JP6792865B2 - Terahertz time domain spectrometer - Google Patents
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Description
本発明は、テラヘルツ時間領域分光装置に関し、特に、テラヘルツ波が伝播する経路中に試料を配置し、当該試料を経由したテラヘルツ波の特性を時間領域計測する装置に用いて好適なものである。 The present invention relates to a terahertz time-domain spectroscopic apparatus, in particular, the sample was placed in the path of the terahertz wave propagates, it is suitable for use in an apparatus for time domain measurement characteristics of the terahertz wave that has passed through the sample.
界面活性剤(乳化剤とも呼ばれる)は、親水基と疎水基とが結合した両親媒性分子を有する。界面活性剤混合水溶液では、混合比や濃度によって、両親媒性分子が、球状の構造体であるミセルやベシクルなど様々な会合体を自発的に形成する。ミセルとベシクルは、その内部に他の分子を包み込むことができるため、石鹸や化粧品、食品分野などの身近な応用だけでなく、人口血液やドラッグデリバリー等の医療分野への応用が期待されている。 Surfactants (also called emulsifiers) have amphipathic molecules in which hydrophilic and hydrophobic groups are attached. In a surfactant mixed aqueous solution, amphipathic molecules spontaneously form various aggregates such as micelles and vesicles, which are spherical structures, depending on the mixing ratio and concentration. Since micelles and vesicles can wrap other molecules inside, they are expected to be applied not only to familiar applications such as soap, cosmetics, and food fields, but also to medical fields such as artificial blood and drug delivery. ..
複数の両親媒性分子が溶液内で形成するミセルやベシクルは、分子間の結合状態に強い相関があり、溶液の混合状態を正確に把握する上で、その直接的な観測手法が望まれていた。従来、特に液体試料の分析に頻繁に使用されている液体クロマトグラフ装置では、混合状態にある溶液内の分子を単離することで成分分子を分析することはできるが、混合状態にある複数の分子が混在することで作り出す固有の状態を捉えることはできなかった。赤外分光やNMRでは巨大な分子の弱い会合に対して適切な情報を得ることが難しい。 Micelles and vesicles formed by multiple amphipathic molecules in a solution have a strong correlation with the intermolecular binding state, and a direct observation method is desired in order to accurately grasp the mixed state of the solution. It was. Conventionally, especially in a liquid chromatograph device frequently used for analysis of a liquid sample, it is possible to analyze a component molecule by isolating the molecule in the solution in the mixed state, but a plurality of molecules in the mixed state are analyzed. It was not possible to capture the unique state created by the mixture of molecules. It is difficult to obtain appropriate information for weak association of large molecules by infrared spectroscopy or NMR.
ミセルやベシクルは、疎水的相互作用、静電的相互作用、水素結合などの分子間相互作用だけで形成される分子集合体であり、外乱要因で状態が容易に変化する。溶液のほんの一部を取り出し、顕微鏡でその変化後の形状を捉えることは可能であるが、より多くの濁った濃厚溶液をリアルタイム観測することは難しい。そのため、ミセルやベシクルの状態を直接観測することができないため、間接的な観測手段や経験に依存した研究開発や製造が行われていた。これにより、球構造をとらない両親媒性分子とミセルとの間、ミセルとベシクルとの間の転移の挙動が現状では十分に把握することができていない。 Micelle and vesicle are molecular aggregates formed only by intermolecular interactions such as hydrophobic interactions, electrostatic interactions, and hydrogen bonds, and their states are easily changed by disturbance factors. It is possible to take a small portion of the solution and capture its changed shape with a microscope, but it is difficult to observe more turbid concentrated solutions in real time. Therefore, since it is not possible to directly observe the state of micelles and vesicles, research and development and manufacturing have been carried out depending on indirect observation means and experience. As a result, the behavior of the transition between amphipathic molecules that do not have a spherical structure and micelles and between micelles and vesicles has not been fully understood at present.
なお、ノイズの少ない分光情報を計測可能にすること目的とした装置が提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。この特許文献1,2に記載の装置では、液体試料を直接薄膜状にするノズルを用い、ポンプの圧力によってノズルから液体試料を噴出することにより、薄い平坦な板状の液膜を生成するようになされている。 In addition, an apparatus aimed at enabling measurement of spectral information with less noise has been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In the apparatus described in Patent Documents 1 and 2, a nozzle for directly forming a thin film of a liquid sample is used, and the liquid sample is ejected from the nozzle by the pressure of a pump to generate a thin flat plate-shaped liquid film. Has been done.
本発明は、上述のような現状に鑑みて成されたものであり、球構造をとらない両親媒性分子とミセルとの間、ミセルとベシクルとの間の転移の挙動を、溶液の成分を単離することなく混合状態のまま計測できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned current situation, and the behavior of the transfer between the amphipathic molecule and the micelle, which does not have a spherical structure, and the micelle and the vesicle, and the components of the solution are used. The purpose is to enable measurement in a mixed state without isolation.
上記した課題を解決するために、本発明では、テラヘルツ光源から発生されるテラヘルツ波を、試料液膜を経由させて検出し、その波形を表すテラヘルツ波信号を解析するようにしている。本発明では、テラヘルツ波信号の解析を次のようにして行うようにしている。すなわち、界面活性剤の濃度を変えて生成した複数の界面活性剤混合水溶液を試料液膜として用いた場合に得られる複数のテラヘルツ波信号をそれぞれフーリエ変換することにより、周波数に対する透過率を表した周波数スペクトルを界面活性剤の濃度ごとに取得し、複数の周波数スペクトル間で透過率に有意な差がある周波数を特定する。そして、当該特定した周波数において、界面活性剤の濃度に対する透過率を表した相関特性を取得する。 In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, the terahertz wave generated from the terahertz light source is detected via the sample liquid film, and the terahertz wave signal representing the waveform is analyzed. In the present invention, the analysis of the terahertz wave signal is performed as follows. That is, the transmittance with respect to frequency was expressed by Fourier transforming each of the plurality of terahertz wave signals obtained when a plurality of surfactant mixed aqueous solutions generated by changing the concentration of the surfactant were used as the sample liquid film. The frequency spectrum is acquired for each concentration of the surfactant, and the frequencies having a significant difference in transmittance among the plurality of frequency spectra are specified. Then, at the specified frequency, a correlation characteristic representing the transmittance with respect to the concentration of the surfactant is acquired.
上記のように構成した本発明によれば、両親媒性分子が球状構造になっていない状態とミセルとの間、ミセルとベシクルとの間の転移の挙動を、溶液の成分を単離することなく混合状態のまま計測することができる。 According to the present invention constructed as described above, the component of the solution is isolated from the behavior of the transition between the micelle and the micelle in the state where the amphipathic molecule does not have a spherical structure, and between the micelle and the vesicle. It is possible to measure in a mixed state.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態によるテラヘルツ時間領域分光装置の構成例を示す図である。図1に示すように、本実施形態のテラヘルツ時間領域分光装置は、フェムト秒レーザ光源10、レーザ光分光部11、テラヘルツ波発生用半導体12(特許請求の範囲のテラヘルツ光源に相当)、テラヘルツ波分光部13、テラヘルツ波集束部14、テラヘルツ波検出用半導体15(特許請求の範囲のテラヘルツ波検出部に相当)、時間領域分光用可変光学遅延部16、遅延量設定用可変光学遅延部17およびテラヘルツ波信号解析装置20(特許請求の範囲のテラヘルツ波信号解析部に相当)を備えて構成されている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a terahertz time domain spectroscope according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the terahertz time region spectroscope of the present embodiment includes a femtosecond laser light source 10, a laser light spectroscopic unit 11, a terahertz wave generation semiconductor 12 (corresponding to a terahertz light source in the range of patent claims), and a terahertz wave. Terahertz wave focusing unit 14, terahertz wave focusing unit 14, terahertz wave detection semiconductor 15 (corresponding to the terahertz wave detection unit in the range of patent claims), variable optical delay unit 16 for time region spectroscopy, variable optical delay unit 17 for delay amount setting, and It is configured to include a terahertz wave signal analysis device 20 (corresponding to a terahertz wave signal analysis unit within the scope of the patent claim).
