ＱＣＭデバイス及びＱＣＭデバイスを用いた気体分子の検出方法
【課題】測定チャンバー内を被測定ガスが気体分子の組成を変えることなく流れるようにしたＱＣＭデバイスを提供することを目的とする。
【解決手段】一端側に被測定対象気体が供給される吸入口を有し、他端側に被測定対象気体が排出される排出口を有する閉空間を形成する測定チャンバーと、吸入口と排出口との相互間に気圧差を形成して被測定対象気体を吸入口から排出口に向かって移動させる圧力差発生手段と、測定チャンバー内に被測定対象気体の流れ方向において配置される複数の振動子と、を備え、測定チャンバーは内壁にフッ素系ポリマーが塗布された金属容器であり、フッ素系ポリマーの内壁で囲まれた複数の振動子にはそれぞれ特定の気体分子を吸着する感応膜が形成されている。
【解決手段】一端側に被測定対象気体が供給される吸入口を有し、他端側に被測定対象気体が排出される排出口を有する閉空間を形成する測定チャンバーと、吸入口と排出口との相互間に気圧差を形成して被測定対象気体を吸入口から排出口に向かって移動させる圧力差発生手段と、測定チャンバー内に被測定対象気体の流れ方向において配置される複数の振動子と、を備え、測定チャンバーは内壁にフッ素系ポリマーが塗布された金属容器であり、フッ素系ポリマーの内壁で囲まれた複数の振動子にはそれぞれ特定の気体分子を吸着する感応膜が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニオイに関係する気体分子などの吸着を発振周波数の変化によって検出するＱＣＭ(Quartz Micro Balance)デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ニオイをもたらす気体分子を検出するセンサーとして、例えば、ＱＣＭデバイスがある。ＱＣＭデバイスは、水晶振動子の振動体表面に何らかの分子が付着すると、その付着量（重さ）に応じて共振周波数が変化（減少）する現象を利用して特定分子の存在やその量を検出するものである。ＱＣＭデバイスには、例えば、ＡＴカット型の水晶振動子が用いられる。ＡＴカットとは水晶結晶軸に対しある特定の方位のカット基板のことで、室温近傍で温度係数変化が極小になり温度安定性に優れている。
【０００３】
ＡＴカット水晶振動子は、基板表裏に形成した励振電極間に電圧を印加すると表面と裏面が互い違いにスライドするいわゆる厚みすべり振動モードで動作する。その共振振動数ｆ0は表裏の電極に挟まれた部位の水晶板厚に反比例し、一般に次のような関係がある。
【０００４】
ｆ0（ＭＨｚ）＝１６７０／水晶板厚（μｍ）
そして、このＡＴカット水晶振動子を用いたＱＣＭデバイスの吸着物質量ΔＭと周波数
変化量Δｆの関係は次のSauerbreyの式で表されることが知られている。
【数１】
ここで、ｆ0：振動子の共振周波数、ρ：水晶の密度、μ：水晶のせん断弾性定数、Ａ:有効振動面積（略電極面積）である。上式より、水晶振動子の共振周波数ｆ0を高めることにより、感度すなわち吸着物質量ΔＭあたりの周波数変化量Δｆを高められることがわかる。
【０００５】
ＱＣＭデバイスは様々な用途に用いることができるが、振動子の表面にニオイ分子のような特定の分子を選択的に吸着する吸着膜（感応膜）を形成しておくことで、特定のニオイを検出するニオイセンサとして応用することができる。また、ＤＮＡのハイブリダイゼーションを利用したバイオセンサー、ガスセンサーなどとしても応用が検討されている。
【０００６】
例えば、特開２００９−２３６６０７号公報にはＱＣＭデバイスの例が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２３６６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ニオイは、単一の気体分子（化合物）のみで構成される場合よりも、複数種類の気体分子（化合物）で構成される混合気体である場合が多い。よって、ニオイを検出する場合に、検出途中で被測定対象気体から一つあるいはいくつかの気体成分が抜ける（減少する）と別のニオイになったり、そのニオイの特徴がなくなったりしてしまい、検出誤差の原因の一つとなる。
【０００９】
上述したＱＣＭデバイスのニオイセンサーでは、通常、特定の感応膜を使用した複数種類の振動子センサが測定チャンバー内に上流から下流に向かって多数配置される。各振動子センサーには同じ組成の状態で被測定対象気体が供給されることが望ましいが、多数の振動子センサーを配置するために一定の距離を要する。このため、被測定気体を構成する気体分子が途中でトラップされる等して被測定気体の組成が途中で変化することが考えられる。これは被測定気体の成分を検出する際の誤差要因となる。
【００１０】
よって、本発明は複数の振動子センサーが配置されたチャンバー内を被測定気体が可及的に気体組成を変えることなく流れるようにしたＱＣＭデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を達成する本発明のＱＣＭデバイスの一形態は、一端側に被測定対象気体が供給される吸入口を有し、他端側に上記被測定対象気体が排出される排出口を有する閉空間を形成する測定チャンバーと、上記吸入口と上記排出口との相互間に気圧差を形成して上記被測定対象気体を上記吸入口から上記排出口に向かって移動させる圧力差発生手段と、上記測定チャンバー内に上記被測定対象気体の流れ方向において配置される複数の振動子と、を備え、上記測定チャンバーは、内壁にフッ素系ポリマーが塗布された金属容器であり、上記フッ素系ポリマーの内壁で囲まれた上記複数の振動子にはそれぞれ特定の気体分子を吸着する感応膜が形成されている、ことを特徴とする。
【００１２】
かかる構成とすることによって、被測定対象気体（混合気体）を構成する気体成分の測定チャンバー内壁への付着あるいは物理的吸着を抑制し、被測定気体の組成が途中で変化する（組成気体の種類及び濃度）ことを防止する。測定チャンバー内を上流から下流に向かって同じ組成の被測定気体が複数の振動子上を流れるので測定の精度が向上する。
【００１３】
望ましくは、測定チャンバーの内径を可及的に狭くし、被測定対象気体が複数の振動子からなる振動子アレイに沿って流れるようにする。それにより、被測定対象気体が各振動子の感応膜に同条件（ガス組成）で当たるようにする。また、測定チャンバーの内壁表面積を減少することにより、、被測定対象気体の分子が測定チャンバーの内壁に吸着される量を減少する。
【００１４】
