JPS63259444A - 溶液中の物理・化学反応の測定方法 - Google Patents
溶液中の物理・化学反応の測定方法Info
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- JPS63259444A JPS63259444A JP62093880A JP9388087A JPS63259444A JP S63259444 A JPS63259444 A JP S63259444A JP 62093880 A JP62093880 A JP 62093880A JP 9388087 A JP9388087 A JP 9388087A JP S63259444 A JPS63259444 A JP S63259444A
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- light
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- transparent electrode
- optical waveguide
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
- G01N21/552—Attenuated total reflection
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- 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】
（産業上の利用分野）
本発明は溶液中の物理・化学的反応の測定方法に関する
。更に詳しくは、本発明は溶液中の物理・化学的反応に
よって変調された光を利用する、溶液中の物理・化学的
反応の測定方法に関する。
。更に詳しくは、本発明は溶液中の物理・化学的反応に
よって変調された光を利用する、溶液中の物理・化学的
反応の測定方法に関する。
（従来の技術）
従来、溶液中で起こる物理・化学的反応を検出する方法
として、例えばサイクリック・ポルタンメトリーや種々
のポーラログラフイー等によって、電流電位曲線を測定
する電気化学的な分析方法を初め、更に、電子スピン共
鳴法（Ｅ Ｓ Ｒ）や光学吸収測定と組み合わせた測定
方法等、多くの測定方法が知られている。これらの測定
方法は、定量分析、定性分析等において既に広く採用さ
れているが、いずれの場合も、微妙な反応を高感度且つ
迅速に検出し定量することは困難であるという欠点があ
った。この事は、近年開発された全反射しみ出し波性（
ＡＴＲ）や、エリプソメトリ−１光熱回折法（ＰＴＤ）
等によっても解決されていない。
として、例えばサイクリック・ポルタンメトリーや種々
のポーラログラフイー等によって、電流電位曲線を測定
する電気化学的な分析方法を初め、更に、電子スピン共
鳴法（Ｅ Ｓ Ｒ）や光学吸収測定と組み合わせた測定
方法等、多くの測定方法が知られている。これらの測定
方法は、定量分析、定性分析等において既に広く採用さ
れているが、いずれの場合も、微妙な反応を高感度且つ
迅速に検出し定量することは困難であるという欠点があ
った。この事は、近年開発された全反射しみ出し波性（
ＡＴＲ）や、エリプソメトリ−１光熱回折法（ＰＴＤ）
等によっても解決されていない。
（発明が解決しようとする問題点）
本発明者等は上記の欠点を解決すべく鋭意検討した結果
、全反射しみ出し波性における光導波路に透明電極を一
体化セしめ、導波光強度をモニターすることにより、極
めて感度良く、迅速に溶液中の物理・化学反応を測定す
ることができることを見い出し本発明に到達した。
、全反射しみ出し波性における光導波路に透明電極を一
体化セしめ、導波光強度をモニターすることにより、極
めて感度良く、迅速に溶液中の物理・化学反応を測定す
ることができることを見い出し本発明に到達した。
従って本発明の第１の目的は溶液中の微妙な反応を高感
度にして且つ迅速に測定するための方法を提供すること
にある。
度にして且つ迅速に測定するための方法を提供すること
にある。
本発明の第２の目的は、溶液中の微妙な反応を簡単に測
定するための方法を提供することにある。
定するための方法を提供することにある。
更に、本発明の第３の目的は、反応中間体の測定に通し
た新規な測定方法を提供することにある。
た新規な測定方法を提供することにある。
（問題を解決するための手段）
本発明の上記の諸口的は、溶液中に設置した、電極と一
体化した光導波路中に導波光を入射せしめて該溶液中に
エバネッセント波を放出せしめることにより、光導波路
近傍で生ずる溶液内の物理・化学的変化に対応して前記
エバネッセント波を吸収せしめ、該エバネソセント波の
吸収によって変調される導波光を検出することを特徴と
する溶液中の物理・化学的反応の測定方法によって達成
された。
体化した光導波路中に導波光を入射せしめて該溶液中に
エバネッセント波を放出せしめることにより、光導波路
近傍で生ずる溶液内の物理・化学的変化に対応して前記
エバネッセント波を吸収せしめ、該エバネソセント波の
吸収によって変調される導波光を検出することを特徴と
する溶液中の物理・化学的反応の測定方法によって達成
された。
以下に、本発明を図面に従って詳細に説明する。
第１図は、本発明で使用する光導波路の一例である。図
