キラル物質の検出装置、キラル物質の検出方法
【課題】簡易な構成で小型化が容易であり、かつ迅速にキラル物質の定性、定量を行うことが可能なキラル物質の検出装置を提供する。
【解決手段】キラル物質の検出装置１０は、試料溶液を収容するための試料セル１１と、この試料セル１１に向けて互いに周波数の異なる第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとを照射する光源ユニット１２と、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとが合波して試料セル１１で反射した和周波光ωＳＦを受光する検出器（検出手段）１４とを備えている。
【解決手段】キラル物質の検出装置１０は、試料溶液を収容するための試料セル１１と、この試料セル１１に向けて互いに周波数の異なる第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとを照射する光源ユニット１２と、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとが合波して試料セル１１で反射した和周波光ωＳＦを受光する検出器（検出手段）１４とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キラリティー（対掌性）を有するキラル物質の定性、定量を行うためのキラル物質の検出装置、およびキラル物質の検出方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
キラリティー（対掌性）を有するキラル液体として、例えば、キラル物質であるＤ−グルコースをアキラル溶媒である水に溶解したＤ−グルコース水溶液が挙げられる。こうしたＤ−グルコース水溶液に含まれるＤ−グルコースの定性、定量分析の一例として、血液中の血糖値の測定がある。
【０００３】
近年、糖尿病患者の増加とともに、血糖値の測定によって、糖尿病のごく初期段階での糖代謝の反応を測定することで早期診断に基づく早期治療が可能になっている。こうした血糖値の測定は、従来、指先などから採血を行い、血中のグルコースに対する酵素活性を測ることで行っていた。しかし、このような血糖値の測定方法は、指先などから血液を採取して測定しなければならず、採血に手間と痛みを伴うことや、血液を付着させる測定チップが必要なことから、採血を必要としない非侵襲型の血糖値の測定方法が望まれている。
【０００４】
そこで、例えば、皮膚に近赤外光を照射し、その光吸収量からグルコースの濃度を求める方法が検討されている（例えば、特許文献１、２を参照）。具体的には、予めグルコース濃度と照射する光の波長と光の吸収量との関係を示す検量線を作成しておき、モノクロメーター等を用いてある波長域を走査し、その波長域の各波長に対する吸収量を求め、当該波長及び吸収量と検量線とを比較することでグルコース濃度を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９３１６３８号公報
【特許文献２】特許第３９９４５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した各特許文献に記載された血液中に含まれるグルコース濃度（血糖値）の測定装置には次のような課題があった。
第１に、分光分析測定法は分子吸光の原理を用いているため、皮膚における血中グルコース相当での濃度における感度が低い。
第２に、分光分析測定法は、グルコースによる吸光度が大きくなる波長域を選択しても、皮膚の主成分である水、たんぱく質、脂質、グルコースのすべてに対する吸光度を測定することになり、水、たんぱく質、脂質による吸光度が大きくなる波長域を１０００ｎｍ〜２０００ｎｍの広い範囲に渡って選択した上で、主成分分析を用いて、もっとも皮膚主成分の吸収係数の温度変化にフィッティングする皮膚の主成分の量を推定する中でグルコースの濃度の定量をする必要があった。
【０００７】
このように、従来の血液中に含まれるグルコース濃度（血糖値）の測定装置では、皮膚の主成分における血糖相応のグルコース濃度を定量する精度を確保しつつ、装置を小型化し、且つ、測定時間を大幅に短縮することが困難であるという課題があった。
【０００８】
本発明は、こうした課題に鑑みて成されたものであり、本発明の一態様においては簡易な構成で小型化が容易であり、かつ迅速にキラル物質の定性、定量を行うことが可能なキラル物質の検出装置を提供する。
また、実施が容易な工程で、迅速にキラル物質の定性、定量を行うことが可能なキラル物質の検出方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のようなキラル物質の検出装置、およびキラル物質の検出方法を提供した。
すなわち、本発明のキラル物質の検出装置は、 アキラル溶媒にキラル溶質が溶解している試料溶液に含まれる、キラル溶質の定性、定量を行うキラル物質の検出装置であって、
前記試料溶液が収容される試料セルと、赤外域の周波数をもつ第１の光と、可視光域の周波数をもつ第２の光とを、前記試料溶液に照射する光源ユニットと、前記試料溶液の中で合波した前記第１の光と前記第２の光との和周波光の強度を検出する検出手段と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
前記光源ユニットは、前記第１の光と前記第２の光とを、前記試料溶液の液面近傍の合波点で合波させるように設定されていることが好ましい。
前記第１の光、および前記第２の光は、パルス光であることが好ましい。
【００１０】
既知のキラル物質の種類および／または濃度に応じた和周波光の強度データと、前記試料溶液の前記和周波光の強度とを比較し、前記試料溶液に溶解しているキラル溶質の種類および／または濃度を特定する演算手段を更に備えるのが好ましい。
【００１１】
前記第１の光、前記第２の光、前記和周波光の偏光は、順に、Ｓ−Ｐ−Ｐ、Ｐ−Ｓ−Ｐ、またはＰ−Ｐ−Ｓの組み合わせとなるようにされるのが好ましい。
また、前記試料セルの内面側の一面には、前記試料溶液の前記和周波光を前記検出手段に向けて反射させる光学反射面または、光学散乱層を形成するのが好ましい。
【００１２】
本発明のキラル物質の検出方法は、アキラル溶媒にキラル溶質が溶解しているキラル溶液に含まれる、キラル溶質の定性、定量を行うキラル物質の検出方法であって、
試料セルに前記キラル溶液を収容し、赤外域の周波数をもつ第１の光と可視光域の周波数をもつ第２の光とを、前記試料溶液の中で合波するように照射させ、前記第１の光の周波数と第２の光の周波数との和周波光を発生させる和周波発生工程と、前記和周波光の強度を検出する検出工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