上記フッ素系ポリマーは、ポリフッ化ビニリデンを含むことが望ましい。後述のように、測定チャンバー内壁に気体分子が物理的に付着することを抑制する（付着が少ない）種々の材料を検討したところ、フッ素系ポリマーが好ましく、ポリフッ化ビニリデンが最も良い結果を示した。
【００１５】
ＱＣＭデバイスの複数の振動子に形成された各感応膜は、それぞれ特定の気体分子を吸着する特性を持つ、異なる種類の感応膜であることが望ましい。それにより、複数種類の気体分子を検出することが可能となる。検出した気体分子の組み合わせによって特定物質のニオイであることを判別可能となる。
【００１６】
上記感応膜は、有機低分子膜、有機高分子膜、及び無機膜のいずれかによって形成されていることが望ましい。これ等の膜が感応膜として使用可能であることが実験で確かめられている。
上記感応膜は、膜材料を溶剤に溶かして塗布、抵抗加熱蒸着、イオンビーム蒸着、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical vapor deposition）法などを使用して形成されている。
【００１７】
好ましくは、上記測定チャンバーは、金属容器と、該金属容器の内壁に形成されたフッ素系ポリマーを含んで構成される。金属容器とすることによって測定チャンバーの機械的強度を確保することができる。測定チャンバーに生じた撓みなどは、測定チャンバーに結合した部材によって内部に配置（支持）された振動子（圧電素子）アレイに歪みなどの影響を与えるので、樹脂パイプ（容器）などよりも金属（例えば、アルミニウム）が望ましい。また、金属容器の内壁にフッ素系ポリマーを塗布することによって測定チャンバーを製作すれば、フッ素系樹脂だけで測定チャンバーを製作する場合に比べて、製造技術的にも容易で、安価である。
【００１８】
また、本発明の一つの実施態様である気体分子の検出方法は、ＱＣＭデバイスを用いた気体分子の検出方法において、被測定対象気体が一方向に流れる流路に特定の気体分子を吸着する感応膜を形成した複数の振動子からなる振動子列を該流れに沿って配置し、少なくとも上記複数の振動子の列全体を内壁がフッ素系ポリマーである流路で囲んだ状態で各振動子の周波数測定を行う、ことを特徴とする。
【００１９】
かかる構成とすることによって、流路の内壁に被測定対象気体の一部が物理的に吸着されて気体流路の上流側の振動子と下流側の振動子とで被測定対象気体の組成が変化することを可及的に抑制することが可能となる。
【００２０】
上記フッ素系ポリマーは、ポリフッ化ビニリデンを含むことが望ましい。種々の実験の結果、フッ素系高分子膜に気体分子が付着しにくい傾向があり、とりわけポリフッ化ビニリデンの複数種類の気体分子に対する付着防止効果が顕著である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のＱＣＭデバイスによれば、測定チャンバー内壁における気体分子の物理的な吸着が減少するので、気体の流れ方向に沿って配置された振動子アレイの各振動子に被測定ガスが可及的に均等に与えられるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＱＣＭデバイスの出力特性例を説明するグラブである。
【図２】ＱＣＭデバイスのセンサアレイの出力例（試料がトルエンの場合）を説明するグラフである。
【図３】ＱＣＭデバイスのセンサアレイの出力例（試料が酢酸の場合）を説明するグラフである。
【図４】ＱＣＭデバイスによる測定装置の構成例を説明する説明図である。
【図５】ＱＣＭデバイスの測定チャンバー部の構成例を説明する説明図である。
【図６】ポリフッ化ビニリデンによる吸着防止効果を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ、発明の実施形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
なお、以下の実施形態では、本発明のＱＣＭデバイスをニオイセンサーに適用したものを例に説明するが、本発明のＱＣＭデバイスが適用されるものはこれに限られず、例えば、ガス警報器、火災警報器、呼気などのニオイ分析を利用した健康診断装置等にも使用できる。
【００２４】
まず、ＱＣＭデバイスによる混合気体の測定例を説明する。図１は、被測定気体としてアップル香料（多成分の混合気体）をＱＣＭデバイスで測定した例（一つの振動子センサの出力例）を示す。同図において、縦軸は周波数変化量（Ｈｚ）、横軸は時間（秒）である。
【００２５】
図中に示すように、被測定気体を測定チャンバーに導入し、振動子を短時間暴露した後、暴露を停止している。暴露を停止した後も吸着した気体分子の量の上昇が確認される。これは気体分子（化合物）の種類によって物質表面への物理的な吸着特性が異なるため、流路に存在する物質（物体）によってトラップされている時間が気体分子の種類によって異なる結果、クロマトグラフ現象と類似の、気体分子の吸着特性などの違いによって移動に時間差を生じるためと考えられる。
【００２６】
図２及び図３は、ＱＣＭデバイスの振動子センサアレイの配置位置による出力例を示している。各図において、縦軸は周波数変化量（Ｈｚ）を、横軸は時間（秒）を表している。これ等の例では、測定チャンバー内に、気体分子の流れ方向に（上流側から下流に向かって）１６個の振動子センサ（１６チャンネル）を一列に配置し、単一の気体分子（化合物）で短時間暴露している。各センサはセンサの位置以外は同じ条件となるようにしている。
【００２７】
図２は、被測定対象気体として、濃度１０ｐｐｍのトルエン（単一の化合物）を空気をキャリアとしてアルミニウム製の被測定チャンバーに短時間導入し、上流側から下流側に向かって配置された１６個の振動子センサ（１６チャンネル）の内、チャネル１、４、９、１２、１６の出力周波数変化を示している。各振動子センサの感応膜は同じものである。
【００２８】
同図に示されるように、同じ被測定対象気体であるにもかかわらず、上流側から下流側に位置するに従って振動子センサの周波数変化量は減少する（出力が減る）。これは、被測定対象の気体分子の付着量が下流側に行くに従って減少していることを意味している。
【００２９】
図３は、被測定対象気体として、濃度０．３ｐｐｍの酢酸（単一の化合物）を空気をキャリアとしてアルミニウム製の被測定チャンバーに短時間導入し、上流側から下流側に向かって配置された１６個の振動子センサ（１６チャンネル）の内、チャンネル１、８、１６の出力周波数変化例を示している。各振動子センサの感応膜は同じものである。この例においても、同じ被測定対象気体（酢酸蒸気）であるにもかかわらず、上流側から下流側に位置するに従って振動子センサの周波数変化量は減少する（出力が減る）傾向を示している。
