JPH1123533A

JPH1123533A - 光走査型二次元濃度分布測定装置

Info

Publication number: JPH1123533A
Application number: JP9194942A
Authority: JP
Inventors: Shuji Takamatsu; 修司高松; Satoshi Nomura; 聡野村; Motoi Nakao; 基中尾
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1997-07-05
Filing date: 1997-07-05
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】溶液などの二次元濃度測定は勿論のこと、電
気泳動物質の電場方向に沿った分布を簡便にしかも正確
に測定することができる光走査型二次元濃度分布測定装
置を提供すること。【解決手段】センサホルダ１７とセンサカバー１８と
の間に挟持されるセンサ３０と、このセンサ３０から光
電流を取り出すためのオーミックコンタクト３０と、対
極３９と、参照極４０と、電気泳動を生起させるための
電場発生用電極４１，４２とを組み込んだセンサカセッ
ト４と、測定装置本体１内に設けられ、センサカセット
４が着脱自在にセットされるセンサカセット受け部１５
と、センサカセット４に組み込まれた電極３８ｃ〜４２
ｃに対して接離可能なように測定装置本体１内に設けら
れるコンタクトプローブ部１６とから構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コロイド粒子な
どの電気泳動物質の電場に沿った分布を測定することが
できる光走査型二次元濃度分布測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術およびその問題点】従来、電気泳動物質の
電場に沿った濃度測定を行う手法として、紫外線による
蛍光発光を用いるところの蛍光法があるが、一次元的濃
度測定には精度に制約があり、また、電位勾配に対する
ｐＨ分布が不明で定量的な測定よりも寧ろ定性的な測定
が主流である。

【０００３】ところで、近年、液体中あるいは物質中に
しみこんだ液体中に溶存している物質（イオンなど）の
濃度を二次元的に計測する装置の研究・開発が行われ、
この二次元分布の計測を行う手法の一つに、ＬＡＰＳ
（Ｌｉｇｈｔ−ＡｄｄｒｅｓｓａｂｌｅＰｏｔｅｎｔ
ｉｏｍｅｔｒｉｃＳｅｎｓｏｒ）センサからなる電気
化学画像計測装置がある。このような装置は、例えば、
Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３３（１９
９４）ｐｐＬ３９４−Ｌ３９７に記載してあるよう
に、イオンなどに感応するセンサ面を形成した半導体基
板を適宜の光でスキャンし、このスキャンによって、半
導体基板中に誘発された光電流を取り出すことにより測
定を行うことができる。

【０００４】前記装置のセンサ部を直接計測したい対象
物質に挿入したり接触させることによって溶存物質の濃
度分布を測定する。得られたデータはコンピュータ処理
により、二次元または三次元の濃度分布画像として出力
される。ある時間での濃度分布のみならず、その変化の
様子をリアルタイムに追跡することができる。リアルタ
イムに得られた画像を、目視、ＣＣＤカメラなどによっ
て得られた電磁波画像と容易に比較できる。

【０００５】そして、この出願の出願人は、上記光走査
型二次元濃度分布測定装置およびこれに関連した技術を
主題とする発明を、特願平７−３９１１４号（特開平８
−２１３５８０号）を始めとして数多く特許出願してい
るところである。

【０００６】しかしながら、上記従来の光走査型二次元
濃度分布測定装置には、電気泳動用の正負直流電極や制
御用の装置やソフトウェアもなく、電気泳動装置を外部
に設置して測定しなければならず、そのため、外来ノイ
ズの影響を受けやすく、測定に支障を来すことがあっ
た。

【０００７】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、溶液などの二次元濃度測定は勿論のこと、電
気泳動物質の電場方向に沿った分布を簡便にしかも正確
に測定することができる光走査型二次元濃度分布測定装
置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の光走査型二次元濃度分布測定装置は、セ
ンサホルダとセンサカバーとの間に挟持されるセンサ
と、このセンサから光電流を取り出すためのオーミック
コンタクトと、対極と、参照極と、電気泳動を生起させ
るための電場発生用電極とを組み込んだセンサカセット
と、測定装置本体内に設けられ、前記センサカセットが
着脱自在にセットされるセンサカセット受け部と、前記
センサカセットに組み込まれた電極に対して接離可能な
ように前記測定装置本体内に設けられるコンタクトプロ
ーブ部とから構成されている。

