(57)【要約】【課題】固体試料又は気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析を改良する。【解決手段】固体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための試料ステージであって、試料ステージ１１１上に配置される固体試料１の分析される面に対して平行に、固体試料を運動させる平行運動機構を有する、試料ステージ；固体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための固体試料冷却装置であって、試料の一部である測定対象箇所に向けて、冷媒を噴射して供給する、固体試料冷却装置；固体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための試料ステージであって、第１の材料で作られている基材上に、第２の材料で作られている複数の分析領域が間隔を空けて配置されており、且つ第２の材料の熱伝導率が、第１材料の熱伝導率よりも大きい、試料ステージ等とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための試料ステージであって、試料ステージ上に配置される前記固体試料の分析される面に対して平行に、前記固体試料を運動させる平行運動機構を有する、試料ステージ。
【請求項２】
前記平行運動機構が、前記固体試料を、回転運動及び／又は往復運動させる、請求項１に記載の試料ステージ。
【請求項３】
固体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための固体試料冷却装置であって、前記固体試料の前記分析用レーザー光を照射される箇所に向けて、冷媒を噴射して供給する、固体試料冷却装置。
【請求項４】
前記分析用レーザー光の一部を分割して得られたレーザー光を、液体の状態の冷媒に照射して気化させることによって、前記冷媒を噴射して供給する、請求項３に記載の固体試料冷却装置。
【請求項５】
固体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための試料ステージであって、第１の材料で作られている基材上に、第２の材料で作られている複数の分析領域が間隔を空けて配置されており、且つ前記第２の材料の熱伝導率が、前記第１材料の熱伝導率よりも大きい、試料ステージ。
【請求項６】
前記第１の材料がセラミック材料であり、且つ前記第２の材料が金属材料である、請求項５に記載の試料ステージ。
【請求項７】
下記の工程（ａ）〜（ｄ）を含む、透明熱可塑性樹脂シートの分光分析方法：
（ａ）請求項５又は６に記載の試料ステージ上に、前記透明熱可塑性樹脂シートを配置すること、
（ｂ）前記試料ステージの前記複数の分析領域のうちの１つに、前記透明熱可塑性樹脂シートを通して、前記分析用レーザー光又は他のレーザー光を照射して、前記透明熱可塑性樹脂シートのこの分析領域上の部分を少なくとも部分的に融解すること、
（ｃ）前記分析用レーザー光を、前記透明熱可塑性樹脂シートの少なくとも部分的に融解された部分に照射して、この部分の分光分析を行うこと、並びに
（ｄ）前記試料ステージの前記複数の分析領域のうちの他の１つについて、工程（ｂ）及び（ｃ）を繰り返すこと。
【請求項８】
気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための気体試料同期加圧装置であって、前記気体試料を保持する分析チャンバー、前記分析チャンバー内の気体試料を加圧する加圧機構、前記気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分析用レーザー光源、及び前記加圧機構と前記分析用レーザー光源とを同期させる同期装置を有する、気体試料同期加圧装置。
【請求項９】
前記加圧機構が、電磁力を用いて前記気体試料を加圧する、請求項８に記載の気体試料同期加圧装置。
【請求項１０】
気体試料に対して分析用レーザー光を照射することを含む分光分析方法であって、前記分析用レーザー光の照射と同期させて、前記気体試料を加圧することを含む、分光分析方法。
【請求項１１】
気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための分析用レーザー光収束照射装置であって、分析用レーザー光源、第１の凹面鏡又は凸レンズ、及び第２の凹面鏡を有し、前記第１の凹面鏡又は凸レンズが、前記分析用レーザー光源からの分析用レーザー光を前記気体試料中で収束させ、且つ前記第２の凹面鏡が、前記気体試料を透過した前記分析用レーザー光を反射し、そして再び前記気体試料中の同じ箇所で収束させる、分析用レーザー光収束照射装置。
【請求項１２】
前記分析用レーザー光源と前記第１の凹面鏡又は凸レンズとの間に配置されたハーフミラーを有し、前記ハーフミラーが、前記第２の凹面鏡で反射させて前記気体試料中で再び収束させた前記分析用レーザー光の少なくとも一部を反射し、そして再び前記気体試料中の同じ箇所で収束させる、請求項１１に記載の分析用レーザー光収束照射装置。
