CN109690280A - 化学物质浓缩器以及化学物质检测装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种化学物质浓缩器以及化学物质检测装置。化学物质浓缩器对气体样本中包含的化学物质进行浓缩。该化学物质浓缩器具备：流路，构成气体样本流过的中空部分；第一电极和第二电极，设置于流路的内壁上；电极布线，与第一电极和第二电极连接；材料层，设置在电极布线上；以及吸附件，设置于材料层上，吸附化学物质并且使其脱离。该化学物质浓缩器能够使吸附的化学物质高效地脱离。

Description

化学物质浓缩器以及化学物质检测装置
技术领域
本公开涉及对气体中的化学物质进行浓缩的化学物质浓缩器和使用了其的化学物质检测装置。
背景技术
分析气体中的化学物质的技术例如在专利文献1和专利文献2中已公开。专利文献1公开了分析电力设备内部气体中的有机物质的装置。在该装置中，一边保持捕集器的温度恒定一边使气体通过配管，使气体中的有机物质吸附于吸附件后，加热捕集器，将吸附的有机物质导入检测器。此外，专利文献2公开了极微量的分析物的检测装置，使用了具有吸附分析物的能力和解吸被浓缩的分析物的能力的吸附件物质。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-296218号公报
专利文献2：日本特表2002-518668号公报
发明内容
化学物质浓缩器对气体样本中包含的化学物质进行浓缩。该化学物质浓缩器具备：流路，构成气体样本流过的中空部分；第一电极和第二电极，设置于流路的内壁上；电极布线，与第一电极和第二电极连接；材料层，设置在电极布线上；以及吸附件，设置于材料层上，吸附化学物质且使其脱离。
该化学物质浓缩器能够使吸附的化学物质高效地脱离。
附图说明
图1是实施方式中的化学物质浓缩器的立体图。
图2是实施方式中的化学物质浓缩器的俯视透视图。
图3是图2所示的化学物质浓缩器的线3-3处的剖视图。
图4是实施方式中的其他化学物质浓缩器的剖视图。
图5A是实施方式中的又一化学物质浓缩器的剖视图。
图5B是实施方式中的又一化学物质浓缩器的剖视图。
图5C是实施方式中的又一化学物质浓缩器的剖视图。
图5D是实施方式中的又一化学物质浓缩器的放大剖视图。
图6是表示实施方式中的化学物质浓缩器的其他电极布线的俯视透视图。
图7是表示实施方式中的化学物质浓缩器的又一电极布线的俯视透视图。
图8是表示实施方式中的化学物质浓缩器的吸附件的配置的俯视图。
图9是表示实施方式中的化学物质浓缩器的吸附件的其他配置的俯视图。
图10是表示实施方式中的化学物质浓缩器的吸附件的又一配置例的俯视图。
图11是实施方式中的化学物质检测装置的立体图。
具体实施方式
以下，使用附图对实施方式中的化学物质浓缩器以及化学物质检测装置进行详细地说明。另外，以下说明的实施方式均表示本公开的优选的一个具体例。因此，以下的实施方式所示的数值、形状、材料、结构要素、结构要素的配置以及连接方式等是一个例子，并非旨在限定本公开。因此，关于以下的实施方式中的结构要素中的表示本公开的最上位概念的独立权利要求中没有记载的结构要素，作为任意的结构要素进行说明。
此外，各图是示意图，并不一定是严密示出的图。在各图中，对实质上相同的结构标注相同的附图标记，省略或简化重复的说明。
图1是示意性地表示实施方式中的化学物质浓缩器20的俯视立体图。图2是示意性地表示化学物质浓缩器20的俯视透视图。图3是图2所示的化学物质浓缩器20的线3-3处的剖视图。
化学物质浓缩器20对流入的气体样本90中包含的化学物质92进行浓缩。由化学物质浓缩器20浓缩后的化学物质92例如由设置在化学物质浓缩器20的下游的检测部21检测。气体样本90含有气体介质91和在气体介质91中悬浮的化学物质92。
作为气体试样90，例如有人或动物的呼气、车或工厂的废气等。作为浓缩的化学物质92，可以列举例如：酮类、胺类、醇类、芳香族烃类，醛类、酯类、有机酸、硫化氢、甲硫醇、二硫化物等挥发性有机化合物。