において符号１はガラス基板、２はガラス基板上に設け
た透明電極であり、透明電極上部に、被測定溶液を配置
する。
において符号１はガラス基板、２はガラス基板上に設け
た透明電極であり、透明電極上部に、被測定溶液を配置
する。
ガラス基板の屈折率は、通常的１．５、透明電極として
例えば５ｎ０２を用いた場合には、ＳｎＯ２の屈折率は
２．０９３であり、更に、溶液として水溶液（屈折率約
１．３３）を用いた系は、夫々の界面の屈折率が大きく
異なるので透明電極中に光を閉じ込めることができ、こ
の場合透明電極は、薄膜状の光導波路として機能する。
例えば５ｎ０２を用いた場合には、ＳｎＯ２の屈折率は
２．０９３であり、更に、溶液として水溶液（屈折率約
１．３３）を用いた系は、夫々の界面の屈折率が大きく
異なるので透明電極中に光を閉じ込めることができ、こ
の場合透明電極は、薄膜状の光導波路として機能する。
上記導波路においては、光導波路と透明電極は同一のも
のであるが、夫々を別々に構成せしめて、光導波路と透
明電極とを積層せしめることもできる。
のであるが、夫々を別々に構成せしめて、光導波路と透
明電極とを積層せしめることもできる。
何れにしても、本発明で使用することのできる透明電極
としては、例えば５ｎ０２、Ｉｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２等の
公知の物質の中から適宜選択することができる。
としては、例えば５ｎ０２、Ｉｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２等の
公知の物質の中から適宜選択することができる。
透明電極を設けるための基板としては、通常、半導体薄
膜を設ける際に使用する基板の中から適宜選択すること
ができるが、後述する如く、反応の開始や制御に光を利
用する場合には、特に透明な基板を使用する必要がある
。何れにしても、本発明においては、光導波路の、基板
と反対側の面を被測定溶液に接触せしめる。
膜を設ける際に使用する基板の中から適宜選択すること
ができるが、後述する如く、反応の開始や制御に光を利
用する場合には、特に透明な基板を使用する必要がある
。何れにしても、本発明においては、光導波路の、基板
と反対側の面を被測定溶液に接触せしめる。
光導波路中を導波させる光には、溶液中に存在し、反応
の有無によって量が変化する化学種が吸収し得る波長の
光を含んでいることが必要である。
の有無によって量が変化する化学種が吸収し得る波長の
光を含んでいることが必要である。
このような光源として特にレーザー光の如き単一波長の
ものを使用した場合には感度及び測定精度において特に
良好な結果を得ることができる。
ものを使用した場合には感度及び測定精度において特に
良好な結果を得ることができる。
（作用）
光導波路中に光を入射せしめると、導波光の電解成分の
１部（エバネッセント波）が溶液内部に広がり、この電
解成分が溶液内の化学種によって吸収されると導波光が
減衰する。従って、導波光をモニターすることによって
上記エバネッセント波を吸収する化学種を定量すること
ができる。この原理は、例えば、溶液中のラジカルの定
量、電極反応等による反応生成物の定量、化学種の吸着
量の定量等に応用することができる。
１部（エバネッセント波）が溶液内部に広がり、この電
解成分が溶液内の化学種によって吸収されると導波光が
減衰する。従って、導波光をモニターすることによって
上記エバネッセント波を吸収する化学種を定量すること
ができる。この原理は、例えば、溶液中のラジカルの定
量、電極反応等による反応生成物の定量、化学種の吸着
量の定量等に応用することができる。
本発明の測定方法は、測定される化学種を生成せしめる
方法により限定されるものではなく、反応によって生成
又は消滅する総ての化学種に対して有効である。
方法により限定されるものではなく、反応によって生成
又は消滅する総ての化学種に対して有効である。
本発明の測定方法は、例えば、ガラス全面に２次元のス
ラブ型光導波路を形成して、光強度の変化のみを測定し
ても良いが、更に、第４図の如き３次元分岐型光導波路
を用い、Ｙ分岐した一方にのみ溶液セルを設けることに
より、上記吸着分子やラジカルが光吸収をしない場合で
あっても、極微の誘電率変化等による導波光の変調を測
定することもできる（第５図参照）。
ラブ型光導波路を形成して、光強度の変化のみを測定し
ても良いが、更に、第４図の如き３次元分岐型光導波路
を用い、Ｙ分岐した一方にのみ溶液セルを設けることに
より、上記吸着分子やラジカルが光吸収をしない場合で
あっても、極微の誘電率変化等による導波光の変調を測
定することもできる（第５図参照）。
（発明の効果）
以上詳述した如く、本発明は電極と光導波路を一体化す
るという簡単な手法を採用することにより、溶液中の反
応を極めて高感度且つ迅速に測定するものであるので、
装置も比較的簡単であるのみならず、測定も容易である
。特に、反応をレーザー等による単一波長で引き起こす
ことにより、反応中間体の寿命を容易に測定することも
できる。
るという簡単な手法を採用することにより、溶液中の反
応を極めて高感度且つ迅速に測定するものであるので、
装置も比較的簡単であるのみならず、測定も容易である
。特に、反応をレーザー等による単一波長で引き起こす
