JP2001074691A

JP2001074691A - 化学濃度分布測定装置

Info

Publication number: JP2001074691A
Application number: JP25046799A
Authority: JP
Inventors: Shuji Takamatsu; 修司高松; Satoshi Nomura; 聡野村; Kenichi Ikeda; 健一池田
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】試料の測定においてセンサおよび試料を常に
所定の温度となるようにし、精度の高い測定を行うこと
ができる化学濃度分布測定装置を提供すること。【解決手段】半導体基板５１の上面にセンサ面５３を
有するセンサ１０を、センサトレイ１１によって着脱自
在に保持するとともに、このセンサトレイ１１側から前
記半導体基板５１に対して光源部１６からの光２０を照
射するようにした化学濃度分布測定装置において、前記
センサトレイ１１内を恒温水Ｗが循環し、前記センサト
レイ１１およびセンサ１０を温調するように構成すると
ともに、前記半導体基板５１に対して照射される光２０
を二次元的に走査するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、溶液などの試料
におけるイオン濃度などの二次元分布を測定することが
できる光走査型の化学濃度分布測定装置に関する。

【０００２】

【発明の背景】近年、液体中あるいは物質中にしみこん
だ液体中に溶存している物質（イオンなど）の濃度を二
次元的に計測する装置の研究・開発が行われ、この二次
元分布の計測を行う手法の一つに、ＬＡＰＳ（Ｌｉｇｈ
ｔ−ＡｄｄｒｅｓｓａｂｌｅＰｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒ
ｉｃＳｅｎｓｏｒ）センサからなる電気化学画像計測
装置がある。このような装置は、例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．３３（１９９４）ｐｐ
Ｌ３９４−Ｌ３９７に記載してあるように、イオンなど
に感応するセンサ面を形成した半導体基板を適宜の光で
スキャンし、このスキャンによって、半導体基板中に誘
発された光電流を取り出すことにより測定を行うことが
できる。

【０００３】前記装置のセンサ部を直接計測したい対象
物質に挿入したり接触させることによって溶存物質の濃
度分布を測定する。得られたデータはコンピュータ処理
により、二次元または三次元の濃度分布画像として出力
される。ある時間での濃度分布のみならず、その変化の
様子をリアルタイムに追跡することができる。リアルタ
イムに得られた画像を、目視、ＣＣＤカメラなどによっ
て得られた電磁波画像と容易に比較できる。

【０００４】そして、この出願の出願人は、上記光走査
型二次元濃度分布測定装置およびこれに関連した技術を
主題とする発明を、特願平７−３９１１４号（特開平８
−２１３５８０号）を始めとして数多く特許出願してい
るところである。

【０００５】しかしながら、上記光走査型二次元濃度分
布測定装置は、その全体構造は実験室レベルのものであ
り、例えば、半導体基板の上面にセンサ面を有してなる
センサは、これを保持する受け部と一体的な構造であ
り、センサを必要に応じて交換することはできなかっ
た。また、信号取り出し部においてはリード線を単に接
続する方式を採用していたので、接触抵抗の大きさが安
定せず、安定した信号を得られないことがあり、測定に
支障を来すことがあった。

【０００６】

【従来の技術】そこで、上述のような問題点を解決する
ものとして、この出願の出願人は、半導体基板の上面に
センサ面を有し、前記半導体基板に対してプローブ光を
二次元的に走査しながら照射するように構成されたセン
サ本体を組み込んだカセット型のセンサと、測定装置本
体内に設けられ、前記センサが着脱自在にセットされる
センサトレイと、前記センサに形成された信号取り出し
用電極に対して接離可能なように前記測定装置本体内に
設けられるコンタクトプローブ部とからなる装置を、
「光走査型二次元濃度分布装置」として特許出願してい
る〔例えば特願平９−２０２３２５号（特開平１１−３
０５８４号）〕。

