(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収性センサ素子の使用方法であって、前記方法は、
ａ）第１の部材と、第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材との間に配され、それらに接触する微多孔性ポリマーを含む検出層と、を含む、前記吸収性センサ素子を準備する工程と、
ｂ）前記吸収性センサ素子を４０℃〜８０℃の範囲の加熱の温度に加熱する工程と、
ｃ）前記吸収性センサ素子が前記加熱の温度になっている間に前記吸収性センサ素子を分析物蒸気に曝す工程と、
ｄ）前記吸収性センサ素子が前記加熱の温度になっている間に、
ｉ）前記吸収性センサ素子の静電容量関連特性（但し、前記第１の部材及び前記第２の部材が導電性であり、前記検出層が誘電性である）、
ｉｉ）反射光の少なくとも１つのスペクトル特徴（但し、前記第１の部材が反射性であり、前記第２の部材が半反射性であり、前記検出層が光透過性であり、前記反射光の一部が前記第１の部材によって反射され、前記反射光の一部が前記第２の部材によって反射される）、あるいは、
ｉｉｉ）ｉ）及びｉｉ）の両方、のうちの少なくとも１つを測定する工程と、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して分析物蒸気の検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
揮発性有機化合物（volatile  organic  compound、ＶＯＣ）の検出は、環境及び安全性に対する懸念の故に、多くの用途において潜在的に重要である。光電離、重量測定、分光法などを用いた種々のＶＯＣ検出方法が開発されている。多くの現在の商品化されたＶＯＣ検出技術では、ＶＯＣを同定することはできない。例えば、よく使われている検出技術、光電離検出（Photo-Ionization  Detection、ＰＩＤ）は定量的情報を得るためにすべてのＶＯＣの事前の同定を必要とする。ＶＯＣを同定するためには、例えば、ガスクロマトグラフィ質量分析法（Gas  Chromatography-Mass  Spectrometry、ＧＣＭＳ）装置等の、高性能で高価な装置が一般的に使用される。小型化の努力にもかかわらず、ＧＣＭＳは依然として現場（例えば、製造施設又はショップ）で使用するのが難しく、高価である。
【０００３】
例えば、いわゆる微多孔性ポリマー（polymer  of  intrinsic  microporosity、ＰＩＭ）等の誘電性微多孔性材料を含む種々の吸収性静電容量センサ及び光化学センサであって、誘電性微多孔性材料によって吸収される分析物蒸気（例えば、揮発性有機化合物）に対して少なくとも一方は多孔性である２つの層の間にそれらに接触して配される、吸収性静電容量センサ及び光化学センサが考案されている。本明細書で使用するとき、用語「吸収する」は、単に孔壁に吸着されるのか、それともバルクの誘電性微多孔性材料中に溶解するのかにかかわらず、物質が誘電性微多孔性材料内に取り入れられることを指す。これらのセンサは、吸収されたＶＯＣによる微多孔性材料の特性の変化を検出する。例えば、光化学センサは、誘電性微多孔性材料の屈折率の変化によって生じた反射光の変化を検出し、静電容量センサは、誘電性微多孔性材料の誘電率の変化によって生じた静電容量の変化を検出する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、本開示は、吸収性センサ素子の使用方法であって、この方法は、
ａ）第１の部材と、第２の部材と、第１の部材と第２の部材との間に配され、それらに接触する微多孔性ポリマーを含む検出層と、を含む、吸収性センサ素子を準備する工程と、
ｂ）吸収性センサ素子を３０℃〜１００℃の範囲の温度に加熱する工程と、
ｃ）吸収性センサ素子が加熱温度になっている間に吸収性センサ素子を分析物蒸気に曝す工程と、
ｄ）
ｉ）吸収性センサ素子の静電容量関連特性（但し、第１の部材及び第２の部材が導電性であり、検出層が誘電性である）、
ｉｉ）反射光の少なくとも１つのスペクトル特徴（但し、第１の部材が反射性であり、第２の部材が半反射性であり、検出層が光透過性であり、反射光の一部が第１の部材によって反射され、反射光の一部が第２の部材によって反射される）、あるいは
ｉｉｉ）ｉ）及びｉｉ）の両方、のうちの少なくとも１つを測定する工程と、を含む、方法を提供する。
【０００５】
一部の実施形態では、第１の部材が基板上に配される。一部の実施形態では、第２の部材が基板上に配される。
【０００６】
一部の実施形態では、第１の部材及び第２の部材が導電性であり、検出層が誘電性であり、工程ｄ）がｉ）を含む。
【０００７】
一部の実施形態では、第１の部材が反射性であり、第２の部材が半反射性であり、検出層が光透過性であり、工程ｄ）がｉｉ）を含む。
【０００８】
一部の実施形態では、吸収性センサ素子が４０℃〜８０℃の範囲の温度に加熱される。一部の実施形態では、吸収性センサ素子が５０℃〜６５℃の範囲の温度に加熱される。
【０００９】
有利には、本開示による方法は広範囲の環境温度の下における吸収性センサの使用を可能とし、湿気から受ける干渉が低減される。更に、測定間の応答時間及びパージ時間が短縮され、センサによって検出可能な濃度の範囲が拡大される。
【００１０】
本明細書で使用するとき、材料の層に関する用語「透過性」は、層が存在する領域で、（例えば２５℃で）少なくとも１種類の有機化合物によってその厚さを通じて非反応的に透過可能であるように、層が十分に多孔性であることを意味する。
【００１１】
本明細書で使用するとき、用語「静電容量関連特性」は、あらゆる電気的特性及びその測定値を包含し、これは電荷の付与（一定であっても時間的に変化しても）並びに電荷の付与中、及び／又は付与後の電気的特性の監視と一般的に関連する。このような特性としては、例えば、静電容量だけではなく、インピーダンス、インダクタンス、アドミタンス、電流、抵抗、コンダクタンスが挙げられ、当該技術分野において既知の様々な方法に従って測定されてよい。
【００１２】
本明細書で使用するとき、反射スペクトルの文脈における用語「スペクトル特徴」は、例えば、ピーク（反射最大値）、谷（反射最小値）、又は変曲点等の反射スペクトルの特定可能な特徴を指す。スペクトル特徴（単数又は複数）の大きさ（強度）及び／又は波長は分析物の存在に応じて変化してよい。（例えば、分析物の濃度の変化によって）より多くのピークのうちの１つの位置又は大きさがシフトすると、光検出器によって検出される反射光の量、スペクトル分布、又は強度が変化してよい。
【００１３】
本開示の特徴及び利点は、発明を実施するための形態、及び添付の特許請求の範囲を考慮することで更に深い理解が得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示の実施において有用な例示的な吸収性センサ素子の概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示による方法は、センサ素子が３０〜１００℃の範囲の加熱温度に加熱されている間に吸収性センサ素子を用いて分析物を分析することを含む。
【００１６】
図１は、本開示による方法の実施に適した例示的な吸収性センサ素子１００を示す。吸収性センサ素子１００は、第１の部材１２０、第２の部材１４０、及び第１の部材１２０と第２の部材１４０との間に配され、それらと接触する検出層１３０を含む。一部の実施形態では、第１の部材１２０が任意追加の基板１１０ａ上に配される。一部の実施形態では、第２の部材１４０が任意追加の基板１１０ｂ上に配される。
【００１７】
