(57)【要約】【課題】液体媒体中に存在する異なる物質が所望の化学物質の検出を阻止することなく、非常に広い濃度範囲にわたってこの物質の検出が可能な、液体媒体中での化学物質の検出方法を提供すること。【解決手段】本発明は、液体媒体中の少なくとも１つの化学物質の存在または不存在を決定する方法に関し、この方法は、その化学物質によって完全または部分的に分解され得る材料を含む少なくとも１つの層で少なくとも一方の側が全体的または部分的にコーティングされた少なくとも１つの基板を含むデバイスと、その液体媒体とを接触させる工程を含み、この材料は、金属、金属合金、金属酸化物から選択される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体媒体中の少なくとも１つの化学物質の存在または不存在を決定する方法であって、その化学物質によって完全または部分的に分解され得る材料を含む少なくとも１つの層で少なくとも一方の側が全体的または部分的にコーティングされた少なくとも１つの基板を含むデバイスと、その液体媒体とを接触させる工程を含み、この材料が、金属、金属合金、金属酸化物から選択される、方法。
【請求項２】
分解され得る材料が、金属、金属合金、または金属酸化物であり、液体媒体中にて検出されるべき化学物質の存在下で可溶性イオンに分解する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
液体媒体と接触したままの状態でまたは液体媒体から取り除かれた状態で基板を視覚化して、請求項１に記載の層のすべてまたは一部の消失または不消失を確認する工程をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
視覚化工程の後、層の分解と、その分解を生じさせた化学物質のタイプとを相関させる工程を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
層が薄層であり、この薄層が５０Å〜１ｍｍ、好ましくは５０Å〜１０μｍの厚さを有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
基板が、ガラスのような非晶質セラミック材料、金属材料または有機材料から選択される材料製である、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
基板が、先行する請求項のいずれか一項に記載のような材料を含む単一層でその一方の側がコーティングされている、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
基板が、それぞれ先行する請求項のいずれか一項に記載の異なる材料の薄層からなる別個の領域で、その一方の側がコーティングされている、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
別個の領域が並列にあり、または互いに積み重ねられている、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
基板が、ロゴまたは絵文字の形態にて、検出されるべき物質の同定指標を含み、それは検出されるべき化学物質によって層が完全または部分的に分解された後に現れ、これらの指標が物質の存在を示す、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板を調製するための先行工程を含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
検出されるべき物質が、塩基、酸、酸化物またはハロゲン化物形態で存在し得る金属元素である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
検出されるべき物質がフッ化水素酸であり、基板がチタン層でコーティングされている、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
検出された化学物質の濃度を決定するための工程をさらに含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
検出された化学物質の濃度を決定するための工程が、先行する請求項のいずれか一項に記載の材料の層の分解割合の測定を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
化学物質によって完全または部分的に分解され得る材料を含む少なくとも１つの層でその少なくとも一方の側が全体的または部分的にコーティングされた少なくとも１つの基板を含み、この材料が金属、金属合金または金属酸化物からなる、請求項１から１５のいずれか一項に記載のような方法を実施するためのデバイス。
【請求項１７】
液体媒体中の少なくとも１つの化学物質を検出するための検出キットであって：
−請求項１６に記載のようなデバイス；および
