JP2005338057A - Apparatus and method for identifying substance - Google Patents

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利行 高松
Hirozo Ishimoto
博三 石本
Yoshinori Kanno
善則 管野
Hirokazu Tanaka
宏和 田中
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique of specifying a very small amount of chemical substances for monitoring environment for conserving environment, since environmental pollution due to dioxins, environmental hormones, etc. has caused serious social problems in recent years. <P>SOLUTION: In the technique using at least one type of frequency converting element for identifying substances, the substances are identified through the use of a frequency-converting element, such as a quartz oscillator, by determining a differential coefficient of an initial change rate of an approximate curve due to frequency changes, caused when substances are adsorbed. By using two or more types of frequency-converting elements, a technique capable of further improving identification accuracy is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、周波数変換素子を用いる物質識別法に関し、特に環境基準に定められた揮発性有機化合物等の識別を簡易に行うために有益な測定装置に関するものである。   The present invention relates to a substance identification method using a frequency conversion element, and more particularly to a measurement apparatus useful for easily identifying a volatile organic compound or the like defined in environmental standards.

近年、室温環境中において比較的簡易に測定が可能である高感度ガスセンサとして、QCM (Quartz Crystal Microbalance)方式センサーが注目されている。このセンサは、水晶振動子などの周波数変換素子表面に形成された電極と、前述電極上に於いて有機材料などをガス物質捕捉膜として形成した構造を有しており、ガス物質捕捉膜に捕捉したガスの質量変化を水晶振動子など周波数変換素子の共振周波数変化として検出するものである。   In recent years, a QCM (Quartz Crystal Microbalance) type sensor has attracted attention as a highly sensitive gas sensor that can be measured relatively easily in a room temperature environment. This sensor has a structure in which an electrode formed on the surface of a frequency conversion element such as a crystal resonator and an organic material is formed on the aforementioned electrode as a gas substance trapping film. The change in mass of the detected gas is detected as a change in resonance frequency of a frequency conversion element such as a crystal resonator.

特開平1−244335号には、レセプターが表面に形成されている水晶発振子を異なる種類で複数個組み合わせて構成され、個々の水晶振動子の周波数変化値をパターン化し、所定の物質が持ったにおい、味の識別をパターンから識別することを可能にする化学センサの提案がある。   In Japanese Patent Laid-Open No. 1-244335, a plurality of quartz oscillators having receptors formed on their surfaces are combined in a plurality of different types, and the frequency change values of individual quartz crystal resonators are patterned to have a predetermined substance. There are proposals for chemical sensors that make it possible to distinguish odors and tastes from patterns.

特開平5−72093号には、有機薄膜を被覆した周波数変換素子、好ましくは水晶発振子を用いて化学物質を識別するにあたり、有機薄膜に吸着される吸着分子の吸着による周波数変化量、吸着量または分配係数を求め、そのデータを解析することにより、数多くの化学物質に適用しうる有機薄膜の選定を容易にかつ効率よくし、選定された有機薄膜を用いることにより、物質を識別する提案がある。
特開平1−244335号公報 特開平5−72093号公報
In JP-A-5-72093, in identifying a chemical substance using a frequency conversion element coated with an organic thin film, preferably a crystal oscillator, a frequency change amount and an adsorption amount due to adsorption of adsorbed molecules adsorbed on the organic thin film. Or, by finding the distribution coefficient and analyzing the data, it is easy and efficient to select organic thin films that can be applied to many chemical substances, and there is a proposal to identify substances by using the selected organic thin films. is there.
JP-A-1-244335 JP-A-5-72093

しかしながら、特開平1−244335号においては、異なる膜を持つ複数個の周波数変換素子の膜ごとの周波数変化量をパターン化することによって識別するしかなく、物質全体の定量・判別は可能であるが、物質を構成している化学物質の判別は困難であるのに加え、パターン認識を行うために、複数の周波数変換素子を備えることが必須条件である。   However, in JP-A-1-244335, it is only possible to identify the frequency change amount for each film of a plurality of frequency conversion elements having different films by patterning, and the whole substance can be quantified and discriminated. In addition to the difficulty of discriminating the chemical substances constituting the substance, it is essential to provide a plurality of frequency conversion elements in order to perform pattern recognition.