一部の実施形態では、第１の部材及び第２の部材が導電性である。これらの実施形態では、吸収性センサ素子は、ＰＩＭによって吸収された分析物蒸気によって生じる誘電率の変化による静電容量関連特性の変化を検出してよい。
【００１８】
一部の実施形態では、第１の部材が反射性であり、第２の部材が半反射性であり、検出層が光透過性である。これらの実施形態では、吸収性センサ素子は、ＰＩＭによって吸収された分析物蒸気によって生じる検出層の屈折率の変化による入射光の反射スペクトルの変化（例えば、少なくとも１つのスペクトル特徴の波長シフト）を検出してよい。
【００１９】
一部の実施形態では、第１の部材及び第２の部材が導電性であり、第１の部材が反射性であり、第２の部材が半反射性であり、検出層が光透過性である。これらの実施形態では、吸収性センサ素子は、どちらもＰＩＭによって吸収された分析物蒸気による、検出層の屈折率の変化による入射光の反射スペクトルの変化（例えば、少なくとも１つのスペクトル特徴の波長シフト）、及び検出層の変化誘電率による静電容量関連特性の変化を検出してよい。
【００２０】
検出層１３０は微多孔性材料を含む。これに関連して、用語「微多孔性の」及び「微多孔性」は、材料が有意な規模の、内部の相互接続された間隙体積を有し、平均孔径（例えば、吸着等温線手段によって特徴付けられる）は、約１００ナノメートル（ｎｍ）未満、典型的には約１０ｎｍ未満である。このような微多孔性により、有機分析質の分子（存在する場合）が、材料の内部孔体積に浸透し、内部の孔の中に定着することが可能となる。内部の孔の中のこのような分析質の存在は、材料の誘電特性を変化させることができ、それによって誘電率（又は他の任意の好適な電気的特性）の変化が観察され得る。
【００２１】
一部の実施形態では、誘電性微多孔性材料がいわゆる微多孔性ポリマー（ＰＩＭ）を含む。ＰＩＭは、ポリマー鎖の非効率的な充填の故にナノメートルスケールの孔を有するポリマー材料である。例えば、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、２００４、（２）、２３０〜２３１頁において、Ｂｕｄｄ、他が、剛直性及び／又は回旋状のモノマー構成単位の間にジベンゾジオキサン結合を含有する一連の微多孔性材料を報告している。この群のポリマーの代表的な一員としては、スキーム１（下）による、表１に示されている通りの構成成分Ａ（例えば、Ａ１、Ａ２、又はＡ３）の構成成分Ｂ（例えば、Ｂ１、Ｂ２、又はＢ３）との縮合によって生成されるものが挙げられる。
【００２２】
【化１】
0005968421.tif 000002
【００２３】
【表１】
0005968421.tif 000003
【００２４】
例えば、Ｂｕｄｄ、他によって、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００５，Ｖｏｌ．１５、１９７７〜１９８６頁において、ＭｃＫｅｏｗｎ、他によって、Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ａ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ，２００５，Ｖｏｌ．１１，２６１０〜２６２０頁において、Ｇｈａｎｅｍ、他によって、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２００８，ｖｏｌ．４１，１６４０〜１６４６頁において、Ｇｈａｎｅｍ、他によって、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００８，ｖｏｌ．２０，２７６６〜２７７１頁において、Ｃａｒｔａ、他によって、Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００８，ｖｏｌ．１０（１３），２６４１〜２６４３頁において、国際公開第２００５／０１２３９７（Ａ２）号（ＭｃＫｅｏｗｎ、他）において、及び米国特許出願公開第２００６／０２４６２７３号（ＭｃＫｅｏｗｎ、他）（その開示が本明細書において参照により援用されている）において、報告されているように、更なる好適な構成成分Ａ及びＢ、並びに結果として生じる微多孔性ポリマーが、当該技術分野において既知である。このようなポリマーは、一例を挙げれば、例えば、Ａ１（５，５’，６，６’−テトラヒドロキシ−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビスインダン）等のビスカテコールが、基本条件下で、例えば、Ｂ１（テトラフルオロテレフタロニトリル）等のフッ素化アレーンと反応することを許される逐次重合によって合成することができる。結果として生じるポリマーの骨格の硬直性及び回旋状の特質のために、これらのポリマーは固体の状態では隙間なく充填することができず、それ故、少なくとも１０パーセントの自由体積を有し、微多孔性になる。
【００２５】
ＰＩＭは、他の材料とブレンドされてもよい。例えば、ＰＩＭが、それ自体が吸収性誘導体材料ではない材料とブレンドされてもよい。検体反応に寄与しないものの、このような材料は他の理由のために有用であり得る。例えば、このような材料は、優れた機械特性などを有する、ＰＩＭ含有層の形成を可能にすることがある。一実施形態において、ＰＩＭは、他の材料と共に一般的な溶媒に溶解して、均質な溶液を形成してもよく、これは、キャスティングされて、ＰＩＭ及び他のポリマーの双方を含む吸収性誘導体ブレンド層を形成してもよい。ＰＩＭはまた、吸収性誘電体材料である材料（例えば、ゼオライト、活性炭、シリカゲル、超架橋ポリマーネットワークなど）とブレンドされてもよい。このような材料は、ＰＩＭ材料を含む溶液中に懸濁された不溶性材料を含み得る。このような溶液／懸濁液のコーティング及び乾燥は、ＰＩＭ材料と追加的な吸収性誘導体材料の双方を含む、複合吸収性誘導体層をもたらすことがある。
【００２６】
通常、ＰＩＭは、例えば、テトラヒドロフラン等の有機溶媒に可溶であり、それ故、溶液から（例えば、スピンコーティング、ディップコーティング、又はバーコーティングによって）膜として流延成形することができる。しかし、これらのポリマーの溶液から作られる膜の特性（到達できる厚さ、光学的透明性、及び／又は外観）は、膜の流延成形に用いられる溶媒又は溶媒系に依存して著しく変化し得る。例えば、より高い分子量の微多孔性ポリマーは、本明細書に記載のような光化学センサ用に望ましい特性を有する膜を生成するために、あまり一般的でない溶媒（例えば、シクロヘキセンオキシド、クロロベンゼン、又はテトラヒドロピラン）から流延成形する必要があり得る。溶液コーティング法に加えて、検出層は任意の他の好適な方法によって第１又は第２の部材のいずれかに施されてよい。
【００２７】
ＰＩＭが堆積される（例えば、コーティングされる）か、ないしは別の方法で吸収性誘電体層を含むように形成された後、材料は、好適な架橋剤、例えば、ビス（ベンゾニトリル）パラジウム（ＩＩ）ジクロリドなどを使用して架橋され得る。このプロセスは、吸収性誘電体層を有機溶媒中で不溶性にするか、及び／又は耐久性、摩擦耐性など特定の物理的特性を向上させることがあり、これは特定の用途において望ましい場合がある。
【００２８】
ＰＩＭは、材料が著しく膨張するか、ないしは別の方法で物理的特性の顕著な変化を呈する程度まで液体水を吸収しないほどの疎水性であってよい。このような疎水性特性は、水の存在に対する感度が比較的低い有機検体センサ素子を提供するために有用である。しかしながら、材料は特定の目的のために、比較的極性の部分を含み得る。
【００２９】
