JP7764012B2 - Raman spectrometer and method for measuring Raman spectrum - Google Patents
Raman spectrometer and method for measuring Raman spectrumInfo
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Description
本発明はラマンスペクトルの測定方法に関し、特に、測定スペクトルデータのベースラインを補正する方法に関する。 The present invention relates to a method for measuring Raman spectra, and in particular to a method for correcting the baseline of measured spectral data.
物質は、特定の波長の光によって励起されると、その励起光の波長とは異なる幾つかの波長の光を散乱する(ラマン散乱光)。励起光の波数とラマンピークの波数との差は、ラマンシフトと呼ばれ、物質中の分子の振動や回転等に応じて定まる。そのため、横軸にラマンシフトをとり、縦軸にラマンピーク強度をとったラマンスペクトルは、その物質の同定に利用することができる。 When a substance is excited by light of a specific wavelength, it scatters light of several wavelengths different from the wavelength of the excitation light (Raman scattered light). The difference between the wavenumber of the excitation light and the wavenumber of the Raman peak is called the Raman shift, and is determined by factors such as the vibration and rotation of molecules in the substance. Therefore, a Raman spectrum, with the Raman shift on the horizontal axis and the Raman peak intensity on the vertical axis, can be used to identify a substance.
一方で、ラマン散乱光は、励起光と同じ波長のレイリー散乱光よりも10-6倍ほど微弱な光であり、ラマン散乱光のスペクトル測定においては物質からの蛍光の影響を大きく受けることになる。 On the other hand, Raman scattered light is about 10 −6 times weaker than Rayleigh scattered light having the same wavelength as the excitation light, and the spectrum measurement of Raman scattered light is significantly affected by fluorescence from the substance.
従来のラマンスペクトル測定における蛍光の影響を次の2つに分けて説明する。1つ目は、蛍光成分が比較的広帯域にわたるために、スペクトルのベースラインが上昇してしまい、微弱なラマンピークが埋もれてしまうことである。2つ目は、蛍光成分が分析装置内のフィルム等の光学素子によって干渉縞を形成し、これがベースラインを波状に変形してしまうことである。これらのベースラインの上昇や変形は、試料の定性分析のためのスペクトルサーチにおいて正答率を下げる原因になると考えられる。 The effects of fluorescence in conventional Raman spectrum measurements can be explained in two ways. First, because the fluorescent components span a relatively wide band, the spectral baseline rises, obscuring weak Raman peaks. Second, the fluorescent components form interference fringes in optical elements such as films inside the analytical device, distorting the baseline into a wavy shape. These baseline rises and distortions are thought to be the cause of a lower success rate in spectral searches for qualitative analysis of samples.
従って、ラマンスペクトル測定においては、蛍光の影響の除去・軽減、すなわち、ベースラインの適切な補正が特に重要になる。 Therefore, in Raman spectrum measurements, it is particularly important to remove or reduce the effects of fluorescence, i.e., to properly correct the baseline.
蛍光回避のための一般的な手法として、励起光の波長を長波長側に変更するという手法がある。例えば532nm励起光の場合、物質によっては蛍光成分が大きく生じて、ラマンピークが埋もれてしまう場合がある。この励起光の波長を例えば1064nmに変更することで、蛍光成分の発生を抑えることができ、ラマンピークを確認することができる場合がある。 A common method for avoiding fluorescence is to change the wavelength of the excitation light to a longer wavelength. For example, with 532 nm excitation light, depending on the substance, a large fluorescent component may be generated, obscuring the Raman peak. By changing the wavelength of this excitation light to, for example, 1064 nm, the generation of fluorescent components can be suppressed, and the Raman peak may be visible.
また、測定したスペクトルのベースラインを補正する方法についても、様々な提案があり、特許文献1の例では、測定スペクトルデータに対して半円や半楕円等の形状データを設定して、ベースラインをソフトウェア的に推定することにより、ベースラインが平坦になるように補正される。 There have also been various proposals for methods of correcting the baseline of a measured spectrum. For example, in Patent Document 1, shape data such as a semicircle or semiellipse is set for the measured spectrum data, and the baseline is estimated using software, thereby correcting the baseline so that it is flat.
しかし、従来の手法においても、蛍光成分によるベースラインの上昇を十分に除去しきれない場合もあり、また、蛍光の干渉縞によるベースラインの変形を十分に除去しきれない場合がある。本発明の目的は、これまでの手法とは異なる新規な手法で、測定スペクトルへの蛍光の影響を効果的に除去・軽減することが可能なラマン分光装置、およびラマンスペクトルの測定方法を提供することにある。 However, even with conventional methods, there are cases where baseline elevation caused by fluorescent components cannot be fully eliminated, and there are also cases where baseline distortion caused by fluorescent interference fringes cannot be fully eliminated. The object of the present invention is to provide a Raman spectrometer and a method for measuring Raman spectra that can effectively eliminate or reduce the influence of fluorescence on measured spectra using a new method that differs from conventional methods.
すなわち、本発明に係るラマン分光装置は、
単一波長の励起光の光源と、試料を載置するステージと、試料上での励起光の照射領域を設定する照射領域設定手段と、試料上での光の取り込み領域を設定する取り込み領域設定手段と、前記取り込み領域からの光を分光検出する分光器と、前記分光器からの検出値に基づくスペクトルデータを処理するデータ処理手段と、を備えるラマン分光装置であって、
前記光源、前記照射領域設定手段、前記取り込み領域設定手段のうちの少なくとも1つが、本測定の測定条件として、前記スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合がベース測定と比較して大きくなるように、前記取り込み領域、前記照射領域、および励起光強度のうちの少なくとも1つを設定し、および
前記ベース測定の測定条件として、前記スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合が前記本測定と比較して小さくなるように、前記取り込み領域、前記照射領域、および励起光強度のうちの少なくとも1つを設定するように構成され、
前記データ処理手段は、
測定条件の違いに応じたベース測定のスペクトルデータの蛍光成分の強度変化率を算出し、当該強度変化率に基づくベースライン係数を算出する係数算出部、および
前記ベース測定のスペクトルデータに前記ベースライン係数を付与したものと、前記本測定のスペクトルデータと、の差スペクトルを算出する差スペクトル算出部と、を含む、ことを特徴とする。
That is, the Raman spectroscopic device according to the present invention:
A Raman spectroscopic device comprising: a light source for excitation light of a single wavelength; a stage for placing a sample; an irradiation area setting means for setting an irradiation area of the excitation light on the sample; a take-up area setting means for setting a take-up area of the light on the sample; a spectroscope for spectrally detecting light from the take-up area; and a data processing means for processing spectral data based on the detection value from the spectroscope,
At least one of the light source, the irradiation area setting means, and the capture area setting means sets, as a measurement condition for the main measurement, at least one of the capture area, the irradiation area, and the excitation light intensity so that the ratio of the Raman peak to the fluorescent component in the spectral data is larger than that in the base measurement ; and
as a measurement condition for the base measurement, at least one of the capture area, the irradiation area, and the excitation light intensity is set so that a ratio of a Raman peak to a fluorescent component in the spectral data is smaller than that in the main measurement;
The data processing means
The system is characterized by including a coefficient calculation unit that calculates the intensity change rate of the fluorescent component of the spectral data of the base measurement according to differences in measurement conditions and calculates a baseline coefficient based on the intensity change rate, and a difference spectrum calculation unit that calculates the difference spectrum between the spectral data of the base measurement to which the baseline coefficient has been applied and the spectral data of the main measurement.