レーザ光分光部11は、フェムト秒レーザ光源10から放射されるレーザ光(励起光であるフェムト秒レーザパルス)を、テラヘルツ光源であるテラヘルツ波発生用半導体12を動作させるためのポンプ光と、テラヘルツ波検出部であるテラヘルツ波検出用半導体15に入射しているテラヘルツ波が作り出す微弱電流を増大させるためのサンプリング光との2つに分ける。具体的に、レーザ光分光部11は、半透過ミラー(ハーフミラー)により構成される。 The laser light spectroscopic unit 11 uses the laser light (femtosecond laser pulse, which is excitation light) emitted from the femtosecond laser light source 10 as pump light for operating the terahertz wave generation semiconductor 12 which is a terahertz light source, and terahertz. It is divided into two types: sampled light for increasing the weak current generated by the terahertz wave incident on the terahertz wave detection semiconductor 15 which is a wave detection unit. Specifically, the laser light spectroscopic unit 11 is composed of a semi-transmissive mirror (half mirror).
テラヘルツ波発生用半導体12は、レーザ光分光部11から出力されたレーザ光を用いて、所定周波数帯のテラヘルツ波を発生する。テラヘルツ波分光部13は、テラヘルツ波発生用半導体12から発生されるテラヘルツ波を2つに分光する。具体的に、テラヘルツ波分光部13は、第1の放物面ミラー13a、第1の三角プリズム13bおよび2つの第1の反射ミラー13c,13dにより構成される。 The terahertz wave generation semiconductor 12 generates a terahertz wave in a predetermined frequency band by using the laser light output from the laser light spectroscopic unit 11. The terahertz wave spectroscopy unit 13 disperses the terahertz wave generated from the terahertz wave generation semiconductor 12 into two. Specifically, the terahertz wave spectroscope 13 is composed of a first parabolic mirror 13a, a first triangular prism 13b, and two first reflection mirrors 13c and 13d.
テラヘルツ波発生用半導体12から発生されたテラヘルツ波は、第1の放物面ミラー13aによって反射し、平行な光線束として出力される。この光線束としてのテラヘルツ波は、第1の三角プリズム13bの2つの面でそれぞれ反射し、2つの方向に分光される。そして、一方の方向に分光されたテラヘルツ波は、一方の第1の反射ミラー13cによって反射され、試料液膜101を透過する。他方の方向に分光されたテラヘルツ波は、他方の第1の反射ミラー13dによって反射され、参照液膜102を透過する。なお、試料液膜101および参照液膜102については詳細を後述する。 The terahertz wave generated from the terahertz wave generating semiconductor 12 is reflected by the first parabolic mirror 13a and output as a parallel ray bundle. The terahertz wave as a ray bundle is reflected by the two surfaces of the first triangular prism 13b and is dispersed in two directions. Then, the terahertz wave dispersed in one direction is reflected by the first reflection mirror 13c on one side and passes through the sample liquid film 101. The terahertz wave dispersed in the other direction is reflected by the other first reflection mirror 13d and passes through the reference liquid film 102. The details of the sample liquid film 101 and the reference liquid film 102 will be described later.
テラヘルツ波集束部14は、試料液膜101を透過したテラヘルツ波と、参照液膜102を透過したテラヘルツ波とを集束させる。具体的に、テラヘルツ波集束部14は、第2の放物面ミラー14a、第2の三角プリズム14bおよび2つの第2の反射ミラー14c,14dにより構成される。 The terahertz wave focusing unit 14 focuses the terahertz wave that has passed through the sample liquid film 101 and the terahertz wave that has passed through the reference liquid film 102. Specifically, the terahertz wave focusing unit 14 is composed of a second parabolic mirror 14a, a second triangular prism 14b, and two second reflection mirrors 14c and 14d.
試料液膜101を透過した一方のテラヘルツ波は、一方の第2の反射ミラー14cおよび第2の三角プリズム14bを順次反射して、第2の放物面ミラー14aへ入射する。一方、参照液膜102を透過した他方のテラヘルツ波は、他方の第2の反射ミラー14dおよび第2の三角プリズム14bを順次反射して、第2の放物面ミラー14aへ入射する。 One terahertz wave that has passed through the sample liquid film 101 sequentially reflects the second reflection mirror 14c and the second triangular prism 14b, and is incident on the second parabolic mirror 14a. On the other hand, the other terahertz wave transmitted through the reference liquid film 102 sequentially reflects the other second reflecting mirror 14d and the second triangular prism 14b, and is incident on the second parabolic mirror 14a.
すなわち、第2の三角プリズム14bは、試料液膜101を透過した一方のテラヘルツ波、および、参照液膜102を透過した他方のテラヘルツ波を2つの面でそれぞれ1つの方向に反射し、試料液膜101を透過したテラヘルツ波および参照液膜102を透過したテラヘルツ波の光線束として第2の放物面ミラー14aの方へ出射する。 That is, the second triangular prism 14b reflects one terahertz wave that has passed through the sample liquid film 101 and the other terahertz wave that has passed through the reference liquid film 102 in one direction on each of the two surfaces, and the sample liquid. The terahertz wave transmitted through the film 101 and the terahertz wave transmitted through the reference liquid film 102 are emitted toward the second parabolic mirror 14a as a light bundle.
第2の放物面ミラー14aは、第2の三角プリズム14bから平行に入射する光線束(試料液膜101を透過したテラヘルツ波および参照液膜102を透過したテラヘルツ波の束)を反射して、テラヘルツ波検出用半導体15の焦点に集める。 The second parabolic mirror 14a reflects a bundle of light rays (a bundle of terahertz waves transmitted through the sample liquid film 101 and a bundle of terahertz waves transmitted through the reference liquid film 102) incident in parallel from the second triangular prism 14b. , Focus on the terahertz wave detection semiconductor 15.
テラヘルツ波検出用半導体15は、テラヘルツ波集束部14により集束されたテラヘルツ波を検出し、その波形を表すテラヘルツ波信号を出力する。テラヘルツ波信号解析装置20は、テラヘルツ波検出部15より出力されたテラヘルツ波信号を解析する。これにより、試料液膜101の特性を把握することが可能である。なお、テラヘルツ波信号を解析内容については、図3を用いて後述する。 The terahertz wave detection semiconductor 15 detects the terahertz wave focused by the terahertz wave focusing unit 14, and outputs a terahertz wave signal representing the waveform. The terahertz wave signal analysis device 20 analyzes the terahertz wave signal output from the terahertz wave detection unit 15. This makes it possible to grasp the characteristics of the sample liquid film 101. The details of the analysis of the terahertz wave signal will be described later with reference to FIG.
