(57)【要約】【課題】本発明は高い検知精度を有する検知装置及び検知方法を提供することを目的とする。【解決手段】前記課題は、被検知物質と相互作用して特定の波長の光を吸収する検知物質、及び被検知物質と相互作用した検知物質が吸収する特定の波長の光を使用することによって、解決することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検知物質を検知するための装置であって、
コアと、コアの表面に配置され且つ被検知物質と相互作用して特定の波長の光を吸収する検知物質とを含む光導波路；
光導波路の一端に設けられ、被検知物質と相互作用した検知物質が吸収する特定の波長の光を光導波路に入射させる光源；及び
光導波路の他端に設けられ、光導波路から出射した前記特定の波長の光を選択的に検出する光検出器；
を含む、装置。
【請求項２】
被検知物質がアンモニアガスであり、検知物質がテトラフェニルポルフィリンテトラスルホン酸又はその水和物を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
検知物質が金ナノ粒子又は酸化亜鉛ナノ粒子を更に含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
光源が発光ダイオードであり、光検出器がフォトダイオードである、請求項１〜３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
被検知物質を検知するための方法であって、
被検知物質の非存在下で、コアと、コアの表面に配置され且つ被検知物質と相互作用して特定の波長の光を吸収する検知物質とを含む光導波路に、広範囲の波長の光を入射させ、光導波路から出射した前記広範囲の波長の光を分光器で測定し、波長スペクトルを得ること、
被検知物質の存在下で、前記光導波路に、広範囲の波長の光を入射させ、光導波路から出射した前記広範囲の波長の光を分光器で測定し、波長スペクトルを得ること、及び
被検知物質の非存在下で得られた波長スペクトルと被検知物質の存在下で得られた波長スペクトルとを比較し、光強度が異なる波長を決定し、決定された特定の波長の光を発する光源を選定すること、
を含む光源選定工程；並びに
光源選定工程で選定された光源から、特定の波長の光を前記光導波路に入射させ、光導波路から出射した前記特定の波長の光の光強度を、前記特定の波長の光を選択的に検出する光検出器で検出し、被検知物質を検知する検知工程；
を含む、方法。
【請求項６】
検知工程が、被検知物質の存在及び濃度を検知することを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
光源が発光ダイオードであり、光検出器がフォトダイオードである、請求項５又は６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検知物質を検知するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特定の物質を検知することは、様々な分野において必要とされている。例えば、自動車分野における車内空気清浄機、燃料電池用水素センサー等、チェッカー分野におけるアルコールチェッカー、口臭チェッカー等、警報器分野における有害ガス警報器等、医療分野における診断等のために、特定の物質を検知する必要がある。
【０００３】
医療分野では、特定の物質が特定の疾患と関連していることが知られている。例えば、アンモニアと肝性脳症、アセトンとインスリン欠乏症、水素と乳糖不耐症、メルカプタンと口臭等の関連が知られている。
【０００４】
そのため、特定の物質を検知するための様々な装置が報告されている。特許文献１は、金属薄膜上にポルフィリン金属錯体を含む化合物を担持した検出プローブを開示している。特許文献１の検出プローブは、表面プラズモン共鳴現象を利用して、低分子化学物質（例えば、一酸化炭素、青酸ガス、トリクロロエチレン等）を検出する。
【０００５】
特許文献２は、コアが露出した状態のセンサー域を有する光ファイバーを含む物質計測装置を開示している。特許文献２の物質計測装置は、測定対象物質が、光ファイバーを伝播してセンサー域から漏れ出たレーザー光（即ち、エバネッセント光）を吸収し、レーザー光を減衰させることを利用して、測定対象物質を測定する。