前記取り込み領域設定手段は、前記本測定の測定条件として、前記取り込み領域の面積を狭くし、前記ベース測定の測定条件として、前記取り込み領域の面積を広くするように構成されていてもよい。 The capture area setting means may be configured to narrow the area of the capture area as a measurement condition for the main measurement and to widen the area of the capture area as a measurement condition for the base measurement.
前記取り込み領域設定手段は、前記分光器が取り込む光を制限する開口部を有し、当該開口部の形状または大きさを変更するように構成されていていてもよい。 The capture area setting means may have an opening that limits the light captured by the spectroscope, and may be configured to change the shape or size of the opening.
前記照射領域設定手段は、前記本測定の測定条件として、前記照射領域の中心と前記取り込み領域の中心とのオフセット量を零または小さくし、前記ベース測定の測定条件として、前記照射領域の中心と前記取り込み領域の中心とのオフセット量を大きくするように構成されていてもよい。 The irradiation area setting means may be configured to set the offset between the center of the irradiation area and the center of the capture area to zero or a small value as a measurement condition for the main measurement, and to set the offset between the center of the irradiation area and the center of the capture area to a large value as a measurement condition for the base measurement.
前記光源は、前記本測定の測定条件として、励起光の強度を小さくし、前記ベース測定の測定条件として、励起光の強度を大きくするように構成されていてもよい。 The light source may be configured to reduce the intensity of the excitation light as a measurement condition for the main measurement and to increase the intensity of the excitation light as a measurement condition for the base measurement.
さらに、試料への励起光の露光時間を設定する露光時間設定手段を備え、前記露光時間設定手段は、前記本測定の測定条件として、前記露光時間を長く設定し、前記ベース測定の測定条件として、前記露光時間を短く設定するように構成されていてもよい。 Furthermore, an exposure time setting means may be provided for setting the exposure time of the sample to the excitation light, and the exposure time setting means may be configured to set the exposure time to be long as the measurement condition for the main measurement and to set the exposure time to be short as the measurement condition for the base measurement.
また、本発明に係るラマンスペクトルの測定方法は、
単一波長の励起光で励起された試料からの光を分光器に取り込んでラマンスペクトルを測定する方法であって、
試料上での励起光の照射領域を設定する照射領域設定手順と、試料上での光の取り込み領域を設定する取り込み領域設定手順と、励起光を照射する照射手順と、分光器からの検出値に基づいてスペクトルデータを取得する手順と、前記スペクトルデータを処理するデータ処理手順と、を含み、
前記照射領域設定手順、前記取り込み領域設定手順および前記照射手順のうちの少なくとも1つの手順では、
本測定の測定条件として、前記スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合がベース測定と比較して大きくなるように、前記取り込み領域、前記照射領域、および励起光強度のうちの少なくとも1つを設定すること、および
前記ベース測定の測定条件として、前記スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合が前記本測定と比較して小さくなるように、前記取り込み領域、前記照射領域、および励起光強度のうちの少なくとも1つを設定すること、の2通りをおこない、
前記データ処理手順は、
測定条件の違いに応じたベース測定のスペクトルデータの蛍光成分の強度変化率を算出し、当該強度変化率に基づくベースライン係数を算出する係数算出手順、および
前記ベース測定のスペクトルデータに前記ベースライン係数を付与したものと、前記本測定のスペクトルデータと、の差スペクトルを算出する差スペクトル算出手順、を含む、
ことを特徴とする。
Further, the method for measuring a Raman spectrum according to the present invention comprises:
A method for measuring a Raman spectrum by capturing light from a sample excited with excitation light of a single wavelength into a spectrometer, comprising:
The method includes an irradiation area setting step of setting an irradiation area of the excitation light on the sample, a capture area setting step of setting a light capture area on the sample, an irradiation step of irradiating the excitation light, a step of acquiring spectral data based on detection values from a spectroscope, and a data processing step of processing the spectral data,
In at least one of the irradiation area setting step, the capture area setting step, and the irradiation step,
As a measurement condition for this measurement, at least one of the capture area, the irradiation area, and the excitation light intensity is set so that the ratio of the Raman peak to the fluorescent component in the spectrum data is larger than that in the base measurement; and
As the measurement conditions for the base measurement, at least one of the capture area, the irradiation area, and the excitation light intensity is set so that the ratio of the Raman peak to the fluorescent component in the spectral data is smaller than that in the main measurement;
The data processing procedure includes:
a coefficient calculation step of calculating a rate of change in intensity of a fluorescent component of spectral data of a base measurement according to differences in measurement conditions and calculating a baseline coefficient based on the rate of change in intensity; and a difference spectrum calculation step of calculating a difference spectrum between the spectral data of the base measurement to which the baseline coefficient has been assigned and the spectral data of the main measurement.
It is characterized by:
前記係数算出手順は、測定条件の異なる複数回のベース測定によるスペクトルデータに基づいて前記ベースライン係数を算出するようにしてもよい。 The coefficient calculation procedure may calculate the baseline coefficient based on spectral data from multiple base measurements under different measurement conditions.
前記データ処理手順は、前記差スペクトル算出手順の後、前記差スペクトルのベースラインを平坦化するベースライン平坦化手順を含んでいてもよい。 The data processing procedure may include, after the difference spectrum calculation procedure, a baseline flattening procedure for flattening the baseline of the difference spectrum.
本発明の測定方法は、励起光の波長を長波長側に変更してラマンスペクトルを測定した後に、実行するようにしてもよい。 The measurement method of the present invention may be performed after changing the wavelength of the excitation light to a longer wavelength and measuring the Raman spectrum.
以上に示すようにラマンスペクトル測定を実行すれば、ベースラインの上昇(広い波数域にわたる蛍光成分の影響)、およびベースラインの変形(蛍光による干渉縞成分の影響)が補正されたラマンスペクトルデータを取得することができて、このようなラマンスペクトルデータを用いた物質分析の正答率の向上が得られる。 By performing Raman spectrum measurements as described above, it is possible to obtain Raman spectrum data that has been corrected for baseline rise (the influence of fluorescent components across a wide wavenumber range) and baseline distortion (the influence of interference fringe components due to fluorescence), thereby improving the accuracy rate of material analysis using such Raman spectrum data.
以下、図面に基づき本発明の好適な実施形態について説明する。図1は、本発明のラマン分光装置の一実施形態である顕微レーザーラマン分光光度計(以下、ラマン分光装置と呼ぶ。)の概略構成図である。ラマン分光装置は、励起光(レーザー光)の照射に伴う試料Sからのラマン散乱光を分光検出し、ラマンスペクトルを取得するための装置である。本実施形態における測定対象は、固形サンプル(PEEK樹脂など)、粉体サンプル(セルロース粉末など)、液体サンプル(ウイスキーなどの色のついた液体など)など幅広い。 Preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. Figure 1 is a schematic diagram of a microscopic laser Raman spectrophotometer (hereinafter referred to as the Raman spectrophotometer), which is one embodiment of the Raman spectrophotometer of the present invention. The Raman spectrophotometer is a device for spectrally detecting Raman scattered light from a sample S when irradiated with excitation light (laser light) and acquiring a Raman spectrum. Measurement targets in this embodiment are a wide range, including solid samples (such as PEEK resin), powder samples (such as cellulose powder), and liquid samples (such as colored liquids such as whiskey).