−材料が分解した場合の、検出された化学物質のインジケータ
を含む、キット。
【請求項１８】
インジケータが、材料と、材料の分解が生じた場合に検出される化学物質との関連を相互参照するリーフレットからなる、請求項１７に記載の検出キット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体媒体中の化学物質の存在または不存在を検出する方法に関する。
本発明は、対象としている化学物質が禁止されている分野で有用であることができ、故にこの方法は防除価値があり、または反対にその化学物質を見出すことが期待される分野において有用であり得る。
【背景技術】
【０００２】
当該技術分野の水準において、特に化学物質が酸または塩基である場合に、液体媒体中の化学物質を検出することを目的としたいくつかの技術が存在する。
そのため、液体媒体が酸または塩基を含有するかどうかを検出するためにｐＨ試験紙技術に依ることが昔から知られている。このｐＨ紙には、ｐＨに関連して徐々に色が変化することを目的とする万能なインジケータが含浸されている。この万能なインジケータは、通常、着色したインジケータの混合物に対応し、その混合物中の着色インジケータの各々は、具体的に決定されたｐＨ範囲に関して１つ、さらには２つの色変化領域を有する。着色インジケータは、生じた色変化によって溶液のｐＨを素早く知ることができ、０〜１４の範囲のｐＨ値をカバーすることができるように、選択される。
化学的な観点から、着色インジケータは２つの形態で存在できる有機化合物であり、そのうち一方はｐＨに関して他方より優位であり、各々の形態は可視スペクトルの特定波長において光子を選択的に吸収でき、各々の吸収波長は、発光波長、ひいては色に対応している。
【０００３】
従来から、酸−塩基着色インジケータは、２つのカテゴリーに分類できる：トリフェニルメタンから誘導されるものと、アゾベンゼンから誘導されるものであり、トリフェニルメタンの誘導体は、ブロモチモールブルー、ブロモフェノールブルー、ブロモクレゾールグリーン、クレゾールレッド、フェノールフタレイン、チモールフタレイン、マラカイトグリーンであることができるインジケータとして使用され、一方でアゾベンゼンの誘導体は、ヘリアンチン、コンゴレッド、メチルレッド、メチルイエロー、アリザリンイエローであることができる。
ｐＨ紙の使用によりｐＨ値を決定することで酸または塩基の存在を液体媒体中で検出できるが、酸または塩基のタイプを具体的には決定できない、すなわち換言すればどのタイプの酸または塩基がその液体媒体中に存在するかを規定するためには使用できない。
一部の研究者は、Ｍａｃｈｅｒｅ−Ｎａｇｅｒから販売されている「Ｆｌｕｏｒｉｄｅ  Ｔｅｓｔ  Ｐａｐｅｒ」と呼ばれる紙を用いるフッ化水素酸の場合のように、酸の存在を具体的に認識できる着色インジケータを含浸させた紙を設計した。溶液中に浸ける前、この紙はピンク色であるという特徴を有するが、溶液が検出可能な量のフッ化水素酸（例えば１％、１０％、および５０％のフッ化水素酸水溶液）を含む場合に黄色に変化する。しかし、この紙は、フッ化水素酸の反応を実質的に弱める他の元素の存在下（例えば３５％ＮＨ４Ｆ）でフッ化水素酸の存在を検出できないことがわかっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そのため、液体媒体中に存在する異なる物質が所望の化学物質の検出を阻止することなく、非常に広い濃度範囲にわたって（可能性として０．数％から５０％を超える範囲）、この物質の検出が可能な、液体媒体中での化学物質の検出方法が真に必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
故に、本発明者らは、上述した原理とは異なる原理に基づき、広い濃度範囲にわたって化学物質を検出でき、外来元素により検出が阻止されることがない新規な方法を開発した。
故に、本発明は、液体媒体中の少なくとも１つの化学物質の存在または不存在を決定する方法に関し、この方法は、その化学物質によって全体的または部分的に分解され得る材料を含む少なくとも１つの層でその少なくとも一方の側が完全または部分的にコーティングされた少なくとも１つの基板を含むデバイスと、その液体媒体とを接触させる工程を含み、この材料は、金属、金属合金、金属酸化物（例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３）から選択される。
本発明の意味において、前述の内容において、および本明細書の後述の内容において、金属とは伝導性の化学元素、例えばアルカリ金属、アルカリ土類金属（例えばＭｇ）、遷移金属（例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、ＣｏおよびＦｅ）、卑金属（例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｔｌ、ＰｂおよびＢｉ）、半金属元素（例えばＳｉ、Ｇｅ）を意味することを指定する。