前記第１の光と前記第２の光は、前記試料溶液の液面近傍の合波点で合波するように照射されるのが好ましい。
【００１３】
キラル物質の和周波光のピークを探す状況での前記和周波発生工程では、前記第２の光の周波数を固定しつつ、前記第１の光の周波数を赤外域の範囲内で連続的または段階的に変化させ、
前記検出工程では、前記第１の光の周波数変化に応じた前記和周波光の強度変化を検出することが好ましい。
また、前記合波点は、前記試料溶液の液面から前記第１の光と前記第２の光とのコヒーレンス長だけ離れた位置に設定されることが好ましい。
【００１４】
あらかじめキラル物質を特定してある場合は、前記第１の光の周波数をキラル物質の和周波光のピークに固定しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のキラル物質の検出装置を示す構成図である。
【図２】光学反射面での和周波光発生の様子を示す模式図である。
【図３】和周波光発生時のエネルギー状態を示す模式図である。
【図４】光学反射面近傍でのキラル液体の様子を示す模式図である。
【図５】第１の光を赤外域で変化させて測定したＤ−グルコース水溶液の和周波光のピークを示すグラフである。
【図６】光学散乱層での和周波光発生の様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係るキラル物質の検出装置、およびキラル物質の検出方法の一実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１７】
図１は本発明に係るキラル物質の検出装置の構成を示す概略構成図である。
キラル物質の検出装置（以下、単に検出装置と称する）１０は、試料溶液Ｓを収容するための試料セル１１と、この試料セル１１に向けて互いに周波数の異なる第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとを照射する光源ユニット１２と、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとが合波点Ｐで合波して和周波光ωＳＦとなり、試料セル１１で反射させて受光する検出器（検出手段）１４とを備えている。また、光強度算出部２１、比較演算部２２、比較データ記憶部２３、および表示部２４等からなる制御ユニット２０を備えている。
【００１８】
試料セル１１は、例えば、全体が石英ガラスによって形成され、内面のうちの一面が光学反射面１１ａを成す。光学反射面１１ａは、例えば、鏡面を成す金属膜などから形成されれば良い。そして、この試料セル１１の内部には、光学反射面１１ａに接して試料溶液Ｓが注入される。
【００１９】
光源ユニット１２は、例えば、レーザー光源３１、変調器３２、および第１の光ωＩＲや第２の光ωＶＩＳの光路上に形成された複数のミラー３３、プリズム３４、ハーフミラー３５等からなる。レーザー光源３１は、モードロックのＮｄ−ＹＡＧレーザー装置であればよく、例えば、１０６４ｎｍの基本波と、５３２ｎｍの第二高調波とを出力する。１０６４ｎｍの基本波と５３２ｎｍの第二高調波は、ポンプ光として変調器３２に入力される。
【００２０】
変調器３２は、例えば、光パラメトリック発振／増幅システム（Optical Parametiric Generatoor：OPG/Applifer：OPA）であり、光軸と非線形光学結晶の結晶軸の角度とを変えることによって、例えば、波長が３．２〜３．７μｍの範囲の赤外光を出力することができる。これによって、変調器３２からは、赤外域で任意の周波数をもつ第１の光ωＩＲが試料セル１１に向けて出射される。
【００２１】
一方、レーザー光源３１から出力された５３２ｎｍの第二高調波は、ハーフミラー３５によってその一部が分岐し、所定の光路を経て、可視光域の周波数をもつ第２の光ωＶＩＳとして試料セル１１に向けて出射される。なお、こうした第２の光ω２の光路をミラー３３やプリズム３４などによって延長することにより、変調器３２から出力される第１の光ωＩＲと、第２の光ωＶＩＳとを同じタイミングで試料セル１１に入射させることができる。
【００２２】
試料セル１１には、試料となるキラル液体、例えば、アキラル溶媒に、任意の種類、濃度のキラル溶質（キラル物質）が溶解した試料溶液Ｓを注入すればよい。なお、周知の通り、キラル物質とはキラリティがある物質、即ち、結合の組み換えなしには分子をそれ自身の鏡像に重ね合わせることができない（対掌性）構造を持つものであり、Ｄ−グルコースはその一例である。一方、アキラル溶媒とは、キラリティがない液体であり、水は代表的なものである。そして、こうしたキラル物質（キラル溶質）をアキラル溶媒に溶解したキラル液体の一例として、Ｄ−グルコース水溶液が挙げられる。こうした水溶液中のＤ−グルコースの特定や、その濃度を測定できれば、血中の糖度、即ち血糖値も検出（測定）できる。
【００２３】
光源ユニット１２から出射された第１の光ωＩＲや第２の光ωＶＩＳは、それぞれ所定の角度で試料セル１１に入射される。この時、第１の光ωＩＲは、光学反射面１１ａに対して、例えば５０°の角度で入射させればよく、また、第２の光ωＶＩＳは、光学反射面１１ａに対して、例えば４５°の角度で入射させればよい。
【００２４】
これら第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとは、試料溶液Ｓの液面近傍、例えば、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとのコヒーレンス長だけ試料溶液Ｓの液面から離れた位置を合波点Ｐとして、互いに交わるように照射される。そして、この合波点Ｐにおいて、第１の光ωＩＲの周波数と、第２の光ωＶＩＳの周波数との和周波となる和周波光ωＳＦが形成され、光学反射面１１ａで反射されて試料セル１１から出射される。こうした和周波光ωＳＦの合波点Ｐにおける出射角度（出射方向）は、第１の光ωＩＲや第２の光ωＶＩＳの反射光または透過光の波動ベクトルの和から算出することができる。
【００２５】
図２に示すように、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとが互いに異なる角度から合波すると、ωＩＲ＋ωＶＩＳ＝ωＳＦの周波数で示される和周波光ωＳＦが生じる。ωＩＲが試料の分子振動と一致すると共鳴的に増大することを利用して，振動分光を行うことができる。和周波光では、赤外活性モードおよびラマン活性モードが両方観測される。赤外活性モードは双極子モーメントが変化する場合、ラマン活性モードは分極率モーメントが変化する場合に許容される。
【００２６】
図３に示すように、和周波光においてこの両モードが許容になる理由は、｜g＞から｜ａ＞への遷移が赤外吸収過程に相当し、｜ａ＞から｜ｂ＞への遷移と｜ｂ＞から｜ｇ＞への緩和がラマン散乱過程に相当するためである。分子振動の振動数は赤外域に相当するが、，赤外光と可視光を用いたＳＦＧ分光では、検出する和周波光が可視光域になるため、赤外光の検出器に比べて感度を高くできる可視光域の光検出器を用いることができる。
