JP2004177247A - 二酸化炭素測定方法 - Google Patents
二酸化炭素測定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004177247A JP2004177247A JP2002343375A JP2002343375A JP2004177247A JP 2004177247 A JP2004177247 A JP 2004177247A JP 2002343375 A JP2002343375 A JP 2002343375A JP 2002343375 A JP2002343375 A JP 2002343375A JP 2004177247 A JP2004177247 A JP 2004177247A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon dioxide
- concentration
- measured
- emitting plate
- light emitting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
【解決手段】受光側からα−ナフトールフタレインpH指示薬層、スライドガラス層、テトラフェニルポルフィン発光層の3つの薄膜層から構成した蛍光発光板に該受光側において、被測定領域を介して励起光線を投光し、その際の該蛍光発光板からの蛍光スペクトルの強度を検出し、この検出値に基き前記被測定領域内の二酸化炭素CO2濃度を測定することを特徴とする二酸化炭素測定方法にある。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、二酸化炭素測定用光学センサーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
二酸化炭素を精度良く高感度に測定する技術は環境分野や医療分野など様々な分野で重要である。
これまでに二酸化炭素中の炭素と酸素との結合を直接測定する赤外吸収法を用いたセンサーや半導体の電気的信号変化によるセンサーが開発され用いられてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこれらのセンサーは,センサーの点情報でしか二酸化炭素を測定することできないため,広い二酸化炭素分布や二酸化炭素の濃度変化分布等の面情報を得る事ができない等の問題点がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、これらの問題を解決した二酸化炭素測定用光学センサーでありその特徴とするところは、受光側からα−ナフトールフタレインpH指示薬層、スライドガラス層、テトラフェニルポルフィン発光層の3つの薄膜層から構成した蛍光発光板に該受光側において、被測定領域を介して励起光線を投光し、その際の該蛍光発光板からの蛍光スペクトルの強度を検出し、この検出値に基き前記被測定領域内の二酸化炭素CO2濃度を測定することを特徴とする二酸化炭素測定方法にある。
【0005】
即ち本発明の二酸化炭素測定方法は、前記構成により或被測定領域の二酸化炭素の濃度を面分布として捉えるものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
図1、図2には蛍光発光板の構成を示している。蛍光発光板はpH指示薬層、スライドガラス、発光層の3つの薄膜層からなる。
図1には、pH指示薬層表面から被測定領域を介して励起光線源からの波長350〜550nmの光線を蛍光発光板に当てると励起光線源とpH指示薬層表面間の被測定領域の二酸化炭素CO2がない場合発光層の色素Aが発光するが、その光はpH指示薬層の色素Bによって吸収され弱くなることを示す。
図2には、被測定領域に二酸化炭素CO2の量が存在し増えると発光層の色素Aからの発光は強くなりpH指示薬層の色素Bによる吸収量が減少し色が変化し強くなることを示す。
【0007】
本発明方法は、この現象に着目し、この現象が顕著であるpH指示薬と発光色素を発見し完成したのである。
即ち本発明はpH指示薬としてα−ナフトールフタレイン(図3)を発光色素としてテトラフェニルポルフィン(TPP)(図4)を用いるのである。
そこで本発明におけるの励起光線源としてはキセノンランプを分光して用い,また好ましい波長範囲は波長350〜550nmの光線であり,その理由は発光色素の吸収波長に一致するからである。
本発明におけるα−ナフトールフタレインpH指示薬層の形成方法は水酸化テトラオクチルアンモニウム,エチルセルロース,トリブチルリン酸およびpH指示薬のα−ナフトールフタレインを混ぜ合わしたトルエン−メタノール混合溶液1mlをスライドガラスに塗布することによるものであり、また好ましい濃度範囲は0.1〜10mMであり、その理由は α−ナフトールフタレインが二酸化炭素CO2によって顕著に青色から黄色に変色する範囲である。
本発明におけるスライドガラス層としての条件は、石英ガラスからなり,用いる波長範囲での透過率は100%,厚さは0.8mMであり、その理由は用いる波長範囲に置いてスライドガラス層が散乱光や蛍光を発しないためである。
本発明におけるテトラフェニルポルフィン発光層の形成方法はポリスチレンとテトラフェニルポルフィリンを混ぜ合わせたトルエン溶液1mlをスライドガラスに塗布することによるものであり、また好ましい濃度範囲は0.1〜10μMであり、その理由は発光効率が最も高い濃度範囲である。
本発明における蛍光スペクトルの強度を検出する手段としては分光器および光電子増倍管やCCDカメラ等を用いる。その理由は蛍光スペクトル強度を高感度で検出できるためである。
【0008】
【発明の実施例】
本発明の実施例における蛍光発光板は次のように製作した。
水酸化テトラオクチルアンモニウム0.7Mが入った2mlのメタノール溶液を溶液▲1▼とし、2.5mlのトルエンにエチルセルロース0.25gを溶解させたものを溶液▲2▼とした。その後溶液▲1▼0.3ml、溶液▲2▼0.5ml、トリブチルリン酸0.05ml、トルエン1.4ml、からなる膜形成溶液にpH指示薬のα−ナフトールフタレイン2.23μmolを混ぜ合わしたものを溶液▲3▼とし、溶液▲3▼から0.02ml取り出しスライドガラス(1.3×2.6cm 厚さ0.8mm)上に均厚に塗布しこれを乾燥して10μ厚のpH指示薬層膜を形成した。(濃度は1mMである。)