【０００６】
特許文献３は、水晶振動子上に光導波層及び吸着物質検知用薄膜を設けたセンサーを開示している。引用文献３のセンサーは、吸着物質検知用薄膜が被検知物質を吸着し、エバネッセント光の吸収率が変化することを利用して、被検知物質を検知する。
【０００７】
特許文献４は、被検知物質を導入及び排出する管体、管体内面に形成された光導波路、及び光導波路上に形成された検知材を含む光導波路型センサーを開示している。引用文献４の光導波路型センサーは、検知材が被検知物質と反応し、エバネッセント光を吸収し、光導波路を伝播するレーザー光を減衰させることを利用して、被検知物質を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−１９４１３１号公報
【特許文献２】特開２０１３−７２７３０号公報
【特許文献３】国際公開第２００６／０３８３６７号パンフレット
【特許文献４】特開２０１０−２０３８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の通り、物質を検知するためにエバネッセント光の吸収を利用する装置が報告されている。このような装置の光源から発せられる光は広範囲の波長を有するにも関わらず、エバネッセント光として吸収される光の波長の範囲は狭い。そのため、広範囲の波長の光を使用して測定を行うと、エバネッセント光の吸収により生じた光強度の変化が希釈化され、検知精度が低下するという問題が存在する。
そのため、本発明は高い検知精度を有する検知装置及び検知方法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】
【００１０】
上記目的に鑑み、本発明者等が鋭意検討した結果、特定の波長の光を使用することにより、エバネッセント光の吸収により生じる光強度の変化が希釈化されることを抑制でき、その結果として検知精度を向上できることを見出した。
【００１１】
そのため、本発明は以下の実施形態を含む。
［１］被検知物質を検知するための装置であって、
コアと、コアの表面に配置され且つ被検知物質と相互作用して特定の波長の光を吸収する検知物質とを含む光導波路；
光導波路の一端に設けられ、被検知物質と相互作用した検知物質が吸収する特定の波長の光を光導波路に入射させる光源；及び
光導波路の他端に設けられ、光導波路から出射した前記特定の波長の光を選択的に検出する光検出器；
を含む、装置。
［２］被検知物質がアンモニアガスであり、検知物質がテトラフェニルポルフィリンテトラスルホン酸又はその水和物を含む、［１］に記載の装置。
［３］検知物質が金ナノ粒子又は酸化亜鉛ナノ粒子を更に含む、［２］に記載の装置。
［４］光源が発光ダイオードであり、光検出器がフォトダイオードである、［１］〜［３］のいずれかに記載の装置。
【００１２】
［５］被検知物質を検知するための方法であって、
被検知物質の非存在下で、コアと、コアの表面に配置され且つ被検知物質と相互作用して特定の波長の光を吸収する検知物質とを含む光導波路に、広範囲の波長の光を入射させ、光導波路から出射した前記広範囲の波長の光を分光器で測定し、波長スペクトルを得ること、
被検知物質の存在下で、前記光導波路に、広範囲の波長の光を入射させ、光導波路から出射した前記広範囲の波長の光を分光器で測定し、波長スペクトルを得ること、及び
被検知物質の非存在下で得られた波長スペクトルと被検知物質の存在下で得られた波長スペクトルとを比較し、光強度が異なる波長を決定し、決定された特定の波長の光を発する光源を選定すること、
を含む光源選定工程；並びに
光源選定工程で選定された光源から、特定の波長の光を前記光導波路に入射させ、光導波路から出射した前記特定の波長の光の光強度を、前記特定の波長の光を選択的に検出する光検出器で検出し、被検知物質を検知する検知工程；
を含む、方法。
［６］検知工程が、被検知物質の存在及び濃度を検知することを含む、［５］に記載の方法。
［７］光源が発光ダイオードであり、光検出器がフォトダイオードである、［５］又は［６］に記載の方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高い精度で被検知物質を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１−１】図１−１は、アンモニアガスの非存在下、重水素＋ハロゲンランプを使用し、光導波路から出射した光を分光器で検出した結果を示す。