【００２７】
こうした第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとの合波による和周波光ωＳＦの生成条件として、和周波光ωＳＦは非対称な構造のみから発生することがあげられる。このため、鏡像対称性の欠如したキラル分子は、和周波の発生が許容される。こうした和周波の発生において有用なパラメータとして、２つの入射光と和周波光との偏光方向が挙げられる。
【００２８】
それぞれの光に対してＰ偏光またはＳ偏光のどちらかを採用すると、これらは合計８組の組合せが可能である。それぞれの組合せごとによるスペクトルの相違を解析することにより、分子の対称性や配向特性を調べることも可能である。例えば、対称中心を持つ媒質では、和周波光の発生は禁制となり、反転対称性を欠いたキラリティ構造やその表面・界面からのみ、和周波光が発生する。図２に示す構成では、第１の光ωＩＲ、第２の光ωＶＩＳ、および和周波光である和周波光ωＳＦが、順に、Ｓ−Ｐ−Ｐ、Ｐ−Ｓ−Ｐ、またはＰ−Ｐ−Ｓの組み合わせとなる時にのみ、キラル液体からの和周波光ωＳＦの発生が許容される。
【００２９】
なお、図６に示すように、試料溶液Ｓを注入するための試料セル４１として、内面のうちの一面を光学反射面に代えて光学散乱層４２を形成し、この光学散乱層４２に向けて第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとを互いに異なる角度から合波させ、ωＩＲ＋ωＶＩＳ＝ωＳＦの周波数で示される和周波光ωＳＦを生じさせる構成であっても良い。
【００３０】
図４は、試料セル１１における光学反射面１１ａと、この光学反射面１１ａに接する試料溶液Ｓ（キラル液体）との界面付近の様子を示した模式図である。図４中でキラル物質のバルク水溶液は太い矢印線で示す。また、光学反射面との界面近傍にある界面の水溶液は細い矢印線で示す。
【００３１】
図４によれば、バルク水溶液による和周波光と、界面近傍の水溶液による和周波光との光強度を比較すると、バルク水溶液の和周波光の光強度が十分強い。その理由は、光学反射面との界面近傍では、分子１層分のみ作用するのに対して、キラル物質が溶解しているバルク水溶液は分子量が遥かに多く、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとが合波されるコヒーレント長の距離の間隔で和周波光ωＳＦが発生するからである。また、光学反射面との界面近傍の水による和周波光は、偏光の種類を選択することで禁制にすることもできる。
【００３２】
このように、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとの合波による和周波光の発生の特徴として、測定対象となる分子の鏡像対称性に敏感であり、鏡像対称性が破れた界面、例えば、光学反射面１１ａに接する試料溶液Ｓの１原子分ないし数原子分の厚みの検出が可能である。こうした表面選択性によって、特定の界面近傍に限定してキラル物質の特定が可能となる。
【００３３】
以上のような原理によって、合波点Ｐで発生して光学反射面１１ａで反射された和周波光ωＳＦは、その反射方向の光路上に設置された検出器（検出手段）１４でその強度が検出される。検出器１４は、例えば、光電増倍管であればよく、入射した和周波光ωＳＦは光強度に応じて光量信号を出力する。出力された光量信号は、制御ユニット２０に入力される。
【００３４】
光強度算出部２１は、制御ユニット２０に入力された検出器１４からの光量信号に基づき、実際の和周波光の光強度を算出する。比較データ記憶部２３は、キラル物質の種類および／または濃度に応じて予め形成した和周波光の強度データ（検量線）を格納するメモリである。比較演算部（演算手段）２２は、制御ユニット２０に入力された光量信号と、比較データ記憶部２３から読み出した既知の強度データ（検量線）とを比較し、試料溶液Ｓ（キラル液体）に含まれているキラル物質の種類やその濃度を特定する。表示部２４は、例えばモニタからなり、比較演算部（演算手段）２２で特定されたキラル物質の種類やその濃度を表示する。
【００３５】
以上のような構成のキラル物質の検出装置を用いた、本発明のキラル物質の検出方法について、図１を参照して説明する。
以下の実施形態では、一例としてＤ−グルコース水溶液中のＤ−グルコースの濃度測定を挙げる。Ｄ−グルコース（キラル物質）の濃度測定にあたっては、まず、試料セル１１に試料溶液Ｓである濃度未知のＤ−グルコース水溶液（キラル液体）を注入する。そして、この試料セル１１を検出装置１０にセットする。
【００３６】
次に、この試料セル１１に向けて第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとを入射させる。具体的には、レーザー光源３１から、一定の周波数に固定された第２の光ωＶＩＳ、例えば５３２ｎｍの第二高調波（可視光）を試料セル１１の光学反射面１１ａに対して４５°の角度から入射させる。同時に、レーザー光源３１から、周波数を赤外域の範囲内で連続的ないし段階的に変化させた第１の光ωＩＲを試料セル１１の光学反射面１１ａに対して５０°の角度から入射させる。第１の光ωＩＲは、例えば、１０６４ｎｍの基本波と５３２ｎｍの第二高調波をポンプ光として変調器３２に入力し、波長が３．２〜３．７μｍの赤外域内で連続的ないし段階的に変化させればよい。
【００３７】
なお、こうした第１の光ωＩＲ、第２の光ωＶＩＳのうち、いずれか一方は測定対象となるキラル物質、即ち本実施形態ではＤ−グルコースの分子振動に共鳴する周波数の光とし、もう一方の光と、和周波光ωＳＦは、試料溶液のアキラル溶媒が水であるときには、水に最も吸収されにくい周波数となる組み合わせを選択するのが好ましい。
【００３８】
また、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとの合波点Ｐは、試料溶液Ｓの液面から第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳのコヒーレンス長だけ離れた位置に設定する。そして、この合波点Ｐにおいて、赤外光である第１の光ωＩＲと可視光である第２の光ωＶＩＳとが合波し、和周波光ωＳＦが生じる。合波点Ｐで発生する和周波光ωＳＦの周波数ωＳＦは、第１の光の周波数をωＩＲ、第２の光の周波数をωＶＩＳとすると、ωＳＦ＝ωＩＲ＋ωＶＩＳで示される。そして、この和周波光ωＳＦが光学反射面１１ａで反射され試料セル１１から出射される（和周波発生工程）。
【００３９】