特開平5−72093号においては、物質を識別するにあたり、周波数変化量、吸着量、分配係数などの値を求め、識別対象物質と相関関係のある有機膜の選定を行う必要性があり、ある範囲で識別対象物を想定して有機膜の選定を行わないと識別が困難であるという問題がある。   In JP-A-5-72093, when identifying a substance, it is necessary to obtain values such as a frequency change amount, an adsorption amount, a distribution coefficient, etc., and to select an organic film having a correlation with the substance to be identified. There is a problem that it is difficult to identify unless an organic film is selected on the assumption of an identification object in the range.

本発明は上記の課題を解決するためになされており、物質を識別するにあたって、水晶振動子などの周波数変換素子をもちいて、物質が吸着した際に起こる周波数変化を発振周波数の変化が始まってから所定時間後における周波数変化の時間微分(ここでは、通称、初速度法と呼ぶ)を求める事により、物質を識別する物質識別装置および物質識別方法を提供するものである。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. In identifying a substance, a frequency conversion element such as a crystal resonator is used, and a frequency change that occurs when the substance is adsorbed is started. Thus, a substance identification apparatus and a substance identification method for identifying a substance are provided by obtaining a time derivative of a frequency change after a predetermined time (common name, referred to as an initial velocity method).

本発明は、無機系材料から構成される周波数変換素子、前記周波数変換素子上に設けられる電極、および前記電極上に設けられる有機膜を有する検出部により物質を検知し発振周波数の変化が始まってから所定時間後における周波数変化の時間微分(初速度法)を測定値として算出する解析部を備えており、特開平1−244335号のようにパターン認識に頼らず測定値という明確な数値による比較が可能となる。   In the present invention, a substance is detected by a detection unit having a frequency conversion element composed of an inorganic material, an electrode provided on the frequency conversion element, and an organic film provided on the electrode, and a change in oscillation frequency begins. And an analysis unit for calculating a time derivative (initial velocity method) of a frequency change after a predetermined time as a measurement value, and comparing with a clear numerical value as a measurement value without depending on pattern recognition as disclosed in JP-A-1-244335. Is possible.

特開平1−244335号のようなパターン認識では周波数変換素子が複数必要とされるが、本発明は吸着物質ごとの極性、吸着力、膜とのケミカルアフェニティ(特に吸着の初期段階において、吸着量の大きさに最も大きく寄与するのが物質のこのケミカルアフェニティである)、化学結合力等の関係により吸着物質の傾きが異なることに着目し、最低一個の周波数変換素子から、材料固有の近似式をもとにして吸着物質の初期吸着過程における時間に対する周波数変化量を対数関数による近似を行って、吸着開始時から所定時間後における時間微分(初速度法)より求められる理論値を算出し、判定部において前記測定値と前記理論値を照合し物質の判定を行うことができる。   In pattern recognition as disclosed in JP-A-1-244335, a plurality of frequency conversion elements are required. However, the present invention relates to the polarity of each adsorbed substance, the adsorbing force, and the chemical affinity with the film (especially in the initial stage of adsorption). It is this chemical affinity of the substance that contributes the most to the magnitude of the quantity), and paying attention to the fact that the slope of the adsorbed substance varies depending on the relationship such as chemical bond strength, Based on the approximate expression, the amount of frequency change with time in the initial adsorption process of the adsorbed material is approximated by a logarithmic function, and the theoretical value obtained by time differentiation (initial velocity method) after a predetermined time from the start of adsorption is calculated. In the determination unit, the measured value and the theoretical value are collated to determine the substance.