【図１−２】図１−２は、２ｐｐｍのアンモニアガスの存在下、重水素＋ハロゲンランプを使用し、光導波路から出射した光を分光器で検出した結果を示す。
【図１−３】図１−３は、５ｐｐｍのアンモニアガスの存在下、重水素＋ハロゲンランプを使用し、光導波路から出射した光を分光器で検出した結果を示す。
【図１−４】図１−４は、７ｐｐｍのアンモニアガスの存在下、重水素＋ハロゲンランプを使用し、光導波路から出射した光を分光器で検出した結果を示す。
【図１−５】図１−５は、１０ｐｐｍのアンモニアガスの存在下、重水素＋ハロゲンランプを使用し、光導波路から出射した光を分光器で検出した結果を示す。
【図２】図２は、緑色ＬＥＤを使用し、光導波路から出射した光を分光器で検出した結果を示す。
【図３】図３は、赤色ＬＥＤを使用し、光導波路から出射した光を分光器で検出した結果を示す。
【図４】図４は、実施例５の実験手順を示す。
【図５】図５は、紫色ＬＥＤを使用し、光導波路から出射した光を電圧に変換して検出した結果を示す。
【図６】図６は、緑色ＬＥＤを使用し、光導波路から出射した光を電圧に変換して検出した結果を示す。
【図７】図７は、赤色ＬＥＤを使用し、光導波路から出射した光を電圧に変換して検出した結果を示す。
【図８−１】図８−１は、ＴＰＰＳ水和物＋金ナノ粒子を使用した場合の吸光度を示す。
【図８−２】図８−２は、ＴＰＰＳ水和物単独を使用した場合の吸光度を示す。
【図８−３】図８−３は、金ナノ粒子単独を使用した場合の吸光度を示す。
【図９−１】図９−１は、ＴＰＰＳ水和物＋酸化亜鉛ナノ粒子を使用した場合の吸光度を示す。
【図９−２】図９−２は、ＴＰＰＳ水和物単独を使用した場合の吸光度を示す。
【図９−３】図９−３は、酸化亜鉛ナノ粒子単独を使用した場合の吸光度を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、被検知物質と相互作用して特定の波長の光を吸収する検知物質、及び被検知物質と相互作用した検知物質（以下「相互作用検知物質」ともいう）が吸収する特定の波長の光を使用する実施形態を含む。本実施形態では、相互作用検知物質が、光導波路から漏れ出たエバネッセント光を吸収することによって、光強度に変化を生じさせ、当該変化に基づいて被検知物質を検知することができる。光強度の変化の度合いに応じて、被検知物質の濃度を検知することもできる。本実施形態では、特定の波長の光を使用しているため、広範囲の波長の光を使用する場合と比較して、光強度の変化の希釈化を抑制することができる。その結果として、被検知物質を高い精度で検知することができる。
以下、本発明の検知装置及び検知方法について説明する。
【００１６】
＜検知装置＞
本発明の一実施形態は、光導波路、光源及び光検出器を含む、被検知物質の検知装置に関する。
【００１７】
本発明において対象とする被検知物質は特に限定されない。例えば、被検知物質として、ガス物質を挙げることができる。より具体的には、アンモニア、アセトン、水素、メタン、メルカプタン、エタノール、アルゴン、二酸化炭素、一酸化炭素、ホルムアルデヒド、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、硫化水素、オゾン等を挙げることができる。
【００１８】
検知装置の光導波路は、コアとコアの表面に配置された検知物質とを含む。検知物質はコアの表面の全体又は一部に配置することができる。
【００１９】
光導波路は、コアの表面に配置されたクラッドを更に含んでいてもよい。クラッドの屈折率をコアの屈折率よりも低くすることによって、全反射により光をコア内で伝播させることができる。光導波路がクラッドを含む場合、コアと検知物質との間にクラッドを配置しないことが好ましい。これにより、エバネッセント光を増やし、エバネッセント光の吸収により生じる光強度の変化を大きくすることができる。また、検知物質を覆うようにクラッドを配置しないことが好ましい。これにより、検知物質と被検知物質との相互作用の確保することができる。
【００２０】
