(57)【要約】【課題】大気中に存在する酸化性ガスの影響を抑制した状態で、より簡便に紫外線が検出できるようにする。【解決手段】色素としてインジゴカルミン，クエン酸，及びグリセリンを水に溶解した検知剤溶液１０１を作製し、作製した検知剤溶液１０１を容器１０２に収容する。知剤溶液１０１にろ紙よりなる担体シート１０３を浸漬し、担体シート１０３に検知剤溶液を含浸させる。次に、検知剤溶液１０１に３０秒ほど浸漬した担体シート１０３を、検知剤溶液１０１より取り出し、取り出した担体シート１０３を風乾して乾燥させ、検知シート１０３ａを作製する。次に、検知シート１０３ａを樹脂製の袋１４１に収容し、袋１４１を封止することで、検知シート１０３ａが袋１４１に封入された検知素子１０４が形成された状態とする【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線と反応して可視領域の光吸収が変化する色素を含む検知剤を担持したシート状の検知シートと、
前記検知シートを覆い、紫外線を透過するプラスチックの膜と
を備えることを特徴とする紫外線の検知素子。
【請求項２】
請求項１記載の紫外線の検知素子において、
前記色素はインジゴ環を備え、前記検知剤は、前記色素と酸とグリセリンとを含むことを特徴とする紫外線の検知素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の紫外線の検知素子において、
前記プラスチックの膜は、ポリエチレンから構成された膜厚４０ｎｍの膜であることを特徴とする紫外線の検知素子。
【請求項４】
検知素子と、
この検知素子に対して所定の波長の光を放出する発光部と、
この発光部より放出されて前記検知素子を反射した反射光を受光し、この受光した光量に応じた電気信号を出力する光検出部と、
前記光検出部が出力した電気信号の状態を測る電気計器と
を少なくとも備え、
前記検知素子は、
紫外線と反応して可視領域の光吸収が変化する色素を含む検知剤を担持したシート状の検知シートと、
前記検知シートを覆い、紫外線を透過するプラスチックの膜と
から構成されたものであることを特徴とする紫外線の測定装置。
【請求項５】
請求項４記載の紫外線の測定装置において、
前記発光部は発光ダイオードから構成され、
前記光検出部はフォトトランジスタから構成され、
加えて、
前記発光ダイオードおよびフォトトランジスタに電源を供給する電池と、
前記発光ダイオードおよびフォトトランジスタに前記電池からの電源の供給をオンオフするスイッチと、
前記フォトトランジスタと前記電池との間に接続された電気計器としての電圧計と、
前記発光ダイオード，前記フォトトランジスタ，前記電池，前記スイッチ，および，前記電圧計の各々を結線するための端子を備える端子板と、
前記発光ダイオード，前記フォトトランジスタ，前記電池，前記スイッチ，前記電圧計，および，前記端子板を配置した基板と
を備えることを特徴とする紫外線の測定装置。
【請求項６】
紫外線と反応して可視領域の光吸収が変化する色素を担持したシート状の検知シートが、紫外線を透過するプラスチックの膜に覆われた検知素子を用意するステップと、
前記検知シートの反射光による第１の吸光度を求めるステップと、
前記検知素子を紫外線が照射された環境に所定時間曝すステップと、
紫外線に所定時間曝した前記検知素子の反射光による第２の吸光度を求めるステップと、
前記第１の吸光度と前記第２の吸光度の差により前記検知素子に照射された紫外線の照射量を算出するステップと
を備えることを特徴とする紫外線の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、紫外線を検出するために用いられる紫外線の検知素子、紫外線の測定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多量の紫外線に被爆すると重度の日焼けや皮膚がんを引き起こし、人体に悪影響を及ぼすことがよく知られている。また１９７０年代にオゾン層の減少が観測されて以来、全地球的にオゾン層は減少傾向にあり、地上に到達する紫外線量が増加しており、紫外線リスクの評価及び紫外線対策のために紫外線被爆量測定の必要性が高まっている。
【０００３】
従来より、ＵＶフィルターにより太陽光から紫外光を分光し、分光した紫外光を受光器で電気信号に変換し、さらに変換した電気信号をデジタル変換して表示・記録する