【０００９】上記構成の光走査型二次元濃度分布測定装
置においては、溶液の二次元濃度分布は勿論のこと、電
気泳動物質の電場方向に沿った分布の測定を簡単に行う
ことができ、特に、未知の電気泳動物質の測定を行うこ
とができるようになった。

【００１０】そして、センサがカセットに組み込まれて
いるので、センサを測定装置本体に対して容易に脱着す
ることができる。そして、センサを保持するセンサカセ
ットの構造が簡単であるため、センサに故障が生じた場
合にもその点検や交換を容易に行えるとともに、センサ
回りの部品を再利用することが可能になり、所謂環境に
優しい構成となっている。

【００１１】また、信号の取り出しをコンタクトプロー
ブによって行うようにしているので、信号を安定して取
り出すことができ、安定な測定を行うことができる。

【００１２】なお、上記構成の光走査型二次元濃度分布
測定装置において、そのセンサカセットの外周にセンサ
カセット受け部に対する誤セット防止部を形成してあっ
てもよく、また、センサカセット受け部にガイド部を設
ける一方、センサカセットにガイド部によってガイドさ
れる被ガイド部を形成してあってもよい。このように構
成した場合、センサカセットをセンサカセット受け部に
確実にセットすることができ、特に、後者のようにした
場合、センサカセットをセンサカセット受け部に対して
自動装填することも可能になる。

【００１３】さらに、オーミックコンタクトに連なる作
用極、対極、参照極および電気泳動を生起させるための
電場発生用電極の全てをセンサ上面のセルの一方の側に
まとめて設けた場合、各電極に対応するコンタクトプロ
ーブ部の構成およびその制御が簡略化される。

【００１４】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を図面を参照し
ながら説明する。図１〜図７は、この発明の一つの実施
の形態を示す。まず、図１は、この発明の光走査型二次
元濃度分布測定装置の外観を示す斜視図で、この図１に
おいて、１は測定装置本体で、そのケース２の前面板３
にはセンサカセット４（その構成については後で詳しく
説明する）を出し入れするためのカセット挿抜口５が開
設され、このカセット挿抜口５は、センサカセット４を
保持したオペレータ（測定員）の手が入る程度の大きさ
を有し、これを開閉するための扉６が設けられている。
この扉６は、後述するように、レーザ光７８を用いると
ころからこれが外部に漏洩しないように構成されるとと
もに、ボタン７ａ，７ｂを操作することにより例えば上
下方向に移動してカセット挿抜口５を開または閉状態に
するように構成されている。そして、８ａはケース２の
上部からその下方を、ケース２内の所定の位置にセット
されたセンサカセット４に臨むようにして延設された光
学顕微鏡であり、８ｂはＣＣＤカメラなどの観察画像入
力装置である。

【００１５】９は前記測定装置本体１を制御するととも
に、これから送られてくる信号を処理し、その結果を表
示したり、記録する制御・画像処理装置で、例えば画像
処理機能を有するコンピュータである。このコンピュー
タ９は、制御や各種の演算などの処理を行うとともに、
データや処理結果を記憶する本体１０、例えばカラーデ
ィスレイよりなる表示装置１１、入力キーボード１２、
マウス１３などよりなり、測定装置本体１とは信号ケー
ブル１４によって接続されている。

【００１６】次に、前記測定装置本体１の構成につい
て、図２〜図７を参照しながら説明する。図２は、この
発明の光走査型二次元濃度分布測定装置の要部を示す斜
視図で、この図２において、１５はセンサカセット４を
着脱自在にセットすることができるセンサカセット受け
部、１６はこのセンサカセット受け部１５にセットされ
たセンサカセット４に形成される電極３８，３９，４
０，４１，４２（後述する）に対して接離自在に設けら
れるコンタクトプローブ部である。このセンサカセット
受け部１５およびコンタクトプローブ部１６は、測定装
置本体１内に設けられる。なお、それらの詳細な構成お
よび配置状態については後で詳しく説明する。