図1には、ラマン分光装置の骨格になる構成を示す。すなわち、ラマン分光装置は、共焦点光学系の構成として、試料用の可動ステージ11と、対物レンズ12と、励起光を試料側へ反射するとともに試料Sからの光を透過するビームスプリッタ(BS)13(またはダイクロイックミラーDM)と、レイリー光をカットするためのリジェクションフィルター14と、結像レンズ15と、開口部切換装置16と、分光器17と、CCD検出器18とを備えている。 Figure 1 shows the basic structure of a Raman spectrometer. Specifically, the Raman spectrometer comprises a confocal optical system consisting of a movable sample stage 11, an objective lens 12, a beam splitter (BS) 13 (or dichroic mirror DM) that reflects excitation light toward the sample and transmits light from the sample S, a rejection filter 14 for cutting Rayleigh light, an imaging lens 15, an aperture switching device 16, a spectroscope 17, and a CCD detector 18.
また、ラマン分光装置は、励起光学系の構成として、レーザー波長切換装置21と、ビームスポット位置変更装置22と、レーザー制御装置23とを備える。レーザー制御装置23は、露光時間設定部24およびレーザー強度設定部25を含んでいる。 The Raman spectrometer also includes an excitation optical system consisting of a laser wavelength switching device 21, a beam spot position changing device 22, and a laser control device 23. The laser control device 23 includes an exposure time setting unit 24 and a laser intensity setting unit 25.
また、ラマン分光装置は、スペクトルデータ処理装置30と記憶装置40とを備える。スペクトルデータ処理装置30は、例えばコンピューター等の演算処理装置で構成され、機能ブロックとして、ベースライン補正部31と、ベースライン平坦化処理部32と、ノイズ除去部33とを有する。そして、このベースライン補正部31に、本発明に特徴的な差スペクトル算出部34とベースライン係数算出部35とが含まれている。 The Raman spectrometer also includes a spectral data processing device 30 and a storage device 40. The spectral data processing device 30 is configured as an arithmetic processing device such as a computer, and has the following functional blocks: a baseline correction unit 31, a baseline flattening processing unit 32, and a noise removal unit 33. The baseline correction unit 31 further includes a difference spectrum calculation unit 34 and a baseline coefficient calculation unit 35, which are characteristic of the present invention.
なお、記憶装置40には、スペクトルデータ処理装置30にこれらの機能ブロックを実現させるためのデータ処理プログラムが記憶されており、スペクトルデータ処理装置30が適宜、このデータ処理プログラムを実行することによってこれらの機能が発揮されるようになっている。 The storage device 40 stores a data processing program that causes the spectral data processing device 30 to realize these functional blocks, and the spectral data processing device 30 executes this data processing program as appropriate to perform these functions.
<励起光学系の詳細>
レーザー波長切換装置21は、波長の異なる複数の光源26,27を切換可能に搭載している。選択された波長の光源26,27からの励起光がビームスポット位置変更装置22に向けて出力されるように構成されている。ビームスポット位置変更装置22は、例えば一対のアライメントミラーで構成することができる。一対のアライメントミラーは、光源26,27からの励起光の光軸を調整することが可能で、試料Sと対物レンズ12の位置関係を変えずに、試料上のビームスポットの位置を移動させることができる。
<Details of the excitation optical system>
The laser wavelength switching device 21 is equipped with a plurality of switchable light sources 26, 27 of different wavelengths. The device is configured so that excitation light from the light sources 26, 27 of the selected wavelength is output toward the beam spot position changing device 22. The beam spot position changing device 22 can be configured, for example, with a pair of alignment mirrors. The pair of alignment mirrors can adjust the optical axis of the excitation light from the light sources 26, 27, and can move the position of the beam spot on the sample without changing the positional relationship between the sample S and the objective lens 12.
レーザー制御装置23は、選択された光源26,27を制御する。露光時間設定部24は、設定された露光時間に応じて光源26,27の出力をオン/オフさせる。あるいは、光源26,27の出力窓に設けたシャッターを開閉させてもよい。また、レーザー強度設定部25は、励起光の強度条件にあわせて、光源26,27の出力強度を調整する。あるいは、励起光の光路上に設置された減光フィルターのオン/オフを切り換えて励起光の強度を変更するように構成されている。 The laser control device 23 controls the selected light sources 26, 27. The exposure time setting unit 24 turns the output of the light sources 26, 27 on and off according to the set exposure time. Alternatively, it may open and close shutters provided in the output windows of the light sources 26, 27. The laser intensity setting unit 25 adjusts the output intensity of the light sources 26, 27 according to the intensity conditions of the excitation light. Alternatively, it is configured to change the intensity of the excitation light by switching on and off a neutral density filter installed in the optical path of the excitation light.
励起光は、試料上に対物レンズ12を介してスペクトル測定の目的部である微小なビームスポットを形成する。 The excitation light passes through the objective lens 12 on the sample to form a tiny beam spot, which is the target area for spectral measurement.
<共焦点光学系の詳細>
可動ステージ11は、X-Y平面に平行な載置面を有するX-Yの2軸ステージであり、載置される試料上のビームスポットの位置を対物レンズ12の集光位置に位置決めできる。
<Details of the confocal optical system>
The movable stage 11 is an XY two-axis stage having a mounting surface parallel to the XY plane, and can position the beam spot on the mounted sample at the focusing position of the objective lens 12 .
対物レンズ12は、カセグレン鏡など本発明の集光光学素子の一例である。対物レンズ12は、励起光のビームスポットを試料上に形成する役目と、ビームスポットおよびその周辺部からの光を集光する役目とを担う。試料Sからの光に含まれるレイリー散乱光はリジェクションフィルター14で取り除かれる。結像レンズ15は、集光された光を、後段の開口部切換装置16に搭載された矩形スリット板16Aやピンホールスリット板16Bなどの開口部で結像し、ビームスポットの中間像を形成する役目がある。なお、図1は、反射光学系の例示であるが、カセグレン鏡などを使用して透過光学系の測定装置を構成してもよい。 Objective lens 12 is an example of a focusing optical element of the present invention, such as a Cassegrain mirror. Objective lens 12 serves to form a beam spot of excitation light on the sample and to focus light from the beam spot and its surrounding area. Rayleigh scattered light contained in the light from sample S is removed by rejection filter 14. Imaging lens 15 focuses the focused light on an aperture, such as rectangular slit plate 16A or pinhole slit plate 16B, mounted in the downstream aperture switching device 16, to form an intermediate image of the beam spot. Note that while Figure 1 shows an example of a reflective optical system, a measurement device using a transmissive optical system, such as a Cassegrain mirror, may also be constructed.
開口部切換装置16は、少なくとも2種類の開口部を切換可能に構成されている。図1には、一例として、細長形の開口部を有する矩形スリット板16Aと、円形の開口部を有するピンホールスリット板16Bと、をスライド式の共通フレームに保持させて、選択された開口部をオンラインに設置できるように構成したものを示す。開口部の板には、細長形や円形以外にも様々な形状の開口部を形成できる。また、それぞれの形状について大きさの異なる複数の開口部を形成してもよい。 The opening switching device 16 is configured to be able to switch between at least two types of openings. Figure 1 shows, as an example, a rectangular slit plate 16A with an elongated opening and a pinhole slit plate 16B with a circular opening held in a common sliding frame, allowing the selected opening to be installed online. Openings of various shapes other than elongated or circular shapes can be formed in the opening plate. It is also possible to form multiple openings of different sizes for each shape.
分光器17には、一般的な回折格子による分散型分光器を用いている。回折格子からの回折光は、後段のCCD検出器18で結像され、CCD検出器18の2次元に配置された受光素子群によって、帯域ごとのスペクトル値が検出されて、スペクトルデータ処理装置30に出力される。 The spectrometer 17 is a dispersive spectrometer with a typical diffraction grating. Diffracted light from the diffraction grating is imaged on the downstream CCD detector 18, and the spectral values for each band are detected by a group of light-receiving elements arranged two-dimensionally in the CCD detector 18, and output to the spectral data processing device 30.