【００３０】
これ等の、直列に並べられた振動子の最前と最後のものでは同一の素子、同一の濃度のニオイを暴露したにもかかわらず周波数変化量が異なるという結果は、気体分子が振動子に到着するまでに流路（測定チャンバー）への吸着で濃度変化が起きたと考えられる。流路・測定チャンバーへの吸着は、流路・測定チャンバーの部材の材質、気体分子（ニオイ）の種類によって異なる。
【００３１】
そこで、本願は測定チャンバーへの被測定対象気体分子の物理的吸着を減少したＱＣＭデバイスを提供する。
図４及び図５は、本発明の実施例を示している。図４は、ＱＣＭデバイスの全体構成を概略的に示しており、図５は、測定チャンバーの構成を示している。
【００３２】
図４に示すように、図示しない、被試料のニオイ物質（あるいは臭気気体）を詰めた容器から試料供給弁を介して被測定対象気体がキャリアガス（例えば、空気）と共に測定チャンバー１０の吸入口１２に供給される。測定チャンバー１０の吸入口１２と対向する側には排出口１４が設けられている。排出口１４には、負圧を形成して被測定対象気体を測定チャンバー内に導入するための圧力差発生手段としてのエアポンプ２０が設けられる。圧力差発生手段は吸入口１２と排出口１４との間に気圧差を形成してキャリアガスと共に被測定対象気体を測定チャンバー内を流動させるものであり、上記ポンプの他、回転ファンなどであってもよい。測定チャンバー１０の排出口１４に導出された被測定対象気体はポンプの排気口から外部に排出される。
【００３３】
測定チャンバー１０は機械的強度を保つために金属製の密閉容器であり、一段側に吸入口１２が設けられ、他端側に排出口１４が設けられた筒状の部材である。実施例では、加工の容易性と装置重量の点から部材にアルミニウムを用いているが、鉄、ステンレスなど、他の材質であっても良い。測定チャンバー１０の内壁の表面積を小さくするため水晶振動子のサイズ、数に合わせて可能な限り測定チャンバー１０の容積あるいは内径を可及的に小さくする。例えば、実施例では流路の断面積を１００ｍｍ2としている。後述のように、測定チャンバー１０の内壁には、被測定対象気体分子の付着を防止する付着防止膜が形成されている。付着防止膜としては、例えば、フッ素系ポリマーが好ましく、実施例では、フッ素系ポリマーのポリフッ化ビニリデンが成膜されている。
【００３４】
なお、測定チャンバーの部材をフッ素樹脂で作ることも可能であるが、フッ素樹脂（例えば、商品名「テフロン（登録商標）」）は型の形成性が悪い。例えば、テフロン（登録商標）の塊からの削りだしや粉末の圧縮加温により行われる。このため製造効率があまり良くない。また、水晶振動子は圧力変化などに敏感であるため、プラスチックなど柔軟な素材をセンサー部の周囲に用いることができない。
【００３５】
測定チャンバー１０内には、複数の水晶振動子が一列（列状）に配置された振動子アレイ３０が配置される。図示しないが、振動子アレイ３０の基板は支持部材によって測定チャンバー１０に固定されている。振動子アレイ３０の複数の振動子（複数チャンネル）は発振回路部４０に設けられた複数の発振回路にそれぞれ接続されている。各発振回路の周波数出力信号は周波数カウンタ部５０に設けられた複数の周波カウンタにそれぞれ供給され、各出力信号の周波数が計測される。各チャンネルの周波数計測値はコンピュータシステム（図示せず）によってデータ処理されてニオイ物質の判別が行われる。
【００３６】
図５は、測定チャンバー１０の構成例を示す断面図である。
測定チャンバー１０は、アルミニウムの金属容器１６の内壁にフッ素系ポリマーであるポリフッ化ビニリデン１８を塗布によって成膜している。チャンバーへのポリフッ化ビニリデンの塗布方法（手順）は、まず、ポリフッ化ビニリデンを溶液に溶かす。溶剤は、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトフェノン、Ｎ-メチル-２-ピロリドン、テトラヒドロフランなど溶かすことができるものであれば良い。例えば、溶媒として、ケトン、エステル、環状エーテル、アミド、スルフィド類などの極性溶媒を使用することが考えられる。このポリフッ化ビニリデンを溶かした溶液中にアルミニウム製のチャンバーを浸漬する。その後、溶液から引き上げて乾燥させる。それにより、測定チャンバー１０の内壁にポリフッ化ビニリデン１８を成膜することができる。
【００３７】
なお、測定チャンバー１０を両端が開口した筒状体（パイプ）で形成し、内壁にポリフッ化ビニリデン膜の形成後、筒状体の両端部にそれぞれ内側にポリフッ化ビニリデン膜を形成した蓋を結合（螺合など）することによって製造しも良い。
【００３８】
測定チャンバー１０の内部には、複数の振動子センサ３２からなる振動子センサアレイ３０が配置されている。図５では、振動子センサ３２は５つのみ示されているが、所要数設けられる。振動子センサ３２は、圧電素子である共振周波数３０ＭＨｚのＡＴカット水晶振動子と、その表面に、例えば、厚さ１００ｎｍのポリスチレン膜がニオイ吸着膜（感応膜）として形成されている。既述したように、水晶振動子は発振回路に接続されて１つの発振器を構成しており、その振動周波数は周波数カウンタにより計測されている。水晶振動子は、例えば、断面積１００ｍｍ2の流路（測定チャンバー）内に気体の流れに平行に配置される。流路の出口端１４にはポンプ２０が接続され、例えば、毎分約５００ｃｃの気体が流路入口１２より流入するようになされる。
【００３９】
複数の振動子センサ３２の水晶振動子の表面には、それぞれ特性の異なる感応膜が形成されている。感応膜は有機低分子膜、有機高分子膜、無機膜などにより形成される。感応膜の形成方法は、感応膜材料を溶剤に溶かして塗布する塗布法、抵抗加熱蒸着法、イオンビーム蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical vapor deposition）法など薄膜を形成できる方法が適宜に選択される。
【００４０】
