JPH02223830A - ラマン分光分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はラマン分光分析装置、特に集光したラマン散乱
光を光ファイバーを介して分光分析部に［従来の技術］ レーザ光等の波長の短い単色光を試料に当て、散乱光を
レンズで集めて回折格子で分光すると、散乱光の成分に
は入射光と同じ波長の光の他に、波長の異なった光も含
まれている。

そして、入射光と同じ波長を持つ散乱光をレーリ散乱光
、波長の異なった散乱光をラマン散乱光と言い、ラマン
散乱光は入射光の振動数に対し、試料固有の振動数が結
合したものである。

したがって、ラマン散乱光を分光分析することにより、
試料の成分等を測定することができる。

このようなラマン分光分析は、古くは主として有機化合
物の分子構造の解析、官能基の分析等に利用されていた
が、最近では半導体、触媒、生体試料、大気汚染物質等
、各種試料についての応用が期待されている。

応用範囲の拡大に伴い、各種環境下でのラマン分光分析
が必要となり、例えば極低温クライオスラット中の試料
、真空系中の試料、設備据付中の試料等の、ｉｎ　５ｉ
ｔｕ状態でのラマン分光分析が要求されており、このよ
うな期待に応えるものとして試料からのラマン散乱光を
集光する集光部と、該ラマン散乱光を分光分析する分光
分析部とを光ファイバーにより接続したラマン分光分析
装置が開発されている。

したがって、このような装置によれば集光部のみを試料
に近づけ、該集光部から充分離隔した位置でラマン分光
分析結果を得ることが可能となる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の光ファイバーを用いたラマン分光
分析器装置では、集光部でラマン散乱光を集光し直接光
ファイバーに導入していたため、試料から同時に放射さ
れる反射光及びレーリ散乱光も光ファイバーに導入され
てしまうこととなる。

一般にラマン散乱光は、反射光あるいはレーリ散乱光の
１０−６から１０−１！倍と極めて弱い光であり、前記
反射光及びレーリ散乱光に起因して試料からのラマン散
乱光分析を極めて困難にしてしまうという課題があった
。

すなわち、試料からのラマン散乱光と共に光ファイバー
に導入された反射光及びレーリ散乱光は、光フアイバー
自体に対してラマン散乱光を生じさせる。このため、光
フアイバー特有のラマン散乱光が強く射出され、これが
バックグラウンドとなって試料のラマン散乱光が著しく
測定しにくくなってしまうのである。

この状態は第４図及び第５図に示されている。

すなわち、第４図は光フアイバー固有のラマンスペクト
ルの一例が示されており、このような光ファイバーによ
り集光部と分光分析部を接続したラマン分光分析装置を
用いてケイ素Ｓｉのラマンスペクトルを得ると第５図に
示すようになってしまう。

第５図においてピークＩがＳｉのラマン散乱光であるが
、その前後にわたって著しい光ファイバーに起因するラ
マン散乱光が見られ、ピークＩの測定を著しく困難にし
ていることが理解される。

このような光ファイバーに由来するラマン散乱光を排除
するため、集光部と光ファイバーの間に各種フィルター
を設け、試料からの反射光及びレーリ散乱光を除去する
ことも考えられるが、フィルターを用いたのではレーリ
散乱光の除去率が余り良好とは言えず、しかも試料から
のラマン散乱光の立上がりを悪くし、測定精度を悪化さ
せてしまうという課題を生じる。

さらに、ラマン分光分析を行なうにあたっては、試料に
照射するレーザ光等の波長を変化させることが多いが、
フィルターを用いたのでは照射レーザ光の波長を変える
ごとに該フィルターを交換しなければならず、測定が極
めて煩雑になってしまうという課題も生じる。