ここで、図2を用いて、2種類の開口部(矩形スリット板16Aおよびピンホールスリット板16B)による取り込み領域の違いを示す。ここで、ビームスポットを試料上の黒丸の領域で示す。その周辺部を、黒丸よりも大きい白丸の領域で示す。 Here, using Figure 2, we will show the difference in the capture area between the two types of apertures (rectangular slit plate 16A and pinhole slit plate 16B). Here, the beam spot is shown as the black circle area on the sample. Its periphery is shown as a white circle area larger than the black circle.
分光器17に取り込まれる光は、矩形スリット板16Aやピンホールスリット板16Bの開口部によって制限される。つまり、試料上の光の取り込み領域は、この開口部の形状や大きさによって定められる。 The light entering the spectrometer 17 is limited by the openings of the rectangular slit plate 16A and pinhole slit plate 16B. In other words, the light capture area on the sample is determined by the shape and size of these openings.
図2では、矩形スリット板16Aのスリット幅がビームスポットの結像の大きさと略同じであるが、矩形スリット板16Aの場合、ビームスポットからの光だけでなく、その周辺部からの光の多くも一緒に分光器17に取り込まれる。一方、ピンホールスリット板16Bの場合、特に、その開口部がビームスポットの結像と略同じである場合には、共焦点効果によってビームスポットからの光のみが効率的に分光器17に取り込まれ、矩形スリット板16Aよりも空間分解能の高い状態での測定ができる。 In Figure 2, the slit width of rectangular slit plate 16A is approximately the same as the size of the beam spot image, but with rectangular slit plate 16A, not only light from the beam spot but also much of the light from its periphery is taken into spectroscope 17. On the other hand, with pinhole slit plate 16B, especially when its opening is approximately the same size as the beam spot image, the confocal effect allows only light from the beam spot to be efficiently taken into spectroscope 17, allowing measurements to be made with higher spatial resolution than with rectangular slit plate 16A.
本実施形態では、以上のラマン分光装置を使って、測定条件の異なる少なくとも2通りのスペクトル測定(ベース測定、本測定)を実行することに特徴がある。次の表1に測定条件の例を列挙した。 This embodiment is characterized by using the above-described Raman spectrometer to perform at least two types of spectral measurements (base measurement and main measurement) under different measurement conditions. Table 1 below lists example measurement conditions.
条件1では、ベース測定を空間分解能の低い状態で測定し、本測定を空間分解能の高い状態で測定する。例えば、試料上の同じ測定位置に対し、広い取り込み領域と狭い取り込み領域をそれぞれ設定する。表1の条件1A~1Cは、矩形スリットやピンホールスリットの開口部を利用して、光を取り込む領域を試料上に設定する場合である。 Under condition 1, the base measurement is performed with low spatial resolution, and the main measurement is performed with high spatial resolution. For example, a wide capture area and a narrow capture area are set for the same measurement position on the sample. Conditions 1A to 1C in Table 1 are used when a rectangular slit or pinhole slit opening is used to set the light capture area on the sample.
条件1Aは、例えばスリット幅200μmの矩形スリットと、例えば直径100μmのピンホールスリットとを用いる。矩形スリットを使用する場合は、試料上の取り込み領域でのビームスポットの占める比率が小さくなるようにして、ピンホールスリットを使用する場合は、逆に、その比率が矩形スリットよりも大きくなるようにするとよい。または、ピンホールスリットの直径が、矩形スリットのスリット幅と同じかそれ未満になるようにするとよい。 Condition 1A uses, for example, a rectangular slit with a slit width of 200 μm and a pinhole slit with a diameter of 100 μm. When using a rectangular slit, the proportion of the beam spot in the capture area on the sample should be small; when using a pinhole slit, conversely, that proportion should be larger than with a rectangular slit. Alternatively, the diameter of the pinhole slit should be the same as or smaller than the slit width of the rectangular slit.
条件1B、1Cでは、矩形スリットやピンホールスリットのサイズを変更する。例えば、試料上の同じ測定位置に対し、ベース測定では開口部の大きいものを使用し、本測定では開口部の小さいものを使用する。 Under conditions 1B and 1C, the size of the rectangular slit or pinhole slit is changed. For example, for the same measurement position on the sample, a slit with a larger opening is used for the base measurement and a slit with a smaller opening is used for the main measurement.
なお、本測定でピンホールスリットを用いる場合は、ピンホールスリットによる光の取り込み領域をビームスポットに一致させてもよいし、あるいは、光の取り込み領域をビームスポットの領域に完全に入れてもよい。本実施形態では、これらの条件設定が開口部切換装置16の動作によって実行される。 When using a pinhole slit in this measurement, the light capture area of the pinhole slit may be aligned with the beam spot, or the light capture area may be completely within the beam spot. In this embodiment, these conditions are set by the operation of the aperture switching device 16.
条件2では、ビームスポットおよび光の取り込み領域との間隔を変更することによって、空間的オフセットを変える。ベース測定ではオフセット状態とし、上記の間隔を大きくする。本測定では、一致状態、つまり上記の間隔を零とするか、オフセット状態であっても間隔を小さくする。なお、ビームスポットを固定して、取り込み領域の位置を移動させてもよい。あるいは、取り込み領域を固定して、図1のビームスポット位置変更装置22の動作によってビームスポットの位置を移動させてもよい。 Under condition 2, the spatial offset is changed by changing the distance between the beam spot and the light capture area. In the base measurement, an offset state is established and the above distance is increased. In the main measurement, a coincidence state is established, meaning the above distance is zero, or the distance is decreased even in an offset state. Note that the beam spot may be fixed and the position of the capture area may be moved. Alternatively, the capture area may be fixed and the position of the beam spot may be moved by operating the beam spot position change device 22 in Figure 1.
条件3は、ベース測定において励起光の強度を大きくし、本測定においては励起光の強度を小さくする。この条件設定は、図1のレーザー強度設定部25の動作によって実行される。 Condition 3 increases the intensity of the excitation light in the base measurement and decreases the intensity of the excitation light in the main measurement. This condition setting is performed by the operation of the laser intensity setting unit 25 in Figure 1.
なお、それぞれの条件に共通する事項として、図1の露光時間設定部24を使って、本測定での励起光の露光時間を、適当な高さのラマンピークが得られるように、ベース測定の際の露光時間よりも長くするとよい。 A common feature of each condition is that, using the exposure time setting unit 24 in Figure 1, the exposure time of the excitation light in this measurement should be set longer than the exposure time in the base measurement so that a Raman peak of appropriate height is obtained.
<ラマンスペクトルの測定方法>
図3に、空間分解能を変更してラマンスペクトルを測定する場合(例えば、表1の条件1B)の手順を示す。なお、図4~6に、具体的な3つの測定条件で粉末セルロースのサンプルのラマンスペクトルを測定した結果を示す。
<Method for measuring Raman spectrum>
Fig. 3 shows the procedure for measuring Raman spectra by changing the spatial resolution (for example, condition 1B in Table 1). Figs. 4 to 6 show the results of measuring Raman spectra of powdered cellulose samples under three specific measurement conditions.