例えば、ポリマーの製膜材料としては、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、６−ナイロン、セルロースアセテート、ポリ-９，９-ジオクチレフルオレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルカルバゾール、ポリエチレンオキシド、ポリ塩化ビニル、ポリ-ｐ-フェニレンエーテルスルホン、ポリ-１-ブテン、ポリブタジエン、ポリフェニルメチルシラン、ポリカプロラクトン、ポリビスフェノキシホスファゼン、ポリプロピレンなどの単一構造からなるホモポリマー。ホモポリマー２種以上の共重合体であるコポリマー。これらを混合したブレンドポリマーなどが使用可能である。
【００４１】
例えば、有機低分子材料としては、トリス（８-キノリノラト）アルミニウム（Alq3）、α-NPD、BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl- 1,10-phenanthroline)、CBP（4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl）、銅フタロシアニン、C60、ペンタセン、アントラセン、チオフェン、Ir(ppy)3、トリアジンチオール誘導体、ジオクチルフルオレン誘導体、テトラテトラコンタン、パリレンなどが使用可能である。
【００４２】
また、例えば、無機材料としては、アルミナ、チタニア、五酸化バナジウム、酸化タングステン、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、アルミニウム、金、銀、スズ、インジウム・シン・オキサイド（ＩＴＯ）、カーボンナノチューブ、塩化ナトリウム、塩化マグネシウムなどが使用可能である。
【００４３】
図６は、ポリフッ化ビニリデンの非吸着性の効果を説明する説明図である。
同図は、ポリフッ化ビニリデンを測定値チャンバーの内壁に成膜することによる効果（気体分子の非吸着性）を検証するために、水晶振動子上に感応膜としてポリフッ化ビニリデンを１００ｎｍの膜厚で形成し、複数のニオイの気体分子（濃度１０ｐｐｍ）で暴露した結果（周波数変化量）を示している。
【００４４】
測定結果は同図に示すように、ｎ−ヘキサンは０．１Ｈｚ、ｎ−オクタンは０．１Ｈｚ、シクロヘキサンは０．０６Ｈｚ、トルエンは０．３Ｈｚ、ｐ−キシレンは０．５Ｈｚ、酢酸エチルは０．２Ｈｚ、酢酸ブチルは０．５Ｈｚ、ジエチルエーテルは０．０２Ｈｚ、テトラヒドロフランは０．１Ｈｚ、クロロホルムは０．２Ｈｚ、ジクロロメタンは０Ｈｚ、１，２−ジクロロエタンは０．０４Ｈｚ、アセトンは０．０２Ｈｚ、メタノールは０．１Ｈｚ、エタノールは０．２Ｈｚ、ＩＰＡは０．０６Ｈｚ、酢酸は０．０９Ｈｚ、プロピオン酸は０．５Ｈｚであった。
【００４５】
既述のように、水晶振動子の感応膜に気体分子が吸着すると共振周波数が低下し、気体分子の付着量が増す程周波変化量が増大する。実験の結果は、気体分子の種類に拘わらず、全般的に周波数変化は僅かであることを示している。試料のうち最も大きい周波数変化を示したものは酢酸ブチル、ｐ−キシレンであり、０．５Ｈｚ程度の周波数変化である。これは、気体の濃度が１０ｐｐｍであるとき、最大０．００２ｎｇ（ナノグラム）／ｍｍ2程度の吸着量である。よって、ポリフッ化ビニリデンを皮膜した測定チャンバーを用いることによって各種の気体分子の付着を減らすことが出来ることが判る。
【００４６】
以上説明しように、測定チャンバーの金属やその他の部材がむき出しの時と比較して、ポリフッ化ビニリデンを塗布した測定チャンバーを使うことにより、流路の途中で被測定対象気体分子の特定成分が流路壁に吸着されて減少することが回避可能となり、水晶振動子センサの測定チャンバー内の位置による影響（出力低下）を軽減することが可能となる。
また、測定チャンバ内を被測定混合気体分子がガス組成を変化することなく移動するので、各水晶振動子センサを同じ組成の混合ガスで暴露することが可能となる。
【００４７】
上述した実施例では、測定チャンバーへのポリフッ化ビニリデン膜の形成をポリフッ化ビニリデン溶液の塗布により行うので、フッ素樹脂ブロックを測定チャンバーの形状に加工する場合と比較して製造容易であり、製造効率が向上する。また、フッ素樹脂ブロックを加工する場合と比較してフッ素樹脂使用量を大幅に低減できる。
【００４８】
また、測定チャンバーを金属材料で構成するので測定チャンバを電気的に接地することで測定チンバー内を電気的にシールドすることが出来、高周波遮断効果や、周囲の電磁的外乱（電気ノイズ）の影響を受けにくいノイズ防止効果が得られるＱＣＭデバイスとなる。
また、測定チャンバーにおける気体分子の吸着ロスが減少することによって測定チャンバーに供給される被測定対象ガス（入口気体）と、測定チャンバーから排出される被測定対象ガス（出口気体）が略同じであり、測定チャンバ内を被測定混合ガスがガス組成を変化することなく移動する。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本願発明はＱＣＭデバイスの特性を向上させるものであるり、ニオイセンサーの用途に限られるものではない。例えば、各種のガスセンサーなどに用いて好適である。
なお、上記発明の実施形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 測定チャンバー、１２ 吸入口、１４ 排出口、１８ ポリフッ化ビニリデン膜、２０ ポンプ、３０ 振動子アレイ、３２ 振動子センサ、４０ 発振回路部、５０ 周波数カウンタ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニオイに関係する気体分子などの吸着を発振周波数の変化によって検出するＱＣＭ(Quartz Micro Balance)デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ニオイをもたらす気体分子を検出するセンサーとして、例えば、ＱＣＭデバイスがある。ＱＣＭデバイスは、水晶振動子の振動体表面に何らかの分子が付着すると、その付着量（重さ）に応じて共振周波数が変化（減少）する現象を利用して特定分子の存在やその量を検出するものである。ＱＣＭデバイスには、例えば、ＡＴカット型の水晶振動子が用いられる。ＡＴカットとは水晶結晶軸に対しある特定の方位のカット基板のことで、室温近傍で温度係数変化が極小になり温度安定性に優れている。
【０００３】
ＡＴカット水晶振動子は、基板表裏に形成した励振電極間に電圧を印加すると表面と裏面が互い違いにスライドするいわゆる厚みすべり振動モードで動作する。その共振振動数ｆ0は表裏の電極に挟まれた部位の水晶板厚に反比例し、一般に次のような関係がある。
【０００４】
ｆ0（ＭＨｚ）＝１６７０／水晶板厚（μｍ）
