(57)【要約】【課題】複数の圧電素子を使用して測定する化学物質検出装置において、検出素子の種類を自動的に特定できるようにする。【解決手段】複数個の圧電素子表面に、圧電素子毎に異なる種類の金属薄膜を形成し、前記圧電素子の初期周波数を検出センサの種類毎に異なる周波数に設定し、この周波数を基準周波数として薄膜の種類と対応させることにより、基準周波数を測定することで薄膜の種類を特定する。圧電素子の周波数を測定することにより、検出センサの種類を自動的に特定できる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の圧電素子表面に、該圧電素子毎に異なる種類の薄膜が形成され、前記薄膜を形成した各圧電素子を発振回路によりそれぞれ発振させて、前記各圧電素子から出力される周波数の変化を測定し、薄膜上での化学反応量を検出できるようにした検出装置において、前記圧電素子の基準周波数を前記薄膜の種類毎に異なる基準周波数とし、前記圧電素子の基準周波数を測定することにより、薄膜の種類を特定できるようにしたことを特徴とする化学物質検出装置。
【請求項２】
前記圧電素子上に金属薄膜が形成され、前記金属薄膜を形成した各圧電素子を測定環境中に暴露して周波数の変化を測定し、測定環境中の腐食性物質または腐食性ガスの種類と濃度および／または前記金属薄膜の腐食量を計測できるようにした請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記圧電素子の基板表面上に導電性薄膜が形成され、該導電性薄膜面に圧電素子毎に異なる種類の金属薄膜が堆積され、前記金属薄膜を形成した各圧電素子を大気中に暴露して周波数の変化を測定し、大気中の腐食性物質または腐食性ガスについてその種類と濃度および／または金属薄膜の腐食量を計測できるようにした請求項１に記載の検出装置。
【請求項４】
前記圧電素子の基板表面上に測定対象となる化学物質に特定的に結合する抗体を付着させ、抗体が付着した圧電素子を測定環境中に暴露して前記抗体と反応した化学物質の反応量を周波数変化として計測する請求項１記載の化学物質検出装置。
【請求項５】
前記圧電素子の基板表面上に測定対象となる化学物質または前記化学物質の誘導体であるハプテンを付着させ、前記化学物質またはハプテンと反応した抗体の反応量を周波数変化として計測する請求項１記載の化学物質検出装置。
【請求項６】
前記圧電素子が水晶振動子または弾性表面波デバイスで構成されている請求項１から５のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【請求項７】
前記薄膜の種類毎に圧電素子基板の厚さを変えることにより、前記圧電素子の基準周波数を前記薄膜毎に異なる基準周波数とした請求項１から５のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【請求項８】
前記薄膜の種類毎に薄膜の付着物量を変えることにより、前記圧電素子の基準周波数を前記薄膜毎に異なる基準周波数とした請求項１から５のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【請求項９】
圧電素子として弾性表面波デバイスを用いる請求項１から５のいずれかに記載の化学物質検出装置において、弾性表面波を励起させるくし歯状電極の電極周期を変化させることにより、前記圧電素子の基準周波数を前記薄膜毎に異なる基準周波数とした請求項１から５のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【請求項１０】
前記圧電素子の周波数の変化に基づき計測された計測結果に基づき薄膜上での化学反応量を検出し、その化学種と濃度および／または化学物質の反応量を予め入力されたデータに基づき推定する演算処理装置と、該演算処理装置による各演算結果を表示する表示装置を備えた化学物質検出装置において、測定開始時に計測した初期周波数に基づき、圧電素子基板に付着させた薄膜の種類を特定し、自動的に演算処理のデータとして入力する動作および／または薄膜の種類を表示装置に表示する動作を実行することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学物質の検出装置に係り、特に測定環境中における化学物質の種類と濃度を同時に検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学物質の検出方法として、従来からガスクロマトグラフ−質量分析法，液体クロマトグラフ−質量分析法，誘導結合プラズマ質量分析法，半導体検出装置，電気化学分析法などの分析手法が用いられている。