化学物质浓缩器20具备：流路11，具有包含化学物质92的气体样本90流过的中空部分11P；电极12，设置在流路11的中空部分11p；电极13，与电极12分离地设置于中空部分11p；电极布线25，与电极12、13连接；材料层17，设置在电极布线25上；以及吸附件14，设置在材料层17上。流路11具有面对中空部分11P的内壁111A、111B、111C、112A。内壁111B隔着中空部分11P与内壁111A对置，内壁112A隔着中空部分11p与内壁111C对置。内壁111C与内壁111A、111B相连，内壁112A与内壁111A、111B相连。电极12、13设置在流路11的内壁111A上。材料层17设置在电极12、13以及电极布线25上。电极布线25在电极12、13之间设置于内壁111A。电极布线25的长度比电极12与电极13之间的距离L长。电极布线25具有直线部251和与直线部251相连的折回部252。
化学物质浓缩器20还可以具备电极18、19和冷却吸附件14的冷却部15。材料层17的一部分被电极12、18夹持。材料层17的另一部分被电极13、19夹持。
流路11例如由设置有槽的下基板111和堵塞槽的上基板112形成。下基板111以及上基板112例如由树脂或金属等材料构成。面向流路11的内壁111A是形成于下基板111的槽的底面。内壁111B是槽的一个侧面。内壁111C是槽的另一个侧面。内壁112A是堵塞槽的上端的上基板112的下表面。流路11(中空部分11P)具有由沿着流路11延伸的延伸方向的内壁111A、111B、111C、112A包围的四棱柱形状，但也可以是具有更多的内壁而具有比4多的面的多棱柱形状。流路11(中空部分11P)也可以是具有圆形的截面并沿上述延伸方向延伸的圆柱形状。具有圆柱形状的流路11的内壁面是内侧曲面。
电极12设置在流路11内的内壁111A。电极12例如由金、铜、铂、镍铬合金、碳等导电材料构成。
电极13设置在流路11内的内壁111A上。电极13例如由金、铜、铂、镍铬合金、碳等导电材料构成。电极12、13也可以由相同的材料形成。
电极12、13设置在流路11内的同一面即内壁111A上。电极13以不与电极12直接接触的方式从电极12分离地配置。此外，电极12和电极13沿着气体样本90的流动方向D20排列。
另外，电极12、13也可以沿与气体样本90的流动方向D20成直角的方向排列。
电极布线25在电极12、13之间设置于内壁111A。电极布线25与电极12、13连接。
通过经由电极12、13向电极布线25流通电流而通电，电极布线25产生作为焦耳热的热。吸附件14通过电极布线25产生的焦耳热而被加热。吸附在吸附件14上的化学物质92由于该热而从吸附件14脱离。在实施方式中，电极布线25将吸附件14加热至约200度而使化学物质从吸附件14脱离。因此，吸附件14以及材料层17优选由容易传递热的材料构成。
电极布线25例如由金、铜、铂、镍铬合金、碳等导电材料构成。电极布线25在制造工艺上优选由与电极12、13相同的材料构成。实施方式中的电极布线25具有适于电阻加热的高电阻值。即，电极布线25在流过电流的情况下能够将电能无损失地转换为热能，因此能够高效地发热。另外，电极布线25的电阻值更优选为10Ω以上且1kΩ以下。若电极布线25的电阻值为10Ω以上且1kΩ以下，则电极布线25能够更高效地产生热。
电极布线25的长度比电极12、13之间的距离L长。即，以电极布线25的与材料层17接触的面积变大的方式配置电极布线25。由此，电极布线25的能够加热的区域变大，能够均匀地加热吸附件14。
电极布线25具有直线部251和与直线部251相连的折回部252。电极布线25的厚度h25例如为200nm。另外，在电极布线25的厚度h25小于20nm的情况下，电极布线25断线的可能性变高。此外，在电极布线25的厚度h25为1μm以上的情况下，制造工艺变得复杂。因此，优选电极布线的厚度h25为20nm以上且1μm以下。
电极布线25具有曲折形状。电极布线25的宽度d25例如为50μm。电极布线25的长度为距离L的1.4倍以上。例如，在距离L为10mm的情况下，电极布线25的长度为14mm以上。
这样，通过使用具有高电阻值的电极布线25，能够高效地加热吸附件14。
材料层17形成在电极12、13以及电极布线25上。材料层17与电极12、13以及电极布线25接触。此外，材料层17在电极布线的直线部251与直线部251之间与内壁111A接触。
材料层17例如由SnO2、ZnO、In2O3、In2-xSnxO3(例如0.1≤x≤0.2)、NiO、CuO、TiO2、SiO2等金属氧化物构成。材料层17也可以由Al、Ag、Au、Pd、Pt等金属、碳或硅等材料形成。材料层17例如具有作为吸附件14的种子层的作用。即，吸附件14形成在材料层17上。
