(57)【要約】【課題】化学センサのセンサ面に対して測定対象であるサンプルを常に同じ状態で接触させることができ、測定ごとに測定値の変動が生じるのを防ぐことができる化学センサ用ステージを提供する。【解決手段】測定対象であるサンプルＳが保持されるサンプル台１１と、前記サンプル台１１を基礎１３から支持する支持構造１２とを備え、前記支持構造１２が、化学センサ２のセンサ面２２が前記サンプルＳに押しつけられた際の押圧力により変形して、当該サンプルＳの測定対象面Ｓ１を前記センサ面２２に沿わせるように前記サンプル台１１が姿勢変化するようにした。【選択図】図1
2013245999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルが保持されるサンプル台と、
前記サンプル台を基礎から支持する支持構造とを備え、
前記支持構造が、化学センサのセンサ面が前記サンプルに押しつけられた際の押圧力により変形して、当該サンプルの測定対象面を前記センサ面に沿わせるように前記サンプル台が姿勢変化することを特徴とする化学センサ用ステージ。
【請求項２】
前記支持構造が、前記センサ面が前記サンプルに押し付けられていない初期状態の姿勢に戻ろうとする復元力を前記サンプル台に作用させるように構成された請求項１記載の化学センサ用ステージ。
【請求項３】
前記支持構造が、前記押圧力によって位置が変化するように構成されており、前記センサ面が前記サンプルに押し付けられていない初期状態の位置に戻ろうとする復元力を前記サンプル台に作用させるように構成された請求項１又は２記載の化学センサ用ステージ。
【請求項４】
前記支持構造が、弾性体のみで構成されている請求項１乃至３いずれかに記載の化学センサ用ステージ。
【請求項５】
前記支持構造が、前記基礎から前記サンプル台の中央部を支持する１つのコイルスプリングである請求項１乃至４いずれかに記載の化学センサ用ステージ。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれかに記載の化学センサ用ステージと、
センサ面を有する化学センサと、
前記化学センサのセンサ面を前記サンプル台に載置されているサンプルの測定対象面に接触させる接触位置及び前記化学センサをサンプルの測定対象面から離間させる離間位置の間において前記化学センサを移動可能に保持するセンサスタンドと、を備えた化学測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学センサによる各種測定の際に用いられるものであって、測定対象であるサンプルが保持される化学センサ用ステージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば化学センサの一種であるｐＨセンサ等は、液体に浸してｐＨを測定するだけでなく、布等の固形物に残留している物質によるｐＨを測定するためにも用いられている。このような固形物のサンプルについて測定する場合、概略円筒状のセンサ筐体の端面にセンサチップを露出させてセンサ面が形成されたＩＳＦＥＴ電極等が用いられる。
【０００３】
より具体的には、ＩＳＦＥＴ電極のセンサ面を固形物のサンプルの測定対象面に対して一定の圧力で押しつける、もしくは、電極スタンドに取り付けられたＩＳＦＥＴ電極を上方から下方へと移動させることで、前記センサ面をサンプルの測定対象面に接触させて測定が行われる。
【０００４】
ところで、前記ＩＳＦＥＴ電極が取り付けられている電極スタンドは組み立て誤差等が存在する可能性があるため、同じように操作したとしても常に同じ姿勢及び位置でセンサ面が配置されるとは限らない。このためサンプルの測定対象面に対してセンサ面を接触させた場合、測定ごとにその接触状態は変化してしまう可能性がある。
【０００５】
そして、センサ面及びサンプルの測定対象面の接触状態が変化してしまうと、同じサンプルを測定していたとしても各測定の測定値に変動が生じてしまう。また、複数のサンプルについて測定を行う場合、各測定時におけるセンサ面とサンプルとの接触状態が常に一定の状態になっていないと、各測定結果を比較する事が難しくなってしまう等の問題がある。
【０００６】