本発明は、有機膜を備える物質識別用センサから得られる、有機膜に対象物質が吸着することにより生じる発振周波数の変化を測定し、発振周波数の変化が始まってから所定時間後における周波数変化の時間微分(初速度法)を測定値として算出し、さらに各物質に固有な既知の近似式をもとに、前記発振周波数の変化が始まってから所定時間後における周波数変化の時間微分(初速度法)を理論値として算出し、前記測定値と前記理論値とを照合し、周波数変化に対応する物質を判定する物質識別方法である。これにより、特開平5−72093号において、物質を識別するにあたり不可欠だった識別対象物質と相関関係のある有機膜の選定を行う必要が無く、有機膜に吸着する物質であれば膜の種類に関係なく識別することを可能としている。   The present invention measures a change in oscillation frequency obtained by adsorption of a target substance on an organic film, obtained from a substance identification sensor having an organic film, and measures the frequency change after a predetermined time from the start of the change in oscillation frequency. The time derivative (initial velocity method) is calculated as a measured value, and further, the time derivative (initial velocity) of the frequency change after a predetermined time from the start of the oscillation frequency change based on a known approximate expression specific to each substance. Method) is calculated as a theoretical value, the measured value is compared with the theoretical value, and the substance corresponding to the frequency change is determined. Accordingly, in JP-A-5-72093, there is no need to select an organic film having a correlation with a substance to be identified, which is indispensable for identifying a substance. It is possible to identify regardless.

本発明に係わる有機膜を用いた物質識別方法を用いれば、有機膜で形成された少なくとも1種類の周波数変換素子を用いることで微分係数を求めることにより、簡易に対象物質の識別を行うことができる効果が得られる。   By using the substance identification method using an organic film according to the present invention, it is possible to easily identify a target substance by obtaining a differential coefficient by using at least one type of frequency conversion element formed of an organic film. The effect that can be obtained.

また、異なる有機薄膜で形成された周波数変換素子を少なくとも2種類以上用いることにより、本発明に係わる有機膜を用いた物質識別方法の識別精度を向上する効果を得ることができる。   Further, by using at least two kinds of frequency conversion elements formed of different organic thin films, it is possible to obtain the effect of improving the identification accuracy of the substance identification method using the organic film according to the present invention.

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。図1は、物質識別装置の構成図である。物質識別装置の構成について図1を用いて以下に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a substance identification device. The configuration of the substance identification device will be described below with reference to FIG.

物質識別装置は、周波数変換素子としての水晶振動子1、電極3、有機膜2の3要素からなる検知部(E1)、発振部としての発振器(E4)、周波数測定部(E5)、演算部(E10)にあたる以下の4要素、即ち解析部(E6)、判定部(E7)、表示部(E8)、および記憶部(E9)から構成されている。   The substance identification device has a detection unit (E1) composed of three elements of a crystal resonator 1, an electrode 3, and an organic film 2 as a frequency conversion element, an oscillator (E4) as an oscillation unit, a frequency measurement unit (E5), and a calculation unit. The following four elements corresponding to (E10), that is, an analysis unit (E6), a determination unit (E7), a display unit (E8), and a storage unit (E9) are included.

図3は、水晶振動子検出部の断面図である。図3に示すように、検知部(E1)は、例えば水晶振動子1の両面に設けられた電極3の一方の表面に有機膜2を取り付けることで構成される。有機膜2は、広範囲の物質に対して吸着可能な吸着サイトを有する。   FIG. 3 is a cross-sectional view of the crystal resonator detector. As shown in FIG. 3, the detection unit (E1) is configured, for example, by attaching an organic film 2 to one surface of the electrode 3 provided on both surfaces of the crystal resonator 1. The organic film 2 has an adsorption site that can adsorb a wide range of substances.

有機膜2は検知部(E1)における感応部に相当し、例えば公知の高分子化合物やポリイオンコンプレックス型脂質、リン脂質等がその材料として挙げられる。なお、感応部として機能する有機物であれば、有機膜2の材料は上記に限定されるものではない。   The organic film 2 corresponds to a sensitive part in the detection part (E1), and examples thereof include known polymer compounds, polyion complex lipids, and phospholipids. In addition, as long as it is an organic substance which functions as a sensitive part, the material of the organic film 2 is not limited to the above.

上記の有機膜2を形成する方法としては、例えば有機物をジクロロメタン等適切な溶媒を用いて溶解させた液体をマイクロシリンジ、非接触型ディスペーサー等を用いて塗布する方法やLB法(Langmuir-Blodgett膜)によって行うことができる。   Examples of the method for forming the organic film 2 include a method in which a liquid obtained by dissolving an organic substance using a suitable solvent such as dichloromethane is applied using a microsyringe, a non-contact despacer, or the LB method (Langmuir-Blodgett). Film).