紫外放射計が知られている。しかしながら、上記の紫外放射計は、構造が複雑で高価といった問題があり、個人向けにはあまり普及していない。また、紫外線により変色する色素を担体に保持させた紫外線インジケータ（例えば口油技研工業株式会社製紫外線インジケータ「ＵＶラベル」など）が市販されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】春本大介  他、「紫外線インジケータ  ”ＵＶラベル”について」、日本防菌防ばい学会年次大会要旨集、Ｖｏｌ．２７ｔｈ，ｐ．３４、ライフサイエンス編、２０００年。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、色素を利用して紫外線被爆により変色する機能を実現した製品は、オゾンなどの酸化性ガスによっても変色が起こるため、大気中のオゾン濃度が高い地域では正確に紫外線被爆量を評価できないという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、大気中に存在する酸化性ガスの影響を抑制した状態で、より簡便に紫外線が検出できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る紫外線の検知素子は、紫外線と反応して可視領域の光吸収が変化する色素を含む検知剤を担持したシート状の検知シートと、検知シートを覆い、紫外線を透過するプラスチックの膜とを備える。従って、検知紙に担持される色素は、検知素子が配置される雰囲気の気体に曝されることが抑制される。
【０００８】
上記紫外線の検知素子において、色素は、インジゴやインジゴカルミンなどのインジゴ環を有するものであり、検知剤は、色素と、クエン酸などの酸と、グリセリンとを含むものであればよい。また、プラスチックの膜は、ポリエチレンから構成された膜厚４０μｍの膜であればよい。
【０００９】
また、本発明に係る紫外線の測定装置方法は、検知素子と、この検知素子に対して所定の波長の光を放出する発光部と、この発光部より放出されて検知素子を反射した反射光を受光し、この受光した光量に応じた電気信号を出力する光検出部と、光検出部が出力した電気信号の状態を測る電気計器とを少なくとも備え、検知素子は、紫外線と反応して可視領域の光吸収が変化する色素を含む検知剤を担持したシート状の検知シートと、検知シートを覆い、紫外線を透過するプラスチックの膜とから構成されたものである。
【００１０】
上記紫外線の測定装置において、発光部は発光ダイオードから構成され、光検出部はフォトトランジスタから構成され、加えて、発光ダイオード及びフォトトランジスタに電源を供給する電池と、発光ダイオード及びフォトトランジスタに電池からの電源の供給をオンオフするスイッチと、フォトトランジスタと電池との間に接続された電気計器としての電圧計と、発光ダイオード，フォトトランジスタ，電池，スイッチ，及び，電圧計の各々を結線するための端子を備えた端子板と、発光ダイオード，フォトトランジスタ，電池，スイッチ，電圧計，及び，端子板を配置した基板とを備えたものであればよい。
【００１１】
また、本発明に係る紫外線の測定方法は、紫外線と反応して可視領域の光吸収が変化する色素を担持したシート状の検知シートが、紫外線を透過するプラスチックの膜に覆われた検知素子を用意するステップと、検知シートの反射光による第１の吸光度を求めるステップと、検知素子を紫外線が照射された環境に所定時間曝すステップと、紫外線に所定時間曝した検知素子の反射光による第２の吸光度を求めるステップと、第１の吸光度と第２の吸光度の差により検知素子に照射された紫外線の照射量を算出するステップとを備えるものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、紫外線と反応して可視領域の光吸収が変化する色素を含む検知剤を担持した検知シートを、紫外線を透過するプラスチックの膜で覆うようにしたので、大気中に存在する酸化性ガスの影響を抑制した状態で、より簡便に紫外線が検出できるようになるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、以降に示す図面において、同一機能を有するものは同一符号を用い、繰り返しの説明は省略する。
【００１４】
はじめに、図１（ａ）〜図１（ｅ）を用い、本実施の形態に係る紫外線の検知素子の作製方法について説明する。先ず、図１（ａ）に示すように、色素としてインジゴカルミン，クエン酸，及びグリセリンを水に溶解した検知剤溶液１０１を作製し、作製した検知剤溶液１０１を容器１０２に収容する。例えば、インジゴカルミン０．０４５ｇ，クエン酸３．５ｇ，グリセリン１２．５ｇを純水に溶解し、全量で５０ｍｌとなるようし、これを検知剤溶液１０１とすればよい。