【０００７】上記光走査型二次元濃度分布測定装置にお
いては、センサがカセット型であるので、これを測定装
置本体に対して容易に脱着することができる。そして、
センサ本体を保持するセンサの構造が簡単であるため、
センサ本体に故障が生じた場合にもその点検や交換を容
易に行えるとともに、センサ本体回りの部品を再利用す
ることが可能になり、所謂環境に優しい構成となってい
る。また、信号の取り出しをコンタクトプローブによっ
て行うようにしているので、信号を安定して取り出すこ
とができ、安定な測定を行うことができるなど優れた利
点を数多く備えている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような優れた光走査型二次元濃度分布測定装置において
も、以下のような改良すべき点が見いだされたのであ
る。すなわち、上記光走査型二次元濃度分布測定装置に
おいては、温調機構を備えてなく、センサを着脱自在に
載置するためのセンサトレイを設けた測定装置本体内の
温度変化によってネルンスト電位等の温度ドリフトを防
止することができず、測定が長引くとどうしても測定精
度が低下するといった問題があった。そして、例えば生
菌培養状態を観察する場合などにおいては、測定装置本
体内の温度と培養温度との間に差が生ずることがあっ
た。

【０００９】また、仮に、前記測定装置本体内の雰囲気
温度を温調するようにしても、センサ上の試料に温調用
の風が先に当たり、センサが直接温調されにくいといっ
た問題があるとともに、温調用の風によって試料から水
分の蒸発が助長され、長時間の測定において試料が乾燥
されることがある。

【００１０】上述の問題を回避する手段として、センサ
を着脱自在に保持するセンサトレイをシートヒータやペ
ルチェ素子で温調することが考えられるが、シートヒー
タによる温調の場合、温度を下げるのが困難であるとと
もに、温調範囲が周囲温度に左右されるといった問題が
ある。また、ペルチェ素子で温調する場合は、装置外部
に放熱または吸熱機構を設ける必要があるところから、
装置構造が複雑化・大型化するとともに、コストアップ
を招来するといった問題がある。

【００１１】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、試料の測定においてセンサおよ
び試料を常に所定の温度となるようにし、精度の高い測
定を行うことができる化学濃度分布測定装置を提供する
ことである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明では、半導体基板の上面にセンサ面を有す
るセンサを、センサトレイによって着脱自在に保持する
とともに、このセンサトレイ側から前記半導体基板に対
して光源部からの光を照射するようにした化学濃度分布
測定装置において、前記センサトレイ内を恒温水が循環
し、前記センサトレイおよびセンサを温調するように構
成するとともに、前記半導体基板に対して照射される光
を二次元的に走査するようにしている（請求項１）。

【００１３】上記化学濃度分布測定装置においては、セ
ンサを着脱自在に保持するセンサトレイ内を恒温水が循
環することにより、センサトレイおよびセンサが温調さ
れ、センサおよびこれに載置される試料に対する温度影
響が最小限に抑制される。そして、前記温調はセンサト
レイ内を恒温水が循環することのみによって行われ、測
定装置本体内の雰囲気を循環させたりするものではない
ので、測定中に試料から水分が蒸発するのが最小限に抑
制される。したがって、長時間にわたって測定が行われ
るような場合であっても、測定中にセンサや試料の温度
変化が最小となり、試料に与えられる影響が最小となる
ので、所望の測定を精度よく行うことができる。

【００１４】そして、前記恒温水Ｗの温度を適宜調整す
ることにより、試料温度をパラメータとした種々の測定
データを得ることができる。

【００１５】また、上記化学濃度分布測定装置において
は、センサの半導体基板に対して照射される光を二次元
的に走査するようにしているので、センサを保持するセ
ンサトレイを固定構造とすることができ、センサトレイ
側の構成が簡略化されるとともに、液体やセンサ面上に
固定されにくい試料についても容易に測定することが可
能である。

