光热变换光谱分析方法和实施该方法的光热变换光谱分析装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供进行高灵敏度分析的光热变换光谱分析方法、以及尺寸紧凑并且能够实施该光热变换光谱分析方法的光热变换光谱分析装置。激励光和检测光通过会聚透镜会聚地照射在样品上。利用检测光在经过通过激励光的会聚照射形成的热透镜时发生折射导致检测光的强度变化来分析样品。在激励光波长时样品的摩尔吸光系数比在检测光波长时样品的摩尔吸光系数大预定倍数。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光热变换光谱分析方法和光热变换光谱分析装置，用于利用通过在样品中形成的热透镜的检测光来分析样品，尤其涉及能够在非常小的空间进行高精度超微量分析的光热变换光谱分析方法和光热变换光谱分析装置。
技术介绍
近来，光谱分析已经广泛用作对半导体、生物样品、各种液体样品等进行分析或者测量的方法。但是，采用常规光谱分析方法，在分析非常小空间中的非常少量的物质的情况下，常常需要真空环境作为测量条件。为了获得这样的环境，存在装置必须作成尺寸较大、成本增加的问题。而且还有样品可能被使用的电子束或者离子束损坏或者毁坏的问题。此外，在处理溶液、生物组织等中的非常少量的样品时，必须使用光学显微镜，这使得能够以高空间分辩率进行高精度分析。在这种光学领域中实际使用的仅有的显微镜类型是激光荧光显微镜，因此，分析的目标被限制到激光荧光显微镜荧光分子，这是不方便的。因此，需要一种分析方法。根据该方法，分析的目标不被限制到荧光分子、不需要真空环境、进行分析时不会接触或者损坏样品、并且能够以高空间分辩率进行高精度分析。利用由光热变换产生的热透镜效应的光热变换光谱分析方法作为满足这些要求的方法正在引起注意。光热变换光谱分析方法利用光热变换效应，其中溶液中的溶质吸收会聚照射光并因而发出热能，溶剂的温度被该热能局部地升高，溶剂的折射率因而局部变化，结果在溶剂中形成热透镜。图4解释了热透镜的原理。在图4中，激励光经过一个物镜会聚地照射在一个十分小的样品上，从而产生光热变换效应。对于大多数物质而言，温度升高时折射率降低，因此在激励光会聚地照射在其上的样品中，由于在会聚光中心附近的温度升高，折射率降低。由于热扩散，随着相对于会聚光中心的距离增大，温度升高变得较小，因此折射率的降低也变得较小。在光学上，所形成的折射率分布产生与凹透镜完全相同的效应，因此该效应被称作热透镜效应。与凹透镜的放大率相对应的热透镜效应程度与样品的光吸收率成比例。而且，在折射率随着温度增加的情况下，产生类似的效应，但热透镜是凸透镜。在如上所述的光热变换光谱分析方法中，热扩散，即折射率变化被测量，因此，该方法适合于检测十分小的样品的浓度。实施如上所述的光热变换光谱分析方法的光热变换光谱分析装置公开在例如日本专利文献No.10-232210中。在这种光热变换光谱分析装置中，样品被设置在显微镜的物镜下，从激励光源发出的预定波长的激励光被引入显微镜，从而使激励光经过物镜会聚地照射在样品的十分小的区域上。因而形成一个热透镜，热透镜的中心位于会聚光的中心。而且，从检测光源发出并具有与激励光不同波长的检测光通过显微镜并因而会聚地照射在热透镜上，从而使检测光通过样品中的热透镜并因而发散或者会聚。从样品发出的发散或者会聚检测光用作一个信号光，并且在被检测器检测之前通过会聚透镜和滤光器或者仅仅通过滤光器。被检测的信号光的强度取决于形成在样品中的热透镜的放大率。检测光可以具有与激励光相同的波长，或者激励光可以用作检测光。但是，在激励光和检测光具有不同波长的情况下，通常可以获得更好的灵敏度。但是，现在还没有研究应当如何选择激励光和检测光的波长以进行高灵敏度的测量。而且，在如上所述的现有光热变换光谱分析装置中，用于光源、测量部件和检测部件(光电变换部件)的光学系统结构复杂、装置尺寸较大、而且便携性差。因此，在使用光热变换光谱分析装置进行分析或者化学反应时，在光热变换光谱分析装置的安装场所和操作方面存在一些局限。而且，在如上所述的现有光热变换光谱分析装置中，激励光和检测光经过敞开空间导向样品，因此诸如光源、反射镜和透镜的不同光学系统组件必须固定在坚固的基板上，以使这些组件在测量过程中不移动。