この後スライドガラスの裏側に膜形成溶液のポリスチレンと発光色素のテトラフェニルポルフィンTPPを溶かしたトルエン溶液から0.02ml取り出し均一に塗布しこれを乾燥して50μ厚の発光層膜を形成した。(濃度は10μMである。)
【0009】
次にこの蛍光発光板の測定感度評価方法は次の通りである。
励起光線としてキセノンランプを分光した波長350nmの光線を用いこれを蛍光発光板のpH指示薬層膜側の50mm離間位置から投光し蛍光発光板からの蛍光スペクトル強度を蛍光分光光度計を用いて測定した。
その際CO2濃度を0〜100%まで変化させて測定を行った。
図5にα−ナフトールフタレインとテトラフェニルポルフィンTPPを用いた蛍光発光板からの蛍光スペクトル(横軸)の強度(縦軸)変化を示す。CO2濃度(添え書き縦軸)の増加とともに蛍光スペクトル強度(縦軸)が強くなっていることが分かる。
【0010】
次に窒素とCO2を交互に吹きかけながら蛍光発光板からの蛍光スペクトルの強度変化を測定することによって窒素からCO2あるいはCO2からN2の応答時間を測定した。
蛍光発光板の応答回復時間を測定した結果を図6に示す。
応答時間(横軸)は窒素(N2)100%からCO2100%にした時、回復時間はその逆にした時、それぞれの蛍光スペクトル強度(縦軸)が一定になるまでの時間と定義される。
応答及び回復時間はこれまでに試みられたpH指示薬(pH指示薬を無機ガラス膜固定化したもの)を利用した蛍光発光板では数十分から数時間かかるのに比し、本例の蛍光発光板では7.6秒と23.7秒という速い変化を示した。
【0011】
次に本実施例の蛍光発光板の線形的校正について詳述する。
図7はCO2濃度と蛍光スペクトル強度(縦軸)をプロットしたものである。
このプロット方法は、CO2濃度0%の時の蛍光スペクトル強度を0とし、他の0%を越えるCO2濃度の時の蛍光スペクトル強度からCO2濃度0%での蛍光スペクトル強度を引いて規格化してプロットしたものである。
pH指示薬とCO2とが1:1で反応すると仮定した場合、蛍光スペクトル強度とCO2濃度の関係はInt=(b[CO2])/(a+[CO2])(Int=蛍光強度、[CO2]=CO2濃度)と表せる。
この式を利用し、カーブフィットしたものが図中の実線である。
さらに図7で用いた式を線形化するために、この式の両辺の逆数をとり(1/Int=c{1/[CO2]}+d)でプロットしたものが図8である。
このことから得られた蛍光スペクトル強度とCO2濃度の逆数プロットから線形的に二酸化炭素CO2濃度値を校正すればよい。
このように本例の蛍光発光板は、測定した蛍光スペクトル強度から容易にCO2濃度に変換することができる。
【0012】
次に本実施例の蛍光発光板におけるpH指示薬の濃度による感度変化について詳述する。
pH指示薬膜層中のα−ナフトールフタレインの濃度を変えた場合のセンサー特性を調べた結果を図9に示す。
図9ではα−ナフトールフタレインの濃度を低くした蛍光発光板では低いCO2濃度に対して蛍光スペクトルの強度の変化速度が急峻で変化量も大きく、濃度を高くした蛍光発光板ではCO2濃度の変化に対して蛍光スペクトルの強度が安定した速度で変化し且つ高い領域でも大きな変化が見られた。このことよりpH指示薬膜中のα−ナフトールフタレインの濃度を適宜に変えることにより蛍光発光板からの蛍光スペクトルの強度を任意に幅広く変更することができる。
【0013】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の二酸化炭素測定方法は、前記構成により二酸化炭素の濃度変化を面分布として高感度で捉えることができるため二酸化炭素分布や濃度変化の詳細な面情報が得られ,例えば海水中の二酸化炭素濃度分布の測定や室内の二酸化炭素濃度分布の測定等々の優れた効果をもたらすものである。
【0014】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の二酸化炭素測定方法の構成と二酸化炭素が存在しないケースの原理を示す断面説明図である。
【図2】本発明の二酸化炭素測定方法の構成と二酸化炭素が存在するケースの原理を示す断面説明図である。
【図3】pH指示薬例として使用のα−ナフトールフタレインの分子構造を示す。
【図4】発光色素例として使用のテトラフェニルポルフィン(TPP)の分子構造を示す。
【図5】CO2濃度による蛍光スペクトル変化を示すグラフである。
【図6】本発明方法による二酸化炭素測定時の応答時間を示すグラフである。
【図7】CO2濃度による蛍光スペクトルの強度変化を示すグラフである。
【図8】CO2濃度対蛍光スペクトルの直線プロットを示すグラフである。
【図9】3種のα−ナフトールフタレインの濃度各々についてCO2濃度と蛍光スペクトルの強度変化を示すグラフである。
Claims (1)
- 受光側からα−ナフトールフタレインpH指示薬層、スライドガラス層、テトラフェニルポルフィン発光層の3つの薄膜層から構成した蛍光発光板に該受光側において、被測定領域を介して励起光線を投光し、その際の該蛍光発光板からの蛍光スペクトルの強度を検出し、この検出値に基き前記被測定領域内の二酸化炭素CO2濃度を測定することを特徴とする二酸化炭素測定方法にある。
【0001】
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002343375A JP2004177247A (ja) | 2002-11-27 | 2002-11-27 | 二酸化炭素測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002343375A JP2004177247A (ja) | 2002-11-27 | 2002-11-27 | 二酸化炭素測定方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004177247A true JP2004177247A (ja) | 2004-06-24 |