【００１６】さらに、上記化学濃度分布測定装置におい
て、恒温水を測定装置本体の外部に設けられる試料準備
台に対して供給し、これを温調するように構成してもよ
く（請求項２）、このようにした場合、試料を測定前に
予め温調しておくことができ、前記効果をより一層高め
ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、図面を
参照しながら説明する。図１〜図８は、この発明の一つ
の実施の形態を示す。まず、図１はこの発明の化学濃度
分布測定装置の全体構成を概略的に示す図で、この図に
おいて、１は測定装置本体である。この測定装置本体１
の本体ケース２の内部には、図２に示すように、水平な
基礎ベース３の上面に適宜長さの支持部材４が適宜数垂
直方向に立設され、これらの支持部材４の上端側に中間
ベース５が上下方向に変移自在かつ水平に保持されてい
る。すなわち、この中間ベース５には、支持部材４の上
端に上方に突設されたねじ軸６を挿通させる孔７が開設
される一方、ねじ軸６の中間ベース５の下方および上方
に調整ナット８およびロックナット（図示していない）
が螺合しており、これらのナット８等の固定位置を適宜
設定することにより、中間ベース５の基礎ベース３から
の保持高さを調節することができる。

【００１８】そして、図２に示すように、中間ベース５
の上方には、暗箱を兼ねた試料室９が区画形成されてお
り、この試料室３の内部には、カセット型のセンサ１０
（その構成については後で説明する）を着脱自在に保持
するセンサトレイ１１（その構成については後で説明す
る）が中間ベース５に保持されるようにして設けられて
いる。そして、中間ベース５の試料室３の外部の上面に
はプリアンプ部１２が設けられ、さらに、このプリアン
プ部１２からは、図４に示すように、センサトレイ１１
側に向かって３つのコンタクトプローブ１３，１４，１
５が互いに平行な状態で突設されている。これらのコン
タクトプローブ１３，１４，１５は、後述する対極５
９、比較電極６０およびオーミックコンタクト５４にそ
れぞれ連なる接続部５９ｃ，６０ｃ，５６ｃと接続分離
自在に構成されている。

【００１９】また、図２において、１６は中間ベース５
の下方に設けられる光源部で、次のように構成されてい
る。すなわち、１７は基礎ベース３の上面に設けられる
ステージベースで、このステージベース１７の上面に
は、図中のＸ方向（紙面の左右方向）とこれに垂直なＹ
方向（紙面に垂直な方向）とに移動自在なＸＹステージ
１８が設けられている。そして、１９はＸＹステージ１
８の上面に設けられる光学ベースで、この光学ベース１
９の上面には、レーザダイオードとコリメータからな
り、所定のビーム径を有するレーザ光２０を水平方向に
発するレーザ光源２０と、ＮＤフィルタ２１と、絞り２
２と、シャッタ２４とがこの順に配置されるとともに、
シャッタ２４の後段には、水平方向のレーザ光２０を垂
直方向（センサトレイ１１方向）に向きを変えるミラー
２５および集光レンズ系２６を備えた光学装置２７が設
けられている。この光学装置２７は、センサトレイ１１
におけるセンサ載置部６４（後述する）のほぼ真下に位
置するように設けられる。なお、２８は光軸合わせ機構
である。

【００２０】上記構成の光源部１６においては、レーザ
光源２１からのレーザ光２０は、所定のビーム径で上方
に設けられたセンサトレイ１１に保持されているセンサ
１０に向かい、しかも、ＸＹステージ１８がＸ方向およ
びＹ方向の二次元方向に移動することにより、センサ１
０をその下面側において二次元方向に走査しながら照射
する（図５参照）。

【００２１】そして、図２において、２９は試料室９の
内部上方に設けられるリング照明装置で、センサトレイ
１１を照明できるように構成されている。また、試料室
９の上部にはゴムベローズ３０が設けられ、その上方に
はディジタルカメラ３１および接写レンズ系３２が設け
られ、センサトレイ１１およびこれに載置されるセンサ
１０およびこれに保持される試料（例えば溶液）３３を
観察できるように構成されている。

【００２２】また、本体ケース２の前面には、図１に示
すように、溶液３３をセットしたセンサ３を本体ケース
２内の試料室９に対して出し入れするための開口が開設
され、３４はこの開口を開閉する扉である。

