JPH0481662A - 光応用ガスセンサ - Google Patents
光応用ガスセンサInfo
- Publication number
- JPH0481662A JPH0481662A JP19683690A JP19683690A JPH0481662A JP H0481662 A JPH0481662 A JP H0481662A JP 19683690 A JP19683690 A JP 19683690A JP 19683690 A JP19683690 A JP 19683690A JP H0481662 A JPH0481662 A JP H0481662A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- gas
- organic
- optical fiber
- refers
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- Pending
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- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
本発明は、光を利用して物質、特にガスを検知及び識別
できる光応用ガスセンサに関するものである。
できる光応用ガスセンサに関するものである。
（ロ）従来の技術及び発明か解決しようとする課題
近年、ガスセンサとして多種類の乙のか開発さイーでき
た。金属酸化物半導体を用Ｌ１１こもの戸とか非常に〜
般的であるが、選択性は高くない。ガス識別、）可能−
ものとしては、赤外線吸収式のガスセンサかあるが、こ
れら小さく単純な分子に限られる。
た。金属酸化物半導体を用Ｌ１１こもの戸とか非常に〜
般的であるが、選択性は高くない。ガス識別、）可能−
ものとしては、赤外線吸収式のガスセンサかあるが、こ
れら小さく単純な分子に限られる。
そこで、最近、複数種の金属酸化物半導体ガスセンサを
並へてこの出力差をヘースとして各種対象ガスを識別す
る試みや、様々なガス検知物質をコートし几水晶発振子
を用いる試みかなされている。
並へてこの出力差をヘースとして各種対象ガスを識別す
る試みや、様々なガス検知物質をコートし几水晶発振子
を用いる試みかなされている。
しかし戸から、金属酸化物半導体を用いる場合には電磁
ノイズを受は易く、また高温に加熱するｆニめ防爆性に
問題かあった。一方、水晶発振子を用いる場合は、発振
周波数を測る装置か必要になるなど、装置が複雑になる
問題点があった。
ノイズを受は易く、また高温に加熱するｆニめ防爆性に
問題かあった。一方、水晶発振子を用いる場合は、発振
周波数を測る装置か必要になるなど、装置が複雑になる
問題点があった。
本発明はかかる状況下でなされたものであり、ことに、
ガス吸着により、光の吸収スペクトルが変化する機能性
色素を利用することによりガス識別を行うものであり、
それによって電磁ノイズを受けず、防爆性に優わしから
安価なガス識別センサを得ようとするしのである。
ガス吸着により、光の吸収スペクトルが変化する機能性
色素を利用することによりガス識別を行うものであり、
それによって電磁ノイズを受けず、防爆性に優わしから
安価なガス識別センサを得ようとするしのである。
（ハ）課題を解決するための手段
本発明者はある種の機能性色素か気体を吸着することに
よって変色することに注目し、鋭意研究を行なった。
よって変色することに注目し、鋭意研究を行なった。
ここで機能性色素のベタイン型色素、シアニン型色素等
において、その分子構造は双性イオン構造をとっており
、機能性色素を発色させているπ電子系の分極が変化す
ることによって色素の色か変化する。その分極の程度は
、吸着する分子の極性などの特性によって異なる。また
、酸発色型の機能性色素は、その分子構造の中にラクト
ン環などの環構造をもっており、酸によりその環が開裂
しπ電子系で発色する。気体分子が吸着すると酸との相
互作用が弱まりπ電子系の発色は抑えられる。
において、その分子構造は双性イオン構造をとっており
、機能性色素を発色させているπ電子系の分極が変化す
ることによって色素の色か変化する。その分極の程度は
、吸着する分子の極性などの特性によって異なる。また