検出層は連続的なマトリックスを含んでよい。このようなマトリックスは、材料の固体部分が連続的に相互接続されているアセンブリ（例えば、コーティング、層など）として定義される（上記の多孔性の存在、又は下記の任意の添加物の存在とは拘わりなく）。すなわち、連続的なマトリックスは、粒子の凝集（例えば、ゼオライト、活性炭、カーボンナノチューブなど）を含むアセンブリから区別可能である。例えば、溶液から堆積される層、又はコーティングは、典型的には連続的なマトリックスを含む（コーティング自体がパターンを有する方法で塗布されるか、及び／又は粒子状の添加物を含むとしても）。粉末の噴霧、分散体（例えば、ラテックス）のコーティング及び乾燥、又はゾル−ゲル混合物のコーティング及び乾燥によって堆積された粒子の集合は、連続的なネットワークを含まないことがある。しかしながら、このようなラテックス、ゾル−ゲルなどの層が、個別の粒子がもはや認識不可能であるか、又は異なる粒子から得られたアセンブリの領域を認識することが不可能であるように固化され得る場合に、このような層は、連続的マトリックスと見なされることがある。
【００３０】
任意追加の基板１１０ａ又は１１０ｂは材料の連続スラブ、層、又は膜であてよい。任意追加の基板が存在する場合には、それは、任意追加の基板が吸収性センサ素子に物理的強度及び一体性を提供する役目を果たし得るように第１の部材又は第２の部材に十分近接して配される。センサ素子の種類に従って、屈曲性又は剛直性の、構造的一体性を有する任意の固体材料が用いられてよい。例えば、センサ素子が静電容量関連特性センサ素子である場合には、このとき、一般的に、基板は誘電性でなければならない。例えば、ガラス、セラミック、及び／又はプラスチックなどの、好適な誘電材料が用いられてよい。光化学センサ素子の場合には、設計配慮事項はそれほど厳しくない。一部の実施形態では、基板が、第１の部材が上に配される平坦な主表面を有する。大量生産時には、ポリマー膜（ポリエステル又はポリイミド等）が用いられてよい。
【００３１】
吸収性センサ素子１００は、例えば、静電容量関連特性センサ素子又は光化学センサ素子であってよい。これらは以下で更に記載される。
【００３２】
静電容量関連特性センサ素子
１つの実装では、吸収性センサ素子が静電容量関連特性センサ素子を含む。この実装では、第１の部材及び第２の部材が導電性電極であり、明快にするために、本明細書では以下、それぞれ、ベース導電性電極及び透過性導電性電極と呼ばれる。
【００３３】
ベース導電性電極は、任意の好適な導電性材料を含んでよい。十分な全体導電性がもたらされる限り（典型的には、ベース導電性電極は約１０７オーム／平方未満のシート抵抗を有する）、異なる材料（導電性及び／又は非導電性）の組み合わせが、異なる層又は混合物として使用され得る。ベース導電性電極及び／又は透過性導電性電極を作るために使用され得る材料の例としては、有機材料、無機材料、金属、合金、及び様々な混合物、並びにこれらの材料のいずれか、又はすべてを含む複合材料が挙げられるが、これらに限定されない。ある実施形態において、コーティング（例えば、熱蒸気コーティング、スパッタコーティングなど）された金属、若しくは酸化金属、又はこれらの組み合わせが使用され得る。好適な導電性材料としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、スズ、酸化インジウムスズ、金、銀、白金、パラジウム、銅、クロム、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００３４】
ベース導電性電極は、導電性である限り、任意の厚さとすることができ、例えば、それは、少なくとも４ｎｍ〜１０００ｎｍ又は１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の厚さを有してよい。
【００３５】
ある実施形態において、ベース導電性電極は、蛇行経路を辿るように加工される。通常、これは、加熱され得る面積を増大させる役目、及び／又は加熱速度を増大させる役目を果たす。一般に、ベース導電性電極の設計は、ヒータ回路素子と電気的に導通した際の容易な抵抗加熱を可能にしなければならない。このような設計配慮事項は当業者の技術レベルの範囲内である。
【００３６】
透過性導電性電極は、少なくとも１種類の有機分析物によって透過可能であり続ける限り、追加の構成要素を含んでよい。透過性導電性電極を作るために使用され得る材料の例としては、有機材料、無機材料、金属、合金、及び様々な混合物、並びにこれらの材料のいずれか、又はすべてを含む複合材料が挙げられる。ある実施形態では、コーティング（例えば、熱蒸気コーティング、又はスパッタコーティング）された金属、若しくは酸化金属、又はこれらの組み合わせが使用され得る。好適な導電性材料としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、チタン、スズ、酸化インジウムスズ、金、銀、白金、パラジウム、銅、クロム、カーボンナノチューブ、及びこれらの組み合わせが挙げられる。ある実施形態では、透過性導電性電極は、銀インクを印刷し、続いて、インクを乾燥させることによって形成される。蒸着透過性導電性電極に関する詳細は米国仮特許出願第６１／３８８，１４６号（Ｐａｌａｚｚｏｔｔｏ、他）（その開示が本明細書において参照により援用されている）に見出すこともできる。
【００３７】
十分な全体導電性及び透過性がもたらされる限り、異なる材料（導電性及び／又は非導電性）の組み合わせが、異なる層又は混合物として使用され得る。典型的には、透過性導電性電極は、約１０７オーム／平方未満のシート抵抗を有する。
【００３８】
透過性導電性電極は、典型的に１ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の厚さを有するが、他の厚さが用いられてもよい。例えば、一部の実施形態では、透過性導電性電極が、１ｎｍ〜３０００ｎｍ、又は更には４０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の厚さを有してよい。より大きな厚さは、望ましくない低レベルの透過性を有し得る。その一方、より小さな厚さは、導電性が不十分になる、及び／又は第２導電性部材への電気的接続が困難となり得る。透過性導電性電極は透過性であるため、ベース電極は、典型的には、連続的な中断部のない層を含むが、必要に応じて開口部又は他の中断部を含んでよい。微多孔性ポリマー及び銀インクコーティング透過性導電性電極を含む静電容量関連特性センサ、並びにそれらの製造方法に関する更なる詳細が、例えば、国際公開第２００９／０４５７３３（Ａ２）号（Ｇｒｙｓｋａ、他）に見出せる。
【００３９】
この実装では、検出層の物理的厚さは、望ましくは、１５０〜１２００ナノメートルの範囲、例えば、５００〜９００ナノメートルの範囲である。但し、より薄い及びより厚い検出層が用いられてもよい。
【００４０】
所望の場合には、上述の平行平板構成の代わりに、第１及び透過性導電性電極が並んだ配置が用いられてもよい。このような構成の例が、「ＶＡＰＯＲ  ＳＥＮＳＯＲ  ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ  ＳＥＮＳＯＲ  ＥＬＥＭＥＮＴ  ＷＩＴＨ  ＩＮＴＥＧＲＡＬ  ＨＥＡＴＩＮＧ」と題し、本明細書と共に同時に出願された仮特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号（弁護士整理番号６７４８６ＵＳ００２）（その開示が本明細書において参照により援用されている）に説明されている。
【００４１】
光化学センサ素子
１つの実装では、吸収性センサ素子が光化学センサ素子を含む。この実装では、第２の部材が半反射性であり、第１の部材が少なくとも一部分は反射性（望ましくは高反射性）であり、明快にするために、本明細書では以下、それぞれ、半反射部材及び反射部材と呼ばれる。