一方、圧電素子を検出素子として用いた検出方法も知られている（特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−０４８７９７号公報（要約，特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開２００１−９９７７７号公報（要約，特許請求の範囲）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
圧電素子を検出素子として用いた検出装置において、複数の圧電素子を使用して測定する場合は、検出素子の種類を特定しなければならない。しかし、外観などから判断できずに誤って用いた場合、測定結果に重大な誤りが生じるという問題点がある。
【０００５】
本発明の目的は、複数個の圧電素子を用いた化学物質検出装置において、検出素子の種類を特定する機能を有する化学物質検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明の要旨は、次の通りである。
【０００７】
（１）複数個の圧電素子表面に、該圧電素子毎に異なる種類の薄膜が形成され、前記薄膜を形成した各圧電素子を発振回路によりそれぞれ発振させて、前記各圧電素子から出力される周波数の変化を測定し、薄膜上での化学反応量を検出できるように構成した検出装置において、前記圧電素子の基準周波数を前記薄膜の種類毎に異なる基準周波数とし、前記圧電素子の基準周波数を測定することにより、薄膜の種類を特定できるようにした化学物質検出装置。
【０００８】
（２）前記圧電素子上に金属薄膜が形成され、前記金属薄膜を形成した各圧電素子を測定環境中に暴露して周波数の変化を測定し、測定環境中の腐食性物質または腐食性ガスの種類と濃度および／または前記金属薄膜の腐食量を計測できるように構成した（１）に記載の腐食環境監視装置。
【０００９】
（３）前記圧電素子の基板表面上に導電性薄膜が形成され、該導電性薄膜面に圧電素子毎に異なる種類の金属薄膜が堆積され、前記金属薄膜を形成した各圧電素子を大気中に暴露して周波数の変化を測定し、大気中の腐食性物質または腐食性ガスについてその種類と濃度および／または金属薄膜の腐食量を計測できるように構成した（１）に記載の大気腐食環境監視装置。
【００１０】
（４）前記圧電素子の基板表面上に測定対象となる化学物質に特定的に結合する抗体を付着させ、抗体が付着した圧電素子を測定環境中に暴露して前記抗体と反応した化学物質の反応量を周波数変化として計測するようにした（１）記載の化学物質検出装置。
【００１１】
（５）前記圧電素子の基板表面上に測定対象となる化学物質または前記化学物質の誘導体であるハプテンを付着させ、前記化学物質またはハプテンと反応した抗体の反応量を周波数変化として計測するようにした（１）記載の化学物質検出装置。
【００１２】
（６）前記圧電素子が水晶振動子または弾性表面波デバイスで構成されている（１）から（５）のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【００１３】
（７）前記薄膜の種類毎に圧電素子基板の厚さを変えることにより、前記圧電素子の基準周波数を前記薄膜毎に異なる基準周波数とした（１）から（５）のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【００１４】
（８）前記薄膜の種類毎に薄膜の付着物量を変えることにより、前記圧電素子の基準周波数を前記薄膜毎に異なる基準周波数とした（１）から（５）のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【００１５】
（９）圧電素子として弾性表面波デバイスを用いる（１）から（５）に記載の化学物質検出装置において、弾性表面波を励起させるくし歯状電極の電極周期を変化させることにより、前記圧電素子の基準周波数を前記薄膜毎に異なる基準周波数とした（１）から（５）のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【００１６】