【請求項１３】
気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための分析チャンバーであって、分析用レーザー光に対して透過性の粒子を保持している、分析チャンバー。
【請求項１４】
前記粒子が、０．０１μｍ〜１０μｍの粒径を有する、請求項１３に記載の分析チャンバー。
【請求項１５】
気体試料に対して分析用レーザー光を照射することを含む分光分析方法であって、分析用レーザー光に対して透過性の粒子の表面に、前記気体試料を吸着させることを含む、分光分析方法。
【請求項１６】
固体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析装置であって、請求項１、２、５若しくは６に記載の試料ステージ、請求項３若しくは４に記載の固体試料冷却装置、又はそれらの組合せを有する、分光分析装置。
【請求項１７】
気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析装置であって、請求項８若しくは９に記載の気体試料同期加圧装置、請求項１１若しくは１２に記載の分析用レーザー光収束照射装置、請求項１３若しくは１４に記載の分析チャンバー、又はそれらの組合せを有する、分光分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための試料ステージ、及び固体試料冷却装置、並びに気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための気体試料同期加圧装置、分析用レーザー光収束照射装置、及び分析チャンバーに関する。また、本発明は、これらを用いる分光分析装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質の分光学的特性を利用して行なう分光分析方法としては、試料に光を照射して得られる透過光について分析する吸収分光分析；光照射、電圧印加、化学反応等によって試料から光を放出させ、その光について分析する発光分析；試料に光を照射し、得られる散乱光について分析する散乱分光分析（例えばラマン散乱分光分析）等がある。またこれらの分光分析を経時的に行う時間分解分光分析も行われており、例えばパルスレーザーを使用することによって、極めて速い反応であっても、その反応過程を観察できることが知られている。
【０００３】
試料に対して光を照射する分光分析のための装置は通常、光源；試料を配置する試料ステージ又は容器；並びに光源から試料に光を照射することによって得られる発光、散乱光及び／又は透過光を検出する検出器から構成される。分光分析のために使用される光源は、赤外光、可視光、紫外光等を発生させることができる装置であり、レーザー光を発生させるレーザー光源を用いることも多い。
【０００４】
これらの分光分析法は、多くの用途で使用されており、その改良についても多く研究されている（特許文献１〜３）。この改良の１つの目的は、希薄試料の分析を行うために、試料に照射される光（又は電磁波）を増強させることであり、例えば試料に対して照射される電磁波を共鳴によって増強させることが提案されている（特許文献１）。またこの改良の他の１つの目的は、高い時間分解能を提供し、それによって非常に短時間で起こる現象を解明できるようにすることである（特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】特表２００６−５０１４８１号
【特許文献２】特公平７−７６７１１号
【特許文献３】特表２００６−５１６７３０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、分光分析法は、多くの用途で使用されており、その改良についても多く研究されている。しかしながら、これらの改良は、下記の（１）及び（２）の問題については未だに充分に解決しているとは言えない：
（１）固体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析においては、特に経時的な分析を行うときに、分析用レーザー光の光及び/又は熱エネルギーによって、分析される固体試料の表面が変形及び／又は変質し、固体試料の本来の性質を測定できない場合がある。
（２）気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析においては、気体試料の密度が低いことによって、分析用レーザー光の照射によって得られる散乱光、分析用レーザー光の吸収等が小さく、充分な精度での気体試料の分析が困難な場合がある。
【０００７】
よって第１〜第３本発明では、固体試料の分光分析に関する上記（１）の問題を解決し、また第４〜第６本発明では、気体試料の分光分析に関する上記（２）の問題を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、下記の第（１）項〜第（１７）項に示すようなものである。
【０００９】
