検出器により、前記ナノ粒子を捕捉中のレーザ光の光位相のずれに応じた光強度の変化を光強度周波数として検出するステップと、複数の光強度周波数と種々のナノ粒子の組成とを対応付けた対応付け情報を有する組成特定部で、前記光検出器で検出された光強度周波数を前記対応付け情報に当て嵌め、前記捕捉中のナノ粒子の組成を特定するステップとを実行することを特徴とする。
【００２２】
この方法によれば、ナノ粒子を非破壊で結晶構造及び化学結合を含む組成の分析を行なうことができる。
【００２３】
請求項９に係る発明は、請求項８において、第２レーザ光源から、前記レーザ光と交差状態で、当該レーザ光で捕捉中のナノ粒子に照射されるように第２レーザ光を出射するステップと、前記第２レーザ光源から出射される第２レーザ光を、反射手段により、当該第２レーザ光の出射方向の対向方向から前記捕捉中のナノ粒子へ照射されるように反射させるステップと、前記第２レーザ光源から出射される第２レーザ光の周波数と、前記反射手段で反射される第２レーザ光の周波数とを、周波数変位手段により所定の周波数差ずらすステップと、前記所定の周波数差ずらされた２つの第２レーザ光が、前記レーザ光で捕捉中のナノ粒子に照射後に、制御部により、前記レーザ光をオフとするステップと、前記制御部は、前記レーザ光のオフ後に、前記２つの第２レーザ光の照射により移動するナノ粒子が、前記特定された組成に応じて定められた位置に到達した際に、当該２つの第２レーザ光をオフとする制御を行うステップとを実行することを特徴とする。
【００２４】
この方法によれば、ナノ粒子が、特定された組成に応じて定められた位置に到達した際に２つの第２レーザ光をオフとすると、ナノ粒子が落下する。従って、その落下するナノ粒子を、その特定組成の専用トレーで受け止めて収容すれば、特定した組成毎にナノ粒子を選別することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ナノ粒子を非破壊で結晶構造及び化学結合を含む組成の分析を行なうことができ、また、ナノ粒子を組成毎に選別することができるナノ粒子組成分析選別装置及びナノ粒子組成分析選別方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態にナノ粒子組成分析選別装置の構成を示すブロック図である。
【図２】ナノ粒子組成分析選別装置の真空槽を側面側から見た断面図である。
【図３】レーザ光と捕捉ナノ粒子との間の相互作用を説明するための図であり、（ａ）はレーザ光の光強度の説明図、（ｂ）はポテンシャルエネルギーの説明図である。
【図４】第１実施形態のナノ粒子組成分析選別装置によるナノ粒子の組成分析及び選別の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態にナノ粒子組成分析選別装置の構成を示すブロック図である。
【図６】第２実施形態のナノ粒子組成分析選別装置によるナノ粒子の組成分析及び選別の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態にナノ粒子組成分析選別装置の構成を示すブロック図である。図２は、ナノ粒子組成分析選別装置の真空槽を側面側から見た断面図である。
【００２８】
図１に示すナノ粒子組成分析選別装置（分析選別装置）１０は、ナノ粒子を非破壊で、ナノ粒子の結晶構造及び化学結合を含む組成の分析を行うと共に、ナノ粒子を組成毎に選別するものである。この分析選別装置１０は、真空槽１１と、真空ポンプ１２と、試料取込ノズル１３と、第１レーザ光源１５と、電気光学素子１６とを備える。更に、２つのレンズ１７，１８と、光検出器１９と、組成特定部２０Ａと、制御部２０Ｂと、第２レーザ光源２１と、波長板２２と、偏光ビームスプリッタ２３と、第１ＡＯＭ(Acousto-Optic Modulator)２４と、第２ＡＯＭ２５と、複数のミラー２６，２７，２８と、複数のトレー３１ａ〜３１ｈとを備えて構成されている。
【００２９】
試料取込ノズル（以下、ノズルという）１３は、大気中における自動車や工場の排ガス等のナノ粒子４１を試料として真空槽１１に取り込むものである。
【００３０】
真空槽１１は、透明な窓を有する密閉容器（例えば、縦横高さが３００ｍｍ位のサイズ）であり、ノズル１３から取り込まれたナノ粒子４１が後述のように第１レーザ光（レーザ光）１５ａで捕捉後に、真空ポンプ１２の起動により内部が真空とされる。この真空度は、空気のブラウン運動が除去可能なものであり、例えば１．３３３２×１０−４［Ｐａ］位とする。真空槽１１内に空気があると、ナノ粒子４１に空気に含まれる多くの多くの粒子が高速に衝突するので、ナノ粒子４１の振動を検出しづらくなる。これを防止するために真空とする。なお、真空ポンプ１２の起動及び停止は、制御部２０Ｂの制御によって行なわれる。図１には示していないが、制御部２０Ｂは、真空ポンプ１２に制御線で接続されているとする。
【００３１】
第１レーザ光源１５は、矢印Ｙ１ａ，Ｙ１ｂで示すように、レーザ光１５ａを電気光学素子１６及びレンズ１７を介して真空槽１１内へ出射し、このレーザ光１５ａで、真空槽１１内のナノ粒子４１を捕捉する。この捕捉は、真空槽１１内が大気圧で行なわれる。更に、ナノ粒子４１は捕捉中に３次元方向に振動するが、この振動数を後述の光検出器１９で測定可能なレベルに冷却して捕捉する。振動数は冷却の程度にはよらない。この冷却は、後述の真空引きの際に捕捉中のナノ粒子４１が逃げないようにするために必要な動作である。冷却は、後述の電気光学素子１６でレーザ光１５ａに強度変調を行なって実施する。なお、レーザ光１５ａの波長は、例えば１０００ｎｍ〜１５００ｎｍである。