【００１７】まず、センサカセット４の構成について、
図２〜図４および図７を参照しながら説明する。図３お
よび図４において、１７，１８は平面視が方形のセンサ
ホルダ、ホルダカバーで、これらの間に後述するオーミ
ックコンタクト３６、センサ３０およびパッキン３４を
この順に重ねた順で挟持される（図３参照）。

【００１８】そして、センサホルダ１７、ホルダカバー
１８はいずれも適宜厚さの絶縁材料、例えば合成樹脂よ
りなり、それらの平面視の外形寸法は互いに等しく、４
つのコーナーには斜めにカットされた部分１９を有する
が、対応する一つのコーナー１９ａは、他のコーナー１
９とは異なる形状に形成して、センサカセット４がセン
サカセット受け部１５に対して誤ってセットされるのを
防止できるようにしてあるとともに、それぞれの中央に
は同サイズの方形の貫通孔２０，２１が設けられてい
る。この貫通孔２０，２１は、センサ３０の大きさとほ
ぼ同じである。なお、センサホルダ１７とホルダカバー
１８の平面視の外形寸法は必ずしも等しくする必要はな
い。

【００１９】そして、センサホルダ１７の貫通孔２０の
下端部周囲には、オーミックコンタクト３６、センサ３
０およびパッキン３４を保持するための座グリ面２０ａ
が形成され、ホルダカバー１８の貫通孔２１の下端側の
周囲には前記座グリ面２０ａに対応するようにして突平
面２１ａが形成されている（図３参照）。

【００２０】また、センサホルダ１７には、貫通孔２０
の外側にねじ２２を螺着するための４つのねじ孔２３が
等配置的に形成されるとともに、センサカセット受け部
１５に設けられたガイドピン５１（図２参照）と対応す
る位置に４つの孔（被ガイド部）２４が貫設されてい
る。一方、ホルダカバー１８には、前記ねじ孔２３に対
応する位置にねじ２２を挿通させるための孔２５が開設
されているとともに、貫通孔２１の一辺２１ｂ側に４つ
の溝２６，２７，２８，２９が適宜の間隔をおいて並設
されている。すなわち、溝２６，２７は、辺２１ｂの中
間に、また、溝２８，２９は他の溝２６，２７を挟むよ
うに、しかも、辺２１ｂとそれぞれ隣接する他の辺２１
ｃ，２１ｄに跨がるようにして形成されている。

【００２１】３０は平面視が方形のセンサで、外形が座
グリ面２０ａおよび突平面２１ａの形状および寸法にほ
ぼ合致するように形成されている。このセンサ３０は、
図７に示すように、測定分解能より小さい厚みを有する
（例えば１００μｍ以下）シリコンなどの半導体基板３
１の上面にＳｉＯ₂層３２、センサ面としてのＳｉ₃Ｎ
₄層３３を熱酸化、ＣＶＤなどの手法によって順次形成
してなるもので、水素イオンに応答するように形成され
ている。

【００２２】３４は平面視方形のパッキンで、外形が座
グリ面２０ａ、突平面２１ａの形状および寸法にほぼ合
致し、中央に貫通孔２０，２１の形状および寸法に合致
する孔３５を有している。このパッキン３４は、例えば
シリコンゴムよりなる。

【００２３】３６はセンサ３０の半導体基板３１に当接
するように設けられる電流信号取出し用の電極であっ
て、図３および図４に示すように、外形が座グリ面２０
ａ、突平面２１ａの形状および寸法にほぼ合致し、中央
に貫通孔２０，２１の形状および寸法に合致する孔３７
を有するとともに、その周囲の適宜箇所から作用極とな
る突片３８を備えている。この突片３８は、短冊状部分
を両端を互いに異なる方向に互いに平行になるように曲
げてなるもので、オーミックコンタクト３６に連なり、
これの上方に直角に折曲された部分３８ａと、この部分
３８ａに連なり、これから水平に折曲された部分３８ｂ
と、これに連なり、これの上方に直角に折曲され、後述
するコンタクトプローブ５４が当接する部分３８ｃとか
らなる。このオーミックコンタクト３６およびこれに連
なる作用極３８は、適宜厚さの銀または白金などの金属
板よりなり、部分３８ｃは酸化防止および接触抵抗低減
のために例えば金めっきが施されている。なお、部分３
８ｃは下方に直角に折曲したってもよい。