（１）固体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための試料ステージであって、試料ステージ上に配置される上記固体試料の分析される面に対して平行に、上記固体試料を運動させる平行運動機構を有する、試料ステージ。
【００１０】
（２）上記平行運動機構が、上記固体試料を、回転運動及び／又は往復運動させる、上記第（１）項に記載の試料ステージ。
【００１１】
（３）上記固体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための固体試料冷却装置であって、上記固体試料の前記分析用レーザー光を照射される箇所に向けて、冷媒を噴射して供給する、固体試料冷却装置。
【００１２】
（４）上記分析用レーザー光の一部を分割して得られたレーザー光を、液体の状態の冷媒に照射して気化させることによって、上記冷媒を噴射して供給する、上記第（３）項に記載の固体試料冷却装置。
【００１３】
（５）固体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための試料ステージであって、第１の材料で作られている基材上に、第２の材料で作られている複数の分析領域が間隔を空けて配置されており、且つ上記第２の材料の熱伝導率が、上記第１材料の熱伝導率よりも大きい、試料ステージ。
【００１４】
（６）上記第１の材料がセラミック材料であり、且つ上記第２の材料が金属材料である、上記第（５）項に記載の試料ステージ。
【００１５】
（７）下記の工程（ａ）〜（ｄ）を含む、透明熱可塑性樹脂シートの分光分析方法：
（ａ）上記第（５）又は（６）項に記載の試料ステージ上に、上記透明熱可塑性樹脂シートを配置すること、
（ｂ）上記試料ステージの上記複数の分析領域のうちの１つに、上記透明熱可塑性樹脂シートを通して、上記分析用レーザー光又は他のレーザー光を照射して、上記透明熱可塑性樹脂シートのこの分析領域上の部分を少なくとも部分的に融解すること、
（ｃ）上記分析用レーザー光を、上記透明熱可塑性樹脂シートの少なくとも部分的に融解された部分に照射して、この部分の分光分析を行うこと、並びに
（ｄ）上記試料ステージの上記複数の分析領域のうちの他の１つについて、工程（ｂ）及び（ｃ）を繰り返すこと。
【００１６】
（８）気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための気体試料同期加圧装置であって、上記気体試料を保持する分析チャンバー、上記分析チャンバー内の気体試料を加圧する加圧機構、上記気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分析用レーザー光源、及び上記加圧機構と上記分析用レーザー光源とを同期させる同期装置を有する、気体試料同期加圧装置。
【００１７】
（９）上記加圧機構が、電磁力を用いて上記気体試料を加圧する、上記第（８）項に記載の気体試料同期加圧装置。
【００１８】
（１０）気体試料に対して分析用レーザー光を照射することを含む分光分析方法であって、上記分析用レーザー光の照射と同期させて、上記気体試料を加圧することを含む、分光分析方法。
【００１９】
（１１）気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための分析用レーザー光収束照射装置であって、分析用レーザー光源、第１の凹面鏡又は凸レンズ、及び第２の凹面鏡を有し、上記第１の凹面鏡又は凸レンズが、上記分析用レーザー光源からの分析用レーザー光を上記気体試料中で収束させ、且つ上記第２の凹面鏡が、上記気体試料を透過した上記分析用レーザー光を反射し、そして再び上記気体試料中の同じ箇所で収束させる、分析用レーザー光収束照射装置。
【００２０】
（１２）上記分析用レーザー光源と上記第１の凹面鏡又は凸レンズとの間に配置されたハーフミラーを有し、上記ハーフミラーが、上記第２の凹面鏡で反射させて上記気体試料中で再び収束させた上記分析用レーザー光の少なくとも一部を反射し、そして再び上記気体試料中の同じ箇所で収束させる、上記第（１１）項に記載の分析用レーザー光収束照射装置。
【００２１】
（１３）気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための分析チャンバーであって、分析用レーザー光に対して透過性の粒子を保持している、分析チャンバー。
【００２２】
（１４）上記粒子が、０．０１μｍ〜１０μｍの粒径を有する、上記第（１３）項に記載の分析チャンバー。
【００２３】
（１５）気体試料に対して分析用レーザー光を照射することを含む分光分析方法であって、分析用レーザー光に対して透過性の粒子の表面に、上記気体試料を吸着させることを含む、分光分析方法。
【００２４】
（１６）固体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析装置であって、上記第（１）、（２）、（５）若しくは（６）項に記載の試料ステージ、上記第（３）若しくは（４）項に記載の固体試料冷却装置、又はそれらの組合せを有する、分光分析装置。
【００２５】