時間領域用可変光学遅延部16は、レーザ光分光部11により分光された一方のレーザ光であるサンプリング光が伝播する経路中に設けられ、当該サンプリング光の遅延量を可変設定する。この時間領域用可変光学遅延部16は、2つの反射ミラー16a,16bを有しており、この反射ミラー16a,16bが矢印Aの方向に物理的に平行移動可能に構成されている。これにより、サンプリング光の遅延時間を可変にしている。この時間領域用可変光学遅延部16は、サンプリング光がテラヘルツ波検出部15に到達するタイミングをずらしながらテラヘルツ波の時間変化を計測するために用いられる。 The time domain variable optical delay unit 16 is provided in the path through which the sampled light, which is one of the laser lights dispersed by the laser light spectroscopic unit 11, propagates, and the delay amount of the sampled light is variably set. The time domain variable optical delay unit 16 has two reflection mirrors 16a and 16b, and the reflection mirrors 16a and 16b are configured to be physically translateable in the direction of arrow A. As a result, the delay time of the sampling light is made variable. The time domain variable optical delay unit 16 is used to measure the time change of the terahertz wave while shifting the timing at which the sampled light reaches the terahertz wave detection unit 15.
遅延量設定用可変光学遅延部17は、テラヘルツ波分光部13で分光された2つのテラヘルツ波のうち、参照液膜102を透過するテラヘルツ波が伝播する経路上に設けられ、当該テラヘルツ波の遅延量を可変設定する。この遅延量設定用可変光学遅延部17は、上述した2つの反射ミラー13d,14dを有しており、この反射ミラー13d,14dが矢印Bの方向に物理的に平行移動可能に構成されている。この遅延量設定用可変光学遅延部17は、試料液膜101を透過する一方のテラヘルツ波が伝播する経路の光路長と、参照液膜102を透過する他方のテラヘルツ波が伝播する経路の光路長とに所定の差を設けるために用いられる。 The variable optical delay unit 17 for setting the delay amount is provided on the path where the terahertz wave transmitted through the reference liquid film 102 propagates among the two terahertz waves dispersed by the terahertz wave spectroscopic unit 13, and the delay of the terahertz wave is provided. Variable amount setting. The variable optical delay unit 17 for setting the delay amount has the two reflection mirrors 13d and 14d described above, and the reflection mirrors 13d and 14d are configured to be physically parallel movable in the direction of the arrow B. .. The variable optical delay unit 17 for setting the delay amount has an optical path length of one path through which the terahertz wave passing through the sample liquid film 101 propagates and an optical path length of the path propagating by the other terahertz wave passing through the reference liquid film 102. It is used to make a predetermined difference between.
図2は、試料液膜101および参照液膜102を生成するための液体循環装置の構成例を示す図である。図2に示すように、本実施形態の液体循環装置は、チューブポンプ21と、計測対象の液体を用いて試料液膜101を生成する試料液膜生成部22Sと、参照用の液体を用いて参照液膜102を生成する参照液膜生成部22Rとを備えて構成されている。なお、チューブポンプ21に代えて、シリンジポンプまたはその他のポンプを用いてもよい。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a liquid circulation device for producing the sample liquid film 101 and the reference liquid film 102. As shown in FIG. 2, the liquid circulation device of the present embodiment uses the tube pump 21, the sample liquid film generation unit 22S that generates the sample liquid film 101 using the liquid to be measured, and the reference liquid. It is configured to include a reference liquid film generation unit 22R that generates a reference liquid film 102. A syringe pump or other pump may be used instead of the tube pump 21.
試料液膜生成部22Sは、容器23S、往路配管24S、復路配管25Sおよびノズル26Sを備えて構成されている。容器23Sには、液体タンク23Saが設けられている。同様に、参照液膜生成部22Rは、容器23R、往路配管24R、復路配管25Rおよびノズル26Rを備えて構成されている。容器23Rには、液体タンク23Raが設けられている。このように、試料液膜生成部22Sおよび参照液膜生成部22Rは、全く同じ構成を有しており、構造的および機構的に同じものとなっている。 The sample liquid film generation unit 22S includes a container 23S, an outward pipe 24S, a return pipe 25S, and a nozzle 26S. The container 23S is provided with a liquid tank 23Sa. Similarly, the reference liquid film generation unit 22R includes a container 23R, an outward pipe 24R, a return pipe 25R, and a nozzle 26R. The container 23R is provided with a liquid tank 23Ra. As described above, the sample liquid film generation unit 22S and the reference liquid film generation unit 22R have exactly the same configuration, and are structurally and mechanically the same.
チューブポンプ21は、試料液膜生成部22Sの液体タンク23Saから復路配管25Sを介して計測対象の液体を吸い上げて、吸い上げた液体を往路配管24Sを介してノズル26Sに導出する。そして、ノズル26Sから液体が噴出されることにより、試料液膜101が形成される。試料液膜101は、水滴となって液体タンク23Saに溜まり、チューブポンプ21によって再び吸い上げられる。 The tube pump 21 sucks up the liquid to be measured from the liquid tank 23Sa of the sample liquid film generation unit 22S via the return pipe 25S, and guides the sucked liquid to the nozzle 26S via the outward pipe 24S. Then, the sample liquid film 101 is formed by ejecting the liquid from the nozzle 26S. The sample liquid film 101 becomes water droplets, accumulates in the liquid tank 23Sa, and is sucked up again by the tube pump 21.
また、チューブポンプ21は、参照液膜生成部22Rの液体タンク23Raから復路配管25Rを介して参照用の液体を吸い上げて、吸い上げた液体を往路配管24Rを介してノズル26Rに導出する。そして、ノズル26Rから液体が噴出されることにより、参照液膜102が形成される。参照液膜102は、水滴となって液体タンク23Raに溜まり、チューブポンプ21によって再び吸い上げられる。 Further, the tube pump 21 sucks up the reference liquid from the liquid tank 23Ra of the reference liquid film generation unit 22R via the return pipe 25R, and leads the sucked liquid to the nozzle 26R via the outward pipe 24R. Then, the reference liquid film 102 is formed by ejecting the liquid from the nozzle 26R. The reference liquid film 102 becomes water droplets, accumulates in the liquid tank 23Ra, and is sucked up again by the tube pump 21.
このように、液体タンク23Sa内の液体が試料液膜生成部22S内を循環して、その循環の過程でノズル26Sにより試料液膜101が形成されるようになっている。また、液体タンク23Ra内の液体が試料液膜生成部22R内を循環して、その循環の過程でノズル26Rにより参照液膜102が形成されるようになっている。 In this way, the liquid in the liquid tank 23Sa circulates in the sample liquid film generation unit 22S, and the sample liquid film 101 is formed by the nozzle 26S in the process of the circulation. Further, the liquid in the liquid tank 23Ra circulates in the sample liquid film generation unit 22R, and the reference liquid film 102 is formed by the nozzle 26R in the process of the circulation.
ここで、試料液膜生成部22Sの液体タンク23Saと参照液膜生成部22Rの液体タンク23Raに対し、異なる性質を持った2つの液体を貯蔵し、当該2つの液体を1つのチューブポンプ21で吸い上げて循環させて、試料液膜101および参照液膜102を形成する。そして、この試料液膜101および参照液膜102を透過させたテラヘルツ波をテラヘルツ波検出用半導体15にて検出し、テラヘルツ波検出用半導体15から出力されるテラヘルツ波信号をテラヘルツ波信号解析装置20にて解析する。 Here, two liquids having different properties are stored in the liquid tank 23Sa of the sample liquid film generation unit 22S and the liquid tank 23Ra of the reference liquid film generation unit 22R, and the two liquids are stored by one tube pump 21. The sample liquid film 101 and the reference liquid film 102 are formed by sucking up and circulating the sample liquid film 101. Then, the terahertz wave transmitted through the sample liquid film 101 and the reference liquid film 102 is detected by the terahertz wave detection semiconductor 15, and the terahertz wave signal output from the terahertz wave detection semiconductor 15 is detected by the terahertz wave signal analyzer 20. Analyze with.