ことにより、反応中間体の寿命を容易に測定することも
できる。
又光導波路では、薄膜に閉じ込められた光波が前記ＡＴ
Ｒ様の反射を約１０４回／ ｃ ｍ繰り返すことができ
るので測定感度は極めて高いものである。
Ｒ様の反射を約１０４回／ ｃ ｍ繰り返すことができ
るので測定感度は極めて高いものである。
（実施例）
以下、本発明を実施例により更に詳述するが、本発明は
これによって限定されるものではない。
これによって限定されるものではない。
実施例１゜
ガラス基板上に、熱ＣＶＤ法によって、弗素をドープし
た酸化スズ薄膜を約８００ ｎｍ堆積させて光導波路を
兼ねた透明電極を作製した。この光導波路を使用して第
２図の如き電気化学的セルを作製し、セル内部に、１０
−１モル／ＩｔのＫＣＮの支持電解質及び１０−５モル
／１のメチレンブルーを純水中に加えた水溶液を注入し
た。次に、出力約４ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザーの６３２
．８内ｍの光をロッドレンズを用いて集光した後、公知
の端面結合法を用いて導波路２内に入射せしめ、端面か
らの出射光をロッドレンズで集光し、アバランシェホト
ダイオード（ディテクター９）で検知して５００ＭＨｚ
の高速シンクロスコープで観測した。溶液と接触する導
波路長さは約１ｃｍであった拳 次に、窒素パルスレーザ−励起の色素レーザーを用いて
、ガラス支持体側からメチレンブルーが吸収する波長（
５８０ｎｍ）の光パルスを照射した。
た酸化スズ薄膜を約８００ ｎｍ堆積させて光導波路を
兼ねた透明電極を作製した。この光導波路を使用して第
２図の如き電気化学的セルを作製し、セル内部に、１０
−１モル／ＩｔのＫＣＮの支持電解質及び１０−５モル
／１のメチレンブルーを純水中に加えた水溶液を注入し
た。次に、出力約４ｍＷのＨｅ−Ｎｅレーザーの６３２
．８内ｍの光をロッドレンズを用いて集光した後、公知
の端面結合法を用いて導波路２内に入射せしめ、端面か
らの出射光をロッドレンズで集光し、アバランシェホト
ダイオード（ディテクター９）で検知して５００ＭＨｚ
の高速シンクロスコープで観測した。溶液と接触する導
波路長さは約１ｃｍであった拳 次に、窒素パルスレーザ−励起の色素レーザーを用いて
、ガラス支持体側からメチレンブルーが吸収する波長（
５８０ｎｍ）の光パルスを照射した。
色素レーザーを照射しない状態では、メチレンブルーは
酸化スズ電極２上に吸着しているのみで、前記Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザーの光を吸収しない。しかしながら、色素レー
ザーの照射によってメチレンブルーが励起され前記Ｈｅ
−Ｎｅレーザーの光を吸収するメチレンブルーの酸化体
が生成するので、溶液内に広がっているエバネッセント
波が該酸化体に吸収され、これによって導波光が減衰す
る。
酸化スズ電極２上に吸着しているのみで、前記Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザーの光を吸収しない。しかしながら、色素レー
ザーの照射によってメチレンブルーが励起され前記Ｈｅ
−Ｎｅレーザーの光を吸収するメチレンブルーの酸化体
が生成するので、溶液内に広がっているエバネッセント
波が該酸化体に吸収され、これによって導波光が減衰す
る。
この場合、透明電極の電極電位を、飽和カロメル電極電
位換算で＋〇、１ｖとしておいた所、メチレンブルーの
酸化体から透明電極に容易に電子が注入される結果、メ
チレンブルーの酸化体は消滅し、Ｈｅ−Ｎｅレーザーの
光強度は復帰する。この様子は第３図に示した通りであ
る。
位換算で＋〇、１ｖとしておいた所、メチレンブルーの
酸化体から透明電極に容易に電子が注入される結果、メ
チレンブルーの酸化体は消滅し、Ｈｅ−Ｎｅレーザーの
光強度は復帰する。この様子は第３図に示した通りであ
る。
尚、本セルに図の如く３電極刃式のポシンシオスタット
を接続して電気化学的測定を併用することができる。本
セルの場合には、参照電極として銀電極６を使用し、対
抗電極として白金電極７を使用した。
を接続して電気化学的測定を併用することができる。本
セルの場合には、参照電極として銀電極６を使用し、対
抗電極として白金電極７を使用した。
実施例２６
ガラスを２４０℃にて熔融させた硝酸銀中に入れ、約３
時間イオン交換をおこなわせて屈折率変化Δｎ＃０．０
４、イオン交換深さｔ＝４ｕｍのイオン交換型ガラス導
波路を形成した。次いでこの導波路の上に、熱ＣＶＤ法
によって厚み約５０μｍの弗素ドープ酸化スズ層を形成
して電極層とした。この場合、銀イオン交換層の屈折率
は約１゜５５であり、表面の酸化スズ層の約２．０より
も小さいが、前者の膜厚が極めて薄いため酸化スズ中に
は導波光は励起されず、銀イオン層が実質的に導波路と
して機能していることが判明した。
時間イオン交換をおこなわせて屈折率変化Δｎ＃０．０
４、イオン交換深さｔ＝４ｕｍのイオン交換型ガラス導
波路を形成した。次いでこの導波路の上に、熱ＣＶＤ法
によって厚み約５０μｍの弗素ドープ酸化スズ層を形成
して電極層とした。この場合、銀イオン交換層の屈折率
は約１゜５５であり、表面の酸化スズ層の約２．０より
も小さいが、前者の膜厚が極めて薄いため酸化スズ中に
は導波光は励起されず、銀イオン層が実質的に導波路と
して機能していることが判明した。