【００１５】
次に、図１（ｂ）に示すように、検知剤溶液１０１にろ紙よりなる担体シート１０３を浸漬し、担体シート１０３に検知剤溶液を含浸させる。例えば、担体シート１０３は、アドバンテック東洋社製のろ紙Ｎｏ．２であればよい。また、担体シート１０３は、検知剤溶液１０１に３０秒間程度浸漬すればよい。次に、検知剤溶液１０１に３０秒ほど浸漬した担体シート１０３を、検知剤溶液１０１より取り出し、取り出した担体シート１０３を風乾する。次に、図１（ｃ）に示すように、取り出した担体シート１０３を、窒素ガス気流中に２４時間以上放置して乾燥させ、検知シート１０３ａを作製する。検知シート１０３ａは、検知剤溶液１０１に溶解していた前述の各成分が、担体シート１０３に担持（保持）されて構成されたものである。なお、担体シート１０３は、ろ紙に限らず、布などの繊維が絡み合った構造を備えて検知剤を担持することが可能なものであればよい。
【００１６】
次に、図１（ｄ）に示すように、検知シート１０３ａを、例えば、紫外線が透過する樹脂製の袋１４１に収容し、袋１４１を封止することで、図１（ｅ）に示すように、検知シート１０３ａが袋１４１に封入された検知素子１０４が形成された状態とする。検知素子１０４は、検知シート１０３ａがプラスチック膜としての袋１４１に覆われた状態とされたもものである。例えば、減圧された環境下で、袋１４１に検知シート１０３ａを封入することで、袋１４１内に空気などの気体が混入することが抑制された状態とする。
【００１７】
また、袋１４１は、ＵＶＡ領域（波長４００〜３２０ｎｍ）及びＵＶＢ領域（波長３２０〜２８０ｎｍ）の紫外線が透過するシート状もしくはフィルム状の樹脂材料から構成されていればよい。例えば、厚さ４０μｍのポリエチレンフィルムより構成されたもの（株式会社生産日本社製「ユニパック  Ａ−４」）を用いればよい。厚さ４０μｍのポリエチレンフィルムより構成された袋１４１であれば、オゾンなどの酸化性ガスの透過が抑制された状態で、紫外線が透過する状態とすることができる。
【００１８】
次に、検知素子１０４を用いた紫外線の検出方法について、図１（ｆ）及び図１（ｆ’）を用いて説明する。検知素子１０４を用いた紫外線の測定では、先ず、図１（ｅ）に示すように、所定の光源より光源光（入射光強度Ｉ0）を照射し、検知シート１０３ａを反射した反射光の強度（反射光強度Ｉ）を測定する。この光学測定を、検知素子１０４の作製直後（紫外線に曝す前）と、検知素子１０４を紫外線に曝した後との２回行い、この２回の光学測定の結果を比較することで、紫外線の検出を行う。なお、紫外線への暴露は、検知シート１０３ａが袋１４１に封入された検知素子１０４で行い、上記２回の光学測定は、図１（ｅ’）に示すように、検知シート１０３ａ単体で行うようにしてもよい。なお、上述したような反射光による光学測定では、吸光度はｌｏｇ 10（Ｉ0／Ｉ）により示される。
【００１９】
以下、検知素子１０４を用いた紫外線の測定結果について説明する。先ず、検知素子１０４を、ＵＶＡ領域の紫外線に８０ワット時／ｍ2暴露し、また、ＵＶＢ領域の紫外線に１．０ワット時／ｍ2暴露し、暴露の前後に検知素子１０４の袋１４１から検知シート１０３ａを取り出し、前述したように反射光を測定（２回）した。この２回の測定（吸光度分析）結果を図２に示す。なお、図２において、点線は紫外線に暴露する前の吸光度の測定結果であり、実線は、紫外線に暴露した後の測定結果である。なお、本測定では、光学測定を検知シート１０３ａ単独で行うようにしたが、これに限るものではない。袋１４１は、光学測定で用いられる波長域（５００〜７００ｎｍ）の光を透過するため、前述したように、検知素子１０４の状態で、光学測定を行うようにしてもよい。
【００２０】
紫外線の検出結果について説明すると、図２に示すように、波長５００〜７００ｎｍの範囲、特に６２０ｎｍ付近において、実線と点線の間に大きな違いが見られる。検知素子１０４を紫外線に暴露した後の吸光度の測定（実線）では、波長６２０ｎｍ付近における吸収が減少している。この結果より、検知素子１０４を紫外線に暴露することにより、検知素子１０４（検知シート１０３ａ）に含まれている色素（インジゴカルミン）が分解され、新たな分解物が生成されていることになる。この生成物は、インジゴカルミンの分子骨格に含まれるＣ＝Ｃ結合が分解したものと推定できる。
【００２１】