【００３２】
制御部２０Ｂは、ナノ粒子４１の捕捉及び後述するナノ粒子４１の移送時に、第１レーザ光源１５のオン／オフ制御、及び第２レーザ光源２１のオン／オフ制御を行うようになっている。なお、図１には示していないが、制御部２０Ｂは、第１及び第２レーザ光源１５，２１に制御線で接続されているとする。
【００３３】
レンズ１７は、真空槽１１に入射されるレーザ光１５ａを、ナノ粒子４１の捕捉位置で最も光強度が強くなるように集光する。
【００３４】
光検出器１９は、矢印Ｙ１ｃで示すように、レンズ１８を介して、ナノ粒子４１を捕捉中のレーザ光１５ａの振る舞いに応じた光強度１５ｐを検出し、電気光学素子１６へ出力する。なお、レーザ光１５ａの振る舞いとは、ナノ粒子４１の振動に応じてレーザ光１５ａの光強度が変化する動作である。
【００３５】
電気光学素子１６は、印加電圧により屈折率が変化する電気光学結晶を用い、一定の周波数の強度変調によりレーザ光１５ａを強度変調するものである。この電気光学素子１６は、上述したように、レーザ光１５ａで捕捉されて３次元方向に振動しているナノ粒子４１を、前述した３次元方向のどの方向にも抑制する冷却を行うように、レーザ光１５ａに変調を行う。つまり、電気光学素子１６で、光検出器１９で検出された光強度１５ｐに応じて、レーザ光１５ａを強度変調する。この変調を行わないと、捕捉中のナノ粒子４１が後述の真空引きの際にレーザ光１５ａから逃げてしまい、光検出器１９でナノ粒子４１の振る舞いとしての光強度を検出できなくなる。なお、電気光学素子１６に代え、音響光学素子を用いてもよい。電気光学素子１６又は音響光学素子は、請求項記載の変調手段を構成する。
【００３６】
ここで、レーザ光１５ａによりナノ粒子４１を捕捉し、この捕捉中のレーザ光１５ａの光強度の変化を検出してナノ粒子４１の組成を分析する際の原理について説明する。
【００３７】
レーザ光１５ａの中にナノ粒子４１が存在する場合、そのナノ粒子４１は振る舞いとして振動を行なう。このナノ粒子４１の振動周波数（振動数）は、ナノ粒子４１がレーザ光１５ａの波長（例えば１０００ｎｍ）よりも、かなり小さい（例えば１００ｎｍ以下）という条件の下に成立する。従って、本実施形態では、その条件を満たすレーザ光１５ａを出射する第１レーザ光源１５が用いられている。
【００３８】
レーザ光１５ａとナノ粒子４１との間には、次に、図３を参照して説明する相互作用がある。但し、図３（ａ）は、Ｘ−Ｙ座標のＹ軸をレーザ光１５ａの光強度［Ｗ／ｃｍ２］とし、Ｘ軸をレーザ光１５ａの直径Ｄ１を示すＸ座標とした際の座標図である。Ｘ軸は、例えば光検出器１９に入射されるレーザ光１５ａの１方向のみを見た場合の軸であるとする。
【００３９】
即ち、図３（ａ）に示すように、レーザ光１５ａのビーム径Ｄ１が小さい程に光強度が強くなる。この光強度が強い程に、図３（ｂ）に示すレーザ光１５ａで作られるポテンシャルの深さ（ポテンシャルエネルギーｈ）Ｈ１が下がり、このＨ１下がった位置でナノ粒子４１が捕捉されるといった相互作用がある。つまり、ポテンシャルエネルギーｈは、レーザ光１５ａの光強度に比例している。
【００４０】
ここで、直径ａがレーザ光１５ａの波長λより充分に小さい時（ａ≪λ）、ポテンシャルエネルギーｈは、ナノ粒子４１の直径ａの３乗に比例（ｈ∝ａ３）する。つまり、ナノ粒子４１の直径ａが大きい程に、より低い光強度のレーザ光１５ａによって同じポテンシャルの深さｈを得ることができる。
【００４１】
更に、ナノ粒子４１の質量をｍとし、ナノ粒子４１の加速度をαとすると、運動方程式はｍ×α＝−▽Ｕ（ポテンシャルエネルギーｈの微分表現）となる。また、ナノ粒子４１は粒が大きくなる程に重くなるので、ナノ粒子４１の質量ｍが、その直径ａの３乗に比例する（ｍ∝ａ３）。また、上記のポテンシャルの深さｈも、ａ３に比例する（−▽Ｕ∝ａ３）。従って、ｍ∝ａ３と−▽Ｕ∝ａ３とが相殺され、大きさの情報が消えるので、本発明では、ナノ粒子４１の組成分析が可能となっている。つまり、ナノ粒子４１の捕捉中のレーザ光１５ａの光強度の変化を、光検出器１９で検出することにより、ナノ粒子４１の組成分析が可能となっている。
【００４２】
このように本発明では、単一のナノ粒子４１を壊さずに、組成を分析することが可能となっている。また、ナノ粒子４１を壊さないので、後述のようにナノ粒子４１を組成毎に選別することが可能となっている。
【００４３】
このような原理に基づき、光検出器１９はナノ粒子４１を検出している。即ち、ナノ粒子４１が振動すると、光検出器１９で検出されるレーザ光１５ａの光位相がずれ、この偏光する分だけ光強度が変化する。この光強度の変化を周波数（光強度周波数）として光検出器１９で検出することで、ナノ粒子４１を検出している。
【００４４】
更に説明すると、光検出器１９は、真空槽１１が真空状態において、ナノ粒子４１を捕捉するレーザ光１５ａの光強度周波数を検出し、この検出された光強度周波数を組成特定部２０Ａへ出力する。その光強度周波数は、レーザ光１５ａで捕捉中のナノ粒子４１の振動数に対応している。
【００４５】
