JPH01263537A - ファイバー状センサおよびその評価装置 - 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、ファイバー状センサおよびその評価装置に関
する。更に詳しくは、検知対象物質と反応し、色の変化
を示す物質の定量、定性に用いられるファイバー状セン
サおよびその評価装置に関する。

〔従来の技術〕

従来用いられている各種物質の検知法としては、定量あ
るいは定性にクロマトグラフ法、比色法などが多用され
ており、特に有機物質の定量にはクロマトグラフ法、比
色法が主として用いられている。

しかしながら、これらの方法では、夾雑物を除去するた
めの前処理工程を必要とすることが多く、従って測定に
至る迄に長時間を要し、またクロマトグラフ装置、吸光
光度計などの高価な装置を必要としている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、各種物質の検知において、その検知工程の短
縮化を可能とし、また検知対象物質と反応し、色の変化
を示す各種の物質を用いる検知手段の提供を目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

かかる本発明の目的は、ステップインデックス型多モー
ド光ファイバーのクラッドの一部を、検知対象物質と反
応し、色の変化を示す物質で置換したファイバー状セン
サによって達成される。

本発明に係るファイバー状センサの３つの態様が、それ
ぞれ第１図の（ａ）〜（ｃ）に示されており、クラツド
材１およびコア材２からなるステップインデックス型多
モード光ファイバー３において、クラツド材の一部がそ
の円周方向の全体にわたって（ａおよびｂ）または部分
的に（Ｃ）、検知対象物質と反応し、色の変化を示す物
質４で置換されている。

ここで用いられる光ファイバーは、コア材およびクラツ
ド材の材料として一般に用いられているガラス、プラス
チック、ゴムなどから構成され、当然コア材材料として
屈折率のより高いものが選択されて用いられる。その寸
法としては、コア部の直径が約５μ１１〜５ｍｍ、クラ
ッド部の厚さが約１μｍ〜１ｍｍ、長さが約ｌｍｍ−１
ｍ程度のものが一般的であるが、使い捨てを目的とする
場合には、コア部の直径が約０．５〜５ｍｍ、長さが約
１〜１０ｃｍ程度のものが用いられる。

クラッド部の一部の除去は、切削、溶融など任意の方法
で行なうことができ、除去部分の形状も第１図に例示さ
れたものにとどまらず、任意のものとすることができる
。

このクラツド材除去部分に置換される物質は、検知対象
物質と反応し、色の変化を示す物質であり１例えば次の
ような物質を挙げることができる。

酵素、抗原、抗体、抗生物質などの生体関連物質、錯体
などと酸化還元色素、酸塩基指示薬、天然色素などの発
色性物質との混合物 酸化還元色素、酸塩基指示薬、天然色素、錯体、結晶、
アモルファス物質、液晶などの少くとも一種 これらの呈色性物質のクラツド材除去部分への固定は、
コーティング法、含浸法、共有結合法、蒸着法、スパッ
タリング法など、コア材材料および検知対象物質の種類
に応じて任意の方法で行なうことができる。

〔作用〕

本発明に係るファイバー状センサは、エバネッセント波
の原理を応用している。即ち、屈折率の高い媒体と屈折
率の低い媒体とが接しているとき、媒体に光を通すと、
光は低屈折率媒体との界面で反射をくり返しながら進む
が、この反射の際界面の極く近傍では、屈折率の低い媒
体に光が入り込んでくるが、この入り込んできたエバネ
ッセント波のできる部分に色が着いていれば、当然に光
の吸収が起る。このため、入射波と反射波の強度を比べ
ると、反射波の方が弱く、色が濃い程反射波の強度は弱
くなる。

このような原理に基き、光ファイバーのクラツド材を除
去した部分を、外界の検知対象物質の変化、換言すれば
化学量および／または物理量の変化に応じて、色が変化
する物質で置換し、光ファイバーの一端側から一定強度
の光を入射すると、出てきた光の強度は呈色性物質の色
の濃さに対応しているので、間接的に検知対象物質を定
量あるいは定性できるセンサとして作用することになる
。

かかるファイバー状センサを用いての具体的な評価装置
が、第２図に示されており、ファイバー状センサ５の両
末端部に、それぞれ元媒体６，６′を介して発光素子７
および受光素子８を設置した構造を有しており、ファイ
バー状センサ５は両末端部の元媒体−素子（６−７およ
び６’−８）の間に押し込んで圧着することにより固定
化されており、そのため例えば発光素子側ではスプリン
グ９などの弾性部材が用いられている。