、酸発色型の機能性色素は、その分子構造の中にラクト
ン環などの環構造をもっており、酸によりその環が開裂
しπ電子系で発色する。気体分子が吸着すると酸との相
互作用が弱まりπ電子系の発色は抑えられる。
本発明者らは、かかる機能性色素等の特性を利用するこ
とにより、従来の問題点が解消されたガスセンサが構成
できる事実を見出し、本発明に到達しに。
とにより、従来の問題点が解消されたガスセンサが構成
できる事実を見出し、本発明に到達しに。
かくして、本発明によれば、基板上に、各々ガス分子の
吸脱着によって光の吸収スペクトルか可逆的に変化する
有機物質からなる複数種の有機膜をマトリックス配置し
てなる光応用カスセッサか提供される。
吸脱着によって光の吸収スペクトルか可逆的に変化する
有機物質からなる複数種の有機膜をマトリックス配置し
てなる光応用カスセッサか提供される。
本発明は、光学特性の異なる有機膜を複数種同一基板上
にマトリックス配置し、各有機膜の色変化を測定しその
パターンからその気体分子を識別できるよう構成しｒ二
ものである。
にマトリックス配置し、各有機膜の色変化を測定しその
パターンからその気体分子を識別できるよう構成しｒ二
ものである。
本発明に用いる有機物質としては、ベタイン型色素、シ
アニン型色素又は酸発色型色素前駆体と酸性顕色剤との
組合せか適している。本発明においては、これらの有機
色素類の複数種か用いらイー、各々異なる光学特性、す
なわち異なる吸収スペクトル変化を呈する複数種の有機
膜が構成される。
アニン型色素又は酸発色型色素前駆体と酸性顕色剤との
組合せか適している。本発明においては、これらの有機
色素類の複数種か用いらイー、各々異なる光学特性、す
なわち異なる吸収スペクトル変化を呈する複数種の有機
膜が構成される。
ここで、ベタイン型色素としては、例えば、２．６ジフ
エニルー４−（２，４，６−）リフェニルーＮ＝ピリン
ニオ）−フェルレート等の当該分野で公知のベタイン色
素が適用でき、シアニン型の色素としては、例えばｌ−
メチル−４−−（４−才キソノクロヘキサ−２，５−ノ
エニリデン）−エチリデンニー１４〜ノヒドロビリジン
等の公知のメロノアニン色素、シアニン染料が適用でき
る。まｆ二、酸発色型色素前駆体としては、トリフェニ
ルメタン系染料、フルオラン系染料、フタリド系染料、
インドリルフタリド系染料、ラクタム系染料等が挙げら
れ、これに組合せる酸性顕色剤としては、ヒスフェノー
ルＡ１ビスフエノールＳ１ヒスフエノールＦ１ｐ−ヒド
ロキン安萄香酸等が適している。
エニルー４−（２，４，６−）リフェニルーＮ＝ピリン
ニオ）−フェルレート等の当該分野で公知のベタイン色
素が適用でき、シアニン型の色素としては、例えばｌ−
メチル−４−−（４−才キソノクロヘキサ−２，５−ノ
エニリデン）−エチリデンニー１４〜ノヒドロビリジン
等の公知のメロノアニン色素、シアニン染料が適用でき
る。まｆ二、酸発色型色素前駆体としては、トリフェニ
ルメタン系染料、フルオラン系染料、フタリド系染料、
インドリルフタリド系染料、ラクタム系染料等が挙げら
れ、これに組合せる酸性顕色剤としては、ヒスフェノー
ルＡ１ビスフエノールＳ１ヒスフエノールＦ１ｐ−ヒド
ロキン安萄香酸等が適している。
かかる有機物質からなる有機膜は、各有機物質それ自体
で薄膜状に形成することかできるが、膜の安定性、製膜
の容易さ等の点で適当な造膜性高分子に混合した高分子
膜の形態で用いるのが好ましい。このような造膜性高分
子としては、例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチ
ラール、ポリ塩化ビニル、ポリアクリル酸もしくはその
エステル、ポリメタクリル酸もしくはそのエステル、酢
酸セルロース等が挙げられる。
で薄膜状に形成することかできるが、膜の安定性、製膜
の容易さ等の点で適当な造膜性高分子に混合した高分子
膜の形態で用いるのが好ましい。このような造膜性高分
子としては、例えば、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチ
ラール、ポリ塩化ビニル、ポリアクリル酸もしくはその
エステル、ポリメタクリル酸もしくはそのエステル、酢
酸セルロース等が挙げられる。
この光応用センサを実際に使用するに際し、このセンサ