光導波路は、コア及び／又はクラッドの表面に配置された保護被膜を更に含んでいてもよい。保護被膜を含むことにより、光導波路を損傷（例えば、物理的損傷、化学的損傷等）から保護することができる。光導波路が保護被膜を含む場合、コアと検知物質との間に保護被膜を配置しないことが好ましい。これにより、エバネッセント光を増やし、エバネッセント光の吸収により生じる光強度の変化を大きくすることができる。また、検知物質を覆うように保護被膜を配置しないことが好ましい。これにより、検知物質と被検知物質との相互作用の確保することができる。
【００２１】
光導波路は、様々な形状を有することができる。例えば、光導波路の形状として、平面形状、ファイバー形状等を挙げることができる。より具体的には、光導波路の形状として、スラブ形状、メサ形状、リッジ形状、埋め込み形状、半埋め込み形状等を挙げることができる。
【００２２】
光導波路に含まれるコアは、特別な成分で構成する必要は必ずしもなく、既知の光導波路のコアの成分と同様の成分で構成することができる。例えば、コアの成分として、石英、多成分ガラス、アクリル樹脂等を挙げることができる。
【００２３】
光導波路に含まれるクラッドは、特別な成分で構成する必要は必ずしもなく、既知の光導波路のクラッドの成分と同様の成分で構成することができる。例えば、クラッドの成分として、石英、多成分ガラス、シリコ−ン樹脂、フッ素含有ポリマー等を挙げることができる。
【００２４】
光導波路に含まれる保護被膜は、特別な成分で構成する必要は必ずしもなく、既知の光導波路の保護被膜の成分と同様の成分で構成することができる。例えば、保護被膜の成分として、ポリイミド、ナイロン、フッ素樹脂等を挙げることができる。
【００２５】
光導波路に含まれる検知物質は、被検知物質と相互作用して特定の波長の光を吸収する物質である。検知物質は被検知物質の種類に応じて異なる。例えば、被検知物質がアンモニアガスである場合、検知物質として、ポルフィリン化合物等を挙げることができる。この場合、より具体的には、検知物質として、テトラフェニルポルフィリンテトラスルホン酸（ＴＰＰＳ）：
【化１】
2017138135.tif 000002
又はその水和物等を挙げることができる。
【００２６】
検知物質は、コアの露出された表面部分（即ち、クラッド、保護被膜等が配置されていない表面部分）に配置されている。検知物質は、コアの表面に直接配置されていてもよいし、検知物質をコアの表面に固定する固定剤を介してコアの表面に間接的に配置されていてもよい。
【００２７】
固定剤は、検知物質の種類に応じて変化する。例えば、検知物質がポルフィリン化合物（例えば、テトラフェニルポルフィリンテトラスルホン酸又はその水和物）である場合、固定剤として、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）（ＰＤＤＡ）：
【化２】
2017138135.tif 000003
等を挙げることができる。
【００２８】
被検知物質がアンモニアガスである場合、検知物質はポルフィリン化合物（例えば、テトラフェニルポルフィリンテトラスルホン酸又はその水和物）に加えて、金属ナノ粒子を含むことが好ましい。例えば、金属ナノ粒子として、金ナノ粒子、酸化亜鉛ナノ粒子等を挙げることができる。金属ナノ粒子を併用することによって、相互作用検知物質による特定の波長の光の吸収率を向上させることができる。例えば、被検知物質がアンモニアガスであり、検知物質がテトラフェニルポルフィリンテトラスルホン酸又はその水和物、及び金ナノ粒子又は酸化亜鉛ナノ粒子等を含む場合、特に、相互作用検知物質による約４７０〜５１０ｎｍ及び約６８０〜７３０ｎｍの波長の光の吸収率を向上させることができる。これは、金属ナノ粒子からＴＰＰＳへ電子が移動し、ＴＰＰＳの構造が変化して、Ｊ会合を促進することにより、Ｊ会合体由来の吸収ピーク（４０９ｎｍ、７０６ｎｍ）近傍の吸収ピークが大幅に増加するものと推測される。
【００２９】
検知装置の光源は、光導波路の一端に設けられている。光源は、特定の波長の光を発して、当該光を光導波路に入射させるものである。光源から発せられる光は、相互作用検知物質が吸収する特定の波長を有する。例えば、アンモニアガスと相互作用したポルフィリン化合物（例えば、テトラフェニルポルフィリンテトラスルホン酸又はその水和物）は、４０７ｎｍ付近、５００ｎｍ付近、及び７０５ｎｍ付近の波長の光を吸収する。
【００３０】