本実施形態に係る測定方法は、従来の蛍光回避の手法である励起光の波長の最適化を実行した後に、さらに続けて開始するようにしてもよい。励起光の波長切換は、図1のレーザー波長切換装置21を使う。励起光の波長を長波長側に変更してラマンスペクトルを測定しても、蛍光の影響を十分に除去できない場合があるが、本実施形態の測定方法を実行することによって、そのような蛍光の影響を除去・軽減させることができる場合がある。 The measurement method according to this embodiment may be started immediately after optimizing the wavelength of the excitation light, a conventional method for avoiding fluorescence. The wavelength of the excitation light is switched using the laser wavelength switching device 21 shown in Figure 1. Even if the wavelength of the excitation light is changed to a longer wavelength and the Raman spectrum is measured, it may not be possible to fully eliminate the effects of fluorescence. However, by performing the measurement method according to this embodiment, it may be possible to eliminate or reduce the effects of such fluorescence.
まず、可動ステージ11に載置した試料上の測定位置を指定する(手順S10)。次に、可動ステージ11を動作させて、測定位置にビームスポット位置を合わせることによって、ビームスポットを設定する(手順S12)。次に、幅広の矩形スリット板と幅狭の矩形スリット板を搭載した開口部切換装置16を動作させて、幅広の矩形スリットを光路上に設定する(手順S14)。 First, a measurement position on the sample placed on the movable stage 11 is specified (Step S10). Next, the movable stage 11 is operated to align the beam spot position with the measurement position, thereby setting the beam spot (Step S12). Next, the aperture switching device 16, which is equipped with a wide rectangular slit plate and a narrow rectangular slit plate, is operated to set the wide rectangular slit on the optical path (Step S14).
ベース測定を実行する(手順S16)。ベース測定では、まず、光源26,27からの励起光をビームスポット位置に照射すると、試料からの光のうちの幅広の矩形スリット板の開口部を通過した光のみが分光器17に取り込まれる。分光器17は、帯域ごとのスペクトル値を検出するので、その検出値をスペクトルデータ処理装置30に読み込ませる。なお、ベース測定での露光は短い時間にする。 The base measurement is performed (step S16). In the base measurement, first, excitation light from the light sources 26 and 27 is irradiated onto the beam spot position, and only the light from the sample that passes through the opening of the wide rectangular slit plate is captured by the spectroscope 17. The spectroscope 17 detects the spectral values for each band, and these detected values are read into the spectral data processing device 30. Note that the exposure time in the base measurement is short.
ベース測定の完了後、開口部切換装置16を動作させて、幅狭の矩形スリット板を光路上に設定し(手順S18)、ベース測定と同様に、本測定を実行する(手順S20)。本測定では、露光時間をベース測定よりも長くする。 After the base measurement is completed, the aperture switching device 16 is operated to set a narrow rectangular slit plate on the optical path (step S18), and the main measurement is performed in the same manner as the base measurement (step S20). In the main measurement, the exposure time is set longer than in the base measurement.
以上の手順によって、スペクトルデータ処理装置30が、ベース測定および本測定のそれぞれの検出値の読み取りを終えた後、スペクトルデータ処理装置30によるデータ処理が実行される。 After the spectral data processing device 30 has completed reading the detected values from the base measurement and the main measurement using the above procedure, data processing is performed by the spectral data processing device 30.
図4中の左上に、ベース測定および本測定のスペクトルデータSP10,SP12を示す。ベース測定では、幅200μmの矩形スリットを使い、露光時間を1秒間にした。本測定では、幅100μmの矩形スリットを使い、露光時間を10秒間にした。 The upper left of Figure 4 shows the spectral data SP10 and SP12 from the base measurement and this measurement. For the base measurement, a rectangular slit 200 μm wide was used, with an exposure time of 1 second. For this measurement, a rectangular slit 100 μm wide was used, with an exposure time of 10 seconds.
図3のデータ処理(手順S22~S40)では、まず、ベースライン係数算出部35の機能によって、ベースライン係数Aが算出される(手順S22)。ここでは、2種類の測定スペクトルのどちらにもラマン散乱光が生じていない波数域を選択し、その波数域に生じている蛍光成分(例えば蛍光成分に該当するスペクトル面積)の強度変化率を算出する。そして、この強度変化率に基づいてベースライン係数Aを算出する。 In the data processing shown in Figure 3 (steps S22 to S40), the baseline coefficient A is first calculated (step S22) using the function of the baseline coefficient calculation unit 35. Here, a wavenumber range in which no Raman scattered light occurs in either of the two measurement spectra is selected, and the intensity change rate of the fluorescent component occurring in that wavenumber range (e.g., the spectral area corresponding to the fluorescent component) is calculated. The baseline coefficient A is then calculated based on this intensity change rate.
次に、ベースライン係数Aを使って、本測定のスペクトルデータとベース測定のスペクトルデータの差スペクトルを算出する(手順S24)。ここでは、ベース測定のスペクトルデータにベースライン係数Aを掛け合わせて、本測定のスペクトルデータとの差分を取る。以上までの処理が、本実施形態に係るベースライン補正である。 Next, the baseline coefficient A is used to calculate the difference spectrum between the spectral data of the main measurement and the spectral data of the base measurement (step S24). Here, the spectral data of the base measurement is multiplied by the baseline coefficient A to obtain the difference from the spectral data of the main measurement. The above processing is the baseline correction according to this embodiment.
ここまでの処理によって、従来の手法では除去が困難であった蛍光の影響(干渉縞など)が除去されるが、蛍光成分が若干残る場合もある。この段階で残存する蛍光成分は、例えば、特許文献1の従来のソフトウェア的なベースラインの平坦化処理によって容易に除去される(手順S30)。 The processing up to this point removes the effects of fluorescence (such as interference fringes), which were difficult to remove using conventional methods, but some fluorescent components may remain. Any fluorescent components remaining at this stage can be easily removed using conventional software-based baseline flattening processing, such as that described in Patent Document 1 (step S30).
図4の測定例では、2つのスペクトルデータSP10,SP12の2500~2000 cm-1の波数域に、いずれにもラマンピークが生じていない。この波数域の蛍光面積A10,A12をそれぞれ算出し、2つの蛍光面積の差分が零になるようなベースライン係数Aを算出した(手順S22)。この係数Aを使った差スペクトルSP14を図4中の右上に示す(手順S24)。この差スペクトルSP14は、差スペクトルの算出後に既存のソフトウェアによるベースライン平坦化処理(手順S30)を施したものである。図4の右上には、比較のために、本測定のスペクトルデータにベースラインの平坦化処理だけを施した比較データRef14を一緒に示す。差スペクトルSP14の方が、ノイズ・干渉縞が少ないことがわかる。 In the measurement example shown in Figure 4, no Raman peaks appear in the wavenumber range of 2500 to 2000 cm -1 for either of the two spectral data sets SP10 and SP12. The fluorescence areas A10 and A12 in this wavenumber range were calculated, and a baseline coefficient A was calculated so that the difference between the two fluorescence areas would be zero (step S22). The difference spectrum SP14, using this coefficient A, is shown in the upper right corner of Figure 4 (step S24). This difference spectrum SP14 was subjected to baseline flattening processing using existing software (step S30) after calculation of the difference spectrum. For comparison, the upper right corner of Figure 4 also shows comparison data Ref14, which was obtained by performing only baseline flattening on the spectral data from this measurement. It can be seen that the difference spectrum SP14 has less noise and interference fringes.
図3のデータ処理では、最後に、必要に応じて、既存のソフトウェア的なノイズ除去処理(手順S40)を実行してもよい。例えば、スペクトルデータをフーリエ逆変換し、得られるパワースペクトルにローパスフィルターを施して、スペクトルデータのベースライン上に生じている高周波数成分のスペクトルの変動をノイズとして除去することができる。 In the data processing of Figure 3, existing software-based noise removal processing (step S40) may be performed at the end, if necessary. For example, spectral data may be subjected to an inverse Fourier transform, and the resulting power spectrum may be subjected to a low-pass filter to remove high-frequency spectral fluctuations occurring on the baseline of the spectral data as noise.