そして、このＡＴカット水晶振動子を用いたＱＣＭデバイスの吸着物質量ΔＭと周波数
変化量Δｆの関係は次のSauerbreyの式で表されることが知られている。
【数１】
ここで、ｆ0：振動子の共振周波数、ρ：水晶の密度、μ：水晶のせん断弾性定数、Ａ:有効振動面積（略電極面積）である。上式より、水晶振動子の共振周波数ｆ0を高めることにより、感度すなわち吸着物質量ΔＭあたりの周波数変化量Δｆを高められることがわかる。
【０００５】
ＱＣＭデバイスは様々な用途に用いることができるが、振動子の表面にニオイ分子のような特定の分子を選択的に吸着する吸着膜（感応膜）を形成しておくことで、特定のニオイを検出するニオイセンサとして応用することができる。また、ＤＮＡのハイブリダイゼーションを利用したバイオセンサー、ガスセンサーなどとしても応用が検討されている。
【０００６】
例えば、特開２００９−２３６６０７号公報にはＱＣＭデバイスの例が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２３６６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ニオイは、単一の気体分子（化合物）のみで構成される場合よりも、複数種類の気体分子（化合物）で構成される混合気体である場合が多い。よって、ニオイを検出する場合に、検出途中で被測定対象気体から一つあるいはいくつかの気体成分が抜ける（減少する）と別のニオイになったり、そのニオイの特徴がなくなったりしてしまい、検出誤差の原因の一つとなる。
【０００９】
上述したＱＣＭデバイスのニオイセンサーでは、通常、特定の感応膜を使用した複数種類の振動子センサが測定チャンバー内に上流から下流に向かって多数配置される。各振動子センサーには同じ組成の状態で被測定対象気体が供給されることが望ましいが、多数の振動子センサーを配置するために一定の距離を要する。このため、被測定気体を構成する気体分子が途中でトラップされる等して被測定気体の組成が途中で変化することが考えられる。これは被測定気体の成分を検出する際の誤差要因となる。
【００１０】
よって、本発明は複数の振動子センサーが配置されたチャンバー内を被測定気体が可及的に気体組成を変えることなく流れるようにしたＱＣＭデバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を達成する本発明のＱＣＭデバイスの一形態は、一端側に被測定対象気体が供給される吸入口を有し、他端側に上記被測定対象気体が排出される排出口を有する閉空間を形成する測定チャンバーと、上記吸入口と上記排出口との相互間に気圧差を形成して上記被測定対象気体を上記吸入口から上記排出口に向かって移動させる圧力差発生手段と、上記測定チャンバー内に上記被測定対象気体の流れ方向において配置される複数の振動子と、を備え、上記測定チャンバーは、内壁にフッ素系ポリマーが塗布された金属容器であり、上記フッ素系ポリマーの内壁で囲まれた上記複数の振動子にはそれぞれ特定の気体分子を吸着する感応膜が形成されている、ことを特徴とする。
【００１２】
かかる構成とすることによって、被測定対象気体（混合気体）を構成する気体成分の測定チャンバー内壁への付着あるいは物理的吸着を抑制し、被測定気体の組成が途中で変化する（組成気体の種類及び濃度）ことを防止する。測定チャンバー内を上流から下流に向かって同じ組成の被測定気体が複数の振動子上を流れるので測定の精度が向上する。
【００１３】
望ましくは、測定チャンバーの内径を可及的に狭くし、被測定対象気体が複数の振動子からなる振動子アレイに沿って流れるようにする。それにより、被測定対象気体が各振動子の感応膜に同条件（ガス組成）で当たるようにする。また、測定チャンバーの内壁表面積を減少することにより、、被測定対象気体の分子が測定チャンバーの内壁に吸着される量を減少する。
【００１４】
上記フッ素系ポリマーは、ポリフッ化ビニリデンを含むことが望ましい。後述のように、測定チャンバー内壁に気体分子が物理的に付着することを抑制する（付着が少ない）種々の材料を検討したところ、フッ素系ポリマーが好ましく、ポリフッ化ビニリデンが最も良い結果を示した。
【００１５】
ＱＣＭデバイスの複数の振動子に形成された各感応膜は、それぞれ特定の気体分子を吸着する特性を持つ、異なる種類の感応膜であることが望ましい。それにより、複数種類の気体分子を検出することが可能となる。検出した気体分子の組み合わせによって特定物質のニオイであることを判別可能となる。
【００１６】
上記感応膜は、有機低分子膜、有機高分子膜、及び無機膜のいずれかによって形成されていることが望ましい。これ等の膜が感応膜として使用可能であることが実験で確かめられている。
上記感応膜は、膜材料を溶剤に溶かして塗布、抵抗加熱蒸着、イオンビーム蒸着、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical vapor deposition）法などを使用して形成されている。
【００１７】
好ましくは、上記測定チャンバーは、金属容器と、該金属容器の内壁に形成されたフッ素系ポリマーを含んで構成される。金属容器とすることによって測定チャンバーの機械的強度を確保することができる。測定チャンバーに生じた撓みなどは、測定チャンバーに結合した部材によって内部に配置（支持）された振動子（圧電素子）アレイに歪みなどの影響を与えるので、樹脂パイプ（容器）などよりも金属（例えば、アルミニウム）が望ましい。また、金属容器の内壁にフッ素系ポリマーを塗布することによって測定チャンバーを製作すれば、フッ素系樹脂だけで測定チャンバーを製作する場合に比べて、製造技術的にも容易で、安価である。
【００１８】
また、本発明の一つの実施態様である気体分子の検出方法は、ＱＣＭデバイスを用いた気体分子の検出方法において、被測定対象気体が一方向に流れる流路に特定の気体分子を吸着する感応膜を形成した複数の振動子からなる振動子列を該流れに沿って配置し、少なくとも上記複数の振動子の列全体を内壁がフッ素系ポリマーである流路で囲んだ状態で各振動子の周波数測定を行う、ことを特徴とする。
【００１９】
かかる構成とすることによって、流路の内壁に被測定対象気体の一部が物理的に吸着されて気体流路の上流側の振動子と下流側の振動子とで被測定対象気体の組成が変化することを可及的に抑制することが可能となる。
【００２０】