（１７）気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析装置であって、上記第（８）若しくは（９）項に記載の気体試料同期加圧装置、上記第（１１）若しくは（１２）項に記載の分析用レーザー光収束照射装置、上記第（１３）若しくは（１４）項に記載の気体試料容器、又はそれらの組合せを有する、分光分析装置。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
＜第１本発明の試料ステージ＞
第１本発明の試料ステージは、固体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための試料ステージに関し、試料ステージ上に配置される固体試料の分析される面に対して平行に、固体試料を運動させる平行運動機構を有する。
【００２７】
第１本発明の試料ステージによれば、平行運動機構が、試料ステージ上に配置される固体試料の分析される面に対して平行に、固体試料を運動させることによって、分析の間に、固体試料の分析される面と、分析用レーザー光源、検出器等との相対的な距離を維持しつつ、固体試料の新しい面を連続的に分析することができる。これによれば、固体試料の同じ箇所を分析し続けることによる問題、すなわち固体試料の分析される箇所が分析用レーザー光によって劣化するという問題を避けることができる。
【００２８】
第１本発明の試料ステージでは、平行運動機構が、固体試料を、回転運動及び／又は往復運動させることができる。すなわち例えば、図１に示されるように、試料ステージ１１１を、試料ステージ１１１の中心を軸として、モーター等によって回転運動させ、それによって試料ステージ上に配置されている固体試料１を、図中の矢印で示されるようにして、回転運動させることができる。また、図２に示されるように、試料ステージ１２１を、ピエゾ素子等によって往復運動させ、それによって試料ステージ上に配置されている固体試料１を、図中の矢印で示されるようにして、往復運動させることができる。
【００２９】
ここで、図１及び２において、図１（Ａ）及び図２（Ａ）は、試料ステージ及び固体試料の上面図であり、また図１（Ｂ）及び図２（Ｂ）は、試料ステージ及び固体試料の側面図である。なお、回転運動を複数組み合わせること、往復運動を複数組み合わせること、及び回転運動と往復運動とを組み合わせることもできる。
【００３０】
＜第２本発明の固体試料冷却装置＞
固体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための固体試料冷却装置であって、固体試料の分析用レーザー光を照射される箇所に向けて、冷媒を噴射して供給する、固体試料冷却装置。
【００３１】
第２本発明の固体試料冷却装置によれば、分析の間に、固体試料の分析用レーザー光を照射される箇所、すなわち固体試料の一部である測定対象箇所に向けて、冷媒を噴射して供給することによって、比較的少ない量の冷媒の使用で固体試料の測定対象箇所を冷却することができる。これによれば、固体試料を冷却するために多量の冷媒を使用することによる問題、例えば分析雰囲気中の水蒸気の大量の結露、並びに分析チャンバー内において分析を行う場合の、分析チャンバー内の圧力及び雰囲気の変化、及び分析チャンバーの分析窓表面における冷媒の凝縮をという問題を避けることができる。
【００３２】
分析チャンバー内の圧力及び雰囲気の変化は、試料表面の性質を変化させることによって、分析結果に影響を与えることがあり、また分析雰囲気中の水蒸気の大量の結露及び分析チャンバーの分析窓表面における冷媒の凝縮は、分析用レーザー光又は観察される散乱光等の透過を妨げることがあるので、これらの問題の解消は好ましい。
【００３３】
第２本発明の固体試料冷却装置において冷媒を噴射して供給するためには、ポンプ、圧力容器等と、制御弁等との組合せを用いることができる。また、冷媒を噴射して供給するためには、レーザー光、例えば分析用レーザー光の一部を分割して得られたレーザー光を、液体の状態の冷媒に照射して気化させ、この冷媒の気化による体積膨張によって冷媒を噴射させることができる。冷媒の噴射は、レーザー光の照射と同期させることもできる。
【００３４】
例えば、分析用レーザー光の一部を分割して得られたレーザー光によって液体の状態の冷媒を気化させる場合、図３に示されるように、第２本発明の固体試料冷却装置は、液体冷媒２５１を貯蔵する液体冷媒容器２５０、冷媒を噴射するための噴射ノズル２５２、及び分析用レーザー光の一部を分割するハーフミラー２５３を有することができる。ただし、上記のように、レーザー光を用いた液体冷媒の気化は、分析用レーザー光以外の専用のレーザー光を用いて行ってもよい。
【００３５】
第２本発明の固体試料冷却装置を、分析チャンバー内で固体試料に対して分析用レーザー光を照射するラマン分光分析装置に取り付けて用いる場合、図３に示されるように、分析される固体試料１を、ラマン分光分析装置の分析チャンバー１５内の試料ステージ２０２に配置する。ここで、分析チャンバー１５は、それぞれバルブ１８ａ及び１９ａによって制御することができる雰囲気ガス１７のための供給口１８及び排出口１９を有し、それによって分析チャンバー１５内の雰囲気を所望の雰囲気にできるようにされている。