このような問題は例えば、非特許文献１に示されるようなセンサ面がセンサ筐体の軸方向に対して斜めに傾けて形成されている化学センサを固形物のサンプルに接触させて測定する場合に特に顕著になる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】W.Oelssner et el. , Sensors and Actuators B CHEM (2004), Encapsulationof ISFET sensor chips
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上述したような問題を鑑みてなされたものであり、化学センサのセンサ面に対してサンプルの測定対象面を常に同じ状態で接触させることができ、測定ごとに測定値の変動が生じるのを防ぐことができる化学センサ用ステージ及び化学測定装置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】
【０００９】
すなわち、本発明の化学センサ用ステージは、サンプルが保持されるサンプル台と、前記サンプル台を基礎から支持する支持構造とを備え、前記支持構造が、化学センサのセンサ面が前記サンプルに対して押しつけられた際の押圧力により変形して、当該サンプルの測定対象面を前記センサ面に沿わせるように前記サンプル台が姿勢変化することを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、化学センサのセンサ面が当該サンプル台に保持されているサンプルに対して押しつけられた際の押圧力により前記支持構造が変形して、センサ面に対してサンプルの測定対象面が沿うように前記サンプル台が姿勢変化するので、例えば、化学センサを測定位置に移動させた際のセンサ面の姿勢が測定ごとに同一にならなかったとしてもセンサ面の姿勢誤差に合わせてセンサ面及びサンプルの測定対象面の間における接触状態を一定に保つことができる。
【００１１】
つまり、本発明の化学センサ用ステージによればセンサ面の姿勢に合わせて前記サンプル台の姿勢が変化できるように構成されているので、例えば化学センサのセンサ面の姿勢が常に一定に保たれるように設置しなくても、センサ面とサンプルの測定対象面との接触状態は常に一定の状態に保つことができる。
【００１２】
そして、センサ面及びサンプルの測定対象面との接触状態が一定の状態に保たれるので、各測定における測定値の変動が生じるのを防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明の化学センサ用ステージは、従来のようなセンサ面と測定対象面の接触状態を常に一定の状態に保つためにセンサ面の姿勢や位置の精度を高めていこうとするような発想とは全く異なり、逆にセンサ面の姿勢や位置の精度はそれほど要求せずに、サンプルの測定対象面をセンサ面に対して沿わせるようにしようという新規な発想に基づいたものである。このような発想の転換があって初めて、通常想起されるようなサンプル台が固定され全く動かないものではなく、自由に姿勢変化できるように構成した新規な化学センサ用ステージを本願発明者らは想到することができたのである。
【００１４】
センサ面に対してサンプルが十分に押し付けられることにより、センサ面及びサンプルの測定対象面の接触状態を一定の状態により保ちやすくして、測定値の変動をほとんど発生させないようにするには、前記支持構造が、前記センサ面が前記サンプルに押し付けられていない初期状態の姿勢に戻ろうとする復元力を前記サンプル台に作用させるように構成されたものであればよい。
【００１５】
測定ごとのセンサ面及びサンプルの測定対象面の接触状態をより一定に保つことができ、しかも、測定時におけるセンサ面の位置が設計上の値よりも前記サンプル台側へと近づきすぎる誤差が生じた場合でも、センサ面に不必要に大きな力がかかりセンサ面が破損してしまう等の不具合が発生するのを防ぐには、前記支持構造が、前記押圧力によって位置が変化するように構成されており、前記センサ面が前記サンプルに押し付けられていない初期状態の位置に戻ろうとする復元力を前記サンプル台に作用させるように構成されたものであればよい。
【００１６】
化学センサのセンサ面に対してサンプルの測定対象面が常に同じ接触状態で接触するとともに、押しつけられたセンサ面に過大な力がかかって破損する等の不具合が生じるのを防ぐための具体的な構成例としては、前記支持構造が、弾性体のみで構成されているものが挙げられる。
【００１７】