【００４２】
この実装では、半反射部材及び反射部材は通常、それらが互いに平行になるように配置される。半反射部材上に入射する光は、一部は反射され、一部は透過され、それにより、光は反射部材へと透過され、反射部材が今度は光の一部を反射する。この実施形態では、検出層は光透過性である。
【００４３】
半反射部材は少なくとも１種類の有機分析物によって透過可能であり、可視光に対して半反射性である。すなわち、それは、３００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長範囲にわたって、典型的には、３００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲にわたって、一部の入射光（例えば、少なくとも２０、３０、４０、又は５０パーセント）を反射し、（例えば、少なくとも２０、３０、４０、又は５０パーセントの）一部の入射光を透過する。好適な半反射部材としては、例えば、銅、ケイ素、アルミニウム、ロジウム、イリジウム、ニッケル、クロム、オスミウム、金、銀、パラジウム、又はこれらの組み合わせ等の金属を含む熱蒸着金属膜が挙げられる。一般に、半反射部材は、それが半反射性であり続ける限り、任意の厚さを有してよい。典型的には、これらの特性は、１ｎｍ〜５０ｎｍ、より典型的には１ｎｍ〜１０ｎｍ、更により典型的には４ｎｍ〜１０ｎｍの厚さにおいて達成されてよい。但し、他の厚さが用いられてもよい。所望の厚さは通常、半反射部材の形成に用いる材料、半反射部材を堆積する材料、検出すべき分析物、及び分析物を運ぶことになる媒体に依存することになる。半反射部材としての使用に適した蒸着蒸気透過性導電性電極に関する詳細が、米国仮特許出願第６１／３８８，１４６号（Ｐａｌａｚｚｏｔｔｏ、他）（その開示が本明細書において参照により援用されている）にも見出だせる。
【００４４】
反射部材は、反射面を有する任意の材料で作られてよい。反射部材は単一構造体であってよく、比較的厚くてもよいし又は薄くてもよい。単一構造体の例としては、反射金属箔又はシートが挙げられる。任意追加的に、反射部材は、基板であって、その上に配される反射層を有する、基板を含んでいてよい。ここで、任意追加の基板は、本明細書において先に定義されている通りのものである。反射部材の材料は用途に合わせて調整することができる。好適な反射層の例としては、１ｎｍ〜１０ミクロン、又は更には１ｎｍ〜５ミクロンの厚さを有する蒸着金属が挙げられる。但し、他の厚さが用いられてもよい。例えば、反射部材は、自己支持するのに十分な厚さ（例えば、１０マイクロメートル〜１センチメートルの範囲）を有してよい。但し、大きい厚さ及びより小さい厚さが用いられてもよい。反射層に適した例示的な材料としては、アルミニウム、クロム、金、ニッケル、チタン、パラジウム、白金、ケイ素、銀、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
【００４５】
反射部材も半反射性である実施形態では、反射部材は、望ましくは、その上に入射する３００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長範囲内の光の少なくとも一部の少なくとも２０パーセント、３０パーセント、又は更には少なくとも４０パーセントを反射する。反射部材が高反射性である実施形態では、反射部材は、望ましくは、その上に入射する３００ｎｍ〜２５００ｎｍの波長範囲内の光の少なくとも一部の少なくとも５０パーセント、６０パーセント、７０パーセント、８０パーセント、又は更には少なくとも９０パーセント、あるいはそれ以上を反射する。但し、より低い反射率が用いられてもよい。
【００４６】
反射部材及び半反射部材のうちの少なくとも一方は、センサ素子が用いられるあらゆる分析物蒸気に対して透過性でなければならない。
【００４７】
例えば、ここで図１を参照すると、１つの実施形態では、第１の部材１２０が反射性であり、任意追加の基板１１０ａ上に配され、第２の部材１４０が半反射性であり、分析物蒸気に対して透過性である。この構成では、入射光の一部が第２の部材１４０上に導かれて通過し、第１の部材１２０によって反射される。
【００４８】
別の実施形態では、第１の部材１２０が反射性であり、分析物蒸気に対して透過性である。第２の部材１４０が半反射性であり、入射光の一部に対して光透過性の任意追加の基板１１０ｂ上に配される。この構成では、入射光が任意追加の基板１１０ｂ上に導かれて通過する。
【００４９】
この実装では、検出層の物理的厚さは、１５０〜１２００ｎｍの範囲、例えば、５００〜９００ｎｍの範囲である。但し、より薄い及びより厚い検出層が用いられてもよい。
【００５０】
光化学センサに関する更なる詳細が、例えば、米国特許第７，５５６，７７４号（Ｒａｋｏｗ、他）及び第７，９０６，２３３号（Ｒａｋｏｗ、他）、並びに「ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＤＥＴＥＣＴＩＮＧ  ＶＯＬＡＴＩＬＥ  ＯＲＧＡＮＩＣ  ＣＯＭＰＯＵＮＤＳ」と題し、本明細書と共に同時に出願された仮特許出願第ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号（弁護士整理番号６７３３５ＵＳ００２）（その開示が本明細書において参照により援用されている）に見出せる。
【００５１】
温度の影響
本開示による方法の実施の際には、３０℃〜１００℃の範囲の加熱温度が用いられる。望ましくは、温度は、４０℃〜８０℃、又は更には５０℃〜６５℃の範囲である。不十分な加熱は、遅い応答及びサイクル時間を生じさせ得る。過剰な加熱は、一般的に、吸収性センサ素子の感度を低下させ、ある状況の下ではセンサの劣化までも招き得る。しかし、全く意外なことに、感度が低下することがある一方で、例えば以下の実施例に示されるように、測定を行うことができる分析物の濃度範囲は拡大し得ることが現在、発見されている。
【００５２】
以下の非限定的な実施例によって本開示の目的及び利点を更に例示するが、これらの実施例に記載する特定の材料及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を不当に限定するものとして解釈されるべきではない。
【実施例】
【００５３】
特に断らない限り、実施例及び明細書の残りの部分における部、比率（％）、比などはすべて重量を基準としたものである。実施例において、用語「ｐｐｍ」は百万分率（parts  per million）を指し、用語「Ｒ．Ｈ．」は相対湿度（relative  humidity）を指す。
【００５４】
ＰＩＭ  Ａの作製
モノマー、５，５’，６，６’−テトラヒドロキシ−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビスインダン及びテトラフルオロテレフタロニトリルから、Ｂｕｄｄ、他によりＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ，２００４，Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．５，４５６〜４５９頁に報告されている手順に概ね従ってＰＩＭ  Ａを作製した。１９．３１グラムの５，５’，６，６’−テトラヒドロキシ−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビスインダンを、１１．３４ｇのテトラフルオロテレフタロニトリル、４７．０２ｇの炭酸カリウム、及び５００ミリリットルのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドと組み合わせて、混合物を６５℃で４８時間反応させた。得られたポリマーを、テトラヒドロフラン内に融解させ、メタノールから３回沈殿させ、次に室温の真空下で乾燥させた。光散乱検出を用いるゲル透過クロマトグラフィー分析による測定で、約６４，３００ｇ／モルの数平均分子量（Ｍｎ）を有する黄色固体生成物を得た。