周波数測定部(E5)としては、例えば周波数カウンター等の様な時間経過と周波数変化のデータを得ることができる装置が挙げられる。   An example of the frequency measurement unit (E5) is a device that can obtain data on the passage of time and frequency change, such as a frequency counter.

演算部(E10)は、解析部(E6)、判定部(E7)、表示部(E8)、および記憶部(E9)から構成されており、周波数測定部(E5)に接続されている。演算部(E10)として、たとえばPC端末装置およびディスプレイを用いることができる。   The calculation unit (E10) includes an analysis unit (E6), a determination unit (E7), a display unit (E8), and a storage unit (E9), and is connected to the frequency measurement unit (E5). As the calculation unit (E10), for example, a PC terminal device and a display can be used.

記憶部(E9)は、各物質に固有な既知の近似式を特定する数式データを記憶している。近似式は、発振周波数の変化が始まってから所定時間後における周波数変化の時間微分を算出するための近似式であって、数値の集合である数式データにより特定される。記憶部(E9)は、RAM、ROM等のメモリにより構成される。また、ハードディスク等により構成されていてもよい。   The storage unit (E9) stores mathematical formula data that identifies a known approximate formula unique to each substance. The approximate expression is an approximate expression for calculating a time derivative of the frequency change after a predetermined time from the start of the change of the oscillation frequency, and is specified by mathematical formula data which is a set of numerical values. The storage unit (E9) is configured by a memory such as a RAM or a ROM. Moreover, you may be comprised by the hard disk etc.

解析部(E6)は、発振周波数の変化が始まってから所定時間後における周波数変化の時間微分を測定値として算出する。また、解析部(E6)は、記憶部から数式データを読み出し、数式データをもとに、発振周波数の変化が始まってから所定時間後における周波数変化の時間微分を理論値として算出する。解析部(E6)は、CPUから構成される。   The analysis unit (E6) calculates a time derivative of the frequency change after a predetermined time from the start of the change of the oscillation frequency as a measured value. The analysis unit (E6) reads mathematical formula data from the storage unit, and based on the mathematical formula data, calculates a time derivative of the frequency change after a predetermined time from the start of the change of the oscillation frequency as a theoretical value. The analysis unit (E6) is composed of a CPU.

判定部(E7)は、測定値と理論値とを照合することで、周波数変化に対応する物質を判定する。判定部(E7)は、CPUから構成される。表示部(E8)は、判定結果を表示する。たとえば、表示部(E8)は液晶、CRT、有機EL等のディスプレイを用いることができる。   The determination unit (E7) determines the substance corresponding to the frequency change by comparing the measured value with the theoretical value. The determination unit (E7) is composed of a CPU. The display unit (E8) displays the determination result. For example, a display such as a liquid crystal, a CRT, or an organic EL can be used for the display unit (E8).

本発明の測定方法に関して図2を用いて説明する。図2は、物質識別装置の測定方法の各過程を示したフローチャートである。   The measurement method of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing each process of the measurement method of the substance identification device.

検知部(E1)に発振器(E4)から一定周波数を入力し発振させる(ステップS1)。次に有機膜2を持つ検知部(E1)について、対象物質を吸着させる(ステップS2)。対象物質が検知部(E1)の有機膜2に吸着することにより、周波数に変化が生じる。この周波数変化を周波数測定部(E5)により測定する。(ステップS3)。解析部(E6)は、周波数変化の情報を受けて、発振周波数の変化が始まってから所定時間後における周波数変化の時間微分(初速度法)を測定値として算出する(S4)。さらに記憶部(E9)より核物質に固有な既知の近似式を特定する数式データを出力し、前述数式データをもとに所定時間後における周波数変化の時間微分(初速度法)を理論値として算出する(ステップS5)。所定時間としては、300秒が好ましい。なお、ステップ4およびステップ5の過程の順番はどちらが前後になってもよい。   A constant frequency is input from the oscillator (E4) to the detector (E1) to oscillate (step S1). Next, the target substance is adsorbed on the detection unit (E1) having the organic film 2 (step S2). When the target substance is adsorbed on the organic film 2 of the detection unit (E1), the frequency changes. This frequency change is measured by the frequency measuring unit (E5). (Step S3). The analysis unit (E6) receives the information on the frequency change, and calculates the time derivative (initial speed method) of the frequency change after a predetermined time from the start of the change of the oscillation frequency as a measured value (S4). Furthermore, the mathematical data that identifies the known approximate expression specific to the nuclear material is output from the storage unit (E9), and the time derivative of the frequency change after a predetermined time (initial velocity method) as a theoretical value based on the mathematical data described above Calculate (step S5). The predetermined time is preferably 300 seconds. It should be noted that the order of steps 4 and 5 may be either before or after.