【００３６】
第２本発明の固体試料冷却装置を有するこのラマン分光分析装置では、随意に分析チャンバー１５を雰囲気ガス１７で満たし且つ／又は所望の圧力にした後で、分析用レーザー光源１０から、ハーフミラー１２に分析用レーザー光１１を照射し、それによって分析用レーザー光１１を、ハーフミラー１２で反射させ、分析チャンバー１５の分析窓１５ａを通して、固体試料１に向かわせる。この分析用レーザー光１１は、固体試料１を照射し、それによってラマン散乱光１３をもたらす。このラマン散乱光１３は、分析チャンバー１５の分析窓１５ａ、そしてハーフミラー１２を通して、散乱光検出器１４によって検出する。
【００３７】
この分光分析の間に、第２本発明の固体試料冷却装置は、ハーフミラー２５３が分析用レーザー光１１の一部を分割し、この分析用レーザー光１１の分割された部分１１ａが、噴射ノズル２５２内の液体冷媒２５１を気化させ、それによって気化された冷媒が矢印２９０で示されるようにして、固体試料１の分析対象箇所に噴射されるようにする。
【００３８】
＜第３本発明の試料ステージ＞
第３本発明の試料ステージは、固体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための試料ステージに関し、第１の材料で作られている基材上に、第２の材料で作られている複数の分析領域が間隔を空けて配置されており、且つ第２の材料の熱伝導率が、第１材料の熱伝導率よりも大きい。
【００３９】
第３本発明の試料ステージは、分析用レーザー光又は他のレーザー光に対して透過性の薄い熱可塑性樹脂試料、例えば透明熱可塑性樹脂シートを分析するときに使用することができる。
【００４０】
すなわち、第３本発明の試料ステージの使用においては、試料ステージ上に透明熱可塑性樹脂シートを配置し、そして複数の分析領域のうちの１つに、透明熱可塑性樹脂シートを通して、分析用レーザー光又は他のレーザー光を照射する。この際、この分析領域が比較的大きい熱伝導率を有することによって、透明熱可塑性樹脂シートのレーザー光を照射された分析領域上の部分が少なくとも部分的に融解する。他方で、基材が比較的小さい熱伝導率を有することによって、レーザー光を照射された分析領域に隣接する基材部分の伝熱が妨げられて、透明熱可塑性樹脂シートの他の部分の融解を避けることができる。
【００４１】
このように、レーザー光を照射された分析領域上において透明熱可塑性樹脂シートが融解することによって、熱可塑性樹脂材料の対流をもたらして、分析用レーザー光による熱可塑性樹脂材料の過熱及びそれによる劣化を防ぐことができる。また他方で、熱可塑性樹脂シートの他の部分が融解しないことによって、同様な分光分析を、他の分析領域において、それ以前の熱可塑性樹脂材料の融解の影響を最小にして反復できる。すなわち、第３本発明の試料ステージによれば、熱可塑性樹脂シートの多数の箇所での分析を、それ以前の分析の影響を最小にして行うことが可能になる。このような熱可塑性樹脂シートの多数の箇所での分光分析は例えば、熱可塑性樹脂シートの全体にわたる均一性などを分析するために好ましい。
【００４２】
第３本発明の試料ステージのための第１及び第２の材料は、第２の材料の熱伝導率が、第１材料の熱伝導率よりも大きくなるように任意に選択できる。第３本発明の試料ステージでは、第１の材料は、多孔質セラミック材料のようなセラミック材料、例えば二酸化ケイ素又は石英であってよく、また第２の材料は、金属材料、例えば銀、銅、アルミニウム又はステンレスであってよい。
【００４３】
具体的には、第３本発明の試料ステージは、図４で示されるようなものであってよい。ここで、図４（Ａ）は、試料ステージ３００の上面図であり、また図４（Ｂ）は、図４（Ａ）で示されている試料ステージ３００のＢ−Ｂ面における断面図である。図４で示されている試料ステージ３００では、第１の材料で作られている基材３０１上に、第２の材料で作られている複数の分析領域３０２が間隔を空けて分散して配置されている。
【００４４】
＜第３本発明の分光分析方法＞
第３本発明の分光分析方法は、下記の工程（ａ）〜（ｄ）を含む、透明熱可塑性樹脂シートの分光分析方法である：
（ａ）第３本発明の試料ステージ上に、透明熱可塑性樹脂シートを配置すること、
（ｂ）試料ステージの複数の分析領域のうちの１つに、透明熱可塑性樹脂シートを通して、分析用レーザー光又は他のレーザー光を照射して、透明熱可塑性樹脂シートのこの分析領域上の部分を少なくとも部分的に融解し、
（ｃ）分析用レーザー光を、透明熱可塑性樹脂シートの少なくとも部分的に融解された部分に照射して、この部分の分光分析を行うこと、並びに
（ｄ）試料ステージの複数の分析領域のうちの他の１つについて、工程（ｂ）及び（ｃ）を繰り返すこと。
【００４５】
第３本発明の分光分析方法によれば、熱可塑性樹脂シートの多数の箇所での分析を、それ以前の分析の影響を最小にして行うことが可能になる。
【００４６】