在材料层17上形成有电极18、19。
电极18设置在隔着材料层17与电极12对置的位置。即，材料层17被电极12、18夹持。电极18覆盖材料层17的端部171的上表面以及侧面。电极18与电极12接触。通过该结构，能够抑制材料层17的端部171从电极12剥离。
电极19设置在隔着材料层17与电极13对置的位置。即，材料层17被电极13、19夹持。电极19覆盖材料层17的端部172的上表面以及侧面。电极19与电极13接触。通过该结构，能够抑制材料层17的端部172从电极13剥离。
这样，通过电极18、19能够使化学物质浓缩器20的可靠性提高。
吸附件14吸附在气体样本90中包含的化学物质92。
吸附件14设置在形成于电极12、13以及内壁111A的材料层17。吸附件14隔着材料层17与电极12、13连接。
吸附件14是具有导电性的纳米线141的集合体。即，吸附件14构成为具有导电性的多个纳米线141的组。纳米线141例如由导电性的金属氧化物形成。在纳米线之间设置有空隙143。气体样本90中包含的化学物质92在通过空隙143的期间被纳米线141吸附。
具有导电性的纳米线141例如为SnO2、ZnO、In2O3、In2-xSnxO3(例如，0.1≤x≤0.2)、NiO、CuO、TiO2、SiO2等金属氧化物，由Al、Ag、Au、Pd、Pt等金属、碳或硅等材料构成。由碳构成的纳米线例如可以是碳纳米管。即，吸附件14由具有导电性且具有有效地传递通过焦耳效应而在电极布线25中产生的热的程度的导热性的材料构成。
此外，纳米线141也可以是由表面被导电性的金属氧化物覆盖的树脂等构成的线。这样，通过用导电性的金属氧化物覆盖，吸附件14具有导电性。
另外，吸附件14优选由与材料层17相同的材料构成。通过用相同的材料形成吸附件14和材料层17，能够提高吸附件14与材料层17的粘接强度，由此，能够抑制吸附件14从材料层17剥离。
另外，吸附件14以及材料层17的电阻值优选大于电极布线25的电阻值。由此，电极布线25产生充分大的热，能够高效地加热吸附件14。在吸附件14以及材料层17的电阻值比电极布线25小的情况下，在电极12、13之间流动的电流的大部分不通过电极布线25而通过吸附件14以及材料层17。因此，电极布线25无法充分产生热，难以高效地对吸附件14进行加热。
在电极12、13上连接有向电极布线25供给电流的电流供给部22。此外，控制流过电极布线25的电流的控制部23与电流供给部22连接。
另外，优选由控制部23控制电流而使得流过电极布线25的电流密度为200kA/cm2以上。由此，电极布线25在短时间内产生大的热，因此能够在短时间内高效地加热吸附剂14。
冷却部15冷却吸附件14。吸附件14通过被冷却而能够更高效地吸附化学物质92。
冷却部15设置在下基板111的与内壁111A背对的面上。冷却部15例如是珀尔帖元件等。此时，与冷却部15连接的控制部23控制吸附件14的冷却。
另外，冷却部15设置在能够冷却吸附件14的任意的场所。例如，冷却部15可以设置在流路11的内部。此外，冷却部15也可以设置在电极12或电极13上。电极12、13由具有高导热性的金属构成，因此能够高效地冷却吸附件14。在将冷却部15设置在电极12上的情况下，也可以在冷却部15与电极12之间设置绝缘层。同样，在将冷却部15设置在电极13上的情况下，也可以在冷却部15与电极13之间设置绝缘层。
此外，在吸附件14充分吸附化学物质92的情况下，化学物质浓缩器20也可以不具备冷却部15。
实施方式中的吸附件14具有纳米线141的理由是，通过增大吸附件14的比表面积，从而以高效率吸附化学物质92，高效率地浓缩化学物质92。由于纳米线141具有非常小的热容量，因此能够以少的电力使温度大幅变化。
在化学物质浓缩器20中，电极布线25作为加热器发挥功能，能够在不使用消耗电力大的外部加热器的情况下使被吸附的化学物质92从吸附件14脱离。
电极布线25产生的热经由材料层17直接传递至吸附件14，用于吸附的化学物质92的脱离。即，化学物质浓缩器20与使用外部加热器的设备相比具有更高的热效率。