この導波路と電極の積層物を使用して、第２図と同様の
セルを作製して実施例１と同様の試験を行った結果、実
施例１と同様の結果が得られた。４、
セルを作製して実施例１と同様の試験を行った結果、実
施例１と同様の結果が得られた。４、
第１図は本発明で使用する光導波路の部分断面図である
。図において、符号１はガラス基板、２は導波路を兼ね
る透明電極である。 第２図は本発明の測定方法の概略図であり、図中符号３
はスペーサとしてのシリコンゴム、４はテフロンシート
、５はセルのガラス蓋、９は導波路を通過した出射光の
ディテクタである。 第３図は、第２図の色素レーザーをパルス状で照射した
゛場合の出射光の強゛度の変化を示すグラフである。 第４図は、３次元分岐型光導波路の概念図である。 第５図は、反応に起因する物理量の変化に対応した出射
光の変調出力を示す図である。
。図において、符号１はガラス基板、２は導波路を兼ね
る透明電極である。 第２図は本発明の測定方法の概略図であり、図中符号３
はスペーサとしてのシリコンゴム、４はテフロンシート
、５はセルのガラス蓋、９は導波路を通過した出射光の
ディテクタである。 第３図は、第２図の色素レーザーをパルス状で照射した
゛場合の出射光の強゛度の変化を示すグラフである。 第４図は、３次元分岐型光導波路の概念図である。 第５図は、反応に起因する物理量の変化に対応した出射
光の変調出力を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）溶液中に設置した、電極と一体化した光導波路中に
導波光を入射せしめて該溶液中にエバネッセント波を放
出せしめることにより、光導波路近傍で生ずる溶液内の
物理・化学的変化に対応して前記エバネッセント波を吸
収せしめ、該エバネッセント波の吸収によって変調され
る導波光を検出することを特徴とする溶液中の物理・化
学的反応の測定方法。 ２）光導波路を透明電極材料で形成せしめた特許請求の
範囲第１項記載の溶液中の物理・化学的反応の測定方法
。 ３）光導波路と透明電極材料とを積層せしめた特許請求
の範囲第１項に記載の溶液中の物理・化学的反応の測定
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62093880A JPS63259444A (ja) | 1987-04-16 | 1987-04-16 | 溶液中の物理・化学反応の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62093880A JPS63259444A (ja) | 1987-04-16 | 1987-04-16 | 溶液中の物理・化学反応の測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63259444A true JPS63259444A (ja) | 1988-10-26 |
Family
ID=14094789
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62093880A Pending JPS63259444A (ja) | 1987-04-16 | 1987-04-16 | 溶液中の物理・化学反応の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63259444A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990006503A3 (en) * | 1988-11-29 | 1991-03-07 | Ares Serono Res & Dev Ltd | Sensor for optical assay |
| JPH0875639A (ja) * | 1994-09-09 | 1996-03-22 | Agency Of Ind Science & Technol | スラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置 |
| JP2004245637A (ja) * | 2003-02-12 | 2004-09-02 | Fuji Photo Film Co Ltd | 表面電位測定装置 |
-
1987
- 1987-04-16 JP JP62093880A patent/JPS63259444A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990006503A3 (en) * | 1988-11-29 | 1991-03-07 | Ares Serono Res & Dev Ltd | Sensor for optical assay |
| JPH0875639A (ja) * | 1994-09-09 | 1996-03-22 | Agency Of Ind Science & Technol | スラブ光導波路を利用した光吸収スペクトル測定装置 |
| JP2004245637A (ja) * | 2003-02-12 | 2004-09-02 | Fuji Photo Film Co Ltd | 表面電位測定装置 |
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