この時、試料セル１１に注入された試料溶液Ｓに溶解しているＤ−グルコース（キラル溶質）の濃度に応じて、発生する和周波光ωＳＦの光強度が増減する。具体的には、Ｄ−グルコースの濃度が高まるにつれて発生する和周波光の光強度が増す。この和周波光の光強度を測定することによって、Ｄ−グルコースの濃度を測定（定量分析）することができる。
【００４０】
また、Ｄ−グルコースによって生じる和周波光ωＳＦの光強度は、第１の光ωＩＲの周波数を赤外域の範囲内で変化させた際に、特定の周波数、例えば２８８０ｃｍ−１付近でピークに達する。このピークの波形を検出することによって、試料溶液Ｓに他のキラル溶質が溶解している場合でも、Ｄ−グルコースの存在を検出する（定性分析）ことができる。
【００４１】
一例として、図５に、第１の光ωＩＲの周波数を２７００〜３１００ｃｍ−１の範囲で変化させた際の、Ｄ−グルコース水溶液の和周波光ωＳＦのピークを測定したグラフを示す。偏光の組み合わせは、第１の光：Ｐ、第２の光：Ｓ、和周波光：Ｐとし、第１の光の強度は５０．９μＪ／pulse（２８８０ｃｍ−１）、第２の光の強度は２４．９μＪ／pulseとした。
【００４２】
試料セル１１から出射した和周波光ωＳＦは、検出器（検出手段）１４に入射し、その光強度に応じて和周波光ωＳＦの光量信号が出力される（検出工程）。和周波光ωＳＦの光量信号が入力された比較演算部（演算手段）２２では、比較データ記憶部２３からＤ−グルコースの濃度を変化させて形成した検量線を参照する。
【００４３】
例えば、Ｄ−グルコースのピークとなる第１の光ωＩＲの周波数が２８８０ｃｍ−１付近での、和周波光ωＳＦの光強度とＤ−グルコースの濃度との関係を示す検量線が参照される。そして、この検量線と和周波光ωＳＦの光強度から、試料セル１１に注入された試料溶液Ｓに溶解しているＤ−グルコースの濃度を算出する。そして、算出されたＤ−グルコースの濃度を表示部２４に出力する。
【００４４】
以上のように、本発明に係るキラル物質の検出装置、およびキラル物質の検出方法によれば、赤外域の周波数の第１の光ωＩＲと、可視光域の第２の光ωＶＩＳとを、キラル液体である試料溶液を収容した試料セルの試料溶液Ｓ近傍の合波点で合波させることによって、試料溶液に含まれている（溶解している）キラル物質の濃度に応じた強度の和周波光ωＳＦを得ることができる。この和周波光の強度を検出することで、キラル物質の濃度を迅速、かつ容易に測定することが可能になる。また、こうした検出装置は、赤外光と可視光の２種類の光を照射できる光源と、合波させた和周波光ωＳＦを検出する光センサ、および試料セルだけで構成可能であるため、キラル物質の検出装置を小型軽量化することができる。
【００４５】
なお、上述した実施形態においては、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳは連続した照射光としたが、これら第１の光ωＩＲや第２の光ωＶＩＳを短時間パルス光としてもよい。この場合、例えば、測定対象の伝搬光路長分布のモデルと、短時間パルス光の時間分解波形のモデルとをそれぞれ記憶する。そして、短時間パルス光を照射した時刻以降の和周波光ωＳＦの強度を測定して、対応する時間における短時間パルス光の伝搬光路長モデルと時間分解波形のモデルとを参照して、特定の領域における測定目的の成分、例えばＤ−グルコースの濃度を算出する構成であってもよい。
【００４６】
また、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとの合波による和周波光ωＳＦの発生は、測定対象となる分子の鏡像対称性に敏感であり、鏡像対称性が破れた界面だけを選択的に、かつ高感度で検出が可能であるため、特定の界面近傍のキラル物質を１分子層分の厚みで観測することができる。
また、共鳴効果によって特定の電子状態、振動状態も測定が可能である。
更に、被測定対象となるキラル液体は、赤外光や可視光が透過可能であるなら測定可能であり、測定対象物の制約が極めて少なく、幅広いキラル物質の定量、定性に適用可能である。
【００４７】
例えば、こうしたキラル物質の検出装置、およびキラル物質の検出方法をキラル液体の一例であるＤ−グルコース水溶液の測定に適用できれば、血液中の糖度、即ち血糖値を皮膚の外側から非侵襲で測定することも可能になる。
【符号の説明】
【００４８】
１０…キラル物質の検出装置（検出装置）、１１…試料セル、１１ａ…光学反射面、１２…光源ユニット、１４…検出器（検出手段）、３１…レーザー光源、３２…変調器、、４２…光学散乱層、ωＩＲ…第１の光（赤外光）、ωＶＩＳ…第２の光（可視光）、ωＳＦ…和周波光、Ｐ…合波点。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キラリティー（対掌性）を有するキラル物質の定性、定量を行うためのキラル物質の検出装置、およびキラル物質の検出方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
キラリティー（対掌性）を有するキラル液体として、例えば、キラル物質であるＤ−グルコースをアキラル溶媒である水に溶解したＤ−グルコース水溶液が挙げられる。こうしたＤ−グルコース水溶液に含まれるＤ−グルコースの定性、定量分析の一例として、血液中の血糖値の測定がある。
【０００３】
近年、糖尿病患者の増加とともに、血糖値の測定によって、糖尿病のごく初期段階での糖代謝の反応を測定することで早期診断に基づく早期治療が可能になっている。こうした血糖値の測定は、従来、指先などから採血を行い、血中のグルコースに対する酵素活性を測ることで行っていた。しかし、このような血糖値の測定方法は、指先などから血液を採取して測定しなければならず、採血に手間と痛みを伴うことや、血液を付着させる測定チップが必要なことから、採血を必要としない非侵襲型の血糖値の測定方法が望まれている。
【０００４】
そこで、例えば、皮膚に近赤外光を照射し、その光吸収量からグルコースの濃度を求める方法が検討されている（例えば、特許文献１、２を参照）。具体的には、予めグルコース濃度と照射する光の波長と光の吸収量との関係を示す検量線を作成しておき、モノクロメーター等を用いてある波長域を走査し、その波長域の各波長に対する吸収量を求め、当該波長及び吸収量と検量線とを比較することでグルコース濃度を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９３１６３８号公報
【特許文献２】特許第３９９４５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した各特許文献に記載された血液中に含まれるグルコース濃度（血糖値）の測定装置には次のような課題があった。
第１に、分光分析測定法は分子吸光の原理を用いているため、皮膚における血中グルコース相当での濃度における感度が低い。