このとき、参照液膜102側のテラヘルツ波の光路に付加している遅延量設定用可変光学遅延部17を操作して、参照液膜102側のテラヘルツ波の遅延量を変えることにより、試料液膜101側のテラヘルツ波が伝播する経路と、参照液膜102側のテラヘルツ波が伝播する経路との間に所定の光路長差が生じるように調整する。 At this time, the sample liquid is sampled by changing the delay amount of the terahertz wave on the reference liquid film 102 side by operating the variable optical delay unit 17 for setting the delay amount added to the optical path of the terahertz wave on the reference liquid film 102 side. Adjustment is made so that a predetermined optical path length difference occurs between the path through which the terahertz wave on the film 101 side propagates and the path through which the terahertz wave on the reference liquid film 102 side propagates.
このように構成した本実施形態のテラヘルツ時間領域分光装置によれば、試料液膜101を透過したテラヘルツ波と、参照液膜102を透過したテラヘルツ波とが干渉した状態でテラヘルツ波検出用半導体15により同時に検出されることとなる。そのため、仮に、試料液膜101と参照液膜102とが同じ液体から作られたものであれば、試料液膜101の分光情報が参照液膜102の分光情報によって相殺される。このとき、テラヘルツ波発生用半導体12により発生されるテラヘルツ波、計測時の温度、チューブポンプ21の動作により液膜に生じる脈動など、テラヘルツ波の計測時の環境が試料液膜101と参照液膜102とで同じとなるので、相殺効果を高めることができる。 According to the terahertz time region spectroscope of the present embodiment configured as described above, the terahertz wave detection semiconductor 15 is in a state where the terahertz wave transmitted through the sample liquid film 101 and the terahertz wave transmitted through the reference liquid film 102 interfere with each other. Will be detected at the same time. Therefore, if the sample liquid film 101 and the reference liquid film 102 are made of the same liquid, the spectral information of the sample liquid film 101 is offset by the spectral information of the reference liquid film 102. At this time, the environment at the time of measuring the terahertz wave, such as the terahertz wave generated by the semiconductor 12 for generating the terahertz wave, the temperature at the time of measurement, and the pulsation generated in the liquid film due to the operation of the tube pump 21, is the sample liquid film 101 and the reference liquid film. Since it is the same as 102, the offset effect can be enhanced.
これに対し、試料液膜101が参照液膜102と異なる特性を有するものであれば、その異なる特性以外の分光情報が相殺されて、当該異なる特性、つまり試料液膜101の特徴的な特性に関する分光情報のみが検出されることとなる。このように、試料液膜101と参照液膜102とで共通する特性に関する分光情報は相殺されるので、試料液膜101の特徴的な特性に関する分光情報を敏感に検知することができるようになる。例えば、純水に界面活性剤を混合させた界面活性剤混合水溶液から試料液膜101を生成する一方、純水から参照液膜102を生成することにより、混合されている界面活性剤に由来する特徴的な特性に関する分光情報を検知することが可能である。 On the other hand, if the sample liquid film 101 has different characteristics from the reference liquid film 102, the spectral information other than the different characteristics is canceled out, and the different characteristics, that is, the characteristic characteristics of the sample liquid film 101 are related. Only spectral information will be detected. In this way, the spectral information regarding the characteristics common to the sample liquid film 101 and the reference liquid film 102 is canceled out, so that the spectral information regarding the characteristic characteristics of the sample liquid film 101 can be sensitively detected. .. For example, the sample liquid film 101 is generated from a mixed aqueous solution of a surfactant in which a surfactant is mixed with pure water, while the reference liquid film 102 is generated from pure water, thereby being derived from the mixed surfactant. It is possible to detect spectral information on characteristic characteristics.
図3は、テラヘルツ波信号解析装置20の機能構成例を示すブロック図である。図3に示すように、テラヘルツ波信号解析装置20は、その機能構成として、周波数スペクトル取得部20A、周波数特定部20Bおよび相関特性取得部20Cを備えて構成されている。各機能ブロック20A〜20Cは、ハードウェア、DSP(Digital Signal Processor)、ソフトウェアの何れによっても構成することが可能である。例えばソフトウェアによって構成する場合、上記各機能ブロック20A〜20Cは、実際にはコンピュータのCPU、RAM、ROMなどを備えて構成され、RAMやROM、ハードディスクまたは半導体メモリ等の記録媒体に記憶されたプログラムが動作することによって実現される。 FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration example of the terahertz wave signal analysis device 20. As shown in FIG. 3, the terahertz wave signal analysis device 20 includes a frequency spectrum acquisition unit 20A, a frequency identification unit 20B, and a correlation characteristic acquisition unit 20C as its functional configuration. Each functional block 20A to 20C can be configured by any of hardware, DSP (Digital Signal Processor), and software. For example, when configured by software, each of the above functional blocks 20A to 20C is actually configured to include a computer CPU, RAM, ROM, etc., and is a program stored in a recording medium such as RAM, ROM, hard disk, or semiconductor memory. Is realized by the operation of.
周波数スペクトル取得部20Aは、テラヘルツ波検出用半導体15により検出されるテラヘルツ波信号をフーリエ変換することにより、周波数に対する透過率を表した周波数スペクトルを取得する。本実施形態では特に、周波数スペクトル取得部20Aは、界面活性剤の濃度を変えて生成した複数の界面活性剤混合水溶液から試料液膜101を生成した場合にテラヘルツ波検出用半導体15により検出される複数のテラヘルツ波信号をそれぞれフーリエ変換することにより、周波数に対する透過率を表した周波数スペクトルを界面活性剤の濃度ごとに取得する。 The frequency spectrum acquisition unit 20A acquires a frequency spectrum representing the transmittance with respect to the frequency by Fourier transforming the terahertz wave signal detected by the terahertz wave detection semiconductor 15. In the present embodiment, in particular, the frequency spectrum acquisition unit 20A is detected by the terahertz wave detection semiconductor 15 when the sample liquid film 101 is generated from a plurality of surfactant mixed aqueous solutions generated by changing the concentration of the surfactant. By Fourier transforming each of a plurality of terahertz wave signals, a frequency spectrum representing the transmittance with respect to the frequency is acquired for each concentration of the surfactant.
周波数特定部20Bは、周波数スペクトル取得部20Aにより界面活性剤の濃度ごとに取得された複数の周波数スペクトル間で透過率に有意な差がある周波数を特定する。 The frequency specifying unit 20B identifies a frequency having a significant difference in transmittance among a plurality of frequency spectra acquired by the frequency spectrum acquisition unit 20A for each concentration of the surfactant.