（１０）前記圧電素子の周波数の変化に基づき計測された計測結果に基づき薄膜上での化学反応量を検出し、その化学種と濃度および／または化学物質の反応量を予め入力されたデータに基づき推定する演算処理装置と、該演算処理装置による各演算結果を表示する表示装置を備えた化学物質検出装置において、測定開始時に計測した初期周波数に基づき、圧電素子基板に付着させた薄膜の種類を特定し、自動的に演算処理のデータとして入力する動作および／または薄膜の種類を表示装置に表示する動作を実行することを特徴とする（１）から（５）のいずれかに記載の化学物質検出装置。
【００１７】
本発明は、前記のように複数の圧電素子を用いる検出装置において、圧電素子上に付着させる薄膜の種類毎に異なる基準周波数とし、前記圧電素子の基準周波数を測定することにより達成される。なお、上記および下記の記載において、
「および／または」は、いずれか一方又は両方を含むものを意味する。
【００１８】
本発明の原理を圧電素子として水晶振動子を用いて説明する。薄膜を堆積させた水晶振動子基板を発振回路により発振させると、堆積させた薄膜の質量に比例して、一定の周波数で発振する。
【００１９】
この薄膜上で化学反応が進行し、反応生成物が薄膜上に堆積される。あるいは、薄膜の一部が薄膜上から脱離した場合には質量変化が生じる。この質量変化は式〔１〕に従って、水晶振動子の振動数変化と関係付けられる。
【００２０】
Δｆ＝−ｋｆ０２（Δｗ／Ａ）                                  …〔１〕
ここで、ｆ０  は水晶振動子の初期周波数、Δｆは周波数変化量、Δｗは質量変化量、Ａは薄膜を堆積させた面積、ｋは定数である。
【００２１】
例えば、初期周波数１０ＭＨｚの水晶振動子を用いると、化学反応により薄膜上での質量変化が生じた場合、２ｎｇ／ｃｍ２  質量変化を１Ｈｚの感度で測定できる。
【００２２】
さらに、水晶基板に異なる種類の薄膜を堆積させた複数個の水晶振動子を用いることにより、その薄膜の種類毎の化学反応量を計測することができる。
【００２３】
〔１〕式に示すように、水晶振動子を用いた測定では、先ず水晶振動子の初期周波数を計測し、この測定値を用いて質量変化に換算する。本発明では、初期周波数を薄膜の種類毎に異なる周波数に設定し、この周波数を基準周波数として薄膜の種類と対応させることにより、基準周波数を測定することで薄膜の種類を特定する。
【００２４】
本発明における薄膜の種類に応じて周波数を設定する方法としては、〔１〕式に基づき、予め付着させる薄膜の質量を制御することにより基準周波数を設定できる。または、水晶振動子の周波数と水晶振動子基板の厚さとの間に〔２〕式が成り立つので、水晶基板の厚さを制御することにより基準周波数を設定できる。
【００２５】
ｆ０＝ｋ／ｄ０                                                …〔２〕
ここで、ｆ０  は水晶振動子の設定周波数、ｄ０  は水晶振動子基板の厚さ、ｋは定数である。
【００２６】
圧電素子基板として弾性表面波デバイスを用いた場合の周波数制御方式としては、圧電素子基板表面に弾性表面波を励起させるために設置したくし歯状電極の電極周期と周波数の間に〔３〕式が成り立つのでくし歯状電極の周期を制御することにより基準周波数を設定できる。
【００２７】
ｆ０＝Ｖ／Ｌ                                                  …〔３〕
ここで、ｆ０  は弾性表面波デバイスの設定周波数、Ｖは弾性表面波の伝搬速度、Ｌはくし歯状電極の周期である。
【００２８】
さらに本発明では、測定開始時に計測した初期周波数を基準周波数に対応させて圧電素子基板に付着させた薄膜の種類を特定することにより、検出装置に具備している演算処理装置の入力データとして用いる動作や表示装置に薄膜の種類を表示させる動作を自動的に実行することが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である化学物質検出装置センサホルダー部の模式構成図である。検出装置センサホルダー部は、圧電素子を用いた６種類の検出センサ１と、圧電素子を固定して計測装置と腐食量センサを接続するためのコネクタ台２，検出センサの破損を防止するためのカバー３を備えている。