第２に、分光分析測定法は、グルコースによる吸光度が大きくなる波長域を選択しても、皮膚の主成分である水、たんぱく質、脂質、グルコースのすべてに対する吸光度を測定することになり、水、たんぱく質、脂質による吸光度が大きくなる波長域を１０００ｎｍ〜２０００ｎｍの広い範囲に渡って選択した上で、主成分分析を用いて、もっとも皮膚主成分の吸収係数の温度変化にフィッティングする皮膚の主成分の量を推定する中でグルコースの濃度の定量をする必要があった。
【０００７】
このように、従来の血液中に含まれるグルコース濃度（血糖値）の測定装置では、皮膚の主成分における血糖相応のグルコース濃度を定量する精度を確保しつつ、装置を小型化し、且つ、測定時間を大幅に短縮することが困難であるという課題があった。
【０００８】
本発明は、こうした課題に鑑みて成されたものであり、本発明の一態様においては簡易な構成で小型化が容易であり、かつ迅速にキラル物質の定性、定量を行うことが可能なキラル物質の検出装置を提供する。
また、実施が容易な工程で、迅速にキラル物質の定性、定量を行うことが可能なキラル物質の検出方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は次のようなキラル物質の検出装置、およびキラル物質の検出方法を提供した。
すなわち、本発明のキラル物質の検出装置は、 アキラル溶媒にキラル溶質が溶解している試料溶液に含まれる、キラル溶質の定性、定量を行うキラル物質の検出装置であって、
前記試料溶液が収容される試料セルと、赤外域の周波数をもつ第１の光と、可視光域の周波数をもつ第２の光とを、前記試料溶液に照射する光源ユニットと、前記試料溶液の中で合波した前記第１の光と前記第２の光との和周波光の強度を検出する検出手段と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
前記光源ユニットは、前記第１の光と前記第２の光とを、前記試料溶液の液面近傍の合波点で合波させるように設定されていることが好ましい。
前記第１の光、および前記第２の光は、パルス光であることが好ましい。
【００１０】
既知のキラル物質の種類および／または濃度に応じた和周波光の強度データと、前記試料溶液の前記和周波光の強度とを比較し、前記試料溶液に溶解しているキラル溶質の種類および／または濃度を特定する演算手段を更に備えるのが好ましい。
【００１１】
前記第１の光、前記第２の光、前記和周波光の偏光は、順に、Ｓ−Ｐ−Ｐ、Ｐ−Ｓ−Ｐ、またはＰ−Ｐ−Ｓの組み合わせとなるようにされるのが好ましい。
また、前記試料セルの内面側の一面には、前記試料溶液の前記和周波光を前記検出手段に向けて反射させる光学反射面または、光学散乱層を形成するのが好ましい。
【００１２】
本発明のキラル物質の検出方法は、アキラル溶媒にキラル溶質が溶解しているキラル溶液に含まれる、キラル溶質の定性、定量を行うキラル物質の検出方法であって、
試料セルに前記キラル溶液を収容し、赤外域の周波数をもつ第１の光と可視光域の周波数をもつ第２の光とを、前記試料溶液の中で合波するように照射させ、前記第１の光の周波数と第２の光の周波数との和周波光を発生させる和周波発生工程と、前記和周波光の強度を検出する検出工程と、を少なくとも備えたことを特徴とする。
前記第１の光と前記第２の光は、前記試料溶液の液面近傍の合波点で合波するように照射されるのが好ましい。
【００１３】
キラル物質の和周波光のピークを探す状況での前記和周波発生工程では、前記第２の光の周波数を固定しつつ、前記第１の光の周波数を赤外域の範囲内で連続的または段階的に変化させ、
前記検出工程では、前記第１の光の周波数変化に応じた前記和周波光の強度変化を検出することが好ましい。
また、前記合波点は、前記試料溶液の液面から前記第１の光と前記第２の光とのコヒーレンス長だけ離れた位置に設定されることが好ましい。
【００１４】
あらかじめキラル物質を特定してある場合は、前記第１の光の周波数をキラル物質の和周波光のピークに固定しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のキラル物質の検出装置を示す構成図である。
【図２】光学反射面での和周波光発生の様子を示す模式図である。
【図３】和周波光発生時のエネルギー状態を示す模式図である。
【図４】光学反射面近傍でのキラル液体の様子を示す模式図である。
【図５】第１の光を赤外域で変化させて測定したＤ−グルコース水溶液の和周波光のピークを示すグラフである。
【図６】光学散乱層での和周波光発生の様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明に係るキラル物質の検出装置、およびキラル物質の検出方法の一実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１７】
図１は本発明に係るキラル物質の検出装置の構成を示す概略構成図である。
キラル物質の検出装置（以下、単に検出装置と称する）１０は、試料溶液Ｓを収容するための試料セル１１と、この試料セル１１に向けて互いに周波数の異なる第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとを照射する光源ユニット１２と、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとが合波点Ｐで合波して和周波光ωＳＦとなり、試料セル１１で反射させて受光する検出器（検出手段）１４とを備えている。また、光強度算出部２１、比較演算部２２、比較データ記憶部２３、および表示部２４等からなる制御ユニット２０を備えている。
【００１８】
試料セル１１は、例えば、全体が石英ガラスによって形成され、内面のうちの一面が光学反射面１１ａを成す。光学反射面１１ａは、例えば、鏡面を成す金属膜などから形成されれば良い。そして、この試料セル１１の内部には、光学反射面１１ａに接して試料溶液Ｓが注入される。
【００１９】
光源ユニット１２は、例えば、レーザー光源３１、変調器３２、および第１の光ωＩＲや第２の光ωＶＩＳの光路上に形成された複数のミラー３３、プリズム３４、ハーフミラー３５等からなる。レーザー光源３１は、モードロックのＮｄ−ＹＡＧレーザー装置であればよく、例えば、１０６４ｎｍの基本波と、５３２ｎｍの第二高調波とを出力する。１０６４ｎｍの基本波と５３２ｎｍの第二高調波は、ポンプ光として変調器３２に入力される。
【００２０】
変調器３２は、例えば、光パラメトリック発振／増幅システム（Optical Parametiric Generatoor：OPG/Applifer：OPA）であり、光軸と非線形光学結晶の結晶軸の角度とを変えることによって、例えば、波長が３．２〜３．７μｍの範囲の赤外光を出力することができる。これによって、変調器３２からは、赤外域で任意の周波数をもつ第１の光ωＩＲが試料セル１１に向けて出射される。