このように、分光光度計（吸光光度計）で検知素子１０４の吸収スペクトルを測定することで、色素が分解されたことにより生成された分子の定量測定を行うことができる。また、色素が分解される度合いは、暴露された紫外線の量によるため、生成された分子の定量測定により、間接的に紫外線被爆量の測定を行うことができる。ここで、図２に示したように、吸光度の測定（光学測定）の結果では、波長６２０ｎｍ付近において、紫外線暴露の前後で吸光度の変化が０．１８程度と高く、屋外環境の紫外線の測定が、十分可能であることがわかる。
【００２２】
なお、上述では、紫外線と反応して可視領域の光吸収が変化する色素としてインジゴカルミンを用いる場合について説明したが、これに限るものではなく、インジゴなどのインジゴ環を備えた他の色素を用いるようにしてもよい。また、上述では、ポリエチレンから構成された袋を用いるようにしたが、これに限るものではなく、例えば、ポリスチレンやポリプロピレンなどの他のプラスチック材料の膜を用いるようにしてもよい。また、上述では、作製した検知剤溶液にろ紙を浸漬させ、ろ紙に検知剤溶液を含浸させるようにしたが、これに限らず、ろ紙に検知剤溶液を塗布することで、ろ紙に検知剤溶液を含浸させるようにしてもよい。
【００２３】
次に、検知素子１０４を用いた太陽光暴露実験について説明する。この実験では、検知素子１０４による測定とともに、ＵＶＡの光量を測定するＵＶ計とＵＶＢの光量を測定するＵＶ計とで、照射されている太陽光のＵＶＡの光量とＵＶＢの光量とを同時の測定する。よく知られているように、太陽光は、ＵＶＡ及びＵＶＢの両領域の紫外線を含んでいる。これら光量の測定結果と、この光量における暴露前後における検知素子１０４の吸光度の差とを図３に示す。図３に示すように、ＵＶ計により計測される光量が多くなると、検知素子１０４の所定の波長（６２０ｎｍ）における暴露前後の吸光度の差が増加している。このことにより、紫外線の被爆量が大きくなると、検知素子１０４の所定の波長（６２０ｎｍ）における光の反射率が増加（吸光度が減少）していくことが判る。
【００２４】
次に、図に示す袋１４１の光透過特性について説明する。厚さ４０μｍのポリエチレンフィルムよりなる袋１４１の透過光の吸収スペクトルを測定し、この測定結果より透過率を算出すると、図４に示すように、ＵＶＡ及びＵＶＢ領域の紫外線の約８割が透過している。紫外線透過率は、袋１４１を構成するフィルム（ポリエチレン）の厚さに依存するため、フィルムの厚さを変化させることにより、柔軟に感度の調整が可能になる。なお、フィルムの厚さを薄くするほど紫外線の透過率が向上して感度を向上させることが可能となるが、オゾンなどの酸化性ガスの進入を抑制しにくくなる。上記ポリエチレンフィルムを用いる場合、厚さ４０μｍ程度であれば、所望とする紫外線透過率を保持した状態で、酸化性ガスの進入を抑制できる。
【００２５】
また、袋１４１の袋のガス透過実験を行った。このガス透過実験では、先ず、オゾン発生器より１００ｐｐｂのオゾンガスをデシケーター内に供給し、これを２４時間継続させて検知素子１０４をオゾンガスに暴露する。このようなオゾンガスの暴露の前後で、検知素子１０４の吸光度を測定する。このガス透過実験において、オゾンガス暴露の前後で、検知素子１０４における吸光度の差は検出限界以下であった。このことから、ポリエチレン製の袋１４１は、十分なガス遮断機能を有していることが確認された。従って、ポリエチレン製の袋（フィルム）を用いることで、大気中の酸化性ガスの影響を除去すること可能である。
【００２６】
次に、上述した検知素子１０４を用いた紫外線の測定装置について説明する。図５は、検知素子１０４を用いた紫外線測定装置の構成例を示す構成図であり、例えば、所定の波長の光を発するＬＥＤからなる発光部５０１からの発光光を検知素子１０４に照射し、検知素子１０４からの反射光を受光部５０３で受光する。受光部５０３では、反射光を受光し、受光した光を光電変換して信号電流を出力する。また、変換増幅部５０４では、受光部５０３より出力された信号電流を増幅して電流−電圧変換する。また、Ａ／Ｄ変換部５０５では、変換像腹部５０４より出力された電圧信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換部５０５より出力されたデジタル信号が、出力検出部５０６より検出結果として出力される。
【００２７】