図4は、周波数スペクトル取得部20Aおよび周波数特定部20Bの動作例を説明するための図である。この図4は、周波数スペクトル取得部20Aにより取得された複数の濃度ごとの周波数スペクトルの一例を示す図である。ここでは、界面活性剤として濃度が異なる6種類の脂肪酸グリセリンエステルを用い、60℃にて超音波撹拌して溶解した界面活性剤混合水溶液を用いて、6個の周波数スペクトルを取得した例を示している。6種類の濃度は、0g/L、0.0125g/L、0.025g/L、0.05g/L、0.1g/L、0.2g/Lである。 FIG. 4 is a diagram for explaining an operation example of the frequency spectrum acquisition unit 20A and the frequency identification unit 20B. FIG. 4 is a diagram showing an example of a plurality of frequency spectra for each concentration acquired by the frequency spectrum acquisition unit 20A. Here, an example is shown in which six frequency spectra are obtained by using six kinds of fatty acid glycerin esters having different concentrations as surfactants and using a mixed aqueous solution of surfactants dissolved by ultrasonic stirring at 60 ° C. ing. The six concentrations are 0 g / L, 0.0125 g / L, 0.025 g / L, 0.05 g / L, 0.1 g / L, and 0.2 g / L.
周波数特定部20Bは、これら6個の周波数スペクトルの間で透過率に有意な差がある周波数を特定する。図4の例では、0.4THzの周波数において、6個の周波数スペクトル間での透過率の差が有意に大きくなっている。よって、周波数特定部20Bは、この0.4THzという周波数を特定する。 The frequency specifying unit 20B identifies frequencies having a significant difference in transmittance among these six frequency spectra. In the example of FIG. 4, at a frequency of 0.4 THz, the difference in transmittance between the six frequency spectra is significantly large. Therefore, the frequency specifying unit 20B specifies the frequency of 0.4 THz.
相関特性取得部20Cは、周波数特定部20Bにより特定された周波数において、界面活性剤の濃度に対する透過率を表した相関特性を取得する。図5は、相関特性取得部20Cにより取得された相関特性の一例を示す図である。図5の相関特性は、0.4THzにおいて、6種類の濃度に対する透過率を示したものである。 The correlation characteristic acquisition unit 20C acquires the correlation characteristic representing the transmittance with respect to the concentration of the surfactant at the frequency specified by the frequency identification unit 20B. FIG. 5 is a diagram showing an example of the correlation characteristic acquired by the correlation characteristic acquisition unit 20C. The correlation characteristic of FIG. 5 shows the transmittance for 6 kinds of concentrations at 0.4 THz.
図5に示すように、特定の濃度における透過率が、深い凹みとなって現れている。この深い凹みとなって現れる濃度は、球構造をとらない両親媒性分子とミセルとの間で転移を起こす臨界ミセル濃度となっている。図5の例では、0.05[g/L]が脂肪酸グリセリンエステルのミセル臨界濃度として示されている。 As shown in FIG. 5, the transmittance at a specific concentration appears as a deep dent. The concentration that appears as this deep dent is the critical micelle concentration that causes a transition between the amphipathic molecule that does not have a spherical structure and the micelle. In the example of FIG. 5, 0.05 [g / L] is shown as the micelle critical concentration of the fatty acid glycerin ester.
以上詳しく説明したように、本実施形態のテラヘルツ時間領域分光装置によれば、両親媒性分子とミセルとの間における転移の挙動(特に、臨界ミセル濃度)を、界面活性剤混合水溶液の成分を単離することなく混合状態のまま計測することができる。同様の手法により、ミセルとベシクルとの間における転移の挙動(特に、臨界ベシクル濃度)を、界面活性剤混合水溶液の成分を単離することなく混合状態のまま計測することも可能である。 As described in detail above, according to the terahertz time region spectroscope of the present embodiment, the behavior of the transition between the amphipathic molecule and the micelle (particularly, the critical micelle concentration) is determined by the component of the aqueous surfactant mixed solution. It can be measured in a mixed state without isolation. By the same method, the behavior of the transition between micelles and vesicles (particularly, the critical vesicle concentration) can be measured in a mixed state without isolating the components of the surfactant mixed aqueous solution.
また、本実施形態のテラヘルツ時間領域分光装置によれば、様々な種類の界面活性剤混合水溶液を用いて計測を行うことにより、ミセルやベシクルの製造ライブラリを構築することができる。 Further, according to the terahertz time region spectroscope of the present embodiment, it is possible to construct a production library of micelles and vesicles by performing measurement using various types of mixed aqueous solutions of surfactants.
図6は、本実施形態によるテラヘルツ時間領域分光装置の他の構成例を示す図である。なお、この図6において、図1に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。図6に示すテラヘルツ時間領域分光装置は、テラヘルツ波分光部およびテラヘルツ波集束部の構成と、試料液膜101および参照液膜102をテラヘルツ波が透過する経路とが図1の構成例と異なっている。 FIG. 6 is a diagram showing another configuration example of the terahertz time domain spectroscope according to the present embodiment. Note that, in FIG. 6, those having the same reference numerals as those shown in FIG. 1 have the same functions, and therefore, duplicate description will be omitted here. The terahertz time region spectroscope shown in FIG. 6 differs from the configuration example of FIG. 1 in the configurations of the terahertz wave spectroscope and the terahertz wave focusing portion and the path through which the terahertz wave passes through the sample liquid film 101 and the reference liquid film 102. There is.
すなわち、図6に示すテラヘルツ時間領域分光装置では、図1に示したテラヘルツ波分光部13およびテラヘルツ波集束部14に代えて、半透過ミラー(ハーフミラー)41を備えている。このハーフミラー41は、テラヘルツ波分光部およびテラヘルツ波集束部を兼ね備えたものである。 That is, the terahertz time region spectroscope shown in FIG. 6 includes a semitransmissive mirror (half mirror) 41 in place of the terahertz wave spectroscopic unit 13 and the terahertz wave focusing unit 14 shown in FIG. The half mirror 41 has both a terahertz wave spectroscopic unit and a terahertz wave focusing unit.
すなわち、テラヘルツ波分光部としてのハーフミラー41は、テラヘルツ波発生用半導体12から発生されたテラヘルツ波を2つの方向に分光する。すなわち、ハーフミラー41は、テラヘルツ波発生用半導体12に対して45度の角度を持って設置されており、テラヘルツ波発生用半導体12から発生されたテラヘルツ波の一部を45度の角度を持って反射するとともに、一部を透過させることにより、試料液膜101の方向と参照液膜102の方向とに分光する。 That is, the half mirror 41 as the terahertz wave spectroscopic unit disperses the terahertz wave generated from the terahertz wave generating semiconductor 12 in two directions. That is, the half mirror 41 is installed at an angle of 45 degrees with respect to the terahertz wave generating semiconductor 12, and has a part of the terahertz waves generated from the terahertz wave generating semiconductor 12 at an angle of 45 degrees. By reflecting a part of the sample liquid film 101 and transmitting a part of the material, the sample liquid film 101 and the reference liquid film 102 are separated.
試料液膜101を透過したテラヘルツ波は、減衰フィルタ18を経由して反射ミラー19で反射し、元の経路を辿ってハーフミラー41に向かう。また、参照液膜102を透過したテラヘルツ波は、遅延量設定用可変光学遅延部17が有する反射ミラー13d,14dで反射し、元の経路を辿ってハーフミラー41に向かう。 The terahertz wave that has passed through the sample liquid film 101 is reflected by the reflection mirror 19 via the attenuation filter 18, and follows the original path toward the half mirror 41. Further, the terahertz wave transmitted through the reference liquid film 102 is reflected by the reflection mirrors 13d and 14d included in the variable optical delay unit 17 for setting the delay amount, and follows the original path toward the half mirror 41.