判定部(E7)は、前述測定値と前述理論値とを照合して物質を判別する(ステップS6)。ステップS4について、近似曲線を求める際には、発振周波数の変化が始まってから所定時間後における周波数変化において、複雑で非線形を示している部分を除き、一般に線形曲線で近似可能な部分について対数関数を用いて近似する。表示部(E8)は、判定の結果を表示する。   The determination unit (E7) determines the substance by comparing the measured value with the theoretical value (step S6). When obtaining an approximate curve for step S4, a logarithmic function is generally obtained for a portion that can be approximated by a linear curve, except for a portion that is complex and non-linear in frequency change after a predetermined time from the start of change of oscillation frequency. Approximate using The display unit (E8) displays the determination result.

ステップS5について、周波数変化を生じさせた物質を特定する際の基準については、近似値から算出された理論値の傾きが測定値の傾きの±5%以内に収まっていれば物質を特定できる。   Regarding step S5, as a criterion for specifying a substance that has caused a frequency change, a substance can be specified if the slope of the theoretical value calculated from the approximate value is within ± 5% of the slope of the measured value.

以下、本発明の実施の形態を実施例を用いて詳細に説明する。図4は、本発明に係わる実施例にあたって使用したトリクロロエチレンを例とする対数による近似を求めた区間を示した図である。図5は本発明に係わる実施例にあたって使用したポリイオンコンプレックス脂質によるサンプルガスの時間に対する周波数変化をあらわしたものである。図6はサンプルガスの近似曲線から微分係数の値を求めた結果である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail using examples. FIG. 4 is a diagram showing a section obtained by logarithmic approximation using trichloroethylene used as an example in the embodiment according to the present invention. FIG. 5 shows the frequency change with time of the sample gas by the polyion complex lipid used in the examples according to the present invention. FIG. 6 shows the result of obtaining the value of the differential coefficient from the approximate curve of the sample gas.

テスト条件は次の通りである。図3のようにポリイオンコンプレックス型脂質(2C12N+/PSS- MW=865.47)を電極上に10000ng被覆した9MHz At−CUTの水晶振動子1を使用し、サンプルガスに揮発性有機塩素化合物であるトリクロロエチレン及びジクロロメタン、トルエン、1,1,1−トリクロロエタン、四塩化炭素を用いて気相中での周波数変化を測定した。   The test conditions are as follows. As shown in FIG. 3, a 9 MHz At-CUT crystal resonator 1 in which 10,000 ng of polyion complex type lipid (2C12N + / PSS-MW = 865.47) is coated on an electrode is used, and trichloroethylene which is a volatile organochlorine compound and a sample gas are used. Frequency changes in the gas phase were measured using dichloromethane, toluene, 1,1,1-trichloroethane, and carbon tetrachloride.

サンプルの測定は、窒素ガスフロー180秒後、サンプルガスフローを300秒行い、再び600秒窒素ガスフローを行うことにより実施した。ここで図4に対数による近似を求めた区間を示す。   The measurement of the sample was performed by performing a sample gas flow for 300 seconds after a nitrogen gas flow for 180 seconds, and again performing a nitrogen gas flow for 600 seconds. Here, FIG. 4 shows a section where logarithmic approximation is obtained.

図5にサンプルガスフローによる吸着開始から再び窒素ガスフローする直前までの測定データを示す。   FIG. 5 shows measurement data from the start of adsorption by the sample gas flow to immediately before the nitrogen gas flow again.

