JP2003516537A - 材料層の品質を制御するための方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、材料の層の品質を制御するための方法であって、層の表面に電磁的輻射が照射され、材料の層から放射される光、例えば、反射光および／または蛍光の量が測定され、さらに、材料の層が、電磁的輻射を吸収する物質を備えているような方法に関するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、材料の層の品質を制御するための方法に関するものである。この種の
方法は、とりわけ、大量生産され得る物品の品質の制御、および品質の保証を行
うために用いられ得る。

【０００２】 ＷＯ９８／１８１３５によれば、コーティングの品質が、光をコーティング表面
に照射し、透過された光を検出することによって検査される。光が、コーティン
グを通過するときの透過または吸収から、コーティング内における局所的な、ま
たは全体的な欠陥に関する決定が下される。

【０００３】 ＵＳ４ ３０２ １０８には、また、コーティングが光のビームによってスキャ
ンされるような方法が開示されている。ここで重要なことは、コーティングに対
する照射角が、ビームの少なくとも一部が反射されるように選ばれなければなら
ないということである。反射されたビームの強度が、その後検出され、それによ
って、構造物の表面異常性が決定される。コーティング表面の反射を生じさせる
照射角に実質的に基づくこの方法によって、コーティングの表面欠陥が検出され
る。ここに記載された方法は、平坦な表面に関係している。

【０００４】 この従来技術から出発して、本発明の目的は、材料の層の品質制御のための方法
を利用可能とし、それによって、層の品質が、層の厚さおよび表面欠陥に関して
、簡単かつ迅速、かつコスト面で有利なやり方で、非破壊的に測定され得るよう
にすることにある。

【０００５】 この課題は、請求項１の前段部分および特徴部分に記載された方法によって達成
される。さらには、この方法の利用分野が、請求項１２および請求項１３に規定
される。

【０００６】 本発明による方法の好ましい実施形態が、引用形式請求項によって与えられる。

【０００７】 本発明は、特定の照射角が、反射光を生成するために限定されなければならない
ようなＵＳ４ ３０２ １０８による方法から出発する。しかしながら、この方
法とは異なり、本発明は、電磁的輻射を吸収する物質（吸収体）、例えば、着色
物質または蛍光物質を有する検査されるべき層の材料が準備され、この材料から
反射され、蛍光として照射される光が測定されることから出発している。この場
合、光は、層内を通過した後、その層のより深い面で反射され、および／または
蛍光として照射され、そして、例えば、再び表面を通過してその層から放射され
た後検出される。本発明は、とりわけ、反射率が、それぞれの材料の吸収力に依
存し、それ故、材料の発光度が、その吸収係数に依存するという事実を利用する
。こうしてまた、例えば、それ自体、紫外線または可視光線の領域において、実
質上如何なる固有の吸収をも生じない材料の層を測定することが可能となる。そ
れにもかかわらず、電磁的輻射を吸収する物質で材料を着色することによって吸
収が発生せしめられ、よって、発光度は照射角とは無関係に増大し得る。

【０００８】 電磁的輻射を吸収する物質として、着色物質、例えば、着色剤または色素剤のよ
うな着色剤、またはＵＶ吸収物質、または蛍光物質が使用され得る。

【０００９】 蛍光物質が使用される場合には、測定されるものは、表面からの散乱によって照
射された輻射ではなく、表面全体にわたって照射される層からの蛍光である。後
方散乱部分の測定方法、あるいは蛍光の測定方法は、共に本発明による方法に適
用可能である。

【００１０】 本発明によれば、例えば、大量生産され得る表面に対する、一般に有用で迅速で
、かつコスト的に有利なオンライン品質制御が可能となる。この方法は、非破壊
的であり、非接触的であり、そして、層の厚さ、または表面欠陥、または表面の
不均一性を測定するために用いられ得る。すなわち、充填物の量、層厚の分布、
欠損位置のような欠陥、または積層状態、又は不均一性が、あらゆる材料に関し
て検出可能である。この方法は、特に、プスチックメンブレン、ポリマーメンブ
レン、特に、イオン選択性メンブレン、またはヒドロゲル、またはそれに類する
ものの品質制御、および品質保証に適したものである。

【００１１】 このようなプラスチックメンブレンは、例えば、バイオセンサのためのイオン選
択性電極において使用される。

【００１２】 本発明による方法を用いれば、メンブレンだけではなく、ヒドロゲルも検査可能
である。もし、デンシトメータを用いた測定に対して必要な着色剤が、メンブレ
ンから溶解しないならば、着色剤は粒子と結合されなければならない。この粒子
は、順次ヒドロゲルによって閉じ込められる。このような粒子としては、ラテッ
クス粒子が、特に適している。