テラヘルツ波集束部としてのハーフミラー41は、試料液膜101を透過した一方のテラヘルツ波を透過するとともに、参照液膜102を透過した他方のテラヘルツ波を45度の角度を持って反射することにより、当該2つのテラヘルツ波をテラヘルツ波検出用半導体15の方向に集光する。 The half mirror 41 as a terahertz wave focusing unit transmits one terahertz wave that has passed through the sample liquid film 101 and reflects the other terahertz wave that has passed through the reference liquid film 102 at an angle of 45 degrees. , The two terahertz waves are focused in the direction of the terahertz wave detection semiconductor 15.
図7は、本実施形態によるテラヘルツ時間領域分光装置の更に他の構成例を示す図である。なお、この図7において、図6に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。 FIG. 7 is a diagram showing still another configuration example of the terahertz time domain spectroscope according to the present embodiment. Note that, in FIG. 7, those having the same reference numerals as those shown in FIG. 6 have the same functions, and therefore, duplicate description will be omitted here.
図7に示すテラヘルツ時間領域分光装置では、図6に示したハーフミラー41の機能を2つのハーフミラー41’,41”で実現している。すなわち、第1のハーフミラー41’は、テラヘルツ波分光部に相当するものであり、第2のハーフミラー41”は、テラヘルツ波集束部に相当するものである。 In the terahertz time domain spectroscope shown in FIG. 7, the function of the half mirror 41 shown in FIG. 6 is realized by two half mirrors 41'and 41 ". That is, the first half mirror 41'is a terahertz wave. The second half mirror 41 "corresponds to the spectroscopic portion, and corresponds to the terahertz wave focusing portion.
第1のハーフミラー41’は、テラヘルツ波発生用半導体12から発生されたテラヘルツ波を2つの方向に分光する。すなわち、第1のハーフミラー41’は、テラヘルツ波発生用半導体12に対して45度の角度を持って設置されており、テラヘルツ波発生用半導体12から発生されたテラヘルツ波の一部を45度の角度を持って反射するとともに、一部を透過させることにより、試料液膜101が設置された方の経路と、参照液膜102が設置された方の経路とに分光する。 The first half mirror 41'spects the terahertz wave generated from the terahertz wave generating semiconductor 12 in two directions. That is, the first half mirror 41'is installed at an angle of 45 degrees with respect to the terahertz wave generating semiconductor 12, and a part of the terahertz wave generated from the terahertz wave generating semiconductor 12 is 45 degrees. By reflecting at an angle of 1 and transmitting a part of the sample liquid film 101, the sample liquid film 101 is separated into the path on which the sample liquid film 101 is installed and the path on which the reference liquid film 102 is installed.
第2のハーフミラー41”は、テラヘルツ波検出用半導体15に対して45度の角度を持って設置されており、試料液膜101を透過した一方のテラヘルツ波を透過するとともに、参照液膜102を透過した他方のテラヘルツ波を45度の角度を持って反射することにより、当該2つのテラヘルツ波をテラヘルツ波検出用半導体15の方向に集光する。 The second half mirror 41 ”is installed at an angle of 45 degrees with respect to the terahertz wave detection semiconductor 15, and transmits one terahertz wave that has passed through the sample liquid film 101 and the reference liquid film 102. By reflecting the other terahertz wave transmitted through the above at an angle of 45 degrees, the two terahertz waves are focused in the direction of the terahertz wave detection semiconductor 15.
また、図7に示すテラヘルツ時間領域分光装置では、図6に示した遅延量設定用可変光学遅延部17および反射ミラー19に代えて、遅延量設定用可変光学遅延部17’および反射ミラー19’を備えている。遅延量設定用可変光学遅延部17’および反射ミラー19’は、反射ミラーの使用数が異なるものの、機能としては、遅延量設定用可変光学遅延部17および反射ミラー19と変わらないものである。 Further, in the terahertz time region spectroscope shown in FIG. 7, instead of the delay amount setting variable optical delay unit 17 and the reflection mirror 19 shown in FIG. 6, the delay amount setting variable optical delay unit 17'and the reflection mirror 19' It has. The variable optical delay unit 17'for setting the delay amount and the reflection mirror 19'have the same functions as the variable optical delay unit 17 for setting the delay amount and the reflection mirror 19 although the number of reflection mirrors used is different.
第1のハーフミラー41’を透過してきたテラヘルツ波は、反射ミラー19’で反射した後、減衰フィルタ18を経由して試料液膜101を透過し、第2のハーフミラー41”に向かう。また、第1のハーフミラー41’で45度の角度をもって反射したテラヘルツ波は、遅延量設定用可変光学遅延部17’が有する反射ミラーで反射した後、参照液膜102を透過し、第2のハーフミラー41”に向かう。 The terahertz wave that has passed through the first half mirror 41'is reflected by the reflection mirror 19', then passes through the sample liquid film 101 via the attenuation filter 18, and heads for the second half mirror 41'. The terahertz wave reflected by the first half mirror 41'at an angle of 45 degrees is reflected by the reflection mirror of the variable optical delay unit 17'for setting the delay amount, and then passes through the reference liquid film 102 to pass through the second half mirror. Head to Half Mirror 41 ".
上述したように、第2のハーフミラー41”は、試料液膜101を透過した一方のテラヘルツ波と参照液膜102を透過した他方のテラヘルツ波とをテラヘルツ波検出用半導体15の方向に集光する。 As described above, the second half mirror 41 ”condenses one terahertz wave transmitted through the sample liquid film 101 and the other terahertz wave transmitted through the reference liquid film 102 in the direction of the terahertz wave detection semiconductor 15. To do.
図6または図7のようにテラヘルツ時間領域分光装置を構成することにより、図1に比べて構成を簡素化することができるというメリットを有する。なお、本実施形態では、テラヘルツ時間領域分光装置の構成例として、図1、図6および図7を示したが、これらは一例に過ぎず、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。 By configuring the terahertz time domain spectroscope as shown in FIG. 6 or 7, there is an advantage that the configuration can be simplified as compared with FIG. In the present embodiment, FIGS. 1, 6 and 7 are shown as configuration examples of the terahertz time domain spectroscope, but these are only examples, and the present invention is not limited to these configurations. ..
なお、上記実施形態では、テラヘルツ波が参照液膜102を透過する方の光路上に遅延量設定用可変光学遅延部17を設ける例について説明したが、試料液膜101側の光路上に遅延量設定用可変光学遅延部17を設けるようにしてもよい。あるいは、試料液膜101側の光路上および参照液膜102側の光路上の双方に遅延量設定用可変光学遅延部17を設けるようにしてもよい。 In the above embodiment, an example in which the variable optical delay unit 17 for setting the delay amount is provided on the optical path on which the terahertz wave passes through the reference liquid film 102 has been described, but the delay amount is on the optical path on the sample liquid film 101 side. The variable optical delay unit 17 for setting may be provided. Alternatively, the variable optical delay unit 17 for setting the delay amount may be provided on both the optical path on the sample liquid film 101 side and the optical path on the reference liquid film 102 side.