図4の測定例では、本実施形態の差スペクトルSP14に対して、ベースライン平坦化処理後にノイズ除去処理(手順S40)を実行した。ノイズ除去によってSN比が向上した差スペクトルSP16を図4の下側に示す。また、比較データRef14に対しては、既存のノイズ除去処理と干渉縞除去処理の両方を施した。その結果を比較データRef16として一緒に示す。比較データRef16には既存のデータ処理によっては除去されない干渉縞(ベースラインの波状の変形)が残存しているのに対し、本実施形態の差スペクトルSP16にはそのような干渉縞が大きく軽減されていることがわかる。 In the measurement example of Figure 4, noise removal processing (step S40) was performed on the difference spectrum SP14 of this embodiment after baseline flattening processing. The difference spectrum SP16, with an improved S/N ratio due to noise removal, is shown at the bottom of Figure 4. Furthermore, both existing noise removal processing and interference fringe removal processing were performed on the comparison data Ref14. The results are also shown together as comparison data Ref16. It can be seen that while the comparison data Ref16 contains interference fringes (wavy deformation of the baseline) that are not removed by existing data processing, such interference fringes have been significantly reduced in the difference spectrum SP16 of this embodiment.
図5に、幅50μmの矩形スリットを使った本測定のスペクトルデータSP22を示す。ベース測定のデータは図4と同じである。これらのスペクトルデータから算出した差スペクトルSP24およびSP26と、比較データRef24およびRef26とを比べると、やはり、本実施形態による差スペクトルSP24の方が比較データRef24よりもノイズ・干渉縞が少なく、また、ノイズ除去後の差スペクトルSP26の方が比較データRef26よりも干渉縞が大きく軽減されていることがわかる。 Figure 5 shows the spectral data SP22 from this measurement using a 50 μm-wide rectangular slit. The data from the base measurement is the same as Figure 4. Comparing the difference spectra SP24 and SP26 calculated from this spectral data with the comparison data Ref24 and Ref26, it is clear that the difference spectrum SP24 from this embodiment has less noise and interference fringes than the comparison data Ref24, and that the difference spectrum SP26 after noise removal has significantly reduced interference fringes compared to the comparison data Ref26.
さらに、図6には、直径100μmのピンホールスリットを使った本測定のスペクトルデータSP32に基づく、差スペクトルSP34およびSP36を比較データRef34およびRef36と一緒に示す。図5と同様に、本実施形態による差スペクトルの方が、ノイズ・干渉縞の点で、比較データRef34およびRef36に勝っていることがわかる。 Furthermore, Figure 6 shows difference spectra SP34 and SP36 based on the spectral data SP32 from this measurement using a pinhole slit with a diameter of 100 μm, along with comparison data Ref34 and Ref36. As with Figure 5, it can be seen that the difference spectrum from this embodiment is superior to the comparison data Ref34 and Ref36 in terms of noise and interference fringes.
なお、図3の手順では、ベース測定(手順S16)を1回だけ実行する場合を説明したが、異なる測定条件を設定してベース測定を複数回実行し、複数個のスペクトルデータに基づいて、ベースライン係数Aを算出するようにしてもよい(手順S22)。 Note that while the procedure in Figure 3 describes a case where the base measurement (step S16) is performed only once, it is also possible to perform the base measurement multiple times by setting different measurement conditions and calculate the baseline coefficient A based on multiple pieces of spectral data (step S22).
<空間的オフセットによる検証>
本発明の1つ目の特徴は、本発明のラマンスペクトルの測定方法では、同一の試料に対して測定条件の異なる2通りのスペクトル測定(本測定、ベース測定)を実行することである。本測定では、「スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合が比較的大きく」なるような測定条件を設定し、ベース測定では、「上記の割合が比較的小さく」なるように測定条件を設定する。
<Verification by spatial offset>
The first feature of the present invention is that the Raman spectrum measurement method of the present invention performs two types of spectrum measurements (main measurement and base measurement) on the same sample under different measurement conditions. In the main measurement, measurement conditions are set so that "the ratio of the Raman peak to the fluorescent component in the spectral data is relatively large," and in the base measurement, measurement conditions are set so that "the ratio is relatively small."
具体例としては、測定条件1は、試料上の光の取り込み領域(測定視野)の面積を変更すること、測定条件2は、試料上の励起光の照射領域(ビームスポット)と取り込み領域との位置関係を変更すること、測定条件3は、励起光の強度の変更である。 Specific examples include: measurement condition 1 is changing the area of the light capture region (measurement field) on the sample; measurement condition 2 is changing the positional relationship between the excitation light irradiation region (beam spot) on the sample and the capture region; and measurement condition 3 is changing the intensity of the excitation light.
2つ目の特徴は、2通りの測定条件で得たスペクトルデータの差分を取って、本測定のスペクトルデータに含まれている蛍光成分を相殺することである。ここで、同一試料のスペクトルデータであるから、測定条件を変更しても、蛍光成分だけを相殺することは難しいのではないか(所望するラマンピークも一緒に相殺されるのではないか)、という疑問もあるかもしれない。 The second feature is that the difference between the spectral data obtained under two different measurement conditions is taken to cancel out the fluorescent components contained in the spectral data from this measurement. However, because this is spectral data from the same sample, you might be wondering whether it would be difficult to cancel out just the fluorescent components even if the measurement conditions were changed (wouldn't the desired Raman peak also be canceled out?).
このことに対し、発明者らは、図7に示すような「空間的オフセットによる検証」をおこなった。ここでは、サンプルとしてPEEK樹脂を用いた。波長532nmの励起光が試料上で約1μmの直径のビームスポットになるように倍率100の対物レンズ12を用いた。また、試料上での空間分解能が1μm相当(取り込み領域)になるようにした。試料上のビームスポットの中心と光の取り込み領域(いずれも同じ直径1μmの円形領域とした)の中心のオフセット量を0μmから5μmまで徐々に増やしてそれぞれのスペクトルを測定したところ、ラマンピークのピーク高さの変化の仕方と、蛍光成分の高さの変化の仕方とに相違があった。オフセットは、図7のように、試料Sと対物レンズ12との位置関係を変えずに、測定光の光軸に対して、励起光(黒塗りの範囲)の光軸を0~5μmだけ移動させる方法によった。 In response to this, the inventors conducted a "spatial offset verification" as shown in Figure 7. Here, PEEK resin was used as the sample. An objective lens 12 with a magnification of 100 was used so that the 532 nm wavelength excitation light would form a beam spot with a diameter of approximately 1 μm on the sample. The spatial resolution on the sample was also set to a 1 μm equivalent (capture area). The offset between the center of the beam spot on the sample and the center of the light capture area (both circular areas with a diameter of 1 μm) was gradually increased from 0 μm to 5 μm, and the respective spectra were measured. Differences were observed between the change in the peak height of the Raman peak and the change in the height of the fluorescent component. The offset was achieved by shifting the optical axis of the excitation light (black area) by 0 to 5 μm relative to the optical axis of the measurement light, without changing the relative positions of the sample S and the objective lens 12, as shown in Figure 7.
オフセット量が3μmや5μmであっても、広い波数範囲におよぶ蛍光成分(ベースラインの広範囲の上昇)を確認することができるが、ラマンピークは3μmのオフセット量であってもほとんど確認できない。オフセット量が1μmまでであればラマンピークを確認することができる。 Even with an offset of 3 μm or 5 μm, fluorescent components can be observed over a wide wavenumber range (a wide rise in the baseline), but Raman peaks are barely discernible, even with an offset of 3 μm. Raman peaks can be observed with an offset of up to 1 μm.