組成特定部２０Ａは、複数の光強度周波数と種々のナノ粒子の組成とを対応付けた対応付け情報（例えば、図示せぬマップ）を予め備えており、光検出器１９からの光強度周波数をマップに当て嵌め、ナノ粒子の組成を特定する。但し、組成特定部２０Ａは、マップから組成が特定できなければ、新規な組成のナノ粒子４１であると判断する。
【００４６】
次に、第２レーザ光源２１は、第１レーザ光１５ａで捕捉されているナノ粒子４１に、第１レーザ光１５ａと直交（交差）するように第２レーザ光２１ａを照射して所定のトレー３１ａ〜３１ｈに移送するものである。この移送を行うために、波長板２２、偏光ビームスプリッタ２３、第１ＡＯＭ２４、第２ＡＯＭ２５、複数のミラー２６〜２８を更に備えている。なお、第２レーザ光２１ａは、例えば１０００ｎｍ〜１５００ｎｍであるとする。また、波長板２２、偏光ビームスプリッタ２３及び複数のミラー２６〜２８は、請求項記載の反射手段を構成する。第１ＡＯＭ２４及び第２ＡＯＭ２５は、請求項記載の周波数変位手段を構成する。
【００４７】
波長板２２では、当該波長板２２の軸方向と偏光の方向が異なるとき、波長板２２を通った光の偏光の方向が変化する。この結果、続く偏光ビームスプリッタ２３（後述）における透過と反射の比率が変化するため、波長板２２を回すことで、透過と反射の割合を制御することが可能となっている。そこで、本実施形態では、第２レーザ光源２１から水平又は垂直の偏光光として出射される第２レーザ光２１ａを波長板２２で４５度傾けて、透過と反射を同じとしている。
【００４８】
偏光ビームスプリッタ２３は、波長板２２を介して入射された第２レーザ光２１ａを、矢印Ｙ２ｂで示す方向へ透過すると共に、矢印Ｙ２ｄで示すように９０度反射する。その透過した第２レーザ光２１ａは第１ＡＯＭ２４へ入射され、反射した第２レーザ光２１ａは、矢印Ｙ２ｄ，Ｙ２ｅ，Ｙ２ｆ，Ｙ２ｇで示すように、各ミラー２６〜２８で反射されて第２ＡＯＭ２５へ入射される。
【００４９】
第１及び第２ＡＯＭ２４，２５は音響光学素子であり、与えられる音波が結晶に一種の回折格子のように働いて光の周波数がずれ、この際にＡＯＭに供給されるラジオ周波数の音波のパワーに応じて回折される強さが指数関数的に異なる。この異なりよって出力パワーを変えるものである。このような基本機能を備える第１及び第２ＡＯＭ２４，２５は、各々に入射される２つの第２レーザ光２１ａの周波数ｆ１，ｆ２の何れか一方をシフトさせ、互いにずれた周波数ｆ１，ｆ２の第２レーザ光２１ａを、矢印Ｙ２ｃ，Ｙ２ｈで示すようにナノ粒子４１へ出射する。
【００５０】
つまり、第１レーザ光１５ａで捕捉されているナノ粒子４１には、捕捉レーザ光１５ａと直交し、且つ対向方向から互いに周波数ｆ１，ｆ２がずれた２つの第２レーザ光２１ａが照射されることになる。この際、光検出器１９で、ナノ粒子４１がポテンシャルの深さｈの最も深い位置まで移動したことを検出し、この検出時点で第１レーザ光１５ａをオフとして、対向する２つのレーザ光２１ａのみでナノ粒子４１を捕捉して移送させる。第２レーザ光２１ａの照射及び第１レーザ光１５ａのオフは、制御部２０Ｂの制御によって行なわれる。
【００５１】
このナノ粒子４１の移送は、制御部２０Ｂが組成特定部２０Ａで特定された組成（特定組成）に応じて、第１及び第２ＡＯＭ２４，２５を制御し、２つのレーザ光２１ａの周波数がずらされて（ｆ１≠ｆ２）行なわれる。例えば、２つの第２レーザ光２１ａの周波数が同一（ｆ１＝ｆ２）の場合、ナノ粒子４１を捕捉するレーザ光２１ａの定在波の谷の部分は移動せず固定状態となる。このため、ナノ粒子４１は移送されない。
【００５２】
一方、２つの第２レーザ光２１ａの周波数が所定値ずれている場合（ｆ１≠ｆ２）、この周波数差（移送周波数差）の干渉により生じる縞の位置が移動し、言い換えれば、定在波の谷の部分が移動し、この移動に応じてナノ粒子４１が移送される。但し、その移送周波数差が大きいほどに移送速度が速くなる。
【００５３】
ナノ粒子４１の移送方向は、２つのレーザ光２１ａの内、一方の周波数ｆ１が他方の周波数ｆ２よりも大きい場合と、小さい場合とで異なる。例えば、第１ＡＯＭ２４からのレーザ光２１ａの周波数ｆ１が、第２ＡＯＭ２５からのレーザ光２１ａの周波数ｆ２よりも大きい場合は、定在波の谷の部分が、矢印Ｙ２ｃで示す第１ＡＯＭ２４から第２ＡＯＭ２５へ向かって進むとする。この場合、ナノ粒子４１は矢印Ｙ２ｃ方向へ移送される。この逆に、周波数ｆ１が周波数ｆ２よりも小さい場合は、定在波の谷の部分が、矢印Ｙ２ｈで示す第２ＡＯＭ２５から第１ＡＯＭ２４へ向かって進むとする。この場合、ナノ粒子４１は矢印Ｙ２ｈ方向へ移送される。
【００５４】
制御部２０Ｂは、２つの第２レーザ光２１ａの周波数ｆ１，ｆ２を特定組成に応じた周波数差とした後、この周波数差を、特定組成に応じた時間保持することにより、ナノ粒子４１を目的のトレー３１ａ〜３１ｈまで移送することができる。但し、特定組成に応じた時間保持するとは、特定組成（例えば４１ｃ）のナノ粒子４１を、捕捉位置からその特定組成４１ｃが対応付けられたトレー３１ｃの上方位置まで上記周波数差で移送するために掛かる時間保持することである。
【００５５】
但し、移送先のトレー３１ａ〜３１ｈは、ナノ粒子４１の組成毎に対応付けられている。例えば、トレー３１ａにはナノ粒子４１の組成４１ａが対応付けられ、トレー３１ｂには組成４１ｂが、トレー３１ｃには組成４１ｃが、トレー３１ｄには組成４１ｄが、トレー３１ｅには組成４１ｅが、トレー３１ｆには組成４１ｆが、トレー３１ｇには組成４１ｇが、トレー３１ｈには組成４１ｈが対応付けられているものとする。