また、図1の実施形態において、遅延量設定用可変光学遅延部17によってテラヘルツ波の遅延量を調整する例について説明したが、当該遅延量設定用可変光学遅延部17が有する反射ミラー13d,14dの移動に合わせて、参照液膜102の配置位置を移動させる液膜移動部を更に備えるようにしてもよい。例えば、ノズル26Rを矢印Bの方向に物理的に平行移動可能に構成することにより、液膜移動部を構成することが可能である。なお、試料液膜101側の光路上に遅延量設定用可変光学遅延部17を設ける場合は、ノズル26Sを物理的に平行移動可能に構成する。 Further, in the embodiment of FIG. 1, an example in which the delay amount of the terahertz wave is adjusted by the variable optical delay unit 17 for setting the delay amount has been described, but the reflection mirrors 13d and 14d included in the variable optical delay unit 17 for setting the delay amount. A liquid film moving portion that moves the arrangement position of the reference liquid film 102 may be further provided in accordance with the movement of the reference liquid film 102. For example, by configuring the nozzle 26R so that it can be physically translated in the direction of arrow B, it is possible to configure the liquid film moving portion. When the variable optical delay unit 17 for setting the delay amount is provided on the optical path on the sample liquid film 101 side, the nozzle 26S is configured to be physically movable in parallel.
また、図1の実施形態において、反射ミラー13c,14cの間に試料液膜101を配置し、反射ミラー13d,14dの間に参照液膜102を配置する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第1の三角プリズム13bと一方の第1の反射ミラー13cとの間に試料液膜101を配置し、第1の三角プリズム13bと他方の第1の反射ミラー13dとの間に参照液膜102を配置するようにしてもよい。この場合、テラヘルツ波分光部は、第1の放物面ミラー13aおよび第1の三角プリズム13bにより構成される。 Further, in the embodiment of FIG. 1, an example in which the sample liquid film 101 is arranged between the reflection mirrors 13c and 14c and the reference liquid film 102 is arranged between the reflection mirrors 13d and 14d has been described. Not limited to. For example, the sample liquid film 101 is arranged between the first triangular prism 13b and one of the first reflection mirrors 13c, and the reference liquid is placed between the first triangular prism 13b and the other first reflection mirror 13d. The film 102 may be arranged. In this case, the terahertz wave spectroscope is composed of a first parabolic mirror 13a and a first triangular prism 13b.
また、上記実施形態では、サンプリング光が伝播する経路中に時間領域用可変光学遅延部16を配置する例について説明したが、ポンプ光が伝播する経路中に時間領域用可変光学遅延部16を配置するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the example in which the time domain variable optical delay unit 16 is arranged in the path through which the sampling light propagates has been described, but the time domain variable optical delay unit 16 is arranged in the path through which the pump light propagates. You may try to do it.
また、上記実施形態では、遅延量設定用可変光学遅延部17により、参照液膜102を透過するテラヘルツ波の遅延量を可変設定にする構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、テラヘルツ波の遅延量を所定の値に固定的に設定するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the configuration in which the delay amount of the terahertz wave transmitted through the reference liquid film 102 is set to be variable by the variable optical delay unit 17 for setting the delay amount has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the delay amount of the terahertz wave may be fixedly set to a predetermined value.
また、上記実施形態では、本発明のテラヘルツ時間領域分光装置を吸収分光法に適用する例について説明したが、反射分光法にも適用することが可能である。図8は、反射分光法に適用した場合のテラヘルツ時間領域分光装置の構成例を示す図である。なお、この図8において、図6に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。 Further, in the above embodiment, an example of applying the terahertz time region spectroscope of the present invention to absorption spectroscopy has been described, but it can also be applied to reflection spectroscopy. FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of a terahertz time domain spectroscope when applied to reflection spectroscopy. In addition, in FIG. 8, those having the same reference numerals as those shown in FIG. 6 have the same functions, and therefore, duplicate description will be omitted here.
図8に示した構成では、試料液膜101および参照液膜102に代えて、光を透過しない材料や光を散乱する材料から成る試料201および参照材料202を用いる。また、遅延量設定用可変光学遅延部17に代えて、参照材料202の配置位置を移動させることによって光学的な遅延量を設定する遅延量設定用可変光学遅延部17”を備えるようにする。なお、反射分光法に係るテラヘルツ時間領域分光装置の構成も、図8は一例を示したに過ぎず、これに限定されない。 In the configuration shown in FIG. 8, instead of the sample liquid film 101 and the reference liquid film 102, the sample 201 and the reference material 202 made of a material that does not transmit light or a material that scatters light are used. Further, instead of the variable optical delay unit 17 for setting the delay amount, the variable optical delay unit 17 ”for setting the optical delay amount by moving the arrangement position of the reference material 202 is provided. Note that the configuration of the terahertz time region spectroscope according to the reflection spectroscopy is not limited to this, as FIG. 8 shows only an example.
また、上記実施形態において、界面活性剤の混合比率の安定状態を保つ温度を一定にするために、液体タンク23Sa内の界面活性剤混合水溶液に熱的外乱を与える温度制御部を更に備えるようにしてもよい。温度制御部は、例えば、図9に示すように、加熱/冷却素子31Sと、当該加熱/冷却素子31Sを駆動する駆動回路32とから構成されている。加熱/冷却素子31Sは、例えばペルチェ素子により構成することが可能である。 Further, in the above embodiment, in order to keep the temperature at which the mixing ratio of the surfactant is kept stable, a temperature control unit that gives thermal disturbance to the surfactant mixed aqueous solution in the liquid tank 23Sa is further provided. You may. As shown in FIG. 9, the temperature control unit includes, for example, a heating / cooling element 31S and a drive circuit 32 for driving the heating / cooling element 31S. The heating / cooling element 31S can be configured by, for example, a Peltier element.
また、上記実施形態において、界面活性剤混合水溶液のノズル26Sへの導出速度を制御する流速制御部を更に備えるようにしてもよい。
さらに、上記実施形態において、試料液膜101および参照液膜102の環境雰囲気を制御するガス導入機構を更に備えるようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, a flow velocity control unit for controlling the rate of deriving the surfactant mixed aqueous solution to the nozzle 26S may be further provided.
Further, in the above embodiment, a gas introduction mechanism for controlling the environmental atmosphere of the sample liquid film 101 and the reference liquid film 102 may be further provided.
また、上記実施形態において、テラヘルツ波検出用半導体15がテラヘルツ波を所定の時間分解能で逐次検出し、当該逐次検出されるテラヘルツ波信号をテラヘルツ波信号解析装置20が逐次解析することにより、ミセルとベシクルの混合状態が刻々と変化していく状態を所定の時間分解能で計測するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the terahertz wave detection semiconductor 15 sequentially detects the terahertz wave with a predetermined time resolution, and the terahertz wave signal analyzer 20 sequentially analyzes the sequentially detected terahertz wave signal to obtain the micelle. The state in which the mixed state of the vesicles changes from moment to moment may be measured with a predetermined time resolution.
また、上記実施形態では、テラヘルツ波を2つに分光して、それぞれ試料液膜101および参照液膜102を経由させる例について説明したが、2つの分光する構成は必須ではない。例えば、まず、リファレンスとなる空気あるいは界面活性剤の濃度がゼロの純水で生成した参照液膜102にテラヘルツ波を経由させて測定し、次にゼロでない濃度の界面活性剤混合水溶液で生成した試料液膜101にテラヘルツ波を経由させて測定するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, an example in which the terahertz wave is split into two and passed through the sample liquid film 101 and the reference liquid film 102, respectively, has been described, but the configuration of two splits is not essential. For example, first, the reference liquid film 102 generated with pure water having a reference air or a surfactant concentration of zero was measured via a terahertz wave, and then produced with a surfactant mixed aqueous solution having a non-zero concentration. The sample liquid film 101 may be measured via a terahertz wave.