次にこの区間において対数関数による近似を行い、近似式を求めた後ガスフロー開始から4秒後、50秒後における接線の微分係数をサンプルごとに算出した(図6)。   Next, the logarithmic function was approximated in this section, and after calculating the approximate expression, the differential coefficient of the tangent line after 4 seconds and 50 seconds after the start of the gas flow was calculated for each sample (FIG. 6).

図6の結果、4秒後の微分係数の大小とサンプルガスの順位付けは、ジクロロメタン(−94.395)>トリクロロエチレン(−44.3925)>トルエン(−35.0275)>四塩化炭素(−34.356)>1,1,1−トリクロロエタン(−33.025)となった。   As a result of FIG. 6, the magnitude of the differential coefficient after 4 seconds and the ranking of the sample gas are as follows: dichloromethane (−94.395)> trichloroethylene (−44.3925)> toluene (−35.0275)> carbon tetrachloride (− 34.356)> 1,1,1-trichloroethane (-33.025).

図6の結果、50秒後の微分係数の大小とサンプルガスの順位付けは、ジクロロメタン(−7.5518)>トリクロロエチレン(−3.5514)>トルエン(−2.8022)>四塩化炭素(−2.7492)>1,1,1−トリクロロエタン(−2.642)となった。   As a result of FIG. 6, the differential coefficient and the ranking of the sample gas after 50 seconds are as follows: dichloromethane (−7.5518)> trichloroethylene (−3.5514)> toluene (−2.8802)> carbon tetrachloride (− 2.7492)> 1,1,1-trichloroethane (-2.642).

図5より、トルエンと1,1,1−トリクロロエタンは、周波数変化量がほぼ等しい値であるが、4秒時の微分係数を比較した場合、図6より絶対値でトルエン=35.03、1,1,1−トリクロロエタン=33.03と異なることより近似曲線から微分係数により識別が確認された。これは、50秒後の結果から見ても識別が確認された。   From FIG. 5, toluene and 1,1,1-trichloroethane have substantially the same frequency change amount, but when comparing the differential coefficients at 4 seconds, toluene is 35.03, 1 in absolute value from FIG. , 1,1-trichloroethane = 33.03, the identification was confirmed by the differential coefficient from the approximate curve. The identification was confirmed from the result after 50 seconds.

次にトルエンと四塩化炭素を比較した場合、図6の結果では、50秒後までの微分係数は、ほぼ同等であったが、最大周波数変化量は異なるので300秒までの近似曲線の中から微分係数を求めることにより識別が可能であることが確認された。   Next, when comparing toluene with carbon tetrachloride, the differential coefficient up to 50 seconds after the result of FIG. 6 was almost the same, but the maximum frequency change amount was different, so that from the approximate curve up to 300 seconds. It was confirmed that identification was possible by obtaining a differential coefficient.

次に、本発明により高精度にガス識別が可能となることを第二実施として詳細に説明する。図7は異なる3種の吸着膜でサンプルガスを測定したときの周波数変化量の比較である。   Next, it will be described in detail as a second embodiment that the present invention enables gas identification with high accuracy. FIG. 7 is a comparison of frequency variation when the sample gas is measured with three different types of adsorption films.

従来の技術の欄で示されているように吸着物質は、有機膜と吸着量、周波数変化における相関関係があることから、本実施例では、ポリイオンコンプレックス型脂質(2C12N+/PSS- MW=865.47)とリン酸質(2C12O-POOH MW=434.6)およびその混合膜でのトリクロロエチレン及びジクロロメタン、トルエン、1,1,1−トリクロロエタン、四塩化炭素の周波数変化比較を行い、膜による周波数変化の差から近似曲線における微分係数の比較を行うことにより、高精度に識別できることについて検証を行った。   As shown in the column of the prior art, the adsorbed substance has a correlation between the organic membrane, the adsorbed amount, and the frequency change. In this example, the polyion complex type lipid (2C12N + / PSS-MW = 865.47) Of phosphoric acid (2C12O-POOH MW = 434.6) and its mixed film were compared with trichlorethylene and dichloromethane, toluene, 1,1,1-trichloroethane, carbon tetrachloride, and approximated by the difference in frequency change by the film We verified that it was possible to identify with high accuracy by comparing the differential coefficients in the curves.

