(57)【要約】【課題】簡易かつ短時間に活性酸素を測定することができる活性酸素の測定方法を提供する。【解決手段】測定対象物質である陶器片１に所定量のスピントラップ剤２を滴下する。そして、光照射装置３が陶器片１に対して紫外線を所定時間照射する。その後、陶器片１から回収したスピントラップ剤２をＥＳＲ装置によりスペクトルを測定する。このスペクトルの信号強度が高い程、多くの活性酸素が生成されていることを示している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒を利用した活性酸素の測定方法であって、
測定対象物質に所定量のスピントラップ剤を付与する工程と、
前記測定対象物質に対して光照射装置が紫外線を所定時間照射する工程と、
前記測定対象物質から回収した前記スピントラップ剤をＥＳＲ装置によりスペクトルを測定する工程と、
を実行することを特徴とする活性酸素の測定方法。
【請求項２】
前記光照射装置は、数Ｗ／ｃｍ２の光量で、ＵＶ−Ａ＋ＵＶ−Ｂの波長の紫外線を、数分の照射時間で数ｃｍの距離から照射する請求項１に記載の活性酸素の測定方法。
【請求項３】
前記活性酸素は一重項酸素である請求項１または請求項２に記載の活性酸素の測定方法。
【請求項４】
前記測定対象物質は酸化亜鉛または過酸化亜鉛を含有する請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の活性酸素の測定方法。
【請求項５】
前記測定対象物質は二酸化チタンを含有する請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の活性酸素の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光触媒を利用した活性酸素の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、二酸化チタンなどの光触媒活性物質に紫外線などの光を照射すると、光触媒活性物質の価電子帯の電子が光により伝導体に励起されるとともに、価電子帯に正孔が生成されることが知られている。正孔は正の電荷を与えやすいため、水に含まれる水酸イオンに作用してヒドロキシラジカルを生成する。このヒドロキシラジカルは高い酸化力を持つ活性酸素である。一方、伝導体の電子は負の電荷を与えやすいため、空気中の酸素分子に作用してスーパーオキサイドアニオンを生成する。ヒドロキシラジカルの持っている高い酸化力を利用して、脱臭、防汚、抗菌、殺菌などが行われている。
【０００３】
下記の特許文献１には、光触媒を利用した活性酸素の測定方法が記載されている。この方法では、光触媒活性物質（例えば酸化チタン）の所定面に光を照射して前処理を施す。そして、この前処理が施された所定面に有機色素（例えば、メチレンブルー、マラカイトグリーン）を付着または吸着させる。次に、所定面に光を照射して、この有機色素の分解速度を分光光学的な手段を用いて測定し、光触媒活性物質の光触媒活性を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−８３８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１に記載された活性酸素の測定方法では、前処理において紫外線が光触媒活性物質の所定面に対して１〜２４時間程度照射される。また、光触媒活性物質の所定面に有機色素を付着または吸着されるために、溶液中に光触媒活性物質が３０分以上浸漬される。このように、上記した特許文献１に記載された活性酸素の測定方法では、前処理や浸漬処理に時間がかかり、短時間で活性酸素を測定することが困難である。
【０００６】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、簡易かつ短時間に活性酸素を測定することができる活性酸素の測定方法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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、光触媒を利用した活性酸素の測定方法であって、測定対象物質に所定量のスピントラップ剤を付与する工程と、測定対象物質に対して光照射装置が紫外線を所定時間照射する工程と、測定対象物質から回収したスピントラップ剤をＥＳＲ装置によりスペクトルを測定する工程と、を実行することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明では、光照射装置は、数Ｗ／ｃｍ２の光量で、ＵＶ−Ａ＋ＵＶ−Ｂの波長の紫外線を、数分の照射時間で数ｃｍの距離から照射するように構成されてもよい。
【０００９】