本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり
、その目的は光ファイバーに導入される反射光及びレー
リ散乱光の影響を低減するすることのできるラマン分光
分析装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するために、本発明にかかるラマン分光
分析装置は、集光部で集光されたラマン散乱光を分光分
析部へ導光する光ファイバーと、前記光ファイバーと集
光部の間に配置され反射光及びレーリ散乱光を除去する
フィルター分光器と、を含むことを特徴とする。

［作用］ 本発明にかかるラマン分光分析装置は、前述した手段を
有するので、試料からの反射光及びレーリ散乱光は、フ
ィルター分光器で分光・除去され、ラマン散乱光のみが
光ファイバーに導光される。

なお、フィルター分光器で分光・採取される帯域は容易
に変更可能であるので、試料に照射するレーザ光の波長
を変化させた場合にも、適切にラマン散乱光のみを光フ
ァイバーへ導光することができる。

以上のように、本発明にかかるラマン分光分析装置によ
れば、光ファイバーへは試料からの反射光及びレーリ散
乱光がほとんど入射されず、該光フアイバー固有のラマ
ン散乱光を生じてしまうことはない。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１図には本発明にがかるラマン分光分析装置の概略構
成が示されている。

同図に示すラマン分光分析装置は、集光部１０と、加分
散型ダブルモノクロメータよりなる分光分析部１２と、
集光部１０で集光されたラマン散乱光を分光分析部１２
へ導光する光ファイバー１４と、を含む。

そして、光ファイバー１４により導光されたラマン散乱
光は、加分散型ダブルモノクロメータ１２により分光分
析され、その結果はＤＣアンプ１６を介してＸ−Ｙレコ
ーダ１８に記録するものである。

本発明において特徴的なことは、先ファイバーと集光部
の間にフィルター分光器を配置したことであり、このた
めに本実施例においてはゼロ（０）分散型ダブルモノク
ロメータよりなるフィルター分光器２２を設けている。

そして、集光部１０で集光された試料からの反射光、レ
ーリ散乱光、ラマン散乱光はフィルター分光器２２によ
り分光され、反射光及びレーリ散乱光が除去されると共
にラマン散乱光のみが光ファイバー１４へ導光されるこ
ととなる。

第２図には、本実施例にかかるラマン分光分析装置の集
光部１０及びフィルター分光器２２の詳細構造が示され
ている。

同図より明らかなように、レーザ光源３０より出射され
たレーザ光は試料３２の表面に照射され、該試料３２表
面よりの反射光、レーリ散乱光、及びラマン散乱光が集
光部１０の集光レンズ３４により集光される。

そして、集光レンズ３４により集光された光は、スリッ
ト３６を介してゼロ分散型ダブルモノクロメータ２２に
入射する。

このゼロ分散型ダブルモノクロメータは分光器を直列に
２個つないだものであるが、この分光器では反射レーザ
光及びレーリ散乱光の除去を行なうのみであり、ラマン
散乱光の帯域でのスペクトル分解は行なわない。

すなわち、スリット３６を通過した光は、先ず凹面鏡３
８により反射され平行光となって回折格子４０に至る。

該回折格子４０はある角に回転しており、その回折光が
凹面鏡４２に至る。ここで、回折格子４０による回折角
度は光の波長によって異なり、前記レーザ光源３０から
出射されたレーザ光の波長と同一の反射レーザ光及びレ
ーリ散乱光と、ラマンシフトしたラマン散乱光とが分光
分離される。

そして、凹面鏡４２は、ミラー４４を介してスリット４
６上に結像し、ラマン散乱光成分のみをスリット４６か
ら透過させる（第一モノクロ）。

反射レーザ光及びレーリ散乱光はスリット４６にて除去
され、スリット４６を透過した光は、ミラー４８、凹面
鏡５０、回折格子５２、凹面鏡５４により、第一モノク
ロと逆の作用の作用が行なわれ、スリット４６を透過し
た光（反射レーザ光ないしレーリ散乱光を分光除去した
光）は元の分光していない光に戻されてスリット５４か
ら出光する。