【００３０】
図２は、図１で用いた検出センサの模式構成図である。直径８ｍｍ、基準振動数１０ＭＨｚの水晶基板４の両面に直径４．５ｍｍの金属薄膜５を蒸着し、この薄膜にニッケルが分散した導電性接着剤でリード線６を取り付けた水晶振動子をセンサとして用いた。薄膜は両面とも平面形状は同じものであり、側面端部にお互い反対側より両面に金属薄膜に接続した発振用および検出用のリード線６が設けられる。
【００３１】
ここで水晶振動子上に形成する薄膜として、アルミニウム，銀，コバルト，銅，鉄，ニッケルの６種類をスパッタリング法により水晶振動子上に直接蒸着したセンサを用いることにより、蒸着した金属の腐食量と計測対象となる環境の腐食性物質を検出できる腐食環境監視装置として利用できる。水晶振動子上に直接、金属を蒸着することに変えて、インジウムとスズの導電性複合酸化物を予め水晶振動子に蒸着後に計測対象となる金属を蒸着することでも、同様に計測ができる。
【００３２】
さらに、高感度な測定が必要な場合は、圧電素子としてタンタル酸リチウムなどの弾性表面波デバイスを用いる、腐食を監視する金属に応じてその他の金属を蒸着したセンサを用いる、塵埃等が付着する量を測定する場合には環境中で腐食しない金を蒸着したセンサを用いるなど測定対象となる材料や環境に応じて、圧電素子の種類やその数、圧電素子上に蒸着する金属の種類を任意に選択することで、高精度の計測が可能になる。
【００３３】
ここで、検出に用いる水晶振動子上に形成する薄膜の付着量が所定の値となるように金属薄膜を蒸着する時間を制御して薄膜を形成し、薄膜形成後の各金属の基準周波数を測定した結果、表１に示すように、各々の金属で異なる基準周波数を設定することができた。このようにして作成したセンサを用いることにより、センサの基準周波数を計測することでセンサに付着させた金属の種類を特定できる。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
図３には腐食環境監視装置の外観図を、図４には内部機能構成の模式図を示す。腐食環境監視装置は、複数の圧電素子センサから構成されるセンサホルダー部７（但し、図３ではカバーを省略。）を挿入した計測装置８と計測装置の制御とデータの収集と解析を実行するためのノート型パーソナルコンピュータ９から構成される。ここで、計測装置とパーソナルコンピュータの間は、ＲＳ−２３２Ｃの規格に基づいた転送方式に基づき、データ転送を行った。また、計測装置の制御とデータの収集・解析を実行するためのＣＰＵや記憶素子，液晶モニタの様な表示デバイス，計測装置との接続が可能なインターフェースを具備していれば、ノート型パーソナルコンピュータに限ることなく使用することができる。
【００３６】
計測装置は、圧電素子を安定に発振させるために圧電素子センサ各々に接続するための発振回路，発振周波数を計測するための周波数カウンタ，複数のセンサの発振周波数を任意に選択するためのシグナルスキャナ，発振周波数をデジタル信号に変換してパーソナルコンピュータ（ＰＣ）に転送するための信号装置を備えている。
【００３７】
次に本実施例におけるデータの解析方法を示す。図５は、図３に示した腐食環境監視装置におけるデータ解析方法を示すフロー図である。
ステップ１：基準周波数ｆａ〜ｆｘに対応するセンサ金属材料Ｍａ〜Ｍｘのデータベースを入力し、以降の演算処理に用いる。
ステップ２：水晶振動子を用いた腐食量センサの発振周波数を計測し、これを測定開始時の初期値として以降の演算処理に用いる。
ステップ３：ステップ２で計測した周波数がステップ１で入力した基準周波数の何れに相当するかを照合する。
ステップ４：照合結果に基づき、ステップ２で計測したセンサに付着している金属薄膜がステップ１で入力した金属の何れに当たるかを特定する。
ステップ５：照合結果をＰＣに計測データの一部として記憶する。
ステップ６：照合結果をＰＣ画面上に表示する。
ステップ７：監視対象となる場所における腐食環境を計測する。
ステップ８：一定時間（ｔ）が経過した後に、時間ｔ経過後の腐食量センサの発振周波数を計測する。
ステップ９：時間ｔにおける測定値と初期値を比較して、センサの発振周波数の変化量を求め、この変化量の関数として腐食量センサ上の金属の腐食量や、予め求めておいた各種金属の腐食速度から設置環境中の腐食性ガス種類とその平均濃度を換算する演算処理を実行する。