また、本発明は、活性酸素は一重項酸素であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明は、測定対象物質は酸化亜鉛または過酸化亜鉛を含有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、測定対象物質は二酸化チタンを含有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上記したように、簡易な工程により、測定対象物質に対する紫外線の照射による活性酸素の生成を確実に測定することができる。この場合において、活性酸素の測定を短時間において行うことができる。よって、測定作業を行う作業者の負担が軽減される。
【００１３】
また、本発明では、光照射装置は、数Ｗ／ｃｍ２の光量で、ＵＶ−Ａ＋ＵＶ−Ｂの波長の紫外線を、数分の照射時間で数ｃｍの距離から照射するので、短時間の紫外線の照射により確実に活性酸素を測定することが可能となる。
【００１４】
また、本発明では、活性酸素は一重項酸素の測定に対して特に有効である。また、本発明では、酸化亜鉛または過酸化亜鉛を含有する物質に対して活性酸素を測定することができる。また、本発明では、二酸化チタンを含有する物質に対して活性酸素を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態における活性酸素の測定方法を説明するための測定対象物質の斜視図である。
【図２】本実施形態における活性酸素の測定原理を説明するための測定対象物質の断面図である。
【図３】電子スピン共鳴の原理を説明するための図である。
【図４】二酸化チタンの光触媒作用により一重項酸素が生成される場合の電子スピン共鳴スペクトルを示す図である。
【図５】過酸化亜鉛の光触媒作用によりヒドロキシラジカルが生成される場合の電子スピン共鳴スペクトルを示す図である。
【図６】過酸化亜鉛の光触媒作用により一重項酸素が生成される場合の電子スピン共鳴スペクトルを示す図である。
【図７】酸化亜鉛の光触媒作用によりヒドロキシラジカルが生成される場合の電子スピン共鳴スペクトルを示す図である。
【図８】酸化亜鉛の光触媒作用により一重項酸素が生成される場合の電子スピン共鳴スペクトルを示す図である。
【図９】測定対象物質に塗料が塗布された例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態における活性酸素の測定方法を説明するための測定対象の斜視図である。図１に示す活性酸素の測定方法においては、作業者が測定対象物質である陶器片１の測定面１ａの上に、所定量のスピントラップ剤２を垂らす。そして、作業者は、陶器片１の測定面１ａ上のスピントラップ剤２に対して光照射装置３から紫外線（ＵＶ）を所定時間照射する。その後、作業者はスピントラップ剤２を回収する。また、作業者は、ＥＳＲ装置（電子スピン共鳴法（Electron Spin Resonance）により活性酸素を測定する装置）を用いて、回収したスピントラップ剤２の電子スピン共鳴スペクトル（以下、単にスペクトルという。）を測定する。このスペクトルの信号強度が高い程、多くの活性酸素が生成されていることを表す。
【００１７】
ここで、測定対象物質として板状の陶器片１を用いている。後述するように、陶器片１には、二酸化チタン（ＴｉＯ２）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの光触媒活性物質の含有率の異なる陶器片１の活性酸素が測定される。
【００１８】
また、スピントラップ剤２は、ＥＳＲ装置で活性酸素を測定する際に、この活性酸素をトラップするために用いる試薬である。スーパーオキサイドアニオンやヒドロキシラジカルなどの活性酸素は、寿命が非常に短くＥＳＲ装置で測定することは困難である。そこで、これらの活性酸素と反応して比較的寿命の長い活性酸素を生成するスピントラップ剤を添加することにより、ＥＳＲ装置で活性酸素を測定することが可能となる。
【００１９】
スーパーオキサイドアニオンやヒドロキシラジカルをトラップするためのスピントラップ剤２としては、ＣＹＰＭＰＯ（登録商標）；2-(5,5-Dimethyl-2-oxo-2λ5-[1,3,2]dioxaphosphinan-2-yl)-2-methyl-3,4-dihydro-2H-pyrrole
1-oxide, 5-(2,2-Dimethyl-1,3-propoxy cyclophosphoryl)-5-methyl-1-pyrroline
N-oxideを用いる。また、一重項酸素をトラップするためのスピントラップ剤２としては、4-OH-TEMP(2,2,6,6-tetramethylpiperidinolを用いる。
【００２０】
また、光照射装置３は、光量１Ｗ／ｃｍ２で、波長がＵＶ−Ａ＋ＵＶ−Ｂの紫外線を、照射距離約１ｃｍの距離から、照射時間５分、陶器片１（及び陶器片１の測定面１ａ上のスピントラップ剤２）に照射する。なお、光量、波長、照射距離、及び照射時間は一例であって、このような値に限定されない。例えば、光照射装置３は、数Ｗ／ｃｍ２の光量で、ＵＶ−Ａ＋ＵＶ−Ｂの波長の紫外線を、数分の照射時間で数ｃｍの距離から照射するものでもよい。