は光源と受光部との間の光学系に配置され、様々な光学
系か適用できる。ます、光源としては、白色光源とフィ
ルタを組み合わせる方法とＬＥＤランプを用いろ方法か
考えられる。とちらを用いても良いが、ＬＥＩ）ランプ
では、波長に制約があるが安く小型になり、フィルタを
用いろ方法では、波長は任きであるが、フィルタの価格
が上乗けされる。受光部は、フォトダイオード、フォト
トランジスタ、光電セルｔとが用いられる。光学系では
、透過型と反射型が考えられる。透過型の場合にはガラ
スや高分子の透明基板に、反射型の場合には、銀、アル
ミニウムなとの反射基板上に、膜を作製する。光学系に
は光ファイバを用いてもよく、この際、光ファイバは、
その形式により適当なものを選択する。
は光源と受光部との間の光学系に配置され、様々な光学
系か適用できる。ます、光源としては、白色光源とフィ
ルタを組み合わせる方法とＬＥＤランプを用いろ方法か
考えられる。とちらを用いても良いが、ＬＥＩ）ランプ
では、波長に制約があるが安く小型になり、フィルタを
用いろ方法では、波長は任きであるが、フィルタの価格
が上乗けされる。受光部は、フォトダイオード、フォト
トランジスタ、光電セルｔとが用いられる。光学系では
、透過型と反射型が考えられる。透過型の場合にはガラ
スや高分子の透明基板に、反射型の場合には、銀、アル
ミニウムなとの反射基板上に、膜を作製する。光学系に
は光ファイバを用いてもよく、この際、光ファイバは、
その形式により適当なものを選択する。
信号処理は外部のマイクロコンピュータで行いそれによ
り識別を行うのが好ましい。
り識別を行うのが好ましい。
（ニ）作用
ガス分子の吸着により、各々の有機膜の吸収スペクトル
が可逆的に変化するがこの変化のパターノは対象ガス個
々に異なる。従って各有機膜の吸収スペクトルの変化の
パターンに基つ０て、対象ガス種を識別することか可能
となる。
が可逆的に変化するがこの変化のパターノは対象ガス個
々に異なる。従って各有機膜の吸収スペクトルの変化の
パターンに基つ０て、対象ガス種を識別することか可能
となる。
（ホ）実施例
以下本発明の詳細な説明する。
実施例１
（ａ）ベタイン色素の１種である２、６−ノフエニル４
− （２，４，５−１−リフユニルーＮ−ピリジニオ）
フェルレートと酢酸セルロースからなりスピンコード法
により作製した色素膜、（ｂ）メロノアニン色素の１−
メチル−４−ｒ （４−オキツノクロヘキサ−２，５−
ンエニリデン）−エチリデンニー１．４−ジヒドロピリ
ジンとポリビニルブチラールからなりスピンコード法に
より作製した色素膜、（ｃ）クリスタルバイオレットラ
クトン、ヒスフェノールＡ１ポリ塩化ビニルからなりス
ピンコード法により作製した色素膜、（４）インドリル
フタリド系の発色色素（ｉ）、ビスフェノールＡ１ポリ
塩化ビニルからなりスピンコード法により作製した色素
膜の４種の（ａ）〜（ｄ）の膜をカラス基板上にマトリ
ックス状（２ｘ２）に配置した。ここで各色素膜の厚み
は約０４μｍであり、大きさは各々８×８ｒとしｆこ。
− （２，４，５−１−リフユニルーＮ−ピリジニオ）
フェルレートと酢酸セルロースからなりスピンコード法
により作製した色素膜、（ｂ）メロノアニン色素の１−
メチル−４−ｒ （４−オキツノクロヘキサ−２，５−
ンエニリデン）−エチリデンニー１．４−ジヒドロピリ
ジンとポリビニルブチラールからなりスピンコード法に
より作製した色素膜、（ｃ）クリスタルバイオレットラ
クトン、ヒスフェノールＡ１ポリ塩化ビニルからなりス
ピンコード法により作製した色素膜、（４）インドリル
フタリド系の発色色素（ｉ）、ビスフェノールＡ１ポリ
塩化ビニルからなりスピンコード法により作製した色素
膜の４種の（ａ）〜（ｄ）の膜をカラス基板上にマトリ
ックス状（２ｘ２）に配置した。ここで各色素膜の厚み
は約０４μｍであり、大きさは各々８×８ｒとしｆこ。
それぞれの膜の上部に対応するように、それぞれの吸収
波長に応し几フィルタ６１！Ｏｎｍ、５８０ｎｍ、６１
０ｎｍ、５４０ｎｍの光を透過するフィルタを設置し、
第１図（Ａ）に示すような光学系を構成した。図中、Ｊ
は本発明の光応用ガスセンサで、＋１はカラス基板、Ｉ
２はマトリックス配列されｒ二色素膜を示すものである
。まｆこ、２はフィルタ、３は白色光源、４は照射用光