【００５５】
ＰＩＭ  Ｂの作製
モノマー、５，５’，６，６’−テトラヒドロキシ−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビスインダン及びテトラフルオロテレフタロニトリルから、ＢｕｄｄらによりＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ，２００４，Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．５，４５６〜４５９頁に報告されている手順に概ね従ってＰＩＭ  Ｂを作製した。１００グラムの５，５’，６，６’−テトラヒドロキシ−３，３，３’，３’−テトラメチル−１，１’−スピロビスインダンを、５９．２２ｇのテトラフルオロテレフタロニトリル、２４３．６ｇの炭酸カリウム、及び２５４３．６ｇのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドと組み合わせ、混合物を６５℃で７２時間反応させた。得られたポリマーを、テトラヒドロフラン内に融解させ、メタノールから３回沈殿させ、次に室温の真空下で乾燥させた。光散乱検出を用いるゲル透過クロマトグラフィー分析による測定で、それぞれ約４０，８００ｇ／モルの数平均分子量（Ｍｎ）の黄色固体生成物を得た。
【００５６】
センサ素子の作製（方法１）
２インチ×２インチ（５．１ｃｍ×５．１ｃｍ）のＳｃｈｏｔｔガラススライド（Ｓｃｈｏｔｔ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ（Ｅｌｍｓｆｏｒｄ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）からの４４０×４４０ｍｍパネル、厚さ１．１ｍｍのＤ−２６３  Ｔ標準ガラスから切り取ったもの）上でセンサ素子を作製した。ガラススライドは、それらをＡＬＣＯＮＯＸ  ＬＩＱＵＩ−ＮＯＸ清浄液（Ａｌｃｏｎｏｘ，Ｉｎｃ．（Ｗｈｉｔｅ  Ｐｌａｉｎｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ））中に３０〜６０分間浸し、次に、スライドの各面を毛ブラシで磨き、それらを水道の湯中ですすぎ、それに続き、最後に脱イオン水（ＤＩ水（deionized water））ですすぐことによって洗浄した。スライドは、表面への粉塵の集積を防止するために風乾で遮蔽された。Ｅｎｔｅｇｒｉｓ（Ｃｈａｓｋａ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）から入手した７．６ｃｍのウエファーキャリアに、乾燥した清潔なスライドを保管した。
【００５７】
レーザ切断された厚さ１．１６ｍｍのステンレス鋼から作製された、０．４６インチ（１．２ｃｍ）の上縁、０．５９インチ（１．５ｃｍ）の下縁、並びに０．１４インチ（０．３５ｃｍ）の左及び右縁を有し、単一の方形開口部を有する２インチ（５ｃｍ）×２インチ（５ｃｍ）平方のマスク（マスクＡ）を用いて、チタンを０．１ｎｍ毎秒（ｎｍ／ｓｅｃ）の速度で１０．０ｎｍ、及びそれに続き、アルミニウム（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒからの４〜８ｍｍ、Ｐｕｒａｔｒｏｎｉｃグレード９９．９９９％のショットとして入手）を０．５ｎｍ／ｓｅｃで１５０．０ｎｍ、ｅビーム蒸着コーティングすることによって、Ｓｃｈｏｔｔガラススライド上にベース導電性電極を堆積させた。すべてのマスクは、マスクの鋭角によって短絡する可能性を最小限に抑えるために、使用前に面取りを行った。蒸着プロセスは、ＩＮＦＩＣＯＮ（Ｅａｓｔ  Ｓｙｒａｃｕｓｅ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）からのＩＮＦＩＣＯＮ  ＸＴＣ／２  ＴＨＩＮ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲを用いて制御した。
【００５８】
小瓶内で成分を混合し、それをローラミル（Ｗｈｅａｔｏｎ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（Ｍｉｌｌｖｉｌｌｅ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）からＭＩＮＩ  ＢＯＴＴＬＥ  ＲＯＬＬＥＲ、３４８９２０番として入手可能）上に一晩載置し、その後、１ミクロンのＡＣＲＯＤＩＳＣフィルタ（ＰＡＬＬ  Ｌｉｆｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ａｎｎ  Ａｒｂｏｒ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ）からの、１ミクロンガラス繊維膜を有するＡＣＲＯＤＩＳＣ  ２５ＭＭシリンジフィルタとして入手）を通して濾過することによって、ＰＩＭ材料のクロロベンゼン溶液を作製した。形成された気泡がすべて消えるように、この溶液を一晩寝かせた。
【００５９】
試料（すなわち、導電性電極を載せたガラススライド）を、Ｌａｕｒｅｌｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｃｏｒｐ．（Ｎｏｒｔｈ  Ｗａｌｅｓ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）製のＷＳ−４００Ｂ−８ＮＰＰ−ＬＩＴＥ  ＳＩＮＧＬＥ  ＷＡＦＥＲスピン処理装置内に載置し、約０．５ｍＬのクロロベンゼンをベース導電性電極上に載置し、その後、１０００ｒｐｍのスピンコーティングサイクルを１分間繰り返すことによって、ベース導電性電極を洗浄した。
【００６０】
次に、同じスピンコーティング条件の下でＰＩＭ材料の溶液をベース導電性電極上にコーティングした。
【００６１】
スピンコーティング後、アセトンを浸した綿棒でコーティングの小区画を除去して、ＡＭＢｉＯＳ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｓａｎｔａ  Ｃｒｕｚ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）からのＭｏｄｅｌ  ＸＰ−１表面形状測定装置を用いて、ＰＩＭの厚さを測定した。厚さ測定で用いたパラメーターは、スキャン速度０．１ｍｍ／ｓｅｃ、スキャン長さ５ｍｍ、範囲１０マイクロメートル、針圧０．２０ｍｇ、及びフィルターレベル４であった。コーティング後に、すべての試料を１００℃で１時間ベーキングした。
【００６２】