【００２１】
次に、活性酸素の測定原理について説明する。図２は、本実施形態における活性酸素の測定原理を説明するための測定対象の断面図である。上記した測定条件下において、光照射装置３が、スピントラップ剤２が滴下された陶器片１の測定面１ａに対して紫外線を照射する。すると、陶器片１の測定面１ａの価電子帯における電子１１が光により伝導体に励起されるとともに、価電子帯に正孔１０が生成される。紫外線による励起によって生成された伝導体の電子１１や正孔１０は、その一部が直ちに再結合して消滅する。しかし、陶器片１に光触媒活性物質の含有率が高くなる程、再結合率が低くなる。従って、生成された正孔１０や電子１１によって活性酸素が生成される。
【００２２】
図３は、電子スピン共鳴の原理を説明するための図である。図３に示すように、スピンを持つ電子に磁場が与えられると、ゼーマン効果によって物質のエネルギーが２つに分割される。この２つのエネルギー差に相当するエネルギー（マイクロ波）を加えることにより共鳴が生じる。このエネルギーの吸収量を測定することによりスペクトルを得ることができる。
【００２３】
次に、上記した活性酸素の測定方法による測定結果を示す。
【００２４】
図４は、二酸化チタンの光触媒作用により一重項酸素が生成される場合の電子スピン共鳴スペクトルを示す図である。図４（Ａ）は、陶器片１の二酸化チタンの含有率が最も高く、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）と比較して陶器片１の二酸化チタンの含有率が低く、図４（Ｃ）は、陶器片１の二酸化チタンの含有率が最も低い。図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、二酸化チタンの含有率が高くなる程、スペクトルの信号強度が強くなり、多くの活性酸素（ここでは一重項酸素）が生成されていることがわかる。なお、図４（Ｃ）は、一般に市販されている陶器について測定したものである。そのような陶器についても活性酸素が測定されている。
【００２５】
なお、図４に示す横軸（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｆｉｅｌｄ）は外部磁場の強さであり、単位はｍＴ（ミリテスラ）である。以下、図５〜図８においても同様である。
【００２６】
図５は、過酸化亜鉛の光触媒作用によりヒドロキシラジカルが生成される場合の電子スピン共鳴スペクトルを示す図である。図５（１）〜（１２）に示すように、陶器片１に過酸化亜鉛を含有している場合は、活性酸素の一種であるヒドロキシラジカルのスペクトルは弱いものであった。すなわち、陶器片１に過酸化亜鉛を含有している場合は、ヒドロキシラジカルの検出量は小さいものであった。具体的には、図５（１），（２），（８），（９）では、ヒドロキシラジカルのスペクトルが若干現れているが、図５（３）〜（６），（１０〜（１２）では、ヒドロキシラジカルのスペクトルが現れていない。
【００２７】
図６は、過酸化亜鉛の光触媒作用により一重項酸素が生成される場合の電子スピン共鳴スペクトルを示す図である。図６（１３）〜（１８）に示すように、陶器片１に過酸化亜鉛を含有している場合は、活性酸素の一種である一重項酸素について信号強度の強いスペクトルが測定された。
【００２８】
図７は、酸化亜鉛の光触媒作用によりヒドロキシラジカルが生成される場合の電子スピン共鳴スペクトルを示す図である。図７（１９）〜（２６）に示すように、陶器片１に酸化亜鉛を含有している場合は、図５に示した場合と同じように、ヒドロキシラジカルのスペクトルは弱いものであった。すなわち、陶器片１に酸化亜鉛を含有している場合は、ヒドロキシラジカルの検出量は小さいものであった。具体的には、図７（１９）では、ヒドロキシラジカルのスペクトルが若干現れているが、図７（２０）〜（２６）では、ヒドロキシラジカルのスペクトルがほとんど現れていない。
【００２９】
図８は、酸化亜鉛の光触媒作用により一重項酸素が生成される場合の電子スピン共鳴スペクトルを示す図である。図８（２７）〜（３０）に示すように、陶器片１に酸化亜鉛を含有した場合は、一重項酸素について信号強度の強いスペクトルが測定された。特に、図８（２７），（２９）では、一重項酸素について信号強度の強いスペクトルが測定された。
【００３０】
図４〜図８に示したように、上記した活性酸素の測定方法では、ヒドロキシラジカルの測定値が低かった（スペクトルが弱かった）のに対し、一重項酸素の測定値は高かった（スペクトルが強かった）。このような測定結果から、上記した活性酸素の測定方法では、一重項酸素の測定には特に有効であることが判明した。
【００３１】