光源から発せられる特定の波長の光は、例えば、紫色光、青色光、緑色光、黄色光、橙色光、赤色光から選択することができる。これらの光の波長範囲の境界を明確に規定することは困難であるが、おおよそ、紫色光は約３８０〜４４０ｎｍの範囲の波長を有し、青色光は約４４０〜４８０ｎｍの範囲の波長を有し、緑色光は約４８０〜５７０ｎｍの範囲の波長を有し、黄色光は約５７０〜５９０ｎｍの範囲の波長を有し、橙色光は約５９０〜６２０ｎｍの範囲の波長を有し、赤色光は約６２０〜７８０ｎｍの範囲の波長を有する。
【００３１】
光源は、特定の波長の光を発することができるものであれば特に限定されない。例えば、光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を挙げることができる。より具体的には、光源として、紫色発光ダイオード、青色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、黄色発光ダイオード、橙色発光ダイオード、赤色発光ダイオード等を挙げることができる。相互作用検知物質が複数の波長の光を吸収する場合には、対応する複数の発光ダイオードを使用してもよい。
【００３２】
検知装置の光検出器は、光導波路の他端に設けられている。光検出器は、光源から発せられ、光導波路から出射した特定の波長の光を選択的に検出するものである。光検出器は光の種類に応じて異なる。例えば、光検出器として、フォトダイオード（ＰＤ）等を挙げることができる。光源として複数の発光ダイオードを使用する場合には、対応する複数のフォトダイオードを使用してもよい。
【００３３】
光源として発光ダイオードを使用する場合、光検出器として分光器を使用する必要がなく、フォトダイオードで代用することができる。これにより、安価且つ高精度の検知装置を提供することができる。
【００３４】
検知装置は、特定の波長の光を発する光源を含むことによって、エバネッセント光の吸収により生じる光強度の変化が希釈化されることを抑制できる。その結果として、被検知物質を高い精度で検知することができる。また、被検知物質が多数の他の物質と混合されている状態であっても、検知装置は、特定の波長の光を発する光源を含むため、被検知物質を選択的に検知することができる。
【００３５】
＜検知方法＞
本発明の一実施形態は、光源選定工程及び検知工程を含む、被検知物質の検知方法に関する。前記＜検知装置＞の項目において既に説明した事項については、本実施形態の説明において適宜省略する。
【００３６】
光源選定工程は、第１工程〜第３工程を含む。第１工程は、被検知物質の非存在下で、光導波路に広範囲の波長の光を入射させ、光導波路から出射した前記広範囲の波長の光を分光器で測定し、波長スペクトルを得ることを含む。第２工程は、被検知物質の存在下で、光導波路に広範囲の波長の光を入射させ、光導波路から出射した前記広範囲の波長の光を分光器で測定し、波長スペクトルを得ることを含む。第２工程は、被検知物質の濃度を変えて複数回行ってもよい。第１工程及び第２工程は、いずれの工程を先に行ってもよい。
【００３７】
第１工程及び第２工程で使用する広範囲の波長の光は、相互作用検知物質が吸収する特定の波長の光を含むことが予想されるものであればよい。例えば、広範囲の波長の光として、可視領域（約３８０〜７８０ｎｍ）の光を挙げることができる。また、例えば、広範囲の波長の光として、紫色光、青色光、緑色光、黄色光、橙色光及び赤色光からなる群から選択される少なくとも２つの光の組み合わせを挙げることができる。なお、選択した光が、相互作用検知物質が吸収する特定の波長の光を含まない場合には、別の光を再度選択すればよい。
【００３８】
第１工程及び第２工程で使用する光導波路については、前記＜検知装置＞の項目において既に説明した通りである。
第１工程及び第２工程で使用する分光器は、特別な分光器である必要は必ずしもなく、既知の分光器を使用することができる。
【００３９】
光源選定工程の第３工程は、第１工程で得られた波長スペクトルと及び第２工程で得られた波長スペクトルとを比較し、光強度が異なる波長を決定し、決定された特定の波長の光を発する光源を選定することを含む。選定された光源は、相互作用検知物質が吸収する特定の波長の光を発することになる。光源は、発光ダイオード、より具体的には、紫色発光ダイオード、青色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、黄色発光ダイオード、橙色発光ダイオード及び赤色発光ダイオードから選択することが好ましい。第３工程で決定された特定の波長の光が複数ある場合には、対応する複数の発光ダイオードを選定してもよい。