【００２４】３９，４０は対極、参照極で、図４に示す
ように、ホルダカバー１８の貫通孔２１の一辺２１ｂ側
に形成された２つの溝２６，２７に装着できるようにコ
字状に形成されている。すなわち、対極３９および参照
極４０は、適宜厚の銀または白金などの金属板よりな
り、短冊状に形成したプレートの両端を同方向に平行と
なるように折曲されている。すなわち、対極３９および
参照極４０は、その一方の折り曲げ部３９ａ，４０ａを
貫通孔２１を形成する内壁の一部に沿うようにし、水平
部３９ｂ，４０ｂを溝２６，２７に嵌め込み、さらに、
他方の折り曲げ部３９ｃ，４０ｃをホルダカバー１８の
外面に沿うようにして溝２６，２７にそれぞれ装着され
るように形成されている。この対極３９および参照極４
０のコンタクトプローブ５５，５６が当接する部分３９
ｃ，４０ｃの外面は酸化防止および接触抵抗低減のため
に例えば金めっきが施されている。

【００２５】４１，４２は電気泳動を生起させるための
電場発生用電極（以下、単に電気泳動用電極という）
で、貫通孔２１の側壁に沿う垂直部４１ａ，４２ａと、
溝２８，２９に嵌まり込む水平部４１ｂ，４２ｂと、セ
ンサホルダ１７の外側部に沿う部分４１ｃ，４２ｃとか
らなる。この電気泳動用電極４１，４２は適宜厚さの銀
または白金などの金属板よりなり、コンタクトプローブ
５７，５８が当接する部分４１ｃ，４２ｃの外面は酸化
防止および接触抵抗低減のために例えば金めっきが施さ
れている。

【００２６】４３は前記対極３９、参照極４０および電
気泳動用電極４１，４２をそれぞれ溝２６〜２９に装着
した状態でこれらを固定するための電極押さえで、合成
樹脂など絶縁性素材よりなり、溝２６〜２９に嵌合し、
各電極３９〜４２を強固に固定できるように構成されて
いる。

【００２７】上記センサカセット４を組み立てるには、
センサホルダ１７の座グリ面２０ａに、オーミックコン
タクト３６、センサ３０およびパッキン３４をこの順に
重ねた後、ホルダカバー１８をセンサホルダ１７の上面
から被せてねじ２２で締めつけることによりセンサ３０
が水密に保持される。そして、電極３９〜４２をホルダ
カバー１８に形成された溝２６〜２９に装着し、電極押
さえ４３で電極３９〜４２を固定する。これによって、
センサ３０の上面にセル４４を有するセンサカセット４
を得ることができる（図２および図３参照）。なお、セ
ンサホルダ１７とホルダカバー１８との結合は、上記ね
じ止めのほか、嵌合でもよく、互いに分離できる方式で
あれば、これらの手段以外でもよい。

【００２８】なお、上述の説明から理解されるように、
センサカセット４においては、センサホルダ１７に対し
てホルダカバー１８がねじ止めされているだけであるの
で、ねじ２２を緩めることにより、両者１７，１８の間
に挟持されている部材３６，３０，３４を簡単に取り外
すことができ、そして、また、ホルダカバー１８に設け
られている電極３９〜４２も、電極押さえ４３を外すこ
とにより簡単に取り外すことができ、これらの部材を取
り替えたり、再利用することができる。

【００２９】次に、上記構成のセンサカセット４を保持
するためのセンサカセット受け部１５の構成について、
図２、図５〜図７を参照しながら説明する。この実施の
形態においては、センサカセット受け部１５は、図５お
よび図６に示すように、ＸＹステージ４５の一部として
形成されている。そして、このＸＹステージ４５には、
コンタクトプローブ部１６およびこれを水平方向に直線
的に前進また後退するように移動させる移動機構４７
（後述する）が搭載されているとともに、ＸＹステージ
４５は、全体として、走査制御装置４８（図７参照）か
らの信号によって制御され、二次元方向、図５において
矢印Ｘ方向（左右方向）およびこれに直交するＹ方向
（紙面に垂直な方向）に移動できるように構成されてい
る。