以上に説明したように、上記した実施形態では、測定対象物質（例えば陶器片１）に所定量のスピントラップ剤２を滴下する工程と、測定対象物質に対して光照射装置３が紫外線を所定時間照射する工程と、測定対象物質から回収したスピントラップ剤２をＥＳＲ装置によりスペクトルを測定する工程と、を実行する。このような構成によれば、測定対象物質に直接、スピントラップ剤２を滴下し、光照射装置３から紫外線を照射するので、簡易な工程により、測定対象物質に対する紫外線の照射による活性酸素の生成を測定することができる。すなわち、測定対象物質（陶器の製品）にどの程度、光触媒活性物質が含まれているか否かを検出することができる。この場合において、紫外線の照射時間が短くて済むため、活性酸素の測定を短時間において行うことができる。よって、測定作業を行う作業者の負担が軽減される。
【００３２】
また、上記した実施形態では、光照射装置３は、数Ｗ／ｃｍ２の光量で、ＵＶ−Ａ＋ＵＶ−Ｂの波長の紫外線を、数分の照射時間で数ｃｍの距離から照射するので、短時間の紫外線の照射により確実に活性酸素を測定することが可能となる。
【００３３】
また、上記した実施形態では、活性酸素は一重項酸素の測定に対して特に有効である。また、上記した実施形態では、酸化亜鉛または過酸化亜鉛を含有する物質に対して活性酸素を測定することができる。また、上記した実施形態では、二酸化チタンを含有する物質に対して活性酸素を測定することができる。
【００３４】
図９は、測定対象が物質に塗布された塗料の例を示す図である。上記した実施形態では、測定対象物質として陶器片１を例に挙げていたが、これに限定されない。図９に示すように、物質２０に塗料２１が塗布された場合も測定することができる。この場合、物質２０において塗料２１が塗布された面２０ａにスピントラップ剤２が滴下される。そして、スピントラップ剤２を回収し、回収したスピントラップ剤２をＥＳＲ装置にてスペクトルを測定する。
【００３５】
このような構成においても、簡易な工程により、塗料２１に対する紫外線の照射による活性酸素の生成を測定することができる。すなわち、塗料２１にどの程度、光触媒活性物質が含まれているか否かを検出することができる。この場合において、紫外線の照射時間が短くて済むため、活性酸素の測定を短時間において行うことができる。よって、測定作業を行う作業者の負担が軽減される。
【００３６】
また、測定対象物質は、陶器片１や塗料２１に限られない。例えば、プラスチックや金属などであってもよい。この場合、プラスチックや金属などの所定面にスピントラップ剤２を滴下する。そして、スピントラップ剤２を回収し、回収したスピントラップ剤２をＥＳＲ装置にてスペクトルを測定する。
【００３７】
以上の実施形態について説明したが、本発明は図示の構成等に限定されるものではなく、各構成の機能や用途などを逸脱しない範囲で変更は可能である。
【００３８】
例えば、測定条件は、上記した実施形態に限定されない。例えば、光照射装置３から照射される紫外線の光量、波長、照射時間、照射距離も上記した実施形態に限定されない。また、スピントラップ剤２の量も測定対象物資値の大きさなどに応じて適宜変更される。
【００３９】
また、陶器片１の測定面１ａの１辺は、数ｃｍ程度を想定しているが、そのような大きさに限定されない。また、スピントラップ剤２が陶器片１の測定面１ａに滴下されていたが、スピントラップ剤２は陶器片１の測定面１ａに付与されればよく、その方法は滴下に限られない。
【００４０】
また、上記した実施形態における活性酸素の測定方法において、作業者が手動で各工程を行うようにしていたが、これらの工程を自動的に行うようにしてもよい。すなわち、陶器片１の測定面１ａへのスピントラップ剤２の滴下、光照射装置３による紫外線の照射、スピントラップ剤２の回収、回収したスピントラップ剤２のＥＳＲ装置によるスペクトル測定をアクチュエータなどの装置によりすべて自動で行うようにしてもよい。
【００４１】
本実施形態における活性酸素の測定方法の利用例について説明する。
【００４２】
上記した活性酸素の測定方法は、便器などの陶器において光触媒による活性酸素がどの程度生成されるかを測定する。これにより、防臭、防汚、水の浄化などの効果が発揮されるか否かについて判断することができるようになる。
【００４３】
また、建物の壁の塗料、船の壁の塗料などについて光触媒による活性酸素がどの程度生成されるかを測定する。これにより、セルフクリーニングなどの効果が発揮されるか否かについて判断することができるようになる。
【００４４】
また、塗料会社が製造した塗料を物質に塗る。その塗料において光触媒による活性酸素がどの程度生成されるかを測定する。これにより、塗料会社が新たに生成した塗料の活性酸素の作用を予め確認することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  陶器片（測定対象物質）
１ａ  測定面
２  スピントラップ剤
３  光照射装置
１０  正孔
１１  電子
２０  物質（測定対象物質）
２０ａ  面
２１  塗料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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