【００４０】
検知工程は、光源選定工程で選定された光源から、特定の波長の光を光導波路に入射させ、光導波路から出射した前記特定の波長の光の光強度を、前記特定の波長の光を選択的に検出する光検出器で検出し、被検知物質を検知することを含む。検知工程は、光強度に変化に基づいて被検知物質の存在を検知することができる。また、検知工程は、光強度に変化の度合いに基づいて被検知物質の濃度を検知することができる。検知工程において、光導波路から出射した光を他の情報（例えば、電流、電圧等）に変換し、変換された情報に基づいて、被検知物質の存在及び濃度を検知してもよい。
【００４１】
光検出器として、フォトダイオードを使用することが好ましい。光源選定工程で複数の発光ダイオードを選定した場合、対応する複数のフォトダイオードを使用してもよい。
【００４２】
検知方法は、光源選定工程において特定の波長の光を発する光源を選定することによって、エバネッセント光の吸収により生じる光強度の変化が希釈化されることを抑制できる。その結果として、被検知物質を高い精度で検知することができる。また、被検知物質が多数の他の物質と混合されている状態であっても、光源選定工程において特定の波長の光を発する光源を選定することによって、被検知物質を選択的に検知することができる。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれに限定されるものではない。
【００４４】
［実施例１］
コア、クラッド及びポリイミド被覆を有する光ファイバー（Ｏｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ社製、ＦＩＢＥＲ−６００−ＶＩＳ）を準備した。光ファイバーを硫酸及び過酸化水素の混合液に１時間浸漬し、ポリイミド被覆を除去した。次に、光ファイバーを５％フッ化水素酸に１０時間浸漬し、クラッドを除去して、コアを露出させた。
露出した光ファイバーを５ｍｇ／ｍｌのポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロライド）（ＰＤＤＡ）に５分間浸漬し、固定剤膜を形成した。次に、光ファイバーを１ｍＭのテトラフェニルポルフィリンテトラスルホン酸（ＴＰＰＳ）水和物に５分間浸漬し、固定剤膜上に検知物質膜を形成して、光導波路を製造した。
【００４５】
［実施例２］
実施例１で製造した光導波路の一端に重水素＋ハロゲンランプを設置し、光導波路の他端に分光器を設置した。アンモニアガスの非存在下及び存在下で、重水素＋ハロゲンランプから光を光導波路に入射させ、光導波路から出射した光を分光器で検出した。結果を図１−１〜図１−５に示す。吸光度の変化が、４０７ｎｍ付近、５００ｎｍ付近、及び７０５ｎｍ付近の波長において確認された。
【００４６】
［実施例３］
実施例２において吸光度の変化が確認された波長を有する光のうち、緑色光を選択した。実施例１で製造した光導波路の一端に緑色ＬＥＤを設置し、光導波路の他端に分光器を設置した。アンモニアガスの非存在下及び存在下で、緑色ＬＥＤから光を光導波路に入射させ、光導波路から出射した光を分光器で検出した。結果を図２に示す。アンモニアガスの濃度が高くなるにつれて、吸光度の変化が大きくなることが確認された。
【００４７】
［実施例４］
実施例２において吸光度の変化が確認された波長を有する光のうち、赤色光を選択した。緑色ＬＥＤの代わりに赤色ＬＥＤを使用したこと以外は、実施例３と同様の実験を行った。結果を図３に示す。アンモニアガスの濃度が高くなるにつれて、吸光度の変化が大きくなることが確認された。
【００４８】
［実施例５］
実施例２において吸光度の変化が確認された波長を有する光のうち、紫色光を選択した。実施例１で製造した光導波路の一端に紫色ＬＥＤを設置し、光導波路の他端にＰＩＮフォトダイオード（ＰＤ）を設置した。また、ＰＩＮフォトダイオードにアンプを接続した。