【００３０】そして、センサカセット受け部１５には、
図２に示すように、その上面にセンサカセット４を装着
保持させるため、センサカセット４の外形よりやや大き
くかつ所定の深さの凹部４９が形成され、その四隅には
ガイド部としてのガイドピン５０が立設されているとと
もに、センサホルダ１７およびホルダカバー１８にそれ
ぞれ形成された誤セット防止部１９ａに対応する誤セッ
ト防止部５１が形成されている。そして、凹部４９のほ
ぼ中央には、センサ３０の全面に対応する大きさの貫通
孔５２が形成されている。

【００３１】次に、コンタクトプローブ部１６およびこ
れを水平方向に直線的に往復動させるプローブ移動機構
４７の構成について、図２および図５〜図７を参照しな
がら説明する。図５および図６において、５３は合成樹
脂などの絶縁性素材よりなるコンタクトプローブカート
リッジで、ホルダカバー１８に設けられた作用極３８、
対極３９、参照極４０、電気泳動用電極４１，４２の接
触部３８ｃ，３９ｃ，４０ｃ，４１ｃ，４２ｃとそれぞ
れ適宜の接触圧でもって接触できるように取り付けられ
たコンタクトプローブ５４，５５，５６，５７，５８
と、これらに接続され、それぞれに対応するレセプタク
ルを有するコネクタ５９とからなる。

【００３２】６０はコネクタ５９に挿抜自在に接続され
るプラグで、このプラグ６０にはケーブル６１，６２，
６３，６４，６５が接続され、これらのケーブル６１〜
６５の他端側は、後述する制御ボックス７９に接続され
る。より詳しくは、対極３９、参照極４０にそれぞれ対
応するケーブル６２，６３は、制御ボックス７９におけ
るポテンショスタット８０に接続され、オーミックコン
タクト３６に連なる作用極３８に対応するケーブル６１
は、制御ボックス７９における電流−電圧変換器８１お
よび演算増幅回路８２を介してポテンショスタット８０
に接続され、電気泳動用電極４１，４２に対応するケー
ブル６４，６５は、後述する定電流直流電源８４に接続
される。

【００３３】前記コンタクトプローブカートリッジ５３
を含むコンタクトプローブ部１６は、図６に示すよう
に、一対のガイド部材６６に沿って矢印Ａ，Ｂ方向に直
線的に往復動するスライドベース６７に例えばねじ止め
によって固定されている。

【００３４】そして、スライドベース６７を直線的に前
進または後退させる移動機構４７は、図５および図６に
示すように、モータ６８の出力軸６８ａと、スライドベ
ース６７との間に回転運動を直線運動に変換する運動変
換機構６９を設けている。すなわち、この運動変換機構
６９は、例えば前記出力軸６８ａに固着されるクランク
用円盤７０と、この円盤７０の偏心した位置に立設され
るピン７１と、この偏心ピン７１とスライドベース６７
の立設部材６７ａに設けられたブラケット７２に立設さ
れたピン７３との間を連結する連杆７４とから構成され
ている。

【００３５】そして、図５および図６に示す状態におい
て、例えば測定装置本体１に設けられた測定開始スイッ
チ７５ａを操作して前記モータ６８を所定方向に回転さ
せると、その回転運動が運動変換機構６９を介して直線
運動に変換され、スライドベース６７を矢印Ａ方向に直
線的に移動させる。これによって、スライドベース６７
上に設けられているコンタクトプローブカートリッジ５
３がセンサカセット受け部１５方向に移動し、コンタク
トプローブカートリッジ５３に設けられたコンタクトプ
ローブ５４〜５８がセンサカセット受け部１５にセット
されているセンサカセット４側の作用極３８、対極３
９、参照極４０、電気分解用直流電極４１，４２の接触
部３８ｃ，３９ｃ，４０ｃ，４１ｃ，４２ｃにそれぞれ
所定の接触圧をもって当接し、その状態を維持する。つ
まり、測定可能状態となり、測定が開始される。

【００３６】また、前記測定可能状態において、測定装
置本体１に設けられた測定終了スイッチ７５ｂを操作し
てモータ６８を前記所定方向と逆方向に回転させると、
スライドベース６７が矢印Ｂ方向に移動し、コンタクト
プローブ５４〜５８が接触部３８ｃ〜４２ｃから離れ、
図５および図６に示す解除状態に復帰する。なお、図６
において、７６ａ，７６ｂは上記測定可能状態または解
除状態をそれぞれ維持するためのスライドベース６７の
位置検出装置である。なお、上記段落００３５および０
０３６に記述した動作は、測定スタート／ストップに同
期してコンピュータ９側から自動制御されるようにして
あってもよい。