【００２１】
一方、レーザー光源３１から出力された５３２ｎｍの第二高調波は、ハーフミラー３５によってその一部が分岐し、所定の光路を経て、可視光域の周波数をもつ第２の光ωＶＩＳとして試料セル１１に向けて出射される。なお、こうした第２の光ω２の光路をミラー３３やプリズム３４などによって延長することにより、変調器３２から出力される第１の光ωＩＲと、第２の光ωＶＩＳとを同じタイミングで試料セル１１に入射させることができる。
【００２２】
試料セル１１には、試料となるキラル液体、例えば、アキラル溶媒に、任意の種類、濃度のキラル溶質（キラル物質）が溶解した試料溶液Ｓを注入すればよい。なお、周知の通り、キラル物質とはキラリティがある物質、即ち、結合の組み換えなしには分子をそれ自身の鏡像に重ね合わせることができない（対掌性）構造を持つものであり、Ｄ−グルコースはその一例である。一方、アキラル溶媒とは、キラリティがない液体であり、水は代表的なものである。そして、こうしたキラル物質（キラル溶質）をアキラル溶媒に溶解したキラル液体の一例として、Ｄ−グルコース水溶液が挙げられる。こうした水溶液中のＤ−グルコースの特定や、その濃度を測定できれば、血中の糖度、即ち血糖値も検出（測定）できる。
【００２３】
光源ユニット１２から出射された第１の光ωＩＲや第２の光ωＶＩＳは、それぞれ所定の角度で試料セル１１に入射される。この時、第１の光ωＩＲは、光学反射面１１ａに対して、例えば５０°の角度で入射させればよく、また、第２の光ωＶＩＳは、光学反射面１１ａに対して、例えば４５°の角度で入射させればよい。
【００２４】
これら第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとは、試料溶液Ｓの液面近傍、例えば、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとのコヒーレンス長だけ試料溶液Ｓの液面から離れた位置を合波点Ｐとして、互いに交わるように照射される。そして、この合波点Ｐにおいて、第１の光ωＩＲの周波数と、第２の光ωＶＩＳの周波数との和周波となる和周波光ωＳＦが形成され、光学反射面１１ａで反射されて試料セル１１から出射される。こうした和周波光ωＳＦの合波点Ｐにおける出射角度（出射方向）は、第１の光ωＩＲや第２の光ωＶＩＳの反射光または透過光の波動ベクトルの和から算出することができる。
【００２５】
図２に示すように、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとが互いに異なる角度から合波すると、ωＩＲ＋ωＶＩＳ＝ωＳＦの周波数で示される和周波光ωＳＦが生じる。ωＩＲが試料の分子振動と一致すると共鳴的に増大することを利用して，振動分光を行うことができる。和周波光では、赤外活性モードおよびラマン活性モードが両方観測される。赤外活性モードは双極子モーメントが変化する場合、ラマン活性モードは分極率モーメントが変化する場合に許容される。
【００２６】
図３に示すように、和周波光においてこの両モードが許容になる理由は、｜g＞から｜ａ＞への遷移が赤外吸収過程に相当し、｜ａ＞から｜ｂ＞への遷移と｜ｂ＞から｜ｇ＞への緩和がラマン散乱過程に相当するためである。分子振動の振動数は赤外域に相当するが、，赤外光と可視光を用いたＳＦＧ分光では、検出する和周波光が可視光域になるため、赤外光の検出器に比べて感度を高くできる可視光域の光検出器を用いることができる。
【００２７】
こうした第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとの合波による和周波光ωＳＦの生成条件として、和周波光ωＳＦは非対称な構造のみから発生することがあげられる。このため、鏡像対称性の欠如したキラル分子は、和周波の発生が許容される。こうした和周波の発生において有用なパラメータとして、２つの入射光と和周波光との偏光方向が挙げられる。
【００２８】
それぞれの光に対してＰ偏光またはＳ偏光のどちらかを採用すると、これらは合計８組の組合せが可能である。それぞれの組合せごとによるスペクトルの相違を解析することにより、分子の対称性や配向特性を調べることも可能である。例えば、対称中心を持つ媒質では、和周波光の発生は禁制となり、反転対称性を欠いたキラリティ構造やその表面・界面からのみ、和周波光が発生する。図２に示す構成では、第１の光ωＩＲ、第２の光ωＶＩＳ、および和周波光である和周波光ωＳＦが、順に、Ｓ−Ｐ−Ｐ、Ｐ−Ｓ−Ｐ、またはＰ−Ｐ−Ｓの組み合わせとなる時にのみ、キラル液体からの和周波光ωＳＦの発生が許容される。
【００２９】
なお、図６に示すように、試料溶液Ｓを注入するための試料セル４１として、内面のうちの一面を光学反射面に代えて光学散乱層４２を形成し、この光学散乱層４２に向けて第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとを互いに異なる角度から合波させ、ωＩＲ＋ωＶＩＳ＝ωＳＦの周波数で示される和周波光ωＳＦを生じさせる構成であっても良い。
【００３０】
図４は、試料セル１１における光学反射面１１ａと、この光学反射面１１ａに接する試料溶液Ｓ（キラル液体）との界面付近の様子を示した模式図である。図４中でキラル物質のバルク水溶液は太い矢印線で示す。また、光学反射面との界面近傍にある界面の水溶液は細い矢印線で示す。
【００３１】
図４によれば、バルク水溶液による和周波光と、界面近傍の水溶液による和周波光との光強度を比較すると、バルク水溶液の和周波光の光強度が十分強い。その理由は、光学反射面との界面近傍では、分子１層分のみ作用するのに対して、キラル物質が溶解しているバルク水溶液は分子量が遥かに多く、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとが合波されるコヒーレント長の距離の間隔で和周波光ωＳＦが発生するからである。また、光学反射面との界面近傍の水による和周波光は、偏光の種類を選択することで禁制にすることもできる。
【００３２】
このように、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとの合波による和周波光の発生の特徴として、測定対象となる分子の鏡像対称性に敏感であり、鏡像対称性が破れた界面、例えば、光学反射面１１ａに接する試料溶液Ｓの１原子分ないし数原子分の厚みの検出が可能である。こうした表面選択性によって、特定の界面近傍に限定してキラル物質の特定が可能となる。
【００３３】
以上のような原理によって、合波点Ｐで発生して光学反射面１１ａで反射された和周波光ωＳＦは、その反射方向の光路上に設置された検出器（検出手段）１４でその強度が検出される。検出器１４は、例えば、光電増倍管であればよく、入射した和周波光ωＳＦは光強度に応じて光量信号を出力する。出力された光量信号は、制御ユニット２０に入力される。