【００２３】そして、図１において、３５は前記測定装
置本体１を制御するとともに、これから送られてくる信
号やディジタルカメラ３１からの信号を適宜処理する制
御・画像処理装置で、例えば画像処理機能を有するコン
ピュータ（例えばパソコン）である。このコンピュータ
３５は、制御や各種の演算などの処理を行い、各種のデ
ータや処理結果を記憶する。３６はコンピュータ３５か
らの信号に基づいて前記データや処理結果およびディジ
タルカメラ３１によって得られる画像などを表示する表
示装置で、例えばカラーディスレイよりなる。なお、図
示は省略しているが、コンピュータ３５には、入力キー
ボードやマウスなどの入力装置や各種のデータなどを記
憶する外部記憶装置が接続されている。

【００２４】また、図１において、３７は試料準備台
で、測定に供される試料（例えば溶液）３３をセットし
た複数のセンサ１０を載置する台で、測定装置本体１の
外部近傍に設けられている。そして、３８はセンサトレ
イ１１に恒温水Ｗを供給するための恒温水供給装置で、
詳細には図示してないが、恒温水Ｗを貯留するタンク、
ヒータ、温調器、送水ポンプなどを備えており、送出す
る恒温水Ｗの量および流速や温度を適宜設定できるよう
に構成されている。

【００２５】そして、この実施の形態においては、前記
恒温水供給装置３８を出た恒温水Ｗは、試料準備台３７
を経てセンサトレイ１１に至り、この内部を循環した
後、試料準備台３７を経て恒温水供給装置３８に戻るよ
うに構成されており、センサトレイ１１のみならず試料
準備台３７に設けられているセンサ１０も温調できるよ
うに構成されている。３９は恒温水供給装置３８と試料
準備台３７との間、および、試料準備台３７とセンサト
レイ１１との間をそれぞれ接続する配管である。

【００２６】なお、図２および図５においては、試料準
備台３７は図示されてない。また、これらの図におい
て、符号３９ａは恒温水供給装置３８からセンサトレイ
１１に対して送られる恒温水Ｗが流れる管路を示し、符
号３９ｂはセンサトレイ１１から恒温水供給装置３８に
戻る恒温水Ｗが流れる管路を示している。

【００２７】ここで、溶液３３を収容保持するセンサ１
０およびこのセンサ１０を保持するセンサトレイ１１の
構成について説明する。まず、センサ１０の構成につい
て、図５〜図８を参照しながら説明する。図６〜図８に
おいて、４０，４１は平面視が方形のセンサホルダ、ホ
ルダカバーで、これらの間に後述するオーミックコンタ
クト５４、センサ本体５０およびパッキン５７をこの順
に重ねた順で挟持される（図７参照）。

【００２８】そして、センサホルダ４０、ホルダカバー
４１はいずれも適宜厚さの絶縁材料、例えば合成樹脂よ
りなり、それらの平面視の外形寸法は互いに等しく、４
つのコーナーには斜めにカットされた部分４２，４３を
有するが、対応する一つのコーナー４２ａ，４３ａは、
他のコーナー４２，４３とは異なる形状に形成して、セ
ンサ１０がセンサトレイ１１に対して誤ってセットされ
るのを防止できるようにしてあるとともに、それぞれの
中央には同サイズの方形の貫通孔４４，４５が設けられ
ている。この貫通孔４４，４５は、後述するセンサ本体
５０の大きさとほぼ同じである。

【００２９】そして、センサホルダ４０の貫通孔４４の
下端部周囲には、オーミックコンタクト５４、センサ本
体５０およびパッキン５７を保持するための座グリ面４
４ａが形成され、ホルダカバー４１の貫通孔４５の下端
側の周囲には前記座グリ面４４ａに対応するようにして
突平面４５ａが形成されている（図７参照）。また、セ
ンサホルダ４０には、貫通孔４４の外側にねじ４６を螺
着するための４つのねじ孔４７が等配置的に形成されて
いる。