上記フッ素系ポリマーは、ポリフッ化ビニリデンを含むことが望ましい。種々の実験の結果、フッ素系高分子膜に気体分子が付着しにくい傾向があり、とりわけポリフッ化ビニリデンの複数種類の気体分子に対する付着防止効果が顕著である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のＱＣＭデバイスによれば、測定チャンバー内壁における気体分子の物理的な吸着が減少するので、気体の流れ方向に沿って配置された振動子アレイの各振動子に被測定ガスが可及的に均等に与えられるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＱＣＭデバイスの出力特性例を説明するグラブである。
【図２】ＱＣＭデバイスのセンサアレイの出力例（試料がトルエンの場合）を説明するグラフである。
【図３】ＱＣＭデバイスのセンサアレイの出力例（試料が酢酸の場合）を説明するグラフである。
【図４】ＱＣＭデバイスによる測定装置の構成例を説明する説明図である。
【図５】ＱＣＭデバイスの測定チャンバー部の構成例を説明する説明図である。
【図６】ポリフッ化ビニリデンによる吸着防止効果を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ、発明の実施形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
なお、以下の実施形態では、本発明のＱＣＭデバイスをニオイセンサーに適用したものを例に説明するが、本発明のＱＣＭデバイスが適用されるものはこれに限られず、例えば、ガス警報器、火災警報器、呼気などのニオイ分析を利用した健康診断装置等にも使用できる。
【００２４】
まず、ＱＣＭデバイスによる混合気体の測定例を説明する。図１は、被測定気体としてアップル香料（多成分の混合気体）をＱＣＭデバイスで測定した例（一つの振動子センサの出力例）を示す。同図において、縦軸は周波数変化量（Ｈｚ）、横軸は時間（秒）である。
【００２５】
図中に示すように、被測定気体を測定チャンバーに導入し、振動子を短時間暴露した後、暴露を停止している。暴露を停止した後も吸着した気体分子の量の上昇が確認される。これは気体分子（化合物）の種類によって物質表面への物理的な吸着特性が異なるため、流路に存在する物質（物体）によってトラップされている時間が気体分子の種類によって異なる結果、クロマトグラフ現象と類似の、気体分子の吸着特性などの違いによって移動に時間差を生じるためと考えられる。
【００２６】
図２及び図３は、ＱＣＭデバイスの振動子センサアレイの配置位置による出力例を示している。各図において、縦軸は周波数変化量（Ｈｚ）を、横軸は時間（秒）を表している。これ等の例では、測定チャンバー内に、気体分子の流れ方向に（上流側から下流に向かって）１６個の振動子センサ（１６チャンネル）を一列に配置し、単一の気体分子（化合物）で短時間暴露している。各センサはセンサの位置以外は同じ条件となるようにしている。
【００２７】
図２は、被測定対象気体として、濃度１０ｐｐｍのトルエン（単一の化合物）を空気をキャリアとしてアルミニウム製の被測定チャンバーに短時間導入し、上流側から下流側に向かって配置された１６個の振動子センサ（１６チャンネル）の内、チャネル１、４、９、１２、１６の出力周波数変化を示している。各振動子センサの感応膜は同じものである。
【００２８】
同図に示されるように、同じ被測定対象気体であるにもかかわらず、上流側から下流側に位置するに従って振動子センサの周波数変化量は減少する（出力が減る）。これは、被測定対象の気体分子の付着量が下流側に行くに従って減少していることを意味している。
【００２９】
図３は、被測定対象気体として、濃度０．３ｐｐｍの酢酸（単一の化合物）を空気をキャリアとしてアルミニウム製の被測定チャンバーに短時間導入し、上流側から下流側に向かって配置された１６個の振動子センサ（１６チャンネル）の内、チャンネル１、８、１６の出力周波数変化例を示している。各振動子センサの感応膜は同じものである。この例においても、同じ被測定対象気体（酢酸蒸気）であるにもかかわらず、上流側から下流側に位置するに従って振動子センサの周波数変化量は減少する（出力が減る）傾向を示している。
【００３０】
これ等の、直列に並べられた振動子の最前と最後のものでは同一の素子、同一の濃度のニオイを暴露したにもかかわらず周波数変化量が異なるという結果は、気体分子が振動子に到着するまでに流路（測定チャンバー）への吸着で濃度変化が起きたと考えられる。流路・測定チャンバーへの吸着は、流路・測定チャンバーの部材の材質、気体分子（ニオイ）の種類によって異なる。
【００３１】
そこで、本願は測定チャンバーへの被測定対象気体分子の物理的吸着を減少したＱＣＭデバイスを提供する。
図４及び図５は、本発明の実施例を示している。図４は、ＱＣＭデバイスの全体構成を概略的に示しており、図５は、測定チャンバーの構成を示している。
【００３２】
図４に示すように、図示しない、被試料のニオイ物質（あるいは臭気気体）を詰めた容器から試料供給弁を介して被測定対象気体がキャリアガス（例えば、空気）と共に測定チャンバー１０の吸入口１２に供給される。測定チャンバー１０の吸入口１２と対向する側には排出口１４が設けられている。排出口１４には、負圧を形成して被測定対象気体を測定チャンバー内に導入するための圧力差発生手段としてのエアポンプ２０が設けられる。圧力差発生手段は吸入口１２と排出口１４との間に気圧差を形成してキャリアガスと共に被測定対象気体を測定チャンバー内を流動させるものであり、上記ポンプの他、回転ファンなどであってもよい。測定チャンバー１０の排出口１４に導出された被測定対象気体はポンプの排気口から外部に排出される。
【００３３】
測定チャンバー１０は機械的強度を保つために金属製の密閉容器であり、一段側に吸入口１２が設けられ、他端側に排出口１４が設けられた筒状の部材である。実施例では、加工の容易性と装置重量の点から部材にアルミニウムを用いているが、鉄、ステンレスなど、他の材質であっても良い。測定チャンバー１０の内壁の表面積を小さくするため水晶振動子のサイズ、数に合わせて可能な限り測定チャンバー１０の容積あるいは内径を可及的に小さくする。例えば、実施例では流路の断面積を１００ｍｍ2としている。後述のように、測定チャンバー１０の内壁には、被測定対象気体分子の付着を防止する付着防止膜が形成されている。付着防止膜としては、例えば、フッ素系ポリマーが好ましく、実施例では、フッ素系ポリマーのポリフッ化ビニリデンが成膜されている。
【００３４】