通常，在使用外部加热器的情况下，由于外部加热器产生的热向周围扩散，因此无法高效地传递至吸附件14。此外，若热效率差，则为了加热吸附件14而需要额外的电力。因此，设备的消耗电力变大。
在使用外部加热器的情况下，需要数十～数百mW左右的电力。另一方面，在MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)技术中，例如为了利用由Pt电阻线构成的加热器使化学物质脱离，需要向加热器供给几mW以上的电力。
在专利文献1或专利文献2所公开的以往的装置中，在向检测器导入所吸附的化学物质时，需要使用外部加热器那样的外置的加热器。在不使用加热器的情况下，有时不能使化学物质充分脱离。
在使用外部的加热器对吸附件进行加热时，加热器产生的热的一部分向周围扩散而不会传递至吸附件。即，使用外部器的以往的装置由于加热器的热损失较大，因此无法高效地加热吸附件。吸附件的加热效率影响所吸附的物质的脱离的容易程度。
如上所述，实施方式中的化学物质浓缩器20能够通过以低消耗电力高效地使化学物质92从吸附件14脱离而进行浓缩。进而，由于不需要使用外部加热器，因此能够使化学物质浓缩器20小型化。
接下来，对化学物质浓缩器20的制造方法进行说明。
首先，通过蚀刻等在Si基板上形成槽，制成下基板111。之后，在设置于Si基板上的槽部的底面即面向流路11的内壁111A上形成电极12、13及电极布线25。此时，电极12形成在与电极13分离的位置。电极布线25设置在电极12、13之间。电极布线25与电极12、13连接。电极布线25通过使用了通过光刻法形成的曲折形状的阻挡掩模的蒸镀或溅射而形成。在实施方式中，电极12、13以及电极布线25由Au构成。
接下来，通过使用掩模的蒸镀或溅射，形成与电极12、13、内壁111A和电极布线25接触的ZnO膜。该ZnO层成为材料层17。
之后，通过使用了掩模的蒸镀或溅射，在隔着材料层17与电极12、13分别对置的位置形成电极18、19。在实施方式中，电极18、19由Au构成。
通过上述工序，在设置于Si基板的槽的底面，在具有曲折形状的电极布线25上形成ZnO膜，能够得到ZnO膜的一部分被电极12、13、18、19夹持的结构。
接下来，将ZnO膜作为种子层，通过液相生长或气相生长形成多个纳米线141。纳米线141的材料是与成为种子层的上述ZnO膜的材料相同的ZnO。在ZnO膜上形成多个纳米线141，形成集合体。吸附件14例如是纳米线141的集合体。纳米线141仅形成在材料层17上，该材料层17是未被电极12、13、18、19夹持的种子层。
最后，作为上基板112将Si基板以在与作为纳米线141的集合体的吸附件14之间形成空隙的方式贴合于下基板111。流路11形成在上基板112与下基板111之间的槽中。
进而，在下基板111的下侧设置冷却部15。冷却部15例如由珀尔帖元件构成。冷却部15优选设置在吸附件14的正下方的关于材料层17和内壁111A相反的一侧。
通过以上的方法，能够得到实施方式中的化学物质浓缩器20。
另外，材料层17不限于用于形成吸附件14的种子层。例如，在吸附件14的生长中不需要种子层的情况下，材料层17例如是在吸附件14的形成过程中形成于内壁111A的吸附件的一部分的层。具体而言，形成吸附件14的彼此相邻的纳米线141在朝向内壁111A的方向的根部的部分相互接合。也可以由通过纳米线141彼此的接合而形成的层构成材料层17。材料层17沿着电极12、13之间的内壁111A设置。
这样，吸附件14和材料层17可以是一体形成的结构的部分，也可以是分体形成的结构。在化学物质浓缩器20中，电流经由电极布线25在电极12、13之间流动。材料层17形成于电极布线25的上表面。此外，材料层17具有夹在电极12、18之间的部分即端部171、和作为被电极13、19夹持的部分的端部172。
图4是实施方式中的其他化学物质浓缩器20A的剖视图。在图4中，对与图3所示的化学物质浓缩器20相同的部分标注相同的参照编号。化学物质浓缩器20A代替图3所示的化学物质浓缩器20的吸附件14而具备吸附件142。图3所示的化学物质浓缩器20的吸附件14由纳米线141形成。图4所示的化学物质浓缩器20A的吸附件142由具有气体样本90能够通过的空隙143的多孔质体构成。吸附件142由具有导电性的金属氧化物等与纳米线141相同的材料构成。另外，作为多孔质体的吸附件142具有随机地配置有多个空隙143的结构。因此，吸附件142具有传递热的较多的传递路径，因此，加热时的吸附件142的部分的位置引起的温度的偏差小。