【０００６】
故に本発明は、一部の材料が特定の化学物質によって分解される能力に基づいている。
上述したように、分解され得るこの材料は、検出されるべき化学物質に関連して、金属、金属合金、金属酸化物（例えばＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３酸化物）から選択できる。
分解とは、検出されるべき化学物質の存在下で、それらの物理的一体性を失う上述の材料の能力を意味し、これは、可溶性イオンへの転化として解釈でき、それによって液体媒体中に入る。
特に、分解され得るこの材料は金属または金属合金であってもよい。
この場合、分解は、通常、金属と化学物質（本件では、検出されるべき化学物質）との間の酸化還元反応からなり、それによって金属または金属合金から金属イオンが生じ、そうして液体媒体中に溶解する。換言すれば、その金属または金属合金は、検出されるべき化学物質によって、液体媒体中で可溶性であるイオンに分解される。この原理は、化学元素により一部の金属をエッチングするために使用される原理にほかならない。
上述した層は、基板の表面に堆積した薄層形態であるのが有利であり、この薄層は、通常、５０Å〜１ｍｍ、好ましくは５０Å〜１０μｍの範囲の厚さを有する。そのため、この層に関して、基板表面における層の構成材料の量に関する比は特に低いため、液体媒体中に存在するかどうかを検出されるべき化学物質との反応によって、この材料の迅速な消失（従って迅速な検出）が可能になる。
【０００７】
本発明に従う基板は、通常、非晶質セラミック材料、例えばガラス、金属材料または有機材料（例えばポリマー）から選択される材料であることができる固体基板である。
検出のための基礎として使用される基板は、異なる構成を有していてもよい。
第１の実施形態によれば、基板は、上記で定義されたような材料を含む単一層でその一方の側をコーティングすることができ、この材料は、液体媒体中に存在する化学物質または化学物質の混合物によって分解され得る。この場合、このタイプの基板は、特定の化学物質または特定の化学物質の混合物の検出を目的としている。
第２の実施形態によれば、基板は、その一方の側において、それぞれが上記で定義されたような異なる材料の薄層から成る別個の領域でコーティングでき、この薄層は、並列に、または互いに積み重なって配置できる。この場合、このタイプの基板は、液体媒体中に存在するいくつかの化学物質の検出を目的としている。
故に、液体媒体中で検出されることが所望される化学物質に関連して、極めて多様な基板構成が想定可能である。
【０００８】
接触工程が完了したら、従来通り、液体媒体と接触したままの基板または液体媒体から取り除かれた基板を可視化する工程によって、検出されるべき化学物質の存在または不存在の検出を行うことができ、それは、上述した層のすべてまたは部分的な消失または非消失によるものであり、この層の全体的または部分的な消失が確認される場合は、この層の消失と、この消失を生じさせた化学物質のタイプとを相関させるための工程を行う。
この相関工程は、所与の材料層をこの層を分解できる化学物質と関連させる相互参照の表を参考にすることによって極めて簡便に行うことができる。
基板に依存して、視覚化工程は異なる様式にて行うこともできる。
１つの変形例によれば、視覚化工程は、上述の層が完全または部分的に分解されたかどうかを裸眼で確認することによって直接行われる。
これは、基板が透明材料製であるが、上述の層は不透明材料であるような場合である。これは、基板とこの層との両方が異なる色を有する場合も同様である。
基板とこの層との間の色の差が裸眼では十分に視覚可能でない場合、基板とこの上述の層との間に、液体媒体中に存在する物質（とりわけ検出されるべき化学物質）に対して不活性な層を挿入することを想定でき、この層は検出されるべき化学物質の検出に必要とされる層とは裸眼で見る色が異なる。この層は、金属タイプまたは有機（例えば塗料の層）またはセラミック（例えばＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４）であってもよい。
【０００９】
第２の変形例によれば、視覚化工程は、検出されるべき１つ以上の化学物質が液体媒体中に存在する場合、裸眼で基板の変形を確認することによって行われる。
これは特に、基板が可撓性である（これは、特にその厚さおよび／または構成材料のタイプに関連する）場合、および例えば基板が１０ＧＰａ未満のヤング率を有する場合である。検出されるべき化学物質の作用により分解できる層を堆積するとき、内部応力をその層に蓄え、これらが、層が堆積した基板の変形を生じさせる。この層でコーティングされた基板が検出されるべき１つ以上の化学物質を含む液体媒体と接触する場合、この層は全体的または部分的に分解され、層内に蓄えられた内部応力の完全または部分的な消失を導き、故に裸眼で見ることができる基板の変形を生じる。故に、液体媒体と接触する前および接触した後の基板の形状の差を観察することによって、化学物質が液体媒体中に存在するかどうかを決定することができる。