垂直方向に０．２２インチ（０．５６ｃｍ）隔てられ、水平方向に０．４８インチ（１．２ｃｍ）隔てられた４つの高さ０．６０インチ（１．５ｃｍ）×幅０．３３インチ（０．８４ｃｍ）の方形インクパッチの２×２配列を作り出すパターンに従って、パターニングされた第２の銀導電性電極をＰＩＭ材料の上にインクジェット印刷した。透過性導電性電極をインクジェット印刷するために、ビットマップイメージ（７０２ドット毎インチ（２７６ドット毎センチメートル））を作成し、ＸＹ堆積システムにダウンロードした。銀ナノ粒子ゾルの堆積に用いたプリントヘッドは、１０ｐＬの液滴体積及び１２８個の噴出口／オリフィスを有するＤＩＭＡＴＩＸ  ＳＸ３−１２８プリントヘッド（ＦＵＪＩＦＩＬＭ  Ｄｉｍａｔｉｘ（Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ））であった。プリントヘッドアセンブリは長さおよそ６．５ｃｍであり、５０８ミクロンの噴出口間間隔を有した。この電極の構築に用いた銀ナノ粒子ゾルは、Ｃａｂｏｔ  Ｃｏｒｐ．（Ｂｏｓｔｏｎ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）からのＡＧ−ＩＪ−Ｇ−１００−Ｓ１の名称のものから得た。銀ナノ粒子ゾルは、およそ１５〜４０重量パーセントのエタノール、１５〜４０重量パーセントのエチレングリコール、及び２０重量パーセントの銀であった。試料は、多孔性アルミニウム真空プラテンの使用により、インクジェット印刷プロセスの間、しっかりと固定した。印刷が完了すると、試料を多孔性アルミニウム真空プラテンから取り外し、ホットプレート上に１２５℃で１５分間にわたって載置した。
【００６３】
第２の導電電極を堆積させた後、ＡＮＰ（２４４  Ｂｕｙｏｎｇ  ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ｃｏｍｐｌｅｘ，Ｋｕｍｈｏ−ｒｉ，Ｂｕｙｏｎｇ−ｍｙｅｏｎ，Ｃｈｕｎｇｗｏｎ−ｋｕｎ，Ｃｈｕｎｇｃｈｅｏｎｇｂｕｋ−ｄｏ，Ｓｏｕｔｈ  Ｋｏｒｅａ）からのＤＧＰ−４０ＬＴ−２５Ｃ銀ナノ粒子インクを用いることによって、接続電極を作製した。試験のために電気接触を容易にするために、小さなアーティストブラシを用いて透過性導電性電極への接続部を塗布した。この接続部を塗布した後、インクを定着させるためにセンサを１５０℃で１時間ベーキングした。
【００６４】
このセンサ製造プロセスは、約５０ｍｍ×５０ｍｍのガラス基材の上に４個一組のセンサ素子の約８ｍｍ×１０ｍｍの活性領域（接続電極で覆われていない、ベース導電性電極と透過性導電性電極との重複部の下の領域）をもたらした。個々のセンサ素子は、前（活性）面が損傷しないようにセンサ素子を支持しつつ、後（非活性）面で標準的なガラススコアリングカッターを用いて、試料をさいの目状に切断して製造した。個々のセンサ素子に切断した後、センサを、Ｅｎｔｅｇｒｉｓ（Ｃｈａｓｋａ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）からの３．８１ｃｍのウエファーホルダ内に保管した。
【００６５】
センサ素子の作製（方法２）
ＰＧＯガラススライド（Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｇｌａｓｓ  ＆  Ｏｐｔｉｃｓ（Ｓａｎｔａ  Ａｎａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から入手したガラス番号００５０−００５０−００１０−ＧＦ−ＣＡ、５０ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ１．１ｍｍ、材料Ｃ−２６３、表面８０／５０）上でセンサ素子を作製した。ガラススライドは、それらをＡＬＣＯＮＯＸ  ＬＩＱＵＩ−ＮＯＸ清浄液中に３０〜６０分間浸し、次に、スライドの各面を毛ブラシで磨き、それらを水道の湯中ですすぎ、それに続き、最後に脱イオン水（ＤＩ水）ですすぐことによって洗浄した。スライドは、表面への粉塵の集積を防止するために風乾で遮蔽された。Ｅｎｔｅｇｒｉｓ（Ｃｈａｓｋａ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）から入手した７．６ｃｍ（３インチ）のウエファーキャリアに、乾燥した清潔なスライドを保管した。
【００６６】
レーザ切断した５０ゲージのステンレス鋼から作製した、０．４６インチ（１．２ｃｍ）の上縁、０．５９インチ（１．５ｃｍ）の下縁、並びに０．１４インチ（０．３５ｃｍ）の左及び右縁を有し、単一の方形開口部を有する２インチ（５ｃｍ）×２インチ（５ｃｍ）平方のマスク（マスクＡ）を用いて、チタン（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ（Ｗａｒｄ  Ｈｉｌｌ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）から９．５ｍｍ×９．５ｍｍ、純度９９．９＋％のチタンスラグとして入手）を０．１ｎｍ毎秒（ｎｍ／ｓｅｃ）の速度で５．０ｎｍ（ｎｍ）、及びそれに続き、ニッケル（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒから純度９９．９９５％として入手）を０．１ｎｍ／ｓｅｃで１００．０ｎｍ、又はアルミニウム（Ａｌｆａ  ＡｅｓａｒからＰｕｒａｔｏｎｉｃ  ｇｒａｄ  ９９．９９９％として入手）を０．１ｎｍ／ｓｅｃで１５０．０ｎｍ、熱蒸着コーティングすることによって、ＰＧＯガラススライド上にベース導電性電極を堆積させた。堆積プロセスは、ＩＮＦＩＣＯＮ（Ｅａｓｔ  Ｓｙｒａｃｕｓｅ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ）からのＩＮＦＩＣＯＮ  ＸＴＣ／２  ＴＨＩＮ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲを用いて制御した。
【００６７】
小瓶内で成分を混合し、それをローラミル上に一晩、又はポリマーが十分に溶解するまで載置し、その後、１ミクロンのＡＣＲＯＤＩＳＣフィルタを通して濾過することによって、ＰＩＭ材料のクロロベンゼン溶液を作製した。形成された気泡がすべて消えるように、この溶液を一晩寝かせた。試料（すなわち、導電性電極を載せたガラススライド）を、Ｌａｕｒｅｌｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｃｏｒｐ．（Ｎｏｒｔｈ  Ｗａｌｅｓ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）製のＷＳ−４００Ｂ−８ＮＰＰ−ＬＩＴＥ  ＳＩＮＧＬＥ  ＷＡＦＥＲスピン処理装置内に載置し、約０．５ｍＬのクロロベンゼンをベース導電性電極上に載置し、その後、１０００ｒｐｍのスピンコーティングサイクルを１分間繰り返すことによって、ベース導電性電極を洗浄した。
【００６８】
次に、試料ごとに、同じスピンコーティング条件の下でＰＩＭ材料の溶液をベース導電性電極上にコーティングした。スピンコーティング後、アセトンを浸した綿棒でコーティングの小区画を除去して、（ＡＭＢｉＯＳ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｓａｎｔａ  Ｃｒｕｚ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）からの）Ｍｏｄｅｌ  ＸＰ−１表面形状測定装置を用いて、ＰＩＭの厚さを測定した。厚さ測定で用いたパラメーターは、スキャン速度０．１ｍｍ／ｓｅｃ、スキャン長さ５ｍｍ、範囲１０マイクロメートル、針圧０．２０ｍｇ、及びフィルターレベル４であった。コーティング後に、すべての試料を１００℃で１時間ベーキングした。垂直方向に０．２２インチ（０．５６ｃｍ）隔てられ、水平方向に０．４８インチ（１．２ｃｍ）隔てられた、４つの高さ０．６０インチ（１．５ｃｍ）×幅０．３３インチ（０．８４ｃｍ）の方形開口部の２×２の規則的配列を有する２インチ（５ｃｍ）×２インチ（５ｃｍ）のマスク（マスクＢ）を、２４ゲージのステンレス鋼からレーザミリングによって作製した。金（Ｃｅｒａｃ  Ｉｎｃ．（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ）から、純度、代表値９９．９９９％の金属スパッタとして入手）の熱蒸着を用いて、マスクＢを通して透過性導電性電極を種々の厚さで蒸着した。６ｎｍのためには、０．１ｎｍ／ｓｅｃの堆積速度を用いた。（試験のために電気接触を容易にするために）透過性導電性電極を堆積させた後、レーザミリングによって５０ゲージのステンレスから作製した、０．４インチ（１ｃｍ）の高さ、０．１４インチ（０．３６ｃｍ）の左及び右縁、並びに０．９２インチ（２．４ｃｍ）の離隔距離を有する２つの水平方形開口部を有する２インチ（５ｃｍ）×２インチ（５ｃｍ）のマスク（マスクＣ）を通して、チタン（Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒから９．５ｍｍ×９．５ｍｍ、純度９９．９＋％のチタンスラグとして入手）を０．１ｎｍ／ｓｅｃの速度で１０．０ｎｍ、それに続き、０．５ｎｍ／ｓｅｃでニッケルを１００ｎｍ又はアルミニウムを１５０．０ｎｍ熱蒸着コーティングすることによって、接続電極を堆積させた。堆積プロセスは、ＩＮＦＩＣＯＮ  ＸＴＣ／２  ＴＨＩＮ  ＦＩＬＭ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲを用いて制御した。