【００３７】そして、図５および図７において、７７は
センサカセット受け部１５にセットされたセンサカセッ
ト４のセンサ３０の半導体基板３１に対してプローブ光
としてのレーザ光７８を照射するためのレーザ光源で、
ＸＹステージ４５の下方に設けられており、後述するイ
ンタフェースボード８３を介してコンピュータ９の制御
信号によって断続光を発するとともに、ＸＹステージ４
５によって二次元方向に走査されるセンサ３０の半導体
基板３１に対して最適なビーム径になるように調整され
たプローブ光７８を照射するように構成されている。

【００３８】また、図７において、７９は測定装置本体
１内に設けられる制御ボックスであって、半導体基板３
１に適宜のバイアス電圧を印加するためのポテンショス
タット８０、半導体基板３１に形成されたオーミックコ
ンタクト３６に連なる作用極３８から取り出される電流
信号を電圧信号に変換する電流−電圧変換器８１、この
電流−電圧変換器８１からの信号が入力される演算増幅
回路８２、この演算増幅回路８２と信号を授受したり、
走査制御装置４８やレーザ光源７７および後述する電気
泳動制御装置８４に対する制御信号を出力するインタフ
ェースボード８３などよりなる。

【００３９】さらに、図７において、８４は電気泳動用
電極４１，４２に対して定電圧の直流電圧を印加するた
めの定電圧直流電源を含む電気泳動制御装置である。ま
た、８５は光学顕微鏡８ａやＣＣＤカメラ８ｂからの信
号をコンピュータ９に入力するための観察画像入力装置
である。

【００４０】上記構成の光走査型二次元濃度分布測定装
置を用いて、電気泳動物質としてのコロイド粒子の電場
方向に沿った分布の測定する場合について説明すると、
図２および図３に示すように組み立てられたセンサカセ
ット４のセル４４内にコロイド粒子を含む試料溶液８６
（図７参照）を入れる。これにより、センサ３０のセン
サ面３３に溶液８６が接するとともに、溶液８６が対極
３９および参照極４０と接触する。

【００４１】次に、測定装置本体１のカセット挿抜口５
の扉６を開いて、上記溶液８６を収容したセンサカセッ
ト４を測定装置本体１内のセンサカセット受け部１５に
セットする。これらの操作はオペレータ（測定員）が手
動で行う。この場合、センサカセット４の外周にセンサ
カセット受け部１５に対する誤セット防止部１９ａが形
成してあるので、カセット挿抜口５に挿入する前に予め
センサカセット４の向きを確認することができる。そし
て、センサカセット受け部１５には、ピン５０が立設し
てあるので、センサカセット４のセンサカセット受け部
１５に正しく容易にセットできる。

【００４２】上述のようにしてセンサカセット受け部１
５にセンサカセット４をセットした後、カセット挿抜口
５の扉６を閉じる。この状態においては、測定装置本体
１内は、図５に示すような状態、すなわち、コンタクト
プローブ５４〜５８がセンサカセット４の作用極３８、
対極３９、参照極４０、電気泳動用電極４１，４２の接
触部３８ｃ，３９ｃ，４０ｃ，４１ｃ，４２ｃから離れ
た解除状態となっている。そこで、スイッチ７５ａを操
作することにより、スライドベース４５が矢印Ａ方向に
所定距離だけ移動し、コンタクトプローブ５４〜５８が
センサカセット４の作用極３８、対極３９、参照極４
０、電気泳動用電極４１，４２の接触部３８ｃ，３９
ｃ，４０ｃ，４１ｃ，４２ｃと所定の接触圧をもってそ
れぞれ当接し、測定可能状態となる。

【００４３】まず、測定前の溶液８６の電位分布を
調べる。すなわち、ポテンショスタット８０によってバ
イアス電圧を印加した状態で、プローブ光７８をＸ，Ｙ
方向に順次走査しながら照射していくと、その位置ごと
の電位に応じた電流信号を取り出すことができ、位置信
号（Ｘ，Ｙ）と電流量をコンピュータ９において処理す
ることよりｐＨ濃度を表す二次元画像情報を得ることが
できる。この二次元画像情報は、コンピュータ９の表示
装置１１の画面上に二次元画像として表示され、必要に
応じてメモリに格納される。