元媒体としては、透明もしくは特定色を有するガラス、
プラスチック、ゴムなどが、約０．１〜ｌＯｍＩｍの厚
さのものとして用いられる。この元媒体自身が弾性体で
ある場合には１弾性部材を特に用いる必要はなく、それ
のみで構成させることができるが、それ以外の場合には
、金属製、プラスチック製、ゴム製などの板状体、ブロ
ック状体、ばね状体などが弾性部材として一般に用いら
れる。

発光素子としては１例えば各種波長のＬＥＤ、半導体レ
ーザー、白色光発光体などが用いられ、また受光素子と
しては例えばダイオードなどが用いられる。

〔発明の効果〕

検知対象物質と反応し、色の変化を示す物質で置換した
ファイバー状センサを用いることにより、検知対象物質
の定量や定性を短時間の間に行なうことが可能となる。

〔実施例〕

次に、実施例について本発明を説明する。

実施例１ コア部をポリメチルメタクリレートで直径２ｍｎ＋で形
成させ、そこにフッ素樹脂をコーティングして厚さ１０
μｍのクラッド部を形成させた。端面研磨光ファイバー
（長さ５ｃｍ）のクラツド材の一部を、第１図（ａ）の
形状に従って１ｃｌ！１の長さで切削、除去した。

ＰＨ７，８のリン酸緩衝液５ｍＱに、ヨードニトロソテ
トラゾリウムクロライド色素０．１ｍＭ、キサンチンオ
キシダーゼ１０酵素単位、ヌクレオシドホスホリラーゼ
２０酵素単位、しよ糖安定剤ｔｇ、１％メルカプトエタ
ノール水溶液酸化防止剤０．２ｒａｆ２．ポリビニルア
ルコール５ｍｇ（０，１％相当）および水を加え、全体
量が１５ｍＱの酵素−色素溶液を調製した。

この酵素−色素溶液を、前記クラツド材の除去部分に直
接コーティングし、４℃で２４時間乾燥させて、除去部
分を厚さ１０μｍの酵素−色素混合物で置換した。

このようにして作製されたファイバー状センサを、０．
１〜０．４ｍＭの間の各濃度のイノシン水溶液中に１秒
間浸漬させ、酵素反応による酸化還元変化に応じて色素
を呈色させた。その後、第２図に示される評価装置に取
り付け、検知対象物質の濃度に対する光量変化を８力電
力として測定した。

この評価装置においては、元媒体として厚さ５冒ｍのポ
リメチルメタクリレート板状体を、発光素子としてＬＥ
Ｄを、受光素子としてダイオードを、また弾性部材とし
てＦＲＰ製スジスプリングれぞれ用い、光量変化はバク
−メーターで測定した。測定値は、呈色前と呈色後とに
測定され、第３図のグラフには呈色前後における出力電
力比が示されている。

この結果から、イノシン水溶液濃度と呈色前後の出力電
力比との間には、対数目盛で直線的な相関関係のあるこ
とが分る。なお、これに要した測定時間は、約５分間で
あった。

比較例 イノシンの定量を、液体クロマトグラフ法または酵素を
用いる比色法で行ったところ、それぞれ３時間および４
０分間の測定時間を要した。

実施例２ 実施例１で用いられた光ファイバーのクラツド材除去部
に、厚さ５００人のすＯ１膜および厚さ１００人のＰｄ
膜を順次蒸看し、ファイバー状の水素ガスセンサを作製
した。そこに、水素濃度２０〜１０００ｐｐ＋ｉの間の
各濃度の水素含有空気を吹き付け、第２図に示される評
価装置を用いての測定を実施例１と同様にして行った。

この場合、Ｐｄにより酸化された水素をｗＯｌと反応さ
せ、そのすＯｌの呈色度が測定される。

得られた結果は第４図のグラフに示され、その結果から
水素濃度と吹き付は前後の出力電力比との間には、対数
目盛で直線的な相関関係のあることが分る。なお、これ
に要した測定時間は、約２分間であった。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ本発明に係るファイ
バー状センサの一態様を正面図およびＩ−Ｉ線断面図と
して示したものである。第２図は、本発明のファイバー
状センサの評価装置の概要図である。また、第３〜４図
は、それぞれ実施例１〜２の測定結果を示すグラフであ
る。 （符号の説明） １・・・・・クラツド材 ２・・・・・コア材 ３・・・・・光ファイバー ４・・・・・呈色性物質 ５・・・・・ファイバー状センサ ６・・・・・元媒体 ７・・・・・発光素子 ８・・・・・受光素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ステップインデックス型多モード光ファイバーのク
   ラッド部の一部を、検知対象物質と反応し、色の変化を
   示す物質で置換してなるファイバー状センサ。 ２、請求項１記載のファイバー状センサの両末端部に、
   それぞれ光媒体を介して発光素子および受光素子を設置
   してなるファイバー状センサの評価装置。