【００３４】
光強度算出部２１は、制御ユニット２０に入力された検出器１４からの光量信号に基づき、実際の和周波光の光強度を算出する。比較データ記憶部２３は、キラル物質の種類および／または濃度に応じて予め形成した和周波光の強度データ（検量線）を格納するメモリである。比較演算部（演算手段）２２は、制御ユニット２０に入力された光量信号と、比較データ記憶部２３から読み出した既知の強度データ（検量線）とを比較し、試料溶液Ｓ（キラル液体）に含まれているキラル物質の種類やその濃度を特定する。表示部２４は、例えばモニタからなり、比較演算部（演算手段）２２で特定されたキラル物質の種類やその濃度を表示する。
【００３５】
以上のような構成のキラル物質の検出装置を用いた、本発明のキラル物質の検出方法について、図１を参照して説明する。
以下の実施形態では、一例としてＤ−グルコース水溶液中のＤ−グルコースの濃度測定を挙げる。Ｄ−グルコース（キラル物質）の濃度測定にあたっては、まず、試料セル１１に試料溶液Ｓである濃度未知のＤ−グルコース水溶液（キラル液体）を注入する。そして、この試料セル１１を検出装置１０にセットする。
【００３６】
次に、この試料セル１１に向けて第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとを入射させる。具体的には、レーザー光源３１から、一定の周波数に固定された第２の光ωＶＩＳ、例えば５３２ｎｍの第二高調波（可視光）を試料セル１１の光学反射面１１ａに対して４５°の角度から入射させる。同時に、レーザー光源３１から、周波数を赤外域の範囲内で連続的ないし段階的に変化させた第１の光ωＩＲを試料セル１１の光学反射面１１ａに対して５０°の角度から入射させる。第１の光ωＩＲは、例えば、１０６４ｎｍの基本波と５３２ｎｍの第二高調波をポンプ光として変調器３２に入力し、波長が３．２〜３．７μｍの赤外域内で連続的ないし段階的に変化させればよい。
【００３７】
なお、こうした第１の光ωＩＲ、第２の光ωＶＩＳのうち、いずれか一方は測定対象となるキラル物質、即ち本実施形態ではＤ−グルコースの分子振動に共鳴する周波数の光とし、もう一方の光と、和周波光ωＳＦは、試料溶液のアキラル溶媒が水であるときには、水に最も吸収されにくい周波数となる組み合わせを選択するのが好ましい。
【００３８】
また、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとの合波点Ｐは、試料溶液Ｓの液面から第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳのコヒーレンス長だけ離れた位置に設定する。そして、この合波点Ｐにおいて、赤外光である第１の光ωＩＲと可視光である第２の光ωＶＩＳとが合波し、和周波光ωＳＦが生じる。合波点Ｐで発生する和周波光ωＳＦの周波数ωＳＦは、第１の光の周波数をωＩＲ、第２の光の周波数をωＶＩＳとすると、ωＳＦ＝ωＩＲ＋ωＶＩＳで示される。そして、この和周波光ωＳＦが光学反射面１１ａで反射され試料セル１１から出射される（和周波発生工程）。
【００３９】
この時、試料セル１１に注入された試料溶液Ｓに溶解しているＤ−グルコース（キラル溶質）の濃度に応じて、発生する和周波光ωＳＦの光強度が増減する。具体的には、Ｄ−グルコースの濃度が高まるにつれて発生する和周波光の光強度が増す。この和周波光の光強度を測定することによって、Ｄ−グルコースの濃度を測定（定量分析）することができる。
【００４０】
また、Ｄ−グルコースによって生じる和周波光ωＳＦの光強度は、第１の光ωＩＲの周波数を赤外域の範囲内で変化させた際に、特定の周波数、例えば２８８０ｃｍ−１付近でピークに達する。このピークの波形を検出することによって、試料溶液Ｓに他のキラル溶質が溶解している場合でも、Ｄ−グルコースの存在を検出する（定性分析）ことができる。
【００４１】
一例として、図５に、第１の光ωＩＲの周波数を２７００〜３１００ｃｍ−１の範囲で変化させた際の、Ｄ−グルコース水溶液の和周波光ωＳＦのピークを測定したグラフを示す。偏光の組み合わせは、第１の光：Ｐ、第２の光：Ｓ、和周波光：Ｐとし、第１の光の強度は５０．９μＪ／pulse（２８８０ｃｍ−１）、第２の光の強度は２４．９μＪ／pulseとした。
【００４２】
試料セル１１から出射した和周波光ωＳＦは、検出器（検出手段）１４に入射し、その光強度に応じて和周波光ωＳＦの光量信号が出力される（検出工程）。和周波光ωＳＦの光量信号が入力された比較演算部（演算手段）２２では、比較データ記憶部２３からＤ−グルコースの濃度を変化させて形成した検量線を参照する。
【００４３】
例えば、Ｄ−グルコースのピークとなる第１の光ωＩＲの周波数が２８８０ｃｍ−１付近での、和周波光ωＳＦの光強度とＤ−グルコースの濃度との関係を示す検量線が参照される。そして、この検量線と和周波光ωＳＦの光強度から、試料セル１１に注入された試料溶液Ｓに溶解しているＤ−グルコースの濃度を算出する。そして、算出されたＤ−グルコースの濃度を表示部２４に出力する。
【００４４】
以上のように、本発明に係るキラル物質の検出装置、およびキラル物質の検出方法によれば、赤外域の周波数の第１の光ωＩＲと、可視光域の第２の光ωＶＩＳとを、キラル液体である試料溶液を収容した試料セルの試料溶液Ｓ近傍の合波点で合波させることによって、試料溶液に含まれている（溶解している）キラル物質の濃度に応じた強度の和周波光ωＳＦを得ることができる。この和周波光の強度を検出することで、キラル物質の濃度を迅速、かつ容易に測定することが可能になる。また、こうした検出装置は、赤外光と可視光の２種類の光を照射できる光源と、合波させた和周波光ωＳＦを検出する光センサ、および試料セルだけで構成可能であるため、キラル物質の検出装置を小型軽量化することができる。
【００４５】
なお、上述した実施形態においては、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳは連続した照射光としたが、これら第１の光ωＩＲや第２の光ωＶＩＳを短時間パルス光としてもよい。この場合、例えば、測定対象の伝搬光路長分布のモデルと、短時間パルス光の時間分解波形のモデルとをそれぞれ記憶する。そして、短時間パルス光を照射した時刻以降の和周波光ωＳＦの強度を測定して、対応する時間における短時間パルス光の伝搬光路長モデルと時間分解波形のモデルとを参照して、特定の領域における測定目的の成分、例えばＤ−グルコースの濃度を算出する構成であってもよい。
【００４６】
また、第１の光ωＩＲと第２の光ωＶＩＳとの合波による和周波光ωＳＦの発生は、測定対象となる分子の鏡像対称性に敏感であり、鏡像対称性が破れた界面だけを選択的に、かつ高感度で検出が可能であるため、特定の界面近傍のキラル物質を１分子層分の厚みで観測することができる。