【００４４】ポテンショスタット８０によるバイア
ス電圧の印加を停止し、電気泳動用電極４１，４２によ
って溶液８６に電場を印加して、溶液８６中のコロイド
粒子の電気泳動を開始し、一定時間後（例えば１０秒
後）、電場の印加を停止し、コロイド粒子の電気泳動を
停止する。

【００４５】ポテンショスタット８０によってバイ
アス電圧を印加する。

【００４６】コロイド粒子の電気泳動後の電位分布
を測定する。

【００４７】電場内を電気泳動するコロイド粒子Ｂ
の速度Ｖを電気泳動前後の画像を解析することによって
測定する。

【００４８】前記電位分布画像をコンピュータ９に
おいて処理し、電気泳動による溶液８６におけるコロイ
ド粒子の移動速度や印加した電場から、等電点の外挿、
ゼータ電位の予測、ゼータ電位分布を演算し、その結果
を表示装置１１に表示する。

【００４９】前記状態において、電気泳動制御装置８４
によって電気泳動用電極４１，４２に所定の直流電圧、
すなわち、電極４１に正の直流電圧、電極４２に負の直
流電圧を印加する。これによって、溶液８６に所定の直
流電圧が印加される。そして、この状態において、半導
体基板３１に空乏層が発生するように、ポテンショスタ
ット８０からの直流電圧を参照極４０とオーミックコン
タクト３６との間に印加して、半導体基板３１に所定の
バイアス電圧を印加する。この状態で半導体基板３１に
対してプローブ光７８を一定周期（例えば、５ｋＨｚ）
で断続的に照射することによって半導体基板３１に交流
光電流を発生させる。このプローブ光７８の断続照射
は、コンピュータ９の制御信号がインタフェースボード
８３を介して入力されることによって行われる。前記光
電流は、半導体基板３１の照射点に対向する点で、セン
サ３０に接している溶液におけるｐＨを反映した値であ
り、その値を測定することにより、この部分でのｐＨ値
を知ることができる。

【００５０】そして、走査制御装置４８によって、ＸＹ
ステージ４５をＸ，Ｙ方向に移動させることにより、半
導体基板３１にはプローブ光７８が二次元方向に走査さ
れるようにして照射され、溶液８６における位置信号
（Ｘ，Ｙ）と、その場所で観測された交流光電流値によ
り、表示装置１１の画面上にｐＨを表す二次元画像が表
示される。

【００５１】また、電気泳動用電極４１，４２に所定の
直流電圧を印加して溶液８６のコロイド粒子を電気泳動
させて電場方向に分布する状態を光学顕微鏡８ａおよび
ＣＣＤカメラ８ｂで観察し、その像を観察画像入力装置
８５を介してコンピュータ９に入力し、前記ｐＨの二次
元分布画像と重ね合わせて表示装置１１に表示するよう
にしてもよい。

【００５２】上述のように、この発明の光走査型二次元
濃度分布測定装置においては、電気泳動物質の電場方向
に沿った分布測定や画像処理を行うことができる。した
がって、電気泳動物質の挙動を観察したり、濃度量の算
出および測定結果を画像表示することができる。

【００５３】そして、前記光走査型二次元濃度分布測定
装置においては、電気泳動制御装置８４によって電気泳
動用電極４１，４２に所定の直流電圧を印加しない状態
でも使用することができる。すなわち、セル４４内に溶
液やゲルなどの試料を収容し、ｐＨを測定することがで
きる。

【００５４】また、前記光走査型二次元濃度分布測定装
置においては、測定部を、測定装置本体１側のセンサカ
セット受け部１５およびコンタクトプローブ部１６と、
測定装置本体１に対して着脱自在なセンサカセット４と
から構成しており、センサ３０がセンサカセット４に組
み込まれているので、センサ３０を測定装置本体１に対
して容易に脱着することができる。そして、センサ３０
を保持するセンサカセット４の構造が簡単であるため、
センサ３０に故障が生じた場合にもその点検や交換を容
易に行えるとともに、センサ回りの部品を再利用するこ
とが可能になり、所謂環境に優しい構成となっている。