【００３０】一方、ホルダカバー４１には、前記ねじ孔
４７に対応する位置にねじ４６を挿通させるための孔４
８が開設されているとともに、貫通孔４５の一辺側に２
つの溝４９が適宜の間隔をおいて並設されている。

【００３１】５０は平面視が方形のセンサ本体で、外形
が座グリ面４４ａおよび突平面４１ａの形状および寸法
にほぼ合致するように形成されている。このセンサ本体
５０は、図５に示すように、測定分解能より小さい厚み
を有する（例えば１００μｍ以下）シリコンなどの半導
体基板５１の上面にＳｉＯ₂層５２、センサ面としての
Ｓｉ₃Ｎ₄層５３を熱酸化、ＣＶＤなどの手法によって
順次形成してなるもので、水素イオンに応答するように
形成されている。

【００３２】５４はセンサ本体５０の半導体基板５１に
当接するように設けられる電流信号取出し用の平面視方
形のオーミックコンタクトで、外形が貫通孔４４，４５
の形状および寸法にほぼ合致し、中央に座グリ面４４
ａ、突平面４５ａの形状および寸法に合致する孔５５を
有するとともに、その周囲の適宜箇所から作用極となる
作用極５６を備えている。このオーミックコンタクト５
４は、適宜厚の銀または白金などの金属板を例えば抜き
加工によって形成することができる。そして、作用極５
６は、短冊状部分を両端を互いに異なる方向に互いに平
行になるように曲げてなるもので、すなわち、オーミッ
クコンタクト５４に連なり、これの上方に直角に折曲さ
れた部分５６ａと、この部分５６ａに連なり、これから
水平に折曲された部分５６ｂと、これに連なり、これの
上方に直角に折曲された接続部５６ｃとからなる。ま
た、この接続部５６ｃの外面にはコンタクトプローブ１
５との接触抵抗を低減するために、例えば金めっきが施
されている。

【００３３】５７は平面視が方形のパッキンで、外形が
座グリ面４４ａ、突平面４５ａの形状にほぼ合致し、中
央に貫通孔４４，４５の形状および寸法に合致する孔５
８を有している。このパッキン５７は、例えばシリコン
ゴムよりなる。

【００３４】そして、図６〜図８において、５９，６０
は対極、比較電極で、ホルダカバー４１の貫通孔４５の
一辺側に形成された２つの溝４９に装着できるようにコ
字状に形成されている。すなわち、対極５９、比較電極
６０はともにオーミックコンタクト５４と同様の素材、
すなわち、適宜厚の銀または白金などの金属板よりな
り、短冊状に形成したプレートの両端を同方向に平行と
なるように折曲されている。そして、対極５９，６０
は、その一方の折り曲げ部５９ａ，６０ａを貫通孔４５
を形成する内壁の一部に沿うようにし、水平部５９ｂ，
６０ｂを溝４９の上面に当接させ、さらに、他方の折り
曲げ部５９ｃ，６０ｃをホルダカバー４１の外面に沿う
ようにして溝４９にそれぞれ装着される。なお、折り曲
げ部５９ｃ，６０ｃの外面には、コンタクトプローブ１
３，１４との接触抵抗を低減するために、例えば金めっ
きが施され、接続部に形成されている。さらに、試料と
接触する部分６０ａはバイアス電圧の安定印加のために
塩化銀などがコートされている。

【００３５】６１は前記対極５９、比較電極６０を、溝
４９に装着した状態でこれらを固定するための電極押さ
えで、合成樹脂など絶縁性素材よりなり、溝５９に嵌合
し、対極５９、比較電極６０を強固に固定するととも
に、毛管現象により溶液３３が電極５９，６０をつたわ
って外部に漏れ出ないように構成されている。