視覚化後、推測が自動でない場合、操作人は、上述の層の完全または部分的な分解から、こうした分解を生じさせた化学物質を推測する相関工程を行う。
【００１０】
この相関工程は、検出された化学物質と所与の材料とを関連させる相互参照表を参照することを含んでいてもよい。
上記で示されたような相関工程を行う必要はない場合がある。
これは特に、基板が検出されるべき物質の同定指標を含む場合であり、それはこの媒体が検出されるべき物質を含有する場合に、基板が液体媒体と接触した後に現れる。これらの同定指標は、検出されるべき化学物質による層の完全または部分的な分解の後に現れ得るロゴ、絵文字（例えば文字または図）として実体化でき、これらの指標が物質の存在を示す。
実際、上述の層は、検出されるべき物質に対して不活性な材料の層で部分的にコーティングでき、この不活性層は、物質の直接的なインジケータを形成するために堆積されることができる（このインジケータは、検出される物質の化学式の形態であることができる）。例えば、検出されるべき物質がフッ化水素酸である場合、不活性層はＨＦに対して不活性な樹脂製であってもよく、フッ化水素酸によって分解されることができる領域の一部に略号ＨＦを形成するように堆積されてもよい。故に、フッ化水素酸溶液と接触する基板は、基板上に存続して「ＨＦ」パターンだけを残し、化学者でない操作人にとっても特に興味深いものとなり得るインジケータとして価値がある。
【００１１】
この方法のいくつかの可能な実施を列挙できる：
−操作人が化学物質を知っており、その存在または不存在を液体媒体中で検出することを所望する場合。この場合、操作人はこの物質の選択的検出のために適合させたデバイスを選択する；あるいは
−操作人が、液体媒体中、いずれの化学物質が存在するかを知ることを望むような場合。この場合、操作人は、液体媒体中に存在する物質のタイプを決定するために規定されたような１つ以上のデバイスを用いる方法を行う。
実施モードに拘わらず、方法は、この方法を実施する前に上述の基板が利用可能でない場合は、それらの基板を調製するための先行工程を含んでいてもよい。
この調製工程は、通常、上述の層を基板上に堆積させることからなり、この堆積はカソードスパッタリングによって行うことができる。
そのため、検出されるべき所与の物質に関して、基板が未だ利用可能となっていない場合に好適な基板を調製できる限りにおいて、本発明の方法によって非常に広範囲の物質の検出を行うことができる。
本発明の方法によって検出できる化学物質は、種々のタイプであり得る。
これらは、塩基、酸、あるいは酸化物またはハロゲン化物の形態で任意に存在する金属元素であってもよい。
【００１２】
金属元素の例としては、溶液中でハロゲン化鉄の形態（例えば塩化鉄ＦｅＣｌ３）で存在し得る鉄が挙げられる。この物質は、アルミニウムまたは銅の層を含有する基板と接触する場合に検出されることができる。
酸水溶液、例えば硫酸溶液中にて酸化物の形態で存在し得るコバルトも挙げることができる。この媒体において、コバルトは、鉄、コバルト、銅またはニッケルの層を含む基板と接触する場合に検出することができる。
この方法は、酸の検出のために使用でき、より詳細にはフッ化水素酸の検出のために使用できる。それは、マイクロエレクトロニクスにおける場合のように、フッ化水素酸が特に使用されるセクターにおいてこの酸の存在を検出するために事実上特に興味深い場合がある。
フッ化水素酸は、チタン層でコーティングされた基板と接触させることによって検出でき、フッ化水素酸は、選択的にチタンを分解する能力を有する。
他の酸もチタンを分解できる。従って、チタンの薄層でコーティングされた基板が分解を示す場合、チタンとは異なる金属、例えばクロム、鉄または銅の薄層でコーティングされた基板を用いて追加の試験を行うことが必要な場合がある。
クロム、鉄または銅を用いた試験がその分解をもたらさない場合、存在する酸はフッ化水素酸であることが確認できる。
【００１３】
他方で、クロムおよび鉄を用いる試験が決定的である場合、すなわちそれらの分解を生じる場合、溶液はフッ化水素酸を含有しないが、硫酸のようなフッ化水素酸以外の酸を含有することを推測できる。
例として、基板上に堆積した好適な材料を用いる本発明の方法を用いて検出できる化学物質を以下の表に挙げる。
【表１】
2011522236.tif 000002
【００１４】
前述したように、検出されるべき物質を含む液体媒体と、上記で定義されるような基板とを接触させた後に、少なくとも１つの金属層の分解を確認したとき、操作人は、分解された金属層とこの分解を生じさせた化学物質との間の相関を調べるために相互参照の表を参照でき、それによっていずれの化学物質が液体媒体中に存在するかを知ることができる。層の消失割合は、検出されるべき化学物質の濃度に特徴的であり得ることが留意される。例として、１％のフッ化水素酸溶液に関して、熱酸化物の攻撃割合は、約６０〜７０Å／ｍｎであり、１０％のフッ化水素酸に関して、熱酸化物の攻撃割合は、約６００〜８００Å／ｍｎである。