【００５６】
例えば、特定組成が４１ｈであれば、ナノ粒子４１を矢印Ｙ２ｃ方向へ移送するために、２つのレーザ光２１ａを周波数ｆ１が周波数ｆ２よりも大きい周波数差とし、この周波数差を特定組成４１ｈに応じた時間保持する。これによって、特定組成４１ｈのナノ粒子４１がトレー３１ｈの上方位置へ移送される。この上方位置で第２レーザ光源２１をオフとしてレーザ光２１ａを止めることにより、特定組成４１ｈのナノ粒子４１が落下してトレー３１ｈに入るようになっている。
【００５７】
＜第１実施形態の動作＞
次に、第１実施形態に係るナノ粒子組成分析選別装置１０によるナノ粒子４１の組成分析及び選別の動作を、図４に示すフローチャートを参照して説明する。但し、前提条件として真空ポンプ１２がオフ状態で真空槽１１内が大気圧とされているとする。更に、第１及び第２レーザ光源１５，２１はオフ状態であるとする。
【００５８】
この状態でステップＳ１において、ノズル１３から大気中の所望のナノ粒子４１を試料として真空槽１１に取り込む。ステップＳ２において、制御部２０Ｂの制御により第１レーザ光源１５をオンとし、真空槽１１内でナノ粒子４１を捕捉するようにレーザ光１５ａを出射する。
【００５９】
ステップＳ３において、制御部２０Ｂが、その出射されたレーザ光１５ａにより真空槽１１内のナノ粒子４１が捕捉されたか否かを判断する。この判断は、レーザ光１５ａによりナノ粒子４１が捕捉されると、光検出器１９で検出されるレーザ光１５ａの光強度１５ｐが予め求めた所定値となるので、制御部２０Ｂがその所定値を検出した際に捕捉と判断する。この判断は捕捉されるまで継続される。
【００６０】
上記ステップＳ３において制御部２０Ｂが捕捉されたと判断した場合、ステップＳ４において、電気光学素子１６により、ナノ粒子４１がその捕捉から逃げないように、光検出器１９で検出された光強度１５ｐに応じて、第１レーザ光源１５からのレーザ光１５ａを強度変調する。
【００６１】
上記ステップＳ４での強度変調の実施後、ステップＳ５において、制御部２０Ｂの制御で真空ポンプ１２が起動され、真空槽１１内が所定の真空度とされる。
【００６２】
次に、ステップＳ６において、光検出器１９でナノ粒子捕捉中のレーザ光１５ａの光位相のずれに応じた光強度の変化を光強度周波数として検出し、この検出された光強度周波数を組成特定部２０Ａへ出力する。ステップＳ７において、組成特定部２０Ａが、その検出された光強度周波数をマップに当て嵌め、ナノ粒子４１の組成（例えば４１ｈとする）を特定する。
【００６３】
ステップＳ８において、制御部２０Ｂは第２レーザ光源２１をオンとして、第１レーザ光１５ａで捕捉されているナノ粒子４１に、対向する２つの第２レーザ光２１ａを第１レーザ光１５ａと直交するように照射する。この照射は、まず、矢印Ｙ２ａ，Ｙ２ｂ，Ｙ２ｃで示すように、第２レーザ光源２１から出射された第２レーザ光２１ａが、波長板２２及び偏光ビームスプリッタ２３を介して第１ＡＯＭ２４からナノ粒子４１へ照射される。これと共に、偏光ビームスプリッタ２３で反射された第２レーザ光２１ａが、矢印Ｙ２ｄ，Ｙ２ｅ，Ｙ２ｆ，Ｙ２ｇ，Ｙ２ｈで示すように、各ミラー２６〜２８で反射されて第２ＡＯＭ２５からナノ粒子４１へ照射される。つまり、ナノ粒子４１に対向方向から２つのレーザ光２１ａが突き合わせ状態に照射される。
【００６４】
この際、ステップＳ９において、制御部２０Ｂは、光検出器１９においてナノ粒子４１がポテンシャルの深さｈの最も深い位置まで移動したことが検出されると、この検出時点で第１レーザ光１５ａをオフとする制御を行う。
【００６５】
次に、ステップＳ１０において、制御部２０Ｂは、上述したナノ粒子４１の特定組成４１ｈに応じて、第１及び第２ＡＯＭ２４，２５を制御し、２つのレーザ光２１ａを移送周波数差ずらし、この移送周波数差を特定組成４１ｈに応じた時間保持する。つまり、制御部２０Ｂは、ナノ粒子４１が矢印Ｙ２ｃ方向へ移送されるように、第１ＡＯＭ２４からのレーザ光２１ａの周波数ｆ１を、第２ＡＯＭ２５からのレーザ光２１ａの周波数ｆ２よりも大きくして、この周波数差だけずらす。更に、制御部２０Ｂは、特定組成４１ｈのナノ粒子４１が目的のトレー３１ｈまで移送されるように、その周波数差を、特定組成４１ｈに応じた時間保持する。
【００６６】
これによって、ステップＳ１１において、特定組成４１ｈのナノ粒子４１が移送先のトレー３１ｈの上方位置まで移送される。この移送後、ステップＳ１２において、制御部２０Ｂは、第２レーザ光源２１をオフとしてレーザ光２１ａを止める制御を行う。この制御によって、特定組成４１ｈのナノ粒子４１が落下してトレー３１ｈに収容される。
【００６７】
＜第１実施形態の効果＞
以上説明したように、第１実施形態に係るナノ粒子組成分析選別装置１０によれば、次のような効果が得られる。
【００６８】
（１）分析選別装置１０を、真空槽１１と、第１レーザ光源１５と、光検出器１９と、組成特定部２０Ａとを備えて構成した。