【００３６】そして、センサ１０を組み立てるには、セ
ンサホルダ４０の座グリ面４４ａに、オーミックコンタ
クト５４、センサ本体５０およびパッキン５７をこの順
に重ねた後、ホルダカバー４１をセンサホルダ４０の上
面から被せてねじ４６で締めつけることによりセンサ本
体５０が水密に保持される。そして、対極５９、比較電
極６０をホルダカバー４１に形成された溝４９に装着
し、電極押さえ６１で対極５９、比較電極６０を固定す
る。これによって、センサ本体５０の上面にセル６２を
有するセンサ１０を得ることができる（図６および図７
参照）。

【００３７】そして、上述のように、センサ１０はその
センサ面５３の上方が開放されているが、測定中、図１
〜図３および図５に示すように、キャップ６３によって
前記開放されたセンサ面５３を覆うようにしてもよい。
このようにした場合、溶液３３における水分の蒸発が防
止され、外部から異物の混入が防止される。このキャッ
プ６３は、樹脂など適宜の材料で形成され、センサ１０
に対して着脱自在の構成にするのが好ましい。

【００３８】次に、上記構成のセンサ１０を保持するた
めのセンサトレイ１１の構成について、図２〜図５を参
照しながら説明する。このセンサトレイ１１は、図４に
示すように、平面形状が例えば長方形であり、図３およ
び図４に示すように、樹脂など断熱材よりなるトレー台
６４を介して中間ベース５の上に載置され、そのほぼ中
央に石英などの素材からなる光透過部としてのセンサ載
置部６５が形成されている。このセンサ載置部６５は、
前記構成のセンサ１０を水平にセットできる広さを有し
ている。なお、中間ベース５およびトレー台６４の前記
センサ載置部６５に対応する部分は、レーザ光２０の通
過を妨げないように切除されている。

【００３９】そして、前記センサ載置部６５の周囲に
は、これをほぼ一周するようにして水路６６が形成され
ており、この水路６６の一端側は、恒温水供給往路３９
ａに接続され、他端側は恒温水供給復路３９ｂに接続さ
れており、恒温水供給装置３８側から供給される恒温水
が水路６６を一巡することにより、センサトレイ１１の
温度は所定の温度に保持される。

【００４０】そして、図５において、６７は測定装置本
体１に設けられる制御ボックスであって、半導体基板５
１に適宜のバイアス電圧を印加するためのポテンショス
タット６８、半導体基板５１に形成されたオーミックコ
ンタクト５４に連なる作用極５６から取り出される電流
信号を電圧信号に変換する電流−電圧変換器６９、この
電流−電圧変換器６９からの信号が入力される演算増幅
回路７０、この演算増幅回路７０と信号を授受したり、
ＸＹステージ１８やレーザ光源２１に対する制御信号を
出力するインタフェースボード７１などよりなる。この
インタフェースボード７１は、コンピュータ３５と信号
ケーブルで接続されている。

【００４１】また、図５において、７２は光源部１６を
制御する光源部制御装置で、コンピュータ３５からの指
令に基づいてＸＹステージ１８を制御したり、レーザ光
源２１を制御する。

【００４２】上記構成の化学濃度分布測定装置を用いて
溶液３３の水素イオン濃度（ｐＨ）を測定する場合につ
いて説明する。図６および図７に示すように組み立てら
れたセンサ１０のセル６２内に試料として溶液３３を入
れる。これにより、センサ本体５０のセンサ面５３に溶
液３３が接するとともに、溶液３３が対極５９および比
較電極６０と接触する。複数のセンサ１０にそれぞれ溶
液３３を入れ、これらを試料準備台３７の所定の位置に
セットする。この場合、各センサ１０にキャップ６３を
被せておく。

【００４３】次に、測定装置本体１の開閉３４を開い
て、溶液３３を収容した複数のセンサ１０のうちの一つ
を測定装置本体１内のセンサトレイ１１上にセットす
る。これにより、センサトレイ１１近傍に設けられてい
るコンタクトプローブ１３，１４，１５と、センサ１０
に設けられている対極５９、比較電極６０および作用極
５６のそれぞれの接続部５９ｃ，６０ｃ，５６ｃとが電
気的に接続される。