ステップ１０：演算結果を表示し、監視を継続する。
【００３８】
上記測定結果に基づき、腐食量や大気中に存在する腐食性物質量等が、所定の値以上になった時に警報を発生させるためには、予め、腐食量や腐食性物質等の限界値を入力し、演算処理の結果と比較する演算処理をステップ１０からステップ７へのループの間に挿入し、所定の値を超えた場合に、併設した警報発生手段により、腐食量や腐食性物質等が限界値を超えたことを告知するようにすれば、当該監視としての機能が向上する。
【００３９】
上記実施例に示すように、腐食量センサの材料を自動的に特定する機能を有した腐食環境監視装置を得ることができる。
【００４０】
図６は腐食環境監視装置に内蔵されるデータ収集ソフトの画面の一実施例である。メニューバー１０のファイルメニューにより、新規の測定か、あるいは測定中ファイルの選択を行う。新規の場合はファイル名とサンプル名称を入力することで、サンプル名称表示欄１１にサンプル名称が表示できる。
【００４１】
センサ情報の表示領域１２には、必要に応じて計測するチャンネルを選択することが可能なチェックボックスも有している。本実施例では６チャンネルまでの構成例を示しているが、チャンネル数は６チャンネルに限るものではない。
【００４２】
測定間隔の入力領域１３では測定する時間間隔、または、測定回数を測定者が任意に入力することができる。
【００４３】
アラームリミットの入力領域１４では警報を発するための上限及び下限値をチャンネルごとに個別に設定し、警報を発することができる。
【００４４】
上記の設定を行った後、測定開始ボタン１５を押すと、初期の周波数値を取得して初期周波数表示領域１６に周波数値を、センサ情報の表示領域１２に図５のステップ４で特定した金属薄膜の材料名を自動的に表示し、そのデータを登録したファイル名で保存する。また、温湿度表示領域１７には、測定時の温度および湿度を表示することもできる。
【００４５】
動作状況の表示領域１８には、測定中、待機中等の動作状況を表示することにより、測定者は容易に計測状況を把握することができる。腐食量センサの周波数データを取得するとグラフ表示領域１９にグラフとして表示する。このグラフは上には、計測した周波数変化Δｆに変えて、演算処理により腐食量変化に換算した質量変化Δｗを切り替えて表示することもできる。また、測定データの表示領域２０には周波数変化Δｆと質量変化Δｗを数値で表示する。さらに、図中には示していないが、演算処理の結果得られた腐食性ガス種類および／またはその平均濃度を換算した値を画面に表示することもできる。
【００４６】
上記実施例に示すように、金属材料の種類を自動的に表示し、その金属材料の腐食量や大気中の腐食性ガス等の大気腐食に関する情報を簡便に監視できる監視装置を得ることができる。
【００４７】
次に、本発明に係る化学物質検出装置の実施形態を説明する。検出センサとして直径０．５インチの１０ＨＭｚ用の水晶振動子基板を用い、基板上の直径０．４インチの領域に予め金を蒸着し、その上に抗体を形成したものを検出センサとして用いた。抗体の種類を特定するために厚さが異なる水晶振動子基板を準備し、この水晶振動子上に付着量が同一になるように金を蒸着、この金薄膜上にダイオキシン類の中で毒性の強い、２，３，７，８−ＴＣＤＤ、１，２，３，７，８−ＰｅＣＤＤ、１，２，３，４，７，８−ＨｘＣＤＤと、ダイオキシン類と同様に毒性があるＣｏ−ＰＣＢ類のうち、３，３′−４，４′，５−ＰｅＣＢ、３，
３′，４，４′，５，５′−ＨｘＣＢのそれぞれにのみ反応するモノクローナル抗体を付着質量が同じとなるように形成した。この化学物質検出センサが検出するダイオキシン類の種類とその基準周波数，水晶振動子基板の厚さとの関係を纏めた結果を表２に示す。この対応データを予め入力しておき、計測初期に各センサの周波数を計測することにより、各センサが検出するダイオキシン類を自動的に特定できる化学物質検出装置が提供できる。さらに、ここで用いる抗体をビスフェノールＡ抗体やＤＤＴ抗体を用いた場合は、これら有害化学物質の検出装置として使用することができる。
【００４８】
【表２】
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【００４９】