具体的には、第３本発明の分光分析方法は、ラマン分光分析に関して図５で示されているようにして行うことができる。すなわち、第３本発明の試料ステージ３００上に、固体試料である透明熱可塑性樹脂シート１’を配置し、分析用レーザー光源１０からの分析用レーザー光１１をハーフミラー１２で反射し、透明熱可塑性樹脂シート１’を通して、試料ステージ３００の複数の分析領域３０２のうちの１つの分析領域３０２ａに照射して、透明熱可塑性樹脂シート１’のこの分析領域上の部分１’ａを少なくとも部分的に融解し、その後又は同時に、透明熱可塑性樹脂シート１’の融解した部分１’ａからのラマン散乱光１３を、検出器１４で検出することができる。
【００４７】
またこの分光分析方法では、同様な処理を、試料ステージ３００の複数の分析領域３０２のうちの他の１つの分析領域３０２ｂ及び透明熱可塑性樹脂シート１’の対応する部分に関して反復する。
【００４８】
＜第４本発明の気体試料同期加圧装置＞
第４本発明の気体試料同期加圧装置は、気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための分光分析装置に関し、気体試料を保持する分析チャンバー、分析チャンバー内の気体試料を加圧する加圧機構、気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分析用レーザー光源、及び加圧機構と分析用レーザー光源とを同期させる同期装置、例えば周波数同期装置を有する。
【００４９】
第４本発明の気体試料同期加圧装置によれば、気体試料の加圧と分光分析のための分析用レーザー光の照射とを同期させることによって、分光分析を行う瞬間にのみ、気体試料の密度を高めることができる。密度が低いことによって気体試料の分析が難しいという問題を解消するために、気体試料を常に、高密度、すなわち高圧で維持する場合、長時間にわたって高圧の気体試料を保持できる加圧機構及び試料容器が必要となる。これに対して、分光分析を行う瞬間にのみ、気体試料の密度を高めることは、このような加圧機構及び試料容器が必要ではなくなる点で好ましい。
【００５０】
第４本発明の気体試料同期加圧装置において分析用レーザー光の照射と同期させて気体試料を加圧するためには、任意の加圧機構を用いることができ、例えば電磁力を用いる加圧機構を用いることができる。すなわち例えば、気体試料を加圧するために電磁力を用いる加圧機構を用いる場合、図６に示されるように、この加圧機構４５０は、分析チャンバー１５、分析チャンバー１５の周囲の電磁コイル４０２、及び分析チャンバー１５内の気体試料を加圧できる磁性体ピストン４０３を有することができる。
【００５１】
ここでこの分析チャンバー１５は、分析のための光を透過させる分析窓１５ａを有する。またこの分析チャンバー１５は、それぞれバルブ１８ａ及び１９ａによって制御することができる気体試料１７のための供給口１８及び排出口１９を有し、それによって分析チャンバー１５内に気体試料を供給できるようにされている。
【００５２】
この加圧機構４５０を用いて気体試料を加圧する場合、電磁コイル４０２に、交流電源４１０から交流電流を提供することによって、矢印４９０ａで示すようにして、分析チャンバー１５に対して磁性体ピストン４０３を移動させて、分析チャンバー１５内の気体試料を圧縮し、また矢印４９０ｂで示すようにして、分析チャンバー１５に対して磁性体ピストン４０３を移動させて、分析チャンバー１５内の圧縮された気体試料の圧力を元に戻すことができる。すなわち、この加圧機構４５０を用いる場合、磁性体ピストン４０３を矢印４９０ａ及び４９０ｂで示すようにして高速で振動させることによって、分析チャンバー内の気体試料を圧縮・解放することができる。
【００５３】
したがって第４本発明の気体試料同期加圧装置のこの態様では例えば、周波数同期装置４２０によって交流電源４１０と分析用レーザー光源１０とを制御して、交流電源４１０から電磁コイル４０２に交流電流を提供して、磁性体ピストン４０３で分析チャンバー１５内の気体試料を加圧するのと共に、分析用レーザー光源１０から、ハーフミラー１２に分析用レーザー光１１を照射する。
【００５４】
分析用レーザー光源１０から照射された分析用レーザー光１１は、ハーフミラー１２で反射させ、分析チャンバー１５の分析窓１５ａを通して、分析チャンバー１５内の気体試料に照射する。気体試料に照射された分析用レーザー光１１は、ラマン散乱光１３をもたらす。このラマン散乱光１３は、分析チャンバー１５の分析窓１５ａ、そしてハーフミラー１２を通して、散乱光検出器１４によって検出する。
【００５５】
＜第４本発明の分光分析方法＞
第４本発明の分光分析方法は、気体試料に対して分析用レーザー光を照射することを含む分光分析方法に関し、分析用レーザー光の照射と同期させて、気体試料を加圧することを含む。
【００５６】
第４本発明の分光分析方法によれば、分析用レーザー光の照射と同期させて、気体試料を加圧することによって、長時間にわたって高圧の気体試料を保持するための加圧機構及び試料容器を必要とせずに、加圧された状態の気体試料について分光分析を行うことができる。この第４本発明の分光分析方法は、第４本発明の気体試料同期加圧装置を用いておこなうことができる。
【００５７】
＜第５本発明の分析用レーザー光収束照射装置＞