また、固定波長のCW光源方式で検出するようにしてもよい。その他、液の混合に関してリアルタイムに状態を変える工夫、液膜の調整に関してテラヘルツで計測可能にする工夫、シリンジポンプで試料を1way使用にして泡立たないようにする工夫などを加えてもよい。 Further, the detection may be performed by a fixed wavelength CW light source method. In addition, a device for changing the state in real time regarding the mixing of the liquid, a device for measuring the liquid film with terahertz, a device for using the sample in 1 way with a syringe pump to prevent foaming, and the like may be added.
その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 In addition, the above embodiments are merely examples of embodiment of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from its gist or its main features.
11 レーザ光分光部
12 テラヘルツ波発生用半導体(テラヘルツ波光源)
13 テラヘルツ波分光部
13a 第1の放物面ミラー
13b 第1の三角プリズム
13c,13d 第1の反射ミラー
14 テラヘルツ波集束部
14a 第2の放物面ミラー
14b 第2の三角プリズム
14c,14d 第2の反射ミラー
15 テラヘルツ波検出用半導体(テラヘルツ波検出部)
16 時間領域用可変光学遅延部
17,17’ ,17” 遅延量設定用可変光学遅延部(光学遅延部)
20 テラヘルツ波信号解析装置(テラヘルツ波信号解析部)
20A 周波数スペクトル取得部
20B 周波数特定部
20C 相関特性取得部
41 ハーフミラー(テラヘルツ波分光部かつテラヘルツ波集束部)
41’ ハーフミラー(テラヘルツ波分光部)
41” ハーフミラー(テラヘルツ波集束部)
101 試料液膜
102 参照液膜
201 試料
202 参照材料
11 Laser beam spectroscope 12 Terahertz wave generation semiconductor (terahertz wave light source)
13 Terahertz wave spectroscope 13a First parabolic mirror 13b First triangular prism 13c, 13d First reflection mirror 14 Terahertz wave focusing part 14a Second parabolic mirror 14b Second triangular prism 14c, 14d Reflection mirror of 2 15 Terahertz wave detection semiconductor (terahertz wave detection unit)
Variable optical delay unit for 16-hour region 17,17', 17 "Variable optical delay unit for setting delay amount (optical delay unit)
20 Terahertz wave signal analyzer (Terahertz wave signal analysis unit)
20A Frequency spectrum acquisition unit 20B Frequency identification unit 20C Correlation characteristic acquisition unit 41 Half mirror (Terahertz wave spectroscopy and terahertz wave focusing)
41'Half Mirror (Terahertz Wave Spectroscopy)
41 ”Half mirror (terahertz wave focusing part)
101 Sample liquid film 102 Reference liquid film 201 Sample 202 Reference material
Claims (6)
上記テラヘルツ波分光部により分光された一方のテラヘルツ波が伝播する経路中に配置された試料液膜を経由したテラヘルツ波と、上記テラヘルツ波分光部により分光された他方のテラヘルツ波が伝播する経路中に配置された参照液膜を経由したテラヘルツ波とを集束させるテラヘルツ波集束部と、
上記テラヘルツ波集束部により集束されたテラヘルツ波を検出し、その波形を表すテラヘルツ波信号を出力するテラヘルツ波検出部と、
上記テラヘルツ波検出部より出力されたテラヘルツ波信号を解析するテラヘルツ波信号解析部とを備え、
上記テラヘルツ波信号解析部は、
界面活性剤の濃度を変えて生成した複数の界面活性剤混合水溶液から上記試料液膜を生成した場合に上記テラヘルツ波検出部により検出される複数のテラヘルツ波信号をそれぞれフーリエ変換することにより、周波数に対する透過率を表した周波数スペクトルを上記界面活性剤の濃度ごとに取得する周波数スペクトル取得部と、
上記周波数スペクトル取得部により上記界面活性剤の濃度ごとに取得された複数の周波数スペクトル間で上記透過率に有意な差がある周波数を特定する周波数特定部と、
上記周波数特定部により特定された周波数において、上記界面活性剤の濃度に対する透過率を表した相関特性を取得する相関特性取得部とを備えたことを特徴とするテラヘルツ時間領域分光装置。 A terahertz wave spectroscope that splits terahertz waves generated from a terahertz light source into two,
In the path propagating the terahertz wave via the sample liquid film arranged in the path propagating by one terahertz wave split by the terahertz wave spectroscope and the other terahertz wave spectroscopic by the terahertz wave spectroscope. A terahertz wave focusing section that focuses the terahertz wave that has passed through the reference liquid film arranged in
A terahertz wave detection unit that detects a terahertz wave focused by the above terahertz wave focusing unit and outputs a terahertz wave signal representing the waveform, and a terahertz wave detection unit.
It is equipped with a terahertz wave signal analysis unit that analyzes the terahertz wave signal output from the terahertz wave detection unit.
The terahertz wave signal analysis unit
When the sample liquid film is generated from a plurality of surfactant mixed aqueous solutions generated by changing the concentration of the surfactant, the frequency is obtained by performing Fourier conversion on each of the plurality of terahertz wave signals detected by the terahertz wave detection unit. A frequency spectrum acquisition unit that acquires a frequency spectrum representing the transmittance for each concentration of the surfactant,
A frequency specifying unit that specifies a frequency having a significant difference in transmittance among a plurality of frequency spectra acquired for each concentration of the surfactant by the frequency spectrum acquisition unit, and a frequency specifying unit.
A terahertz time region spectroscope comprising a correlation characteristic acquisition unit that acquires a correlation characteristic representing a transmittance with respect to a concentration of the surfactant at a frequency specified by the frequency identification unit.
参照用の液体を用いて上記参照液膜を生成する参照液膜生成部と、
上記界面活性剤混合水溶液に熱的外乱を与える温度制御部とを更に備えたことを特徴とする請求項1または2に記載のテラヘルツ時間領域分光装置。 A sample liquid film generation unit that generates the above sample liquid film using the surfactant mixed aqueous solution to be measured,
A reference liquid film generator that generates the above reference liquid film using a reference liquid,
The terahertz time region spectroscope according to claim 1 or 2 , further comprising a temperature control unit that gives thermal disturbance to the surfactant mixed aqueous solution.
上記液体の上記ノズルへの導出速度を制御する流速制御部を更に備えたことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のテラヘルツ時間領域分光装置。 The sample liquid film generation unit and the reference liquid film generation unit are respectively provided with a liquid tank, a pipe, and a nozzle, and a liquid is led out from the liquid tank to the nozzle via the pipe, and the liquid is led from the nozzle to the nozzle. Is configured to form the sample liquid film and the reference liquid film by ejecting.
The terahertz time region spectroscope according to any one of claims 1 to 3, further comprising a flow velocity control unit for controlling the rate of leading the liquid to the nozzle.
上記テラヘルツ波検出部が上記テラヘルツ波を所定の時間分解能で逐次検出し、当該逐次検出される上記テラヘルツ波信号を上記テラヘルツ波信号解析部が逐次解析することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載のテラヘルツ時間領域分光装置。 A femtosecond laser light source is used as the above terahertz light source.
The terahertz wave detection unit sequentially detects the terahertz wave with a predetermined time resolution, and the terahertz wave signal analysis unit sequentially analyzes the sequentially detected terahertz wave signal, according to claims 1 to 5 . The terahertz time region spectroscope according to any one item.
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