真空槽１１は、ナノ粒子４１が取り込まれ、内部が真空ポンプ１２で真空状態とされる透明な窓を有する密閉容器である。第１レーザ光源１５は、真空槽１１内に取り込まれたナノ粒子４１を捕捉するレーザ光１５ａを出射する。光検出器１９は、レーザ光１５ａによりナノ粒子４１の捕捉後、真空槽１１が真空状態の場合に、当該ナノ粒子４１を捕捉中のレーザ光１５ａの光位相のずれに応じた光強度の変化を光強度周波数として検出する。組成特定部２０Ａは、複数の光強度周波数と種々のナノ粒子４１の組成とを対応付けたマップを有し、光検出器１９で検出された光強度周波数を当該マップに当て嵌め、捕捉中のナノ粒子４１の組成（例えば４１ｃ）を特定する。
【００６９】
この構成によれば、真空槽１１内に取り込まれたナノ粒子４１をレーザ光１５ａで捕捉し、この捕捉中のレーザ光１５ａの光位相のずれに応じた光強度の変化を光強度周波数として検出する。更に、その検出された光強度周波数をマップに当て嵌め、捕捉中のナノ粒子４１の組成４１ｃを特定することができる。このため、ナノ粒子４１を非破壊で結晶構造及び化学結合を含む組成の分析を行なうことができる。
【００７０】
（２）光検出器１９で光強度周波数の検出過程で検出される光強度に応じて、第１レーザ光源１５から出射されるレーザ光１５ａに強度変調を行う変調手段としての電気光学素子１６を更に備える。そして、光検出器１９が、真空槽１１内が大気圧状態の場合に、ナノ粒子４１を捕捉中のレーザ光１５ａの光強度を検出する。電気光学素子１６が、その検出された光強度に応じてナノ粒子４１に出射されるレーザ光１５ａに強度変調を行い、この強度変調中に真空槽１１内が真空ポンプ１２で真空状態とされるようにした。
【００７１】
この構成によれば、真空槽１１内が大気圧状態の場合に、レーザ捕捉されたナノ粒子４１は３次元方向に振動するが、この際に、ナノ粒子４１を捕捉中のレーザ光１５ａの光強度を検出し、この検出された光強度に応じてナノ粒子４１に出射されるレーザ光１５ａに強度変調を行う。この強度変調によりナノ粒子４１の振動を抑制することができるので、真空槽１１内の真空引きを行っても、ナノ粒子４１をレーザ捕捉から逃げないようにレーザ光１５ａ中に保持することができる。
【００７２】
（３）分析選別装置１０に、更に、第２レーザ光源２１と、反射手段（波長板２２、偏光ビームスプリッタ２３及び複数のミラー２６〜２８）と、周波数変位手段（第１及び第２ＡＯＭ２４、２５）と、制御部２０Ｂとを備えて構成した。
【００７３】
第２レーザ光源２１は、レーザ光１５ａと交差状態で、当該レーザ光１５ａで捕捉中のナノ粒子４１に照射されるように第２レーザ光２１ａを出射する。反射手段は、第２レーザ光源２１から出射される第２レーザ光２１ａを、第２レーザ光２１ａの出射方向の対向方向から捕捉中のナノ粒子４１へ照射されるように反射させる。周波数変位手段は、第２レーザ光源２１から出射される第２レーザ光２１ａの周波数と、反射手段で反射される第２レーザ光２１ａの周波数とを、所定の周波数差ずらす。制御部２０Ｂは、周第２レーザ光源２１からの第２レーザ光２１ａと、反射された第２レーザ光２１ａとが波数変位手段で所定の周波数差ずらされた２つの第２レーザ光２１ａが、レーザ光１５ａで捕捉中のナノ粒子４１に照射後に当該レーザ光１５ａをオフとする制御を行う。更に、２つの第２レーザ光２１ａの照射により移動するナノ粒子４１が、特定された組成４１ｃに応じて定められた位置に到達した際に当該２つの第２レーザ光２１ａをオフとする制御を行う。
【００７４】
この構成によれば、ナノ粒子４１が、特定された組成に応じて定められた位置に到達した際に２つの第２レーザ光２１ａをオフとすると、ナノ粒子４１が落下する。従って、その落下するナノ粒子４１を、その特定組成の専用トレー（例えば４１ｃ）で受け止めて収容すれば、特定した組成毎にナノ粒子４１を選別することができる。
【００７５】
（４）制御部２０Ｂは、２つの第２レーザ光２１ａが、レーザ光１５ａで捕捉中のナノ粒子４１に照射後に、光検出器１９による光強度の検出において当該照射レーザ光１５ａで作られるポテンシャルエネルギーｈの最も深い位置まで当該捕捉中のナノ粒子４１が移動した際の光強度が検出された場合に、ナノ粒子４１を捕捉中のレーザ光１５ａをオフとする制御を行うようにした。
【００７６】
この構成によれば、レーザ捕捉中のナノ粒子４１が照射レーザ光１５ａで作られる前述したポテンシャルの最も深い位置まで移動した際に、捕捉レーザ光１５ａをオフとするので、ナノ粒子４１を移動するための２つの第２レーザ光２１ａで、ナノ粒子４１を逃げないように捕捉して移動させることができる。
【００７７】
また、分析選別装置１０は、次のナノ粒子組成分析選別方法を実行する。即ち、大気圧の真空槽１１内に取り込まれたナノ粒子４１を、レーザ光源から出射したレーザ光で捕捉するステップと、ナノ粒子４１の捕捉後、真空槽１１を真空ポンプ１２で真空状態とするステップを実行する。更に、真空状態において光検出器１９により、ナノ粒子４１を捕捉中のレーザ光の光位相のずれに応じた光強度の変化を光強度周波数として検出するステップと、複数の光強度周波数と種々のナノ粒子４１の組成とを対応付けたマップを有する組成特定部２０Ａで、光検出器１９で検出された光強度周波数をマップに当て嵌め、捕捉中のナノ粒子４１の組成を特定するステップとを実行する。
【００７８】
この方法によれば、ナノ粒子４１を非破壊で結晶構造及び化学結合を含む組成の分析を行なうことができる。
【００７９】