本実施例における実施の形態は、第一実施例と同様の測定方法を用いた。測定の結果を図5に示す。   The embodiment in this example used the same measurement method as in the first example. The measurement results are shown in FIG.

第一実施例では、微分係数による識別が可能なことが確認されたが、微分係数が異なるということは、ガスの極性の大小により吸着速度が異なることを示している。   In the first example, it was confirmed that the discrimination by the differential coefficient was possible. However, the fact that the differential coefficient is different indicates that the adsorption rate is different depending on the polarity of the gas.

従って、図7で異なる有機膜においては、ガスの極性の大小による吸着速度の違いや吸着量による周波数変化量が異なる値を示したことにより、近似曲線から微分係数を求め、比較をすることでより高精度にガス識別が可能となる。   Therefore, in the different organic films in FIG. 7, the difference in adsorption speed due to the magnitude of the gas polarity and the frequency change amount due to the adsorption amount show different values, so that the differential coefficient is obtained from the approximate curve and compared. Gas identification can be performed with higher accuracy.

本実施例では、ポリイオンコンプレックス型脂質(2C12N+/PSS-=865.47)及びリン酸脂質(2C12O-POOH MW=434.6)との混合膜を用いて、ホルムアルデヒドの吸着による周波数変化の比較を行い、トルエン等の有機塩素系化合物以外の物質であっても、これらの膜で吸着可能であることを確認した。   In this example, using a mixed film of a polyion complex type lipid (2C12N + / PSS- = 865.47) and a phospholipid (2C12O-POOH MW = 434.6), the frequency change due to adsorption of formaldehyde was compared, and toluene etc. It was confirmed that even substances other than the organochlorine compounds can be adsorbed by these films.

本実施例における実施の形態は、第一実施例と同様の測定方法を用いた。測定の結果を図8に示す。   In the embodiment of the present example, the same measurement method as in the first example was used. The measurement results are shown in FIG.

図8ではホルムアルデヒドであっても膜の違いによる吸着量の差はあるが、吸着反応を確認することができた。   In FIG. 8, even with formaldehyde, although there was a difference in the amount of adsorption due to the difference in membrane, the adsorption reaction could be confirmed.

本発明の応用分野は微少物質の測定を行う分野で、環境汚染物質、DNAセンシング、酵素反応の経時的定量解析、薬物や毒物の検出、抗原抗体反応による微量成分の検出と定量、院内感染の測定等の分野である。   The application field of the present invention is the field of measuring minute substances, environmental pollutants, DNA sensing, time-dependent quantitative analysis of enzyme reactions, detection of drugs and poisons, detection and quantification of trace components by antigen-antibody reaction, nosocomial infections This is the field of measurement.

本発明の構成図である。It is a block diagram of the present invention. 測定方法の各過程を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed each process of the measuring method. 水晶振動子検出部の構成図である。It is a block diagram of a crystal oscillator detection part. 本発明に係わる実施例にあたって使用したトリクロロエチレンを例とする対数による近似を求めた区間である。It is the area which calculated | required the approximation by the logarithm which used the trichlorethylene used in the Example concerning this invention as an example. 本発明に係わる実施例にあたって使用したポリイオンコンプレックス脂質によるサンプルガスの時間に対する周波数変化をあらわしたものであるFIG. 4 shows a change in frequency with respect to time of a sample gas due to a polyion complex lipid used in Examples according to the present invention. サンプルガスの近似曲線から微分係数の値を求めた結果である。It is the result of having calculated | required the value of the differential coefficient from the approximated curve of sample gas. 異なる3種の吸着膜でサンプルガスを測定したときの周波数変化量の比較である。It is a comparison of the amount of frequency change when measuring sample gas with three different kinds of adsorption films. 実施例3の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of Example 3.