而且，一旦光热变换光谱分析装置的安装环境诸如温度发生变化，激励光和检测光的光轴可能移动而不在一条直线上，因此需要用于调节这种移动的夹具。这些夹具也会导致光热变换光谱分析装置变得更大、便携性更差。在利用热透镜进行光热变换光谱分析的大多数情况下，激励光的焦点位置与检测光的焦点位置应当不同。图5A是一个视图，用于解释在物镜具有象差(chromatic aberration)的情况下由激励光形成的热透镜的形成位置和检测光的焦点位置。图5B是一个视图，用于解释在物镜具没有象差的情况下由激励光形成的热透镜的形成位置和检测光的焦点位置。在图5A和5B中，激励光和检测光具有相互不同的波长。在如图5A所示的物镜130具有象差的情况下，热透镜131形成在激励光的焦点位置132，由于激励光和检测光的波长差别，检测光的焦点位置133距离激励光的焦点位置132一个量ΔL。检测光因此被热透镜131折射，并且热透镜131的折射率变化因此被检测为检测光的焦距变化。另一方面，在如图5B所示的物镜130没有象差的情况下，检测光的焦点位置133几乎与形成在激励光的焦点位置132的热透镜131的位置相同，检测光不被热透镜131折射，因此不能检测热透镜131的折射率变化。但是，显微镜的物镜通常制成不具有象差，因此，检测光的焦点位置133几乎与激励光的焦点位置132，即热透镜131的中心位置相同，如上所述(图5B)。不能检测热透镜131的折射率变化。因此，存在这样一个问题每次测量时，必须麻烦地相对于检测光的焦点位置133移动热透镜的形成位置，如图6A和6B所示，或者在检测光通过物镜之前利用透镜(未示出)使检测光稍微分散或会聚，以使检测光的焦点位置133如图7所示地移离热透镜131。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供能够进行高灵敏度分析的光热变换光谱分析方法，以及尺寸紧凑并且能够实施该光热变换光谱分析方法的光热变换光谱分析装置。为了实现上述目的，本专利技术提供一种光热变换光谱分析方法，用于利用通过形成在样品中的热透镜的检测光分析样品，该方法包括会聚照射步骤，利用会聚透镜将激励光和检测光会聚照射在样品上；以及分析步骤，利用检测光在经过通过激励光的会聚照射形成的热透镜时发生折射导致检测光的强度变化来分析样品；其中，在激励光波长时样品的摩尔吸光系数比在检测光波长时样品的摩尔吸光系数大预定倍数。根据该方法，在激励光波长(频率)时样品的摩尔吸光系数比在检测光波长(频率)时样品的摩尔吸光系数大预定倍数。结果，对于样品的热透镜信号强度与对于样品溶解在其中的溶剂的热透镜信号强度之比(S/B)、以及对于样品的热透镜信号强度与噪音之比(S/N)较高，因此可以进行高灵敏度的光热变换光谱分析。优选地，在激励光波长时样品的摩尔吸光系数不小于在检测光波长时样品的摩尔吸光系数的5倍。结果，由于在激励光波长时样品的摩尔吸光系数不小于在检测光波长时样品的摩尔吸光系数的5倍，S/B和S/N是十分的高，因此可以可靠地实现高灵敏度分析。更优选地，在激励光波长时样品的摩尔吸光系数不小于在检测光波长时样品的摩尔吸光系数的10倍。结果，由于在激励光波长时样品的摩尔吸光系数不小于在检测光波长时样品的摩尔吸光系数的10倍，S/B和S/N是更高，因此可以更高灵敏度进行分析。为了实现本专利技术目的，本专利技术提供一种光热变换光谱分析装置，用于利用通过形成在样品中的热透镜的检测光分析样品，该装置包括发出激励光以激励样品形成热透镜的激励光源；发出通过热透镜的检测光的检测光源；会聚激励光并将激励光照射在样品上、并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光热变换光谱分析方法，用于利用通过形成在样品中的热透镜的检测光分析样品，该方法包括：会聚照射步骤，利用会聚透镜将激励光和检测光会聚照射在样品上；以及分析步骤，利用检测光在经过通过激励光的会聚照射形成的热透镜时发生折射导致检测光的 强度变化来分析样品；其中，在激励光波长时样品的摩尔吸光系数比在检测光波长时样品的摩尔吸光系数大预定倍数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山口淳，服部明彦，
申请(专利权)人：日本板硝子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]