ファイバ、５は出射目先ファイバ、６は受光器、７は信
号処理部を各々示すものである。
波長に応し几フィルタ６１！Ｏｎｍ、５８０ｎｍ、６１
０ｎｍ、５４０ｎｍの光を透過するフィルタを設置し、
第１図（Ａ）に示すような光学系を構成した。図中、Ｊ
は本発明の光応用ガスセンサで、＋１はカラス基板、Ｉ
２はマトリックス配列されｒ二色素膜を示すものである
。まｆこ、２はフィルタ、３は白色光源、４は照射用光
ファイバ、５は出射目先ファイバ、６は受光器、７は信
号処理部を各々示すものである。
なお、上記と同様なマトリックス状色素膜は、第１図（
Ｂ）に示すようにアルミニウム板１３上に配置して反射
型の光応用ガスセンサとして構成することができる。第
１図（Ｂ）では、さらに発光ダイオード８と、分岐状光
ファイバつと、フォトダイオードｌＯからなる光学系を
示しており、ＩＩは信号処理部である。
Ｂ）に示すようにアルミニウム板１３上に配置して反射
型の光応用ガスセンサとして構成することができる。第
１図（Ｂ）では、さらに発光ダイオード８と、分岐状光
ファイバつと、フォトダイオードｌＯからなる光学系を
示しており、ＩＩは信号処理部である。
第１図（Ａ）において、光源３から発色光か入射し、透
過光はそれぞれの色素膜の右側から先ファイバ５て取り
出される。取り出されに光の強度は、フォ）・グイオー
トからなる受光器°６て検出される。
過光はそれぞれの色素膜の右側から先ファイバ５て取り
出される。取り出されに光の強度は、フォ）・グイオー
トからなる受光器°６て検出される。
かかる光学系を、各種ガス雰囲気下（エタノール、アセ
トン、メタノール、酢酸エチル）に設置して、無ガス条
件下（ブランク）での透過光に対する透過光強度（出力
電圧差）を評価し１こ結果を第２図（エタノールに対す
る出力電圧差を１として相対的に表示）に示しｆコ。
トン、メタノール、酢酸エチル）に設置して、無ガス条
件下（ブランク）での透過光に対する透過光強度（出力
電圧差）を評価し１こ結果を第２図（エタノールに対す
る出力電圧差を１として相対的に表示）に示しｆコ。
図に示すごとく、透過光強度の変化のパターンは各ガス
によって大きく異なる几め、このパターンによって対象
ガスの識別、定性を行なうことができることか判る。
によって大きく異なる几め、このパターンによって対象
ガスの識別、定性を行なうことができることか判る。
実施例２
実施例１における色素膜（ｅ）の代わりに、クリスタル
バイオレットラクトン、ヒスフェノールＡ１酢酸セルロ
ースからなり、スピンコード法により作製しｆこ色素膜
（ｅｏ）を用い、かつこの色素膜（ｅｏ）の上部に６１
０ｎｍのフィルタを配置する以外、実施例１と同様にし
て、本発明のガスセンサを含む光学系を構成しｆ二。
バイオレットラクトン、ヒスフェノールＡ１酢酸セルロ
ースからなり、スピンコード法により作製しｆこ色素膜
（ｅｏ）を用い、かつこの色素膜（ｅｏ）の上部に６１
０ｎｍのフィルタを配置する以外、実施例１と同様にし
て、本発明のガスセンサを含む光学系を構成しｆ二。
この光学系を用いて、湿空、メタノール及びエタノール
のガス雰囲気下で、各吸光度の増減パターン（対ブラン
ク）を調へｆこ結果を第１表に示す。
のガス雰囲気下で、各吸光度の増減パターン（対ブラン
ク）を調へｆこ結果を第１表に示す。
第 １ 表
色 素 膜
す
湿度 １−十一 −ｍ＝
メタノール − −一
エタノール１＝−−−−−＝
（註）吸光度減少を−で示す。
は吸光度増加を示す。
このように、吸光度の増減パターンからｉ！ｉｉ！、度
とメタノールとエタノールを明確に識別できることが判
る。
とメタノールとエタノールを明確に識別できることが判
る。
（へ）発明の効果
本発明の光応用セッサによれば、各有機膜の各種ガスに
対する吸収スペクトルの変化のパターンに基づいて、光
学的にガス成分を識別検出することかできる。従って、
電磁ノイズの障害を受；すず簡便にカス識別を行なうこ
とかでき、防爆性においても優れている。しかし、従来
のガスセンサに比して、安価に作製できる１１ｊ点ら存
するう
対する吸収スペクトルの変化のパターンに基づいて、光
学的にガス成分を識別検出することかできる。従って、
電磁ノイズの障害を受；すず簡便にカス識別を行なうこ
とかでき、防爆性においても優れている。しかし、従来