また、共鳴効果によって特定の電子状態、振動状態も測定が可能である。
更に、被測定対象となるキラル液体は、赤外光や可視光が透過可能であるなら測定可能であり、測定対象物の制約が極めて少なく、幅広いキラル物質の定量、定性に適用可能である。
【００４７】
例えば、こうしたキラル物質の検出装置、およびキラル物質の検出方法をキラル液体の一例であるＤ−グルコース水溶液の測定に適用できれば、血液中の糖度、即ち血糖値を皮膚の外側から非侵襲で測定することも可能になる。
【符号の説明】
【００４８】
１０…キラル物質の検出装置（検出装置）、１１…試料セル、１１ａ…光学反射面、１２…光源ユニット、１４…検出器（検出手段）、３１…レーザー光源、３２…変調器、、４２…光学散乱層、ωＩＲ…第１の光（赤外光）、ωＶＩＳ…第２の光（可視光）、ωＳＦ…和周波光、Ｐ…合波点。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アキラル溶媒にキラル溶質が溶解している試料溶液に含まれる、キラル溶質の定性及び／または定量を行うキラル物質の検出装置であって、
前記試料溶液が収容される試料セルと、
赤外域の周波数をもつ第１の光と、可視光域の周波数をもつ第２の光とを、前記試料溶液に照射する光源ユニットと、
前記試料溶液の中で合波した前記第１の光と前記第２の光との和周波光の強度を検出する検出手段と、
を少なくとも備えたことを特徴とするキラル物質の検出装置。
【請求項２】
既知のキラル物質の種類および／または濃度に応じた和周波光の強度データと、前記試料溶液の前記和周波光の強度とを比較し、前記試料溶液に溶解しているキラル溶質の種類および／または濃度を特定する演算手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載のキラル物質の検出装置。
【請求項３】
前記第１の光、前記第２の光、前記和周波光の偏光は、順に、Ｓ−Ｐ−Ｐ、Ｐ−Ｓ−Ｐ、またはＰ−Ｐ−Ｓの組み合わせとなるようにされることを特徴とする請求項１または２記載のキラル物質の検出装置。
【請求項４】
前記試料セルの内面側の一面には、前記試料溶液の前記和周波光を前記検出手段に向けて反射させる光学反射面または、光学散乱層を形成したことを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載のキラル物質の検出装置。
【請求項５】
前記第１の光、および前記第２の光は、パルス光であることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載のキラル物質の検出装置。
【請求項６】
アキラル溶媒にキラル溶質が溶解しているキラル溶液に含まれる、キラル溶質の定性、定量を行うキラル物質の検出方法であって、
試料セルに前記キラル溶液を収容し、赤外域の周波数をもつ第１の光と可視光域の周波数をもつ第２の光とを、前記試料溶液の中で合波するように照射させ、前記第１の光の周波数と第２の光の周波数との和周波光を発生させる和周波発生工程と、
前記和周波光の強度を検出する検出工程と、を少なくとも備えたことを特徴とするキラル物質の検出方法。
【請求項７】
前記和周波発生工程では、前記第２の光の周波数を固定しつつ、前記第１の光の周波数を赤外域の範囲内で連続的または段階的に変化させ、
前記検出工程では、前記第１の光の周波数変化に応じた前記和周波光の強度変化を検出することを特徴とする請求項６記載のキラル物質の検出方法。
【請求項８】
前記第１の光と前記第２の光が合波する合波点は、前記試料溶液の液面から前記第１の光と前記第２の光とのコヒーレンス長だけ離れた位置に設定されることを特徴とする請求項６または７記載のキラル物質の検出方法。
【請求項１】
アキラル溶媒にキラル溶質が溶解している試料溶液に含まれる、キラル溶質の定性及び／または定量を行うキラル物質の検出装置であって、
前記試料溶液が収容される試料セルと、
赤外域の周波数をもつ第１の光と、可視光域の周波数をもつ第２の光とを、前記試料溶液に照射する光源ユニットと、
前記試料溶液の中で合波した前記第１の光と前記第２の光との和周波光の強度を検出する検出手段と、
を少なくとも備えたことを特徴とするキラル物質の検出装置。
【請求項２】
既知のキラル物質の種類および／または濃度に応じた和周波光の強度データと、前記試料溶液の前記和周波光の強度とを比較し、前記試料溶液に溶解しているキラル溶質の種類および／または濃度を特定する演算手段を更に備えたことを特徴とする請求項１記載のキラル物質の検出装置。
【請求項３】
前記第１の光、前記第２の光、前記和周波光の偏光は、順に、Ｓ−Ｐ−Ｐ、Ｐ−Ｓ−Ｐ、またはＰ−Ｐ−Ｓの組み合わせとなるようにされることを特徴とする請求項１または２記載のキラル物質の検出装置。
【請求項４】
前記試料セルの内面側の一面には、前記試料溶液の前記和周波光を前記検出手段に向けて反射させる光学反射面または、光学散乱層を形成したことを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載のキラル物質の検出装置。
【請求項５】
前記第１の光、および前記第２の光は、パルス光であることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載のキラル物質の検出装置。
【請求項６】
アキラル溶媒にキラル溶質が溶解しているキラル溶液に含まれる、キラル溶質の定性、定量を行うキラル物質の検出方法であって、
試料セルに前記キラル溶液を収容し、赤外域の周波数をもつ第１の光と可視光域の周波数をもつ第２の光とを、前記試料溶液の中で合波するように照射させ、前記第１の光の周波数と第２の光の周波数との和周波光を発生させる和周波発生工程と、
前記和周波光の強度を検出する検出工程と、を少なくとも備えたことを特徴とするキラル物質の検出方法。
【請求項７】
前記和周波発生工程では、前記第２の光の周波数を固定しつつ、前記第１の光の周波数を赤外域の範囲内で連続的または段階的に変化させ、
前記検出工程では、前記第１の光の周波数変化に応じた前記和周波光の強度変化を検出することを特徴とする請求項６記載のキラル物質の検出方法。
【請求項８】
前記第１の光と前記第２の光が合波する合波点は、前記試料溶液の液面から前記第１の光と前記第２の光とのコヒーレンス長だけ離れた位置に設定されることを特徴とする請求項６または７記載のキラル物質の検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１５３９２１（Ｐ２０１１−１５３９２１Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５８２０（Ｐ２０１０−１５８２０）
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]