図４に示す実験手順でアンモニアガスを導入し、光導波路から出射した光を電圧に変換して、電圧の変化を測定した。結果を図５に示す。アンモニアガスの濃度が高くなるにつれて、電圧の変化が大きくなることが確認された。また、図４の実験手順のように、間欠的にアンモニアガスの供給と停止を繰り返した場合、図５の下図に示すようにアンモニアガス供給時には速やかに電圧が高くなり、停止すると電圧が下がることから、高応答性があり、かつ再現性があることが分かる。
【００４９】
［実施例６］
実施例２において吸光度の変化が確認された波長を有する光のうち、緑色光を選択した。紫色ＬＥＤの代わりに緑色ＬＥＤを使用したこと以外は、実施例５と同様の実験を行った。結果を図６に示す。アンモニアガスの有無によって、電圧に変化が生じることが確認された。しかし、緑色光の場合は、実施例５の紫色光、及び下記の実施例７の赤色光の場合と挙動が異なり、アンモニア濃度による電圧変化が小さかった。これは、図２に示すように、緑色のＬＥＤの波長は４８０〜５１０ｎｍの範囲で、４９０ｎｍでは吸光度の信号が下がり、５０７ｎｍでは吸光度の信号が増強しているため、フォトダイオードで検知した総合信号では、アンモニア濃度変化による信号強度変化の差がうまく表れなかったものと推測される。この場合、光学用の波長フィルターを使って、例えば４８５〜４９５ｎｍ又は５００〜５１０ｎｍといった狭い波長で測定すれば、アンモニアガスの濃度が高くなるにつれて電圧の変化が大きくなると予想される。
【００５０】
［実施例７］
実施例２において吸光度の変化が確認された波長を有する光のうち、赤色光を選択した。紫色ＬＥＤの代わりに赤色ＬＥＤを使用したこと以外は、実施例５と同様の実験を行った。結果を図７に示す。アンモニアガスの濃度が高くなるにつれて、電圧の変化が大きくなることが確認された。
【００５１】
［実施例８］
溶液中の一対の金電極間でプラズマを発生させ、金ナノ粒子を生成させるソリューションプラズマ法により金ナノ粒子を製造した。実施例１と同様の方法でコアを露出させた光ファイバーを金ナノ粒子分散液に３０分浸漬し乾燥させた後、ＴＰＰＳ溶液に５分間浸漬し乾燥させて、光導波路を製造した。この光導波路を用いて、アンモニアガスの吸光度を、ＴＰＰＳ水和物を単独で使用した場合の吸光度、及び金ナノ粒子を単独で使用した場合の吸光度と比較した。結果を図８−１〜図８−３に示す。ＴＰＰＳ水和物及び金ナノ粒子を併用した場合、ＴＰＰＳ単独の膜と比較して吸光度が大幅に向上し、特に、約４７０〜５１０ｎｍ及び約６８０〜７３０ｎｍの波長の光の吸収率が向上した。
【００５２】
［実施例９］
溶液中(例えば純水中)の一対の亜鉛（Ｚｎ）電極間でプラズマを発生させ、亜鉛ナノ粒子を生成、酸化させるソリューションプラズマ法により酸化亜鉛（ＺｎＯ）ナノ粒子を製造した。実施例１と同様の方法でコアを露出させた光ファイバーを酸化亜鉛ナノ粒子分散液に３０分浸漬し乾燥させた後、ＴＰＰＳ溶液に５分間浸漬し乾燥させて、光導波路を製造した。この光導波路を用いて、アンモニアガスの吸光度を、ＴＰＰＳ水和物を単独で使用した場合の吸光度、及び酸化亜鉛ナノ粒子を単独で使用した場合の吸光度と比較した。結果を図９−１〜図９−３に示す。ＴＰＰＳ水和物及び酸化亜鉛ナノ粒子を併用した場合、特に、約４７０〜５１０ｎｍ及び約６８０〜７３０ｎｍの波長の光の吸収率が向上した。
【図１−１】
2017138135.tif 000004
【図１−２】
2017138135.tif 000005
【図１−３】
2017138135.tif 000006
【図１−４】
2017138135.tif 000007
【図１−５】
2017138135.tif 000008
【図２】
2017138135.tif 000009
【図３】
2017138135.tif 000010
【図４】
2017138135.tif 000011
【図５】
2017138135.tif 000012
【図６】
2017138135.tif 000013
【図７】
2017138135.tif 000014
【図８−１】
2017138135.tif 000015
【図８−２】
2017138135.tif 000016
【図８−３】
2017138135.tif 000017
【図９−１】
2017138135.tif 000018
【図９−２】
2017138135.tif 000019
【図９−３】
2017138135.tif 000020