Family
ID=32705162
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002343375A Pending JP2004177247A (ja) | 2002-11-27 | 2002-11-27 | 二酸化炭素測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004177247A (ja) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7811276B2 (en) | 2005-11-10 | 2010-10-12 | Nellcor Puritan Bennett Llc | Medical sensor and technique for using the same |
KR100994691B1 (ko) | 2008-12-16 | 2010-11-16 | 전남대학교산학협력단 | 형광염료가 고정화된 이산화탄소 검출용 센서막의 제조방법 |
US7992561B2 (en) | 2006-09-25 | 2011-08-09 | Nellcor Puritan Bennett Llc | Carbon dioxide-sensing airway products and technique for using the same |
US8062221B2 (en) | 2005-09-30 | 2011-11-22 | Nellcor Puritan Bennett Llc | Sensor for tissue gas detection and technique for using the same |
US8396524B2 (en) | 2006-09-27 | 2013-03-12 | Covidien Lp | Medical sensor and technique for using the same |
US8420405B2 (en) | 2006-09-25 | 2013-04-16 | Covidien Lp | Carbon dioxide detector having borosilicate substrate |
US8431087B2 (en) | 2006-09-25 | 2013-04-30 | Covidien Lp | Carbon dioxide detector having borosilicate substrate |
US8431088B2 (en) | 2006-09-25 | 2013-04-30 | Covidien Lp | Carbon dioxide detector having borosilicate substrate |
US8449834B2 (en) | 2006-09-25 | 2013-05-28 | Covidien Lp | Carbon dioxide detector having borosilicate substrate |
KR101807085B1 (ko) * | 2015-06-12 | 2017-12-08 | (주)지피엔이 | 이산화탄소 지시제 |
CN116738232A (zh) * | 2023-06-16 | 2023-09-12 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种基于ftir光谱的城市大气碳排放分布检测方法 |
-
2002
- 2002-11-27 JP JP2002343375A patent/JP2004177247A/ja active Pending
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8062221B2 (en) | 2005-09-30 | 2011-11-22 | Nellcor Puritan Bennett Llc | Sensor for tissue gas detection and technique for using the same |
US7811276B2 (en) | 2005-11-10 | 2010-10-12 | Nellcor Puritan Bennett Llc | Medical sensor and technique for using the same |
US8431088B2 (en) | 2006-09-25 | 2013-04-30 | Covidien Lp | Carbon dioxide detector having borosilicate substrate |
US7992561B2 (en) | 2006-09-25 | 2011-08-09 | Nellcor Puritan Bennett Llc | Carbon dioxide-sensing airway products and technique for using the same |
US8109272B2 (en) | 2006-09-25 | 2012-02-07 | Nellcor Puritan Bennett Llc | Carbon dioxide-sensing airway products and technique for using the same |
US8128574B2 (en) | 2006-09-25 | 2012-03-06 | Nellcor Puritan Bennett Llc | Carbon dioxide-sensing airway products and technique for using the same |
US8420405B2 (en) | 2006-09-25 | 2013-04-16 | Covidien Lp | Carbon dioxide detector having borosilicate substrate |
US8431087B2 (en) | 2006-09-25 | 2013-04-30 | Covidien Lp | Carbon dioxide detector having borosilicate substrate |