該スリット５４から出光したラマン散乱光は、リレーレ
ンズ５６により光ファイバー１４の端面に結像され該光
ファイバー１４に導入されることとなる。

ここで、前述したようにゼロ分散型ダブルモノクロメー
タは反射レーザ光及びレーリ散乱光の除去のみを行ない
、ラマン散乱光のスペクトル分解は行なわないため（す
なわちスリット５４での結像は、入射スリット３６と１
：１の像のため）、スリット５４から出光しリレーレン
ズ５６で結像されるラマン散乱光は極めて小さなスポッ
トとすることが可能となり、光ファイバー１４への導光
効率が極めて良好に維持される。

そして、第１図に示すように、光ファイバー１４により
導光されたラマン散乱光は、集光レンズ５８を介して加
分散型ダブルモノクロメータ１２に入光し、所定の分光
分析作用が行なわれる。

すなわち、加分散型ダブルモノクロメータ１２は前記ゼ
ロ分散型ダブルモノクロメータと同様２個の分光器を直
列につないだものであるが、最初の分光器により得られ
た分光スペクトルを次の分光器でより加重して分散させ
る構成となっている。

従って、この加分散型ダブルモノクロメータ１２により
ラマン分散光の波長帯域が高い分解能で分光され、詳細
なラマンスペクトルを得ることができる。

第３図には、本実施例にかかるラマン分光分析装置を用
いて得たＳｉのラマンスペクトルが示されており、前記
第５図に示す従来のラマンスペクトルと比較すると光フ
アイバー固有のラマンスペクトルがほとんど除去され、
Ｓｉのピーク■のみが顕著に得られることが理解される
。

以上のように、本実施例にかかるラマン分光分析装置に
よれば、フィルター分光器としてダブルモノクロメータ
を用いたので、試料からの反射し一ザ光及びレーリ散乱
光を効率的に除去すると共に、照射レーザ光波長を変え
た場合にも除去帯域の変更が容易に行なわれる。

また、フィルター分光器はゼロ分散型である為、加分散
型ダブルモノクロメータとは異なリラマン散乱光の分光
は行なわず、光ファイバーへの導光も極めて容易である
。

そして、光ファイバー１４を導光されてきたラマン散乱
光は、加分散型ダブルモノクロメータにより詳細に分光
され、極めて正確かつ高精度のラマンスペクトルデータ
を得ることができる。

なお、本実施例においては分光手段として分光器を２個
直列につないだダブルモノクロメータを用いた例につい
て説明したが、これに限られるものではなく、１個ない
し３個以上を直列につないだものでもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明にかかるラマン分光分析装
置によれば、集光部と光ファイバーの間にフィルター分
光器を配置したので、光ファイバーへはラマン散乱光以
外の反射光あるいはレーリ散乱光はほとんど導入されず
光フアイバー固有のラマン散乱光が発生しない為、極め
て高精度のラマン分光分析を行なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかるラマン分光分析装置
の全体構成の説明図、 第２図は第１図に示した装置のフィルター分光器の構成
の説明図、 第３図は第１図に示した装置により得られたＳｔラマン
スペクトルの説明図、 第４図は光フアイバー固有のラマンスペクトルの説明図
、 第５図はフィルター分光器を設けない場合のＳｉのラマ
ンスペクトルの説明図である。 （分光分析部） １４・・・光ファイバー ２２・・・ゼロ分散型ダブルモノクロメータ（フィルタ
ー分光器）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）試料からラマン散乱光を集光する集光部と、前記
   ラマン散乱光を分光分析する分光分析部と、を含むラマ
   ン分光分析装置において、 前記集光部により集光されたラマン散乱光を分光分析部
   へ導光する光ファイバーと、 前記光ファイバーと集光部の間に配置され試料からの反
   射光、レーリ散乱光を除去するフィルター分光器と、 を含むことを特徴とするラマン分光分析装置。