次に、本発明に係る弾性表面波デバイスを用いた化学物質検出装置の実施形態を説明する。図７はニオブ酸リチウムを弾性表面波デバイスとして用いた検出部の構成図である。圧電基板２１の両側にはくし歯上の入力用電極２２と出力用電極２３が形成されている。入力用電極２２と出力用電極２３との間の領域には測定対象となる化学物質に特定的に結合する固相化抗原２４が付着されている。さらに入力用電極２２は増幅器２５の出力側に接続され、出力用電極２３は増幅器２５の入力側に接続されている。表面弾性波デバイスの入力用電極２２と出力用電極２３に発振器から電気信号を印加すると、圧電効果により入力用電極２２と出力用電極２３間に互いに逆位相のひずみが生じ表面波が励起され、その周波数は図８に示すくし歯電極の電極幅（λ／４）により制御できる。
【００５０】
図９に示すように、本実施形態における有害化学物質監視装置は、測定対象となる化学物質の濃度を間接的に測定する装置として、サンプリングポンプ２６，サンプラ２７，抗体リザーバ２８，洗浄液サーバ２９，導入ポンプ３０，３１，３２、バルブ３３，３４，３５，３６，３７、反応セル３８を備えており、反応セルには流体導入口３９と流体排出口４０とが接続されているとともに、圧電素子として弾性表面波デバイス４１が収納されている。
【００５１】
サンプリングポンプ２６には、測定対象となる化学物質とガスを含む検体が導入され、この検体がサンプリングポンプ２６の駆動によってサンプラ２７に導入され、サンプラ２７によってサンプリングされた検体が導入ポンプ３０，バルブ３３，３６を介して流体導入口３９から反応セル３８内に導入されるようになっている。また検体と反応させるための抗体は抗体リザーバ２８に収納されており、抗体リザーバ２８に収納された抗体は導入ポンプ３１，バルブ３４，３６を介して流体導入口３９から反応セル３８内に導入されることになっている。ここで、抗体リザーバ中には複数種類の抗体を混合した抗体混合溶液が収納されているが、複数の抗体リザーバの各々に単独の抗体溶液を収納しておき、各々を導入ポンプで個別に反応セル中に導入してもよい。さらに、洗浄液サーバ２９内には反応セル３８内を洗浄するための洗浄液が収納されており、洗浄液サーバ２９内の洗浄液は導入ポンプ３２，バルブ３５，３６を介して流体導入口３９から反応セル３８内に導入されるようになっている。そして検体と抗体が反応セル３８内に導入されるときにはバルブ３７が閉じた状態にあり、洗浄液が反応セル３８内に導入されるときにはバルブ３７が開かれ、反応セル内を洗浄した洗浄液がバルブ３７から反応セル３８外に排出されるようになっている。すなわち、サンプリングポンプ２６，サンプラ２７，抗体リザーバ２８，導入ポンプ３０，３１、バルブ３３，３４，３６は検体およびこの検体中の化学物質に特定的に結合する抗体を導入する導入手段として構成されており、洗浄液サーバ２９，導入ポンプ３２，バルブ３５，３６，３７は反応セル２８中に残留した検体および抗体を反応セル３８の流体排出口４０から排出する排出手段として構成されている。
【００５２】
一方、弾性表面波デバイス４１の圧電基板には固相化抗原（測定対象となる化学物質または化学物質の誘電体であるハプテン）４２が形成されており、この固相化抗原４２は反応セル３８による流体流路中に複数種類収納されている。そして弾性表面波デバイス４１の出力は発振器に接続されている。
【００５３】
上記構成による有害化学物質監視装置を用いて測定対象となる化学物質を監視するに際しては、まず、バルブ３３〜３７はすべて閉じた状態で、サンプリングポンプ２６を駆動して検体をサンプラ２７に一定時間導入する。このとき反応前の発振周波数として弾性表面波デバイス４１の発振周波数Ｆｂを測定する。この後、バルブ３３，３４，３６を開き、導入ポンプ３０，３１の駆動によって反応セル３８内に検体および抗体を導入して固相化抗原４２上で反応させる。反応セル３８内に導入された検体および抗体が固相化抗原４２と反応した後、一定時間経過したときには、バルブ３３，３４を閉じ、代わりにバルブ３７を開き、反応セル３８内の溶液を流体排出口４０，バルブ３７から排出する。この後、バルブ３５を開くとともに導入ポンプ３２を駆動し、洗浄液サーバ２９からの洗浄液を反応セル３８内に導入して反応セル３８内を洗浄し、反応セル３８内から洗浄液を排出し、反応後の弾性表面波デバイス４１の発振周波数Ｆａを測定し、周波数の時間的な変化として、Ｆａ−Ｆｂを測定する。この測定結果から反応セル３８中でハプテンと反応した抗体の質量の変化を求め、この質量の変化を基に反応セル９６中における検体中の化学物質の濃度を、予め求めておいた検量線と比較して算出する。この一連のシーケンスを一定時間間隔で繰り返すことにより検体中の化学物質の濃度を連続して測定することができる。