上記のナノ粒子組成分析選別方法において、分析選別装置１０は、第２レーザ光源２１から、レーザ光と交差状態で、当該レーザ光で捕捉中のナノ粒子４１に照射されるように第２レーザ光２１ａを出射するステップと、第２レーザ光源２１から出射される第２レーザ光２１ａを、反射手段により、当該第２レーザ光２１ａの出射方向の対向方向から捕捉中のナノ粒子４１へ照射されるように反射させるステップを実行する。更に、第２レーザ光源２１から出射される第２レーザ光２１ａの周波数と、反射手段で反射される第２レーザ光２１ａの周波数とを、周波数変位手段により所定の周波数差ずらすステップと、所定の周波数差ずらされた２つの第２レーザ光２１ａが、レーザ光で捕捉中のナノ粒子４１に照射後に、制御部２０Ｂにより、レーザ光をオフとするステップを実行する。更には、制御部２０Ｂが、レーザ光のオフ後に、２つの第２レーザ光２１ａの照射により移動するナノ粒子４１が、特定された組成に応じて定められた位置に到達した際に、当該２つの第２レーザ光２１ａをオフとする制御を行うステップとを実行する。
【００８０】
この方法によれば、ナノ粒子４１が、特定された組成に応じて定められた位置に到達した際に２つの第２レーザ光２１ａをオフとすると、ナノ粒子４１が落下する。従って、その落下するナノ粒子４１を、その特定組成の専用トレーで受け止めて収容すれば、特定した組成毎にナノ粒子４１を選別することができる。
【００８１】
例えば、環境中の排ガスから出てきたナノ粒子４１がマウスにどのような影響を与えるかを調べるとする。この場合、排ガス中のナノ粒子４１の組成４１ａ〜４１ｈを分析選別装置１０によって分析した後、組成４１ａ〜４１ｈ毎にナノ粒子４１を選別することができる。このため、所望のナノ粒子（４１ｈ等）をマウスに投与することができる。
【００８２】
＜第２実施形態の構成＞
図５は、本発明の第２実施形態にナノ粒子組成分析選別装置の構成を示し、（ａ）は全体構成を示すブロック図、（ｂ）は（ａ）に示すガラスセルの側面方向から見た断面及びその下方の複数のトレーを示す断面図である。
【００８３】
図５（ａ）に示す分析選別装置５０は、上述した第１実施形態と同様に、ナノ粒子を非破壊で、ナノ粒子の結晶構造及び化学結合を含む組成の分析を行うと共に、ナノ粒子を組成毎に選別するものである。この分析選別装置５０は、透明のガラスセル５１と、真空ポンプ５２と、レーザ光源５５と、電気光学素子５６と、２つのレンズ５７，５８と、光検出器５９と、組成特定部６０Ａと、制御部６０Ｂと、移動アクチュエータ部６１と、複数のトレー６１ａ〜６１ｈと、自走台車６３｛図５（ｂ）参照｝とを備えて構成されている。なお、移動アクチュエータ部６１は、請求項記載の移動手段を構成する。
【００８４】
図５（ｂ）に示す自走台車６３は、細長い板状の載置台６４の前後に走行可能に車輪６５が設けられ、上面にモータ６６が搭載され、モータ６６の駆動により図示せぬ伝達機構を介して車輪６５が回転するように構成されている。載置台６４の上には、長手方向に複数のトレー６１ａ〜６１ｈが一定間隔で載置されている。この自走台車６３は、ガラスセル５１の長手方向の下方側に沿って配置されている。更に、自走台車６３は、制御部６０Ｂによりモータ６６の駆動及び停止が制御されると共に、モータ６６の正転及び逆転が制御されて車輪６５が正回転又は逆回転する。この回転により自走台車６３がガラスセル５１に沿って前方又は後方に移動する。
【００８５】
図５（ａ）に示すガラスセル５１は、一端が試料取込口５１ａとして開口し、他端が閉塞された細長い円筒形状を成している。ガラスセル５１のサイズは、例えば約１０μｍで長さが２００ｍｍ〜３００ｍｍ位である。また、ガラスセル５１の試料取込口５１ａ付近の周回面の下方位置には、後述するナノ粒子７１の取出口５１ｂが開口している。なお、ガラスセル５１は本実施形態では円筒形状とするが、断面楕円形状や断面多角形状等の筒形状であってもよい。
【００８６】
更に、ガラスセル５１の閉塞端付近の周回面には、真空ポンプ５１が周回面の貫通孔を介して接続されており、ガラスセル５１の内部を真空引きする。ガラスセル５１内は、その真空引き付近が最も真空度が高く、試料取込口５１ａへ向かうに従って真空度が低下し、試料取込口５１ａ付近では略大気圧となっている。なお、真空ポンプ５２の起動及び停止は、制御部６０Ｂの制御によって行なわれる。図５には示していないが、制御部６０Ｂは、真空ポンプ１２及びレーザ光源５５に制御線で接続されているとする。
【００８７】
レーザ光源５５は、矢印Ｙ５ａ，Ｙ５ｂで示すように、レーザ光５５ａを電気光学素子５６及びレンズ５７を介してガラスセル５１内へ出射し、このレーザ光５５ａで、ガラスセル５１内のナノ粒子７１を捕捉する。この捕捉は、試料取込口５１ａに近い位置で行なわれる。レーザ光５５ａの出射及び停止の制御は、制御部６０Ｂで行なわれる。
【００８８】
制御部６０Ｂは、レーザ光源５５のオン／オフ制御、及び真空ポンプ５２の起動及び停止制御を行なう。更に、制御部６０Ｂは、移動アクチュエータ部６１を制御してガラスセル５１の移動制御を行なう。これは、制御部６０Ｂが移動アクチュエータ部６１を制御して、ガラスセル５１をレーザ光５５ａの出射方向と直交する方向（矢印Ｙ６ａ及びＹ６ｂの双方向）に移動する駆動を行う。つまり、ガラスセル５１は、移動アクチュエータ部６１によりレーザ光５５ａの出射方向と直交方向（矢印Ｙ６ａ及びＹ６ｂの双方向）に移動するようになっている。
【００８９】