符号の説明Explanation of symbols

1 水晶振動子
2 有機膜
3 電極
E1 検知部
E4 発振器(発振部)
E5 周波数測定部
E6 解析部
E7 判定部
E8 表示部
E9 記憶部
E10 演算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Crystal oscillator 2 Organic film 3 Electrode E1 Detection part E4 Oscillator (oscillation part)
E5 Frequency measurement unit E6 Analysis unit E7 Determination unit E8 Display unit E9 Storage unit E10 Calculation unit

Claims (4)

無機系材料から構成される周波数変換素子、前記周波数変換素子上に設けられる電極、および前記電極上に設けられる有機膜を有する検知部と、
前記検知部に接続される発振部と、
前記発振部に接続され、前記発振部の発振周波数を測定する周波数測定部と、
前記周波数測定部に接続され、前記発振周波数の変化が始まってから所定時間後における周波数変化の時間微分を測定値として算出する解析部と、を備える物質識別装置。
A detection unit having a frequency conversion element made of an inorganic material, an electrode provided on the frequency conversion element, and an organic film provided on the electrode;
An oscillation unit connected to the detection unit;
A frequency measurement unit connected to the oscillation unit and measuring an oscillation frequency of the oscillation unit;
A substance identification device comprising: an analysis unit that is connected to the frequency measurement unit and calculates a time derivative of the frequency change after a predetermined time from the start of the change of the oscillation frequency as a measurement value.
前記発振周波数の変化が始まってから所定時間後における周波数変化の時間微分を算出するための近似式であって、各物質に固有な既知の近似式を特定する数式データを記憶する記憶部と、
周波数変化に対応する物質を判定する判定部と、を更に備え、
前記解析部は、前記記憶部から前記数式データを読み出し、前記数式データをもとに、前記発振周波数の変化が始まってから所定時間後における周波数変化の時間微分を理論値として算出し、前記判定部は、前記測定値と前記理論値とを照合することで、周波数変化に対応する物質を判定することを特徴とする請求項1に記載の物質識別装置。
A storage unit for storing mathematical formula data for identifying a known approximate formula specific to each substance, which is an approximate formula for calculating a time derivative of a frequency change after a predetermined time from the start of the change of the oscillation frequency,
A determination unit for determining a substance corresponding to the frequency change,
The analysis unit reads the mathematical formula data from the storage unit, calculates a time derivative of a frequency change after a predetermined time from the start of the change of the oscillation frequency as a theoretical value based on the mathematical formula data, and the determination 2. The substance identification device according to claim 1, wherein the unit determines the substance corresponding to the frequency change by comparing the measured value with the theoretical value.
前記発振周波数の変化が始まってから、周波数変化の時間微分を測定値として算出するまでの前記所定時間が300秒であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の物質識別装置。   3. The substance identification device according to claim 1, wherein the predetermined time from the start of the change of the oscillation frequency to the calculation of the time derivative of the frequency change as a measurement value is 300 seconds. 無機系材料から構成される周波数変換素子、前記周波数変換素子上に設けられた電極、および前記電極上に形成される有機膜を備える物質識別用センサに発振器から一定周波数の電気信号を発振する発振過程と、
前記物質識別用センサの有機膜に対象物質を吸着させる吸着過程と、
前記吸着により生じる発振周波数の変化を測定する測定過程と、
前記発振周波数の変化が始まってから所定時間後における周波数変化の時間微分を測定値として算出する算出過程と、
各物質に固有な既知の近似式をもとに、前記発振周波数の変化が始まってから所定時間後における周波数変化の時間微分を理論値として算出する理論値算出過程と、
前記測定値と前記理論値とを照合し、周波数変化に対応する物質を判定する判定過程と、を含むことを特徴とする物質識別方法。
Oscillation that oscillates an electric signal of a constant frequency from an oscillator to a substance identifying sensor comprising a frequency conversion element made of an inorganic material, an electrode provided on the frequency conversion element, and an organic film formed on the electrode Process,
An adsorption process for adsorbing a target substance on the organic film of the substance identification sensor;
A measurement process for measuring a change in oscillation frequency caused by the adsorption;
A calculation process for calculating a time derivative of the frequency change after a predetermined time from the start of the change of the oscillation frequency as a measurement value;
Based on a known approximate expression specific to each substance, a theoretical value calculation process for calculating a time derivative of the frequency change after a predetermined time from the start of the change of the oscillation frequency as a theoretical value;
A substance identification method comprising: a step of comparing the measured value with the theoretical value to determine a substance corresponding to a frequency change.
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