此外，作为多孔质体的吸附件142也可以具有由碳、树脂形成的多孔质的结构体、和覆盖该结构体的表面的具有高导热性的金属氧化物等覆膜。通过该结构，能够使热容易在吸附化学物质92的多孔质体的表面传递，因此能够使吸附在吸附件142上的化学物质92高效地从吸附件142脱离。
图5A是实施方式中的又一化学物质浓缩器20B的剖视图。在图5A中，对与图3所示的化学物质浓缩器20相同的部分标注相同的参照编号。化学物质浓缩器20B具备设置在流路11的内壁111A与材料层17之间的隔热层16。隔热层16抑制由吸附件14以及材料层17产生的热经由下基板111向外部逃逸。隔热层16例如由环氧树脂、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等树脂材料构成。此外，隔热层16例如也可以由ZrO2、Al2TiO5等金属氧化物材料、玻璃材料、或者二氧化硅气凝胶、发泡性聚合物等多孔质材料形成。
在化学物质浓缩器20、20A、20B中，在吸附件14与上基板112之间设置有间隙112P。在吸附件14与上基板112之间通过间隙112P，能够抑制从电极布线25向吸附件14传递的热向上基板112逃逸。
图5B是实施方式中的又一化学物质浓缩器20F的剖视图。在图5B中，对与图3所示的化学物质浓缩器20相同的部分标注相同的参照编号。上基板112具有设置于内壁112A的隔热层81。吸附件14与上基板112的壁面112A的隔热层81接触。由此，即使吸附件14与上基板112接触，也能够抑制从电极布线25向吸附件14传递的热向上基板112逃逸。
图5C是实施方式中的又一化学物质浓缩器20G的剖视图。在图5C中，对与图3所示的化学物质浓缩器20相同的部分标注相同的参照编号。
在化学物质浓缩器20G中，基板111的设置有材料层17的内壁111A的部分111P局部变薄。由此，能够减小基板111的内壁111A的部分111P的热容量来高效地快速加热吸附件14。
图5D是实施方式中的又一化学物质浓缩器20H的放大剖视图。在图5D中，对与图3所示的化学物质浓缩器20相同的部分标注相同的参照编号。图5D将吸附件14放大来表示纳米线141。
在图5D所示的化学物质浓缩器20H的吸附件14的纳米线141的表面设置有表面涂层141S。表面涂层141S局部地覆盖纳米线141。表面涂层141S的材料根据吸附件14所吸附的化学物质92来决定。化学物质浓缩器20H的吸附件14能够吸附与表面涂层141S的材料对应的化学物质92。
图6是示意性地表示实施方式中的化学物质浓缩器20(20A、20B、20F)的其他电极布线26的俯视透视图。电极布线26由与电极布线25相同的材料构成，具有相同的功能。
电极布线26具有曲线部26A1、26A2和折回部26B。曲线部26A1、26A2例如由具有半圆弧形状并相连的多个布线图案构成，分别与电极12、13连接。与电极12连接的曲线部26A1在折回部26B处与曲线部26A2连接、折回，曲线部26A2与电极13连接。这样，电极布线26的长度比电极12与电极13之间的距离L长。根据该结构，电极布线26能够高效地产生热，能够高效地加热吸附件14。
图7是示意性地表示实施方式中的又一电极布线27的俯视透视图。
电极布线27由连接电极12和电极13的多个直线部27A构成。多个直线部27A并列地连接配置在电极12与电极13之间。因此，电极布线27的电阻值整体变小。另一方面，通过多个直线部27A，能够加热材料层17的区域变大。此外，与用一个电极膜加热同一区域的情况相比，由多个直线部27A构成的电极布线27与由一个电极膜构成的加热部相比，电阻值变大。因此，电极布线27能够高效地对材料层17的形成有吸附件14的区域进行加热。
另外，电极布线27也可以仅由一个直线部27A形成。在这种情况下，电极布线的长度是与电极12和电极13之间的距离L相同的长度。由一个直线部27A构成的电极布线27与由多个直线部27A构成的电极布线27相比，若直线部的宽度相同，则具有较大的电阻值。因此，由一个直线部构成的电极布线与由多个直线部27A构成的电极布线27相比，发热效率高。此外，在电极布线27产生的热经由材料层17直接传递至吸附件14。因此，例如在使少量的化学物质92从吸附件14脱离等、使吸附在形成于狭窄区域的吸附件14上的化学物质92脱离的情况下，即使是这样的结构，也能够高效地使化学物质92脱离。