US8449834B2 (en) | 2006-09-25 | 2013-05-28 | Covidien Lp | Carbon dioxide detector having borosilicate substrate |
US8454526B2 (en) | 2006-09-25 | 2013-06-04 | Covidien Lp | Carbon dioxide-sensing airway products and technique for using the same |
US8396524B2 (en) | 2006-09-27 | 2013-03-12 | Covidien Lp | Medical sensor and technique for using the same |
KR100994691B1 (ko) | 2008-12-16 | 2010-11-16 | 전남대학교산학협력단 | 형광염료가 고정화된 이산화탄소 검출용 센서막의 제조방법 |
KR101807085B1 (ko) * | 2015-06-12 | 2017-12-08 | (주)지피엔이 | 이산화탄소 지시제 |
CN116738232A (zh) * | 2023-06-16 | 2023-09-12 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种基于ftir光谱的城市大气碳排放分布检测方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8084001B2 (en) | Photoluminescent silica-based sensors and methods of use | |
JP4460767B2 (ja) | 酸素検出膜およびそれを作製する方法 | |
US7919744B2 (en) | Optical standard for the calibration and characterization of optical measuring devices | |
Fischer et al. | Referenced Dual Pressure‐and Temperature‐Sensitive Paint for Digital Color Camera Read Out | |
CN1507560A (zh) | 带有参考通道的电光传感器件 | |
JP2002501191A (ja) | 反射材料を備えた光学センサおよびそのような光学センサを作製するための方法 | |
JP2004177247A (ja) | 二酸化炭素測定方法 | |
WO1989002072A1 (en) | Method and apparatus for optically measuring concentration of material | |
JP2002502495A (ja) | 改良された蛍光検出デバイス | |
WO2015010434A1 (zh) | 一种材料反射特性测量装置及方法 | |
JP2018525649A (ja) | 分析装置 | |
JP3653536B2 (ja) | 光学的酸素濃度測定方法及び光学的酸素濃度測定用センサ | |
JP2006125940A (ja) | フォトルミネッセンス量子収率測定方法およびこれに用いる装置 | |
Liao et al. | Optical chemosensors for the gas phase detection of aldehydes: mechanism, material design, and application | |
US7459697B2 (en) | Fluorescence measuring equipment | |
JPH09113450A (ja) | ガス濃度検知方法における検知ガス濃度領域調整方法 | |
JPS62190445A (ja) | 物質中に含まれる成分の濃度を求めるための方法 | |
JP5867681B2 (ja) | レシオ法に基づいた酸素センサー | |
Stich et al. | Fluorescence sensing and imaging using pressure-sensitive paints and temperature-sensitive paints | |
Gorbunova et al. | A monitor calibrator as a portable tool for determination of luminescent compounds | |
KR101444584B1 (ko) | 옥사진을 포함하는 암모니아 검출용 형광센서막, 그 제조방법 및 이를 이용한 수중 암모니아 검출 방법 | |
JP2011075479A (ja) | 活性酸素の測定方法および活性酸素測定用素子 | |
CN111077122A (zh) | 一种量子点温度检测装置 | |
CN218724724U (zh) | 一种量子效率测量用积分球 | |
CN211825690U (zh) | 一种量子点温度检测装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20041117 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Effective date: 20041117 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 |
|
A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20050621 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20061012 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20061121 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070320 |