【００４４】前記状態において、半導体基板５１に空乏
層が発生するように、ポテンショスタット６８からの直
流電圧を比較電極６０とオーミックコンタクト５４との
間に印加して、半導体基板５１に所定のバイアス電圧を
印加する。この状態で半導体基板５１に対してレーザ光
２０を一定周期（例えば、１０ｋＨｚ）で断続的に照射
することによって半導体基板５１に交流光電流を発生さ
せる。このレーザ光２０の断続照射は、コンピュータ３
５の制御信号がインタフェースボード７１を介して光源
部制御装置７２に入力されることによって行われる。前
記光電流は、半導体基板５１の照射点に対向する点で、
センサ面５３に接している溶液３３におけるｐＨを反映
した値であり、その値を測定することにより、この部分
でのｐＨ値を知ることができる。

【００４５】そして、光源部制御装置７２によって、Ｘ
Ｙテーブル１８をＸ，Ｙ方向に移動させることにより、
半導体基板５１にはレーザ光２０が二次元方向に走査さ
れるようにして照射され、溶液３３における位置信号
（Ｘ，Ｙ）と、その場所で観測された交流光電流値によ
り、コンピュータ３５に接続された表示装置３６の画面
上にｐＨを表す二次元画像が表示される。

【００４６】上記化学濃度分布測定装置においては、冒
頭に掲げた従来の光走査型二次元濃度分布測定装置（特
開平１１−３０５８４号公報に記載されているもの）と
同様の作用効果を奏する。そして、この発明の化学濃度
分布測定装置においては、これに加えて、以下のような
効果を奏する。

【００４７】すなわち、上記化学濃度分布測定装置にお
いては、センサ１０を着脱自在に保持するセンサトレイ
１１内を恒温水Ｗが循環するように構成してあるので、
測定中において、センサトレイ１１およびセンサ１０が
温調され、その温度が一定に保持される。その結果、セ
ンサ１０およびこれに載置される溶液３３に対する温度
影響が最小限に抑制される。そして、前記温調は、セン
サトレイ１１内を恒温水Ｗが循環することのみによって
行われ、測定装置本体１内の雰囲気を循環させたりする
ものではないので、測定中に試料としての溶液３３から
水分が蒸発するのが最小限に抑制される。したがって、
長時間にわたって測定が行われるような場合であって
も、測定中にセンサ１０や溶液３３の温度変化が最小と
なり、溶液３３に与えられる影響が最小となるので、所
望の測定を精度よく行うことができる。

【００４８】そして、上記化学濃度分布測定装置におい
ては、恒温水Ｗの温度を適宜調整することにより、試料
温度をパラメータとした種々の測定データを得ることが
できる。

【００４９】また、上記化学濃度分布測定装置において
は、センサ１０の半導体基板５１に対してレーザ光２０
を照射する光源部１６をＸＹステージ１８の上にコンパ
クトに纏めて配置し、センサ１０を保持するセンサトレ
イ１１を二次元的に移動するのではなく、レーザ光２０
を二次元的に走査するようにしているので、センサ１０
を保持するセンサトレイ１１を固定構造とすることがで
き、センサトレイ１１側の構成が簡略化されるととも
に、液体やセンサ面５３上に固定されにくい試料につい
ても容易に測定することが可能である。

【００５０】そして、上記実施の形態における化学濃度
分布測定装置においては、恒温水Ｗを試料準備台３７に
対して供給しているので、この試料準備台３７に載置さ
れたセンサ１０が試料３３とともに温調される。したが
って、試料３３を測定前に予め温調しておくことがで
き。前記効果をより一層高めることができる。

【００５１】また、上記化学濃度分布測定装置において
は、センサ１０の上部にキャップ６３を被着して、セン
サ面５３を覆うようにしているので、測定待機中および
測定中における試料３３の水分の蒸発や、外部から試料
３３に異物が混入するのが防止され、より精度よく測定
を行うことができる。