ここで、発光部５０１には、例えば、６２０ｎｍの発光波長を有する赤色ＬＥＤを用いればよい。また、受光部５０３は、例えば、フォトダイオードである。このフォトダイオードとしては、例えば、５００〜７００ｎｍの範囲の波長に感度のあるものを用いれば、検知素子１０４の吸収スペクトルの変化の大きい波長に対応したものとなる。図５に示す措置を用い、ＵＶＡ領域８０ワット時／ｍ2、ＵＶＢ領域１．０ワット時／ｍ2の紫外線に暴露して紫外線の測定を行った。この測定の結果、図５に示す装置（出力検出部５０６）より、図２に示した結果と同様に、紫外線暴露の前後で異なった出力が得られる。このように、紫外線被爆量の定量装置を簡単に構成できる。
【００２８】
次に、本発明の実施の形態に係る紫外線の測定装置について、より詳細に説明する。図６は、紫外線の測定装置の構成例を示す構成図であり、先ず、１２ｃｍ×６ｃｍ程度の基板６０１内に、波長６２０ｎｍの赤色の光を発するＬＥＤ６０２と、４００〜１１００ｎｍの波長域に光感度を持つフォトトランジスタ６０３と、検知素子１０４とを配置する。ＬＥＤ６０２の発光面とフォトトランジスタ６０３の受光面とが、検知素子１０４の方向に向くように配置し、ＬＥＤ６０２からの発光光が、検知素子１０４で反射した後、フォトトランジスタ６０３に受光されるように、各々の角度を調整する。
【００２９】
また、基板６０１の上には、端子板６０５、電池６０６、及びスイッチ６０７が設けられている。ＬＥＤ６０２及びフォトトランジスタ６０３には、端子板６０５を介し、直列に接続配置された２つの単３の電池６０６から電源が供給される構成となっている。また、電源の供給は、スイッチ６０７によりオンオフできるように構成されてる。このように、端子板６０５の端子を利用して回路が組み立てられている。例えば、端子番号Ｔ１にフォトトランジスタ６０３の配線が接続され、端子番号Ｔ２にスイッチ６０７の配線が接続され、端子番号Ｔ３にＬＥＤ６０２の配線が接続され、端子番号Ｔ４にスイッチ６０７と電池６０６の配線が接続され、端子番号５に電池６０６とＬＥＤ６０２とフォトトランジスタ６０３の配線が接続されている。また、フォトトランジスタ６０３からの出力電圧が、１桁（Ｖ）のオーダーとなるように、抵抗６０８が端子Ｔ２と端子Ｔ３との間に接続され、抵抗６０９が端子Ｔ１と端子Ｔ２との間に接続されている。
【００３０】
このように配線された状態で、端子板６０５の端子番号Ｔ１と端子番号Ｔ２との間に電圧計を接続して電圧を測定することで、図６に示す装置では、検知素子１０４が被爆した紫外線量の測定を行うようにしている。このように、図６に示す装置によれば、少ない面積中に紫外線の測定装置を構成できる。また、一般に市販されている電池を電源として使用できるので、より簡便に紫外線被爆量の定量ができる。
【００３１】
以上に説明したように、本発明に係る紫外線の検知素子は、紫外線と反応して分解する色素が担持されたろ紙などより構成された担体シートと、この担体シートを覆うプラスチック膜とから構成した。このように、本検知素子では、色素を担持した担体シートが、紫外線が透過するプラスチック膜に覆われているので、色素のところまで酸化性ガスが進入することが抑制され、色素が大気中の酸化性ガスの影響を受けることなく紫外線の検出ができる。また、紫外線検知素子は可視領域の吸収波長が変化するため、上記紫外線定量装置を使用せず、単独で用いても目視による観察で、おおまかな紫外線の被爆量を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施の形態に係る紫外線の検知素子及びこの検知素子の作製方法について説明する説明図である。
【図２】図１に示す検知素子による測定結果を示す特性図である。
【図３】太陽光が含んでいるＵＶＡ及びＵＶＢの両領域の光量の測定結果と、この光量における暴露前後における検知素子１０４の吸光度の差とを示す特性図である。
【図４】厚さ４０μｍのポリエチレンフィルムよりなる袋１４１の透過光の吸収スペクトルを測定した結果より算出した透過率を示す特性図である。
【図５】検知素子１０４を用いた紫外線測定装置の構成例を示す構成図である。
【図６】検知素子１０４を用いた紫外線測定装置の構成例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０１…検知剤溶液、１０２…容器、１０３…担体シート、１０３ａ…検知シート、１０４…検知素子、１４１…袋。
【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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