图8是实施方式中的又一化学物质浓缩器20C的结构图。在图8中，对与图1所示的化学物质浓缩器20相同的部分标注相同的参照编号。
化学物质浓缩器20C具有分别具有与图1所示的流路11相同的构造的多个流路11a、11b、11c。在多个流路11a、11b、11c的内部配置有吸附件14a、14b、14c。吸附件14a配置在材料层17a上，该材料层17a形成在与电极12a、13a连接的电极布线25a上。吸附件14b配置在材料层17b上，该材料层17b形成在与电极12b、13b连接的电极布线25b上。吸附件14c配置在材料层17c上，该材料层17c形成在与电极12c、13c连接的电极布线25c上。电极12a～12c由与图1所示的电极12相同的材料构成，具有相同的结构。电极13a～13c由与图1所示的电极13相同的材料构成，具有相同的结构和功能。电极布线25a～25c由与图1所示的电极布线25相同的材料构成，具有相同的结构和功能。材料层17a～17c由与图1所示的材料层17相同的材料构成，具有相同的结构和功能。吸附件14a～14c由与图1所示的吸附件14相同的材料构成，具有相同的结构和功能。
图9是实施方式中的又一化学物质浓缩器20D的结构图。在图9中，对与图1所示的化学物质浓缩器20相同的部分标注相同的参照编号。
化学物质浓缩器20D具有多个吸附件14d、14e、14f、14g。吸附件14d设置在材料层17d上，该材料层17d形成在与电极12d、13d连接的电极布线25d上。吸附件14e设置在材料层17e上，该材料层17e形成在与电极12e、13e连接的电极布线25e上。吸附件14f设置在材料层17f上，该材料层17f形成在与电极12f、13f连接的电极布线25f上。吸附件14g设置在材料层17g上，该材料层17g形成在与电极12g、13g连接的电极布线25g上。电极12e～12g由与图1所示的电极12相同的材料构成，具有相同的结构。电极13e～13g由与图1所示的电极13相同的材料构成，具有相同的结构和功能。电极布线25e～25g由与图1所示的电极布线25相同的材料构成，具有相同的结构和功能。材料层17e～17g由与图1所示的材料层17相同的材料构成，具有相同的结构和功能。吸附件14e～14g由与图1所示的吸附件14相同的材料构成，具有相同的结构和功能。
即，吸附件14d～14g在一个流路11内相互分开配置。吸附件14d～14g沿着气体样本90的流动方向D20排列配置。
图10是实施方式中的又一化学物质浓缩器20E的结构图。在图10中，对与图1所示的化学物质浓缩器20相同的部分标注相同的参照编号。
化学物质浓缩器20E具有多个吸附件14h、14i、14j。吸附件14h设置在材料层17h上，该材料层17h形成在与电极12h、13h连接的电极布线25h上。吸附件14i设置在材料层17i上，该材料层17i形成在与电极12i、13i连接的电极布线25i上。吸附件14j设置在材料层17j上，该材料层17j形成在与电极12j、13j连接的电极布线25j上。电极12h～12j由与图1所示的电极12相同的材料构成，具有相同的结构。电极13h～13j由与图1所示的电极13相同的材料构成，具有相同的结构和功能。电极布线25h～25j由与图1所示的电极布线25相同的材料构成，具有相同的构造和功能。材料层17h～17j由与图1所示的材料层17相同的材料构成，具有相同的结构和功能。吸附件14h～14j由与图1所示的吸附件14相同的材料构成，具有相同的结构和功能。
即，吸附件14h～14j在一个流路11内相互分开配置。吸附件14h～14j在与气体样本90的流动方向D20成直角的方向上排列配置。
与配置在吸附件14a～14j之下的电极布线25a～25j连接的电极12a～12j、13a～13j与电流供给部22电连接。电流供给部22能够对分别与电极布线25a～25j连接的电极12a～12j、13a～13j选择性地供给电流。
在图9所示的化学物质浓缩器20D中，多个吸附件14d～14g相互分开设置在一个流路11内。在这种情况下，多个吸附件14d～14g可以由互不相同的材料形成。或者，多个吸附件14d～14也可以由具有设置了由互不相同的材料构成的表面涂层141S(参照图5D)的表面的纳米线形成。由此，吸附件14d～14g能够吸附相互不同的化学物质92。因此，化学物质浓缩器20D能够选择性地吸附并浓缩气体样本90中包含的化学物质92。