故に、方法はさらに、検出された化学物質の濃度を決定するための工程を含み、この決定工程は、上記で定義されたような材料の層の分解割合の測定を含み得る。
故に、本発明はまた、この化学物質によって完全または部分的に分解されることができる材料を含む少なくとも１つの層でその少なくとも一方の側が全体的または部分的にコーティングされた少なくとも１つの基板を含むデバイス、および液体媒体中の少なくとも１つの化学物質を検出するための検出キットに関し、この材料は、金属、金属合金または金属酸化物からなり、このキットは：
−上記で定義されたようなデバイス；および
−材料の分解が生じた場合の、検出された化学物質のインジケータ
を含む。
【００１５】
インジケータは材料の分解が生じた場合に、材料と検出された化学物質との間の相関を調べるリーフレットを含んでいてもよい。故に、このリーフレットは、基板の表面に存在する分解され得る材料（金属または金属合金）と、材料の分解が生じる場合に検出された化学物質との間の相互参照表を含んでいてもよい。
このキットに関して、操作人は、リーフレットを予め参照することによって、いずれの化学物質が検出され得るかを知ることができ、これが検出されるべき所望の物質である場合は、適切な基板を使用できる。上記で定義されたような材料の層が分析されるべき液体媒体と接触した後に分解する場合、操作人は、リーフレットのデータを調べることによって具体的な化学物質の存在を推測できる。操作人が、いずれの物質が液体媒体中にて検出されるかを知らない場合は、いくつかの基板を試験することができ、リーフレットを参照することによっていずれの組成物が液体媒体中に含有されているかを決定できる。
ここで、本発明は、例示を目的とし、限定するものではない以下に与えられた実施例を参照してより詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１Ａは、一方の側にて、５つの別個の領域を含み、その各々が実施例１を実施するために液体媒体と接触するように配置される前の異なる金属薄層からなる基板の平面図であり；図１Ｂは、液体媒体と接触した後の同じ基板の平面図である。
【図２】図２Ａは、実施例２を実施するために液体媒体と接触するように配置される前の５つの金属薄層の積み重ねでコーティングされた基板の側面図であり；図２Ｂは、液体媒体と接触した後の同じ基板の側面図である。
【図３】図３Ａは、実施例３を実施するために液体媒体と接触するように配置される前の、チタン層でコーティングされ、インジケータを有する基板の側面図および平面図であり；図３Ｂは、液体媒体と接触した後の同じ基板の側面図および平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施例１）
図１Ａに示されるように、長方形の形状を有する基板１上に、５つの長方形領域３、５、７、９および１１をそれぞれアルミニウム薄層、銅薄層、コバルト薄層、ニッケル薄層および鉄薄層を含むように堆積させる。この基板を、ＣｒＯ３および硫酸の両方を含有する水溶液に含浸させる。
このことにより、銅、コバルト、ニッケルおよび鉄の層が消失する。アルミニウム薄層からなる領域３だけが存続し、硫酸媒体中のクロムの存在を示す（図１Ｂ）。
【００１８】
（実施例２）
この実施例は実施例１の変形例であり、ここでは、図２Ａに示すように、長方形領域１５、１７、１９、２１および２３はそれぞれアルミニウム、ニッケル、コバルト、鉄および銅の薄層からなり、それが基板１３上に互いに積み重ねられている。
基板１３は、次いでＣｒＯ３および硫酸の両方を含有する水溶液中に含浸される。アルミニウム薄層である領域１５だけが存続し続け、硫酸媒体中のクロムの存在を示す（図２Ｂ）。
【００１９】
（実施例３）
この実施例は、水溶液中のフッ化水素酸の検出を示す。
この目的のために、１００μｍ〜１ｍｍの範囲にあり得る厚さを有するガラスまたは透明ポリマー製の基板２７は、厚さ３００〜１０００Åのチタン層２９でコーティングされており、このチタン層は、フッ化水素酸に対して不活性な樹脂３１の層で部分的にコーティングされており、この樹脂層はチタン層上に略号「ＨＦ」を形成している（図３Ａの平面図）。この樹脂層は、フォトリソグラフィによって堆積される。
次いで基板は、フッ化水素酸を含む溶液中に含浸される。数分後、樹脂でコーティングされた領域以外のチタン層は消失したように見え、略号ＨＦを形成するように樹脂層３１が残る（図３Ｂの平面図）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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