なお、ガラスセル５１の移動に代え、移動アクチュエータ部６１によりレーザ光源５５、電気光学素子５６及び光検出器５９の組を、レーザ光５５ａの出射方向と直交方向（矢印Ｙ６ａ及びＹ６ｂの双方向）に移動するようにしてもよい。この移動制御も制御部６０Ｂが移動アクチュエータ部６１を制御して行なう。
【００９０】
レンズ５７，５８は、第１実施形態で説明したレンズ１７，１８（図１）と同様の役割を果たし、これと同様に、光検出器５９は光検出器１９（図１）と同様の検出を行い、電気光学素子５６は電気光学素子１６（図１）と同様の強度変調を行う。また、レーザ光５５ａによりナノ粒子７１を捕捉し、この捕捉中のレーザ光５５ａの光強度を検出してナノ粒子７１の組成を分析する際の第２実施形態の原理も、第１実施形態で説明した原理と同じである。
【００９１】
制御部６０Ｂは、ナノ粒子７１がレーザ光５５ａで捕捉されると、移動アクチュエータ部６１を制御してガラスセル５１を移動させ、ナノ粒子７１を、ガラスセル５１内の真空引きによる真空度の高い位置に配置されるようにする。この状態で光検出器５９によりナノ粒子７１の検出が行なわれる。つまり、光検出器５９は、ナノ粒子７１を捕捉するレーザ光５５ａの光強度の変化を周波数（光強度周波数）として検出し、この検出された光強度周波数を組成特定部６０Ａへ出力する。その光強度周波数は、レーザ光５５ａで捕捉中のナノ粒子７１の振動数に対応している。
【００９２】
組成特定部６０Ａは、複数の光強度周波数と種々のナノ粒子の組成とを対応付けたマップ（図示せず）を予め備えており、光検出器５９からの光強度周波数をマップに当て嵌め、ナノ粒子の組成を特定する。但し、組成特定部６０Ａは、マップから組成が特定できなければ、新規な組成のナノ粒子７１であると判断する。
【００９３】
制御部６０Ｂは、組成特定部６０Ａでナノ粒子７１の組成が特定されると、まず、移動アクチュエータ部６１を制御して、ガラスセル５１の取出口５１ｂがレーザ捕捉中のナノ粒子７１の位置と合うようにガラスセル５１を移動する。次に、制御部６０Ｂは、上記の特定された組成（特定組成）に下記のように対応付けられたトレー６１ａ〜６１ｈ｛図５（ｂ）｝を、特定組成のナノ粒子７１が収容されるように移動する制御を後述のように行う。
【００９４】
但し、各トレー６１ａ〜６１ｈは、ナノ粒子７１の組成毎に対応付けられている。例えば、トレー６１ａにはナノ粒子７１の組成７１ａが対応付けられ、トレー６１ｂには組成７１ｂが、トレー６１ｃには組成７１ｃが、トレー６１ｄには組成７１ｄが、トレー６１ｅには組成７１ｅが、トレー６１ｆには組成７１ｆが、トレー６１ｇには組成７１ｇが、トレー６１ｈには組成７１ｈが対応付けられているものとする。
【００９５】
例えば、ナノ粒子７１の特定組成が７１ｃであれば、図５（ｂ）に示すように、制御部６０Ｂは、モータ６６を正転制御して自走台車６３を取出口５１ｂの下方に移動させ、トレー６１ｃが取出口５１ｂの位置に到達した際に、モータ６６を停止させる。この後、制御部６０Ｂは、レーザ光源５５をオフとしてレーザ光５５ａを止める。これにより、特定組成７１ｃのナノ粒子７１が落下してトレー６１ｃに入るようになっている。
【００９６】
＜第２実施形態の動作＞
次に、第２実施形態に係るナノ粒子組成分析選別装置５０によるナノ粒子７１の組成分析及び選別の動作を、図６に示すフローチャートを参照して説明する。但し、前提条件として真空ポンプ５２がオン状態で真空引きを行なっており、レーザ光源５５はオフ状態であるとする。
【００９７】
この状態でステップＳ２１において、試料取込口５１ａから大気中の所望のナノ粒子７１を試料としてガラスセル５１に取り込む。ステップＳ２２において、制御部６０Ｂの制御によりレーザ光源５５をオンとし、ガラスセル５１内でナノ粒子７１を捕捉するようにレーザ光５５ａを出射する。
【００９８】
ステップＳ２３において、制御部６０Ｂが、その出射されたレーザ光６５ａによりガラスセル５１内のナノ粒子７１が捕捉されたか否かを判断する。この判断は、レーザ光５５ａによりナノ粒子７１が捕捉されると、光検出器５９で検出されるレーザ光５５ａの光強度５５ｐが所定値となるので、制御部６０Ｂがその所定値を検出した際に捕捉と判断する。この判断は捕捉されるまで継続される。
【００９９】
上記ステップＳ２３において制御部６０Ｂが捕捉されたと判断した場合、ステップＳ２４において、電気光学素子５６が、ナノ粒子７１が上記の捕捉から逃げないように、光検出器５９で検出された光強度５５ｐに応じて、レーザ光源５５からのレーザ光５５ａを強度変調する。
【０１００】
上記ステップＳ２４での強度変調の実施後、ステップＳ２５において、制御部６０Ｂは、移動アクチュエータ部６１を制御してガラスセル５１を移動させ、捕捉中のナノ粒子７１を、ガラスセル５１内の真空度の高い位置に配置する。ステップＳ２６において、光検出器５９は、ナノ粒子７１を捕捉するレーザ光５５ａの光強度の変化を周波数（光強度周波数）として検出する。
【０１０１】
次に、ステップＳ２７において、組成特定部６０Ａで捕捉中のナノ粒子７１の組成を特定する。この特定は、上記ステップＳ２６において光検出器５９で検出された光強度周波数をマップに当て嵌め、ナノ粒子７１の組成（例えば７１ａとする）を特定する。
【０１０２】