【００１３】 層は、好ましくは、逐点スキャンされ得る。この場合、一定方向に沿ったスキャ
ンが可能となる。それによって、例えば、イオン選択性電極の連続した直線的配
置を、層厚に関して順次測定することが可能となる。特に、本発明による品質制
御のための方法をシーケンシャルな製造サイクルに組み込むことができる。

【００１４】 材料の発光度または蛍光は、その吸収係数に依存するので、発光度または蛍光は
また、入射光の波長に結合される。それ故、好都合なことに、層表面に照射され
る電磁的輻射は、吸収体の吸収帯域に対応する波長を有している。しかしながら
、この場合、照射波長の選択またはメンブレン内の着色剤濃度の選択によって、
測定が、明らかに計算可能な関係、理想的にはリニアな関係が、反射光または蛍
光の量とメンブレンの層厚との間において生じるような領域において実行されな
ければならないことに留意されるべきである。

【００１５】 特に、本発明による方法にとっては、着色剤、クルクミン （１，７‐ビス（４
‐ヒドロキシ‐３‐メトキシ‐フェニル）１，６‐ヘプタジエン‐３，５‐ジオ
ン）、スカーレットレッド （１（‐２‐メチル‐４‐ｏ‐トリルアゾ‐フェニ
アゾ）‐（２）ナフトール）、またはシコドップブルー （ＢＡＳＦ社によって
製造販売された不溶性着色剤からなる色素剤ペーストの登録商標。その化学構造
は公知ではない。）が適している。クルクミンは、食品着色剤として、毒性を有
していないという付加的な長所を有する蛍光着色剤である。

【００１６】 図１は、本発明による方法に従って測定を行うための装置を示した図である。こ
の装置は、コンピュータ１およびデンシトメータとしてＴＬＣスキャナ２（薄層
クロマトグラフスキャナ）を備えている。ＴＬＣスキャナ２およびコンピュータ
１は、接続ケーブル３を介して互いに接続され、それによって、コンピュータ１
は、デンシトメータ２を制御し、測定曲線を記録する。

【００１７】 測定の間に測定されるべき対象物が、スキャナ２の載置台上に配置され、磁気ス
トリップによって固定され、デンシトメータ２内に挿入される。可視光の領域に
おける測定に対して、タングステンランプが光源として使用される一方、水銀ラ
ンプが蛍光を励起するために選択される。後者の場合、さらに対応するカットオ
フフィルタが、デンシトメータ２の測定用光電子増倍管の前に配置され、それに
よって、励起光と蛍光をスペクトル的に分離することができるようになっている
。

【００１８】 対応する測定パセメータが、コンピュータ１に入力された後、測定が開始される
。図２に示されるように、光のビームが、１方向に沿ってサンプル上に照射され
る。反射光の強度が測定され、その吸収に対する比例性に基づいて、吸収として
表現される。あるいは、蛍光が測定される。

【００１９】 図２は、一連のイオン選択性電極の測定を説明した図である。

【００２０】 この形式のイオン選択性電極を製造するために、アナライト特定イオノフォアを
備えたプラスチックメンブレンが使用される。タブルマトリックスメンブレンの
技術によって製造されるセンサの場合には、例えば、ＰＶメンブレンが、液体状
で、多孔質材料に適用される。このメンブレンの一部が、マトリックス内に侵入
し、残りの部分は、キャビティ内において多孔質層の全体にわたって均一に分布
する。このプロセスにおいて、電極は、測定媒体に対してシールされる。漏れを
最小限にするため、従来技術に従って、ＰＶＣカクテルを備えた少なくとも四重
の電極充填物が必要とされる。充填物の均一性および不透過性に関する品質上の
要件を維持するため、本発明に従ってデンシトメータを用いた方法を使った検査
が行われる。この目的のために、例えば、電磁輻射を吸収する着色剤、または蛍
光物質が、液体状のＰＶＣメンブレンに、メンブレンが注出される前に添加され
る。吸収体として上述の色素剤または着色剤が使用され得る。さらには、蛍光物
質が使用され得る。

【００２１】 次に、図２は、このように大量生産され、測定テーブル４上に置かれた一連のイ
オン選択性電極６、６’、６”、６''' 、６””を示している。これらの電極は
、センサアレイ５内に個々のセンサ小片として製造され、互いに並んで配置され
る。電極６〜６””はそれぞれ測定ヘッド７を有している。この測定ヘッド７は
、測定されるべきイオン選択性メンブレンを含んでいる。

【００２２】 励起光８が、測定テーブル上に照射され、測定ヘッド７からの反射光９が測定さ
れ、吸収として表現される。反射光の量によって、測定ヘッド７内におけるイオ
ン選択性メンブレンの層厚、そしてまた、均一性が測定される。