【００５５】さらに、信号の取り出しを、センサカセッ
ト４に対して接離自在なコンタクトプローブ部１６によ
って行うようにしているので、信号を安定して取り出す
ことができ、安定な測定を行うことができる。

【００５６】この発明は、上記実施の形態に限られるも
のではなく、種々に変形して実施することができ、例え
ば、ＸＹステージ４５を二次元方向（Ｘ，Ｙ方向）に走
査させるのに代えて、レーザ光源７７に光照射部走査装
置を設け、このレーザ光源７７をＸ，Ｙ方向に走査させ
るようにしてもよく、また、レーザ光源７７とセンサカ
セット受け部１５との間にプローブ光走査装置を設け、
プローブ光７８をＸ，Ｙ方向に走査させるようにしても
よい。これらいずれの場合においても、センサカセット
受け部１５、コンタクトプローブ部１６および移動装置
４７を二次元的に移動させる必要がなくなり、それだけ
構成が簡単になる。

【００５７】さらに、上記実施の形態における光走査型
二次元濃度分布測定装置においては、作用極３８、対極
３９、参照極４０、電気泳動用電極４１，４２の５つの
電極を、センサ上面のセル４４の一方の側にまとめて設
けてあったが、これに代えて、図８に示すように、作用
極３８、対極３９、参照極４０をセル４４の一つの辺側
に設け、電気泳動用電極４１，４２を前記辺に対応する
辺にそれぞれ対応するように設けてもよい。

【００５８】

【発明の効果】この発明の光走査型二次元濃度分布測定
装置によれば、電気泳動物質の電場方向に沿う濃度や分
布を確実に測定することができ、その測定結果を画像表
示することができる。

【００５９】そして、センサを安定かつ交換容易に保持
することができるとともに、信号を安定に取り出すこと
ができる。したがって、この発明によれば、実用的な構
造を有し、しかも使い勝手に優れた光走査型二次元濃度
分布測定装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光走査型二次元濃度分布測定装置の
外観を示す斜視図である。

【図２】センサカセットとセンサカセット受け部の一構
成例を示す斜視図である。

【図３】前記センサカセットの断面図である。

【図４】前記センサカセットの分解斜視図である。

【図５】測定装置本体側に設けられる主要構成部の一例
を示す断面図である。

【図６】前記主要構成部の平面図である。

【図７】前記装置の構成概略的に示すブロック図であ
る。

【図８】センサカセットとセンサカセット受け部の他の
構成例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１…測定装置本体、４…センサカセット、１５…センサ
カセット受け部、１６…コンタクトプローブ部、１７…
センサホルダ、１８…ホルダカバー、１９ａ…誤セット
防止部、２４…被ガイド部、３０…センサ、３６…オー
ミックコンタクト、３８…作用極、３９…対極、４０…
参照極、４１，４２…電気泳動用電極、５０…ガイド
部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】センサホルダとセンサカバーとの間に挟
持されるセンサと、このセンサから光電流を取り出すた
めのオーミックコンタクトと、対極と、参照極と、電気
泳動を生起させるための電場発生用電極とを組み込んだ
センサカセットと、測定装置本体内に設けられ、前記セ
ンサカセットが着脱自在にセットされるセンサカセット
受け部と、前記センサカセットに組み込まれた電極に対
して接離可能なように前記測定装置本体内に設けられる
コンタクトプローブ部とからなる光走査型二次元濃度分
布測定装置。
【請求項２】センサカセットの外周にセンサカセット
受け部に対する誤セット防止部を形成してある請求項１
に記載の光走査型二次元濃度分布測定装置。
【請求項３】センサカセット受け部にガイド部を設け
る一方、センサカセットに前記ガイド部によってガイド
される被ガイド部を形成してある請求項１または２に記
載の光走査型二次元濃度分布測定装置。
【請求項４】オーミックコンタクトに連なる作用極、
対極、参照極および電気泳動を生起させるための電場発
生用電極をセンサ上面のセルの一方の側にまとめて設け
てある請求項１〜３のいずれかに記載の光走査型二次元
濃度分布測定装置。