【００６９】
このセンサ製造プロセスは、約２５ｍｍ×２５ｍｍのガラス基材の上に素子の約１０ｍｍ×９ｍｍの活性領域（接続電極で覆われていない、ベース導電性電極と透過性導電性電極との重複部の下の領域）をもたらした。
【００７０】
静電容量の測定
すべての試験は、ドライエライト乾燥剤を通過させて水分を除去し、活性炭を通過させてあらゆる有機汚染を排除した空気中で実施した。
【００７１】
試験チャンバは、１回に４種類のセンサ試料を測定できた。蒸気試験は、システムを通過する１０Ｌ／分の乾燥空気流を用いて実施した。様々な蒸気レベルは、５００マイクロリットルガスタイトシリンジ（Ｈａｍｉｌｔｏｎ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｒｅｎｏ，Ｎｅｖａｄａ）から入手）を装着したＫＤ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃシリンジポンプ（ＫＤ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｃ．（Ｈｏｌｌｉｓｔｏｎ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）から入手可能）を用いて生成した。シリンジポンプが、５００ｍＬの三口フラスコ内に垂下した濾紙片上に有機液体を送った。乾燥空気の流れが濾紙を通過して溶媒を蒸発させた。シリンジポンプを制御することによって様々な速度で溶媒を供給すると、様々な濃度の蒸気が発生した。シリンジポンプは、試験実施中に蒸気プロファイルを作成できるＬＡＢＶＩＥＷ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（Ａｕｓｔｉｎ，Ｔｅｘａｓ）から入手可能なソフトウェア）プログラムで制御した。ＭＩＲＡＮ  ＩＲ分析器（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｆｉｓｃｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｉｎｃ．（Ｗａｌｔｈａｍ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）から入手可能）を用いて、設定濃度を確認した。Ａｇｉｌｅｎｔ  ＬＣＲメータ（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ．（Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ，ＣＡ）からＡｇｉｌｅｎｔ  Ｍｏｄｅｌ  Ｅ４９８０Ａ  ＬＣＲメータの名称で入手可能）、又はＩｎｓｔｅｋ  ＬＣＲメータ（Ｉｎｓｔｅｋ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｃｏｒｐ．（Ｃｈｉｎｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）からＭｏｄｅｌ  ８２１  ＬＣＲメータの名称で入手可能）を用いて、ベース導電性電極及び透過性導電性電極間に１０００Ｈｚで１ボルトを印加し、静電容量及び誘電正接を測定した。
【００７２】
光電子測定
Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ分光システム（Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓから入手可能、Ｍｏｄｅｌ  Ｊａｚ）を用いて、干渉反射スペクトルを取った。キャパシタ構成の１０ｍｍ×９ｍｍの活性領域の上方にＯｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ反射光学プローブを配置した。反射強度のための基準スペクトルとして、銀ミラーからのスペクトルを用いた。反射スペクトルの波長範囲は３４０．５８ｎｍ〜１０３１．１ｎｍであった。試験後に、カスタマイズされたＬＡＢＶＩＥＷプログラムを用いて、スペクトルの谷の位置を得た。８５０ｎｍ前後の反射スペクトルの谷の位置の波長シフトを測定した。
【００７３】
湿度制御
湿度制御実験のために、乾燥空気流を、５００ｍＬの温度制御水ジャケット付きフラスコの上を通過させることによって、湿度を発生させた。乾燥空気の空気流はＭａｔｈｅｓｏｎ気体流量計によって調節し、空気流量は１０Ｌ／ｍｉｎであった。フラスコ内には２５０ｍＬ前後の蒸留水を入れ、乾燥空気を送って水を蒸発させた。加熱／冷却循環装置（ＶＷＲから入手可能、Ｍｏｄｅｌ  １１６０Ｓ）に接続された循環水の温度を制御することによって、適切な湿度を生成した。その後、上述の蒸気発生フラスコに湿り空気を送った。ポリテトラフルオロエチレン（Polytetrafluoroethylene、ＰＴＦＥ）管材を送気システム全体にわたって用いた。湿度及び温度は、ｉＴＨＸ−Ｍ湿度計（Ｏｍｅｇａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｉｎｃ．（Ｓｔａｍｆｏｒｄ，Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ）から入手可能）を用いて監視し、記録した。
【００７４】
温度制御
フレキシブルヒータ、熱電対、及びフィードバックループ制御プログラムを用いて、センサ素子の温度を制御した。フレキシブルヒータ（Ｏｍｅｇａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｃから入手可能）はアルミニウム板のすぐ下に配置し、熱電対はアルミニウム板とフレキシブルヒータとの間に配置した。センサはアルミニウム板上に載置した。センサ素子の実際の温度は、センサ素子上の熱電対及びアルミニウム板の下の熱電対を用いて校正した。ヒータは２４Ｖ直流電源及びスイッチに接続した。ヒータの温度は、カスタマイズされたＬＡＢＶＩＥＷプログラムによって制御した。２つの異なる温度について説明する。一方は、温度コントローラを用いる実際のセンサ温度であるセンサ素子温度であり、もう一方は、実験中の環境温度で測定される周囲温度である。
【００７５】
（実施例１）
方法１によって、ＰＩＭ  Ｂを４．５重量パーセントクロロベンゼン溶液として用い、センサ素子１を製作した。ＰＩＭ層の厚さは４７９ｎｍであった。センサ素子応答時間、ｔ９０、は、第１の蒸気濃度から第２の異なる蒸気濃度への応答による総変化の９０パーセントをセンサ素子が記録するのに必要な時間として定義される。
【００７６】