【００２３】 測定テーブル４は、矢印の方向に配置され、それによって、一方では個々のセン
サ小片が、列６””、６''' 、６”、６’、そして最後にセンサ小片6 の順序で
測定され、他方、それぞれの測定ヘッド７のイオン選択性メンブレンのプロファ
イルが、矢印方向に沿って測定される。

【００２４】 テンシトメータの測定レンジを調節するために、測定の開始前に、ゼロ点調節が
着色されないマトリックスを用いて実行される。

【００２５】 図３は、異なる濃度の着色剤スカーレットレッドを有する、上述の形式の電極メ
ンブレンに対する較正曲線を示した図である。メンブレン内における約０．１２
ｇ／ｌの濃度までのスカーレットレッドが、特に、メンブレン内の着色剤の強度
および量に関する一次直線的な相関関係を示しているものと認められる。品質保
証の枠組の中で、異なるメンブレン層厚を明確に区別することを可能とするため
、着色剤の得られた量は、測定ヘッド７のメンブレンキャビティが十分に充填さ
れている場合には、少なくとも因子２だけ、この濃度の下側に位置しなければな
らない。濃度が高くなると、一次直線的な測定レンジは信頼性を有しなくなり、
測定の解像度はより低下し、あるいは測定不能となる。

【００２６】 図４は、５つの連続した測定ヘッド７に関しての、図２に示されるような方法に
よって測定された測定曲線を示した図である。この場合、個々の測定ヘッドは、
０．０２２４ｇ／ｌのスカーレットレッドを含むイオン選択性メンブレンを１回
（番号１）、２回（番号２）、３回、４回または５回（番号３、４または５）に
わたって充填されている。イオン選択性メンブレンに対する固定されたキャビテ
ィの寸法に基づいて、イオン選択制メンブレンの５つの異なる層厚を備えた測定
ヘッドが、こうして製造された。

【００２７】 すぐにわかるように、イオン選択性メンブレン内における着色剤の濃度が同一で
あれば、層厚は、５つの異なるシグナル強度、すなわちその層厚と直接相関関係
を有するシグナル強度を生じる。これによって、本発明による方法が、イオン選
択性メンブレンにおける層厚を決定するために用いられ得ることが証明される。
図５は、５つの連続する測定ヘッド７に関して、図２に示されるような方法によ
って決定された別の測定曲線を示した図である。この場合、測定ヘッドは、０．
０２２４ｇ／ｌのクルクミンを含むイオン選択性メンブレンを１回〜５回（番号
１〜５）充填されている。こうして、５つの測定ヘッドが製造され、そのメンブ
レンの層厚は、測定ヘッド１における単一のもとの層厚と、もとの層厚の５倍の
層厚との間で変化する。すぐにわかるように、ここでまた、イオン選択性メンブ
レンにおける着色剤の濃度が同一であれば、層厚は、測定された蛍光に対する５
つの異なるシグナル強度、すなわち層厚と相関関係を有する測定ヘッド１〜４に
対するシグナル強度を生じさせる。測定ヘッド４および測定ヘッド５の間のシグ
ナル強度は、もはや実質的には異ならない。なぜなら、この場合、層厚が大きく
なった結果、シグナルの飽和領域が生じているからである。したがって、着色剤
、クルクミンは、０．０２２４ｇ／ｌの選択された濃度において、測定ヘッド１
〜４の層厚を互いに区別するために用いられ得る。また、より大きな層厚を検出
するため、例えば、測定ヘッド５の層厚を測定するため、メンブレン溶液中にお
ける蛍光物質クルクミンの濃度を減少されることが必要とされる。これによって
、本発明によって方法が、また、蛍光の測定によるイオン選択性メンブレン中の
層厚の測定に対しても用いられ得ることが証明される。

【００２８】 図６は、図２において励起光の下側に示された測定テーブル４とともに矢印方向
に押し出される２つの連続した測定ヘッド７、７’を示した図である。反射光の
関係するシグナルは、図６の下側部分に示されている。

【００２９】 測定ヘッド７、７’は、それぞれキャビティを環状に取り巻く各１つの銀製電極
１０または１０’を備えている。このキャビティ内には、イオン選択性メンブレ
ン材料１１、１１’のメンブレン充填物が充填される。イオン選択性メンブレン
材料１１、１１’は、シグナルを発生させるための銀製電極１０、１０’を備え
た測定キャビティのここに図示されない後方側面に接触する。