【００５２】さらに、上記化学濃度分布測定装置におい
ては、試料室９の上方にディジタルカメラ３１を設けて
いるので、センサ面５３およびその上面に載置される試
料３３を観察することができ、ディジタルカメラ３１に
よる出力をコンピュータ３５に取り込むようにしている
ので、この画像をｐＨ分布の二次元画像と重ね合わせる
ことなどにより、多角的な考察を行うことができる。

【００５３】この発明は、上述の実施の形態に限られる
ものではなく、種々に変形して実施することができる。
例えば、恒温水供給装置３８から供給される恒温水Ｗの
水温や送出量などの制御をコンピュータ３５が行うよう
にしてもよい。そして、恒温水供給装置３８を測定装置
本体１内に設けてもよい。また、恒温水供給装置３８の
恒温水Ｗを、センサトレイ１１と試料準備台３７とに並
列的に供給するようにしてもよい。

【００５４】そして、測定装置本体１内に一つの試料３
３を置いて長時間測定を行う場合、試料準備台３７は必
ずしも設ける必要はない。

【００５５】また、この発明の化学濃度分布測定装置
は、ｐＨのみならず、溶液３３中のカリウムイオンや塩
化物イオンなど、水素イオン以外の他の物質の濃度を測
定することができる。その場合、センサ面５３をカリウ
ムイオンや塩化物イオンに応答する物質で修飾する必要
があり、例えば、カリウムイオンを測定する場合は、セ
ンサ面５３をバリノマイシンやクラウンエーテルで修飾
すればよく、塩化物イオンを測定する場合は、センサ面
５３を４級アンモニウムで修飾すればよい。さらに、セ
ンサ面５３を適宜の応答物質で修飾するとともに、用い
る溶液を適宜選択することにより、他のイオン濃度の測
定を行うことができる。

【００５６】そして、測定対象としての試料３３は、溶
液など液体のほか、ゲル状体であってもよい。

【００５７】

【発明の効果】この発明の化学濃度分布測定装置におい
ては、センサトレイ内を恒温水が循環し、センサトレイ
およびセンサを温調するように構成しているので、セン
サの温度ドリフトが可及的に小さくなり、所望の測定を
精度よく行うことができる。そして、温度をパラメータ
とした試料の温度特性を得ることができる。

【００５８】また、前記化学濃度分布測定装置において
は、センサにおける半導体基板に対して照射される光を
二次元的に走査するようにしているので、センサを保持
するセンサトレイを固定構造とすることができ、センサ
トレイ側の構成が簡略化されるとともに、液体やセンサ
面上に固定されにくい試料についても容易に測定するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の化学濃度分布測定装置の全体構成を
概略的に示す図である。

【図２】前記装置の要部の構成を示す図である。

【図３】センサトレイにセンサをセットした状態を示す
縦断面図である。

【図４】センサトレイにセンサをセットした状態を示す
平面図である。

【図５】測定時における装置の構成全体を概略的に示す
図である。

【図６】前記装置で用いるセンサの一例を示す斜視図で
ある。

【図７】前記センサの縦断面図である。

【図８】前記センサの分解斜視図である。

【符号の説明】

１…測定装置本体、１０…センサ、１１…センサトレ
イ、１６…光源部、２０…光、３７…試料準備台、５１
…半導体基板、５３…センサ面、Ｗ…恒温水。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の上面にセンサ面を有するセ
ンサを、センサトレイによって着脱自在に保持するとと
もに、このセンサトレイ側から前記半導体基板に対して
光源部からの光を照射するようにした化学濃度分布測定
装置において、前記センサトレイ内を恒温水が循環し、
前記センサトレイおよびセンサを温調するように構成す
るとともに、前記半導体基板に対して照射される光を二
次元的に走査するようにしたことを特徴とする化学濃度
分布測定装置。
【請求項２】恒温水が測定装置本体の外部の試料準備
台に対して供給され、これを温調するように構成してあ
る請求項１に記載の化学濃度分布測定装置。