のガスセンサに比して、安価に作製できる１１ｊ点ら存
するう
第１図（Ａ）（Ｂ）は、各々、本発明の光応用ガスセン
サを用いたガス検出用の光学系を示す模式図であり、第
２図（Ａ）〜（Ｄ）は、この光学的を用いて各種ガスを
判定した際の結果を示すグラフ図である。 １・・光応用ガスセンサ、 １１・・ ・ガラス基板、 １２・・・・色素膜、１
３・・・・・アルミニウム板。 ？５２図 （Ａ） （Ｂ） （Ｃ） （Ｄ）
サを用いたガス検出用の光学系を示す模式図であり、第
２図（Ａ）〜（Ｄ）は、この光学的を用いて各種ガスを
判定した際の結果を示すグラフ図である。 １・・光応用ガスセンサ、 １１・・ ・ガラス基板、 １２・・・・色素膜、１
３・・・・・アルミニウム板。 ？５２図 （Ａ） （Ｂ） （Ｃ） （Ｄ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、基板上に、各々ガス分子の吸脱着によって光の吸収
スペクトルが可逆的に変化する有機物質からなる複数種
の有機膜をマトリックス配置してなる光応用ガスセンサ
。 ２、有機膜が、有機物質を含有する高分子膜からなる請
求項１のガスセンサ。 ３、有機物質が、ベタイン型色素、シアニン型色素又は
酸発色型色素前駆体と酸性顕色剤との組合せからなる請
求項１のガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19683690A JPH0481662A (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 光応用ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19683690A JPH0481662A (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 光応用ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0481662A true JPH0481662A (ja) | 1992-03-16 |
Family
ID=16364475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19683690A Pending JPH0481662A (ja) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | 光応用ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0481662A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL2002744C2 (nl) * | 2009-04-10 | 2010-10-12 | Advanced Chem Tech | Inrichting en werkwijze voor het optisch detecteren van gas. |
-
1990
- 1990-07-25 JP JP19683690A patent/JPH0481662A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL2002744C2 (nl) * | 2009-04-10 | 2010-10-12 | Advanced Chem Tech | Inrichting en werkwijze voor het optisch detecteren van gas. |
| WO2010117277A1 (en) * | 2009-04-10 | 2010-10-14 | Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland | Device and method for optically detecting gas |
| CN102439427A (zh) * | 2009-04-10 | 2012-05-02 | 荷兰能源建设基金中心 | 光学检测气体的设备和方法 |
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