例えば、メチルエチルケトン（methyl  ethyl  ketone、ＭＥＫ）の濃度が５０から１００ｐｐｍに変化したとき、静電容量Ｃ９０は次のように定義される。
【００７７】
【数１】
0005968421.tif 000004
量、ｔ９０は、ＭＥＫ濃度が５０ｐｐｍから１００ｐｐｍに変化した後の、静電容量がＣ９０の値に到達した最初の時間に等しい。類似の方法によって、谷の位置についてのセンサ素子の応答時間、ｔ９０、を計算した。
【００７８】
センサ素子１を種々の濃度、種々のセンサ素子温度で種々の溶媒に曝した。センサ素子の静電容量値を測定した。周囲温度は２５℃であった。表２（下）に、実施例１を用いた結果を報告する。
【００７９】
【表２】
0005968421.tif 000005
【００８０】
（実施例２）
方法２によって、ＰＩＭ  Ａを５．５重量パーセントクロロベンゼン溶液として用い、アルミニウムをベース導電性電極及び接続電極に用いて、センサ素子２を製作した。ＰＩＭ層の厚さは７８３ｎｍであった。実施例２を、平均１２５ｐｐｍのイソプロパノールに毎日３０分間曝し、湿度チャンバ（相対湿度＝９５パーセント、２２℃）内に２１日間保持した。湿度チャンバ内で２１日経過した後、実施例２を種々の濃度及び種々のセンサ素子温度でイソプロパノールに曝した。周囲温度は２３℃であった。表３（下）に、静電容量測定の結果を報告する。
【００８１】
【表３】
0005968421.tif 000006
【００８２】
（実施例３）
方法２によって、ＰＩＭ  Ｂを４重量パーセントクロロベンゼン溶液として用い、ニッケルをベース導電性電極及び接続電極に用いて、実施例３を製作した。ＰＩＭ層の厚さは７４５ｎｍであった。実施例３を種々の濃度及び種々のセンサ素子温度でオクタンに曝した。８５０ｎｍの波長前後の反射スペクトルの谷の位置を測定した。周囲温度は２３℃であった。表４（下）に、実施例３を用いた結果を報告する。
【００８３】
【表４】
0005968421.tif 000007
【００８４】
（実施例４）
方法２によって、ＰＩＭ  Ｂを４重量パーセントクロロベンゼン溶液として用い、ニッケルをベース導電性電極及び接続電極に用いて、センサ素子４を製作した。ＰＩＭ層の厚さは７４５ｎｍであった。センサ素子４を２つの異なるセンサ素子温度（２３℃及び５５℃）において乾燥空気（０％相対湿度（Ｒ．Ｈ．））の下で一連のトルエン濃度に曝した。周囲温度は２３℃であった。センサ素子の静電容量値を測定した。表５（下）に、センサ素子４を用いた結果を報告する。
【００８５】
【表５】
0005968421.tif 000008
【００８６】
（実施例５）
方法２によって、ＰＩＭ  Ｂを４重量パーセントクロロベンゼン溶液として用い、ニッケルをベース導電性電極及び接続電極に用いて、センサ素子５を製作した。ＰＩＭ層の厚さは７４５ｎｍであった。センサ素子５を２つの異なるセンサ素子温度（２４℃及び５５℃）において乾燥空気（Ｒ．Ｈ．０％）の下で一連のオクタン濃度に曝した。周囲温度は２４℃であった。反射スペクトルの谷の位置を測定した。表６（下）に、センサ素子５を用いた結果を報告する。
【００８７】
【表６】
0005968421.tif 000009
【００８８】
（実施例６）
センサ素子作製方法１によって、ＰＩＭ  Ｂを４重量パーセントクロロベンゼン溶液として用い、センサ素子６を製作した。ＰＩＭ層の厚さは７０２ｎｍであった。センサ素子６を２つの異なるセンサ素子温度（２３℃及び５５℃）において湿り空気（２３℃において８０％  Ｒ．Ｈ．）の下で一連のトルエン濃度に曝した。周囲温度は２３℃であった。センサ素子の静電容量値を測定した。表７（下）に、センサ素子５を用いた結果を報告する。
【００８９】
【表７】
0005968421.tif 000010
【００９０】
本開示の選択された実施形態
第１の実施形態では、本開示は、吸収性センサ素子の使用方法であって、この方法は、
ａ）第１の部材と、第２の部材と、第１の部材と第２の部材との間に配され、それらに接触する微多孔性ポリマーを含む検出層と、を含む、吸収性センサ素子を準備する工程と、
ｂ）吸収性センサ素子を３０℃〜１００℃の範囲の温度に加熱する工程と、
ｃ）吸収性センサ素子が加熱温度になっている間に吸収性センサ素子を分析物蒸気に曝す工程と、
ｄ）
ｉ）吸収性センサ素子の静電容量関連特性（但し、第１の部材及び第２の部材が導電性であり、検出層が誘電性である）、
ｉｉ）反射光の少なくとも１つのスペクトル特徴（但し、第１の部材が反射性であり、第２の部材が半反射性であり、検出層が光透過性であり、反射光の一部が第１の部材によって反射され、反射光の一部が第２の部材によって反射される）、あるいは
ｉｉｉ）ｉ）及びｉｉ）の両方、のうちの少なくとも１つを測定する工程と、を含む、方法を提供する。
【００９１】
第２の実施形態では、本開示は、第１の部材が基板上に支持される、第１の実施形態による方法を提供する。
【００９２】
第３の実施形態では、本開示は、第２の部材が基板上に支持される、第１の実施形態による方法を提供する。
【００９３】
第４の実施形態では、本開示は、工程ｄ）がｉ）を含む、第１〜第３の実施形態のいずれかによる方法を提供する。
【００９４】
第５の実施形態では、本開示は、工程ｄ）がｉｉ）を含む、第１〜第４の実施形態のいずれかによる方法を提供する。
【００９５】
第６の実施形態では、本開示は、吸収性センサ素子が４０℃〜８０℃の範囲の温度に加熱される、第１〜第５の実施形態のいずれかによる方法を提供する。
【００９６】
第７の実施形態では、本開示は、吸収性センサ素子が５０℃〜６５℃の範囲の温度に加熱される、第１〜第６の実施形態のいずれかによる方法を提供する。
【００９７】
当業者であれば、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく本開示の様々な改変及び変更を行うことが可能であり、また、本開示は上記に記載した例示的な実施形態に不要に限定されるべきではない点は理解されるべきである。
［発明の項目］
［項目１］
吸収性センサ素子の使用方法であって、前記方法は、
ａ）第１の部材と、第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材との間に配され、それらに接触する微多孔性ポリマーを含む検出層と、を含む、前記吸収性センサ素子を準備する工程と、
ｂ）前記吸収性センサ素子を３０℃〜１００℃の範囲の温度に加熱する工程と、
ｃ）前記吸収性センサ素子が前記加熱温度になっている間に前記吸収性センサ素子を分析物蒸気に曝す工程と、
ｄ）
ｉ）前記吸収性センサ素子の静電容量関連特性（但し、前記第１の部材及び前記第２の部材が導電性であり、前記検出層が誘電性である）、
ｉｉ）反射光の少なくとも１つのスペクトル特徴（但し、前記第１の部材が反射性であり、前記第２の部材が半反射性であり、前記検出層が光透過性であり、前記反射光の一部が前記第１の部材によって反射され、前記反射光の一部が前記第２の部材によって反射される）、あるいは
ｉｉｉ）ｉ）及びｉｉ）の両方、のうちの少なくとも１つを測定する工程と、を含む、方法。
［項目２］
前記第１の部材が基板上に支持される、項目１に記載の方法。
［項目３］
前記第２の部材が基板上に支持される、項目１に記載の方法。
［項目４］
工程ｄ）がｉ）を含む、項目１又は２に記載の方法。
［項目５］
工程ｄ）がｉｉ）を含む、項目１〜４のいずれか一項に記載の方法。
［項目６］
前記吸収性センサ素子が４０℃〜８０℃の範囲の温度に加熱される、項目１〜５のいずれか一項に記載の方法。
［項目７］
前記吸収性センサ素子が５０℃〜６５℃の範囲の温度に加熱される、項目１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【図１】
0005968421.tif 000011