在图10所示的化学物质浓缩器20E中，多个吸附件14h～14j相互分开设置在一个流路11内。在这种情况下，多个吸附件14h～14j也可以由互不相同的材料形成。或者，多个吸附件14h～14j也可以由具有设置了由互不相同的材料构成的表面涂层141S(参照图5D)的表面的纳米线形成。由此，吸附件14h～14j能够吸附不同的化学物质92。因此，化学物质浓缩器20E能够选择性地吸附并浓缩气体试样90中所含的化学物质92。
化学物质92容易吸附于具有相同极性的物质。因此，高极性分子的化学物质92容易吸附在具有高极性的表面的吸附件14上。此外，无极性分子的化学物质92容易吸附在具有无极性的表面的吸附件14上。这样，吸附件14根据其材料而化学物质92的吸附容易度不同。
通过利用材料、表面涂层141S等改变吸附件14的性质，化学物质浓缩器20C能够将多个化学物质92分为多个吸附件14a～14c选择性地吸附。化学物质浓缩器20D能够将多个化学物质92分为多个吸附件14d～14g选择性地吸附。化学物质浓缩器20E能够将多个化学物质92分为多个吸附件14h～14j选择性地吸附。
在多个吸附件14a～14c相互分开设置的化学物质浓缩器20C中，向电极布线25供给电流的电流供给部22也可以对与设置在吸附件14a～14c下的电极布线25a～25c连接的电极12a～12c、13a～13c选择性地供给电流。同样地，在化学物质浓缩器20D中，电流供给部22也可以对与分别设置在吸附件14d～14g下的电极布线25d～25g连接的电极12d～12g、13d～13g选择性地供给电流。同样地，在化学物质浓缩器20E中，电流供给部22也可以对与分别设置在吸附件14h～14j下的电极布线25h～25j连接的电极12h～12j、13h～13j选择性地供给电流。
由此，能够相互独立地控制吸附件14a～14c、14d～14g、14h～14j所吸附的化学物质92脱离的时机。因此，化学物质浓缩器20C～20E能够仅使检测对象的化学物质92从吸附件14a～14c、14d～14g、14h～14j脱离，并送到检测部21。
另外，在与多个吸附件14a～14c、14d～14g、14h～14j下分别设置的电极布线25a～25c、25d～25g、25h～25j连接的电极12a～12c、12d～12g、12h～12j，也可以不是独立的电极，电极13a～13c、13d～13g、13h～13j也可以不是独立的电极。例如，也可以配置成将多个吸附件14a～14c、14d～14g、14h～14j下的电极布线25a～25c、25d～25g、25h～25j分开连接在一个电极12以及一个电极13上。
图11是示意性地表示实施方式中的化学物质检测装置40的俯视立体图。气体样本90沿方向D20流动。
化学物质检测装置40具备设置在化学物质浓缩器20的后段、即下游侧的检测部21。检测部21具备设置于流路11内的检测元件211。
检测元件211例如可以使用半导体式传感器、电化学式传感器、使用了表面弹性波元件或场效应晶体管的生物传感器、或者光学传感器等。
化学物质检测装置40用化学物质浓缩器20对气体样本90中的化学物质92进行浓缩，用检测部21检测浓缩后的化学物质92。因此，化学物质检测装置40能够灵敏度良好地检测化学物质92。
以上，基于实施方式对一个或多个方式所涉及的化学物质浓缩器和化学物质检测装置进行了说明，但本公开并不限定于该实施方式。只要不脱离本公开的主旨，对本实施方式施加本领域技术人员想到的各种变形的方式、组合不同实施方式中的结构要素而构筑的方式也可以包含在一个或多个方式的范围内。
产业上的可利用性
本公开中的化学物质浓缩器例如对能够检测身边的挥发性有机化合物的超小型化学传感器有用。
符号说明
1 流路
111 下基板
111A 内壁
112 上基板
12、12a～12i 电极(第一电极、第三电极)
13、13a～13i 电极(第二电极、第四电极)
14、14a～14i 吸附件
141 纳米线
142 多孔质体
143 空隙
15 冷却部
16 隔热层
17、17a～17i 材料层
18 电极(第三电极)
19 电极(第四电极)