第５本発明の分析用レーザー光収束照射装置は、気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための分析用レーザー光収束照射装置に関し、分析用レーザー光源、第１の凹面鏡又は凸レンズ、及び第２の凹面鏡を有する。ここで、第１の凹面鏡又は凸レンズは、分析用レーザー光源からの分析用レーザー光を気体試料中で収束させ、且つ第２の凹面鏡は、気体試料を透過した分析用レーザー光を反射し、そして再び気体試料中の同じ箇所で収束させる。
【００５８】
第５本発明の分析用レーザー光収束照射装置によれば、分析用レーザー光を複数回にわたって気体試料の同じ箇所で収束させて照射することによって、気体試料中の収束箇所において強い分析用レーザー光を得ることができる。一般に、レーザー光を用いた気体試料の分光分析では、気体試料の密度が小さいので、レーザー光によってもたらされる散乱光等が弱く、十分な分光分析が困難なことがある。
【００５９】
これに関し、第５本発明の分析用レーザー光収束照射装置でのように強い分析用レーザー光を気体試料に照射することは、得られる散乱光等を強くし、それによって気体試料の分光分析を促進することができる。なお、分析用レーザー光源からの分析用レーザー光を収束させるために、凸レンズではなく、凹面鏡を使用することは、分析用レーザー光が凸レンズを通過する際の吸収をなくすことができる点で好ましいことがある。
【００６０】
また、第５本発明の分析用レーザー光収束照射装置では、分析用レーザー光源と第１の凹面鏡又は凸レンズとの間にハーフミラーを配置することができ、この場合には、このハーフミラーが、第２の凹面鏡で反射させた分析用レーザー光の少なくとも一部を更に反射して、再び気体試料中の同じ箇所で収束させることが可能になる。したがってこの場合には、更に強い分析用レーザー光を気体試料に照射することが可能になる。
【００６１】
具体的には、第５本発明の分析用レーザー光収束照射装置は、ラマン分光分析に関する図７及び８で示すようなものであってよい。
【００６２】
図７で示す第５本発明の分析用レーザー光収束照射装置の１つの態様では、分析用レーザー光源１０からの分析用レーザー光１１を、随意のハーフミラー５０３を透過させ、カセグレンレンズとしての、凸面鏡５０４と組み合わせられた第１の凹面鏡５０５によって、気体試料容器５０６内の気体試料中で収束させる。その後、気体試料を透過した分析用レーザー光１１を、第２の凹面鏡５０７で反射し、再び気体試料容器５０６内の気体試料中の同じ箇所で収束させる。このように分析用レーザー光１１を、気体試料容器５０６内の気体試料に収束させて照射して得たラマン散乱光１３は、検出器１４によって検出することができる。
【００６３】
この分析用レーザー光収束照射装置が、分析用レーザー光源１０と凸面鏡５０４との間に配置されたハーフミラー５０３を有する場合、第２の凹面鏡で反射させ、収束させて気体試料に照射した分析用レーザー光を、凹面鏡５０５及び凸面鏡５０４で反射させ、そして少なくとも部分的に、このハーフミラー５０３で反射させることができる。このようにしてハーフミラー５０３で反射させた分析用レーザー光は、再び凸面鏡５０４及び凹面鏡５０５で反射させて、再び気体試料容器５０６内の気体試料中の同じ箇所で収束させる。
【００６４】
図８で示す第５本発明の分析用レーザー光収束照射装置の他の１つの態様では、分析用レーザー光源１０からの分析用レーザー光１１を、凸面鏡５０４と組み合わせられた第１の凹面鏡５０５によって収束させる代わりに、凸レンズ５５５によって収束させていることを除いて、図７で示す第５本発明の分析用レーザー光収束照射装置の態様と同様である。
【００６５】
＜第６本発明の分析チャンバー＞
第６本発明の分析チャンバーは、気体試料に対して分析用レーザー光を照射する分光分析のための分析チャンバーに関し、分析用レーザー光に対して透過性の粒子を保持している。
【００６６】
第６本発明の分析チャンバーによれば、この分析チャンバー内に保持されている粒子の表面に気体試料を物理吸着及び/又は化学吸着し、この吸着された気体試料について分析することができる。
【００６７】
一般に、レーザー光を用いた気体試料の分光分析では、気体試料の密度が小さいので、レーザー光によってもたらされる散乱光等が弱く、分光分析が困難なことがある。これに関し、第６本発明の分析チャンバーでのように、分析用レーザー光に対して透過性の粒子の表面に気体試料を吸着させることによって、比較的高い密度で気体試料が存在するようにして、気体試料からの散乱光等を強くし、それによって気体試料の分光分析を促進することができる。
【００６８】
第６本発明の分析チャンバーのための粒子は、分析用レーザー光に対して透過性の任意の材料、例えばガラス、石英等によって作ることができる。またこの粒子が小さいと、粒子の表面積が大きくなり、それによって粒子の表面に吸着される気体試料の量も多くなる。したがって第６本発明の分析チャンバーのための粒子は、比較的小さい粒径を有することが好ましく、例えば０．０１μｍ〜１０μｍ、特に０．０１μｍ〜１μｍの粒径を有することができる。
【００６９】