化学センサのセンサ面が前記サンプル台に保持されているサンプルの測定対象面に押し付けられた際に、好適にセンサ面に対して追従してサンプル台が姿勢変化し、センサ面に対して均一に力がかかって測定に望ましい接触状態となる具体例としては、前記支持構造が、前記基礎から前記サンプル台の中央部を支持する１つのコイルスプリングであればよい。このようなものであれば、センサ面がサンプルに対して押しつけられるとサンプル台に対して１点において前記コイルスプリングからの復元力が作用するので、センサ面の全面に亘って均一に力がかかり、センサ面に対してサンプルの測定対象面を均一な状態で沿わせることができる。
【００１８】
センサ面と測定対象面の接触状態をより一定に保ちやすくし、例えばサンプルを交換しながらの繰り返し測定等も容易に行えるようにするための具体的な構成例としては、化学センサ用ステージと、センサ面を有する化学センサと、前記化学センサのセンサ面を前記サンプル台に載置されているサンプルの測定対象面に接触させる接触位置及び前記化学センサをサンプルの測定対象面から離間させる離間位置の間において前記化学センサを移動可能に保持するセンサスタンドと、を備えた化学測定装置であればよい。
【発明の効果】
【００１９】
このように本発明の化学センサ用ステージによれば、化学センサのセンサ面が前記サンプル台に保持されているサンプルの測定対象面に対して押しつけられると、その押圧力により前記サンプル台が姿勢変化して、センサ面がサンプルの測定対象面に沿うように構成されているので、サンプルとの接触状態を測定の度に同じ一定の状態に保つことができる。従って、常に同じ接触状態で測定できるので、接触状態の違いによる測定値の変動を好適に低減することができ、各測定値の信頼性をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る化学センサ用ステージを用いた化学測定装置の全体構成を示す模式的斜視図。
【図２】同実施形態における化学センサ用ステージの模式的拡大斜視図。
【図３】同実施形態における初期状態での化学センサ用ステージを示す模式的側面図。
【図４】同実施形態における測定状態での化学センサ用ステージを示す模式的側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態について各図を参照しながら説明する。
【００２２】
本実施形態の化学センサ用ステージ１は、例えば、測定対象であるサンプルＳとして布を保持するものであり、布に残留している化学物質の有無や残留している化学物質によるｐＨの評価のために用いられる。より具体的には、前記化学センサ用ステージ１は、固形状のサンプルＳの測定対象面Ｓ１について化学センサのセンサ面に対して測定に好ましい状態で接触させるために用いられる。
【００２３】
このサンプルＳのｐＨ測定のための化学測定装置１００の装置構成について説明すると、図１に示すように前記サンプルＳの測定対象面Ｓ１に対してセンサ面２２を接触させて、そのｐＨを測定するためのｐＨ電極２と、前記ｐＨ電極２をサンプルＳに接触させる接触位置及び前記ｐＨ電極２をサンプルＳから離間させる離間位置の間で移動可能に保持する電極スタンド３（センサスタンド）と、サンプルＳがサンプル台１１の上に載置される前記化学センサ用ステージ１と、から構成してある。
【００２４】
各部について詳述する。
【００２５】
前記ｐＨ電極２は、化学センサの一種であり、図１に示すように概略円筒形状のセンサ筐体２１と、前記センサ筐体２１の先端にセンサ面２２が形成されたＩＳＦＥＴ電極である。このセンサ筐体２１の基端から延びるコードと図示しない本体とが接続され、センサ面２２に接触したサンプルＳのｐＨが表示される。前記センサ面２２は、センサ筐体２１の軸方向に対して傾けて形成されており、その中央部にセンサチップが露出するように構成してある。このようにセンサ面２２がセンサ筐体２１の軸方向に対して傾けて形成しておくことにより、例えばセンサ面２２を鉛直下向きにした状態で液体のサンプルに浸した場合でも液体中の気泡がセンサ面２２の傾斜に沿って移動していくので、中央部のセンサチップに気泡が貯まるのを防ぐことができる。従って、センサチップとサンプルとの間に気泡が存在することにより接触状態が変化して測定値に影響がでたり、測定そのものができなくなったりすることを防ぐことができる。
【００２６】
