JP2009036644A - バイオセンサを使用した物性の測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水晶振動子の片面に測定対象となる液状物を接触させ、前記水晶振動子を発振させるとともに前記水晶振動子の周波数の変動を測定することにより、前記液状物の物性を測定するためのバイオセンサを使用した測定方法であって、前記水晶振動子に印加される電圧の位相を変化させて、前記水晶振動子の発振点を異ならせ、少なくとも2点の周波数を測定することにより質量負荷と粘性負荷とを分離して測定することを特徴する。
【選択図】図8
Description
しかしながら、測定の際に液状物の粘性変化や液温変化の影響を受けやすいという問題がある。
この問題に対して、本出願人は、特許文献1に開示されるように、水晶振動子のN倍波のうちの少なくとも2つの周波数を使用して、各周波数による共振点付近のコンダクタンスの最大値の1/2を与える周波数を用いて、前記物質の物性を測定することを提案した。
しかしながら、先に提案した方法では、水晶振動子を発振させてその周波数変化を測定するものではないため、ネットワークアナライザやインピーダンスアナライザが測定に必要となり、測定のためのコストがかかり、装置が大型化するという問題があった。
即ち、本発明のバイオセンサを使用した物性の測定方法は、請求項1に記載の通り、水晶振動子の片面に測定対象となる液状物を接触させ、前記水晶振動子を発振させるとともに前記水晶振動子の周波数の変動を測定することにより、前記液状物の物性を測定するためのバイオセンサを使用した測定方法であって、前記水晶振動子を粘性負荷の異なる2以上の発振点において発振させ、前記各発振点の周波数変化に基づいて質量負荷と粘性負荷とを分離して測定することを特徴する。
また、請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載の測定方法において、前記水晶振動子に直列にコンデンサを接続し、前記コンデンサの静電容量を変化させることにより、前記水晶振動子に印加される電圧の位相を変化させることを特徴とする。
また、請求項3に記載の本発明は、請求項1に記載の測定方法において、前記水晶振動子に異なる位相の電圧を印可するために少なくとも2個以上の発振器により前記水晶振動子の発振点を異なるようにすることを特徴とする。
図1に、一般的な水晶振動子の等価回路を示す。この等価回路は、通常、図2に示すアドミッタンス線図上の位相ゼロの周波数frで発振する。しかし、実際には、発振器を含む回路において位相のずれ等が生じるために、周波数fr(位相ズレが0の周波数)の近辺で発振する。
ところで、アドミッタンス線図上の周波数において、質量負荷は全て同じ変化を示し、粘性負荷は異なる変化を示すという性質を有する。周波数f1の変化分(Δf1)の粘性負荷の成分は、周波数fsの変化分(Δfs)の粘性負荷の成分の2倍となり、周波数f2の変化分(Δf2)は、ほとんど粘性負荷の影響を受けない周波数である。つまり、周波数f1より高い周波数f2までの間の周波数において、周波数の変化分における粘性負荷の成分は、図3において、水晶振動子を大気から純水に接触させた際の周波数変動を示すように、2倍から、周波数fsで1倍、周波数f2でほぼゼロと変化する(図3)。
よって、f2とf1の2点で交互に発振させることで、質量負荷を、周波数f2の変化分(Δf2)、粘性負荷を、周波数f1及び周波数f2の差の変化分(Δ(f1−f2)/2)として得ることができる。尚、2点の周波数に関しては、周波数f2と周波数f1とに限定するものではなく、周波数f1と周波数fs、周波数fsと周波数f2であってもよい。更に、上記以外の周波数でも、周波数f1から周波数f2の間においてあらかじめfsの粘性負荷に対しての比率が解っている周波数であれば、どの周波数でも交互に発振させることにより、質量負荷による周波数変化Δf2、粘性負荷による周波数変化Δ(f1−f2)/2を求めることことができる。
そして、この水晶振動子7の2つの周波数の変化をコンピュータ4により記録するとともに演算等を行う。
図8に示すように、水晶振動子に2つの発振回路16(OSC1,OSC2)をリレー17により切り替えられるように接続した回路構成とし、水晶振動子を共振周波数fr付近の異なる2つの周波数(fr’=−8000Hz,fr’’=−11030Hz)において発振させるようにした。
この状態において、水晶振動子の片面に純水を接触させ、fr’及びfr’’の周波数変動を周波数カウンタ18により測定した。
また、比較のために、同様に水晶振動子の片面に純水を接触させた際に、図2におけるアドミッタンス線図上のf1,fs,fr,f2の変動をネットワークアナライザを使用して測定した。
上記結果を、下記表1に示す。
Δ(f1−f2)/2=(fr’−fr’’)×C1・・・(式1)
Δfs=C2×fr’+C3×fr’’・・・(式2)
Δf2=Δfs−Δ(f1−f2)/2・・・(式3)
=C2×fr’+C3×fr’’−(fr’’−fr’)×C1
の関係式は、C1≒3、C2=C3≒1/2とすれば成立することになり、ネットワークアナライザを用いなければ測定できなかった、質量負荷を示す周波数変化Δf2、粘性負荷を示す周波数変化Δ(f1−f2)/2を得ることができる。
図7に示す回路構成で、大気中、純水、5%・10%・20%グリセロール溶液を接触させ、リレー17を切り換えて各発振回路16(OSC1,OSC2)により発振させて、その際の周波数変化(fr’,fr’’)を測定した結果を図8に示す。また、上記測定結果と、上記式(1)及び式(2)をプロットした結果を図9に示す。
比較のために、図9において、ネットワークアナライザにより、Δ(f1−f2)/2及びΔf2を求めた結果を同様にプロットしているが、ネットワークアナライザを使用しなくとも同様の結果が得られることがわかった。
2 センサー部
4 コンピュータ
5 ケーブル
6 ケーブル
7 水晶振動子
8 円形状の結晶板
9a 第一の金電極
10a 第二の金電極
11 樹脂カバー
12 反応材
15 セル
16 発振回路
17 リレー
Claims (3)
- 水晶振動子の片面に測定対象となる液状物を接触させ、前記水晶振動子を発振させるとともに前記水晶振動子の周波数の変動を測定することにより、前記液状物の物性を測定するためのバイオセンサを使用した測定方法であって、前記水晶振動子を粘性負荷の異なる2以上の発振点において発振させ、前記各発振点の周波数変化に基づいて質量負荷と粘性負荷とを分離して測定することを特徴するバイオセンサを使用した物性の測定方法。
- 前記水晶振動子に直列にコンデンサを接続し、前記コンデンサの静電容量を変化させることにより、前記水晶振動子に印加される電圧の位相を変化させることを特徴とする請求項1に記載のバイオセンサを使用した物性の測定方法。
- 前記水晶振動子に異なる位相の電圧を印可するために少なくとも2個以上の発振器により前記水晶振動子の発振点を異なるようにすることを特徴とする請求項1に記載のバイオセンサを使用した物性の測定方法。
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