なお、測定チャンバーの部材をフッ素樹脂で作ることも可能であるが、フッ素樹脂（例えば、商品名「テフロン（登録商標）」）は型の形成性が悪い。例えば、テフロン（登録商標）の塊からの削りだしや粉末の圧縮加温により行われる。このため製造効率があまり良くない。また、水晶振動子は圧力変化などに敏感であるため、プラスチックなど柔軟な素材をセンサー部の周囲に用いることができない。
【００３５】
測定チャンバー１０内には、複数の水晶振動子が一列（列状）に配置された振動子アレイ３０が配置される。図示しないが、振動子アレイ３０の基板は支持部材によって測定チャンバー１０に固定されている。振動子アレイ３０の複数の振動子（複数チャンネル）は発振回路部４０に設けられた複数の発振回路にそれぞれ接続されている。各発振回路の周波数出力信号は周波数カウンタ部５０に設けられた複数の周波カウンタにそれぞれ供給され、各出力信号の周波数が計測される。各チャンネルの周波数計測値はコンピュータシステム（図示せず）によってデータ処理されてニオイ物質の判別が行われる。
【００３６】
図５は、測定チャンバー１０の構成例を示す断面図である。
測定チャンバー１０は、アルミニウムの金属容器１６の内壁にフッ素系ポリマーであるポリフッ化ビニリデン１８を塗布によって成膜している。チャンバーへのポリフッ化ビニリデンの塗布方法（手順）は、まず、ポリフッ化ビニリデンを溶液に溶かす。溶剤は、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、アセトフェノン、Ｎ-メチル-２-ピロリドン、テトラヒドロフランなど溶かすことができるものであれば良い。例えば、溶媒として、ケトン、エステル、環状エーテル、アミド、スルフィド類などの極性溶媒を使用することが考えられる。このポリフッ化ビニリデンを溶かした溶液中にアルミニウム製のチャンバーを浸漬する。その後、溶液から引き上げて乾燥させる。それにより、測定チャンバー１０の内壁にポリフッ化ビニリデン１８を成膜することができる。
【００３７】
なお、測定チャンバー１０を両端が開口した筒状体（パイプ）で形成し、内壁にポリフッ化ビニリデン膜の形成後、筒状体の両端部にそれぞれ内側にポリフッ化ビニリデン膜を形成した蓋を結合（螺合など）することによって製造しも良い。
【００３８】
測定チャンバー１０の内部には、複数の振動子センサ３２からなる振動子センサアレイ３０が配置されている。図５では、振動子センサ３２は５つのみ示されているが、所要数設けられる。振動子センサ３２は、圧電素子である共振周波数３０ＭＨｚのＡＴカット水晶振動子と、その表面に、例えば、厚さ１００ｎｍのポリスチレン膜がニオイ吸着膜（感応膜）として形成されている。既述したように、水晶振動子は発振回路に接続されて１つの発振器を構成しており、その振動周波数は周波数カウンタにより計測されている。水晶振動子は、例えば、断面積１００ｍｍ2の流路（測定チャンバー）内に気体の流れに平行に配置される。流路の出口端１４にはポンプ２０が接続され、例えば、毎分約５００ｃｃの気体が流路入口１２より流入するようになされる。
【００３９】
複数の振動子センサ３２の水晶振動子の表面には、それぞれ特性の異なる感応膜が形成されている。感応膜は有機低分子膜、有機高分子膜、無機膜などにより形成される。感応膜の形成方法は、感応膜材料を溶剤に溶かして塗布する塗布法、抵抗加熱蒸着法、イオンビーム蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical vapor deposition）法など薄膜を形成できる方法が適宜に選択される。
【００４０】
例えば、ポリマーの製膜材料としては、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、６−ナイロン、セルロースアセテート、ポリ-９，９-ジオクチレフルオレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルカルバゾール、ポリエチレンオキシド、ポリ塩化ビニル、ポリ-ｐ-フェニレンエーテルスルホン、ポリ-１-ブテン、ポリブタジエン、ポリフェニルメチルシラン、ポリカプロラクトン、ポリビスフェノキシホスファゼン、ポリプロピレンなどの単一構造からなるホモポリマー。ホモポリマー２種以上の共重合体であるコポリマー。これらを混合したブレンドポリマーなどが使用可能である。
【００４１】
例えば、有機低分子材料としては、トリス（８-キノリノラト）アルミニウム（Alq3）、α-NPD、BCP(2,9-dimethyl-4,7-diphenyl- 1,10-phenanthroline)、CBP（4,4'-N,N'-dicarbazole-biphenyl）、銅フタロシアニン、C60、ペンタセン、アントラセン、チオフェン、Ir(ppy)3、トリアジンチオール誘導体、ジオクチルフルオレン誘導体、テトラテトラコンタン、パリレンなどが使用可能である。
【００４２】
また、例えば、無機材料としては、アルミナ、チタニア、五酸化バナジウム、酸化タングステン、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、アルミニウム、金、銀、スズ、インジウム・シン・オキサイド（ＩＴＯ）、カーボンナノチューブ、塩化ナトリウム、塩化マグネシウムなどが使用可能である。
【００４３】
図６は、ポリフッ化ビニリデンの非吸着性の効果を説明する説明図である。
同図は、ポリフッ化ビニリデンを測定値チャンバーの内壁に成膜することによる効果（気体分子の非吸着性）を検証するために、水晶振動子上に感応膜としてポリフッ化ビニリデンを１００ｎｍの膜厚で形成し、複数のニオイの気体分子（濃度１０ｐｐｍ）で暴露した結果（周波数変化量）を示している。
【００４４】
測定結果は同図に示すように、ｎ−ヘキサンは０．１Ｈｚ、ｎ−オクタンは０．１Ｈｚ、シクロヘキサンは０．０６Ｈｚ、トルエンは０．３Ｈｚ、ｐ−キシレンは０．５Ｈｚ、酢酸エチルは０．２Ｈｚ、酢酸ブチルは０．５Ｈｚ、ジエチルエーテルは０．０２Ｈｚ、テトラヒドロフランは０．１Ｈｚ、クロロホルムは０．２Ｈｚ、ジクロロメタンは０Ｈｚ、１，２−ジクロロエタンは０．０４Ｈｚ、アセトンは０．０２Ｈｚ、メタノールは０．１Ｈｚ、エタノールは０．２Ｈｚ、ＩＰＡは０．０６Ｈｚ、酢酸は０．０９Ｈｚ、プロピオン酸は０．５Ｈｚであった。
【００４５】