20、20A、20B、20C、20D、20E 化学物质浓缩器
21 检测部
211 检测元件
22 电流供给部
23 控制部
25、25a～25i、26、27 电极布线
40 化学物质检测装置
90 气体样本
92 化学物质

Claims (18)

1.一种化学物质浓缩器，对气体样本中包含的化学物质进行浓缩，具备：
流路，构成所述气体样本流过的中空部分，具有面向所述中空部分的第一内壁；
第一电极，设置在所述流路的所述第一内壁上；
第二电极，与所述第一电极分离地设置在所述第一内壁上；
第一电极布线，与所述第一电极和所述第二电极连接，通过通电产生热；
第一材料层，设置在所述第一电极布线上，传递产生的所述热；以及
第一吸附件，设置在所述第一材料层上，吸附所述化学物质，并且通过传递的所述热而使吸附的所述化学物质脱离。
2.根据权利要求1所述的化学物质浓缩器，其中，
所述第一电极布线的长度比所述第一电极与所述第二电极之间的距离长。
3.根据权利要求2所述的化学物质浓缩器，其中，
所述第一电极布线具有直线部和与所述直线部相连的折回部。
4.根据权利要求3所述的化学物质浓缩器，其中，
所述第一电极布线具有曲折形状。
5.根据权利要求2所述的化学物质浓缩器，其中，
所述第一电极布线具有曲线部。
6.根据权利要求1所述的化学物质浓缩器，其中，
所述第一吸附件由导电性的纳米线构成。
7.根据权利要求6所述的化学物质浓缩器，其中，
所述纳米线以及所述第一材料层包含相同的金属氧化物。
8.根据权利要求6所述的化学物质浓缩器，其中，
所述纳米线具有金属氧化物和被所述金属氧化物覆盖的碳纳米管。
9.根据权利要求1所述的化学物质浓缩器，其中，
所述第一吸附件由导电性的多孔质体构成。
10.根据权利要求1所述的化学物质浓缩器，其中，
所述化学物质浓缩器还具备：
第三电极，设置在所述第一材料层上；以及
第四电极，设置在所述第一材料层上，
所述第一材料层延伸至所述第一电极与所述第二电极，
所述第一材料层被所述第一电极与所述第三电极夹持，并且被所述第二电极与所述第四电极夹持。
11.根据权利要求10所述的化学物质浓缩器，其中，
所述第一材料层具有：
第一表面，设置有所述第一电极和所述第二电极；
第二表面，在所述第一表面的相反侧，设置有所述第三电极和所述第四电极；
第一侧面，与所述第一表面和所述第二表面相连；以及
第二侧面，在所述第一侧面的相反侧，与所述第一表面和所述第二表面相连，
所述第三电极覆盖所述第一材料层的所述第一表面的一部分和所述第一侧面，并且与所述第一电极接触，
所述第四电极覆盖所述第一材料层的所述第二表面的一部分和所述第二侧面，并且与所述第二电极接触。
12.根据权利要求1～11中的任一项所述的化学物质浓缩器，其中，
所述化学物质浓缩器还具备冷却所述第一吸附件的冷却部。
13.根据权利要求1～12中的任一项所述的化学物质浓缩器，其中，
所述化学物质浓缩器还具备在所述第一内壁与所述第一材料层之间设置的隔热层。
14.根据权利要求1所述的化学物质浓缩器，其中，
所述流路还具有面向所述中空部分且隔着所述中空部分与所述第一内壁对置的第二内壁。
15.根据权利要求1所述的化学物质浓缩器，其中，
所述化学物质浓缩器还具备：
第二材料层，传递热；以及
第二吸附件，设置在所述第二材料层上，吸附所述化学物质，并且通过传递的所述热而使吸附的所述化学物质脱离。
16.根据权利要求15所述的化学物质浓缩器，其中，
所述第一吸附件和所述第二吸附件的材料或者在表面设置的表面涂层相互不同。
17.根据权利要求15或16所述的化学物质浓缩器，其中，
所述化学物质浓缩器还具备：
第三电极，设置在所述流路内；
第四电极，与所述第三电极分离地设置在所述流路内；
第二电极布线，与所述第三电极和所述第四电极连接，通过通电产生热；以及
电流供给部，将电流选择性地供给至所述第一电极、所述所述第二电极、所述第三电极以及所述第四电极，
所述第二材料层设置在所述第二电极布线上，传递由所述第二电极布线产生的所述热，
所述第二吸附件设置在所述第二材料层上，吸附所述化学物质，并且通过传递的所述热而使吸附的所述化学物质脱离。
18.一种化学物质检测装置，具备：
权利要求1所述的化学物质浓缩器；以及
检测部，检测浓缩后的所述化学物质。
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