また、気体試料及びこの粒子の温度を低下させること、及び気体試料の圧力を大きくすることによって、第６本発明の分析チャンバーのための粒子に吸着される気体試料の量を増加させることができる。したがって第６本発明の分析チャンバーは、冷却装置、例えば試料容器の周囲に液体窒素のような冷媒を流通させる流路、及び/又は加圧装置、例えばポンプを有することもできる。また、第６本発明の分析チャンバーは、直接に透過性の粒子を保持している必要はなく、このような粒子を入れた容器を保持することによって間接的に、このような粒子を保持することもできる。
【００７０】
具体的には、第６本発明の分析チャンバーは、ラマン分光分析に関して図９で示すようなものであってよい。図９では、分析用レーザー光に対して透過性の粒子としてのガラス微粒子６０１を保持している容器６０２が示されている。図９で示すラマン分光分析装置では、粒子６０１を保持している容器６０２は、第６本発明の分析チャンバー１５内に配置されている。ここで、第６本発明の分析チャンバー１５は、それぞれバルブ１８ａ及び１９ａによって制御することができる気体試料１７のための供給口１８及び排出口１９を有し、それによって分析チャンバー１５内の雰囲気を所望の雰囲気にできるようにされている。
【００７１】
図９に示すラマン分光分析装置では、第６本発明の分析チャンバー１５を気体試料１７で満たし、随意に分析チャンバー１５内を所望の圧力及び/又は温度にした後で、分析用レーザー光源１０から、ハーフミラー１２に分析用レーザー光１１を照射し、それによって分析用レーザー光１１を、ハーフミラー１２で反射させ、分析チャンバー１５の分析窓１５ａを通して、気体試料容器６０２内のガラス微粒子６０１に向かわせる。
【００７２】
ガラス微粒子６０１に照射された分析用レーザー光１１は、ガラス微粒子６０１の表面に吸着された気体試料に起因するラマン散乱光１３をもたらす。このラマン散乱光１３は、分析チャンバー１５の分析窓１５ａ、そしてハーフミラー１２を通して、散乱光検出器１４によって検出する。
【００７３】
＜第６本発明の分光分析方法＞
第６本発明の分光分析方法は、気体試料に対して分析用レーザー光を照射することを含む分光分析方法に関し、分析用レーザー光に対して透過性の粒子の表面に気体試料を吸着させることを含む。
【００７４】
第６本発明の分光分析方法によれば、気体試料を、分析用レーザー光に対して透過性の粒子の表面に物理吸着及び/又は化学吸着させて、気体試料の密度を高め、それによって気体試料からの散乱光等を強くして、気体試料の分光分析を促進することができる。
【００７５】
第６本発明の分光分析方法では、分析用レーザー光に対して透過性の粒子として、第６本発明の分析チャンバーに関して説明した粒子を用いることができる。また、第６本発明の分光分析方法では、第６本発明の分析チャンバーに関して説明したように、気体試料及び/又は粒子の温度、気体試料の圧力等を調節して、粒子への気体試料の吸着を制御することもできる。第６本発明の分光分析方法は、第６本発明の分析チャンバーを用いて実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】第１本発明の試料ステージの１つの態様を示す図である。
【図２】第１本発明の試料ステージの他の態様を示す図である。
【図３】第２本発明の固体試料冷却装置の１つの態様を示す図である。
【図４】第３本発明の試料ステージの１つの態様を示す図である。
【図５】第３本発明の試料ステージ（図４で示す）を用いる第３本発明の分光分析方法を説明する図である。
【図６】第４本発明の気体試料同期加圧装置の１つの態様を示す図である。
【図７】第５本発明の分析用レーザー光収束照射装置の１つの態様を示す図である。
【図８】第５本発明の分析用レーザー光収束照射装置の他の態様を示す図である。
【図９】第６本発明の分析チャンバーの１つの態様を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１    固体試料
１’    固体試料（透明熱可塑性樹脂シート）
１０    分析用レーザー光源
１１    分析用レーザー光
１２    ハーフミラー
１３    散乱光
１４    散乱光検出器
１５    分析チャンバー
１５ａ    分析窓
１７    雰囲気ガス又は気体試料
１８    雰囲気ガス又は気体試料の供給口
１９    雰囲気ガス又は気体試料の排出口
１８ａ、１９ａ    バルブ
１１１、１２１    試料ステージ
２５１    液体冷媒
２５０    液体冷媒容器
２５２    噴射ノズル２５２
３００    試料ステージ
３０１    第１の材料で作られている基材
４５０    加圧機構
４０２    電磁コイル
４０３    磁性体ピストン
４２０    周波数同期装置
５０４    凸面鏡
５０５    第１の凹面鏡
５０６    気体試料容器
５０７    第２の凹面鏡
５０３    ハーフミラー
５５５    凸レンズ
６０１    ガラス微粒子
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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