ステップＳ２８において、制御部６０Ｂは、移動アクチュエータ部６１を制御して、取出口５１ｂがレーザ捕捉中のナノ粒子７１の位置と合うようにガラスセル５１を移動する。次に、ステップＳ２９において、制御部６０Ｂは、モータ６６を正転制御して自走台車６３を取出口５１ｂの方向へ移動させ、トレー６１ｃが取出口５１ｂの位置に到達した際に、モータ６６を停止させる。この後、ステップＳ３０において、制御部６０Ｂは、レーザ光源５５をオフとしてレーザ光５５ａを止める。これにより、特定組成７１ａのナノ粒子７１が落下してトレー６１ａに収容される。
【０１０３】
＜第２実施形態の効果＞
以上説明したように、第２実施形態に係るナノ粒子組成分析選別装置５０によれば、次のような効果が得られる。
【０１０４】
（１）ナノ粒子組成分析選別装置５０を、ガラスセル５１と、レーザ光源５５と、光検出器５９と、組成特定部６０Ａとを備えて構成した。
ガラスセル５１は、ナノ粒子７１を取り込む開口端と、この開口端の反対側の他端が閉塞端となった細長い筒形状を成し、閉塞端近傍の側面の貫通孔に接続された真空ポンプ５２で真空引きが行なわれる透明なセルである。レーザ光源５５は、ガラスセル５１内に取り込まれたナノ粒子７１を捕捉するレーザ光５５ａを出射する。光検出器５９は、レーザ光５５ａにより捕捉されたナノ粒子７１がガラスセル５１内の真空度が高い位置に配置された状態で、当該ナノ粒子７１を捕捉中のレーザ光５５ａの光位相のずれに応じた光強度の変化を光強度周波数として検出する。組成特定部６０Ａは、複数の光強度周波数と種々のナノ粒子７１の組成とを対応付けたマップを有し、光検出器５９で検出された光強度周波数を当該マップに当て嵌め、捕捉中のナノ粒子７１の組成を特定する。
【０１０５】
この構成によれば、次のような作用効果を得ることができる。即ち、開口端の反対側の閉塞端側において真空引きが行なわれているガラスセル５１内にナノ粒子７１が取り込まれた際に、当該ナノ粒子７１をレーザ光５５ａで捕捉する。次に、捕捉中のナノ粒子７１がガラスセル５１内の真空度が高い位置に配置された状態において、捕捉中のレーザ光５５ａの光位相のずれに応じた光強度の変化を光強度周波数として検出する。そして、その検出された光強度周波数をマップに当て嵌め、捕捉中のナノ粒子７１の組成を特定する。このため、ナノ粒子７１を非破壊で結晶構造及び化学結合を含む組成の分析を行なうことができる。
【０１０６】
（２）光検出器５９で光強度周波数の検出過程で検出される光強度に応じて、レーザ光源５５から出射されるレーザ光５５ａに強度変調を行う変調手段としての電気光学素子５６と、ガラスセル５１及びレーザ光源５５、変調手段及び光検出器５９の何れか一方を移動する移動アクチュエータ部６１と、電気光学素子５６による強度変調中に、レーザ光５５ａで捕捉中のナノ粒子７１がガラスセル５１内の真空度が高い位置に配置されるように、移動アクチュエータ部６１がガラスセル５１及び前記一組の何れか一方を移動させるための制御を行う制御部６０Ｂとを更に備えることを特徴とする。
【０１０７】
この構成によれば、ガラスセル５１内の開口端付近でレーザ捕捉されたナノ粒子７１は３次元方向に振動するが、この際に、ナノ粒子７１を捕捉中のレーザ光５５ａの光強度を検出し、この検出された光強度に応じてレーザ光源５５から出射されるレーザ光５５ａに強度変調を行う。この強度変調によりナノ粒子７１の振動を抑制することができるので、その後、レーザ光５５ａで捕捉中のナノ粒子７１をガラスセル５１内の真空度が高い位置に移動する際に、ナノ粒子７１をレーザ捕捉から逃げないようにレーザ光５５ａ中に保持することができる。
【０１０８】
（３）ガラスセル５１は、側面の下方側にナノ粒子７１の取出口５１ｂを備える。制御部６０Ｂは、レーザ光５５ａで捕捉中のナノ粒子７１の組成が組成特定部６０Ａで特定された際に、当該捕捉中のナノ粒子７１が取出口５１ｂの位置に到達するように、移動アクチュエータ部６１がガラスセル５１又は前記一組を相対的に移動させるための制御を行う。更に、その制御により捕捉中のナノ粒子７１が取出口５１ｂの位置に到達した後に、レーザ光５５ａをオフとする制御を行うことを特徴とする。
【０１０９】
この構成によれば、ナノ粒子７１が、ガラスセル５１の取出口５１ｂに到達するように移動させた後に、レーザ光５５ａをオフとすると、ナノ粒子７１が落下する。従って、その落下するナノ粒子７１を、その特定組成の専用トレーで受け止めて収容すれば、特定した組成毎にナノ粒子７１を選別することができる。
【０１１０】
その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
１０，５０  ナノ粒子組成分析選別装置
１１  真空槽
１２，５２  真空ポンプ
１３  試料取込ノズル
１５  第１レーザ光源
１６，５６  電気光学素子
１７，１８，５７，５８  レンズ
１９，５９  光検出器
２０Ａ，６０Ａ  組成特定部
２０Ｂ，６０Ｂ  制御部
２１  第２レーザ光源
２２  波長板（反射手段）
２３  偏光ビームスプリッタ（反射手段）
２４  第１ＡＯＭ（周波数変位手段）
２５  第２ＡＯＭ（周波数変位手段）
２６，２７，２８  ミラー（反射手段）
３１ａ〜３１ｈ，６１ａ〜６１ｈ  トレー
５１ａ  試料取込口
５１ｂ  取出口
５５  レーザ光源
６１  移動アクチュエータ部（移動手段）
６３  自走台車
６６  モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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