そこで、図8のように、1600 cm-1付近のラマンピークについて、オフセット量毎のピーク面積の変化と、ラマンピークの生じていない帯域(2500~2000 cm-1)の蛍光成分のスペクトル面積の変化とを調べたところ、蛍光成分(蛍光面積)はビームスポットを頂点に緩やかに減少するが、一方、ラマンピーク(ラマン面積)はビームスポットを頂点に急激に減少することを確認した。なお、図8のオフセット量毎の面積を示すグラフは、0μmにおける蛍光面積とラマン面積をそれぞれ100にして、規格化されたものである。 Therefore, we investigated the change in peak area for each offset for the Raman peak near 1600 cm -1 and the change in the spectral area of the fluorescent component in the band where no Raman peak occurs (2500 to 2000 cm -1 ), as shown in Figure 8. We confirmed that the fluorescent component (fluorescence area) gradually decreases from its peak at the beam spot, while the Raman peak (Raman area) rapidly decreases from its peak at the beam spot. Note that the graph showing the area for each offset in Figure 8 has been normalized by setting the fluorescent area and Raman area at 0 μm to 100.
そして発明者らは、蛍光の強度分布が、ビームスポットを頂点とする比較的緩やかな山型になるのに対して、ラマン散乱光の強度分布は、ビームスポットを頂点とするガウス分布型になると推定した。ラマン散乱光は、ビームスポットの位置から離れると急激に減少し、少し離れたあとはほとんど零になるからである。 The inventors then estimated that while the intensity distribution of fluorescence is a relatively gentle mountain-shaped distribution with the beam spot at its peak, the intensity distribution of Raman scattered light is a Gaussian distribution with the beam spot at its peak. This is because Raman scattered light decreases rapidly as it moves away from the beam spot, and becomes almost zero after a short distance.
なお、ラマン散乱光は、非弾性的な散乱光であり、励起光の強度に比例することから、ラマン光の分布は、励起光(レーザー光)と同様にガウス分布型になるものと言える。これに対して、蛍光は、物質の吸光に伴って発光する光であり、一定以上の励起光で飽和しやすい性質がある。そのため、蛍光の分布は、ガウス分布型にはならず、山型になるものと考えられる。別の言い方をすれば、試料に同じ励起光を当てた場合に、ラマン散乱光が検出される試料の体積が、蛍光が検出される試料の体積よりも小さいのである。 Raman scattered light is inelastically scattered light, and is proportional to the intensity of the excitation light; therefore, the distribution of Raman light can be said to be Gaussian, just like excitation light (laser light). In contrast, fluorescence is light emitted as a result of the absorption of light by a substance, and tends to saturate above a certain level of excitation light. For this reason, the distribution of fluorescence is thought to be mountain-shaped rather than Gaussian. In other words, when the same excitation light is irradiated onto a sample, the volume of the sample from which Raman scattered light is detected is smaller than the volume of the sample from which fluorescence is detected.
発明者らは、試料上でのこのような蛍光とラマン光の分布の違いがあることから、同一試料に対して、条件の異なる2通りのスペクトル測定を実行して、両スペクトルの差分を取ることで、蛍光の影響が相殺され、かつ所望のラマンピークが残された、良好なラマンスペクトルを取得できることを見出したのである。 The inventors discovered that, due to these differences in the distribution of fluorescence and Raman light on a sample, by performing two different spectral measurements on the same sample under different conditions and taking the difference between the two spectra, they could cancel out the effects of fluorescence and obtain a good Raman spectrum that retains the desired Raman peaks.
測定条件は何通りか設定できる。共通することは、スペクトルデータにおいて蛍光成分に対するラマンピークの割合が比較的大きくなるような測定条件と、比較的小さくなるような測定条件と、をそれぞれ設定することである。 Several measurement conditions can be set. What they all have in common is that some measurement conditions are set so that the ratio of Raman peaks to fluorescent components in the spectral data is relatively large, and other measurement conditions are set so that the ratio is relatively small.
ここで、図8の光の分布に示されるように、ビームスポット付近は、蛍光に対するラマン光の割合が比較的大きく、「ラマン光リッチな領域」と呼べる。そして、ビームスポットから離れたところは、蛍光に対するラマン光の割合がほとんど零に近く、「蛍光リッチな領域」と呼べる。 As shown in the light distribution in Figure 8, the ratio of Raman light to fluorescence is relatively high near the beam spot, and this can be called the "Raman light-rich region." Furthermore, away from the beam spot, the ratio of Raman light to fluorescence is almost zero, and this can be called the "fluorescence-rich region."
例えば、測定条件1として、本測定では、主に「ラマン光リッチな領域」を含む比較的狭い領域を、光の取り込み領域に設定する。そして、ベース測定では、主に「蛍光リッチな領域」を含む比較的広い領域を、光の取り込み領域に設定する。つまり、光の取り込み領域の面積を変えることによって、空間分解能が異なるようにする。 For example, under measurement condition 1, in this measurement, a relatively narrow region that mainly includes the "Raman light-rich region" is set as the light capture region. Then, in the base measurement, a relatively wide region that mainly includes the "fluorescence-rich region" is set as the light capture region. In other words, by changing the area of the light capture region, the spatial resolution can be varied.
また、例えば、測定条件2として、図7に示したように、本測定では、「ラマン光リッチな領域」を光の取り込み領域に設定し、ベース測定では、「蛍光リッチな領域」を光の取り込み領域に設定する。つまり、ビームスポットと取り込み領域の位置関係を変更する。 Furthermore, for example, under measurement condition 2, as shown in Figure 7, the "Raman light-rich region" is set as the light capture region in this measurement, and the "fluorescence-rich region" is set as the light capture region in the base measurement. In other words, the positional relationship between the beam spot and the capture region is changed.
また、例えば、測定条件3として、励起光の強度を変更する。本測定では、「ラマン光リッチな領域」に光の取り込み領域を設定して、蛍光成分に対するラマンピークの割合が比較的大きいスペクトルデータを得る。そして、ベース測定では、同じ取り込み領域のスペクトルを測定するが、励起光の強度を強くすることで蛍光を飽和させ、蛍光成分に対するラマンピークの割合が比較的小さいスペクトルデータを得る。 Also, for example, measurement condition 3 involves changing the intensity of the excitation light. In this measurement, the light capture region is set to a "Raman light-rich region" to obtain spectral data in which the ratio of Raman peaks to fluorescent components is relatively large. Then, in the base measurement, the spectrum of the same capture region is measured, but the intensity of the excitation light is increased to saturate the fluorescence and obtain spectral data in which the ratio of Raman peaks to fluorescent components is relatively small.
なお、図7のように複数通りのオフセット量の条件で測定したスペクトルデータは、それぞれの蛍光成分が互いに相似形(スペクトルデータの縦軸方向に対しての相似形である)になっている。また、図9に示すように空間分解能の条件(矩形スリット、ピンホールスリット)を変えて測定したスペクトルデータにおいても、それぞれの蛍光成分が互いに相似形になっている。従って、差スペクトルの算出においては、ベース測定のスペクトルデータに適当なベースライン係数を付与して、本測定のスペクトルデータとの差を取れば、蛍光成分をきれいにキャンセルできる。本発明では、測定条件の変化に伴った蛍光成分の強度変化率をそれぞれの蛍光面積などから算出し、この強度変化率に基づくベースライン係数を算出することにした。 In addition, as shown in Figure 7, the spectral data measured under multiple offset conditions shows that the fluorescent components have similar shapes (similar shapes along the vertical axis of the spectral data). Furthermore, as shown in Figure 9, the fluorescent components also have similar shapes in the spectral data measured under different spatial resolution conditions (rectangular slit, pinhole slit). Therefore, when calculating the difference spectrum, fluorescent components can be neatly canceled out by applying an appropriate baseline coefficient to the spectral data from the base measurement and taking the difference with the spectral data from the main measurement. In this invention, the intensity change rate of fluorescent components due to changes in measurement conditions is calculated from the fluorescent area of each component, and a baseline coefficient is calculated based on this intensity change rate.