既述のように、水晶振動子の感応膜に気体分子が吸着すると共振周波数が低下し、気体分子の付着量が増す程周波変化量が増大する。実験の結果は、気体分子の種類に拘わらず、全般的に周波数変化は僅かであることを示している。試料のうち最も大きい周波数変化を示したものは酢酸ブチル、ｐ−キシレンであり、０．５Ｈｚ程度の周波数変化である。これは、気体の濃度が１０ｐｐｍであるとき、最大０．００２ｎｇ（ナノグラム）／ｍｍ2程度の吸着量である。よって、ポリフッ化ビニリデンを皮膜した測定チャンバーを用いることによって各種の気体分子の付着を減らすことが出来ることが判る。
【００４６】
以上説明しように、測定チャンバーの金属やその他の部材がむき出しの時と比較して、ポリフッ化ビニリデンを塗布した測定チャンバーを使うことにより、流路の途中で被測定対象気体分子の特定成分が流路壁に吸着されて減少することが回避可能となり、水晶振動子センサの測定チャンバー内の位置による影響（出力低下）を軽減することが可能となる。
また、測定チャンバ内を被測定混合気体分子がガス組成を変化することなく移動するので、各水晶振動子センサを同じ組成の混合ガスで暴露することが可能となる。
【００４７】
上述した実施例では、測定チャンバーへのポリフッ化ビニリデン膜の形成をポリフッ化ビニリデン溶液の塗布により行うので、フッ素樹脂ブロックを測定チャンバーの形状に加工する場合と比較して製造容易であり、製造効率が向上する。また、フッ素樹脂ブロックを加工する場合と比較してフッ素樹脂使用量を大幅に低減できる。
【００４８】
また、測定チャンバーを金属材料で構成するので測定チャンバを電気的に接地することで測定チンバー内を電気的にシールドすることが出来、高周波遮断効果や、周囲の電磁的外乱（電気ノイズ）の影響を受けにくいノイズ防止効果が得られるＱＣＭデバイスとなる。
また、測定チャンバーにおける気体分子の吸着ロスが減少することによって測定チャンバーに供給される被測定対象ガス（入口気体）と、測定チャンバーから排出される被測定対象ガス（出口気体）が略同じであり、測定チャンバ内を被測定混合ガスがガス組成を変化することなく移動する。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本願発明はＱＣＭデバイスの特性を向上させるものであるり、ニオイセンサーの用途に限られるものではない。例えば、各種のガスセンサーなどに用いて好適である。
なお、上記発明の実施形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 測定チャンバー、１２ 吸入口、１４ 排出口、１８ ポリフッ化ビニリデン膜、２０ ポンプ、３０ 振動子アレイ、３２ 振動子センサ、４０ 発振回路部、５０ 周波数カウンタ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側に被測定対象気体が供給される吸入口を有し、他端側に前記被測定対象気体が排出される排出口を有する閉空間を形成する測定チャンバーと、
前記吸入口と前記排出口との相互間に気圧差を形成して前記被測定対象気体を前記吸入口から前記排出口に向かって移動させる圧力差発生手段と、
前記測定チャンバー内に前記被測定対象気体の流れ方向において配置される複数の振動子と、を備え、
前記測定チャンバーは、内壁にフッ素系ポリマーが塗布された金属容器であり、
前記フッ素系ポリマーの内壁で囲まれた前記複数の振動子にはそれぞれ特定の気体分子を吸着する感応膜が形成されている、
ことを特徴とするＱＣＭデバイス。
【請求項２】
前記フッ素系ポリマーは、ポリフッ化ビニリデンを含む、請求項１に記載のＱＣＭデバイス。
【請求項３】
前記複数の振動子に形成された各感応膜は、それぞれ吸着する気体分子を異にする特性もつ、請求項１又は２に記載のＱＣＭデバイス。
【請求項４】
前記感応膜は、有機低分子膜、有機高分子膜、及び無機膜のいずれかによって形成されている、請求項１乃至３のいずれかに記載のＱＣＭデバイス。
【請求項５】
ＱＣＭデバイスを用いた気体分子の検出方法であって、
被測定対象気体が一方向に流れる流路に特定の気体を吸着する感応膜を形成した複数の振動子からなる振動子列を該流れに沿って配置し、
少なくとも前記複数の振動子の列全体を内壁がフッ素系ポリマーである流路で囲んだ状態で各振動子の周波数測定を行う、ことを特徴とする、気体分子の検出方法。
【請求項６】
前記フッ素系ポリマーは、ポリフッ化ビニリデンを含む、請求項５に記載のＱＣＭデバイス。
【請求項１】
一端側に被測定対象気体が供給される吸入口を有し、他端側に前記被測定対象気体が排出される排出口を有する閉空間を形成する測定チャンバーと、
前記吸入口と前記排出口との相互間に気圧差を形成して前記被測定対象気体を前記吸入口から前記排出口に向かって移動させる圧力差発生手段と、
前記測定チャンバー内に前記被測定対象気体の流れ方向において配置される複数の振動子と、を備え、
前記測定チャンバーは、内壁にフッ素系ポリマーが塗布された金属容器であり、
前記フッ素系ポリマーの内壁で囲まれた前記複数の振動子にはそれぞれ特定の気体分子を吸着する感応膜が形成されている、
ことを特徴とするＱＣＭデバイス。
【請求項２】
前記フッ素系ポリマーは、ポリフッ化ビニリデンを含む、請求項１に記載のＱＣＭデバイス。
【請求項３】
前記複数の振動子に形成された各感応膜は、それぞれ吸着する気体分子を異にする特性もつ、請求項１又は２に記載のＱＣＭデバイス。
【請求項４】
前記感応膜は、有機低分子膜、有機高分子膜、及び無機膜のいずれかによって形成されている、請求項１乃至３のいずれかに記載のＱＣＭデバイス。
【請求項５】
ＱＣＭデバイスを用いた気体分子の検出方法であって、
被測定対象気体が一方向に流れる流路に特定の気体を吸着する感応膜を形成した複数の振動子からなる振動子列を該流れに沿って配置し、
少なくとも前記複数の振動子の列全体を内壁がフッ素系ポリマーである流路で囲んだ状態で各振動子の周波数測定を行う、ことを特徴とする、気体分子の検出方法。
【請求項６】
前記フッ素系ポリマーは、ポリフッ化ビニリデンを含む、請求項５に記載のＱＣＭデバイス。
【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２０１２−１３６２０（Ｐ２０１２−１３６２０Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５２３４９（Ｐ２０１０−１５２３４９）
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
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