【００５４】
ここで、複数個の弾性表面波デバイス４１を用い、各弾性表面波デバイス４１に相異なる固相化抗原４２を形成することで、複数種の化学物質を検出することが可能になる。このとき、検出センサとしてニオブ酸リチウム基板を用い、基板上に表面波励起用にＡｕのくし歯上電極と固相化抗原を形成したものを検出センサとして用いた。固相化抗原の種類を特定するために、くし歯上電極の電極幅を４〜１０μｍに変化させた弾性表面波基板を準備し、この基板上に付着量が同一になるように金を蒸着、この金薄膜上にダイオキシン類の中で毒性の強い、２，３，７，８−ＴＣＤＤ、１，２，３，７，８−ＰｅＣＤＤ、ビスフェノールＡ，ＤＤＴの固相化抗原（ハプテン）を付着質量が同じとなるように形成した。この化学物質検出センサが検出する化学物質の種類とその基準周波数、くし歯上電極の電極幅との関係を纏めた結果を表３に示す。この対応データを予め入力しておき、計測初期に各センサの周波数を計測することにより、各センサが検出する化学物質を自動的に特定できる化学物質検出装置が提供できる。
【００５５】
【表３】
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【００５６】
本実施例により、複数の弾性表面波デバイス４１を用いて、各センサが検出する化学物質の種類を自動的に特定し、かつ、反応セル３８中に存在する複数種の有害化学物質の種類と濃度を同時に監視することができる。なお、複数の弾性表面波デバイス４１を用いる場合、各弾性表面波デバイス４１を複数の反応セル３８にそれぞれ収納するか構成を採用することもできる。また弾性表面波デバイス４１の代わりに水晶振動子を用いることも可能である。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の圧電素子を用いて測定環境中の化学物質の種類とその濃度を同時に検出する化学物質検出装置において、検出素子の種類を自動的に特定する機能を有する化学物質検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である腐食環境監視装置センサホルダー部の模式構成図である。
【図２】図１で使用した検出センサの模式構成図である。
【図３】本発明の一実施例である腐食環境監視装置の外観図である。
【図４】図３の内部機能構成を示す模式図である。
【図５】腐食環境監視装置におけるデータ解析方法を示すフロー図である。
【図６】腐食環境監視装置に内蔵されるデータ収集ソフトの画面の一実施例である。
【図７】圧電素子として弾性表面波デバイスを用いたときのセンサの構成図である。
【図８】図７の弾性表面波デバイスに形成した入出力用くし歯上電極のパターンを示した図である。
【図９】間接測定法を採用した化学物質検出装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
１…検出センサ、２…コネクタ台、３…カバー、４…水晶基板、５…金属薄膜、６…リード線、７…センサホルダー部、８…計測装置、９…ノート型パーソナルコンピュータ、１０…メニューバー、１１…サンプル名称表示欄、１２…センサ情報の表示領域、１３…測定間隔の入力領域、１４…アラームリミットの入力領域、１５…測定開始ボタン、１６…初期周波数表示領域、１７…温湿度表示領域、１８…動作状況の表示領域、１９…グラフ表示領域、２０…測定データの表示領域、２１…圧電基板、２２…入力用電極、２３…出力用電極、２４，４２…固相化抗原、２５…増幅器、２６…サンプリングポンプ、２７…サンプラ、２８…抗体リザーバ、２９…洗浄液サーバ、３０，３１，３２…導入ポンプ、３３，３４，３５，３６，３７…バルブ、３８…反応セル、３９…流体導入口、４０…流体排出口、４１…弾性表面波デバイス。
【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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