このような理由で、本実施形態のスペクトル測定方法によれば、蛍光の影響によるベースラインの上昇および変形が補正されたラマンスペクトルデータを取得することができる。 For this reason, the spectral measurement method of this embodiment makes it possible to obtain Raman spectral data in which the baseline rise and distortion caused by the influence of fluorescence have been corrected.
11 可動ステージ(照射領域設定手段),12 対物レンズ,13 ビームスプリッタ,14 リジェクションフィルター,15 結像レンズ,16 開口部切換装置(取り込み領域設定手段),16A 矩形スリット板,16B ピンホールスリット板,17 分光器,18 CCD検出器,21 レーザー波長切換装置,22 ビームスポット位置変更装置(照射領域設定手段),23 レーザー制御装置,24 露光時間設定部,25 レーザー強度設定部,26,27 光源,30 スペクトルデータ処理装置,31 ベースライン補正部,32 ベースライン平坦化処理部,33 ノイズ除去部,34 差スペクトル算出部,35 ベースライン係数算出部,40 記憶装置。 11 Movable stage (irradiation area setting means), 12 Objective lens, 13 Beam splitter, 14 Rejection filter, 15 Imaging lens, 16 Aperture switching device (capture area setting means), 16A Rectangular slit plate, 16B Pinhole slit plate, 17 Spectrometer, 18 CCD detector, 21 Laser wavelength switching device, 22 Beam spot position changing device (irradiation area setting means), 23 Laser control device, 24 Exposure time setting unit, 25 Laser intensity setting unit, 26, 27 Light source, 30 Spectral data processing device, 31 Baseline correction unit, 32 Baseline flattening processing unit, 33 Noise removal unit, 34 Difference spectrum calculation unit, 35 Baseline coefficient calculation unit, 40 Storage device.
Claims (10)
前記光源、前記照射領域設定手段、前記取り込み領域設定手段のうちの少なくとも1つが、本測定の測定条件として、前記スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合がベース測定と比較して大きくなるように、前記取り込み領域、前記照射領域、および励起光強度のうちの少なくとも1つを設定し、および
前記ベース測定の測定条件として、前記スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合が前記本測定と比較して小さくなるように、前記取り込み領域、前記照射領域、および励起光強度のうちの少なくとも1つを設定するように構成され、
前記データ処理手段は、
測定条件の違いに応じたベース測定のスペクトルデータの蛍光成分の強度変化率を算出し、当該強度変化率に基づくベースライン係数を算出する係数算出部、および
前記ベース測定のスペクトルデータに前記ベースライン係数を付与したものと、前記本測定のスペクトルデータと、の差スペクトルを算出する差スペクトル算出部と、を含む、
ことを特徴とするラマン分光装置。 A Raman spectroscopic device comprising: a light source for excitation light of a single wavelength; a stage for placing a sample; an irradiation area setting means for setting an irradiation area of the excitation light on the sample; a take-up area setting means for setting a take-up area of the light on the sample; a spectroscope for spectrally detecting light from the take-up area; and a data processing means for processing spectral data based on the detection value from the spectroscope,
At least one of the light source, the irradiation area setting means, and the capture area setting means sets, as a measurement condition for the main measurement, at least one of the capture area, the irradiation area, and the excitation light intensity so that the ratio of the Raman peak to the fluorescent component in the spectral data is larger than that in the base measurement ; and
as a measurement condition for the base measurement, at least one of the capture area, the irradiation area, and the excitation light intensity is set so that a ratio of a Raman peak to a fluorescent component in the spectral data is smaller than that in the main measurement;
The data processing means
a coefficient calculation unit that calculates a rate of change in intensity of a fluorescent component of spectral data of a base measurement according to differences in measurement conditions and calculates a baseline coefficient based on the rate of change in intensity, and a difference spectrum calculation unit that calculates a difference spectrum between the spectral data of the base measurement to which the baseline coefficient has been assigned and the spectral data of the main measurement,
A Raman spectroscopic device characterized by:
試料上での励起光の照射領域を設定する照射領域設定手順と、試料上での光の取り込み領域を設定する取り込み領域設定手順と、励起光を照射する照射手順と、分光器からの検出値に基づいてスペクトルデータを取得する手順と、前記スペクトルデータを処理するデータ処理手順と、を含み、
前記照射領域設定手順、前記取り込み領域設定手順および前記照射手順のうちの少なくとも1つの手順では、
本測定の測定条件として、前記スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合がベース測定と比較して大きくなるように、前記取り込み領域、前記照射領域、および励起光強度のうちの少なくとも1つを設定すること、および
前記ベース測定の測定条件として、前記スペクトルデータにおける蛍光成分に対するラマンピークの割合が前記本測定と比較して小さくなるように、前記取り込み領域、前記照射領域、および励起光強度のうちの少なくとも1つを設定すること、の2通りをおこない、
前記データ処理手順は、
測定条件の違いに応じたベース測定のスペクトルデータの蛍光成分の強度変化率を算出し、当該強度変化率に基づくベースライン係数を算出する係数算出手順、および
前記ベース測定のスペクトルデータに前記ベースライン係数を付与したものと、前記本測定のスペクトルデータと、の差スペクトルを算出する差スペクトル算出手順、を含む、
ことを特徴とするラマンスペクトルの測定方法。 A method for measuring a Raman spectrum by capturing light from a sample excited with excitation light of a single wavelength into a spectrometer, comprising:
The method includes an irradiation area setting step of setting an irradiation area of the excitation light on the sample, a capture area setting step of setting a light capture area on the sample, an irradiation step of irradiating the excitation light, a step of acquiring spectral data based on detection values from a spectroscope, and a data processing step of processing the spectral data,
In at least one of the irradiation area setting step, the capture area setting step, and the irradiation step,
As a measurement condition for this measurement, at least one of the capture area, the irradiation area, and the excitation light intensity is set so that the ratio of the Raman peak to the fluorescent component in the spectrum data is larger than that in the base measurement; and
As the measurement conditions for the base measurement, at least one of the capture area, the irradiation area, and the excitation light intensity is set so that the ratio of the Raman peak to the fluorescent component in the spectral data is smaller than that in the main measurement;
The data processing procedure includes:
a coefficient calculation step of calculating a rate of change in intensity of a fluorescent component of spectral data of a base measurement according to differences in measurement conditions and calculating a baseline coefficient based on the rate of change in intensity; and a difference spectrum calculation step of calculating a difference spectrum between the spectral data of the base measurement to which the baseline coefficient has been assigned and the spectral data of the main measurement.
A method for measuring a Raman spectrum.
前記差スペクトル算出手順の後、前記差スペクトルのベースラインを平坦化するベースライン平坦化手順を含む、ことを特徴とするラマンスペクトルの測定方法。 9. The method according to claim 7, wherein the data processing step comprises:
A method for measuring a Raman spectrum, comprising, after the difference spectrum calculation step, a baseline flattening step of flattening the baseline of the difference spectrum.
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