前記電極スタンド３は、前記ｐＨ電極２を所定高さに支持するためのものであり、基台３１と、基台３１に一端が固定されて軸方向が上下方向（本実施形態では鉛直方向）に沿って設けられた支柱３２と、支柱３２に対して上下方向にスライド可能に設けられた、ｐＨ電極２が取り付けられるセンサ取付体３３とを備えている。前記センサ取付体３３は、支柱３２から横方向（本実施形態では水平方向）に延び、支柱３２に対して姿勢を維持しながら上下方向にスライド移動するものである。
【００２７】
前記化学センサ用ステージ１は、前記センサ取付体３３に取り付けられたｐＨ電極２の下方に配置してあるものであり、前記ｐＨ電極２のセンサ面２２をサンプルＳに対して接触させた場合にサンプルＳ及びサンプルＳの保持されているサンプル台１１の姿勢及び位置が変化するように構成してある。
【００２８】
より具体的には、前記化学センサ用ステージ１は、サンプルＳが保持される前記サンプル台１１と、基礎１３から前記サンプル台１１を支持する支持構造１２とから構成してある。
【００２９】
前記サンプル台１１は概略円板状のものであり、その上面にサンプルＳが載置されるものである。本実施形態では、当該サンプル台１１の上面にプレートガラスＧが載置され、そのプレートガラスＧの中央部に水分を含ませた状態のサンプルＳである布が載置してある。すなわち、本実施形態におけるサンプルＳの測定対象面Ｓ１は、プレートガラスＧにおいて上方へと露出している側の面となる。
【００３０】
前記支持構造１２は、前記ｐＨ電極２のセンサ面２２が前記サンプルＳに押し付けられた際の押圧力により変形するように構成されている。そして、この支持構造１２の変形によって、サンプルＳの測定対象面Ｓ１がセンサ面２２に沿うようにサンプル台１１は姿勢変化するようにしてある。なお、支持構造１２が変形するとは、伸縮、曲げ等の発生している状態だけでなく、形状が変化した状態を含む概念である。
【００３１】
前記支持構造１２についてより具体的に説明すると、当該支持構造１２は基礎１３から前記サンプル台１１の下面中央部を一点支持する一本のコイルスプリングＣのみで構成してあり、前記ｐＨ電極２のセンサ面２２がサンプルＳに押し付けられていない初期状態において前記サンプル台１１を所定の位置で水平を保つように支持するものである。前記サンプル台１１と前記コイルスプリングＣには、案内等は設けられておらず、自由に位置移動及び姿勢変化が生じるようにしてある。そして、前記サンプル台１１は前記コイルスプリングＣにより支持されているので、前記ｐＨセンサのセンサ面２２がサンプルＳに対して押しつけられた測定状態において、センサ面２２がサンプルＳに押し付けられていない初期状態に戻ろうとする復元力が作用することになる。
【００３２】
このように構成された化学センサ用ステージ１について測定時における動作を説明する。なお、以下の説明に用いる図３及び４については分かりやすさのため電極スタンド３については省略してある。
【００３３】
図３に示すように、前記ｐＨ電極２が前記サンプル台１１から離間してサンプルＳに接触していない初期状態においては、前記サンプル台１１は水平を保った状態でサンプルＳを保持する。次にセンサ取付体３３を下ろすことにより、図４に示すように前記ｐＨ電極２のセンサ面２２をサンプルＳに対して押しつけた測定状態においては、押圧力により前記コイルスプリングＣは変形して、前記サンプル台１１はセンサ面２２に沿うように前記サンプル台１１は姿勢変化して傾斜した状態となる。この姿勢変化した状態においては、前記サンプル台１１を支持するコイルスプリングＣから復元力が作用し、初期状態のようにサンプル台１１は水平な状態に戻ろうとするので、サンプルＳがセンサ面２２に対して所定の圧力で押しつけられることになる。また、前記サンプル台１１は前記コイルスプリングＣにより弾性支持されているので、前記ｐＨ電極２をサンプルＳに押し付けた際に前記サンプル台１１は下方にも移動する。従って、センサ面２２に不必要に強い力がかかり、センサ面２２が破損することも防ぐことができる。
【００３４】
このように本実施形態の化学センサ用ステージ１は、センサ面２２がサンプルＳに対して押しつけられると前記サンプル台１１がセンサ面２２に沿って姿勢変化するとともに、前記コイルスプリングＣの復元力により所定の力でセンサ面２２の略全面に亘ってサンプルＳが押し付けられるので、測定状態におけるセンサ面２２の位置が測定ごとにずれていたとしても、センサ面２２とサンプルＳの測定対象面Ｓ１の接触状態は常に一定の状態にできる。