【００３０】 メンブレン充填物１１または１１’は、キャビティ内に充填される前に、液体状
態にある間に、２つの測定ヘッド７、７’に対して同一の着色剤濃度を有するス
カーレットレッドで着色された。

【００３１】 図６から明らかなように、メンブレン充填物１１、１１’のスカーレットレッド
によって着色された着色面が吸収および反射を行うだけでなく、銀製電極１０、
１０’もまた、吸収および反射を行う。このことは、測定シグナルのそれに続く
数値計算機において考慮されなければならない。

【００３２】 それにもかかわらず、メンブレン充填物１１、１１’は、プラトーを有し、かつ
メンブレン充填物１１、１１’の層厚または着色剤濃度に対応するシグナルを生
成することは明らかである。さらに、メンブレン充填物１１、１１’のシグナル
のプラトーは背部分を有し、この背部分において、その強度がプラトーの縁にお
けるものよりわずかに低くなることが認められる。これは、充填後、メンブレン
カクテルが、キャビティの縁を持ち上げるという事実によって裏付けられ得る。
こうして、メンブレンの中央において、表面は、より薄いメンブレンカクテル、
すなわちメンブレン充填物１１、１１’のより減じられた層厚を伴って製造され
る。これによってまた、本発明による方法が、メンブレン内部、そしてまた、メ
ンブレン表面上における層厚プロフアイル、および欠陥を検出するために適して
いることが証明される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による方法に関する測定装置を示した図である。

【図２】 本発明による方法の構成を示した図である。

【図３】 着色剤濃度およびシグナル強度の間の相関関係を示した図である。

【図４】 着色剤スカーレットレッドに関するメンブレン層厚およびシグナル強度の相関関
係を示した図である。

【図５】 着色剤クルクミンに関するメンブレン層厚およびシグナル強度の間の関係を示し
た図である。

【図６】 ２つのイオン選択性電極からなる測定から得られたシグナルを示した図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１４年２月１４日（２００２．２．１４）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴェントツィンスキー，フランク ドイツ連邦共和国、48291 テルグテ、ケ ーニヒスベルゲル ヴェーク ２ (72)発明者 アイケルマン，ドルテ ドイツ連邦共和国、48161 ミュンステル、 フレーデンヴェーク ７アー Ｆターム(参考） 2F065 AA30 AA49 AA50 CC00 FF44 FF46 GG03 2G051 AA90 AB07 CA02 CB01 CB10 CC07

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面を備えた材料の層の品質を制御するための方法であって、前
   記層の表面が電磁的輻射によって照射され、前記材料の層から照射された光、例
   えば前記反射光および／または蛍光の量が測定されるような方法において、 前記材料の層が、前記輻射を吸収する物質を備えていることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 前記材料の層には、前記層の形成前に、前記輻射を吸収する物質
   が混合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記材料の層が、前記輻射を吸収する物質として、着色物質、例
   えば、着色剤または色素剤、および／またはＵＶ吸収物質および／または蛍光物
   質を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記層が、前記電磁的輻射によってスキャンされることを特徴と
   する請求項１〜請求項３のいずれかに記載の方法。
5. 【請求項５】 前記層が、逐点スキャンされることを特徴とする請求項１〜請求
   項４のいずれかに記載の方法。
6. 【請求項６】 前記層が、前記電磁的輻射によって直線的にスキャンされること
   を特徴とする請求項４または請求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】 前記層の表面上に照射される電磁的輻射が、前記輻射を吸収する
   物質の吸収体に対応する波長を有していることを特徴とする請求項１〜請求項６
   のいずれかに記載の方法。
8. 【請求項８】 前記電磁的輻射として、紫外線および／または可視光線が前記層
   の表面に照射されることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の方
   法。
9. 【請求項９】 前記輻射を吸収する物質が、粒子と結合されて前記層の材料に添
   加されることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれかに記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記輻射を吸収する物質が、ラテックス粒子と結合して前記層
    の材料に添加されることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかに記載の方
    法。
11. 【請求項１１】 クルクミン、スカーレットレッド、および／またはシコドップ
    ブルーが、前記輻射を吸収する物質として、前記層の材料に添加されることを特
    徴とする請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の方法。
12. 【請求項１２】 請求項１〜請求項１１のいずれかに記載の方法を使用して、プ
    ラスチックメンブレン、ポリマーメンブレン、イオン選択性メンブレン、ヒドロ
    ゲル、またはそれに類するものにおける層厚、または各充填物の量、または層厚
    分布、または欠損位置のような欠陥、または積層状態、または不均一性を測定す
    ることを特徴とする方法。
13. 【請求項１３】 例えばバイオセンサ中において、イオン選択性メンブレンの品
    質を制御することを特徴とする請求項１２に記載の方法。