【００３５】
従って、従来であればサンプルＳが載置されるステージが姿勢変化を生じさせないように固定されていたために、センサ面２２とサンプルＳの測定対象面Ｓ１の接触状態が一定の状態に定まらず、測定値がふらついたり、同じサンプルＳを測定していても測定値に変動が生じたりしていたところを本実施形態の化学センサ用ステージ１を用いることにより測定値を常に安定したものにし、信頼性の高い測定値にすることができる。
【００３６】
さらに、前記コイルスプリングＣは前記サンプル台１１を一点において支持するものであるので、センサ面２２に追従してサンプル台１１が姿勢変化を起こしやすく、センサ面２２に対してサンプルＳを良好な状態で接触させやすい。
【００３７】
その他の実施形態について説明する。
【００３８】
前記実施形態では、化学センサの一例としてｐＨセンサを挙げたが、その他の化学センサであってセンサ面を有するものであれば、本発明の化学センサ用ステージを用いることにより、センサ面を固体のサンプルに対して常に一定の接触状態で接触させて、安定した測定値を得ることができる。化学センサのその他の具体例としては、イオン濃度センサ、溶存酸素濃度センサ、導電率センサ、酸化還元電位センサ等様々なものが挙げられる。さらに、前記実施形態のようにセンサ面がセンサ筐体の軸方向に対して傾いて形成された化学センサを用いた測定の場合だけでなく、センサ筐体の軸方向に対して垂直となるように形成されたセンサ面を有する化学センサを用いた測定の場合でも本発明の化学センサ用ステージによりセンサ面及びサンプルの接触状態を一定に保ち、測定値を安定させることができる。
【００３９】
前記サンプル台は、前記コイルスプリングＣからなる支持構造により支持されることによりその姿勢と位置が可変であり、さらに初期状態に戻ろうとする復元力が作用するように構成されていたが、前記支持構造は、例えば姿勢変化のみが生じ、復元力が作用しないものであってもよい。言い換えると、センサ面がサンプルに対して押しつけられた場合にその押圧力によりセンサ面に沿って前記サンプル台の姿勢が変化するだけのものであってもよい。より具体的には、前記支持構造がユニバーサルジョイントであって、前記サンプル台が当該ユニバーサルジョイントに接続されているものが挙げられる。
【００４０】
前記実施形態では前記支持構造は、１つのコイルスプリングＣであったが、複数のコイルスプリングＣにより前記サンプル台を支持してもよいし、例えば前記サンプル台が柔らかいスポンジ等で支持されるものであっても構わない。要するに、化学センサのセンサ面がサンプルに対して押しつけられた際にサンプル台の姿勢又は位置が変化するものであればよく、前記支持構造が弾性体のみで構成されているものであればよい。
【００４１】
前記サンプル台は、上面にサンプルが載置されるものであったが例えば、サンプルがサンプル台に対して固定されて保持されるものであってもよい。この場合、化学センサが上下方向に移動するもの場合だけでなく、水平方向等に移動してサンプルに接触する場合でも本発明の化学センサ用ステージを用いることができる。また、前記実施形態では布に残留している物質の測定のために本発明の化学センサ用ステージを用いていたが、その他の固体、固形状のものであり、センサ面と測定対象面Ｓ１の接触状態を一定に保ちにくいものをサンプルとして測定するのに用いても構わない。すなわち、布のように厚みの小さいものだけでなく、所定の厚みを有する固形物等をサンプルとしてもよい。ここで、測定対象面Ｓ１は前記実施形態で示したような略平面のものに限られず変形可能な曲面等であっても構わない。
【００４２】
その他本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形や実施形態の組み合わせを行っても構わない。
【符号の説明】
【００４３】
１００    ：化学測定装置
１        ：化学センサ用ステージ
１１      ：サンプル台
１２      ：弾性体
２        ：ｐＨ電極（化学センサ）
２２      ：センサ面
３        ：電極スタンド（センサスタンド）
Ｓ        ：サンプル
【図１】
2013245999.tif 000003
【図２】
2013245999.tif 000004
【図３】
2013245999.tif 000005
【図４】
2013245999.tif 000006